牛粪饲喂蚯蚓废弃物对番茄生长与品质的影响

豆俏俏，黄玉波，李春霞，马任甜，郭 媛，寇太记*

（1.河南科技大学，河南 洛阳 471023；2.周口市农业科学院，河南 周口 466000）

番茄作为具有多种营养价值和应用价值的蔬菜作物，在世界各国被广泛栽培［1］。在番茄生产过程中大量的化肥投入和番茄的抗重茬性能差，会导致土壤养分元素失衡和有益菌占比的下降［2］，也产生了番茄幼苗成活率低、产量与品质降低［3］等诸多问题。采用有机肥替代化肥是提升土壤质量和促进番茄产业可持续发展的重要手段。蚯蚓粪具有多孔结构且富含多种营养元素，供肥与保肥能力强［4］，且带有拮抗土传病害的微生物，能够提高土壤微生物种群的多样性［5］，有效缓解土地连作带来的负面影响［6］，改善番茄连作障碍并提高坐果率［7］。冯腾腾等［8］研究表明蚯蚓粪能提高黄瓜产量、缩短出苗周期，也可将其应用于菠菜［9］和西瓜［10］的种植。此外，牛粪通常也会被作为有机肥农用，还有一定数量的牛粪用于工厂化养殖蚯蚓，又会产生新的废弃物。由于牛粪饲喂蚯蚓废弃物具有独特的理化性质［11］，该废弃物也成为了潜在的新型优质生物有机肥料，但牛粪饲喂蚯蚓废弃物（简称为饲蚓固废）并非传统意义上的蚯蚓粪，其主要是由牛粪残渣、蚯蚓粪构成。目前，有关饲蚓固废的合理施用量以及对番茄农艺性状的影响鲜见报道。基于此，本研究通过设置不同用量的饲蚓固废，通过分析饲蚓固废、化肥和牛粪施用对番茄生长发育、果实品质和产量的影响，以期为饲蚓固废在番茄生产上的应用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点与供试材料

试验地点在河南科技大学开元校区农场（112°42′E，34°59′N），位于伏牛山脉的豫西低山丘陵区，属暖温带半湿润气候，平均气温14.8 ℃，年降水量578 mm左右，年日照时数2100~2300 h，无霜期210 d以上。土壤为石灰性褐土，0~20 cm土层理化性状为：有机质18.1 g/kg，碱解氮23.1 mg/kg，有效磷48.2 mg/kg，速效钾232.0 mg/kg，pH值为7.35。

供试牛粪为河南省周口市一肉牛养殖场的脱干粪便。供试饲蚓固废是使用该养殖场的半新鲜牛粪为原料养殖商用蚯蚓6个月后所形成的牛粪残渣与蚯蚓粪的混合物，其主要养分见表1。化肥为市售尿素、过磷酸钙、硫酸钾。番茄品种为洛阳番茄16号，购自洛阳市农林科学院。

表1 供试牛粪、饲蚓固废养分含量

1.2 试验设计

试验设置化肥（F1，N 25 g/m2、P2O515 g/m2、K2O 45 g/m2）、牛粪（F2，1.500 kg/m2）、5个饲蚓固废固废用量（F3~F7，施用量分别为0.750、1.125、1.500、1.875、2.250 kg/m2）以及空白对照（CK，不施肥）等8个处理，每个处理重复3次，共24个小区，各小区随机排列，小区面积8.1 m2。每小区种植8行，每行6株，每穴1株，定植48株（行株距为40 cm×30 cm）。番茄于2022年4月单株移栽种植，8月收获，缓苗后在每个小区选取长势健壮、较一致的10株用于产量与农艺性状分析。牛粪、饲蚓固废均作为基肥在翻地时一次性施入，化肥施用按照基肥∶追肥=1∶1施用，其余农艺管理措施与当地常规管理一致。

1.3 样品的采集与测定

番茄产量为全生育期的累计产量，即每个小区固定10株番茄，监测其从开始收获直至收获结束的累积平均产量，采用称重法测定；此外，监测每个小区的10株测产番茄的长势情况，株幅、株高采用卷尺测量，茎粗（茎基部的粗度，cm）采用游标卡尺测量。在盛果期进行品质特征测定，其中可溶性固形物含量采用阿贝折射仪测定；可溶性糖含量采用蒽酮比色法［12］测定；可滴定酸含量采用氢氧化钠滴定法测定［13］；可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝G-250法［13］测定；维生素C(VC)含量采用2,6-二氯酚靛酚钠滴定法［14］测定。植株的氮、磷、钾含量参照农化分析方法［15］测量。

1.4 数据处理

使用Microsoft Excel 2016软件进行数据统计和制图，应用SPSS 20.0软件进行显著性方差分析及相关性分析。

2 结果与分析

2.1 饲蚓固废用量对番茄农艺性状的影响

由图1可知，饲蚓固废的用量会影响番茄的株幅、茎粗和株高。相比于CK处理，F1处理未对株幅、株高和茎粗产生显著影响，而F2、F5~F7处理的株幅、茎粗和株高显著增高，且随着饲蚓固废用量增加，株幅、株高与茎粗总体呈增大的趋势；相比于F2处理，饲蚓固废施用量与F2处理相同时的株幅、株高与茎粗无明显差异，但F3、F4处理的株幅、株高与茎粗均低于F2处理的，且株高和茎粗的差异均达到显著水平；F6、F7处理的株幅则分别显著提高了25.9%、38.8%，株高分别显著提高了8.2%、13.1%。因此，合理施用饲蚓固废可改善番茄植株的生长状况，可替代化肥与牛粪。

图1 不同饲蚓固废用量对番茄农艺性状的影响

2.2 饲蚓固废用量对番茄叶片叶绿素的影响

由图2可知，施用饲蚓固废会影响番茄叶片的叶绿素含量；相比于F1处理，仅F2和F5~F7处理显著提高了番茄叶片SPAD值，其中F2处理提高了5.7%，F5~F7处理则提高了7.7%~10.9%；相比于F2处理，仅最大饲蚓固废用量（F7）显著增加叶绿素SPAD值幅度为4.9%，其他处理均未达到差异显著水平。

图2 不同饲蚓固废用量对番茄叶片SPAD的影响

2.3 饲蚓固废用量对番茄产量的影响

由图3可知，番茄的产量随饲蚓固废用量呈先增加后降低的趋势，施用饲蚓固废有机肥(F3~F7)比施用化肥(F1)提高了5.6%~19.4%，其中F5~F7处理与F1之间达到显著水平；相比于F2处理，仅F6处理的番茄产量显著增加了10.1%，其他处理均未达到差异显著水平。

图3 不同饲蚓固废用量对番茄产量的影响

2.4 饲蚓固废用量对番茄果实品质的影响

不同饲蚓固废用量对番茄果实的可溶性固形物、可溶性糖、可滴定酸、可溶性蛋白、维生素C和水分含量的影响见图4。由图4可知，除可滴定酸含量指标外，其他果实品质指标均呈现出增加的趋势；施肥对番茄果实的可溶性固形物的影响基本一致，相比于CK和F1处理，仅F6和F7处理番茄果实的可溶性固形物和水分含量显著增加，施用牛粪处理(F2)和其他不同饲蚓固废用量(F3~F5)处理果实的可溶性固形物均未达显著差异水平，F7处理番茄果实的水分含量显著高于F2处理的；相比于CK处理，施肥处理显著降低了番茄果实的可溶性糖含量17.9%~36.4%，施用化肥与牛粪处理间无显著差异，施用饲蚓固废能减缓可溶性糖含量降低的趋势，与F2处理相比，F3、F6和F7处理显著增加番茄果实中可溶性糖含量，增幅为16.8%~25.5%；施肥降低了番茄果实中可滴定酸的含量，有机肥处理(F2~F7)中番茄果实的可滴定酸含量较CK处理显著降低9.0%~17.9%，随饲蚓固废用量增加，可滴定酸含量呈降低趋势；施肥对番茄果实中可溶性蛋白含量和还原性VC含量的影响规律基本一致，施肥处理能够显著提高番茄果实的可溶性蛋白含量(12.3%~49.3%)和还原性VC含量(10.7%~65.5%)，随着饲蚓固废用量的增加，可溶性蛋白含量和还原性VC含量呈增大的趋势，其中F2和F5~F7处理均比F1处理显著增加，但与F2处理相比，仅F7处理的可溶性蛋白含量与VC含量分别显著增加15.6%和19.8%。综上，增大饲蚓固废用量可部分改善番茄果实的品质，提高部分营养物质含量，最适饲蚓固废用量的改善效果均好于化肥与牛粪。

图4 不同饲蚓固废用量对番茄果实品质指标的影响

2.5 不同饲蚓固废用量对番茄果实中养分含量的影响

由表2可知，施用不同饲蚓固废用量对番茄果实中氮、磷、钾养分含量的影响存在差异；相比于CK，施用化肥提高了番茄果实中氮、磷、钾素的含量，仅氮的含量显著增加；除F7处理的磷含量外，施用有机肥能够显著增加番茄果实中氮、钾含量；随着饲蚓固废用量的增加，番茄果实中氮和钾含量呈现出增加趋势，但磷素含量则呈现出降低趋势；与F2处理相比，F5处理果实的氮、磷、钾含量均未达到显著差异水平，但F6和F7处理显著增加了氮(6.4%~7.6%)和钾(13.0%~22.5%)的含量，F7处理番茄果实的磷含量则显著降低8.4%。因此，饲蚓固废农用可增加番茄果实中的氮、钾含量，但不利于对磷素的吸收。

表2 不同饲蚓固废用量对番茄果实中氮磷钾含量的影响g/kg

3 讨论

通过合理添加饲蚓废弃物有机肥可明显改善番茄植株的生长状况，施用效果要优于牛粪和化肥处理，这为饲蚓废弃物在农业生产中取代或替少化肥使用提供一个参考。

饲蚓固废含有丰富的养分，大量的微生物和活性酶，在培肥地力方面具有较大的优势［16］，因此可以持续地为番茄提供养分，提高植物的光合作用和根系活力，促进植株对养分的吸收。本研究发现添加适量饲蚓固废有机肥能够促进番茄植株的生长，促进叶片合成叶绿素，这与刘学才等［17］的研究结果相一致。此外，相比于化肥处理与CK，施用较高饲蚓固废用量可显著增加番茄株幅、茎粗和株高，说明高浓度的饲蚓固废有机肥能促进番茄藤的增粗，有利于植株的生长。饲蚓固废有机肥的使用为番茄生长提供速效与缓效的营养物质，更有利于植株的生长，这与程世平等［18-19］在桂圆菊、薄皮甜瓜上的研究结果一致。

有研究表明，添加饲蚓固废有机肥能显著提高红小豆［20］和辣椒［21］等作物的生长、产量及品质，可显著降低果蔬中的硝酸盐含量。Atiyeh等［22］在温室育苗基质中添加不同量的饲蚓固废有机肥后发现，与施用普通有机肥处理相比，施用饲蚓固废有机肥不仅能提高番茄的产量，也可提高果实的品质，以及果实的总糖、可溶性蛋白、可溶性糖和VC含量。本研究发现，施用饲蚓固废有机肥处理的番茄产量和果实中可溶性糖、可溶性蛋白、VC、可滴定酸含量都显著高于化肥处理和对照，这与康胜乐等［23］的试验结果一致。综上，添加饲蚓固废有机肥能够显著提高番茄果实的品质和产量，这与前人的研究结果一致［24］。

氮、磷、钾养分是作物生长发育的三大基础养分，其吸收、同化与分配直接影响了作物的生长发育状况，进而影响作物的产量。研究表明，饲蚓固废有机肥含有大量的氮、磷、钾，还含有腐殖酸、多种氨基酸和微量元素［25］。使用饲蚓固废有机肥替代化肥可增加土壤中的速效氮、磷、钾的含量，提高番茄果实对氮、磷、钾营养元素的吸收效果，最终促进番茄果实的生长，改善番茄品质。靳丽云等［26-28］的研究也证实了施用饲蚓固废有机肥能够显著增加番茄果实中的氮磷钾含量，且对番茄果实生长有明显的促进作用。饲蚓固废所含有的微量元素和多种氨基酸类物质［25］使得番茄吸收养分更加平衡，有效促进了果实品质的改善。

4 结论

适宜用量的牛粪饲喂蚯蚓固废农用可促进番茄植株的生长和叶片叶绿素的合成，提高有机物的合成与积累，增加番茄产量，并显著提高番茄维生素C、可溶性蛋白、可溶性糖的含量以及果实含水量等。降低可滴定酸含量，可增加番茄果实中氮、钾的吸收，但不利于对磷的吸收。综上所述，在番茄生产中可施用1.500~1.875 kg/m2的饲蚓固废替代牛粪与化肥。