两种有机肥对荒漠温室番茄光合特性与产量品质的影响

陈修斌，杨彬，许耀照，李翊华，祖廷勋

(河西学院农业与生物技术学院，甘肃 张掖 734000)

河西走廊东起乌鞘岭，西至玉门关，介于南山和北山间，总土地面积约28万km2，占甘肃总土地面积的61%，属典型的西北荒漠化区域[1].张掖市地处河西走廊中部，具有地势平坦、土地肥沃、日照充足等作物栽培与生长优势.随着农业种植结构的调整，日光温室蔬菜种植已成为农业增效和农民增收的支柱产业.近年来，番茄(LycopersiconesculentumMill.)已成为张掖地区日光温室主要栽培经济作物.在番茄传统种植栽培过程中，通常通过施用氮肥(比如，磷酸二铵，复合肥，尿素和硝铵等)提高产量[2]，忽视有机肥的施用[3].研究表明，施用有机肥不仅可以提高蔬菜产量和品质[4]，而且能够降低土壤硝酸盐的积累[5-6].然而，研究发现，过量施用有机肥料也会造成土体硝酸盐的富集甚至淋失[7],土壤中氮磷钾比例极不平衡、蔬菜作物营养失调、品质下降等问题[8-9],使得有机肥养分资源转变为重要污染源[10-11]，这已经成为影响温室土壤肥力、实现土壤高效可持续利用以及制约温室番茄高产优质化生产的重要障碍因素.

近年来，很多学者就有机肥合理施用进行了大量研究.刘彩霞[12]研究牛粪、鸡粪、羊粪和猪粪等有机肥对辣椒品质和产量的影响,得出施用牛粪，辣椒增产率为0.46%，果实内游离氨基酸和可溶蛋白含量提高了34.79%和3.87%；习斌等[13]研究发现，有机无机肥料配施处理，可以保证玉米较高产量，玉米5 a平均产量较单施化肥处理提高10.3%；林新坚[14]等研究表明，施用不同来源的有机肥能够提高花生的产量，采用麸酸有机复混肥，在其每千克土施N 0.1 g，N∶P2O5∶K2O=5∶4∶6时，花生荚果能够增产75%；高伟等[15]研究发现，有机无机肥料配合施用模式为(3/4)化肥N+(1/4)猪粪配施，设施栽培的芹菜产量最高为121 766 kg/hm2,与习惯施肥处理相比，芹菜VC含量提高了112.2%.以上研究表明，施用不同种类有机肥可以提高作物产量与品质，但各地的土壤及气候特点不同，得出的结论也不尽相同.叶绿素荧光参数是衡量植物光合能力强弱的重要指标，国内学者在研究氮素营养与水肥调控时，大多运用这一指标来探究其与作物产量的相关性[16-17].本研究立足河西走廊荒漠温室的番茄生产，选择本区市场上常用的2种不同来源的生物有机肥，从番茄生长过程中的叶片叶绿素荧光参数、产量与品质等方面上，探讨温室番茄对不同种类有机肥配施响应的生理，以期获得本区有机肥替代化肥条件下的最适用量指标，为实现温室番茄高产、优质、高效及环境友好的施肥模式提供科学依据.

1 材料与方法

1.1 供试土壤状况

试验于2017年6月至2018年3月在张掖市甘州区党寨镇日光温室蔬菜生产基地内进行.供试土壤为灌漠土，有机质含量为10.12 g/kg，碱解氮54.28 mg/kg，速效磷6.78 mg/kg，速效钾156.82 mg/kg，pH为6.67，全盐0.87 g/kg，容重1.23 g/cm3，总孔隙度50.26%，质地砂壤.

1.2 试验设计与种植

采用田间随机区组排列设计方法，设6个处理(表1)，其中生产上常用施化肥量(CK)，依据调查张掖市的甘州区、高台、临泽等县区的8个温室番茄生产基地的肥料用量确定；处理A1苗思源有机肥用量依据使用说明确定[(N+P2O5+K2O)≥5%有机质≥45%，酒泉钢铁(集团)有限责任公司宏丰实业分公司生产]；处理A2老黄牛有机肥用量依据使用说明确定(K2O≥12%有机质≥45%腐殖酸≥10%，北京丰乐德农国际肥业有限责任公司生产)；处理A3有机肥Ⅰ和有机肥Ⅱ的配方施肥，参考番茄每形成1 t产品器官对N、P、K肥的吸收特点，在结合实际土壤地力状况和目标产量进行确定[18]；处理A4和A5有机肥的使用量在参考周德霞[19]配方施肥基础上，每公顷分别上浮10%和20%.

表1 试验处理

各处理种植一畦，每处理重复3次，处理之间用塑料薄膜隔离,埋深40 cm，作畦的规格为畦长9 m、宽1.2 m；试验中氮肥为尿素(含N46%)、磷肥为过磷酸钙(含P2O514.5%)、钾肥为硫酸钾(含K2O 33%).于2017年6月5日采用72孔穴盘在日光温室进行育苗，供试番茄品种为中杂11号，2017年7月15日定植，株距45 cm，保苗数2 346株/667m2.试验中40%尿素和60%的钾肥作基肥施入，过磷酸钙作基肥一次性施入，有机肥料Ⅰ和有机肥Ⅱ用量的60%用作基肥施入，剩余60%的氮肥、40%的钾肥、40%的有机肥料Ⅰ和有机肥Ⅱ分别在番茄开花座果的初期与盛期，分二次等量随灌水冲施；其他管理同日光温室常规管理相同.

1.3 测定指标

1.3.1 叶片最大量子产额和潜在活性测定 在番茄结果初期(2017年10月10日)、中期(2017年12月10日)、末期(2018年2月10日)，于上午10∶00～12∶00，每个处理随机选择6片同位的叶子，用英国Hansatech公司的Handy PEA植物效率分析仪测定经过暗适应20min以上的叶片初始荧光(Fo)、最大荧光(Fm)、最大初始荧光(Fo)及稳态荧光(Fs)、光照条件下最大荧光(Fm′)，每处理3次重复，并计算[20]PSⅡ原初光能转换效率(Fv/Fm)，叶片PSⅡ活性Fv/Fo、其中，Fv=(Fm-Fo)，Fv/Fo=(Fm-Fo)/Fo，Fv/Fm=(Fm-Fo)/Fm，每个处理随机测定6株，取其平均值.

1.3.2 植株生物学性状及产量测定 在番茄结果后期(8月20日)，每个处理选择标定的6株，用卷尺测定株高、用游标卡尺测定茎粗；每次收获时统计植株的结果数和单株产量，按不同的处理，分别统计产量，最后折合成公顷产量.

1.3.3 果实品质测定 随机选取不同处理的18个果实，测定其可溶性糖、可溶性固形物、VC、番茄红素、可溶性蛋白质和硝酸盐含量；VC采用钼蓝比色法，用EV300PC 型紫外-可见分光光度计法测定番茄红素和可溶性蛋白质含量，可溶性糖含量用苯酚法，硝酸盐采用沸水浸提，紫外分光光度法测定，手持折光仪测定可溶性固形物含量[21]，重复3次,取其平均值.

1.4 数据分析

采用DPS 9.50和Microsoft Excel 2003 软件进行数据计算与分析，采用Duncan’s 法进行差异显著性分析，显著性水平设置为α=0.05.

2 结果与分析

2.1 不同处理对番茄叶片荧光参数的影响

2.1.1 不同处理对番茄叶片Fo和Fv的影响Fo是PSⅡ反应中心全部开放时的荧光，其大小主要与PSⅡ天线色素内的最初激子密度、天线色素到PSⅡ反应中心的激发能传递速率的结构状态及叶绿素含量有关，而与光合作用光化学反应无关[22].Fv反映着光合作用中的PSⅡ原初电子受体QA的还原情况，其值为最大荧光与初始荧光之差(Fv=Fm-Fo)[23].从图1可以看出，不同处理在番茄结果前期、中期和末期的Fo和Fv值，以处理A3为最高，Fo分别为213、466和325，Fv分别为1 024、1 764和1 436,与CK相比，Fo分别提高38.31%、62.93%和32.11%,Fv提高31.99%、56.80%和52.44%；各处理对番茄结果前期、中期和末期Fo值影响大小顺序为A3>A4>A2>A5>A1>CK，对Fv值影响大小顺序为A3>A2>A4>A1>A5>CK；这说明采用处理A3的有机肥配比，其植株在结果中期光合能力较强，植株保持较强的生长活力，从而表现出Fo和Fv值较高，其他处理由于营养配比失调，植株营养生长不良，光合作用较弱，Fo和Fv值表现较低；随着有机肥使用量的增加，各处理与CK相比，番茄叶片在结果前期、中期和末期的Fo和Fv值，呈现增大趋势，当达到处理A3的用量后，又呈现逐渐降低的规律.

图1 不同处理的Fo值Figure 1 Foof different treatment

图2 不同处理的Fv值Figure 2 Fvof different treatment

2.1.2 不同处理对番茄叶片Fv/Fm和Fv/Fo的影响Fv/Fm为PSⅡ的光化学效率，它反应暗适应下光系统Ⅱ最大光化学效率，Fv/Fo反映PSⅡ潜在活性[24].从图3、图4可以看出，与CK相比，在番茄结果前期、中期和末期，不同处理的Fv/Fm和Fv/Fo的值均高于CK，处理之间呈现一定差异，以处理A3的Fv/Fm和Fv/Fo的值为最高，结果前期、中期和末期Fv/Fm分别为0.73、0.82和0.76，Fv/Fo值分别为2.86、4.39和3.97，与CK相比，Fv/Fm分别提高52.08%、32.26%和31.03%，Fv/Fo分别提高81.01%、71.48%和68.94%；明显高于其他处理；这表明处理A3的有机肥配比的番茄，其植株叶片保持较强的光化学效率，叶片潜在活性较强，其他处理由于有机肥用量配比失调，引起土壤环境产生逆境胁迫的条件，因此Fv/Fm和Fv/Fo保持较低数值，这与前人的研究结果相一致[25].

图3 不同处理Fv/Fm值Figure 3 Fv/Fmof different treatment

图4 不同处理Fv/Fo值Figure 4 Fv/Foof different treatment

2.2 不同处理对番茄农艺性状与产量的影响

不同处理对番茄农艺性状与产量的影响见表2.从表2可以看出，以处理A3的番茄植株在株高、茎粗、单株结果数和单株产量等性状表现上最优，分别为180.27 cm，1.22 cm，16.37个和2.98 kg，显著高于其他处理，与CK相比分别高出8.9%，27.08%，12.66%和33.03%，施用有机肥的各处理A1，A2，A3，A4和A5，在株高、茎粗、单株结果数、单株产量、小区产量和折667m2产量等性状上不同程度均高于生产上常用的施肥量，这说明增施有机肥有利用于番茄生长，适宜的有机肥配比促进了番茄对养分的吸收，植株保持较强的生长势与结果能力，因此，可以获得较高产量.

2.3 不同处理对番茄品质的影响

由表3可以看出，不同处理对番茄可溶性糖、可溶性固形物、VC、番茄红素和可溶蛋白的影响，以处理A3为最高，分别为45.36 mg/g、5.42%、384.12 mg/kg、73.62 μg/g和5.52 mg/g，与CK相比，分别增加了18.71%、11.52%、42.92%、36.99%和47.59%，不同处理间呈现一定差异；施用有机肥的各处理A1、A2、A3、A4和A5的果实中可溶性糖、可溶性固形物、VC、番茄红素和可溶蛋白含量均比CK高；而果实中硝酸盐的含量以处理A3为最低，与CK相比降低了43.58%，同时处理A1、A2、A3、A4和A5的果实中硝酸盐含量也均比CK要低，这说明以处理A3的有机肥配比最适宜于番茄品质的提高.

表2 不同处理对番茄农艺性状及产量的影响

以上为6株的平均值；同列不同小写字母表示5%的差异水平.

The average values of 6 strains are asFollows:Different lowercase letters in that same column indicate a difference level of 5%.

表3 不同处理对番茄品质的影响

3 讨论

本试验研究了不同有机肥配比对番茄叶片荧光参数的变化，研究发现采用处理A3的番茄，在其结果前期、中期和末期的Fo和Fv值最高，Fo分别为213、466和325，Fv分别为1 024、1 764和1 436，与CK相比，Fo分别提高38.31%、62.93%和32.11%,Fv提高31.99%、56.80%和52.44%；同时叶片光化学效率(Fv/Fm)和PSⅡ潜在活性(Fv/Fo)最强，在结果前期、中期和末期Fv/Fm分别为0.73、0.82和0.76，Fv/Fo值分别为2.86、4.39和3.97，与CK相比，Fv/Fm分别提高52.08%、32.26%和31.03%，Fv/Fo分别提高81.01%、71.48%和68.94%，明显高于其他处理；这表明增施有机肥的处理，叶片保持较强的生理活性，并附着有机肥使用量的增加而呈现递增趋势，当有机肥用量超过A3处理时，其Fo、Fv、Fv/Fm、Fv/Fo在不同生长时期又呈现下降趋势，这可能是由于土壤中营养元素失调，导致土壤溶液浓度过高或过低，使土壤环境产生胁迫条件，叶片的光合机构受到伤害[26]，进而使Fo、Fv、Fv/Fm、Fv/Fo的值处于较低水平；而由A3处理组成的有机肥配比(有机肥Ⅰ525 kg/hm2+有机肥Ⅱ376 kg/hm2)的Fo、Fv、Fv/Fm、Fv/Fo的值最高，说明本处理下可激发植株体叶片在暗适应下PSⅡ的最大量子产额及激发叶片PSⅡ潜在活性，这与Shangguan等[27]的研究相一致.

本试验中，采用A3处理的番茄，在株高、茎粗、单株结果数、单株产量、小区产量和折667m2产量等性状表现上，其值分别为180.27 cm、1.22 cm、16.37个、2.98 kg、113.24 kg和6 993.70 kg，显示高于其他处理，究其原因是A3处理的配比，由于营养均衡，从而提高了番茄叶片光合机构活性，促进了各种光合酶类及多种电子传递体等组分的合成，增加了植株光合能力，有效改善了叶片的光合功能，提高了光合速率[28-29]，进而表现番茄有较高产量.从试验结果看，增施有机肥的各处理A1、A、A3、A4和A5的番茄果实中可溶性糖、可溶性固形物、VC、番茄红素和可溶蛋白含量均比CK(生产上常用施化肥量)要高，以处理A3的品质指标含量为最高，说明处理A3营养配比最适合番茄果实品质改善，究其原因是有机肥料含有植物所需要的各种营养元素和丰富的有机质，具有提高并平衡土壤养分、改善土壤理化性质、培肥土壤等特性[30-31]，从而提高作物产量、改善作物品质等[32].蔬菜体内硝酸盐的形成与土壤氮素的供应密切相关，研究表明，蔬菜体内硝酸盐的含量与氮肥施用量呈显著正相关[33-34]，本试验中，施有机肥的各处理与施用化肥的处理(CK)相比，番茄果实中的硝酸盐含量显著降低，分别降低21.11，24.78，40.64，17.89，13.10 mg/kg，这主要是有机肥的交换容量大，对铵态氮的吸附量多，分解过程中产生的有机酸可降低其周围土壤中脲酶和硝化微生物活性，在一定程度上抑制了硝态氮的生成[35]，因此表现在果实内的硝酸盐含量也随着降低,这与赵常旭等[36]，何翠等[37]的研究相吻合.

4 结论

本研究结果表明，在河西荒漠化区域温室番茄生产中，采用有机肥的各处理与对照相比，均能够不同程度提高植株光合能力，番茄保持较强的生长势与结果能力，并且能够显著提高品质.以A3处理的有机肥配比(有机肥Ⅰ525 kg/hm2+有机肥Ⅱ376 kg/hm2)，其番茄叶片的Fo、Fv、Fv/Fm、Fv/Fo的值最高，植株叶片保持较强的光合能力；番茄在株高、茎粗、单株结果数和单株产量等性状表现上最高，与对照CK相比分别高出8.9%、27.08%、12.66%和33.03%分别，同时番茄的品质最佳、硝酸盐含量最低，这一研究结果，可为本区温室番茄实现合理施肥及高产优质化栽培提供理论支撑.