不同生物有机肥对日光温室番茄生长、产量和土壤养分的影响

郭 娜，吕广一，赵 熠，范婷婷，赵丹阳，陈薇薇*

（1.内蒙古农业大学草原与资源环境学院，内蒙古 呼和浩特 010011；2.内蒙古乐番甜农业服务有限公司，内蒙古呼和浩特 010010；3.内蒙古自治区土壤质量与养分资源重点实验室，内蒙古 呼和浩特 010018）

番茄（Lycopersicon esculentumMiller）是全球栽培面积最大的蔬菜作物，并且我国是世界上最大的番茄生产和消费国家之一[1]。目前，国内日光温室番茄种植面积已超过80万hm2，在蔬菜产业中占有重要地位[2]。但部分种植者为了追求高产而过度施用化肥，导致设施土壤营养失衡，土壤酸化和盐渍化现象严重；不但增加了栽培成本，降低了果实品质，同时对蔬菜产业的绿色发展也造成了不利影响[3]。在化肥减量增效的情况下，开发高效、环保的新型有机肥料，在保障番茄品质的同时提高产量，是种植者和消费者共同关注的话题。

近年来，生物有机肥料的市场迅速扩张，其种类层出不穷[4-5]。生物有机肥多以农业废弃物的资源再利用为开发热点[6]，而以工业废弃物再利用的研究内容较少。骨钙生物有机肥，是以生产生物骨明胶[7]的工业废弃物——骨钙泥（包含骨钙粉及食品级生物钙）为主原料，添加一定比例糠醛渣等物料腐熟后再添加特定微生物菌剂而制成的有机肥。因骨钙泥中富含有机质、生物活性物质（如小分子肽等）和中微量元素，更易于被植物吸收，特别是添加的高活性有益菌群，可有效预防作物病虫害、活化土壤养分，是一种新型的环境友好型生物有机肥产品。为明确骨钙生物有机肥在蔬菜特别是番茄种植中的应用效果，为该肥料规模化生产和推广应用提供科学依据，在生态优先的前提下，本研究选用种植户常用的瑞佳生物有机肥和传统腐熟羊粪有机肥，与骨钙生物有机肥进行日光温室番茄种植肥效比较。瑞佳生物有机肥的特点是利用量子与作物共振原理，提高作物吸收营养物质的效率[8]；纯羊粪有机肥的优点是绿色、天然，但相比之下营养元素和有机质含量较少[9]。通过随机区组试验，比较了不同有机肥对番茄的植株形态、产量性状和土壤养分的影响，以期为种植者在番茄生产中的生物有机肥选择提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验在呼和浩特市赛罕区内蒙古农业大学东园区的日光温室进行，该地区年均气温为6.1 ℃，最热月份平均气温17.0～22.9 ℃，年均日照时长为1 600 h。试验温室建于2014年，长70 m，净跨度7 m，高3.5 m，配备自动升降保温帘、温湿度监测及滴灌设备，室内地势平坦，建成后并未使用过，是良好的验证肥效的原生土壤。

1.2 试验材料

供试番茄品种为“吉诺比利”，由武汉楚为生物科技有限公司培育。该品种为无限生长型，粉果，果实高圆形，单果质量在250 g以上，硬度和口感兼备，适合贮藏和运输。

试验所用有机肥料共3种，分别是骨钙生物有机肥（产自内蒙古东宝大田生物科技有限公司，添加BMC高活性复合菌，即包含光合菌群、乳酸菌群、酵母菌群、发酵系丝状菌群、芽孢杆菌群等5大菌群，有效活菌数≥0.2亿个/g，N＋P2O5＋K2O≥20%，有机质≥65%）、羊粪有机肥（产自内蒙古绿冠源有限公司，N＋P2O5＋K2O≥4.0%，有机质≥30%）和瑞佳生物有机肥（产自内蒙古瑞佳田农业科技发展有限公司，添加巨大芽孢杆菌和胶冻样类芽孢杆菌，有效活菌数≥1亿个/g，N＋P2O5＋K2O≥5.0%，有机质≥45%）。

1.3 试验设计

在日光温室内划分缓冲区和试验区；试验区包括4个处理，分别为空白对照（T0）、施加骨钙生物有机肥（T1）、施加羊粪有机肥（T2）和施加瑞佳生物有机肥（T3），采用随机区组设计，每个处理3次重复，共12个小区。每个小区分2垄，垄间距150 cm，小区面积为7 m×3 m。2020年7月13日定植番茄幼苗，每个小区定植26株。于定植前10 d，在施肥小区内以基肥的形式分别施入不同生物有机肥，均匀撒施后翻耕入土，施肥量均折合为每667 m2施500 kg。

1.4 指标测定及方法

1.4.1 番茄形态特征动态监测

从定植日起，在每个小区内随机标记6株番茄幼苗，用于观测植株形态和生理特征。每隔7 d对标记植株测量1次形态特征（包括株高、地径、叶长和叶宽）。人工使用米尺测量株高、叶长和叶宽。保留5穗果实，在9月30日（定植后77 d）测定株高后打顶，使用细竹竿（2 m长）作为支撑物，根据生长情况进行绑蔓操作。使用游标卡尺测量地径（距离地面2 cm处的茎秆直径，代表番茄茎秆的粗度）。

以测定时间为X轴，形态特征指标（株高、地径、叶长和叶宽）为Y轴进行线性拟合，取斜率即平均增长率。阶段增长率，即形态特征指标（株高、地径、叶长和叶宽）在各指定时段内时间与测定指标（4个处理平均值）的线性拟合斜率。

1.4.2 番茄产量、糖度和叶片叶绿素含量测定

从第1次收获成熟果实开始，每隔7 d收获1次，记录不同处理的收获番茄果数、产量，折算单果质量；同时使用PAL-1数显糖度计测定果实糖度（Brix）。从番茄真叶数量达到20片时开始（9月下旬，即番茄结果期），使用SPAD-502仪分别测定新叶（新叶定义为从上往下数第3片叶）和老叶（老叶定义为从下往上数第3片叶）的叶绿素相对含量（SPAD值），约7 d测1次，直至果实成熟后停止测定。

1.4.3 土壤理化性状测定

番茄收获后在每小区选取6个点，利用5 cm取土钻采集耕作层（0～20 cm）土壤，混合均匀后分别测定土壤理化性状。pH值采用电位法测定，土壤全氮含量采用凯氏定氮法测得，有机质含量采取K2Cr2O7容重法测定，速效磷含量采用NaHCO3浸提法测定[10]，铵态氮和硝态氮含量采取2 mol/L KCl浸提—AA3连续流动分析仪测定[11]。

1.5 数据分析

番茄形态特征动态监测采用重复测量方差分析（Repeated Measures ANOVA），不同施肥处理为固定效应，时间为重复测定因子，分析不同施肥处理，时间及其交互作用对番茄形态特征的影响，若无交互作用则进行单因素方差分析（因定植50 d后陆续发现部分植株出现病毒病的症状，表现出萎缩等形态状况，因此在进行植株形态数据分析时，去掉6株番茄测量值中的最高值和最低值后进行分析）。叶片SPAD值、果实糖度和土壤性状采用单因素方差分析。使用Excel 2019、SAS V8进行数据统计和分析，使用OriginLab 2022b做图。

2 结果与分析

2.1 不同有机肥处理对番茄形态特征的影响

表1结果显示，株高在定植17 d后（缓苗结束）开始快速增长，在定植后17～51 d，平均每7 d增高3.18 cm（除去定植后58 d的数据），定植63 d之后增长减缓，定植后63～77 d的平均每7 d增长率降至0.39 cm。不同有机肥处理番茄平均株高和株高平均增长量均以T1处理最高，分别为110.3 cm和2.10 cm/d，但各处理间均无显著差异。

表1 不同有机肥处理对番茄形态特征指标的影响

由表1可知，番茄的地径在定植后17～58 d平均每7 d可增加0.16 mm，定植63 d之后增速放缓，约每7 d仅增长0.04 mm。试验期间各有机肥处理的平均地径和地径平均增长量均以T1处理最高（分别为14.8 mm和0.14 mm/d），3个有机肥处理的平均地径和地径平均增长率均高于对照，但各处理间无显著差异。

由表1可知，番茄的叶长和叶宽在定植后17～31 d平均每7 d可分别增加0.48 cm和0.92 cm，在定植31 d之后增速放缓，每7 d分别增长0.05 cm和0.03 cm。试验期间各施肥处理叶长和叶宽均以T1处理最大，其中在定植后31 d，T2处理叶长显著低于T1和T0，其他时间各处理间均无显著差异。试验期间各有机肥处理的平均叶长和平均叶宽均以T1处理最大，而叶长平均增长量以T0处理最大（0.01 cm/d），叶宽平均增长率以T2处理最大（0.16 cm/d），但各处理间均无显著差异。

2.2 不同有机肥处理对番茄叶片叶绿素含量的影响

由图1可知，番茄结果期新、老叶片的SPAD值呈现出不同的变化，其中T0、T1和T3处理的新叶片SPAD值随着时间推移均呈先上升后下降的趋势，T2处理则表现为先下降后上升，然后又下降（图1-a）；11月1日不同处理间出现显著差异，其中T2处理显著高于其他处理（图1-a）。而各处理老叶片SPAD值则均呈现先下降后上升，然后又下降的趋势，在10月25日不同处理间出现显著差异，其中T3处理显著高于其他处理（图1-b）；11月1日不同处理间出现极显著差异，其中T1处理极显著高于对照处理，且显著高于T2、T3处理（图1-b）。

图1 不同施肥处理下番茄新叶（a）与老叶（b）的SPAD值动态变化

表2结果显示，3个有机肥处理的番茄新叶平均SPAD值均高于对照处理，其中T3处理最高，其次是T2处理，二者间差异不显著，但均显著高于对照，3个有机肥处理间均无显著差异。3个有机肥处理的老叶平均SPAD值同样也都高于对照处理，但各处理间均无显著差异。从总体叶片平均SPAD值来看，有机肥处理T1、T2和T3较对照分别高出2.9%、3.2%和3.8%，但各处理之间无统计学差异（P＝0.058 3＞0.05），分析原因可能是T2处理中重复2小区正处温室中间位置，该区棚顶铺有1块棉被用于承载大棚卷帘机，对该小区植株有部分遮挡，导致该小区测定值异常（偏低），使得P值没有通过0.05水平的Duncan检验。通过对比发现，老叶较新叶的平均SPAD值高出0.5～1.5个SPAD值单位。

表2 不同有机肥处理对番茄叶片SPAD值的影响

2.3 不同有机肥处理对番茄糖度的影响

从表3中不同阶段的成熟番茄果实糖度测定结果可以看出，11月1日测得番茄糖度以T1处理最高，且显著高于其他处理，T2和T3处理之间差异不显著，但二者均显著高于对照；其余日期果实糖度在不同施肥处理下均无显著差异。番茄糖度平均值也以T1处理最高，且显著高于其他处理。

表3 不同有机肥处理对番茄果实糖度的影响%

2.4 不同有机肥处理对番茄产量及相关性状的影响

从图2可以看出，番茄单株产量以T3处理最高，其次是T2处理，二者分别较对照提高了26%和19%，且与对照间均达显著差异水平；T1处理同样高于对照，但无统计学差异（图2-A）。单株结果数也以T3处理最高，其次是T2处理，二者均显著高于T1和对照处理；T1处理虽高于对照，但二者间差异并不显著（图2-B）。总体来看，T3处理的番茄单株产量、单株结果数量均最多，其次是T2、T1处理，对照处理最少。在单果质量方面，T1处理最大，对照处理最小，各处理间差异不显著（图2-C）。单位面积总产量方面，各处理依次表现为T3＞T2＞T1＞T0，有机肥处理均高于对照处理，其中T3、T2处理显著高于对照（图2-D），说明施用有机肥对于提高番茄产量具有显著作用。

图2 不同有机肥处理对番茄产量及相关性状的影响

2.5 不同有机肥处理对土壤理化性质的影响

从表4可得，有机肥处理对土壤硝态氮含量、速效磷含量和土壤pH值的影响效果显著。其中，T3处理的土壤硝态氮含量最高，显著高于T2和T0处理；T2处理的土壤速效磷含量最高，T1、T2、T3处理均显著高于对照处理，但三者间差异不显著。施肥处理同时也提高了土壤有机质含量、全氮含量和铵态氮含量，其中T1处理的土壤有机质和全氮含量最高，T3处理的铵态氮含量最高，但各处理间差异均不显著。与对照相比，3种有机肥处理的土壤pH值均降低，其中T3处理与对照间差异显著。

表4 不同有机肥处理对土壤理化性质的影响

2.6 不同有机肥处理下番茄植株性状与土壤性状的相关关系

图3相关分析结果显示，番茄叶片叶绿素相对含量与土壤硝态氮和速效磷含量呈显著正相关关系，相关系数分别为0.58和0.73，与土壤pH值呈显著负相关（r＝－0.63）；番茄糖度与土壤全氮含量呈显著正相关关系（r＝0.59）；番茄的单株产量与单果质量（r＝0.60）、单株结果数（r＝0.77）均呈显著正相关关系，与土壤pH值呈显著负相关关系（r＝－0.61）；单株结果数与土壤pH值呈显著负相关关系（r＝－0.62）；且番茄的单果质量与土壤全氮含量呈显著正相关（r＝0.63）。

图3 不同有机肥处理下番茄植株性状与土壤性状的相关关系

3 讨论

日光温室番茄株高和地径的分析结果表明，株高和地径在定植后17～63 d的生长速度较快，定植63 d之后均呈现出缓慢增长的趋势；而叶长和叶宽在定植31 d后便表现出缓慢生长的趋势，说明植株不同部位的生长速度不同，确定此生长速度的时间节点，可为种植者进行补肥或者植株调整提供依据。在番茄的形态特征对比中，施肥处理并没有显著增加番茄的株高和地径，这与以往的研究结果有所差异。赵光毅等[12]研究表明，腐植酸有机肥可以增加番茄的株高，促进番茄根系的生长，从而提高养分吸收能力。同样，毛秀杰等[2]、常佳悦等[5]的研究结果也表明，施用有机肥料可以改良土壤，从而影响番茄的形态特征。在本试验中，由于试验温室土壤是第1次做施肥处理（之前未在土壤中施加任何肥料），而施肥后土壤中的营养物质要想被植物充分吸收和利用还需要大量酶和微生物的相互作用[9]，尤其是真菌类微生物对肥料响应较慢[13]，因此需要一定的时间才可以看到效果。

SPAD值可以指示植株叶片的叶绿素累积情况[14]，本研究发现番茄叶片SPAD值会随着生长发生波动。SPAD值随植株生长先增加后降低，在果实膨大期会达到最大值，这与王虎兵等[15]的研究结果相似。不同的是，本研究分别测定了不同高度叶片的SPAD值，发现老叶的SPAD值较新叶平均高出0.5～1.5个SPAD值单位，新叶在10月25日和11月1日之间有个峰值，而老叶在此期间也出现短暂的升高，之后便都开始降低，而此时正值番茄果实迅速膨大及成熟期；因此，新叶与老叶之间在番茄成熟期可能存在功能合作机制，此时叶片会将养分同时向果实进行补给。杨睿等[16]研究显示，叶绿素含量与产量之间具有一定的正相关性，本研究结果同样显示SPAD值与单株产量之间具有正相关关系，因此推断，此时新叶与老叶为达到果实成长可能采取协同补给策略，方便为果实的膨大和成熟提供充足的养分。此结果说明老叶在一定时期内对植株生长也具有一定贡献，关于新叶、老叶的动态变化及作用有待进一步研究。其次，施用有机肥料提高了番茄植株叶片的叶绿素含量，在施用瑞佳生物有机肥的处理中叶片平均SPAD值最高。本试验发现施用骨钙生物有机肥可显著提高番茄果实的糖度，这与多数关于生物有机肥可提高番茄品质的结果一致[16]。

番茄的产量性状对比结果表明，有机肥处理提高了番茄的单株产量、单株结果数和单果质量。其中，施用瑞佳生物肥的番茄单株产量、单株结果数均显著高于其他处理，其次是骨钙有机肥；而施用骨钙有机肥处理的单果质量最大，说明瑞佳生物有机肥和骨钙生物有机肥较易于被番茄植株吸收，但是瑞佳生物肥料更有利于提高单株结果数来提高整株产量，而骨钙生物有机肥可以更好地提高番茄单果质量以及果实糖度，从而提高果实的商品性[17]，达到更好的经济效果。因此，在内蒙古偏碱性土壤的日光温室番茄种植过程中，施用有机肥料可显著改善土壤理化性质，促进植株生理反应过程，提高番茄糖度和产量。

土壤养分分析结果显示，施用有机肥处理显著改善了土壤的养分指标，这与毛秀杰等[2]和常佳悦等[5]的研究结果一致。周博等[18]研究发现，施用有机肥料可以增加土壤有机质含量，有利于土壤硝态氮和铵态氮的积累。刘忠良等[19]的研究表明，施用有机肥可以提供土壤中的固氮菌，从而提高土壤中的全氮和速效磷含量。本研究结果同样显示，施用有机肥可以提高土壤的有机质、全氮含量和铵态氮含量，番茄叶片的叶绿素含量与土壤营养指标具有密切关系，说明施用有机肥料主要是通过改善土壤中的有机质、全氮含量和速效磷含量及土壤理化性质等，进而影响番茄植株叶片的生理过程，如叶绿素含量等指标，从而影响植物光合生理过程，以固定更多的有机物和糖分，使番茄的糖度和产量增加，这与阿拉帕提·塔依尔江等[20]的研究结果一致。

4 结论

本试验结果表明，番茄植株在不同阶段生长速度不同，定植后的17 d和63 d（约2个月）分别是株高与茎粗生长速率发生变化的2个节点，叶长和叶宽的生长速度变化节点约在定植31 d后。骨钙生物有机肥、羊粪有机肥和瑞佳生物有机肥对日光温室番茄植物形态特征和平均叶片叶绿素含量影响不显著。番茄植株的新叶与老叶对番茄生长都具有一定的贡献，且老叶的SPAD值较新叶高。与对照相比，施用有机肥可显著提高番茄的果实糖度，同时改善土壤养分及理化性质，促进植株生理过程。3种生物有机肥中，瑞佳生物有机肥和骨钙生物有机肥在日光温室番茄的生产过程中表现出良好的肥效，不仅可以提高番茄产量，还起到了中和土壤酸碱度的作用，且与施肥后土壤全氮含量、速效磷含量及pH值有显著相关关系，但是二者对于番茄植物养分和土壤理化性质的改变侧重点不同。瑞佳生物有机肥主要通过提高了单株番茄个数而提高单株产量，而骨钙生物有机肥更有利于番茄的糖度的积累和单果质量的提高，进而提高番茄的商品性。因此，骨钙生物有机肥作为一款新型生物有机肥，在内蒙古呼和浩特市日光温室番茄生产中可作为一种改善番茄品质的补充肥料。