有機廢料生態肥還田對溫室土壤環境質量及番茄品質和效益的影響

楊 霞，潘子涵，唐偉杰，秦嘉海

（1.培黎職業學院，甘肅 張掖 734000；2.河西學院農業與生態工程學院，甘肅 張掖 734000）

近年來，溫室蔬菜產業已發展成為菜民增收的支柱產業之一。截至2020年，甘肅省張掖市已建立溫室蔬菜基地4 600 hm，年產蔬菜33.1萬t，產值達4.49億元。經實踐調查，菜民種植的番茄產量一般為91.28～97.50 t/hm，化肥氮、磷、鉀純養分投入量為1.47～1.63 t/hm，而有機肥氮、磷、鉀純養分投入量為0.27～0.30 t/hm。由于化肥超量施用，土壤環境質量下降，番茄品質和產量低而不穩，影響了蔬菜產業的可持續發展。有關有機廢料對土壤環境質量和作物品質影響的研究報道較多，主要集中在牛糞、馬糞、雞糞、羊糞、豬糞、蚯蚓糞、稻稈、麥秸、稻殼、風化煤、生物炭、沼渣和菌渣等對土壤有機質、理化性質、微生物、酶活性和作物品質等方面，而有機廢料生態肥還田對溫室土壤環境質量及番茄品質和效益影響研究尚少見文獻報道。

據統計，甘肅省張掖市分布著978.12萬t的有機廢料，其中用于沼氣工程、直接還田的占55%，剩余440.15萬t有機廢料堆放在農村居民點周圍，對生態環境造成了污染。經分析，這些有機廢料含有機質25.41%～42.27%，N 0.21%～1.03%，PO0.17%～0.81%，KO 0.13%～0.63%，而重金屬離子Hg、Cd、Cr、Pb含量均小于國家規定的畜禽糞便含量標準（GB 4284—2018）。為了保障張掖地區蔬菜安全生產，開展有機廢料生態肥還田對溫室土壤環境質量及番茄品質和效益影響的研究，旨在為研究區有機廢料資源化循環利用，改善土壤環境質量，提高番茄品質和效益提供理論指導和技術支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗連續2年在甘肅省張掖市甘州區長安鎮五座橋村連續8年種植蔬菜的溫室內進行（100°21'45″E，39°01'13″N）。試驗地點海拔1 510 m，年均降水量116 mm，蒸發量1 850 mm，氣溫7.5 ℃，日照時長3 053 h，無霜期160 d。土壤類型是灌漠土，0～20 cm土層堿解氮、速效磷、速效鉀含量分別為86.44、13.19、122.48 mg/kg，有機質、可溶性鹽含量、陽離子交換量（CEC）和pH值分別為20.04 g/kg、1.93 g/kg、17.55 cmol/kg和8.02，前茬作物是茄子。

1.2 試驗材料

尿素，含N 46%，粒徑1～2 mm；磷酸二銨，含N 18%、PO46%，粒徑3～5 mm；硫酸鉀，含KO 50%，粒徑1～2 mm；雞糞，含有機質42.77%、N 1.03%、PO0.41%、KO 0.72%，粒徑1～10 mm；菇渣，含有機質56.43%、N 1.22%、PO0.73%、KO 1.46%，粒徑1～10 mm；油菜籽餅肥，含有機質73.80%，N 3.25%、PO0.80%、KO 1.04%，粒徑1～10 mm。均為市場購買。

番茄品種為中雜102號，由中國農業科學院蔬菜花卉研究所選育。

1.3 試驗方法

1.3.1 有機廢料生態肥配制

將雞糞、菇渣、油菜籽餅肥自然風干，分別粉碎后過20 mm篩。噴自來水到水分含量達60%～65%，堆成高1.5 m的梯形，蓋上廢舊塑料薄膜，堆在溫室內（室溫25～30 ℃），雞糞發酵80 d，間隔40 d搗翻1次；菇渣發酵108 d，間隔35 d搗翻1次；油菜籽餅肥發酵140 d，間隔45 d搗翻1次。待堆內溫度降到室溫，堆內出現灰白色菌絲發酵結束，將發酵物料放置在陰涼干燥處自然風干（含水量小于5%）備用。將發酵腐熟的雞糞、菇渣、油菜籽餅肥按風干質量比0.850∶0.125∶0.025混合攪拌均勻，過10 mm篩得到有機廢料生態肥，經室內分析含有機質45.25%、N 1.11%、PO0.46%、KO 0.82%，粒徑1～10 mm。

1.3.2 試驗設計

試驗1：有機廢料生態肥適宜施用量研究。2019年，將有機廢料生態肥施用量梯度設計為0.0（對照）、12.5、25.0、37.5、50.0、62.5、75.0 t/hm共7個處理，分別標記為處理1—處理7，每個處理3次重復，隨機區組排列。番茄定植前在栽培行內挖深和寬20 cm×65 cm的土槽，按每個小區的有機廢料生態肥計量撒入土槽后起壟。

試驗2：有機廢料生態肥還田對溫室土壤環境質量及番茄品質和效益的影響研究。2020年設3個處理：處理8，不施肥（對照）；處理9，常規化肥（尿素、磷酸二銨、硫酸鉀施用量分別為1.02、0.50、0.82 t/hm）；處理10，有機廢料生態肥（施用量50.00 t/hm）。為了使試驗具有可比性，處理9和10的氮、磷、鉀純養分投入量設計為等量（均為N 0.56 t/hm＋PO0.23 t/hm、KO 0.41 t/hm）。每個處理3次重復，隨機區組排列。番茄定植前在栽培行內挖深和寬20 cm×65 cm的土槽，將處理9的磷酸二銨、硫酸鉀和處理10的有機廢料生態肥分別計量撒入小區土槽內起壟。處理9的尿素在番茄第1穗果乒乓球大小時結合灌水追施0.37 t/hm，第2穗果乒乓球大小時結合灌水追施0.75 t/hm，追肥方法為穴施。

小區面積均為22.75 m（7.0 m×3.25 m），小區四周筑埂后起壟，壟高、壟距和壟寬為35 cm×65 cm×65 cm，壟上鋪滴灌帶和地膜。番茄于5月20日定植，深度和株距為15 cm×35 cm，每壟2行，每小區3壟。在定植后、開花期、第1果穗、第2果穗、第3果穗膨大期各灌水1次，每個小區灌水量為3.4 m。

1.4 樣品采集方法

試驗1：每個小區每次采收分別計產，換算成公頃產量進行統計分析。

試驗2：同試驗1方法計產。于盛收期每小區隨機選擇15株番茄，測定單果質量和單株產量以及果實品質性狀。拉秧后，分別在各試驗小區按照5點采樣法采集0～20 cm耕層土樣，用四分法留取2 kg，1 kg新鮮土樣放入4 ℃冰箱保存，用于測定微生物數量和酶活性，另外1 kg土樣風干過1 mm篩后測定pH值、CEC、有機質含量、可溶性鹽含量、速效氮磷鉀含量和重金屬含量，其中土壤容重、土壤團聚體用環刀采集原狀土，未進行風干。

1.5 指標測定

番茄果實可溶性糖、VC和可滴定酸含量分別采用蒽酮-硫酸法、2,6-二氯靛酚滴定法和堿滴定法測定。土壤容重、總孔隙度和＞0.25 mm團聚體分別采用環刀法、計算法和和團粒結構分析儀測定；pH值、CEC、全鹽和有機質含量分別采用酸度計法（水土比5∶1）、乙酸銨-氯化銨法、電導法和重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定；堿解氮、速效磷和速效鉀含量分別采用擴散法、NaHCO浸提-鉬銻抗比色法和NHOAC浸提-火焰光度法測定；微生物種群數量采用稀釋平板法測定；蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和多酚氧化酶活性分別采用3,5-二硝基水楊酸比色法、靛酚比色法、磷酸苯二鈉比色法和碘量滴定法測定；Cd和Pb全量采用火焰原子吸收光譜法測定，Hg和Cr全量采用冷原子吸收法和原子吸收光譜法測定。

計算公式：總持水量＝面積×總孔隙度×土層深度；有機碳含量＝有機質含量×1.724；有機碳密度＝有機碳含量×容重×采樣深度×0.01；供碳量＝有機碳含量×2.25；供氮量＝堿解氮含量×2.25×土壤氮素利用系數（0.40）；供磷量＝速效磷含量×2.25×土壤磷素利用系數（0.20）；供鉀量＝速效鉀含量×2.25×土壤鉀素利用系數（0.30）；施肥利潤＝增產值－施肥成本；千克肥料增產量＝增產量/施肥量；肥料投資效率＝施肥利潤/施肥成本。

1.6 數據分析

采用SPSS 19.0軟件進行數據統計分析，采用Duncan新復極差法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 有機廢料生態肥最大利潤施肥量確定

對2019年番茄產量數據進行回歸統計分析，得到線性回歸方程為＝81.752 0＋2.114 0，相關系數（）為0.815 2，說明有機廢料生態肥施肥量與番茄產量之間呈正相關關系。隨著有機廢料生態肥施肥量的增加，番茄產量在遞增，千克肥料增產量和肥料投資效率在遞減。有機廢料生態肥施肥量為75.0 t/hm時產量最高，與62.5、50.0 t/hm處理相比較無顯著差異，但顯著高于37.5 t/hm處理，極顯著高于25.0、12.5 t/hm處理和對照。采用經濟學理論分析可以得出，有機廢料生態肥施肥量由12.5 t/hm遞增到50.0 t/hm，施肥利潤則呈遞增趨勢，當超過50.0 t/hm時施肥利潤開始下降，由此可見，有機廢料生態肥最大利潤施肥量為50.00 t/hm（表1）。

表1 不同梯度有機廢料生態肥對番茄產量和經濟效益的影響

2.2 有機廢料生態肥還田對溫室土壤環境質量的影響

2.2.1 對理化性質和持水量的影響

從表2可以看出，不同處理土壤容重和pH值均表現為有機廢料生態肥＜常規化肥＜對照；總孔隙度、＞0.25 mm團聚體、總持水量和CEC均表現為有機廢料生態肥＞常規化肥＞對照；電導率和可溶性鹽含量均表現為常規化肥＞有機廢料生態肥＞對照。有機廢料生態肥與常規化肥相比較，容重極顯著降低10.00%，pH值、電導率和可溶性鹽分別顯著降低9.40%、7.75%和7.37%，總孔隙度、＞0.25 mm團聚體、總持水量和CEC分別極顯著增加9.64%、16.87%、9.64%和17.83%；與對照相比較，容重和pH值分別極顯著降低12.82%和9.85%，總孔隙度、＞0.25 mm團聚體、總持水量和CEC分別極顯著增加11.28%、18.08%、11.28%和23.53%，電導率和可溶性鹽含量分別增加了3.73%和4.15%，但差異不顯著。常規化肥與對照相比較，容重和pH值分別降低1.52%和0.50%，總孔隙度、＞0.25 mm團聚體、總持水量和CEC分別增加1.49%、3.81%、1.49%和4.84%，但差異均不顯著，電導率和可溶性鹽則顯著增加12.45%和12.44%。

表2 有機廢料生態肥還田對溫室土壤理化性質和持水量的影響

2.2.2 對土壤有機質及速效氮磷鉀和供肥量的影響

由表3可知，不同處理土壤有機質含量、有機碳含量、有機碳密度、供碳量、堿解氮含量、速效磷含量、速效鉀含量和供肥量均表現為有機廢料生態肥＞常規化肥＞對照。有機廢料生態肥與常規化肥相比較，有機質含量、有機碳含量、供碳量分別極顯著增加16.71%、16.72%和16.74%，有機碳密度、堿解氮含量、速效磷含量、速效鉀含量、供氮量、供磷量和供鉀量分別增加4.78%、2.04%、3.14%、3.69%、2.05%、3.21%和3.70%，但差異不顯著；與對照相比較，有機質含量、有機碳含量、供碳量、堿解氮含量、速效磷含量、速效鉀含量、供氮量、供磷量和供鉀量分別極顯著增加21.26%、21.24%、21.34%、37.24%、24.64%、27.56%、37.24%、24.58%和27.57%，有機碳密度顯著增加7.52%。常規化肥與對照相比較，有機質含量、有機碳含量、有機碳密度、供碳量分別增加3.89%、3.96%、2.61%、3.94%，但差異不顯著（除有機碳密度外），堿解氮含量、速效磷含量、速效鉀含量、供氮量、供磷量和供鉀量分別極顯著增加34.50%、20.85%、23.02%、34.49%、20.71%和23.02%。

表3 有機廢料生態肥還田對溫室土壤有機質、有機碳、氮磷鉀含量及供肥量的影響

2.2.3 對土壤微生物數量、酶活性及重金屬含量的影響

由表4可知，不同處理土壤真菌數量表現為對照＞常規化肥＞有機廢料生態肥；細菌、放線菌數量及蔗糖酶、脲酶、磷酸酶、多酚氧化酶活性均為有機廢料生態肥＞常規化肥＞對照。有機廢料生態肥與常規化肥相比較，真菌數量顯著降低6.42%，細菌數量、放線菌數量、蔗糖酶活性和多酚氧化酶活性分別極顯著增加17.79%、31.80%、14.92%和12.99%，脲酶和磷酸酶活性分別增加了2.17%和0.98%；與對照相比較，真菌數量顯著降低7.87%，細菌、放線菌數量和蔗糖酶、脲酶、磷酸酶、多酚氧化酶活性分別極顯著增加19.63%、33.02%、19.09%、27.30%、32.90%和16.00%。常規化肥與對照相比較，真菌數量降低1.55%，細菌數量和放線菌數量、蔗糖酶活性和多酚氧化酶活性分別增加1.56%、0.93%、3.63%和2.67%，脲酶活性和磷酸酶活性分別極顯著增加24.32%和31.60%。

不同處理土壤重金屬含量均表現為常規化肥＞有機廢料生態肥＞對照（表4）。有機廢料生態肥與常規化肥相比較，土壤Hg、Cd、Cr和Pb含量分別極顯著降低6.25%、7.50%、6.20%和18.05%；與對照相比較，Hg、Cd、Cr和Pb含量分別增加4.65%、2.78%、3.94%和2.85%，除Cr外其他增加均不顯著。常規化肥與對照相比較，Hg、Cd、Cr和Pb含量分別極顯著增加11.63%、11.11%、10.81%和25.50%。

表4 有機廢料生態肥還田對溫室土壤微生物數量、酶活性及重金屬含量的影響

2.3 有機廢料生態肥對番茄品質、經濟性狀及效益的影響

由表5可知，不同處理可溶性糖含量、VC含量、單果質量、單株產量和產量均表現為有機廢料生態肥＞常規化肥＞對照；可滴定酸含量為對照＞常規化肥＞有機廢料生態肥；增產值、施肥成本、施肥利潤、肥料投資效率均表現為有機廢料生態肥＞常規化肥。有機廢料生態肥與常規化肥相比較，可溶性糖含量、單果質量、單株產量和產量分別顯著增加6.97%、6.68%、6.81%和5.45%，VC含量極顯著增加10.79%，可滴定酸含量極顯著降低19.15%，增產值、施肥利潤和肥料投資效率分別增加25.73%、29.64%和27.77%；與對照相比較，可溶性糖含量、VC含量、單果質量、單株產量和產量分別極顯著增加32.49%、27.20%、25.58%、36.91%和33.74%，可滴定酸含量極顯著降低20.83%。常規化肥與對照相比較，可溶性糖含量、VC含量、單果質量、單株產量和產量分別極顯著增加23.86%、14.81%、17.72%、28.19%和26.83%，可滴定酸含量降低2.08%。

表5 有機廢料生態肥對番茄品質、經濟性狀及效益的影響

3 結論與討論

利用雞糞、菇渣和油菜籽餅肥配制有機廢料生態肥，具有生產上的實踐意義和科學研究中的創新意義，促進了廢棄物資源的循環利用，解決了番茄生產過程中化肥超量施用，溫室土壤環境質量下降、產品產量低而不穩和品質差等疑難問題。施用有機廢料生態肥降低了溫室土壤容重，增大了孔隙度和水穩性團聚體，提高了有機質含量，這種變化規律與有機廢料生態肥中的有機質含量有關，有機質促進了水穩性團聚體的形成，使土壤疏松、容重降低、孔隙度增大。施用有機廢料生態肥的溫室土壤CEC、總持水量增大，pH值降低，主要是有機廢料生態肥吸附能力較強，提高了溫室土壤的CEC，有機廢料生態肥吸水率較大，提高了總持水量，有機廢料生態肥在分解過程中產生的有機酸降低了土壤pH值。施用有機廢料生態肥提高了溫室土壤酶活性，究其原因是有機廢料生態肥中的有機質補充了土壤有機碳含量，因而提高了酶活性。施用有機廢料生態肥后溫室土壤重金屬離子Hg、Cd、Cr、Pb含量分別為0.45、0.37、17.41、6.13 mg/kg，均小于土壤環境質量標準（分別為0.50、0.30、150.00、70.00 mg/kg），與對照差異不顯著，不會對蔬菜造成風險；常規化肥處理重金屬離子含量與對照差異極顯著，說明施用化肥對重金屬離子有明顯的富集作用。施用有機廢料生態肥有利于改善番茄品質，這與杜中平等的研究結果相一致。有關利用有機廢料生態肥替代部分化肥對溫室土壤理化性質和生物學特性的影響有待進一步研究。

有機廢料生態肥施肥量為50.00 t/hm時，施肥利潤達到最大值。施用有機廢料生態肥，有效降低了溫室土壤容重、pH值、電導率、可溶性鹽和真菌數量，提高了總孔隙度、＞25 mm團聚體、總持水量、CEC、有機質含量、供肥量、細菌、放線菌數量和酶活性，降低了番茄可滴定酸含量，提高了可溶性糖和VC含量、施肥利潤和肥料投資效率。施用有機廢料生態肥提高了溫室土壤環境質量，改善了番茄品質，提高了番茄產量，達到了提升溫室土壤質量的目的。