基于葵花桿硫酸銨生物基肥的番茄不同生育期配方肥的效果

林 薇，周海霞，蘭摯謙，張凱歌，劉吉青，張雪艷

(寧夏大學 農學院，寧夏 銀川 750021)

隨著中國農業產業結構調整的不斷深入，設施園藝迅猛發展[1]。但田間生產中大水大肥現象普遍存在，盲目使用化肥一方面造成肥料的浪費，另一方面造成土壤理化性質惡變、病原菌數量激增、果實產量下降，最終導致不同程度的土壤連作問題，嚴重制約了我國設施農業的可持續發展[2-4]。張亞鴿等[5]、李榮坦等[6]研究表明，合理灌溉施肥能夠改善土壤理化性質，促進根系生長，增大根系吸收面積，從而有利于作物產量的提高，因此合理施用肥料是提高設施栽培土壤和作物質量的保障。

目前，水肥一體化技術的應用可有效提高水分和養分的利用效率，改善土壤環境， 解決水肥不合理使用問題[7]。常曉曉[8]研究表明，利用滴灌水肥一體化的灌溉技術，在整個生長過程中，黃瓜苗期使用1/2 N水平營養液，結瓜初期使用3/4 N水平營養液，結瓜盛期使用5/4 N水平營養液和結瓜后期使用3/4 N水平營養液可使黃瓜植株對氮、磷、鉀三種營養元素的吸收量達到最高。王文軍等[9]研究表明，水肥一體化措施下，設施番茄水肥一體氮肥減量20%、40%或氮磷鉀肥各減量20%都能夠提高番茄產量、產值和利潤。水肥一體化的應用在一定程度上減少了水肥的過量使用，但是化肥使用的危害依然存在。利用廢棄秸稈通過生物菌劑發酵的產物，可有效解決設施蔬菜連作障礙、增強抗逆性、提高產量和品質，研究其具體的使用方式和用量具有重要意義[10]。葵花桿硫酸銨是一種以秸稈粉、風化煤等生物質原料經過化學工藝處理形成的穩定水溶性高分子材料，其所含的大量營養物質可促進植株生長，對土壤可持續利用及果實質量提升有重要意義。劉馨等[11]研究表明，常規水溶肥和生物基水溶肥配合使用效果更好，可明顯改善土壤質量，促進植株生長，提高果實品質與產量。李娜等[12]研究表明，生物基磺酸鹽改良劑可以改善土壤鹽堿地，促進油葵生長。此外，納米碳溶膠和黃腐酸鉀對作物生長有促進作用。楊健等[13]研究表明，納米碳溶膠能顯著促進烤煙根系生長，增加根系和地上部生物量，提高煙葉鉀素吸收及積累量。高偉等[14]研究表明，施黃腐酸鉀可不同程度地提高番茄產量、植株干物質量和品質。針對以上研究發現，系統研究基于生物基磺酸鹽的番茄不同生育期配方肥對番茄生長和土壤改良效果鮮有報道。

番茄作為一種具有很高的營養價值、經濟價值以及食療保健作用的蔬菜，深受人們歡迎[15]。針對設施番茄生產中肥水過剩等原因造成的土壤質量，果實品質和產量下降等問題，以葵花桿為材料形成的生物基磺酸鹽為基礎，進行苗期、花期、結果期不同氮磷鉀配方肥的研究，系統分析其對土壤養分、植株生長、根系特性、果實產量與品質的影響，明確每個生育期的最佳施肥配比，為生物基磺酸鹽水溶配方肥在設施果菜上的合理應用及化肥減施提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗于2016年11月29日至2017年5月4日，在寧夏銀川國家農業科技園區4號日光溫室內進行。0～20 cm土層的速效氮含量為38.43 mg·kg-1，速效磷96.31 mg·kg-1，速效鉀203.46 mg·kg-1，全氮2.03 g·kg-1，有機質12.15 g·kg-1，EC 0.72 mS·cm-1，pH 8.30。種植番茄品種選用碧嬌。由北京紫光英力公司提供的葵花桿硫酸銨為基礎進行苗期、花期、結果期配方試驗，葵花桿硫酸銨的全N含量13.5%，K2O 2.3%，有機質51%，不含P2O5。苗期N2O+P2O5+K2O總量為22，設置2個水平N-P-K為12-4-6、9-4-9；開花期N2O+P2O5+K2O總量為50，設置2個水平N-P-K為20-8-22、19-6-25；膨果期N2O+P2O5+K2O總量為58，設置2個水平N-P-K為15-9-34、13-7-38，試驗設置共8個處理見表1，每小區面積17.5 m2。每個處理3次重復，隨機區組排列。全生育期添加納米碳溶膠3.33 mL·L-1，開花期和膨果期添加黃腐酸鉀150 mL·L-1，納米碳溶膠基本特性：納米碳溶膠由北京奈艾斯新材料科技有限公司提供，pH值2.6、電導率為2 240 μS·cm-1、濃度為3.1 g·L-1、粒徑20～50 nm，黃腐酸鉀基本特性：固體粉劑，其中含黃腐酸含量50.0%，K2O含量為12.0%。底肥施用寧夏豐源生物有限公司提供的有機肥1.4 t·667 m-2(有機質≥45%，N2O-P2O5-K2O≥5%)，磷酸二銨40 kg(總養分≥62%，N2O-P2O5-K2O：14-46-0)，復混肥40 kg(總養分≥57%，N2O-P2O5-K2O：12-5-40)，起壟雙行種植，株距40 cm，行距80 cm，田間水分管理一致。

表1 試驗設計

1.2 樣品采集與分析

1.2.1 樣品采集

在盛果期，每個處理每個重復取代表性果實樣品5個測定果實品質，包括可溶性固形物、硝酸鹽、可溶性糖、VC、有機酸含量，采收期記錄不同處理小區番茄產量，按照小區面積折合成667 m2產量；拉秧期取植株測定根系特征，包括根長、表面積、平均直徑和體積；取0～20 cm盛果期土壤，風干后過1 mm篩，用于測定土壤化學指標。

1.2.2 樣品分析

定植緩苗后，每處理選取10株代表性植株，每2周測一次株高、莖粗、葉片長寬及葉綠素含量，共測定5次。株高采用卷尺測量，以從子葉到根基部的高度為基準；莖粗采用數顯游標卡尺測量；葉長與寬采用直卷尺測量，計算葉面積；葉綠素含量采用日本SPAD Plus儀器測定；在拉秧期，利用EPSON(V700)掃描儀測量植株根長、表面積、直徑以及根體積。

采用土水比1∶10電導法測定pH，采用1∶5土壤懸液電位計法測定EC值，采用凱氏定氮法測定土壤速效氮含量，采用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測定土壤速效磷含量，采用1mol·L-1NH4Ac浸提-火焰光度法測定土壤速效鉀含量[16]。

采用蒽酮比色法測定可溶性糖含量[17]，采用酸堿中和滴定法測定有機酸含量[17]，采用鉬藍比色法測定維生素C含量[18]，采用水楊酸比色法測定硝酸鹽含量[18]，采用手持糖量儀測定可溶性固形物含量。

1.3 數據分析

數據分析釆用Excel 2010和SPSS 20.0軟件，利用LSD方法在P<0.05水平進行單因素顯著性分析，結果以平均值±標準誤表示，利用主成分分析綜合得分法，對各因子測試值進行標準化處理，確定各因子權重，計算綜合質量分數，對各處理進行綜合評價。采用模糊數學隸屬函數值的方法計算隸屬函數Xij=(Xij-Xjmin)/(Xjmax-Xjmin)，其中Xij為第i個處理第j項指標的隸屬，Xij表示第i個處理第j項指標測定值；Xjmax、Xjmin為所有參試處理中第j項指標的最大值和最小值。

2 結果與分析

2.1 不同生育期配方肥對番茄植株長勢的影響

由圖1可知，在番茄生長前期E1、E2處理下株高、莖粗、葉綠素含量和葉片數無顯著差異。在番茄生長中期E1相同水平下，M1和M2處理的莖粗和葉片數無顯著差異，但M2處理的株高顯著高于M1；E2相同水平下，M1處理的株高、莖粗、葉片數顯著高于M2，但葉綠素含量顯著低于M2，總體而言，M1在生長中期更有利于番茄生長。番茄生長后期，E1M2L2處理顯著增加了株高，E1M1L1、E1M1L2和E1M2L1較其他處理顯著增加了莖粗和葉片數，E2M1L2處理的葉綠素含量最高，較最低的E2M2L2高103%。

2.2 不同生育期配方肥對番茄植株根系的影響

由圖2可以看出，各處理間根表面積和根長無顯著差異。E1M2L2、E2M1L2、E2M2L2的根體積最大，顯著高于E1M2L1、E2M1L1，其中E1M2L2較E1M2L1、E2M1L1高61.8%、63.5%，與其他處理間無顯著差異。E1M1L1、E2M2L1的根直徑最大，顯著高于E1M2L1、E2M1L1處理，其中E1M1L1較E1M2L1、E2M1L1處理分別高57.2%、28.9%。

2.3 不同生育期配方肥對番茄品質的影響

如表2所示，E1M2L2和E2M1L2處理的可溶性糖含量最大，顯著高于E2M1L1、E1M1L1、E1M1L2，與其他處理間無顯著差異。E1M1L1處理的有機酸含量最大，為4.57%，顯著高于其他處理；E1M1L2、E2M2L1有機酸含量次之；E1M2L2、E2M1L1有機酸含量最低。E1M2L2處理的VC含量最高，顯著高于E1M1L1處理，與其他處理間無顯著差異。E1M2L2處理的硝酸鹽含量最低，且與E1M2L1、E2M2L1間無顯著差異，E1M1L2次之，E2M1L2果實硝酸鹽含量最高，且E1M1L1、E2M1L1、E2M1L2間無顯著差異。E2M1L2處理的可溶性固形物含量最大，為9.2%，顯著高于其他處理，E1M2L2和E2M2L1次之。

同一生長時期，不同處理間沒有相同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。下同。In the same growth period， the bars without the same lowercase letters showed the significant difference(P<0.05). The same as below.圖1 不同生育期配方肥對番茄植株生長的影響Fig.1 Effects of formula fertilizers at different growth stages on tomato plant growth

圖2 不同生育期配方肥對植株根系特征的影響Fig.2 Effects of formula fertilizers at different growth stages on plant root characteristics

表2 不同生育期配方肥對果實品質的影響

表中同列數據后不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下同。

The data in the same column followed by different lowercase letters showed the significant difference (P<0.05). The same as below.

2.4 不同生育期配方肥對番茄產量的影響

由圖3可知，各處理間產量差異顯著，E1M1L2處理顯著增加了番茄產量，667m2產量最高達3 940.58 kg，E1M2L1次之，E2M1L2顯著低于E1M1L2和E1M2L2，其667m2產量達3 347.81 kg，E2M2L2處理下667m2產量最低為2 094.31 kg，比E1M1L2處理下產量低46.9%。

圖3 不同生育期配方肥對番茄產量的影響Fig.3 Effects of formula fertilizers at different growth stages on tomato yield

2.5 不同生育期配方對土壤養分含量的影響

如表3所示，E1M1L1處理的pH、速效鉀含量均顯著低于其他處理，速效氮含量較低。E1M1L2處理的速效氮、速效鉀含量均較低，有機質含量顯著高于其他處理，EC和速效磷含量表現居中。E1M2L1處理的pH和速效磷含量較高，有機質、速效鉀、速效氮、EC均表現較低。E1M2L2處理的pH、速效磷、速效鉀含量最高，有機質和EC含量表現較低。E2M1L1處理的pH最高，EC、速效氮含量較低，速效磷、速效鉀、有機質也表現較低。E2M1L2處理的速效養分含量、EC、pH均表現居中。E2M2L1處理的速效氮含量顯著高于其他處理，EC也較高，有機質、速效鉀、速效磷、速效氮含量均表現較低。E2M2L2處理的EC最高，速效磷含量最低，速效鉀和有機質含量居中。

2.6 主成分分析

由表4所示，對株高、莖粗、葉綠素、葉片數、根表面積、根直徑、根長、根體積、可溶性糖、有機酸、VC、硝酸鹽、可溶性固形物、產量進行主成分分析得出，主成分1的特征值為5.392，貢獻率為38.514%，主成分2的特征值為3.558，貢獻率為25.414%，主成分3的特征值為2.477，貢獻率為17.695%，主成分4的特征值為1.153，貢獻率為8.238%，前4個主成分特征值之和為12.58，累計貢獻率達89.861%，表明前4個主成分可解釋差異產生的89.861%。

由表5可以看出，各處理綜合得分為E2M1L2>E1M1L1>E1M1L2>E2M2L1>E1M2L2>E2M1L1>E1M2L1>E2M2L2，E2M1L2處理得分最高，即苗期總肥量為22，N∶P∶K為9∶4∶9，開花期總肥量為50，N∶P∶K為 20∶8∶22，膨果期總肥量為58，N∶P∶K為13∶7∶38處理效果最優。

3 結論與討論

合理、科學的施肥是蔬菜生產管理過程中的重要技術措施。有研究表明，在N、P、K相同配比條件下，隨施肥量增加各營養元素吸收量也隨之增加，但增加到一定程度后，各營養元素吸收量反而會隨施肥量增加而降低[19-21]。生物基水溶肥的使用有利于改善土壤肥力，提高番茄果實品質與產量[22]。本試驗在保證作物產量的基礎上，以葵花桿硫酸銨水溶肥為基礎，針對番茄不同時期的需肥特性進行追肥，避免過量施肥造成的浪費，順應可持續農業發展的趨勢。

表3 不同處理對土壤養分含量的影響

表4 主成分的特征值與方差貢獻率

表5 不同處理主成分值，隸屬函數值，綜合評價值及排序

在番茄生長前期，N∶P∶K為12∶4∶6和9∶4∶9時，株高、莖粗、葉綠素和葉片數無顯著差異，生長中期N∶P∶K為20∶8∶22有利于促進番茄植株長勢，與唐麗麗[23]的研究結果一致，番茄生長期對氮肥需求量相對較大， 配合少量磷、鉀肥施用，能夠促進作物生長，中后期對氮肥和鉀肥需求量大， 適當增加追肥中氮肥和鉀肥的用量，促進產量的增加。根系是作物吸收水分和氮素的主要器官，合理灌溉和施氮措施可以促進作物根系的充分吸收[24]。本研究表明，番茄在各處理間根長和根表面積無顯著差異，E1M2L1、E2M1L1處理的根直徑和根體積低于其他處理，E2M1L2處理的根直徑和根體積均表現較高。

本研究表明，E1M2L2和E2M1L2處理的可溶性固形物含量最高；E1M2L1處理的可溶性糖含量最大，為5.71%，E2M1L2次之，為5.70%；VC含量以E1M2L2最高，E2M1L1和E2M2L1次之，這與Takebe等[25]、秦文利等[26]、唐新蓮等[27]研究一致。馬躍等[28]研究表明，在一定范圍內，增施磷肥會提高番茄果實中可溶性糖含量，增施鉀肥則會增加番茄果實中可溶性糖、維生素C含量。番茄雖然是一種產量高、需肥多的蔬菜，按不同生育期需肥特性，合理施肥可以增加產量和品質，劉中良等[29]研究表明，NPK比為18∶9∶32時，番茄產量最高。何明才等[30]研究表明，N2O∶P2O5為1∶1時，番茄產量達到最佳。本試驗研究表明，E1M1L2處理下顯著增加了番茄產量，667m2產量最高達3 940.58 kg，E1M2L1和E2M1L2次之。

從全生育期來看，E1M1L1有效調節土壤pH，E2M2L2顯著提高了土壤EC值，E1M1L2顯著提高了土壤有機質含量，E1M2L2提高了速效磷和速效鉀的含量，E2M2L1增加了速效氮的含量，E2M1L2土壤養分含量居中，這不僅與整個生育期合理施肥有關，也與黃腐酸鉀和葵花桿硫酸銨水溶肥的特性有關。黃腐酸鉀是土壤腐殖酸中活性最強的一種有機物，能夠改善土壤化學性質，活化土壤養分，使N、P、K等營養元素以絡合態逐漸釋放，以提高肥料利用率[31-32]。葵花桿硫酸銨作為一種生物基有機水溶肥，具有很多益處。王海霞等[33]研究結果表明，通過不同配方的水溶肥滴灌白菜，在一定程度上改善土壤pH和電導率。

綜上所述，本試驗按不同生育期進行合理施肥在一定程度上能夠滿足番茄生長的需求，葵花桿硫酸銨、納米碳溶膠、黃腐酸鉀的配施亦有利于土壤養分的改善和轉化，促進番茄根系的生長和吸收，提高番茄的產量和品質。從增產效果考慮，E2M1L2處理下產量最高，可以作為設施番茄增產提供施肥參考。綜合主成分分析，E2M1L2有利于促進番茄地上地下的長勢、果實品質提升。