有機肥替代化肥對設施番茄產量、品質及土壤性狀的影響

趙成雷于建郭新送朱福軍梁茂榮陳蘭強楊保國丁方軍申洋馬學文

(1. 山東農大肥業科技股份有限公司/農業農村部腐植酸類肥料重點實驗室，山東泰安 271000；2. 菏澤市定陶區農業技術推廣中心，山東菏澤 274000；3. 諸城市農業農村局，山東諸城 261000)

蔬菜是我國僅次于糧食的第二大農作物，是消費量最大的農產品，全國蔬菜產量超7.2 億噸，其中設施蔬菜產量占全國蔬菜總產量的35%，為我國蔬菜生產做出了突出貢獻[1-2]。 山東省是蔬菜種植強省，其生產規模化水平位居全國前列，2019年種植面積為146.4 萬公頃，總產量超過1億噸，占全國蔬菜產量的13%以上[2-3]。 蔬菜生產中單施化肥、少施有機肥、水肥投入過量等不合理的現象依然嚴重，如山東壽光每年氮肥施用量約3 200 kg/hm2[4]，造成了土壤酸化、板結、鹽漬化問題，同時常年連續生產擾動土壤環境，導致有機質分解，降低了土壤有機質含量[5]，使得土壤肥力降低、質量下降，影響作物生長，導致蔬菜產量和品質下降[6-7]。 大量研究表明，有機肥替代化肥能夠改善土壤質量，協調平衡作物養分供應，對作物產量和品質具有積極影響[8-10]。

本研究通過分析不同比例有機肥替代化肥對設施番茄產量、品質及土壤性狀的影響，以探求能夠協調設施番茄產量和品質形成、改善土壤質量的合理施肥方法和用量，為設施番茄綠色可持續高質量發展提供合理的施肥方案及參考依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗于2021年1—5月在山東省菏澤市定陶區黃店鎮黃東村設施大棚進行。 耕層土壤基礎理化性狀:有機質含量21.54 g/kg、堿解氮118.14 mg/kg、有效磷81. 84 mg/kg、 速效鉀132. 06 mg/kg，pH 值7.84。

供試番茄品種為粉娜918。 試驗用肥料為腐植酸復合肥(17-17-17S)、有機肥(有機質60%，N-P-K 總養分為3%+6%+1%＝10%)、水溶肥1(N-P-K＝20-20-20)、水溶肥2(N-P-K＝13-7-40)，均由山東農大肥業科技股份有限公司提供。

1.2 試驗設計及方法

試驗采用隨機區組設計，共設置7個處理(表1)，重復3 次。 小區面積為38.5 m2，每小區6行。 番茄移植栽種前2 天進行整地施肥，腐植酸復合肥和有機肥作為基肥一次性施入。 各處理追肥一致。 番茄于2021年1月5日移植栽種，株距30 cm，行距65 cm，種植密度51 300 株/hm2。 于2021年1月20日沖施水溶肥1(20-20-20)150 kg/hm2，每隔15 天隨水沖施1 次，共沖施3 次；于3月10日沖施水溶肥2(13-7-40)150 kg/hm2，每隔15 天隨水沖施1 次至生長周期結束。 于4月15日開始采摘，至5月28日收獲完畢。 各處理其他田間管理保持一致。

表1 試驗處理方案kg/hm2

1.3 測定指標及方法

1.3.1 產量指標測定每小區隨機選擇3個點，每點連續調查10 株，統計番茄單株坐果數，計算平均單株坐果數；隨機采收50個成熟轉色商品果稱重，計算平均單果重；產量計算公式:產量＝株數×單株結果數×果重×0.9(縮值系數)。

1.3.2 品質指標測定番茄可溶性糖含量采用3，5-二硝基水楊酸法測定，可滴定酸采用氫氧化鈉滴定法測定，VC 采用2，6-二氯酚靛酚滴定法測定，可溶性固形物含量采用手持折射儀測定，含水率采用烘干法測定。

1.3.3 土壤指標測定有機質含量采用重鉻酸鉀容量法測定，堿解氮采用凱氏定氮法測定，有效磷采用碳酸氫鈉浸提鉬銻抗比色法測定，速效鉀采用醋酸銨浸提火焰光度法測定，pH 值采用pH計測定，微生物數量測定采用平板計數法。

1.4 數據處理與分析

采用Microsoft Excel 2019 軟件進行數據整理與作圖，使用SPSS 軟件進行方差分析和顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 不同比例有機肥替代化肥對番茄產量的影響

由表2 可知，不同比例有機肥替代化肥對番茄單株坐果數和單果重均無顯著影響。 CK 單株坐果數最多，為16.62個，有機肥替代化肥各處理降低單株坐果數0.12%～7.10%。 T3 處理單果重最大，為0.206 kg，T4 處理單果重最低，為0.174 kg。 除T4 處理外，各有機肥替代化肥處理番茄單果重較CK 均有不同程度提高，增幅為2.14%～10.16%。

表2 不同比例有機肥替代化肥對番茄產量及其構成的影響

由表2 看出，各處理番茄產量為121 110 ～147 600 kg/hm2。 T4 處理產量顯著低于其他處理，其他各處理較CK 均有一定程度提高，但無顯著差異。 T1、T2、T3、T5、T6 處理較CK 分別提高0.94%、0.59%、5.17%、4.13%和2.76%，T3 處理增產效果最好。

2.2 不同比例有機肥替代化肥對番茄果實品質的影響

不同比例有機肥替代化肥對番茄品質的影響不同(表3)。 有機肥替代比例達25%及以上處理(T3 ～T6)番茄可溶性糖含量均高于CK，增幅為5.81%～11.61%，但未達差異顯著水平，其中T3、T6 處理可溶性糖含量較高，較CK 分別提高11.00%、11.61%；各有機肥替代處理番茄可溶性固形物含量均高于CK，T1 處理增加最多，增幅為9.17%， T3～T6 處理增幅為1.39%～7.50%；除T2處理外，各有機肥替代比例處理番茄VC 含量均有提高，T5 處理最高，與CK 差異顯著，T3 ～T6 處理較CK 增加5.38%～12.05%，但有機肥替代比例達到100%時，VC 含量會有小幅度下降；各有機肥替代處理番茄固酸比均高于CK，T1 增幅最大，為12.98%，T3～T6 處理增加0.29%～7.18%；與CK相比，有機肥替代比例對番茄含水率、可滴定酸含量無顯著影響。

表3 不同比例有機肥替代化肥對番茄品質的影響

2.3 不同處理番茄果實品質綜合評價分析

對番茄產量、可溶性糖含量、含水率、可溶性固形物含量、可滴定酸含量、固酸比6個指標進行主成分分析(表4)。 根據主成分載荷矩陣和特征值計算主成分特征向量，表達式如下:

表4 主成分特征值、貢獻率、累計貢獻率及特征向量

式中:Y1、Y2分別代表第1、2 主成分；X1～X6分別代表番茄產量、可溶性糖含量、含水率、可溶性固形物含量、可滴定酸含量、固酸比。

根據各主成分特征值、貢獻率，結合方程Y1、Y2構建番茄品質綜合評價模型，將貢獻率作為分配系數，得到方程:Y ＝0.35X1+0.18X2+0.01X3+0.28X4-0.36X5+0.58X6。

圖1 顯示番茄果實品質綜合評價得分結果，各處理表現為T3＞T6＞T5＞CK＞T4＞T2＞T1。 其中T3、T6 和T5 為正值，T3 綜合評價指數最高，為1.147。

圖1 各處理主成分綜合評價得分

2.4 不同比例有機肥替代化肥對土壤理化指標及微生物數量的影響

由表5 看出，有機肥替代化肥對土壤堿解氮、有效磷、有機質含量、真菌和放線菌數量均未造成顯著影響。 各處理土壤堿解氮含量在116.59 ～135.38 mg/kg 之間，T1 處理最高，T2 處理最低；除T1 外，其他有機肥替代處理土壤速效鉀含量較CK 均有提高，提高幅度為153.09%～495.80%，其中T3 ～T6 處理提高399.26%～495.80%；各有機肥替代處理土壤有機質含量較CK 提高5.63%～30.65%，但差異均未達到顯著水平，其中T3 ～T6處理提高8.47%～30.65%；有機肥替代處理降低土壤pH 值，較CK 低0.01～0.62個單位，其中T3、T4、T5 處理與CK 差異顯著。

表5 不同比例有機肥替代化肥對土壤理化指標及微生物數量的影響

各處理土壤細菌數量在(0.13 ～0.43)億個/g之間，除T1 處理外，其他有機肥替代處理的細菌數量均高于CK，T3～T6 處理提高0 ～207.14%，T3處理細菌數量最高；真菌數量在(2.83 ～6.53)萬個/g 之間，除T2 處理外，其他有機肥替代處理的真菌數量均高于CK，但差異均未達到顯著水平，T3～T6 處理提高5.11%～45.11%。 各處理土壤放線菌數量均無顯著差異。

3 討論與結論

有機肥營養元素齊全，養分具有緩釋性，有機肥替代部分化肥，能夠不同程度地提高作物產量和品質，最優替代量及作用效果受施肥量、土壤肥力、作物種類等多重因素的影響[11]。 張國龍等[12]的研究表明，有機肥替代50%化學養分時對茄子產量提升和品質改善效果最佳，可顯著增產33%，可溶性糖含量增加63%，硝酸鹽含量降低35%。 江波等[13]的研究表明，相較于全量化肥，有機肥替代處理的辣椒產量增加2.3%～13.1%，維生素C 和還原糖含量分別提高4.4%～11.5%和23.9%～63.5%，有機氮替代50%時的效果最佳。鄭福麗等[14]的研究表明，有機肥氮替代比例在10%～30%范圍，番茄產量隨著替代比例的增加而提高。 本研究表明，相較于CK，有機肥替代化肥降低番茄坐果數；除T4 處理外，其他有機肥替代處理均增加單果重和產量，單果重增幅為2.14%～10.16%，產量增幅為0.59%～5.17%。 T3 處理產量最高，為147 600 kg/hm2。 相較于CK，低比例有機肥替代處理番茄可溶性糖(T1、T2)、VC 含量(T2)降低；T3～T6 處理番茄可溶性糖、VC 含量均有不同程度增加，可溶性糖含量增幅為5.81%～11.61%，VC 含量增幅為5.38%～12.05%；有機肥替代處理的固酸比均高于CK，較CK 提高0.29%～12.98%。 通過對番茄產量和品質指標進行主成分分析，T3 處理綜合評價指數最高。

有機肥替代化肥能夠改善土壤質量，協調平衡土壤養分供應，促進作物養分吸收，是實現作物優質高產的重要技術途徑[15-17]。 本研究表明，有機肥替代化肥一定程度上能夠增加土壤速效鉀、有機質含量，降低土壤pH 值，增加土壤細菌和真菌生物量，對土壤堿解氮、有效磷含量和放線菌數量未產生顯著影響。 相較于CK，T3 處理土壤速效鉀含量提高495.80%，有機質含量提高30.65%，pH 值降低0.62個單位，細菌數量增加207.14%，真菌數量增加5.11%，T3 處理具有良好的改善土壤理化狀況、提高土壤肥力、增加土壤微生物數量的作用。

綜上所述，25%的有機肥替代比例為協調設施番茄增產、提質、改善土壤的最優替代比例。