有機肥替代對設施番茄產量、品質與土壤性質的影響

孫曉　姜學玲　崔玉明　莊舜堯　張占田　江麗華

摘 要：探索適合設施番茄的有機肥替代最佳方案，通過田間試驗，分析不同處理對設施番茄產量、品質及土壤性質的影響。結果表明，與對照相比，單施有機肥產量僅提升了3.5 %，但品質提升顯著;單施化肥產量顯著高于對照和純有機肥處理，但品質無顯著變化;化肥用量相同、有機肥用量不高于75 t·hm-2時，產量增長有限，用量達120 t·hm-2時，產量較對照提升了28.4%;有機肥用量相同條件下減施化肥，產量先升后降。試驗后土壤無機氮含量下降，對照和純有機肥處理無機氮含量明顯低于其他處理，施化肥處理間差異不明顯。可見，化肥提升產量效果優于有機肥，有機肥改善品質效果優于化肥，85%優化化肥（N-P2O5-K2O：459-191.25-510 kg·hm-2）配施75 t·hm-2有機肥各指標均較理想，是適宜設施番茄栽培的施肥量。

關鍵詞：番茄;設施;有機肥;土壤性質;產量;品質

中圖分類號：S626+S641.2+S158 文獻標志碼：A 文章編號：1673-2871（2021）04-046-07

Abstract： In order to obtain a suitable fertilization alternative for facility tomato， a field experiment was carried out， the effects of various fertilization treatments on the yield， quality tomato and the properties of soil were investigated. The results showed that the treatment of organic manure application increased the yield of tomato by 3.5 % compared with the control. However， the tomato quality was improved significantly in flavor and low nitrate content was observed in organic fertilizer （OF） treatment. The treatment of chemical fertilizer application increased the yield of tomato by 18.2 % but without any changes in quality. Under the same amount of chemical fertilizer application， the treatments incorporated with OMF less than 75 t·hm-2 showed no significant effect on tomato yield. However， when the application amount was larger than 120 t·hm-2， the treatment with OF increased greatly the yield by 28.4 %. Under the same amount of OF application， the yield was decreased with the reducing of chemical fertilizer application rate. Soil inorganic N was decreased after the tomato harvest in all treatments， which werei lower in the treatments of CK and OM， however， there were no significant differences in all chemical fertilizer treatments. Accordingly， chemical fertilizer exhibited a great effect on tomato yield formation， but OF showed a good effect on tomato quality. Based on tomato yield， quality and effects on soil， the chemical fertilizer incorporated with organic fertilizer was a better candidate for tomato cultivation. The application of chemical fertilizer （N-P2O5-K2O=459-191.25-510 kg·hm-2） with OF 75 t·hm-2 is suitable for tomato cultivation in the greenhouse.

Key words： Tomato; Plastic greenhouse; Organic fertilizer; Soil properties; Yields; Quality

設施蔬菜可調控光、溫、水、肥等各項環境因子，使作物生產周期縮減，增加蔬菜周年產量[1-2]，實現蔬菜周年均衡供應，具有高投入、高產出、高效益的“三高”特點。近年來，我國設施蔬菜生產發展極其迅速，生產面積以每年10%以上的速度增長[3]。山東是全國蔬菜大省，設施栽培面積約100萬hm2，約占全國設施蔬菜總面積的25%[4]，總產居全國首位[5]。與發達國家相比，我國設施蔬菜生產中化肥和農藥投入相對較多，這主要與我國冬春季節溫度較低、養分吸收量少和利用率較低、農民習慣采取“低溫損失化肥補”的施肥模式有關[6]。陳之群[7]調查顯示，山東與河北溫室化肥投入量均在3300 kg·hm-2以上，最高超7000 kg·hm-2。壽光設施蔬菜每年氮磷投入量分別為4088、3655 kg·hm-2，其中60%以上為化肥形式，而利用率僅分別為24%和8%[8]，高氮菜地土壤氮肥利用率小于10%[9]，高施肥量和低養分利用率導致土壤退化[10]，一般設施土壤連續種植3～5 a（年）即出現不同程度的連作障礙[11]，蔬菜產量與品質嚴重下降[12]。有機肥營養全面，肥效持久且穩定，具有改善土壤理化性狀、促進微生物活動與繁殖、提升作物品質等特點。大量研究表明，有機肥替代部分化肥是實現化肥零增長的重要技術途徑，是設施蔬菜產業發展的必然趨勢。然而，有機肥中含有一定量的鹽分，多年大量使用，土壤含鹽量也會大大提高，土壤鹽分陰離子NO3-、SO42-、Cl-等強酸性離子的累積，反而對土壤環境產生直接危害，影響蔬菜生長[13]。此外，與傳統化肥相比，有機肥成本相對較高，以其替代化肥，確定經濟有效的替代量顯得尤為重要，但目前在設施蔬菜化肥有機替代效果方面的研究尚有不足，故筆者以山東海陽設施番茄為例，設置不同有機肥用量與化肥減施比例，研究不同處理的土壤性狀變化情況及番茄產量與品質的響應，以期明確有機替代對設施土壤質量演變和果實產量及品質的影響，為合理確定設施蔬菜有機肥替代化肥量提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于山東省海陽市大閆家鎮臺子上村，該地屬暖溫帶海洋性季風氣候，四季分明，雨量充沛，冬無嚴寒，夏無酷暑。無霜期長達200 d，年平均氣溫12.0 ℃，年平均降水量850 mm左右。試驗大棚土壤類型為潮褐土，肥力較均勻，排灌條件良好，本次試驗前未進行過肥料試驗。試驗前土壤基本性質見表1。

1.2 試驗設計

試驗共設8個處理，分別為不施肥、不施化肥、優化化肥及在此基礎上配施3個不同量有機肥、施用有機肥后分別減施15%和30%化肥處理，每個處理設3次重復，每個試驗小區長寬分別為10 m×2 m，即面積20 m2，隨機區組排列，小區與小區間設明顯間隔，具體試驗設置如表2。

番茄品種為安特萊斯，瑞克斯旺（中國）種子有限公司繁育的大果粉果番茄，移苗搭架雙行栽培，每個小區共4行，每行22株，即每個試驗小區栽植88株，折合每hm2 種植4.4萬株。

本試驗施用的肥料種類：氮磷鉀肥分別為尿素（N 46%）、鈣鎂磷肥（P2O5 18%）和硫酸鉀（K2O 51%）;有機肥為腐熟雞糞（N 1.64%，P2O5 2.66%，K2O 1.47%，有機質45%），由山東益生種畜禽股份有限公司生產。

2018年9月13日旋耕，9月14日基施全部有機肥及相應化肥，9月15日移栽。分別在2018年12月12日追施處理3～處理6、2019年1月3日追施處理3～處理8、1月19日追施處理3～處理7、1月31日和2月20日追施處理3～處理8，基肥全部撒施后翻耕，追肥全部水溶后灌根;2019年3月25日生長結束。

除追肥外，根據土壤水分和天氣情況進行灌溉，每次灌溉量各個小區保持一致為60～900 m3·hm-2，主要灌溉方式為滴灌。除施肥外試驗期間采取的田間管理措施（如鋪地膜、防病等）各試驗小區實施水平嚴格一致，整個試驗期內無嚴重病蟲害、洪澇、低溫等顯著影響試驗結果的因素發生。

1.3 樣品采集、測試與分析

1.3.1 土壤肥力 栽植前及收獲后分別采集0～30 cm、>30～60 cm、>60～90 cm、>90～120 cm土樣，風干過篩用于基本性質測定，其中pH采用酸度計法測定，水、土質量比為2.5∶1;土壤全氮（TN）與全碳（TC）含量采用元素分析儀測定，有機質（OM）含量依據公式OM=TC×1.724進行換算[14];銨態氮含量采用氯化鉀浸提-靛酚藍比色法測定，硝態氮含量采用氯化鉀浸提-紫外分光光度計法測定[15]，有效磷含量采用鹽酸氟化銨浸提-鉬銻抗比色法測定，速效鉀含量通過乙酸銨浸提-原子吸收分光光度計法測定[16]。

1.3.2 生長指標 收獲后期，每個小區選取10株番茄，測定葉綠素（SPAD葉綠素儀）含量、株高和莖粗。

1.3.3 產量與品質 根據長勢分批采收，每次采收詳細記錄各個小區產量。采收中期各個小區摘取長勢均勻具有代表性的果實樣品，測定其品質指標及養分含量，其中可滴定酸含量采用滴定法測定、可溶性固形物含量由數顯糖度計測定[17]、硝酸鹽含量采用紫外分光光度計法測定[18]，果實外部相關色澤指標使用色差分析儀進行CIELab顏色模型分析，直接讀取L、a、b值，果皮色度C依據公式C=（a2+b2）1/2進行換算[19-20]。

1.4 數據處理

采用Excel 2010和SPSS 19.0統計軟件對測定的數據進行處理與分析。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對番茄生長的影響

由表3可以看出，CK處理葉片葉綠素含量（SPAD值）最低，單施化肥后稍有提高，但尚未達到顯著水平，其他處理葉片SPAD值均顯著高于CK處理;相同化肥用量，增施有機肥葉片SPAD值逐漸增加，用量低時增加不顯著，施用量增至75 t·hm-2，SPAD值顯著增加;繼續增加有機肥用量，SPAD值持續增加，但已不顯著;相同有機肥用量下，3個施化肥處理葉綠素含量顯著高于未施化肥處理（OM），化肥減施15%，葉綠素含量顯著高于未減施處理;減施30%，葉綠素含量較未減施前有所下降但差異不顯著。CK處理番茄株高最低為186.1 cm，施肥后株高顯著增加，OM處理顯著高于其他處理，其他6個處理介于CK與OM處理之間，彼此間差異不顯著。番茄莖粗介于13.39～14.62 mm之間，兩個化肥減量處理番茄莖粗顯著高于未減施處理，但兩處理間差異不顯著。

2.2 不同施肥處理對番茄產量的影響

從表4可見，不施肥下番茄產量與秸稈生物量均最低，單施有機肥后番茄產量增加3.2 t·hm-2，但增加不顯著;與CK處理相比，6個施化肥處理番茄產量均顯著增加，介于104.8～115.8 t·hm-2之間;相同化肥用量下，增施有機肥番茄產量有增加趨勢，但僅有機肥用量達120 t·hm-2時差異顯著;相同有機肥用量下，化肥施用量的增加番茄產量有先增加后下降的趨勢，但配施化肥的3個處理番茄產量無顯著差異;各處理番茄經濟系數介于72.13%～75.13%之間，OM2+OPT和OM3+OPT處理經濟系數處于相對較高水平。

2.3 不同施肥處理對番茄果實品質的影響

2.3.1 不同施肥處理對番茄表觀性狀的影響 由表5可見，CK處理番茄果徑最小為72.99 mm，施肥后各處理果徑均有所提升，OM和OPT處理果徑分別增至74.20、74.74 mm，較CK差異不顯著，有機無機肥配施后，果徑繼續增大。相同化肥施用量下，果徑隨著有機肥用量增加有增加趨勢，有機肥用量為120 t·hm-2時，番茄果徑最大為78.90 mm，顯著高于CK、OM與OPT處理;有機肥施用量相同時，隨著化肥減施，番茄果徑有所下降，但下降不顯著。CK處理單果質量最小，施肥后均有所提升，但OM處理單果質量增加不顯著，施用化肥后單果質量較不施化肥的兩個處理（CK和OM）均有顯著提升，相同化肥施用量下，配施有機肥單果質量顯著高于未配施有機肥處理（OPT），且隨著有機肥用量的增加，單果質量有增加趨勢;相同有機肥施用量下隨著化肥減施，單果質量有下降趨勢，減施15%處理與未減施相比差異不顯著，繼續減施15%單果質量較未減施則有顯著下降。

在CIELab模型中，L代表色彩明度，其數值與明度成正比，可以間接反映出表光程度;a代表紅軸空間，a值越大越偏向紅色;b代表黃軸空間，b值越大越偏向于黃色。由表5可見，整體而言施肥對果實色澤影響不顯著，但CK處理果實最紅，施肥后紅度下降，化肥用量相同增施有機肥紅度有增加趨勢，有機肥用量相同減施化肥紅度有下降趨勢;黃度與紅度變化趨勢不同，化肥用量相同增施有機肥黃度有下降趨勢，有機肥用量相同減施化肥黃度亦有下降趨勢;將a和b轉換為色度C可以更客觀地反映果實色澤程度，本試驗中CK處理果實生長慢，但著色相對較好，色度最高，施肥后色度均有所下降，其中化肥對番茄著色的影響大于有機肥，化肥用量相同增施有機肥著色效果提升，有機肥用量相同減施化肥著色效果下降。整體而言果實表皮表光程度差異不大，OM處理表光最優，化肥用量相同增施有機肥表皮表光有提升趨勢，有機肥用量相同減施化肥果實表皮表光有下降趨勢。

2.3.2 不同施肥處理對番茄營養指標的影響 由表6可以看出，不施有機肥處理下番茄可溶性固形物含量均較低，施用有機肥后均有較大提升，相同化肥用量下，增施有機肥可溶性固形物含量增加顯著，有機肥用量超75 t·hm-2時可溶性固形物含量雖繼續增加，但增加已不再顯著;相同有機肥用量下，化肥減施15%可溶性固形物含量變化不大，繼續減施則顯著下降，較未減施處理降低了9.56%。大多數施肥處理番茄可滴定酸含量均較CK有所提升，但OM3+OPT處理可滴定酸含量與CK水平相當，化肥用量相同增施有機肥可滴定酸含量先增加后下降;有機肥用量相同減施化肥可滴定酸先增加后下降，但整體變化差異不顯著。CK處理下糖酸比相對較高，為23.32，施肥后除有機肥用量最大的OM3+OPT處理糖酸比顯著提升外，其他6個施肥處理的糖酸比均低于CK且彼引間無顯著差異。番茄硝酸鹽質量分數介于37.03～47.43 mg·kg-1之間，與CK相比，OM處理硝酸鹽含量有下降趨勢，但差異不顯著，OPT處理則顯著上升;化肥用量相同的4個處理，隨著有機肥施用量增加，番茄硝酸鹽含量有下降趨勢，OM3+OPT處理硝酸鹽含量較OPT下降了18.36%，與其他3個處理存在顯著差異;有機肥施用量相同時，化肥減施15%硝酸鹽含量幾乎不變，繼續減施15%硝酸鹽含量顯著下降，為各處理最低值。

2.4 不同施肥處理對土壤性質的影響

由圖1可見，種植番茄后，0～30 cm土壤pH值介于5.92～6.71之間，與原始土樣相比，不施化肥的CK和OM處理及有機肥施用量最大的OM3+OPT土壤pH值有所提升，其他處理土壤pH值均有所下降;> 30～60 cm土層土壤pH變化情況與0～30 cm土層相類似，60 cm以下土層不同處理土壤pH差異不大;施肥對土壤電導率的影響主要表現在0～30 cm土層，2個不施化肥處理電導率最低，彼此差異不明顯，施化肥后0～30 cm土壤電導率值均明顯提高，且施肥量最大的OM3+OPT處理電導率最高，其他幾個施化肥處理電導率差異不明顯，施肥對30 cm以下土層電導率影響不大（圖2）。

由圖3～4可知，施有機肥后表層土壤有機質含量有所提升，相同化肥用量下，有機肥量越大，土壤有機質含量越高;相同有機肥用量下，有機質含量隨著化肥用量的增加呈先增加后降低趨勢，OM2+85%OPT處理有機質質量分數最高，為25.7 g·kg-1，較減施前提升了52.98%，繼續減施15%化肥，有機質含量則開始下降;施肥對30 cm以下土層有機質含量影響不大。施肥對土壤全氮的影響也主要表現在0～30 cm土層上，整體而言施肥一定程度上增加土壤無機氮含量，但是OM處理增長幅度最低;相同化肥施用量下，OM1+OPT處理土壤無機氮與OPT相比幾乎沒有增長，OM3+OPT處理土壤無機氮含量大幅提升;相同有機肥用量下減施化肥土壤無機氮含量明顯增加。

圖5～7顯示，試驗結束后，0～30 cm土層無機氮質量分數介于47.4～149.9 mg·kg-1之間，CK處理無機氮質量分數最低為47.4 mg·kg-1，OM處理無機氮質量分數略有增加，但僅增長了1.8 mg·kg-1，施化肥處理無論化肥和有機肥的用量如何，無機氮含量均較CK和OM有較大提升，且彼此間差異不大，但較原始土樣都有所降低;其他各層土樣無機氮含量相差不大，均較原始土樣有所下降，> 30～90 cm土層無機氮含量下降明顯，> 90～120 cm部分下降幅度變緩。種植番茄后表層土壤有效磷含量較原始土樣均有所提升;與CK相比，OM處理有效磷含量有所降低;相同化肥用量下少量施用有機肥，表層土壤有效磷含量維持相同水平，有機肥用量增至120 t·hm-2時則大幅提升;相同有機肥用量下化肥減施表層土壤有效磷含量反而明顯增加，其中減施15%處理提升最為明顯。對于0～30 cm土層而言單施化肥處理速效鉀含量反而最低，顯著低于CK與OM處理，有機無機配施后0～30 cm土層速效鉀含量較未施化肥的CK和OM處理有較顯著的提升;鉀是易于隨水流失的元素，各個試驗小區30 cm以下土層隨深度增加速效鉀含量增加，不同施肥處理對>90～120 cm土層速效鉀含量的影響較大，其中OPT處理底層土壤速效鉀含量最高，大幅高于其他處理，而5個有機無機肥配施的處理底層土壤速效鉀含量均不高于未施化肥的兩個處理（CK和OM）。

3 討論與結論

有機替代有利于番茄葉片葉綠素累積，這與董家僖等[21]結果相一致。粗高比是判斷植株是否徒長的指標[22]，本次試驗CK處理植株矮小，粗高比較高，施肥后則普遍降低，有徒長的風險，但OM2+85%OPT和OM2+70%OPT處理粗高比其他施肥處理有明顯提升，這與邢金金等[23]認為過量施化肥導致番茄徒長的結果相一致。奚雅靜等[24]認為施肥可顯著提升番茄產量，化肥提升效果優于有機肥。本次試驗發現單施有機肥對產量提升效果微乎其微，這主要是由于有機肥中的營養物質需借助土壤微生物方能被作物吸收，有一定滯后效應[25]，番茄生長周期短，當季施入的有機肥尚未發揮作用。長期試驗表明單施有機肥作物前期產量相對較低，只有經過較長時間產量差異才會消失[26-28];此外有機替代效果還取決于土壤地力水平，當土壤有機質質量分數小于10 g·kg-1時，有機無機配施番茄增產效應不顯著[29]，土壤有機質質量分數達30 g·kg-1時，有機肥可百分百替代化肥且保持高產[30]。

相同成熟度條件下，同等個頭的番茄越輕空心概率越大，故單果質量與果徑之比可表征番茄空心程度，CK處理番茄空心最嚴重，單施有機肥略有緩解但效果不佳，6個施化肥處理空心程度均相對較低。空洞果產生是管理不到位導致光合同化物跟不上果實膨大速度[31]，其中水肥供應不足是重要因素[32]。當土壤地力不足以補充番茄生長所需時，單施有機肥無法根本解決空洞果問題;施化肥養分補給充足，空心程度顯著緩解，此時配施有機肥分解產生CO2可促進光合作用，進一步充盈果實內部，即便適當減施化肥也不會加劇空心程度。可溶性固形物、可滴定酸含量是表征番茄口感的內在品質指標，單施化肥番茄甜度無明顯變化，酸度提升，口感下降;6個施有機肥處理可溶性固形物含量均大幅度提升，且有機肥用量增加糖度增加，這與李吉進等[33]結果一致，施氮肥有助于提升番茄可溶性固形物含量[34]，但可溶性固形物主要成分為蔗糖，過量氮素會提高蔗糖分解類酶活性，反而降低可溶性固形物含量[35]，故單施化肥對番茄可溶性固形物含量的提升效果遠不及有機肥。

本試驗結果表明，單施化肥即可顯著提升番茄產量，但未提升番茄品質;單施有機肥雖對產量提升效果較弱，但顯著改善了品質，故化肥對番茄產量提升效果優于有機肥，有機肥對番茄品質改善效果優于化肥。短期內化肥合理配施有機肥有助于番茄產業的良性發展，85%優化化肥（N-P2O5-K2O：459-191.25-510 kg·hm-2）配75 t·hm-2有機肥處理各指標均較理想，是較適宜的施肥量。但筆者僅比較分析了越冬茬當季有機替代施肥效果，對其他茬次及長期有機替代施肥效果尚有待進一步研究。

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