酒精废醪液体有机碳肥对小番茄根系生长、产量和品质的影响

邵泽强，步欣潼，勾千冬，郭孝孝，周琳媛，王靖博，李英华

（1.吉林化工学院 资源与环境工程学院，吉林 吉林 132022；2.辽源市农业科学院，吉林 辽源 136200；3.吉林省博大生化有限公司，吉林 吉林 132101）

小番茄（Lycopersicon esculentumvar.cerasiformeA.Gray）又名圣女果，是人们日常生活必不可少的蔬菜和水果，因其色泽鲜红透亮、果味清甜、口感脆爽、营养丰富等优点备受人们的喜欢[1]。但是，由于肥料过量和不合理的施用，尤其是氮肥的过量施用导致温室气体排放增加、土壤退化加剧、地下水污染等一系列的环境问题[2]。更为严重的是造成蔬菜中的硝酸盐含量超标，并通过食物链进入人体，诱发胃癌、食道癌等疾病，严重威胁到人体健康[3-4]。因此，迫切需要寻找一种新型肥料来替代化肥或者部分替代化肥。

液体有机碳肥是碳肥的一种，它是由高浓度有机废水经化学活化催化而成，是一种易溶于水的有机化合物[5]。目前，关于液体有机碳肥的研究，国内已经有一些报道，国外相关报道相对缺乏。陈秀莲等[6]研究了液态有机碳肥在蕹菜上的应用效果，结果表明，液态有机碳肥能够显著增加蕹菜的产量和品质。另外，液态有机碳肥在西瓜、花菜、菜椒、四季豆、西红柿、苦瓜、糯玉米、苏子、白菜、大辣椒上的应用效果表明，液态有机碳肥具有显著的增产效果，而且对供试作物还具有明显的抗衰老作用，值得推广应用[6-9]。蒋宇仙等[10]通过盆栽试验验证了液态有机碳肥在低温胁迫下烟苗上的应用效果，结果发现，施用液态有机碳肥能够有效地增加烟苗的抗逆性。欧盟和世界粮农组织都一致认为有机农业是传统农业的替代系统，MARTINEZ-ALCANTARA等[11]在柑橘上应用液态动物有机碳肥和液态植物有机碳肥发现，无论是动物性还是植物性的液体有机碳肥都能显著地增加柑橘的产量和养分吸收量、增加土壤有机质含量和固碳量、降低土壤中硝酸盐含量，防止了地下水的污染。LI 等[12]通过田间试验验证了液体有机碳肥在向日葵上的应用效果，结果表明，液体有机碳肥可以明显提高向日葵的产量、改善土壤的质量、降低土壤的pH 值和盐度、优化土壤真菌的群落结构，缓解盐碱对向日葵的胁迫。酒精发酵工艺的副产品废醪液，是一种富含蛋白质、纤维、脂肪和糖分等的黏稠状物质，一般情况下，其中的营养物质大多是以不溶态的大分子形式存在，在实际生产中多以蛋白质饲料的形式进行市场销售，产品附加值很低。如何提高废醪液的经济价值成为产业发展的难题。通过生物化学方法将废醪液研制成可溶性的液体有机碳肥为其实现商业化利用提供了一个可行途径[13]。然而，目前利用废醪液研制液体有机碳肥的报道还相对缺乏，关于验证该种液体有机碳肥在小番茄上的应用效果试验还未见报道。鉴于此，探究酒精废醪液体有机碳肥在小番茄上的应用效果，为液体有机碳肥的研发和推广应用提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 试验地点概况及试验材料

试验于2021 年在吉林化工学院进行。所在区域属于中温带亚湿润气候，四季分明，雨热同期。全区年平均气温3～5 ℃，无霜期130～140 d，降雨量约700 mm，全区日照时数2 400～2 600 h。供试土壤为暗棕壤，具体理化性质详见表1。

表1 供试土壤的理化性质Tab.1 Physical and chemical properties of the tested soil

供试小番茄品种为红妍1 号圣女果（由吉林市润泽农业有限公司提供）。供试肥料由吉林隆源农业股份有限公司提供，氮肥为尿素（含N 46%），磷肥为过磷酸钙（含P2O546%），钾肥为氯化钾（含K2O 60%）。商品液体肥A 为“绿乌龙”牌有机水溶肥料，由福建绿洲生化有限公司提供。商品液体肥B 为“优生优土”牌腐殖酸水溶肥料，由博兴天竹菌剂生物科技有限公司提供。酒精废醪液体有机碳肥由吉林化工学院资源与环境工程学院环境科学系提供。

1.2 试验设计

采用盆栽试验。试验用盆规格：直径12 cm，盆高10 cm，每个盆装干土1.5 kg。小番茄于2021 年4月10 日 开 始 播 种 育 苗，2021 年6 月19 日 开 始 移栽，每个试验盆定植1 株。2021 年8 月12 日开始对小番茄整株进行收获。

试验采用完全随机区组设计，共设置5个处理：空白对照（CK）、常规化肥（T1）、酒精废醪液体有机碳肥（T2）、商品液体肥A（T3）和商品液体肥B（T4）。每个处理设置3 次重复，在小番茄开花期开始施用肥料，每个液体肥处理每次施用50 mL/盆，间隔7 d后再施用1 次，共施用2 次，均是采用根附近浇灌的方式施用。常规化肥处理为尿素0.3 g/盆、过磷酸钙0.2 g/盆、氯化钾0.3 g/盆，在浇水和小番茄移栽之前将上述肥料与土壤混匀并一次性施入。根据土壤干湿程度适时进行浇水，小番茄全生育期出现的病虫草害均采用人工进行防治。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 小番茄生长指标 收获时将小番茄植株上所有果实称质量，计为单株产量。小番茄植株分为地上部分和地下部分，地上部分测定小番茄株高、茎粗、叶绿素相对含量（SPAD 值）、产量、干质量等农艺性状。地下部分测定根系的形态和干质量。

1.3.2 小番茄根系构型指标 对小番茄根系采样时，尽量保持盆栽土壤比较松散的状态，采用挖掘法将小番茄根系整体挖出，抖落根系上面比较大的土块，然后将剩下的根系放到纱网中，用水管将根系冲洗干净，用吸水纸将根系上面的水吸干，用剪子将根系剪成不同长度的根段放在用有机玻璃做成的盘内，放入适量的清水（让根系漂浮在清水中），用Epson（V800）扫描仪扫描根系，对扫描图片用WinRHIZO 根系分析系统（Regent，加拿大，2021）进行分析，获得小番茄根长、根表面积、根体积等指标[14]。

1.3.3 小番茄品质指标 供试小番茄果实维生素C含量测定采用钼蓝比色法，硝酸盐含量测定采用水杨酸法，可溶性糖含量测定采用蒽酮比色法，有机酸含量测定采用高效液相色谱仪[14-15]。

1.4 数据处理

采用Excel 2019 对各项指标进行整理和统计，采用SAS 9.2 单因素ANOVA 分析和多重比较法（LSD）检验各处理间的差异显著性，采用GraphPad Prism 6.02进行绘图。

2 结果与分析

2.1 液体有机碳肥对小番茄生长的影响

不同施肥处理对小番茄株高产生不同程度的影响（图1A）。T2 处理与其他处理差异均达到显著水平。T2 处理小番茄株高最高（87.7 cm），CK 最低（65.3 cm）。与CK相比，T1、T2、T3和T4处理小番茄株高分别提高19.4%、34.2%、12.8%和15.3%。与T1 处理相比，T2 处理小番茄株高提高12.4%，T3 和T4处理小番茄株高分别降低5.6%和3.4%。

不同施肥处理对小番茄茎粗产生不同程度的影响（图1B）。T2 处理与其他处理差异均达到显著水平。T2 处理小番茄茎粗最高（7.5 mm），CK 最低（6.5 mm）。与CK 相比，T1、T2、T3 和T4 处理小番茄茎粗分别提高9.2%、15.4%、4.6%和7.7%。与T1 处理相比，T2 处理小番茄茎粗提高5.6%，T3 和T4 处理分别降低4.2%和1.4%。

不同施肥处理对小番茄叶片SPAD 值产生不同程度的影响（图1C）。T2 处理与其他处理差异均达到显著水平。T2 处理小番茄SPAD 值最高（48.0），CK最低（33.1）。与CK相比，T1、T2、T3和T4处理小番 茄SPAD 值 分 别 提 高23.3%、45.0%、28.7% 和30.2%。与T1 处理相比，T2、T3 和T4 处理小番茄SPAD值分别提高20.1%、4.4%和5.6%。

不同施肥处理对小番茄根系干质量产生不同程度的影响（图1D）。T2 处理与其他处理差异均达到显著水平。T2 处理小番茄根系干质量最高（6.9 g），CK 最低（3.6 g）。与CK 相比，T1、T2、T3 和T4 处理小番茄根系干质量分别提高44.4%、91.7%、61.1%和52.8%。与T1 处理相比，T2、T3 和T4 处理小番茄根系干质量分别提高32.7%、11.5%和5.8%。

2.2 液体有机碳肥对小番茄单株产量的影响

不同施肥处理对小番茄单株产量产生不同程度的影响（图2）。T2处理与其他处理差异均达到显著水平。T2 处理小番茄单株产量最高（1.4 kg），CK最低（0.8 kg）。与CK 相比，T1、T2、T3 和T4 处理小番茄单株产量分别提高50.0%、75.0%、62.5%和62.5%。与T1 处理相比，T2、T3 和T4 处理小番茄单株产量分别提高16.7%、8.3%和8.3%。

图2 液体有机碳肥对小番茄单株产量的影响Fig.2 Effects of liquid organic carbon fertilizer on yield per plant of small tomato

2.3 液体有机碳肥对小番茄根系生长的影响

不同施肥处理对小番茄根长产生不同程度的影响（图3A）。T2 处理与其他处理差异均达到显著水平。T2 处理小番茄根长最长（5 008.3 cm），CK 最短（2 419.7 cm）。与CK 相比，T1、T2、T3 和T4 处理小番茄根长分别提高64.6%、107.0%、60.1% 和57.5%。与T1 处理相比，T2 处理小番茄根长提高25.7%，T3和T4处理分别降低2.8%和4.3%。

不同施肥处理对小番茄根表面积产生不同程度的影响（图3B）。T2 处理与其他处理差异均达到显著水平。T2 处理小番茄根表面积最高（514.4 cm2），CK 最低（267.9 cm2）。与CK 相比，T1、T2、T3 和T4 处理小番茄根表面积分别提高55.7%、92.0%、54.5%和48.7%。与T1 处理相比，T2 处理小番茄根表面积提高23.3%，T3 和T4 处理分别降低0.8%和4.5%。

不同施肥处理对小番茄根体积产生不同程度的影响（图3C）。T2 处理与其他处理差异均达到显著水平。T2 处理小番茄根体积最大（4.4 cm3），CK最小（2.3 cm3）。与CK 相比，T1、T2、T3 和T4 处理小番茄根体积分别提高47.8%、91.3%、52.2% 和34.8%。与T1 处理相比，T2 和T3 处理小番茄根体积分别提高29.4%和2.9%，T4处理降低8.8%。

不同施肥处理对小番茄根平均直径均产生不同程度的影响（图3D）。T2 处理与其他处理差异均达到显著水平。T2 处理小番茄根平均直径最大（0.38 mm），CK 最小（0.26 mm）。与CK 相比，T1、T2、T3 和T4 处理小番茄根平均直径分别提高24.6%、46.2%、22.1%和24.5%。与T1 处理相比，T2处理提高18.8%，T3 和T4 处理分别降低2.0%和0.1%。

图3 液体有机碳肥对小番茄根系生长的影响Fig.3 Effect of liquid organic carbon fertilizer on root growth of small tomato

2.4 液体有机碳肥对小番茄品质的影响

不同施肥处理对小番茄维生素C含量产生不同程度的影响（表2）。T2处理与其他处理差异均达到显著水平。T2 处理小番茄维生素C 含量最高（124.9 mg/kg），CK 最低（61.7 mg/kg）。与CK 相比，T1、T2、T3 和T4 处理小番茄维生素C 含量分别提高66.6%、102.4%、71.6%和88.0%。与T1 处理相比，T2、T3 和T4 处理小番茄维生素C 含量分别提高21.5%、3.0%和12.8%。

表2 液体有机碳肥对小番茄品质的影响Tab.2 Effect of liquid organic carbon fertilizer on quality of small tomato

不同施肥处理对小番茄硝酸盐含量产生不同程度的影响。T2 处理与其他处理差异均达到显著水平。T1处理小番茄硝酸盐含量最高（66.3 mg/kg），T3处理最低（43.7 mg/kg）。与CK相比，T1处理小番茄硝酸盐含量提高9.2%。T2、T3 和T4 处理小番茄硝酸盐含量分别降低7.6%、28.0%和27.2%。与T1处理相比，T2、T3 和T4 处理小番茄硝酸盐含量分别降低15.4%、34.1%和33.3%。

不同施肥处理对小番茄可溶性糖含量产生不同程度的影响。T2处理与其他处理差异均达到显著水平。T2 处理小番茄可溶性糖含量最高（16.8 mg/g），CK 最低（10.3 mg/g）。与CK 相比，T1、T2、T3 和T4处理小番茄可溶性糖含量分别提高41.7%、63.1%、48.5%和54.4%。与T1 处理相比，T2、T3 和T4 处理小番茄可溶性糖含量分别提高15.1%、4.8% 和8.9%。

不同施肥处理对小番茄有机酸含量产生不同程度的影响。T2 处理与其他处理差异均达到显著水平。T1 处理小番茄有机酸含量最高（6.4 mg/g），T2处理最低（3.6 mg/g）。与CK相比，T1处理小番茄有机酸含量提高14.3%，T2、T3 和T4 处理小番茄有机酸含量分别降低35.7%、19.6%和21.4%。与T1处理相比，T2、T3 和T4 处理小番茄有机酸含量分别降低43.8%、29.7%和31.3%。

2.5 小番茄根系生长与产量相关性分析

由图4可知，在不同的施肥处理下，小番茄根长（R2=0.836 8，P＜0.01）、根 表 面 积（R2=0.830 1，P＜0.01）、根体积（R2=0.716 2，P＜0.01）和根平均直径（R2=0.659 6，P＜0.01）均与小番茄单株产量呈显著正相关。

图4 小番茄根系生长与单株产量相关性分析Fig.4 Correlation analysis between root growth and yield per plant of small tomato

2.6 小番茄根系生长与果实品质相关性分析

由表3 可知，在不同施肥处理下，小番茄根长、根表面积、根体积和根平均直径均与维生素C 含量和可溶性糖含量呈显著正相关。小番茄根长和根表面积均与有机酸含量呈显著负相关，根平均直径与有机酸含量呈显著正相关，根体积与有机酸含量没有显著的相关性。小番茄根长、根表面积、根体积和根平均直径均与硝酸盐含量没有显著的相关性。

3 结论与讨论

碳是植物生长必需的大量元素之一，其占农作物有机质质量的58%，干物质质量的30%～35%[9]。植物对碳的获取主要有2个途径[9]，一个是地上叶片的光合作用，另一个是地下根系对土壤环境中小分子有机碳的吸收，而且地下有机碳的吸收量占植物碳吸收总量的50%～60%。目前无论是植物的光合作用阶段还是根系的吸收过程，乃至植物夜间的呼吸作用，植物都存在明显的“碳饥饿”现象[13]。因此，从根系补充植物可直接吸收的小分子有机碳是缓解植物“碳饥饿”的有效途径[15]。本试验结果表明，与常规施肥相比，施用酒精废醪液体有机碳肥处理小番茄的株高、茎粗、SPAD 值、根系干质量和单株产量分别提高12.4%、5.6%、20.1%、32.7%和16.7%，说明施用酒精废醪液体有机碳肥能够明显改善小番茄的“碳饥饿”现象，显著促进小番茄的生长。

碳元素是构成蛋白质、氨基酸、糖类的重要组成元素[16]，是作物合成糖类、蛋白质、氨基酸、酶、激素、信号传递物质的基础物质[17]。因此，及时补充小分子的有机碳可以显著提高植物的品质。李瑞波等[5]发现，施用液体有机碳肥能够显著改善作物生长和品质，还能够明显地延缓黄瓜的早衰。同样，本试验中，施用酒精废醪液体有机碳肥处理小番茄的品质也有很大的提升，与常规施肥处理相比，其维生素C 含量和可溶性糖含量分别提高21.5%和15.1%，硝酸盐和有机酸含量分别降低15.4%和43.8%。刘鹏云[18]通过大棚试验在西红柿上应用“荣木”液体有机肥料，也取得了类似的结果，液体有机肥料同样也能促进西红柿生长，提高西红柿的品质，增强其抗病能力。同样的结果在经济作物[11]和大田作物[19-20]中也被发现。桂丕等[21]在蕹菜上施用有机碳肥发现，蕹菜叶片中水溶性碳占全碳的百分比（WC/TC）及水溶性氮占全氮的百分比（WN/TN）下降。说明，施用有机碳肥可以明显促进蕹菜碳氮的合成代谢，进而提升蕹菜的品质。由此可见，液体有机碳肥在促进作物生长和提升品质方面优势明显。

根系是植物重要的吸收和代谢器官，是接触土壤环境的第一道门户，易对土壤环境的营养状况做出响应[22]。在本研究中，与常规施肥相比，酒精废醪液体有机碳肥处理小番茄根长、根表面积、根体积和根平均直径分别显著提高25.7%、23.3%、29.4%和18.8%。根长、根表面积、根体积和根平均直径都与小番茄单株产量呈显著正相关关系，其中小番茄根长与小番茄单株产量相关性最强（R2=0.836 8，P＜0.01），这与陈鹏宇等[23]在烟草上研究结果是一致的。同样也发现，根长、根表面积、根体积和根平均直径与维生素C含量和可溶性糖含量均呈显著正相关关系，也是根长与小番茄的维生素C 含量和可溶性糖含量的相关性最强（R2=0.833 2，P＜0.01；R2=0.803 8，P＜0.01）。与党祝庆[24]在桃树上的研究 结果是一致的。另外，本研究还发现，根长、根表面积、根体积和根平均直径都与小番茄硝酸盐含量没有显著的相关关系，而根长和根表面积与小番茄有机酸含量呈显著负相关关系。这与陈桐等[25]在水稻上的研究结果是一致的。

本试验在小番茄上推广应用酒精废醪液体有机碳肥，对于丰富液体有机碳肥的研发和推广应用提供了必要的科学依据。但是，本试验处理是在盆栽试验条件下进行的，与实际的大田试验还有一定的差异，未来还需要田间试验进行验证。