張 佼，屈 鋒，朱玉堯，楊甲甲，胡曉輝

(西北農(nóng)林科技大學(xué) 園藝學(xué)院，農(nóng)業(yè)部西北設(shè)施園藝工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西楊凌 712100)

目前，中國(guó)設(shè)施番茄種植面積已經(jīng)超過(guò)80萬(wàn)hm2，在設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)中占有重要地位，但由于設(shè)施番茄生產(chǎn)中化肥的濫用，造成土壤質(zhì)量惡化，最終引發(fā)土壤鹽漬化等問(wèn)題[1]。不但增加了種植成本，且降低了果實(shí)品質(zhì)和肥料利用效率，限制了設(shè)施農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。因此，如何實(shí)現(xiàn)設(shè)施番茄的優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)是研究者和種植者一直關(guān)心的重要問(wèn)題。

有機(jī)肥料是指將各種動(dòng)物廢棄物和植物殘?bào)w經(jīng)過(guò)一定時(shí)期發(fā)酵腐熟后的肥料[2]。有機(jī)肥含有豐富的營(yíng)養(yǎng)元素，不僅能為作物生長(zhǎng)提供所需養(yǎng)分，還含有大量的有機(jī)質(zhì)，可經(jīng)微生物分解、轉(zhuǎn)化形成腐殖質(zhì)，促進(jìn)團(tuán)粒結(jié)構(gòu)形成，使土壤孔隙度增加，透水性和通氣性增強(qiáng)。并且分解后產(chǎn)生的有機(jī)酸還能中和土壤的堿性，降低土壤pH[3-4]。宇萬(wàn)太等[5]研究發(fā)現(xiàn)，在季節(jié)性作物的短期產(chǎn)量增加中，短期施用有機(jī)肥不如施用等量化肥有效，但是從長(zhǎng)期研究來(lái)看，有機(jī)肥對(duì)改善土壤中氮、磷、鉀以及其他微量元素的量與化肥是等同的，甚至優(yōu)于化肥。微生物菌劑屬于微生物肥料的一種，是微生物正常生命活動(dòng)產(chǎn)生的代謝物質(zhì)，有利于植株得到特定肥料效應(yīng)的一種菌劑[6-7]。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中通常用微生物菌劑促進(jìn)作物生長(zhǎng)和提高作物產(chǎn)量來(lái)達(dá)到增產(chǎn)增收的效果[8]。芽孢桿菌作為一類重要的植物促生菌，具有生長(zhǎng)快、營(yíng)養(yǎng)簡(jiǎn)單、抗逆性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。通過(guò)已有研究發(fā)現(xiàn)，有益芽孢桿菌可通過(guò)拮抗[9]、競(jìng)爭(zhēng)作用[10]、誘導(dǎo)植物系統(tǒng)抗性[11]及產(chǎn)生有益代謝物[12]等途徑發(fā)揮對(duì)作物的防病促生作用。

前人關(guān)于增施有機(jī)肥和添加微生物菌劑的研究大多數(shù)是建立在追施單一肥料的基礎(chǔ)之上，但由于水溶性復(fù)合肥物理性狀好、有效成分高、養(yǎng)分種類多、施用方便，農(nóng)戶在實(shí)際生產(chǎn)中大都選擇施用水溶性復(fù)合肥。因此，本試驗(yàn)結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，研究追施水溶性復(fù)合肥條件下，增施有機(jī)肥和添加微生物菌劑對(duì)春季設(shè)施番茄產(chǎn)量、品質(zhì)和肥料利用率的影響，旨在為設(shè)施番茄生產(chǎn)中合理施肥、增產(chǎn)提質(zhì)、改善土壤環(huán)境及實(shí)現(xiàn)化肥零增長(zhǎng)目標(biāo)提供理論和技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)場(chǎng)地和材料

試驗(yàn)于2018年3-7月在陜西楊凌(北緯34°28′，東經(jīng)108°07′)揉谷設(shè)施農(nóng)業(yè)基地非對(duì)稱大跨度塑料大棚內(nèi)進(jìn)行，以‘巴寶麗’番茄為試材。供試場(chǎng)地的土壤pH 7.2，堿解氮128.46 mg/kg，速效磷53.82 mg/kg，速效鉀166.11 mg/kg，有機(jī)質(zhì)13.33 g/kg。供試微生物菌劑為解淀粉芽孢桿菌，活性菌數(shù)≥100億/g，由楊凌綠都生物科技有限公司提供。供試有機(jī)肥為商品有機(jī)肥(N、P2O5、K2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1.47%、0.60%、2%)由山東肥豐源生物科技有限公司提供。供試復(fù)合肥為水溶性緩釋肥(總養(yǎng)分≥50%，N-P2O5-K2O：20-10-20)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

將番茄目標(biāo)產(chǎn)量設(shè)定為8 000 kg/667m2(依據(jù)設(shè)施條件、栽培品種以及管理者預(yù)期目標(biāo)來(lái)設(shè)定)，以商品有機(jī)肥(堿解氮410.92 mg/kg，速效磷219.12 mg/kg，速效鉀1 486.17 mg/kg)為基肥。按照公式667 m2施肥量=(蔬菜單位產(chǎn)量養(yǎng)分吸收量×目標(biāo)產(chǎn)量-菜田土壤可供養(yǎng)分量-有機(jī)肥可供養(yǎng)分量)/(肥料養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)×肥料當(dāng)季利用率)計(jì)算基準(zhǔn)全氮磷鉀施用量，根據(jù)陜西關(guān)中地區(qū)測(cè)土配方施肥項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，番茄的氮、磷、鉀化肥當(dāng)季平均利用率分別為40%、20%和50%[13-14]。以計(jì)算得來(lái)的基準(zhǔn)全氮、全磷和全鉀施用量(全氮21.70 kg/667m2，全磷0 kg/667m2，全鉀23.41 kg/667m2)為依據(jù)，確定施用復(fù)合肥的比例和用量。選N-P2O5-K2O為20-10-20的復(fù)合肥用于試驗(yàn)，其追施總量設(shè)定為131 kg/667m2。再根據(jù)商品有機(jī)肥和復(fù)合肥的施用說(shuō)明，綜合考慮基準(zhǔn)全氮磷鉀施用量，將有機(jī)肥基礎(chǔ)用量設(shè)定為863 kg/667m2，增施30%有機(jī)肥處理的用量則為1 122 kg/667m2。

試驗(yàn)共設(shè)5個(gè)處理(表1)，分別為CK(不施任何肥料)、T1(只施有機(jī)肥)、T2(有機(jī)肥+復(fù)合肥)、T3(增施30%有機(jī)肥+復(fù)合肥)和T4(增施30%有機(jī)肥+復(fù)合肥+微生物菌劑)。每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)，每處理小區(qū)面積15.30 m2，種植64株番茄。采用大小行定植，大行距為70 cm，小行距為50 cm，株距為50 cm，定植密度為2 790 株/667m2。每株留5穗果，小區(qū)間設(shè)定保護(hù)行。

表1 試驗(yàn)處理Table 1 Experimental treatment

2018-03-22，選取長(zhǎng)勢(shì)一致的番茄秧苗定植，定植前將有機(jī)肥作為基肥施入；微生物菌劑處理：將番茄苗在稀釋120倍的微生物菌劑溶液中蘸根10 min后定植到田間。追肥選用水溶性復(fù)合肥，在番茄第1穗果實(shí)坐果后利用水肥一體化裝置開(kāi)始追肥處理，追施頻率為每7 d追肥1次，共追施10次，每次施入量為13.1 kg/667m2。其余管理按常規(guī)田間方法。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 番茄產(chǎn)量和品質(zhì)的測(cè)定 每個(gè)小區(qū)選取5株番茄，每次采收時(shí)記錄單株產(chǎn)量，然后折算667 m2產(chǎn)量。選取第3穗完全成熟番茄果實(shí)測(cè)定品質(zhì)?？扇苄缘鞍撞捎每捡R斯亮藍(lán)G250染色法測(cè)定，可溶性糖和還原糖采用蒽酮比色法測(cè)定，維生素C采用鉬藍(lán)比色法測(cè)定，有機(jī)酸采用氫氧化鈉滴定法測(cè)定[15]。

1.3.2 番茄光合指標(biāo)的測(cè)定 用Li-6400光合儀于番茄果實(shí)成熟期9:00-11:00測(cè)定葉片的凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間CO2摩爾分?jǐn)?shù)(Ci)和蒸騰速率(Tr)等參數(shù)，共連續(xù)測(cè)定5 d，取5次結(jié)果的平均值。

1.3.3 肥料利用率的測(cè)定 在番茄拉秧時(shí)，每個(gè)處理選取5株番茄，將根、莖、葉、果分別烘干后磨粉用于測(cè)定植株養(yǎng)分。植株全氮(N)、全磷(P)、全鉀(K)的測(cè)定。首先采用H2O2-H2SO4消煮法進(jìn)行消煮，然后采用全氮流動(dòng)分析儀法、鉬藍(lán)比色法和火焰光度計(jì)法分別對(duì)番茄各部位全N、全P與全K質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行測(cè)定[16]。肥料利用率的計(jì)算如下式。

RE=(U1-U0)/F×100%

式中，RE：肥料當(dāng)季利用率(%)；U1：施肥區(qū)667 m2吸收N、P、K量(kg)；U0：對(duì)照區(qū)667 m2吸收N、P、K量(kg)；F：667 m2肥料施入量(kg)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

所有數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，采用SAS 9.2軟件Duncan’s多重比較法(P<0.05)進(jìn)行差異性分析，數(shù)據(jù)以“平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)誤”表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 增施有機(jī)肥和微生物菌劑番茄光合參數(shù)的變化

由表2可知，T2處理較T1處理番茄植株的Pn、Gs、Ci和Tr顯著提高，說(shuō)明在有機(jī)肥的基礎(chǔ)上增施復(fù)合肥可促進(jìn)番茄光合作用。與T2處理相比，T3處理顯著提高番茄Pn、Gs、Ci和Tr，其中Pn較T2提高18.64%，說(shuō)明適當(dāng)增施有機(jī)肥有利于番茄植株光合作用的進(jìn)行。T4處理的番茄Pn、Gs、Ci和Tr比T3處理分別提高 6.56%、 9.09%、1.33%和12.44%，說(shuō)明增施微生物菌劑能進(jìn)一步促進(jìn)番茄植株的光合作用。

2.2 增施有機(jī)肥和微生物菌劑番茄干物質(zhì)積累量和產(chǎn)量的變化

由表3可知， T2處理植株莖、葉、果的干物質(zhì)積累量及果實(shí)干物質(zhì)分配系數(shù)均顯著高于T1處理，但T2根部的干物質(zhì)積累量卻顯著低于T1，說(shuō)明有機(jī)肥配施復(fù)合肥促進(jìn)了干物質(zhì)從地下部向地上部轉(zhuǎn)移，以及從營(yíng)養(yǎng)器官向果實(shí)中轉(zhuǎn)移；與T2處理相比，T3處理的葉和果實(shí)中干物質(zhì)積累量以及果實(shí)干物質(zhì)分配系數(shù)均顯著提高，果實(shí)的干物質(zhì)積累量比T2增加14.83%，根部的干物質(zhì)積累顯著低于T2處理，說(shuō)明適當(dāng)增施有機(jī)肥有利于干物質(zhì)向果實(shí)轉(zhuǎn)移，以及地下部積累的干物質(zhì)向地上部轉(zhuǎn)移；與T3處理相比，T4處理的根、莖和果實(shí)的干物質(zhì)積累量顯著提高，說(shuō)明添加微生物菌劑有利于果實(shí)部分的干物質(zhì)積累，進(jìn)而促進(jìn)番茄的增產(chǎn)。

從圖1可看出，不同處理的番茄產(chǎn)量存在顯著差異。與T1處理相比，T2、T3和T4處理的番茄產(chǎn)量分別增加13.7%、38.2%和46.7%，其中，T4處理的番茄產(chǎn)量達(dá)到16 318.57 kg/667m2。表明單純施用有機(jī)肥不能確保番茄高產(chǎn)，須將有機(jī)肥和復(fù)合肥配合施用才能提高番茄產(chǎn)量；且適當(dāng)增施有機(jī)肥和微生物菌劑可以顯著提高番茄產(chǎn)量。

表2 增施有機(jī)肥和微生物菌劑對(duì)番茄光合參數(shù)的影響Table 2 Effects of more organic fertilizer and microorganism on photosynthetic index of tomato

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05)。下表同。

Note:Different lowercase letters after the data in the same columns mean significant difference atP<0.05 level. The same below.

表3 增施有機(jī)肥和添加微生物菌劑對(duì)單株番茄干物質(zhì)積累分配的影響Table 3 Effects of moreorganic fertilizer and microorganism on dry matter accumulation and distributionof tomato

誤差線為標(biāo)準(zhǔn)差，不同小寫(xiě)字母表示在0.05水平上差異顯著 Error bars represent standard deviation,different lowercase letters indicate significant difference at 0.05 level

圖1 增施有機(jī)肥和微生物菌劑對(duì)番茄產(chǎn)量的影響
Fig.1 Effect of more organic fertilizer and microorganism on tomato yield

2.3 增施有機(jī)肥和微生物菌劑番茄品質(zhì)的變化

由表4可知，T2處理的果實(shí)可溶性蛋白、維生素C和還原糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于T1處理，表明在施用有機(jī)肥的基礎(chǔ)上配施復(fù)合肥可以改善番茄品質(zhì)。T3處理的有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)較T2降低19.67%，可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)較T2提高 25.00%，還原糖和可溶性總糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)與T2無(wú)顯著差異，表明增施有機(jī)肥可以提高番茄品質(zhì)。T4處理的果實(shí)可溶性蛋白、維生素C、還原糖、可溶性總糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)較T3有顯著提高，分別提高30.00%、11.61%、89.18%和6.02%，有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)較T3處理則顯著降低11.46%。說(shuō)明添加微生物菌劑可以提高番茄的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)，降低番茄的酸度，改善番茄的口感。

表4 增施有機(jī)肥和微生物菌劑對(duì)番茄品質(zhì)的影響Table 4 Effects of adding organic fertilizer and microorganism on tomato quality

2.4 增施有機(jī)肥和微生物菌劑番茄肥料利用率的變化

由表5可知，T2處理的N、P、K肥利用率均顯著高于T1處理，說(shuō)明在有機(jī)肥的基礎(chǔ)上配施復(fù)合肥有利于肥料當(dāng)季利用率的提高。T3處理的N、P、K肥利用率較T2處理分別顯著提高 17.12%、11.82%和50.57%。可見(jiàn)，增施30%的有機(jī)肥有利于番茄N、P、K肥肥料利用率的提高，尤其促進(jìn)鉀肥的利用率。T4處理的P和K利用率比T3處理顯著提高6.17%和8.33%，對(duì)N的利用率無(wú)顯著影響?？梢?jiàn)，增施30%的有機(jī)肥并添加微生物菌劑促進(jìn)番茄對(duì)土壤中N、P、K的利用率，使得番茄當(dāng)季N、P、K肥的肥料利用率分別達(dá)到36.37%、41.27%和38.61%。

表5 增施有機(jī)肥和添加微生物菌劑對(duì)番茄肥料利用率的影響Table 5 Effects of more organic fertilizer and microbial bacteria on fertilizer utilization rate of tomato %

3 討論與結(jié)論

施用有機(jī)肥可以使土質(zhì)疏松，從而降低土壤的體積質(zhì)量，增加土壤團(tuán)聚體的質(zhì)量及直徑，改善土壤的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)，還可以提高土壤中有機(jī)質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)并促進(jìn)植物對(duì)氮、磷、鉀3種元素的吸收利用，有利于農(nóng)作物生長(zhǎng)[17]。植物可以直接吸收并利用的氮素養(yǎng)分是土壤中的礦質(zhì)態(tài)氮，前人研究發(fā)現(xiàn)溶解在有機(jī)肥料中的酸化氨基酸氮和酸解銨態(tài)氮量的增加將提高土壤層中可礦化氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)[18]，這將促進(jìn)植物對(duì)氮素的吸收利用；土壤中可被植物吸收利用，直接影響作物生長(zhǎng)的磷形態(tài)主要是速效磷，有機(jī)肥料既可以直接向土壤輸送大量的速效磷，也可以通過(guò)有機(jī)物質(zhì)進(jìn)入土壤礦化分解釋放速效磷，諸多研究表明施用有機(jī)肥可以提高土壤速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)[17]，即增強(qiáng)作物對(duì)磷元素的吸收。本試驗(yàn)中增施30%有機(jī)肥使番茄的氮肥、磷肥和鉀肥[19]利用率分別提高 17.12%、11.82%和50.57%，上述結(jié)果與前人的研究結(jié)果一致。

楊芳芳等[20]在甜菜研究上發(fā)現(xiàn)，增施有機(jī)肥可顯著提高甜菜葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)，從而改善甜菜的光合特性，本試驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)增施30%有機(jī)肥可以促進(jìn)番茄光合作用的進(jìn)行，使得番茄凈光合速率提高6.5%。陳大超等[21]在柑橘上發(fā)現(xiàn)增施有機(jī)肥可以改善柑橘品質(zhì)，提高可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)，降低可滴定酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)；武愛(ài)蓮等在番茄上發(fā)現(xiàn)增施有機(jī)肥可顯著提高番茄的維生素C質(zhì)量分?jǐn)?shù)。這與本試驗(yàn)增施30%有機(jī)肥顯著提高番茄可溶性蛋白和維生素C質(zhì)量分?jǐn)?shù)，降低可滴定酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的試驗(yàn)結(jié)果相似。陳大超等[21]發(fā)現(xiàn)增施有機(jī)肥可使柑橘增產(chǎn)62.95%，武愛(ài)蓮等發(fā)現(xiàn)增施有機(jī)肥可提高植株的干物質(zhì)積累量并使番茄增產(chǎn)15.7%。本試驗(yàn)的研究結(jié)果也表明增施30%有機(jī)肥顯著提高了番茄果實(shí)中的干物質(zhì)積累量，使番茄增產(chǎn)顯著。崔紅艷[22]研究發(fā)現(xiàn)，化肥肥效釋放迅速，主要促進(jìn)植物的前期生長(zhǎng)，有機(jī)肥的肥效釋放緩慢，能夠保證植物后期的養(yǎng)分供應(yīng)，二者配施才能有效提高蔬菜品質(zhì)和產(chǎn)量。本試驗(yàn)同樣也發(fā)現(xiàn)，單純施用有機(jī)肥并不能滿足番茄的養(yǎng)分需求，會(huì)使番茄光合作用降低，產(chǎn)量和品質(zhì)下降。因此，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中需將有機(jī)肥和化學(xué)肥料配施才能達(dá)到理想的種植效果。

微生物菌劑中的有效菌能促進(jìn)土壤中難溶性養(yǎng)分溶解和釋放，提高土壤養(yǎng)分的供應(yīng)能力，促進(jìn)土壤中的營(yíng)養(yǎng)元素轉(zhuǎn)化為植物可直接吸收利用的形態(tài)，有助于作物對(duì)養(yǎng)分的吸收[23]。本研究結(jié)果表明添加微生物菌劑使番茄的磷和鉀肥的利用率顯著提高，對(duì)氮肥利用率無(wú)顯著影響，這可能是由于芽孢桿菌可以提高植物根際養(yǎng)分的可利用性，能夠溶解土壤中難溶磷和鉀化合物，促進(jìn)磷和鉀元素的吸收與利用[24]。李祥英等[25]在煙草上發(fā)現(xiàn)，向煙田中施用解淀粉芽孢桿菌顯著提高了煙草葉片的凈光合速率和蒸騰速率，優(yōu)化了煙草的光合特性從而促進(jìn)煙草生長(zhǎng)。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)添加解淀粉芽孢桿菌的T4處理較未添加菌劑的試驗(yàn)處理T3，顯著提高了番茄植株的光合作用，這與李祥英等[25]的試驗(yàn)結(jié)果一致。方雪丹等[26]在番茄上發(fā)現(xiàn)添加芽孢桿菌可使番茄增產(chǎn)35.26%，前人在黃瓜和白菜上也發(fā)現(xiàn)微生物菌劑的增產(chǎn)作用[27-28]，這與本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)添加解淀粉芽孢桿菌顯著促進(jìn)番茄增產(chǎn)的結(jié)果一致。前人在草莓上的研究發(fā)現(xiàn)[29]，添加解淀粉芽孢桿菌顯著提高草莓的維生素C和可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)，本研究結(jié)果也表明添加解淀粉芽孢桿菌顯著提高番茄的可溶性蛋白、維生素C、可溶性總糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)，且使可滴定酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低，改善番茄口感。

綜上所述，楊凌地區(qū)春季設(shè)施番茄生產(chǎn)中，適當(dāng)增施有機(jī)肥(30%)和微生物菌劑蘸根處理可顯著促進(jìn)番茄對(duì)土壤中N、P、K肥的利用率，增強(qiáng)光合作用，提高番茄產(chǎn)量，改善品質(zhì)。因此，在楊凌地區(qū)春季設(shè)施番茄的生產(chǎn)過(guò)程中推薦增施30%有機(jī)肥并添加微生物菌劑以促進(jìn)番茄優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)。