蚯蚓糞有機肥袋料栽培對番茄生長、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

蔣洪麗，雷 琪，吳淑芳*，馮 浩

（1．西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院，陜西 楊凌 712100；2．中國科學(xué)院水利部水土保持研究所，陜西 楊凌 712100；3．西北農(nóng)林科技大學(xué)中國旱區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)研究所，陜西 楊凌 712100）

陜北地區(qū)地處黃土高原，地勢起伏大，地形破碎，基本農(nóng)田面積小，土地生產(chǎn)力低，但光照資源豐富，適宜發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè)［1］。在中國加入WTO和西部大開發(fā)的環(huán)境下，國家和陜西省通過很多扶持政策促進了陜北的生態(tài)建設(shè)和設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展［2］。到2014年，設(shè)施蔬菜面積由2008年的不足1.3萬hm2增加到6.7萬hm2［3］，設(shè)施蔬菜產(chǎn)量占全省蔬菜總產(chǎn)量的35.6%［4］。2018年中央一號文件提出鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略后，陜西省省委、省政府和榆林市、延安市等也陸續(xù)出臺相關(guān)政策［5］。《延安市鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略規(guī)劃（2018-2022年）》提出構(gòu)建“一主兩翼”現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系，即做強蘋果產(chǎn)業(yè)、做優(yōu)設(shè)施農(nóng)業(yè)和做大現(xiàn)代化養(yǎng)殖業(yè)。良好的政策為陜北的設(shè)施農(nóng)業(yè)提供了發(fā)展機遇，但其發(fā)展仍受到耕地資源短缺、利益趨勢和農(nóng)戶種植水平不高等不利因素的影響，且還存在盲目施肥和化肥濫用的情況。結(jié)合設(shè)施農(nóng)業(yè)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，土壤利用強度過高和農(nóng)產(chǎn)品投入過大是設(shè)施土壤退化的根本原因，不合理的利用方式嚴重影響了設(shè)施栽培的土壤健康質(zhì)量和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全［6］。

梁家河村是陜北黃土丘陵溝壑區(qū)的典型代表，土壤貧瘠、耕地面積小，農(nóng)戶知識和管理水平較低，設(shè)施農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)和經(jīng)營方式單一，生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量不高、綜合效益低，難以滿足市場需求，且產(chǎn)業(yè)融合度低。目前，隨著新農(nóng)村建設(shè)試點的實施和鄉(xiāng)村旅游業(yè)的迅速發(fā)展，對設(shè)施農(nóng)業(yè)特色產(chǎn)品的需求旺盛。為了保持設(shè)施栽培土壤的持續(xù)生產(chǎn)功能和提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全，需要創(chuàng)新有限土地資源管理和引入更安全長效的種植模式，以提高水土資源利用效率和加快該區(qū)設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

蚯蚓糞有機肥具有良好的通氣排水性，含有大量氮、磷、鉀等大量元素和豐富的鐵、錳、鋅等微量元素，以及多種氨基酸、微生物和活性酶等營養(yǎng)物質(zhì)，多孔結(jié)構(gòu)也使其有很好的供肥力和保肥力［7］。可作為育苗基質(zhì)、土壤改良劑和生物有機肥等用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)［8］，能促進植物生長發(fā)育［9-11］、提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)［12-14］、改善土壤肥力［15-17］、緩解土壤連作障礙［18］、降低土傳病蟲害發(fā)病率［19-20］等。

以傳統(tǒng)土壤栽培模式為對照，通過試驗研究了蚯蚓糞有機肥袋料栽培對設(shè)施大棚番茄生長、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，為蚯蚓糞有機肥在陜北設(shè)施農(nóng)業(yè)中推廣應(yīng)用提供參考和依據(jù)。

1 材料及方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗在黃土高原中南部的陜西省延川縣文安驛鎮(zhèn)梁家河村（110°15′E，36°45′N）進行。試驗區(qū)是典型的陜北黃土丘陵溝壑區(qū)，屬半濕潤易旱氣候區(qū)，年均氣溫11.5℃，年降水量500～600 mm，降雨年際和季節(jié)變化大，主要集中在夏季7～9月。梁家河地區(qū)土壤肥力水平偏低，土壤貧瘠，試驗前測得0～20 cm表層土壤理化性質(zhì)為：有機質(zhì)9.1 g/kg，全氮1.1 g/kg，全磷1.0 g/kg，全鉀22.4 g/kg；粘粒、粉粒、砂粒的含量為別為18.1%、57.0%、24.9%，屬粉質(zhì)粘壤土。試驗大棚所在地地下水深約20 m，測試得地下水中的鈉離子含量超過250 mg/L，全鹽含量超過11 g/L，水質(zhì)為高度含鹽水。

1.2 試驗材料

試驗所用番茄品種為“金棚秋盛”，是經(jīng)過嫁接育苗技術(shù)培育的適合當(dāng)?shù)胤N植的品種。蚯蚓糞有機肥來自陜西卻行生物科技有限公司。蚯蚓糞有機肥的有機質(zhì)含量為237 g/kg，全氮、磷、鉀含量分別為9.3、11.5、9.3 g/kg。本研究中施用的鉀肥是山東五神牛生物科技有限公司生產(chǎn)的磷酸二氫鉀（KH2PO4），每袋為400 g。生物有機肥來自宜川縣鴻鵬農(nóng)牧有限責(zé)任公司，有機質(zhì)含量為400 g/kg。

1.3 試驗設(shè)計

試驗設(shè)置2個處理，分別為施用蚯蚓糞有機肥袋料栽培模式和原棚內(nèi)傳統(tǒng)土壤栽培模式。每個處理3次重復(fù)。蚯蚓糞基質(zhì)袋料栽培處理每小區(qū)種植7行，每行設(shè)置22個基質(zhì)袋，每袋中裝入15 kg蚯蚓糞有機肥，在袋中分別挖穴移栽間距10 cm幼苗兩株，點水補墑定植、蓋好，袋四周用土夯實，株距為35 cm，行距是1.8 m。傳統(tǒng)土壤栽培處理每小區(qū)同樣種植7行，每行的一側(cè)種植22株幼苗，株距為35 cm，行距是1.8 m。田間水分管理均為番茄根部水肥一體化滴灌方式，根據(jù)具體的土壤干濕狀況和植物需水情況進行灌溉（圖1）。施肥方面，傳統(tǒng)土壤栽培處理施用了磷肥和生物有機肥作基肥，2種肥的用量分別為572.62和257.68 kg/hm2。除此之外，蚯蚓糞有機肥處理和傳統(tǒng)土壤處理均在第一期果膨大期和第二期果膨大期時分別隨滴灌追施76.35和229.05 kg/hm2的鉀肥。考慮到夏季高溫番茄定植管理技術(shù)要求高，易發(fā)病害，且晚期上市能提高經(jīng)濟效益，故將番茄定植時間做了適當(dāng)延后，于2019年7月28日定植。

圖1 不同栽培模式的灌水量情況

1.4 相關(guān)指標的采集與數(shù)據(jù)分析

根據(jù)生育期每兩到三周用卷尺測一次株高，用游標卡尺測量番茄植株地上部分主莖的橫莖和縱莖，記錄每一穗果的開花數(shù)和坐果數(shù)。在番茄果實成熟期選取兩處理中長勢均勻的植株，從中隨機采摘成熟番茄用電子天平稱量單果重，并按照單株坐果數(shù)計算產(chǎn)重；用游標卡尺測量番茄的果高、橫徑和縱徑，觀察并記錄果實顏色和有無裂果、畸形果的情況，并從每個處理中隨機挑選12個新鮮番茄樣品送至西北農(nóng)林科技大學(xué)檢測中心進行品質(zhì)檢測。通過市場調(diào)查和銷售情況，了解到蚯蚓糞有機肥袋料栽培的番茄售價為7元/kg，傳統(tǒng)土壤栽培的番茄售價為4元/kg，用于計算產(chǎn)值（純收入）。

試驗數(shù)據(jù)用Excel 2016進行計算和整理，采用SPSS 26.0中t檢驗來比較差異顯著性，圖形采用Origin 2021繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 蚯蚓糞有機肥對番茄農(nóng)藝性狀的影響

2.1.1 蚯蚓糞有機肥對番茄株高、莖粗的影響

蚯蚓糞有機肥可以顯著促進番茄植株株高和莖粗的增長（圖2）。番茄植株定植后的前20 d，2個處理的株高增長速度相接近，20 d以后蚯蚓有機肥處理的株高增長速度要明顯高于傳統(tǒng)土壤處理；后4次的測量高出傳統(tǒng)土壤處理4.1%～6.2%，增長效果明顯（P＜0.05），到11月24日，蚯蚓糞有機肥處理的株高相比傳統(tǒng)土壤處理高出9.33 cm。在前期傳統(tǒng)土壤處理的莖粗大于蚯蚓糞有機肥處理，但在9月17日以后的增長幅度很小，而蚯蚓糞有機肥處理仍能保持繼續(xù)增長，且與傳統(tǒng)土壤處理形成顯著差異（P＜0.05）。后4次結(jié)果表明蚯蚓糞有機肥處理的莖粗比傳統(tǒng)土壤處理分別增加了31.5%、31.8%、33.0%和29.1%。到11月24日，蚯蚓糞有機肥處理的莖粗相比傳統(tǒng)土壤處理粗3.16 mm。

圖2 不同栽培模式下番茄株高和莖粗的變化

2.1.2 蚯蚓糞有機肥對番茄坐果率的影響

蚯蚓糞有機肥處理的番茄坐果率均大于傳統(tǒng)土壤處理的番茄坐果率；且2個處理的坐果率都隨著番茄的生育期呈先上升后下降的趨勢（圖3）。在第五穗時，傳統(tǒng)土壤處理的坐果率明顯下降，相比蚯蚓糞有機肥處理的坐果率低38.0%，兩處理間呈現(xiàn)顯著差異（P＜0.05）。從整個生育期來看，蚯蚓糞有機肥處理的番茄坐果率比傳統(tǒng)種植高14.4%，且差異顯著。

圖3 不同栽培模式下的番茄坐果率

2.1.3 蚯蚓糞有機肥對番茄產(chǎn)量和生產(chǎn)效益的影響

蚯蚓糞有機肥袋料栽培處理的番茄相比傳統(tǒng)土壤栽培其單果重、產(chǎn)量及投入成本信息見表1。由表1可以看出，蚯蚓糞有機肥處理的番茄單果重為281.71 g，比傳統(tǒng)土壤處理重7.4%，產(chǎn)量也高出22.0%，且形成顯著性差異（P＜0.05）。兩者單果重和產(chǎn)量形成顯著性差異的原因是蚯蚓有機肥含有大量植物所需的營養(yǎng)物質(zhì)和良好的通氣排水性，多孔結(jié)構(gòu)也使其有很好的供肥力和保肥力，能促進植物生長發(fā)育。從表1中可以看出，蚯蚓糞有機肥處理的生產(chǎn)成本比傳統(tǒng)土壤處理高出388069元/hm2，其成本的增加是因為蚯蚓有機肥的購買和運輸費用較高，每袋成本均價為25元。蚯蚓有機肥處理的產(chǎn)投比（凈收入/成本）僅為2.21，而傳統(tǒng)土壤處理可達65.20，但其產(chǎn)值較傳統(tǒng)土壤處理高出68萬元/hm2，凈收入也高出29萬元/hm2。且蚯蚓糞有機肥袋料栽培是一次性投入的，第二、三茬除追加少量鉀肥可繼續(xù)無投入種植，同樣能產(chǎn)生較高經(jīng)濟效益，加之蚯蚓有機肥處理種植的番茄更美觀、果實品質(zhì)高，在形成品牌后市場售價會有所提高，具有很好的增值潛力。

表1 不同栽培模式下的產(chǎn)量和生產(chǎn)效益情況

2.2 蚯蚓糞有機肥對番茄品質(zhì)的影響

2.2.1 蚯蚓糞有機肥對番茄外觀品質(zhì)的影響

蚯蚓糞有機肥處理的番茄果型較好，為（近）圓形果，無裂果、畸形果的現(xiàn)象，而傳統(tǒng)土壤處理有輕微的裂果和畸形果的現(xiàn)象，裂果率為6.5%，其百顆畸形果數(shù)為4～6顆（表2）。在番茄成熟期觀察發(fā)現(xiàn)，蚯蚓糞有機肥處理的番茄果色多呈現(xiàn)為熟透的紅色，而傳統(tǒng)土壤處理存在相當(dāng)一部分的粉色果，果皮偏透明，粉果的番茄紅素低于紅果，營養(yǎng)價值較低。

表2 不同栽培模式下的番茄外觀品質(zhì)

2.2.2 蚯蚓糞有機肥對番茄果實品質(zhì)的影響

蚯蚓糞有機肥處理的果實營養(yǎng)品質(zhì)要高于傳統(tǒng)土壤處理（表3），2個處理的脯氨酸由于含量太低未被檢測出，胱氨酸的含量相同；蚯蚓糞有機肥處理的蛋氨酸含量高出了1倍，剩余的14種氨基酸含量比傳統(tǒng)土壤處理高出5.56%～26.67%。蚯蚓糞有機肥處理的總糖含量相比傳統(tǒng)土壤處理提高6.43%，總酸含量提高3.13%，糖酸比提高了3.20%，維生素C含量有所增加；硝酸鹽含量降低了16.83%，但均明顯低于中國蔬菜硝酸鹽標準允許量 432 mg/kg，顯著提高了果實的營養(yǎng)價值。

表3 不同栽培模式下的番茄果實品質(zhì)

續(xù)表

3 討論

蚯蚓糞有機肥因為豐富的營養(yǎng)物質(zhì)和良好的理化特性受到關(guān)注，廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、動物飼料、吸附和除臭等方面［7-8，21］。目前，國內(nèi)外施用蚯蚓糞有機肥種植生菜［22］、煙草［23］和胡椒等［24］作物的效果明顯，關(guān)于蚯蚓糞有機肥對番茄農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，許多學(xué)者也做出了大量研究。

3.1 蚯蚓糞有機肥對番茄農(nóng)藝性狀的影響

已有眾多研究表明，蚯蚓糞有機肥能促進番茄生長并實現(xiàn)增產(chǎn)。本研究表明，蚯蚓糞有機肥可以顯著增加番茄植株株高和莖粗以及提高坐果率（圖2和3），這與前人的研究結(jié)果一致［18，25］。果實膨大期，番茄植株的生長速度加快，且蚯蚓糞有機肥處理比傳統(tǒng)土壤處理更能持續(xù)增長；蚯蚓糞有機肥處理的第五穗坐果率也較傳統(tǒng)土壤處理提高了43.8%。蚯蚓糞有機肥處理的單果重和產(chǎn)量均高于傳統(tǒng)土壤處理，這也與前人的研究結(jié)果相符合。吳玨等［26］研究發(fā)現(xiàn)，施用蚯蚓糞處理的番茄單果質(zhì)量、果實橫徑及產(chǎn)量均大于對照，可提高產(chǎn)量4.9%～16.2%。張寧［12］發(fā)現(xiàn)蚯蚓糞能提高番茄和西瓜的單果重和總產(chǎn)量。另有研究表明，蚯蚓糞肥通過增加開花數(shù)和果實單果重來增加作物產(chǎn)量［27-28］。這是因為蚯蚓糞有機肥富含多種礦質(zhì)元素、有機質(zhì)和多種微生物，疏松多孔的性質(zhì)也使其具有一定的吸附和富集能力，可作為一種緩釋肥，能在較長時間持續(xù)提供養(yǎng)分［29-30］。

3.2 蚯蚓糞有機肥對番茄品質(zhì)的影響

蚯蚓糞有機肥能持續(xù)為作物提供養(yǎng)分，提高品質(zhì)［31］。蚯蚓糞有機肥能提高番茄植株的光合作用和根系活力，促進其對養(yǎng)分的吸收，進而提高番茄的品質(zhì)和產(chǎn)量［32］。本試驗的番茄果實外形更圓，維生素C、總糖、總酸和總氨基酸含量更高，結(jié)果與前人一致［33］。程遠等［34］認為果型越圓的櫻桃番茄，其總糖、有機酸、總氨基酸含量和可溶性固形物越高，果實風(fēng)味也相對好一些。本試驗的結(jié)果也表明了這一點，這也為挑選良好的番茄提供了一定的理論依據(jù)。

本研究中，雖然蚯蚓糞有機肥處理的生產(chǎn)成本高，但番茄的產(chǎn)量、品質(zhì)和口感都有所提高，對番茄售價具有正向促進的作用，可提高經(jīng)濟收入。且蚯蚓糞有機肥的肥力高，可作為基質(zhì)進行長期種植，可“一次引入，多次使用”。有研究表明，施用蚯蚓糞有機肥種植芥菜的4個連續(xù)播種期中，磷元素在第一茬吸收最高，氮和鉀元素在第二茬吸收最高，并可持續(xù)在4個播種期提供養(yǎng)分［35］。Meena等［36］也表明蚯蚓糞不僅能提高第一茬作物的產(chǎn)量，對后續(xù)種植的作物也有顯著的剩余優(yōu)勢。

在梁家河地區(qū)是首次使用蚯蚓糞有機肥種植作物，隨著政策的實施形成當(dāng)?shù)靥厣袡C設(shè)施農(nóng)業(yè)以后，能促進當(dāng)?shù)匦纬商厣放坪彤a(chǎn)業(yè)鏈，增加農(nóng)戶收入。同時隨著人們生活水平的提高，對果實品質(zhì)也提出了更高的要求，所以使用蚯蚓糞有機肥種植優(yōu)質(zhì)果蔬也有一定的潛在市場和增值潛力。目前，在陜北溫室大棚中應(yīng)用蚯蚓糞有機肥袋裝基質(zhì)種植番茄已獲得了初步成效，可以在當(dāng)?shù)赝茝V種植其他經(jīng)濟作物。

4 結(jié)論

與傳統(tǒng)土壤栽培模式相比，蚯蚓糞有機肥袋料栽培模式可以顯著促進番茄植株的生長，提高株高、莖粗和坐果率，降低裂果率和畸形果率，改善果實品質(zhì)和外觀品質(zhì)，果實的適口性更好、風(fēng)味更佳、營養(yǎng)價值更高；番茄產(chǎn)量提高了22.0%，產(chǎn)值提高113.4%。應(yīng)用蚯蚓糞有機肥進行基質(zhì)袋料栽培是提高番茄產(chǎn)量、改善品質(zhì)和提高農(nóng)戶收入的有效栽培措施，值得在陜北溫室大棚中進一步推廣，也可以應(yīng)用于當(dāng)?shù)仄渌?jīng)濟作物栽培。