增施有机肥和微生物菌剂对春季杨凌设施番茄产量和品质的影响

张 佼，屈 锋，朱玉尧，杨甲甲，胡晓辉

(西北农林科技大学 园艺学院，农业部西北设施园艺工程重点实验室，陕西杨凌 712100)

目前，中国设施番茄种植面积已经超过80万hm2，在设施蔬菜产业中占有重要地位，但由于设施番茄生产中化肥的滥用，造成土壤质量恶化，最终引发土壤盐渍化等问题[1]。不但增加了种植成本，且降低了果实品质和肥料利用效率，限制了设施农业产业健康可持续发展。因此，如何实现设施番茄的优质高效生产是研究者和种植者一直关心的重要问题。

有机肥料是指将各种动物废弃物和植物残体经过一定时期发酵腐熟后的肥料[2]。有机肥含有丰富的营养元素，不仅能为作物生长提供所需养分，还含有大量的有机质，可经微生物分解、转化形成腐殖质，促进团粒结构形成，使土壤孔隙度增加，透水性和通气性增强。并且分解后产生的有机酸还能中和土壤的碱性，降低土壤pH[3-4]。宇万太等[5]研究发现，在季节性作物的短期产量增加中，短期施用有机肥不如施用等量化肥有效，但是从长期研究来看，有机肥对改善土壤中氮、磷、钾以及其他微量元素的量与化肥是等同的，甚至优于化肥。微生物菌剂属于微生物肥料的一种，是微生物正常生命活动产生的代谢物质，有利于植株得到特定肥料效应的一种菌剂[6-7]。在农业生产中通常用微生物菌剂促进作物生长和提高作物产量来达到增产增收的效果[8]。芽孢杆菌作为一类重要的植物促生菌，具有生长快、营养简单、抗逆性强等优势。通过已有研究发现，有益芽孢杆菌可通过拮抗[9]、竞争作用[10]、诱导植物系统抗性[11]及产生有益代谢物[12]等途径发挥对作物的防病促生作用。

前人关于增施有机肥和添加微生物菌剂的研究大多数是建立在追施单一肥料的基础之上，但由于水溶性复合肥物理性状好、有效成分高、养分种类多、施用方便，农户在实际生产中大都选择施用水溶性复合肥。因此，本试验结合生产实际，研究追施水溶性复合肥条件下，增施有机肥和添加微生物菌剂对春季设施番茄产量、品质和肥料利用率的影响，旨在为设施番茄生产中合理施肥、增产提质、改善土壤环境及实现化肥零增长目标提供理论和技术依据。

1 材料与方法

1.1 试验场地和材料

试验于2018年3-7月在陕西杨凌(北纬34°28′，东经108°07′)揉谷设施农业基地非对称大跨度塑料大棚内进行，以‘巴宝丽’番茄为试材。供试场地的土壤pH 7.2，碱解氮128.46 mg/kg，速效磷53.82 mg/kg，速效钾166.11 mg/kg，有机质13.33 g/kg。供试微生物菌剂为解淀粉芽孢杆菌，活性菌数≥100亿/g，由杨凌绿都生物科技有限公司提供。供试有机肥为商品有机肥(N、P2O5、K2O质量分数分别为1.47%、0.60%、2%)由山东肥丰源生物科技有限公司提供。供试复合肥为水溶性缓释肥(总养分≥50%，N-P2O5-K2O：20-10-20)。

1.2 试验设计

将番茄目标产量设定为8 000 kg/667m2(依据设施条件、栽培品种以及管理者预期目标来设定)，以商品有机肥(碱解氮410.92 mg/kg，速效磷219.12 mg/kg，速效钾1 486.17 mg/kg)为基肥。按照公式667 m2施肥量=(蔬菜单位产量养分吸收量×目标产量-菜田土壤可供养分量-有机肥可供养分量)/(肥料养分质量分数×肥料当季利用率)计算基准全氮磷钾施用量，根据陕西关中地区测土配方施肥项目经验数据，番茄的氮、磷、钾化肥当季平均利用率分别为40%、20%和50%[13-14]。以计算得来的基准全氮、全磷和全钾施用量(全氮21.70 kg/667m2，全磷0 kg/667m2，全钾23.41 kg/667m2)为依据，确定施用复合肥的比例和用量。选N-P2O5-K2O为20-10-20的复合肥用于试验，其追施总量设定为131 kg/667m2。再根据商品有机肥和复合肥的施用说明，综合考虑基准全氮磷钾施用量，将有机肥基础用量设定为863 kg/667m2，增施30%有机肥处理的用量则为1 122 kg/667m2。

试验共设5个处理(表1)，分别为CK(不施任何肥料)、T1(只施有机肥)、T2(有机肥+复合肥)、T3(增施30%有机肥+复合肥)和T4(增施30%有机肥+复合肥+微生物菌剂)。每个处理设3次重复，每处理小区面积15.30 m2，种植64株番茄。采用大小行定植，大行距为70 cm，小行距为50 cm，株距为50 cm，定植密度为2 790 株/667m2。每株留5穗果，小区间设定保护行。

表1 试验处理Table 1 Experimental treatment

2018-03-22，选取长势一致的番茄秧苗定植，定植前将有机肥作为基肥施入；微生物菌剂处理：将番茄苗在稀释120倍的微生物菌剂溶液中蘸根10 min后定植到田间。追肥选用水溶性复合肥，在番茄第1穗果实坐果后利用水肥一体化装置开始追肥处理，追施频率为每7 d追肥1次，共追施10次，每次施入量为13.1 kg/667m2。其余管理按常规田间方法。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 番茄产量和品质的测定 每个小区选取5株番茄，每次采收时记录单株产量，然后折算667 m2产量。选取第3穗完全成熟番茄果实测定品质。可溶性蛋白采用考马斯亮蓝G250染色法测定，可溶性糖和还原糖采用蒽酮比色法测定，维生素C采用钼蓝比色法测定，有机酸采用氢氧化钠滴定法测定[15]。

1.3.2 番茄光合指标的测定 用Li-6400光合仪于番茄果实成熟期9:00-11:00测定叶片的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2摩尔分数(Ci)和蒸腾速率(Tr)等参数，共连续测定5 d，取5次结果的平均值。

1.3.3 肥料利用率的测定 在番茄拉秧时，每个处理选取5株番茄，将根、茎、叶、果分别烘干后磨粉用于测定植株养分。植株全氮(N)、全磷(P)、全钾(K)的测定。首先采用H2O2-H2SO4消煮法进行消煮，然后采用全氮流动分析仪法、钼蓝比色法和火焰光度计法分别对番茄各部位全N、全P与全K质量分数进行测定[16]。肥料利用率的计算如下式。

RE=(U1-U0)/F×100%

式中，RE：肥料当季利用率(%)；U1：施肥区667 m2吸收N、P、K量(kg)；U0：对照区667 m2吸收N、P、K量(kg)；F：667 m2肥料施入量(kg)。

1.4 数据处理与统计分析

所有数据采用Microsoft Excel 2010软件进行统计，采用SAS 9.2软件Duncan’s多重比较法(P<0.05)进行差异性分析，数据以“平均数±标准误”表示。

2 结果与分析

2.1 增施有机肥和微生物菌剂番茄光合参数的变化

由表2可知，T2处理较T1处理番茄植株的Pn、Gs、Ci和Tr显著提高，说明在有机肥的基础上增施复合肥可促进番茄光合作用。与T2处理相比，T3处理显著提高番茄Pn、Gs、Ci和Tr，其中Pn较T2提高18.64%，说明适当增施有机肥有利于番茄植株光合作用的进行。T4处理的番茄Pn、Gs、Ci和Tr比T3处理分别提高 6.56%、 9.09%、1.33%和12.44%，说明增施微生物菌剂能进一步促进番茄植株的光合作用。

2.2 增施有机肥和微生物菌剂番茄干物质积累量和产量的变化

由表3可知， T2处理植株茎、叶、果的干物质积累量及果实干物质分配系数均显著高于T1处理，但T2根部的干物质积累量却显著低于T1，说明有机肥配施复合肥促进了干物质从地下部向地上部转移，以及从营养器官向果实中转移；与T2处理相比，T3处理的叶和果实中干物质积累量以及果实干物质分配系数均显著提高，果实的干物质积累量比T2增加14.83%，根部的干物质积累显著低于T2处理，说明适当增施有机肥有利于干物质向果实转移，以及地下部积累的干物质向地上部转移；与T3处理相比，T4处理的根、茎和果实的干物质积累量显著提高，说明添加微生物菌剂有利于果实部分的干物质积累，进而促进番茄的增产。

从图1可看出，不同处理的番茄产量存在显著差异。与T1处理相比，T2、T3和T4处理的番茄产量分别增加13.7%、38.2%和46.7%，其中，T4处理的番茄产量达到16 318.57 kg/667m2。表明单纯施用有机肥不能确保番茄高产，须将有机肥和复合肥配合施用才能提高番茄产量；且适当增施有机肥和微生物菌剂可以显著提高番茄产量。

表2 增施有机肥和微生物菌剂对番茄光合参数的影响Table 2 Effects of more organic fertilizer and microorganism on photosynthetic index of tomato

注：同列数据后不同小写字母表示差异显著(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 增施有机肥和添加微生物菌剂对单株番茄干物质积累分配的影响Table 3 Effects of moreorganic fertilizer and microorganism on dry matter accumulation and distributionof tomato

误差线为标准差，不同小写字母表示在0.05水平上差异显著 Error bars represent standard deviation,different lowercase letters indicate significant difference at 0.05 level

图1 增施有机肥和微生物菌剂对番茄产量的影响
Fig.1 Effect of more organic fertilizer and microorganism on tomato yield

2.3 增施有机肥和微生物菌剂番茄品质的变化

由表4可知，T2处理的果实可溶性蛋白、维生素C和还原糖质量分数显著高于T1处理，表明在施用有机肥的基础上配施复合肥可以改善番茄品质。T3处理的有机酸质量分数较T2降低19.67%，可溶性蛋白质量分数较T2提高 25.00%，还原糖和可溶性总糖质量分数与T2无显著差异，表明增施有机肥可以提高番茄品质。T4处理的果实可溶性蛋白、维生素C、还原糖、可溶性总糖质量分数较T3有显著提高，分别提高30.00%、11.61%、89.18%和6.02%，有机酸质量分数较T3处理则显著降低11.46%。说明添加微生物菌剂可以提高番茄的营养品质，降低番茄的酸度，改善番茄的口感。

表4 增施有机肥和微生物菌剂对番茄品质的影响Table 4 Effects of adding organic fertilizer and microorganism on tomato quality

2.4 增施有机肥和微生物菌剂番茄肥料利用率的变化

由表5可知，T2处理的N、P、K肥利用率均显著高于T1处理，说明在有机肥的基础上配施复合肥有利于肥料当季利用率的提高。T3处理的N、P、K肥利用率较T2处理分别显著提高 17.12%、11.82%和50.57%。可见，增施30%的有机肥有利于番茄N、P、K肥肥料利用率的提高，尤其促进钾肥的利用率。T4处理的P和K利用率比T3处理显著提高6.17%和8.33%，对N的利用率无显著影响。可见，增施30%的有机肥并添加微生物菌剂促进番茄对土壤中N、P、K的利用率，使得番茄当季N、P、K肥的肥料利用率分别达到36.37%、41.27%和38.61%。

表5 增施有机肥和添加微生物菌剂对番茄肥料利用率的影响Table 5 Effects of more organic fertilizer and microbial bacteria on fertilizer utilization rate of tomato %

3 讨论与结论

施用有机肥可以使土质疏松，从而降低土壤的体积质量，增加土壤团聚体的质量及直径，改善土壤的质量和结构，还可以提高土壤中有机质的质量分数并促进植物对氮、磷、钾3种元素的吸收利用，有利于农作物生长[17]。植物可以直接吸收并利用的氮素养分是土壤中的矿质态氮，前人研究发现溶解在有机肥料中的酸化氨基酸氮和酸解铵态氮量的增加将提高土壤层中可矿化氮质量分数[18]，这将促进植物对氮素的吸收利用；土壤中可被植物吸收利用，直接影响作物生长的磷形态主要是速效磷，有机肥料既可以直接向土壤输送大量的速效磷，也可以通过有机物质进入土壤矿化分解释放速效磷，诸多研究表明施用有机肥可以提高土壤速效磷质量分数[17]，即增强作物对磷元素的吸收。本试验中增施30%有机肥使番茄的氮肥、磷肥和钾肥[19]利用率分别提高 17.12%、11.82%和50.57%，上述结果与前人的研究结果一致。

杨芳芳等[20]在甜菜研究上发现，增施有机肥可显著提高甜菜叶绿素质量分数，从而改善甜菜的光合特性，本试验也发现增施30%有机肥可以促进番茄光合作用的进行，使得番茄净光合速率提高6.5%。陈大超等[21]在柑橘上发现增施有机肥可以改善柑橘品质，提高可溶性固形物质量分数，降低可滴定酸质量分数；武爱莲等在番茄上发现增施有机肥可显著提高番茄的维生素C质量分数。这与本试验增施30%有机肥显著提高番茄可溶性蛋白和维生素C质量分数，降低可滴定酸质量分数的试验结果相似。陈大超等[21]发现增施有机肥可使柑橘增产62.95%，武爱莲等发现增施有机肥可提高植株的干物质积累量并使番茄增产15.7%。本试验的研究结果也表明增施30%有机肥显著提高了番茄果实中的干物质积累量，使番茄增产显著。崔红艳[22]研究发现，化肥肥效释放迅速，主要促进植物的前期生长，有机肥的肥效释放缓慢，能够保证植物后期的养分供应，二者配施才能有效提高蔬菜品质和产量。本试验同样也发现，单纯施用有机肥并不能满足番茄的养分需求，会使番茄光合作用降低，产量和品质下降。因此，在实际生产过程中需将有机肥和化学肥料配施才能达到理想的种植效果。

微生物菌剂中的有效菌能促进土壤中难溶性养分溶解和释放，提高土壤养分的供应能力，促进土壤中的营养元素转化为植物可直接吸收利用的形态，有助于作物对养分的吸收[23]。本研究结果表明添加微生物菌剂使番茄的磷和钾肥的利用率显著提高，对氮肥利用率无显著影响，这可能是由于芽孢杆菌可以提高植物根际养分的可利用性，能够溶解土壤中难溶磷和钾化合物，促进磷和钾元素的吸收与利用[24]。李祥英等[25]在烟草上发现，向烟田中施用解淀粉芽孢杆菌显著提高了烟草叶片的净光合速率和蒸腾速率，优化了烟草的光合特性从而促进烟草生长。本试验发现添加解淀粉芽孢杆菌的T4处理较未添加菌剂的试验处理T3，显著提高了番茄植株的光合作用，这与李祥英等[25]的试验结果一致。方雪丹等[26]在番茄上发现添加芽孢杆菌可使番茄增产35.26%，前人在黄瓜和白菜上也发现微生物菌剂的增产作用[27-28]，这与本试验发现添加解淀粉芽孢杆菌显著促进番茄增产的结果一致。前人在草莓上的研究发现[29]，添加解淀粉芽孢杆菌显著提高草莓的维生素C和可溶性固形物质量分数，本研究结果也表明添加解淀粉芽孢杆菌显著提高番茄的可溶性蛋白、维生素C、可溶性总糖质量分数，且使可滴定酸质量分数降低，改善番茄口感。

综上所述，杨凌地区春季设施番茄生产中，适当增施有机肥(30%)和微生物菌剂蘸根处理可显著促进番茄对土壤中N、P、K肥的利用率，增强光合作用，提高番茄产量，改善品质。因此，在杨凌地区春季设施番茄的生产过程中推荐增施30%有机肥并添加微生物菌剂以促进番茄优质高效生产。