減施化肥配施微生物菌劑對番茄產質量和土壤肥力的影響①

岳明燦，王志國，陳秋實，徐明喜，李偉明，吳旭東，劉慶葉，陳莉莉，王東升，焦加國*

減施化肥配施微生物菌劑對番茄產質量和土壤肥力的影響①

岳明燦1,2，王志國1，陳秋實1，徐明喜2，李偉明2，吳旭東2，劉慶葉2，陳莉莉2，王東升2，焦加國1*

(1 南京農業大學資源與環境科學學院/江蘇省有機固體廢棄物資源化協同創新中心，南京 210095；2 南京市蔬菜科學研究所，南京 210042)

試驗以櫻桃番茄為材料，研究減施化肥配施不同微生物菌劑(EM和春語)對櫻桃番茄產量、品質和土壤肥力的影響。結果表明：減施化肥配施EM菌劑處理(RCF + EM)的櫻桃番茄產量高于全量化肥處理(CF)，但差異未達顯著水平(>0.05)，RCF + EM處理番茄可溶性固形物、可溶性蛋白和可溶性糖含量顯著高于CF處理(<0.05)，增幅依次為31.05%、27.82%、62.73%；RCF + EM處理的土壤pH、有機質、速效養分和微生物生物量碳氮含量均高于CF處理，其中pH、堿解氮和微生物生物量碳差異達到顯著水平(<0.05)，增幅依次為13.07%、20.83%、66.10%。與EM菌劑相比，春語微生物菌劑的效果總體較差。因此，減施化肥配施EM菌劑可提高櫻桃番茄產量和果實品質，對土壤肥力也有良好的改善作用。

減施化肥；EM菌劑；產量和品質；土壤速效養分；土壤微生物生物量

蔬菜生產在農業生產的發展中占有重要位置，提高蔬菜產量的重要措施就是施用化肥。據聯合國糧農組織(FAO)統計，化肥對農作物增產的貢獻率達40% ~ 60%。2016年數據顯示，我國耕地面積134 921 hm2，平均施肥強度443.5 kg/hm2，遠高于國際公認的施肥上限225 kg/hm2[1]。但是，隨著化肥的長期大量單施，作物產量不僅沒有得到提高[2]，反而隨著施用年限的增加，對土壤生態系統造成破壞，致使土壤微生物區系發生變化，微生物數量下降，出現土壤酸化、鹽漬化、土壤板結等一系列問題，直接導致農產品品質下降[3-7]。相關調查研究顯示，在部分蔬菜生產中，化肥的利用率僅為35% 左右，未被吸收的相當一部分化肥都對水體、大氣、土壤造成了污染[8-9]，而減施化肥能夠很好地改善這種現象[10-11]。

近年來，生物有機肥在改善土壤質量、降低環境污染方面的優勢越來越受到國內外學者的重視。研究表明[12]，化肥配施適量微生物菌劑能夠提高玉米產量與土壤微生物生物量碳氮含量。微生物菌劑施用對東北水稻有13.5% 的增產效果，能促使秸稈中養分元素的轉化，增加土壤的有機質含量[13-14]。王其傳等[15]及張志剛等[16]研究表明，微生物菌劑能有效改善土壤理化性質，并調節土壤微生物生長環境，促進植株生長，提高辣椒產量。為響應國家2020年實現化肥零增長政策，甚至達到負增長效果，本研究以櫻桃番茄為試驗對象，在適量減施化肥條件下，探究微生物菌劑對櫻桃番茄生長狀況、產量及品質的影響，以期為微生物菌劑替代部分化肥的田間施用及效果提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗于2017年在南京市蔬菜花卉科學研究所設施大棚內進行。試驗地位于南京市江寧區橫溪街道(31°43′14.03′′N，118°46′12.28′′E)，屬于亞熱帶濕潤氣候，土壤類型為黃棕壤。設施番茄一年兩茬，連作栽培。供試土壤基本理化性質為：有機質 25.52 g/kg，全磷 0.81 g/kg，堿解氮 121.15 g/kg，有效磷 70.02 mg/kg，速效鉀 228 g/kg。

供試作物為櫻桃番茄，品種為黑珍珠。2017年3月5日育苗，4月5日定植。供試菌劑為EM微生物菌劑和春語微生物菌劑。EM菌劑是一種由光合細菌、乳酸菌和革蘭氏陽性放線菌等80多種微生物構成的復合菌群制劑；春語菌劑是由市場購買的普通菌劑，含有生物酶、氨基酸、腐殖酸等成分。供試有機肥是市場購買的普通有機肥，由南通惠農生物有機肥有限公司提供，總養分質量分數≥5%，有機質質量分數≥45%。化肥為氮磷鉀養分質量分數45% 的復合肥(15-15-15)。栽培方式為傳統的畦栽，行距40 cm，株距40 cm，每個小區間開溝50 cm。

1.2 試驗設計

試驗采用隨機區組設計，設置5個處理(表2)，每個處理3次重復。具體處理為：①不施用任何肥料和菌劑的對照處理(CK)；②依據當地化肥施用量確定的全量化肥處理(CF)；③在CF處理基礎上減施40% 化肥，并灌施春語水溶肥處理(RCF+ CY)；④在CF處理基礎上減施40% 化肥，并灌施加噴施EM菌劑液體肥處理(RCF+EM)；⑤在CF處理基礎上減施40% 化肥，并灌施加噴施清水處理(RCF+ W)。各處理肥料施用情況見表1。其中，復合肥、有機肥表施，然后翻土覆蓋。根據微生物菌劑的施用說明，春語菌劑灌施液為母液用水(下同)稀釋200倍，EM菌劑灌施液為母液稀釋500倍，噴施為母液稀釋250倍(常規噴施)。噴施為陰天或者下午4點以后進行。灌施、噴施處理為定植后每10 d 1次，定植至采收，共施用6次。其余田間管理采用常規管理模式。

表1 不同處理施肥量(t/hm2)

1.3 測定項目與方法

番茄產量：自收獲期(2017年6月5日)起每3 ~ 4 d采收成熟度一致的櫻桃番茄，測定其產量，期間采收5次，至6月22日采收結束，匯總并計算總產量。番茄單果重以第3次采收的每個小區成熟度一致、大小均勻的10顆果實的平均質量計。

果實品質：在果實成熟期采集成熟度一致、大小均勻的果實進行Vc、可溶性糖、可溶性蛋白、可溶性固形物含量的測定。Vc采用2.6-二氯酚靛酚滴定法測定[17]，可溶性糖采用蒽酮比色法測定[17]，可溶性蛋白采用考馬斯亮藍G-250比色法測定[17]，可溶性固形物用WYT0-80% 糖度計測定。

土壤理化性質：含水量采用 105 ℃恒溫烘干法測定；pH 采用土水比1∶2.5 無CO2水浸提，pH計測定；電導率(EC)采用EC計測定；有機質采用重鉻酸鉀滴定法測定；全氮采用凱氏定氮法測定；全磷采用HClO4-H2SO4消解–鉬藍比色法測定；堿解氮采用堿解擴散法測定；有效磷采用0.5 mol/LNaHCO3浸提–鉬藍比色法測定；速效鉀采用NH4OAc浸提–火焰光度法測定[18]。

土壤微生物生物量碳氮：土壤微生物生物量采用氯仿熏蒸法測定，微生物生物量碳用硫酸鉀浸提-重鉻酸鉀氧化法測定；微生物氮采用硫酸鉀浸提-堿化蒸餾法測定。

1.4 數據分析

利用Microsoft Excel 2016軟件處理數據和Origin 2015作圖，并運用SPSS 20.0對數據進行單因素方差分析，對其顯著性差異(<0.05)用LSD和Duncan’s 檢驗法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同處理對櫻桃番茄產量的影響

作物的產量是衡量施肥效果和土壤肥力水平的重要指標。由圖1可以看出，RCF+EM處理(減施化肥配施EM菌劑)的產量最高，顯著高于其他各處理(除CF處理外)，且產量增幅在14.88% ~ 24.66%，而配施春語微生物菌劑處理(RCF+CY)效果要明顯差于RCF+EM處理；從單果重來看，不論是減施化肥配施微生物菌劑，還是CF處理，其單果重均顯著高于CK處理，表明減施化肥配施微生物菌劑對番茄產量有促進作用，其中配施EM菌劑增產效果最好。

2.2 不同處理對櫻桃番茄品質的影響

可溶性蛋白、可溶性糖和可溶性固形物是櫻桃番茄的營養品質，Vc是櫻桃番茄的保健品質，其含量的高低直接影響著蔬菜的口味和營養價值[19]。總體來看(表2)，RCF+EM處理對果實品質的提升要優于CF處理，其可溶性固形物、可溶性蛋白、可溶性糖含量均顯著高于CF處理，分別高出31.05%、27.82%、62.73%，而Vc含量差異不顯著。RCF+CY處理效果次于RCF+EM處理，除可溶性固形物外，RCF+CY處理與CF處理兩者之間差異不顯著。

(圖中不同小寫字母表示處理間差異在P<0.05水平顯著，下圖同)

表2 不同處理對櫻桃番茄Vc、可溶性糖、可溶性蛋白、可溶性固形物含量的影響

注：表中同列不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(<0.05)，下表同。

2.2 不同處理對土壤理化性質的影響

土壤速效養分能夠反映土壤養分的現實狀況。如表3所示，RCF+EM處理能夠顯著提高土壤的速效養分，其對pH、有機質含量也有很好的提升作用。與CF處理相比，其pH、堿解氮含量顯著增加，增幅分別為13.07%、20.83%，有機質和其他速效養分含量則均高于CF處理，但差異不顯著。RCF+CY處理土壤養分含量均低于RCF+EM和CF處理。

2.3 不同處理對土壤微生物生物量碳、氮含量的影響

作為土壤生態系統的重要組成部分，土壤微生物生物量的變化是評價土壤肥力高低的重要依據[20]。由圖2可以看出，RCF+EM和RCF+CY處理的微生物生物量碳含量均顯著高于CF處理，分別增加66.10% 和42.54%，以RCF+EM處理效果最好；不同處理間微生物生物量氮含量的變化趨勢與微生物生物量碳含量基本一致，以RCF+EM處理最高，為27.85 mg/kg，CK最低，為8.50 mg/kg。

表3 不同處理對土壤理化性質的影響

圖2 不同處理對土壤微生物生物量碳、氮含量的影響

3 討論

本試驗結果表明，RCF+EM處理可以提高櫻桃番茄產量，及可溶性糖、蛋白、固形物含量等品質指標。在產量方面，RCF+EM處理稍高于CF處理，但差異不顯著。趙貞等[21]、韋翔華等[22]的研究結果表明，配施微生物菌劑對黃瓜、玉米的產量及果實的Vc、可溶性糖含量均有明顯的促進作用。王冰清等[23]研究表明，化肥減施配施有機肥對黃瓜、苦瓜和甘藍產量無顯著影響，但能明顯提高其可溶性糖、Vc含量等果實品質指標。本研究中，配施EM菌劑的效果要優于春語菌劑，這可能是因為前者含有大量的光合菌群，能夠充分利用植株根部的分泌物，并將其轉化為糖類、氨基酸和多種維生素等生理活性物質，刺激和調節作物的生長發育[24]；或者直接被植物吸收，從而提升果實品質，促進作物增產；也可能是由于配施EM菌劑處理噴施葉面肥，提升了葉片的光合作用，促進了植株碳同化物的累積，從而提高其產量。

本試驗結果表明，RCF+EM處理對土壤pH、有機質和速效養分含量均有提升作用，且相較CF處理，其pH、堿解氮含量顯著提高，而RCF+CY處理的效果則較差。前人研究表明，長期施用無機肥會使土壤酸化，并且隨著施氮量的增加pH降低越顯著[25]。本試驗中RCF+EM處理對土壤酸化有明顯的緩解作用，這與樊琳等[26]的研究結果一致，可能是由于EM菌劑在促進有機肥的礦化過程中發生了有機陰離子脫羧基化，并釋放出鈣、鎂等堿性物質[27]；或者是菌劑促進了有機官能團對氫離子和鋁離子的吸收[28]，從而提高土壤pH。本試驗中，配施EM菌劑可以很大程度上增加土壤微生物活性，進而提高土壤養分的利用效率。雖然全量化肥施用可以迅速提高土壤速效養分，但由于其維持時間較短，并不能促進土壤養分循環，因此可能會導致作物后期生長發育乏力[29]。

土壤微生物生物量碳、氮是土壤微生物生物量的重要表征[30]。本試驗結果表明，RCF+EM處理對微生物生物量碳含量的影響顯著高于CF處理。有研究表明，施用微生物菌劑能夠調節土壤狀況，改善其水、肥、氣、熱條件，為微生物的活動提供良好的生存環境[16]。微生物生物量氮含量差異不顯著，可能是由于化肥施用量較多，則土壤中有效氮含量也相應增加，較多的氮素經同化作用轉入到微生物體內被固定，從而促進微生物生物量氮含量的增加。

作物產量的降低和土壤肥力的退化是由于土壤中養分含量的虧缺，合理的施肥方式能夠提高土壤中養分的循環利用。綜合來看，由于菌劑中含有大量活性有益菌群，施入土壤后能夠改變櫻桃番茄根際微生物群落結構組成，顯著增加根際細菌數量，促進土壤向高肥的“細菌型”轉化[31-32]。另外，菌劑施入土壤后，在微生物繁殖代謝過程中會分泌出大量胞外多糖，促進了土壤團粒結構的形成，調節其物理性質[33]。施用有機肥增加了土壤有機質含量，提高了土壤酸堿緩沖能力[34]，為微生物的活動提供有利保障，微生物菌劑的施入加速了有機質的礦化作用，從而提高土壤的有效養分含量與植物易吸收營養成分，而物理性質的提高又增加其保水保肥能力[35]，很大程度地改善了植株根系的生態環境，并促進其根系生長，進而促進植株根系對土壤營養元素的持續吸收，提升養分利用效率。EM菌劑中含有的光合菌群和葉面噴施措施能夠提高葉片的光反應活性，有利于光合產物的積累。菌肥的施用對植株整體的促進作用較為均衡，光合速率的提升，提高了光合碳同化物的積累，更加利于光合同化物向果實的運輸累積，從而提高果實的品質，提升其產量[34]。

4 結論

減施化肥配施EM菌劑對櫻桃番茄產量、品質和土壤肥力和微生物學性質具有不同程度的改善作用。本研究結果對設施蔬菜地有機肥合理替代部分化肥提供了一定的理論參考，但由于本試驗只進行了一季，關于減施化肥量和配施微生物菌劑對蔬菜產量、品質和土壤肥力的長期效應還應持續地深入探究。

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Effects of Reduction of Chemical Fertilizer Combined with Application of Microbial Agents on Growth and Soil Fertility of Cherry Tomato

YUE Mingcan1,2, WANG Zhiguo1, CHEN Qiushi1, XU Mingxi2, LI Weiming2, WU Xudong2, LIU Qingye2, CHEN Lili2, WANG Dongsheng2, JIAO Jiaguo1*

(1 College of Resources and Environmental Sciences, Nanjing Agricultural University/Jiangsu Collaborative Innovation Center for Solid Organic Waste Resource Utilization, Nanjing 210095, China; 2 Nanjing Institute of Vegetable Science, Nanjing 210042, China)

This research examined the effects of the reduction of chemical fertilizer (RCF) combined with the application of microbial agents (EM and CY agents) on the yield and quality of cherry tomato and on soil properties. The results showed that the contents of soluble solids, protein and sugar under RCF + EM treatment were significantly greater than those under the CF treatment (31.05%, 27.82% and 62.73% higher, respectively,<0.05). There was no significant difference in the yields between RCF + EM and CF treatments (>0.05). Soil pH, contents of organic matter and available nutrients and microbial quantity under RCF + EM treatment were higher than those under CF treatment, among of which, soil pH, contents of available nitrogen and soil microbial biomass nitrogen were significantly higher (13.07%, 20.83% and 66.10% higher, respectively,<0.05). Comparatively, the effects of RCF + EM treatment on cherry tomato were generally better than those of RCF + CY treatment. In conclusion, reduction of chemical fertilizer combined with the application of EM agents can not only promote the yield and quality of cherry tomato, but also improve soil fertility.

Fertilizer reduction; EM microbial agent; Yield and quality; Soil available nutrient; Soil microbial quantity

S144.1；S641.2

A

10.13758/j.cnki.tr.2020.01.010

岳明燦, 王志國, 陳秋實, 等. 減施化肥配施微生物菌劑對番茄產質量和土壤肥力的影響. 土壤, 2020, 52(1): 68–73.

國家重點研發計劃項目(2016YFD0200106)和南京市生態循環農業項目資助。

岳明燦（1992—），男，河南平頂山人，碩士研究生，主要從事有機肥替代化肥研究。E-mail: 2016803168@njau.edu.cn