不同灌水量下化肥減量配施生物有機肥對番茄產量及品質的影響

孫虎孫明茂王成霞呂金浮

(濰坊科技學院賈思勰農學院，山東壽光 262700)

番茄營養豐富，酸甜可口，是大眾喜愛的蔬菜，近些年番茄種植已成為我國廣大農村地區發展設施蔬菜生產和實現農民增收致富的重要途徑[1]。 番茄是需肥較多的作物，施肥是保障其增產增收的重要舉措，但生產上菜農為了追求產量，往往盲目大量施用化肥，有些地區化肥用量甚至達到3 000 kg/hm2以上。 長期過量施肥不僅降低化肥的利用效率，還會導致土壤板結、鹽漬化、土壤生態失衡、土傳病害加重，進而導致蔬菜產量和品質的下降[2-4]。 生物有機肥是富含有機質的微生物肥料，與化肥相比，生物有機肥具有調節土壤理化性質、抑制土傳病害、促進作物生長和改善品質的優點[5]，但生物有機肥的施用效果受很多因素影響，除與其本身含有的微生物種類、數量、活性等有關外，還受土壤水分、溫度、酸堿度、土壤營養狀況以及土壤中原有土著微生物的影響。 因此，積極尋求合理的減少化肥用量而增施生物有機肥的施肥方案，對實現農業綠色健康可持續發展具有十分重要的意義。

前人關于化肥減量配施生物有機肥已做了較多研究。 鄧妍等[6]研究表明，在化肥減量條件下長期施用生物有機肥可補充土壤有益菌群， 激發土壤活力從而抑制土傳病菌， 促進土壤生態平衡。 張俊峰等[7]研究發現生物有機肥部分替代化肥可以提高番茄葉片光合速率，同時提高番茄植株對氮磷鉀的利用效率。 姜莉莉等[8]的研究表明，與常規施肥相比，施用生物有機肥可以提高番茄果實中可溶性糖、維生素C、番茄紅素含量，改善番茄口感。 前人關于化肥減量配施生物有機肥的研究主要集中在化肥和生物有機肥的配施比例以及對土壤和作物產量與品質的影響等方面。土壤有益菌群的活動與土壤含水量密切相關，只有在適宜土壤濕度條件下生物有機肥才能發揮其功效[9]。 目前關于不同灌水量下化肥減量配施生物有機肥的研究尚未見詳細報道。 鑒于此，本試驗以設施番茄為研究對象，采用滴灌水肥一體化技術，設置灌水量和肥料配施兩個因素，研究不同灌水量下化肥減量配施生物有機肥對番茄產量及品質的影響，并采用主成分分析法對番茄的品質指標進行綜合評價，明確不同灌水量下化肥減量配施生物有機肥的應用效果，為制定合理的施肥方案、提高化肥利用率、實現番茄綠色提質增效生產提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2021—2022年在山東省壽光市濰坊科技學院農學科研與實踐教學基地日光溫室內進行(東經118°78'，北緯36°93')。 該區屬溫帶季風區大陸性氣候，年均氣溫12.7 ℃，年均降水量593.8 mm。日光溫室長度、跨度和脊高分別為100 m×14 m×5.5 m。 試驗地0 ～20 cm 耕層土壤基礎養分狀況:有機質含量8.27 g/kg、堿解氮64.22 mg/kg、速效磷45.53 mg/kg、速效鉀87.76 mg/kg，pH 值7.65。

1.2 試驗材料

供試番茄品種為新歐粉9 號，由北京聯華維信有限公司提供。 試驗用生物有機肥和化肥均來源于壽光佳迪園藝有限公司，生物有機肥有效微生物主要為枯草芽孢桿菌和地衣芽孢桿菌等，有效活菌數量≥2×108cfu/g，有機質含量≥45%。

1.3 試驗設計

按照當地菜農施肥習慣，試驗前各小區均施用15 000 kg/hm2農家肥做基肥。 試驗設置灌水量和不同施肥配比兩個因素，共設置5個處理，分別為:化肥常規用量2 000 kg/hm2+灌水量800 m3/hm2(CK)、化肥常規用量減15%+生物有機肥3 000 kg/hm2+灌水量800 m3/hm2(T1)、化肥常規用量減30%+生物有機肥6 000 kg/hm2+灌水量800 m3/hm2(T2)、化肥常規用量減15%+生物有機肥3 000 kg/hm2+灌水量1 200 m3/hm2(T3)、化肥常規用量減30%+生物有機肥6 000 kg/hm2+灌水量1 200 m3/hm2(T4)。 番茄定植前生物有機肥一次性均勻施入種植溝內，化肥則通過水肥一體化滴灌施入，從番茄定植后分別在苗期、開花坐果期、膨果成熟期按照當地菜農的施肥方法分多次進行追施。 CK、T1、T2 處理整個生育期共灌水6 次，T3、T4 處理則灌水10 次。 小區面積3 m ×12 m ＝36 m2，隨機區組排列，重復3 次。 種植株行距為40 cm × 60 cm。 番茄長至第6 穗果時頂部留兩片葉摘心。

1.4 測定指標與方法

1.4.1 土壤理化性質的測定番茄盛果期采用“S”形取樣法，采集距離滴灌帶10 cm 附近0 ～20 cm 耕層土壤，測定土壤堿解氮、速效磷、速效鉀、有機質含量和pH 值。 采用重鉻酸鉀法測定土壤有機質含量、堿解擴撒法測定堿解氮含量、鉬銻抗比色法測定速效磷含量、火焰光度法測定速效鉀含量，土壤pH 值用雷磁PHS-3C 型酸度計測定。

1.4.2 番茄產量和品質指標的測定每小區選取有代表性的5 株番茄，每穗果實成熟后測定單果質量，6 穗果全部成熟后計算單株產量。 選取第2 穗大小均勻、成熟度一致的番茄果實測定各項品質指標。 采用PAL-1 型手持式折光儀測定可溶性固形物含量，可溶性糖和維生素C 含量采用比色法[10]測定，有機酸、硝酸鹽和可溶性蛋白含量分別采用酸堿滴定法[11]、硫酸-水楊酸法[12]、考馬斯亮藍法[12]測定，采用高效液相色譜法測定番茄紅素含量[13]。

1.5 數據處理與分析

試驗數據采用Microsoft Excel 2010 軟件統計整理，通過SPSS 20.0 統計分析軟件采用LSD 法進行差異顯著性檢驗(P＜0.05)。

2 結果與分析

2.1 不同灌水量下化肥減量配施生物有機肥對土壤理化性質的影響

由表1 可知，與CK 相比，T1～T4 各處理顯著提高0～20 cm 耕層土壤有機質含量，較CK 分別提高4.32%、10.70%、26.52%、33.19%，pH 值則顯著低于CK。 T1、T2 處理的土壤堿解氮、速效磷、速效鉀含量顯著低于CK，T3、T4 處理則與CK 差異不顯著。 在肥料用量相同灌水量不同條件下比較，土壤堿解氮、速效磷、速效鉀和有機質含量均表現為T3＞T1、T4＞T2，且均達顯著水平。

表1 不同水肥處理對0～20 cm耕層土壤理化性質的影響

2.2 不同灌水量下化肥減量配施生物有機肥對番茄產量的影響

由表2 可以看出，不同處理單株結果數差異不顯著，單果質量和單株產量均以T3 處理最高，但與CK 差異不顯著，T2 處理最低。 在肥料用量相同灌水量不同下比較，T3 處理單果質量和單株產量較T1 分別提高5.82%、13.77%，T4 處理比T2 分別提高8.11%、11.82%。 化肥偏生產力是反映土壤基礎養分狀況和化肥綜合效應的重要指標，化肥減量配施生物有機肥各處理均顯著提高化肥偏生產力，T1 ～T4 處理較CK 分別提高6.98%、16.49%、21.72%、11.83%。

表2 不同水肥處理對番茄產量的影響

2.3 不同灌水量下化肥減量配施生物有機肥對番茄果實營養品質的影響

由表3 可知，番茄果實中維生素C 含量以T4處理最高，較CK 高43.69%，其他化肥減量處理也均顯著高于CK，T3、T4 無顯著差異但顯著高于T1、T2 處理。 在肥料用量相同灌水量不同下比較，T3 處理維生素C 含量顯著高于T1，T4 顯著高于T2。 可溶性蛋白含量以CK 最高，T2 處理最低，除T3 處理與CK 差異不顯著外，其他處理均顯著低于CK。 番茄紅素含量表現為T3 處理最高，CK最低，但處理間差異未達顯著水平。 與CK 相比，各化肥減量處理均顯著降低番茄果實中硝酸鹽含量，T4 處理硝酸鹽含量最低，比CK 降低26.48%。

表3 不同水肥處理對番茄營養品質的影響mg/kg

2.4 不同灌水量下化肥減量配施生物有機肥對番茄口感品質的影響

可溶性固形物、可溶性糖和有機酸是形成番茄口感風味的主要物質，糖酸比是評價番茄口感和風味的主要依據。 由表4 可以看出，化肥減量配施生物有機肥各處理均顯著提高番茄果實的可溶性固形物和可溶性糖含量，顯著降低有機酸含量，從而顯著提高糖酸比。 T4 處理可溶性固形物、可溶性糖含量和糖酸比最高，比CK 分別高出27.26%、34.84%、60.82%。 在肥料用量相同灌水量不同下比較，可溶性固形物、可溶性糖含量和糖酸比表現為T3 處理顯著高于T1，T4 處理顯著高于T2。 T1～T4 各處理有機酸含量顯著低于CK，化肥減量各處理間未表現出顯著差異。

表4 不同水肥處理對番茄口感品質的影響

2.5 番茄品質指標主成分分析及綜合評價

由于單項指標不能對番茄品質進行綜合評價，因而采用SPSS 20.0 統計分析軟件對番茄8個品質指標(維生素C、可溶性蛋白、番茄紅素、硝酸鹽、可溶性固形物、可溶性糖、有機酸、糖酸比)進行主成分分析，通過分析得到前2個主成分的累計方差貢獻率高達96.74% ，滿足＞85% 的條件，說明前2個主成分反映了原始變量96.74%的信息(表5)。 因此可以用第1、2 主成分綜合評價番茄品質，從而達到降維的目的。

表5 番茄品質指標的主成分分析結果

利用前2個主成分特征向量為權重構建函數表達式:

式中F1、F2分別對應第1、2 主成分得分，ZX1、ZX2、ZX3、ZX4、ZX5、ZX6、ZX7、ZX8為原始數據消除變量之間量綱關系后的8個品質指標值。

利用主成分綜合評價模型對番茄果實品質進行綜合評價，得分依次為T4＞T3＞T2＞T1＞CK(表6)。

表6 不同水肥處理下番茄品質指標綜合評價

3 討論

化肥因易溶于水，能被作物快速吸收利用，在生產上普遍使用。 但長期大量施用化肥易導致土壤板結、有機質含量下降、破壞土壤生態環境。 相關研究表明大量施用化肥并不能持續提高作物產量[14]。 生物有機肥有機質含量高，且添加了外源有益微生物，可以通過微生物的生命活動分解土壤中的有機質和礦物質，改善土壤微生態環境，且生物有機肥中的氮養分釋放速率比無機肥慢，在作物生長后期能夠更好的為作物提供養分， 不斷滿足作物生長需求，達到速效和長效兼有的效果[15-18]。 柳玲玲等[19]研究表明施用生物有機肥能調節土壤理化性質，降低土壤pH 值。 Thonar等[20]研究認為土壤生物菌劑和有機肥配合施用，尤其是和農家肥配施能促進作物對磷的吸收，并顯著提高作物產量。 本試驗結果表明，化肥減量配施生物有機肥降低土壤pH 值，并顯著提高土壤有機質含量，這與柳玲玲等[19]的研究結果一致。 不同灌水量下化肥減量配施生物有機肥，0 ～20 cm 耕層土壤堿解氮、速效磷和速效鉀含量不同，當灌水量為800 m3/hm2時，化肥減量15%配施3 000 kg/hm2生物有機肥和化肥減量30%配施6 000 kg/hm2生物有機肥土壤堿解氮、速效磷、速效鉀含量顯著低于化肥常規用量，而當灌水量為1 200 m3/hm2時，化肥減量配施生物有機肥與化肥常規用量差異并未達顯著水平。 表明在適宜的灌水量條件下，有利于土壤有益微生物菌群的活動，能夠促進有機質的分解和養分的有效利用，有利于設施菜地土壤改良，提高土壤有效養分含量。

前人研究表明，適量減施化肥對作物的生長并沒有太大影響，同時配施生物有機肥可顯著提高蔬菜產量[21-24]。 本試驗結果表明，當灌水量為800 m3/hm2時，化肥減量配施生物有機肥番茄的單果質量和單株產量隨著化肥用量的減少逐漸下降，當灌水量為1 200 m3/hm2時，化肥減量15%和30%配施生物有機肥處理番茄的單果質量和單株產量均與常規施肥差異不顯著。 表明在適宜灌水量下化肥減30%以內并未造成單果質量和單株產量的顯著下降，結果數各處理間均未表現出顯著差異。 化肥減量配施生物有機肥各處理均提高化肥偏生產力，這與李峰等[25]在花生上的研究結果一致。 本試驗中T3 處理化肥偏生產力最高，較對照提高21.72%，表明適宜的土壤水分條件能夠提高化肥利用率。 化肥減量配施生物有機肥能顯著改善番茄品質，與常規施肥相比，化肥減量配施生物有機肥顯著提高番茄可溶性固形物、可溶性糖、維生素C 含量和糖酸比，硝酸鹽和有機酸含量則顯著下降，這與前人的研究結果[26]基本一致。 本試驗中，化肥減量配施生物有機肥處理的番茄可溶性蛋白含量下降，番茄紅素含量與常規施肥處理無顯著差異，這與前人的結果[26]有所不同，可能與試驗條件以及土壤基礎肥力狀況不同有關，具體原因還有待于進一步研究。 對番茄8個品質指標進行主成分分析，結果表明化肥減量配施生物有機肥番茄品質指標綜合評價均優于常規化學施肥，各處理得分依次為T4＞T3＞T2＞T1＞CK。

4 結論

綜合考慮以上因素，當灌水量為1 200 m3/hm2時，化肥減量15%和30%配施生物有機肥顯著提高化肥偏生產力且番茄產量并未顯著波動，番茄品質顯著改善。 因此，在適宜的灌水量條件下，化肥適當減量配施有機肥能夠提高化肥利用效率，是實現番茄綠色提質增效的科學施肥方式。