減氮與配施微生物菌劑對設施番茄產量、品質及氮素吸收的影響

夏渝靜　盧樹昌　張迎珂

摘要：：通過減氮與配施微生物菌劑對設施番茄產量、品質及氮素吸收的影響進行研究，為設施菜田氮素合理管理提供理論依據。本試驗設計了9個處理，即T1（常規施氮）、T2（減施15%N）、T3（減施15%N＋菌劑）、T4（減施30%N）、T5（減施30%N＋菌劑）、T6（減施45%N）、T7（減施45%N＋菌劑）、T8（減施100%N）、T9（減施100%N＋菌劑），研究番茄產量、品質、氮素吸收量和氮素利用率等。結果表明，施菌劑處理與不施菌劑處理相比，產量均有增加。適量減氮，番茄果實產量未出現下降，并且與菌劑結合下，產量有所增加，其中T3處理產量最大，為151 851.85 kg/hm2，與T1處理相比增產了15.22%。各處理總干物質量最大亦為T3處理，即16 823.28 kg/hm2，是T1處理的1.14倍，其次為T2處理。番茄總吸氮量和氮素利用效率最高的均是T3處理，總吸氮量為369.58 kg/hm2，比T1處理增加了25.06%；氮素利用效率達30.99%，是T1處理的2.09倍。從番茄品質看，T7處理番茄果實硝酸鹽含量最低，為 185 mg/kg，較T1處理降低了28.30%，其次為T4處理；T3處理維生素C、可溶性總糖含量及糖酸比等指標均最高。從土層間氮運移看，0～120 cm土層硝態氮運移減緩效果較好的為T2和T3處理。綜合來看，適量減氮與微生物菌劑結合施用能提高設施番茄產量、干物質量及品質，同時能提高氮素的吸收、利用并減緩氮向下運移，T3處理綜合效果最好。

關鍵詞：設施番茄；微生物菌劑；氮肥減量；產量；品質；氮素吸收

中圖分類號：S144.1；S641.206文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）09-0189-06

番茄（Solanum lycopersicum Mill.），別稱西紅柿，是茄科番茄屬1年生或多年生草本植物，是世界上重要的經濟作物之一［1］。目前，我國是世界上設施蔬菜栽培面積最大的國家，設施蔬菜產業發展態勢良好，種植面積穩定，設施蔬菜生產水平逐年提高［2-4］。氮素是蔬菜營養的三大要素之一，植物體內維生素、可溶性糖、蛋白質等物質含量均受其影響［5］。氮素在植株生長發育過程中發揮著至關重要的作用，通過遷移和沉積到達地面的氮素，能提高土壤中氮的有效性，促進植物根系的吸收和生長［6］。但設施栽培施氮肥量大［7］，施肥結構不合理等現象普遍存在。有統計資料顯示，設施菜地氮肥施用量占全國氮肥施用量的17%，遠遠高于大田作物，對資源、經濟以及環境都有影響［8］。過量施氮，未被植物吸收和利用的養分大部分會殘留在土壤中［9］，會導致作物的根層長期處于富氮狀態，氮素淋洗加劇，造成土壤酸化、次生鹽漬化、面源污染等環境生態問題［10-11］。為了解決蔬菜高產與氮肥大量施用而引起蔬菜品質下降和環境污染這一矛盾，促進設施蔬菜優質生產和可持續發展已是亟待解決的問題。

土壤微生物和土壤氮素轉化緊密相關，除少數對農作物有害外，大多數對農作物的生長發育起著重大作用［12］。微生物菌劑是有益微生物菌群以某種多孔物質為載體加工制成的微生物活菌制劑，能夠在土壤或基質中繁殖，形成有利于植物生長的優勢菌群，對病原微生物有頡頏作用［13］，能維持植物根際微生物區系平衡，降解有毒害物質，增強作物根部的抗病能力［14］，也可以改善土壤的酸堿度，調節pH值［15］。目前對微生物菌劑在作物增產、抗病性等方面的研究較多，但針對設施番茄微生物菌劑使用及其與氮肥的互作還鮮有報道。本試驗結合生產實際，通過田間試驗探討了氮肥減量配施微生物菌劑對設施番茄產量、品質及氮素吸收的影響研究，以期為設施番茄生產中氮肥減量、增產提質、改善土壤環境提供科學依據，并為微生物菌劑在生態農業中的推廣應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗區位于天津市武清區大孟莊鎮后幼莊村（116°57′E，39°32′N），該區為暖溫帶半干旱半濕潤大陸性季風氣候。大棚夏季 6—8月為休閑季，秋冬茬以葉菜類為主，冬春茬以果菜類為主。試驗棚齡在15年以上，土壤地力較高，質地為中壤土，偏堿性，土壤氮累積比較嚴重，加之灌水量大，存在氮淋洗環境風險，土壤具體性狀見表1。基礎土壤采樣時間為12月，前期菌劑試驗，未加入氮肥，土壤硝態氮含量有所降低，通常該設施土壤硝態氮含量約為200 mg/kg。

1.2 試驗材料

供試作物：番茄品種為優柿三號，該品種果實熟性早，產量高，不易裂果，硬度好，耐儲運。

供試材料：微生物菌劑為坤益健50農用微生物菌劑（文中簡稱為菌劑），購買于天津坤禾生物科技集團股份有限公司。功能菌為枯草芽孢桿菌、膠凍樣類芽孢桿菌、解淀粉芽孢桿菌，菌種比例為 3 ∶1 ∶3，有效活菌數≥50.0×108 CFU/g。功能菌的功效為分解土壤有機質、增進礦質營養釋放、促進根系發育和抑制病害發生等。

試驗肥料為尿素（N含量46%）、復合肥（氮磷鉀含量均為15%）、硝酸鈣肥（N含量15%）、硫酸鉀（K含量52%）、磷酸二銨（氮磷鉀含量分別為18%、46%、0）、芝麻醬（全氮含量3.07%），均購自貴州芭田生態工程有限公司。

1.3 試驗設計與管理

此試驗是基于實際生產，從降低減產風險、確保番茄產量達到105 000 kg/hm2的水平下進行氮肥減量與菌劑結合的梯度設計。試驗共設9個處理，即T1（常規施氮）、T2（減施15%氮）、T3（減施15%氮＋微生物菌劑）、T4（減施30%氮）、T5（減施30%氮+微生物菌劑）、T6（減施45%氮）、T7（減施45%氮+微生物菌劑）、T8（減施100%氮）、T9（減施100%氮+微生物菌劑）。每個處理3次重復。減施100%N為計算氮素吸收利用而設計的處理，不同處理施氮量及微生物菌劑用量詳表2。

試驗于2022年1—5月在棚內進行，試驗小區面積24.3 m2（6 m×4.05 m），每個處理重復3次，其中常量施氮處理基肥占40%，追肥占60%，分4次施入。減氮處理在農戶習慣性常量施氮基礎上進行。菌劑在第2穗果膨大時開始施用，分3次追施，追施時期為每穗番茄果實膨大期。各處理磷鉀施用一致，其中磷（P2O5）總養分投入量為540 kg/hm2，基追比4 ∶6，追肥分3次施入，鉀（K2O）總養分投入量為450 kg/hm2，基追比5 ∶5，追肥分3次施入。基肥施用芝麻醬2 850 kg/hm2、復合肥 1 425 kg/hm2、硫酸鉀（K含量52%）420 kg/hm2、硝酸鈣肥 285 kg/hm2。追肥中氮肥用尿素（含氮46%）提供，磷肥用磷酸二銨（氮磷鉀含量分別為18%、46%、0）提供，鉀肥用硫酸鉀（K含量52%）提供，磷酸二銨中提供氮素部分從每次追肥氮素中扣除后，再計算尿素用量。追施時期均為每穗番茄果實膨大期。灌水方式為畦灌。番茄栽培管理中側枝及時摘除，同時根據植株生長狀況去除下部老葉，每株留有4個果穗，1個穗上留果量為3～4個。

1.4 調查采樣與測試

1.4.1 樣品采集與測定

土壤樣品：采集番茄生長初期及收獲期 0～30、30～60、60～90、90～120 cm 土壤樣品，每個處理采集處理小區前后半個小區的中心位置的兩鉆土，同層混合均勻，寫好標簽，進行自然風干和制備，測定土壤相關指標。硝態氮含量采用紫外分光光度法［16］測定。

植物樣品：收獲時，用電子秤稱重并記錄每個重復測產畦地上部分和地下部分（根系為0～20 cm 土層深度）總鮮生物量，并選擇與整體長勢一致的植株3株，帶回實驗室，晾干粉碎；植物全氮含量采用 VELP 全自動凱氏定氮儀（上海晟聲自動化分析儀器有限公司）［16］測定。

產量：統計從開始采收至持續采收2個月的番茄產量總和。

各部位吸氮量：各部位吸氮量=各部位干物質量占比×全氮含量。

氮素利用效率=（施肥區作物吸氮總量-無氮區作物吸氮總量）/所施肥料中氮素的總量×100%。

果實品質測定：可溶性總糖含量用蒽酮比色法測定［16］，總酸含量用堿液滴定法測定［16］，維生素C含量用2，6-二氯酚靛酚滴定法測定［16］，硝酸鹽含量用紫外分光光度法測定［16］。

1.5 數據處理與分析

用Excel 2010進行數據處理，用SPSS 22.0軟件進行統計分析，應用Duncans法和LSD法進行差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 不同處理對設施番茄產量的影響

番茄產量是衡量作物生長好壞的重要指標。由圖1可知，不施菌劑的T1、T2、T4、T6和T8處理中，隨著氮肥的減少，產量呈先增后減趨勢，最大的是T2處理，為147 325.10 kg/hm2，T2較T1處理相比顯著增產了11.79%，而T4和T6處理較T1處理分別減產了8.51%和9.13%，說明氮素能影響作物產量，適度的施氮可以增加番茄產量。增施微生物菌劑的T3、T5、T7和T9處理中，T3處理的番茄產量最高，為151 851.85 kg/hm2，其次為T5處理。而T3處理較T1和T2處理分別顯著增產了15.22%和3.07%，說明施菌劑有利于提高番茄的產量，且適量的減氮配施微生物菌劑能達到增產的最好效果，綜合考慮，效果較好的處理為T2、T3處理。

2.2 不同處理對設施番茄干物質量的影響

由圖2可知，不施菌劑的處理中，T2處理總干物質量最大，為15 796.31 kg/hm2，其次為T1處理，為14 749.06 kg/hm2，而T2處理較T1處理顯著增加7.10%，說明適量的氮素能促進番茄的生長。增施菌劑處理中T3處理的總干物質量最大，為 16 823.28 kg/hm2，其次為T5處理。T3處理與T1處理相比顯著增加14.06%，與相同減氮量不施菌劑的T2處理相比，總干物質量增長6.50%，果實部分增長3.07%，莖葉部分增長12.95%，說明增施微生物菌劑有利于番茄干物質的積累。綜合考慮，較好的處理為T2、T3處理。

2.3 不同處理對設施番茄品質的影響

由表3可知，不施菌劑的處理中，T2、T4、T6處理的番茄維生素C含量均高于T1處理，說明減少氮素施用能增加番茄維生素C的含量，提高番茄的營養。糖度和酸度能夠調節番茄果實的口味，是評價番茄果實品質的一個重要指標。T1處理的番茄糖酸比為7.92，T2處理和T6處理分別達到了8.87和8.98，說明施氮量過高會降低番茄的風味，適當的施氮量能有效改善番茄的口味。T2、T4、T6和T8處理番茄硝酸鹽含量較T1處理均有減少，表明減少氮的施入可以降低果實中硝酸鹽含量。

施菌劑的T3、T5、T7和T9處理中，T3處理維生素C含量最高，較T1處理和T2處理分別顯著增加了33.50%和17.10%，總糖含量、糖酸比均為T3處理最大，糖酸比達9.79，較T2處理增加了10.37%；T7處理硝酸鹽含量最低，較T1處理顯著減少了28.30%，說明增施微生物菌劑可以降低番茄果實中硝酸鹽的含量。添加微生物菌劑可以提高番茄的營養品質，降低番茄總酸含量，改善番茄的風味。

2.4 不同處理對設施番茄氮素吸收的影響

由表4可知，不施菌劑的T1、T2、T4、T6和T8處理番茄總植株吸氮量隨氮肥用量的減少呈現先增后減趨勢。T2處理果實氮素吸收量最大，為206.26 kg/hm2，較T1處理顯著提高了11.79%，說明適量的氮能促進番茄果實對氮素的吸收。施菌劑的處理番茄總植株吸氮量順序依次為T3＞T5＞T7＞T9，且T3處理較T1處理和T2處理相比增加了25.06%和16.61%，果實的吸氮量T3處理最大，為242.96 kg/hm2，施微生物菌劑的T3、T5、T7、T9處理分別與相同減氮量不施菌劑的T2、T4、T6、T8處理相比果實和總植株的氮素吸收量均有增加，說明增施微生物菌劑能提高番茄的吸氮量，適量地減少氮肥配施微生物菌劑能讓氮素吸收量達到最大。綜合考慮，T2、T3處理對氮素吸收較好。

2.5 不同處理對氮素利用效率的影響

由圖3可知，T1～T7處理的番茄氮素利用效率依次為14.84%、21.54%、30.99%、17.62%、23.27%、22.15%、24.13%。不施菌劑的處理，氮素利用效率依次為 T6＞T2＞T4＞T1，T1處理氮素利用效率最低，說明適量地減少氮肥施入，能提高氮素的利用效率。增施菌劑的處理，氮素利用效率依次為 T3＞T7＞T5，T3處理的氮素利用效率是T1處理的2.09倍，且T3處理較T2處理氮素利用效率顯著提高了44.07%，T5處理較T4處理提高32.07%，T7處理較T6處理提高8.94%，說明增施微生物菌劑有利于提高氮素的利用效率，而在適量減施氮肥的基礎上配施微生物菌劑，氮素利用效率能達到最高值，綜合考慮T3處理較好。

2.6 不同處理對各土層硝態氮運移的影響

由表5可知，不施菌劑的各減氮處理30～60、60～90、90～120 cm土層硝態氮含量降低的范圍分別是7.37%～44.75%、32.09%～45.24%、 17.31%～38.06%， 30～60 cm土層硝態氮含量降低較多的為T1和T2處理，分別為44.75%和43.79%，60～90 cm 變化最大的為T8處理，其次是T2處理；90～120 cm降低變化最大的為T2處理，為38.06%，說明減少15%的氮（T3處理）減緩氮素向下運移的效果較好。施菌劑處理中，30～60、60～90 cm土層土壤硝態氮變化率最大的均為T9處理，分別為42.46%、47.98%，且均高于T8處理，其次是T3處理；90～120 cm則是T3處理降低最多，降低了31.99%，較T1處理顯著提高7.03百分點，說明減氮與微生物菌劑結合可以降低土壤硝態氮向下移動。

3 討論

氮素是植物生長必需的大量營養元素之一，氮肥施用量的合理性決定了蔬菜產量的高低與品質的優劣［17］。本試驗結果表明，在施氮過度的設施菜田土壤上，以常規施氮量為基礎，梯度減少氮肥施入，隨著施氮量的減少，番茄果實產量、總干物質量和總植株吸氮量均呈先增后減趨勢。Cabello等在田地里對甜瓜的研究表明，氮肥利用率隨施氮量的減少而增加；過量的氮會降低果實的產量，還會降低果實的品質［18］，本研究結論與之一致。

除產量外，番茄品質與氮肥供應之間也有很大的關系，生產上不同施肥處理對果實品質的影響也是評價施肥量合適與否的標準［19］。有研究表明，減少氮肥施入能促進蔬菜維生素C、可溶性糖含量積累［20］，同時降低草酸和硝酸鹽的含量［21］，提高蔬菜的品質。本試驗結果顯示，隨著氮肥施用量的減少，番茄硝酸鹽含量呈減少趨勢，維生素C含量呈先升后降的趨勢，這與王亞晨的研究結論［22］一致。糖酸比是目前國際上較為常用的評價番茄品質的指標。本試驗結果顯示，適量的氮肥可以提高番茄的糖酸比，改善番茄的口味。

微生物菌劑含有數量十分豐富的微生物，可以提升土壤中微生物的數量和整體活性，調節土壤pH值［23］，其代謝產物也能豐富土壤中植物所需的基本物質，提高土壤肥力［24］，促進植物生長發育［25］，提高設施蔬菜的產量和品質［26-27］。本試驗結果表明，增施微生物菌劑能提高番茄產量，番茄總干物質量有所增加，植株總的吸氮量和氮素利用效率與不施菌劑相比也有所提高，這與李沁爽等的研究結果［28-29］一致。在番茄品質上，適量減氮下增施微生物菌劑，維生素C含量和糖酸比有最高值，改善了番茄的品質與風味，這與劉趙帆等的研究結論［30-31］一致。

設施蔬菜高強度的施肥及灌溉增加了土壤硝態氮積累與淋洗風險［32］，本試驗中適量減少氮肥能有效減緩硝態氮向下運移，這與劉曉彤等的研究結論［33］一致，表明氮肥施用量是影響土壤硝態氮積累的重要影響因素，降低氮肥用量可以降低硝態氮向下移動。增施菌劑處理的表層土壤硝態氮含量偏高，可能是受到微生物的影響，增加土壤有機質的同時也顯著增加了土壤NO-3-N濃度［34］。

4 結論

適量減氮配施微生物菌劑能提高番茄產量和干物質量的積累，T3處理效果最好，果實產量高達 151 851.85 kg/hm2，總干物質量為16 823.28 kg/hm2，

較T1處理分別增加了15.22%和14.06%。同時T3處理的植株總吸氮量最大，即369.58 kg/hm2，較T1處理提高了25.06%，氮素利用效率也最大，達到30.99%，是T1處理的2.09倍。對番茄品質影響上，T3處理維生素C含量為26.7 mg/100 g，較T1處理增加33.50%，糖酸比也為最大。本研究中施微生物菌劑可以減緩硝態氮向土壤下層移動，90～120 cm土層T3處理降低最多，降低了31.99%，較T1處理顯著提高7.03百分點。

綜上所述，在設施番茄生產中，T3處理配施微生物菌劑處理可促進番茄對土壤中氮肥的吸收和利用率，提高番茄產量、品質，改善土壤環境。

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收稿日期：2023-06-19

基金項目：天津市重點研發計劃科技支撐重點項目（編號：19YFZCSN00290）。

作者簡介：夏渝靜（1998—），女，云南昆明人，碩士研究生，主要從事作物土壤環境關系研究。E-mail：yjxia0601@qq.com。

通信作者：盧樹昌，博士，教授，主要從事農田土壤質量與植物營養的教學與科研工作。E-mail：lsc9707@163.com。