不同肥料配施对樱桃番茄栽培基质养分含量和酶活性的影响

吕剑，杨睿，郁继华，冯致，田兴武，盖国胜

(1.甘肃农业大学园艺学院，甘肃 兰州　730070；2.吴忠国家农业科技示范园区，宁夏 吴忠　751100；3.清华大学材料科学与工程系粉体工程研究室，北京　100084)



不同肥料配施对樱桃番茄栽培基质养分含量和酶活性的影响

吕剑1，杨睿1，郁继华1，冯致1，田兴武2，盖国胜3

(1.甘肃农业大学园艺学院，甘肃 兰州730070；2.吴忠国家农业科技示范园区，宁夏 吴忠751100；3.清华大学材料科学与工程系粉体工程研究室，北京100084)

【目的】 研究不同肥料配施对樱桃番茄栽培基质养分含量、酶活性的影响.【方法】 以樱桃番茄为试材，采用日光温室槽式栽培方式.试验为随机区组设计，设5个处理，分别为单施无机肥料对照(CK)，T1有机肥50%，N∶P∶K=1∶7∶2，T2有机肥40%，N∶P∶K=1∶3∶3，T3微晶化磷矿粉，T4微晶化钾矿粉.【结果】 配施处理提高了基质pH和EC以及基质中全N、速效N、P、K含量，促进了植物对养分的吸收；T2和T4处理提高了基质脲酶和蔗糖酶的活性，T1和T3处理显著提高了蔗糖酶和过氧化氢酶的活性.脲酶活性与pH极显著正相关，与EC极显著负相关；中性磷酸酶活性与速效N、速效K、pH显著负相关，与全N正相关；蔗糖酶与全P、速效P及速效K显著正相关，与全N极显著负相关，过氧化氢酶与EC显著正相关.【结论】 在以基质为栽培介质，施用无机肥料的栽培条件下，配合施用生物有机肥和微晶化矿粉能显著地影响基质的理化性质和基质酶的活性.

樱桃番茄；基质栽培；有机生物肥；矿粉；酶活性；基质养分

基质栽培是利用畜禽粪便和作物秸秆等农业废弃物代替天然土壤进行作物栽培的一种技术，具有克服连作障碍和提高产品品质的优点[1]，但目前生产上也面临和土壤栽培同样的问题，即化学肥料的长期大量滥施带来的资源浪费、环境污染、养分富集等问题[2-3].近年来，随着科学技术的进步，越来越多的环境友好型肥料已被应用于生产中.生物有机肥是指由生物质材料通过微生物分解、腐熟而成的一类兼具微生物肥和有机肥效应的肥料.生物有机肥营养丰富，可改善土壤理化性质，同时能提高作物产量和品质，是一种环保型肥料[4-6].磷、钾矿粉经微晶化粉碎工艺处理后可以析出大量活性养分，显著影响土壤养分含量，且对环境友好[7-8].

土壤酶作为一类生物活性物质，由植物根系或微生物释放，它可以直接参与土壤中物质的转化、养分释放和固定过程，催化土壤中的生物化学反应，在土壤生态系统中起着关键作用[9-10].土壤转化酶、脲酶、磷酸酶等水解酶活性能够表征土壤 C、N、P等养分的循环状况[11].养分含量是评价基质肥力的重要指标，而养分指标与土壤酶活性之间又存在一定的关系.大量研究表明，不同的施肥处理对土壤养分的含量及土壤中酶的活性具有显著的影响，而土壤酶之间也存在相互作用[12-17].本试验在无机化肥施用条件下，研究了配施新型生物有机肥和微晶化矿粉对樱桃番茄栽培基质中养分含量和相关酶活性的影响，旨在探索不同施肥措施与土壤理化性质及微生物活性之间的关系，为建立基质栽培合理的施肥制度，提高基质肥力和持续生产力提供科学依据.

1　材料与方法

1.1试验材料

试验以樱桃番茄为试材，品种为‘千禧’.试验肥料由清华大学粉体工程研究室提供.肥料Ⅰ：有机质50%，N∶P∶K=1∶7∶2；肥料Ⅱ：有机质40%，N∶P∶K= 1∶3∶3；肥料Ⅲ：32% P2O5的微晶化磷矿粉；肥料Ⅳ：10% K2O的微晶化钾矿粉.施用量均为5 kg/m3.无机肥为江苏太仓戈林农业科技有限公司生产AB肥，N∶ P∶K=9.36∶4.11∶19.64.栽培基质由宁夏中青公司提供(表1).

表1　基质理化性状Tab.1　Physical and chemical properties of substrate

1.2试验设计

试验于2013年9月至2014年8月，在宁夏吴忠国家农业科技示范园区日光温室中进行.共设5个处理，分别为T1(肥料Ⅰ)、T2(肥料Ⅱ)、T3(肥料Ⅲ)、T4(肥料Ⅳ)和CK(AB肥)，每处理3次重复，随机区组设计.“O”为所测指标的栽培前未做施肥处理水平.采用槽式滴灌栽培，小区面积6 m2，株距0.3 m，单行定植.

2013年9月25日育苗，11月15日定植.供试肥料于栽培前一次性施入.CK施肥量为N 284.25 kg/hm2，P2O5124.2 kg/hm2，K2O 595.8 kg/hm2.所有处理，在生长期内均以滴灌方式施用AB肥.2014年8月2日拉秧时，采用多点取样法，采集基质槽不同区域0～20 cm深的基质样混合.

1.3测定项目及方法

EC和pH测定参照程斐等[18]的方法进行.取风干基质10 g，加入蒸馏水50 mL，剧烈震荡2～3 min，静止30 min，过滤得到澄清液用DDS-307A电导率仪测定EC值，用PHSJ-3F pH计测定pH值.

脲酶采用靛酚比色法测定，结果以24 h后1 g基质中氨基氮(NH3-N)的毫克数表示；磷酸酶活性用磷酸苯二钠比色法测定，结果以24 h后1 g基质中释放出的酚的质量表示；蔗糖酶采用硫代硫酸钠滴定法，其活性以24 h后每克基质消耗0.1 mol/L硫代硫酸钠毫升数表示；过氧化氢酶用高锰酸钾滴定法测定，其活性以每克基质所消耗的0.1 mol/L KMnO4的毫升数表示[19].

基质养分测定参照鲍士旦《土壤农化分析》进行[20].全氮用半微量凯氏法；全磷用高氯酸-硫酸-钼锑抗比色法；速效磷用0.5 mol/L碳酸氢钠浸提，钼锑抗比色法.

1.4数据处理

Microsoft Excel 2010及SPSS 19.0进行数据的统计分析.

2　结果与分析

2.1不同施肥处理对基质pH和EC的影响

2.1.1不同施肥处理对基质pH的影响图1为番茄栽培前后基质pH变化情况，相比栽培前(O)，拉秧后各处理基质pH值均显著上升，上升幅度在2.44%～5.50%之间.试验结束时，各处理基质pH均接近中性，其中T4处理最大，为7.1，T1处理最小，为6.9.富P肥料处理T1和T3的pH值与CK处理相比无显著性差异.富K处理T2和T4基质pH值显著高于CK.

图1　不同施肥处理对基质pH的影响Fig.1　Effect of different fertilizers on pH in substrate

2.1.2不同施肥处理对基质EC的影响由图2可知，各处理基质EC值在拉秧后显著下降.试验结束时各处理基质EC值仅为栽培前的16.67%～31.87%.处理间相比，T1、T2和T3处理基质EC值较CK分别高66%、36%和75%，且差异达到显著水平，T4处理与CK间无显著差异.富K肥料处理基质EC显著低于富P处理，可能是因为K+对其他离子的吸收有促进作用所致；另外，T2处理EC高于T4，说明这种促进作用随K+浓度增大而增加.

图2　不同施肥处理对基质EC的影响Fig.2　Effect of different fertilizers on EC in substrate

2.2不同施肥处理对基质酶活性的影响

图3显示，不同施肥处理对基质中脲酶、中性磷酸酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性影响较大.

脲酶能催化尿素水解为二氧化碳和氨气，其活性的高低可在一定程度上反映土壤的供氮能力[21].如图3-A所示，基质脲酶活性表现为O>T2>T4>CK>T3>T1，相比栽培前，拉秧后基质中脲酶活性下降了19.60%～27.49%，其中T2处理脲酶活性最大，为1.66 mg/(g·24h)，T2和T4处理分别较CK高11.16%和6.76%，且差异显著.T1和T3处理脲酶活性显著低于CK处理.说明与无机肥料配施时，富K肥料可以较富P肥料更好地提高基质中脲酶活性，富K生物有机肥效果优于K矿粉.

磷酸酶为植物根系与土壤微生物的分泌物，与土壤磷素转化密切相关,是衡量土壤磷素肥力的关键指标.由图3-B可知，相比栽培前，磷酸酶的活性显著升高，增幅为1.67%～32.83%.试验结束时各处理基质磷酸酶活性以CK处理最大，为8.49 mg/(g·24 h)，T1处理次之；T4处理活性最低，仅为CK的76.54%.其原因可能是由于增施的富P肥料较富K肥料更好地增加了基质中游离磷酸的含量，从而增加了磷酸酶的活性.

图3　不同施肥处理对基质酶活性的影响Fig.3　Effect of different fertilizers on enzyme activities of soil

蔗糖酶又称转化酶，常用来表征土壤熟化程度与肥力水平.由图3-C可知，不同施肥处理基质中蔗糖酶活性表现出较大差异.栽培前基质蔗糖酶活性为6.79 mg/g，栽培后活性在 9.81～16.98 mg/g之间，均值为 13.73 mg/g.配施处理中，T4处理蔗糖酶活性最高，T3处理次之，T1处理最小，分别较CK高73.01%、70.03%和17.13%，差异达显著水平.

过氧化氢酶可通过促进土壤中多种化合物氧化，防止过氧化氢积累，从而减少其对生物体产生的毒害[17].如图3-D所示，较栽培前，基质中过氧化氢酶活性有不同程度地降低，降幅在23.5%～58.35%之间.试验结束时各处理基质中过氧化氢酶活性排序为T3>T1>CK>T4>T2，T3和T1处理较CK分别大48.98%和29.80%，但差异不显著；T2较CK处理小18.89%，差异不显著，但显著小于T3处理.

2.3不同施肥处理对基质养分含量的影响

由表2可知，相比栽培前，栽培后基质全N含量下降25.71%～65.58%，T2、T3和T4处理全N较CK分别低53.67%、53.50%和45.10%，差异达到显著水平；碱解N含量较栽培前下降了10.80%～25.39%，各配施处理碱解N含量高于对照，其中T1和T4处理较CK处理高14.11%和19.55%，且差异显著(P<0.05)；栽培后基质中全P含量均大于栽培前含量，增幅在19.36%～50.00%，除T3处理外，其他组均显著小于CK处理；T3处理速效P含量最高，较CK处理高40.07%，且差异显著(P<0.05)，T1处理低于CK处理34.85%，差异不显著.栽培结束后，各处理基质速效K含量较栽培前下降33.38%～59.13%，配施处理显著高于CK，含量最高处理T3和最低处理T1分别比CK高105%和26%.

表2　不同施肥处理对基质养分含量的影响Tab.2　Effect on nutrients of substrate in different fertilizations

表中同列数据肩标不同小写字母表示差异显著(P<0.05).

2.4基质酶活性之间的相关性分析

郑勇等[22]指出在用土壤酶活性表征土壤肥力时，综合多种酶的活性可能更为必要.土壤酶活性的相关分析显示(表3)，基质中脲酶与中性磷酸酶之间呈极显著负相关，与过氧化氢酶呈显著负相关，相

表3　基质酶活性间的相关性Tab.3　Correlation coefficients among substrate enzyme activities

应相关系数为-0.691和-0.599，中性磷酸酶与蔗糖酶呈极显著负相关，其他酶活性之间并无显著的相关性.说明基质栽培樱桃番茄，施用无机化肥条件下，基质中N素循环与有机磷的转化和过氧化氢酶活性等生物过程之间关系紧密并相互影响.

2.5基质酶活性与理化性状的相关性分析

基质酶活性与理化性状之间的相关性见表4.基质脲酶与EC值呈极显著负相关，与pH呈极显著正相关；中性磷酸酶与基质中全N含量呈极显著正相关，与速效N、K含量及EC值间存在显著或极显著的负相关关系；蔗糖酶活性与全K、速效P、速效K含量呈极显著正相关，与全N含量呈极显著负相关；过氧化氢酶活性仅与基质EC值显著正相关，与其他因素相关性不显著.基质中各种酶活性与P含量相关关系相对N、K含量较小，而基质EC值与pH仅能影响部分酶的活性.由此可知，在本试验条件下，蔗糖酶与基质养分含量相互作用最强，其次为中性磷酸酶，脲酶和过氧化氢酶与基质养分含量相互作用较弱.

表4　基质酶活性与基质理化性状之间的相关性Tab.4　Correlation coefficients between substrate enzyme activities and physical-chemical properties

3　讨论与结论

基质中的酶在有机质分解和养分循环中起重要作用，涉及一系列复杂过程，能够改变基质中养分的有效性，进而影响作物的生长[23].本研究显示，生物有机肥和微晶化矿粉与无机肥料的配施对基质中酶活性有明显的影响.配施处理的蔗糖酶活性均高于对照，可能是由于配施处理影响了基质中C/N，进而影响了生物和蔗糖酶活性.生物有机肥Ⅱ(1∶3∶3)与钾矿粉可显著提高基质中脲酶活性，而过氧化氢酶活性为T3处理最高，T2处理最低.酶活性的变化可能还与基质pH值有关.通过相关性分析可知，不同酶活性之间也存在一定的相关性，如脲酶与中性磷酸酶、过氧化氢酶呈显著负相关关系，蔗糖酶与磷酸酶呈极显著相关关系.

在以基质为栽培介质，施用无机肥料的栽培条件下，通过配合施用生物有机肥和微晶化矿粉，基质理化性质发生了显著变化.刘恩科等[24]、李娟等[25]和张继光等[11]分别在碱性和酸性土壤中通过试验得知，有机肥可以改良土壤酸碱性，使其向中性变化.马宁宁等[13]发现有机肥可以维持pH稳定，减缓酸化进程.O’Donnell等[26]认为施肥可能改变栽培基质的pH，进而影响基质中微生物群落.本研究发现，除生物有机肥Ⅰ(1∶7∶2)外，其他配施处理基质pH均较CK处理显著升高.基质EC值栽培后均显著降低，除钾矿粉外，其他配施处理均显著高于CK，可能是由于K肥促进植株对养分的吸收所致[27-28].配施显著影响了基质养分含量，孙瑞莲等[29]和张继光等[11]研究表明，无机肥料与有机肥长期配施能明显改良土壤性质，提高土壤N、P、K养分含量.试验结果显示，磷矿粉处理基质中处理全P、K和速效P、K含量均最高，有机生物肥Ⅰ(1∶7∶2)处理基质中全P含量最高，而钾矿粉处理碱解氮含量最高.基质理化性质的变化影响基质中酶的活性.通过相关性分析可知，基质养分含量、pH和EC值与基质中酶活性存在相关关系：脲酶与pH极显著正相关，与EC极显著负相关；中性磷酸酶活性与速效N、速效K以及pH显著负相关，与全N正相关；蔗糖酶与全P、速效P及速效K显著正相关，与全N极显著负相关，而过氧化氢酶仅与EC显著正相关.

综上所述，在以基质为栽培介质，施用无机肥料的栽培条件下，配合施用生物有机肥和微晶化矿粉能显著地影响基质的理化性质和基质酶的活性.在实际生产中，可根据作物的养分需求特点进行有机、无机肥料的配合施用，避免大量施用化肥而造成的基质性状劣化和产品质量下降的问题.

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(责任编辑胡文忠)

Effect of different fertilizers on substrate nutrient content and enzyme activities in greenhouse cherry-tomato field

LYU Jian1,YANG Rui1,YU Ji-hua1,FENG Zhi1,TIAN Xing-wu2,GAI Guo-sheng3

(1.College of Horticulture,Gansu Agricultural University,Lanzhou 730070，China；2.National Agricultural Science and Technology Demonstration Park of Wuzhong,Wuzhong 751100，China；3.Materials Science and Power Engineering Laboratory,Tsinghua University,Beijing 100084,China)

【Objective】 To research the effect of different fertilizers on substrate nutrient content and enzyme activities in greenhouse cherry-tomato field.【Method】 This experience applied in solar greenhouse,took commercial substrate which planted cherry-tomato in grooved ground as material,fertilized inorganic fertilizers as CK,applied bio-organic fertilizerⅠ(N∶P∶K=1∶7∶2),Ⅱ(N∶P∶K=1∶3∶3),Ⅲ phosphorus powder (PP) and Ⅳ potassium mineral powder(PBMB) on the level of CK as T1,T2,T3and T4.【Result】 The treatments promoted pH andEC,total N,available N,P and K content of substrate,enhanced plant uptake.T2and T4treatments enhanced activity of urase and catalase,T1and T3treatments increased activity of neutral phosphatase and invertase.There were significant correlations between enzymes activities and substrate nutrient content.Urase had positive and negative correlations with pH andEC；Neutral phosphatase had positive correlation with total N,negative correlation with available N,K and pH；Catalase positive correlated with total P,available P and K,negative correlated with total N.Invertase positive correlated withEConly.【Conclusion】 It is suggested that application of bio-organic fertilizer and potassium mineral powder significantly affect characters of physical and chemical,and substrate enzyme activities under the condition of substrate as cultivation media,and application of inorganic fertilizer.

cherry-tomato；bio-organic fertilizer；mineral powder；enzyme activity；substrate nutrient；substrate culture

吕剑(1986-)，男，助教，研究方向为设施蔬菜栽培生理与生长调控.E-mail:lvjian@gsau.edu.cn

郁继华，男，博导，教授，主要从事蔬菜栽培生理及设施作物生产的科研和教学工作.E-mail:yujihua@gsau.edu.cn

农业部公益性行业(农业)专项(201203001)；现代农业产业技术体系专项资金资助项目(CARS-25-C-07).

2016-04-20；

2016-05-30

S 641.2

A

1003-4315(2016)04-0026-06