化肥减量配施有机液体肥对加工番茄生长及土壤酶活性的影响

桑 文，赵亚光，张霁峰，张凤华

（石河子大学/新疆绿洲生态农业兵团重点实验室，新疆 石河子 832003）

新疆自然气候和土地资源优势明显，是中国加工番茄的主要产区，是亚洲番茄生产加工的最大基地［1］。番茄对氮、磷、钾的需求都较高，为了达到增产的目的，农户通常会盲目施入过量化肥，但长期单施和过量施用化学肥料会造成肥料利用效率低和高环境污染问题［2］，致使农产品品质下降、土壤理化性状恶化［3］及非目标植物群、动物群和有益生物的杀灭［4］，这直接威胁农业可持续发展。

有机肥代替部分化肥的使用，不仅能够降低化肥过度施用带来的负面影响，还能够培肥地力，营造作物良好的生长环境［5］。洪瑜等［6］研究表明牛粪、鸡粪有机肥配施化肥可提高作物产量及氮肥利用率；王兴龙等［7］发现氮肥减少20%配施有机肥可提高土壤转化酶、过氧化氢酶活性并提高玉米产量。有机液体肥料是一种新型水溶性肥料，与化肥配施，能够活化土壤养分、随水施用更能促进植株对氮磷钾营养元素的吸收利用，从而提升作物产量与品质［8］；此外喷施有机肥还可提高蔬菜的产量与品质［9］；徐兵划等［10］研究也发现随着有机液体肥施用量的增加，小麦分蘖数也不断增加。目前大部分研究主要集中在化肥配施不同类型固体有机肥及化肥全量配施有机液体肥对作物的影响，而对化肥减量配施有机液体肥应用效果尚不明确。因此，本文通过田间小区试验，研究化肥减量配施有机液体肥对番茄养分吸收、产量、品质和土壤酶活性的影响，以期为化肥减量及有机液体肥的合理应用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

本试验位于新疆石河子市石河子大学农试场玻璃温室大棚内，供试土壤属中壤土，施肥处理前0～20 cm土壤基础性状为pH 8.18，有机质7.25 g/kg，碱解氮58.63 mg/kg，有效磷7.70 mg/kg，速效钾101.91 mg/kg。

1.2 试验材料

供试作物为加工番茄，供试品种为里格尔87-5号，于2018年9月25日 播 种 育 苗，2018年10月27日定植，2019年5月17日开始收获，2019年6月15日收获完毕。供试化肥：尿素（N 46%）、磷酸二铵（N 18%，P2O546%）、硫酸钾（K2O 51%）；有机液体肥来自本课题组自主研发，有机质 含量为300 g/L，含N 50 g/L，P2O510 g/L，K2O 10 g/L，pH 4.7。

1.3 试验设计

试验设置5个处理，NF：空白对照（不施肥）；CF：单施化肥；CF100SW（化肥全量配施有机液体肥）；CF90SW（化肥减量10%配施有机液体肥）；CF80SW（化肥减量20%配施有机液体肥）。磷酸二铵做基肥，全部施入，尿素、硫酸钾和有机液体肥全部追施，根据番茄需肥特性于番茄苗期施入15%，盛花期施入30%，盛果期施入55%，各处理具体氮、磷、钾养分施用量见表1。

表1 试验处理及施肥用量

各处理重复3次，随机区组排列，共15个小区，小区之间铺设1 m深的隔离膜，小区面积1.6 m×5 m=8 m2，番茄采用覆膜种植，1膜2管2行配置，株距65 cm，理论株数5.2×104株/hm2。总灌水量2700 m3/hm2，灌水8次，随水施肥6次，每个处理均采用单独施肥罐，其他栽培管理措施参照当地大田。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 土壤样品采集与测定

于番茄盛果期采集距滴灌带距离10 cm附近0～20 cm土层土样，取至少5点进行混合样品，一份土壤于室内风干、研磨、过筛后装入自封袋中，用于土壤理化性质测定；另一份鲜土样于冰箱4℃保存，用于测定土壤生物学性质。

土壤酶活性的测定：脲酶活性采用靛酚蓝比色法测定；蛋白酶活性采用加勒斯江法测定；过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴定法测定；磷酸酶活性采用磷酸苯二钠法测定；转化酶活性采用3，5-二硝基水杨酸比色法测定；纤维素酶活性采用3，5-二硝基水杨酸比色法测定；β-葡萄糖苷酶活性采用硝基酚比色法测定［11］。

1.4.2 植株样品采集与测定

于番茄盛果期在各小区取长势一致的植株3株；分根、茎、叶、果实4个部分，105℃杀青30 min后在70℃烘干72 h，冷却至室温称重，测定番茄干物质量；称取烘干粉碎后的各器官一定量植株样品，用H2SO4-H2O2消煮，萘氏比色法测定植株全氮，钒钼黄比色法测定植株全磷，计算氮、磷养分吸收量及养分利用率；于番茄成熟期，对每小区番茄果实进行实际采收计产，依次记录果实产量、个数，计算番茄产量并测定番茄品质；Vc含量用2，6–二氯靛酚滴定法测定；有机酸采用NaOH滴定法测定；番茄红素测定采用分光光度法（GB/T 142151993）；可溶性蛋白含量用考马斯亮蓝G-250染色法测定；可溶性糖含量用蒽酮比色法测定；可溶性固形物采用手持式折光仪测定［12］。

式中：U1为施肥区吸收N、P、K量（kg/hm2）；U0为对照区吸收N、P、K量（kg/hm2）；F为施纯养分量（kg/hm2）。

式中：YN为施肥区所得产量（kg/hm2）；Y0为对照区所得产量（kg/hm2）；F为施纯养分量（kg/hm2）。

肥料偏生产力（PFP）=Y/F

式中：Y为施肥区产量（kg/hm2）；F为施纯养分量（kg/hm2）。

1.5 数据分析

用Excel 2013进行数据整理，SPSS 17.0统计软件进行单因素方差分析及多重比较，绘图运用Origin 2017软件进行。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对加工番茄土壤酶活性的影响

由表2可以看出，施用化肥后可显著提高脲酶的活性，施肥各处理间差异不显著；施用有机液体肥的CF100SW和CF90SW处理蛋白酶显著高于单施化肥CF100和对照NF处理，较CF100处理分别增高56.17%、45.80%；CF100SW、CF90SW和CF80SW处理碱性磷酸酶、纤维素酶、β-葡萄糖苷酶、转化酶活性均显著高于CF100和NF处理，碱性磷酸酶活性较CF100处理分别增高15.05%、17.38%、10.38%；纤维素酶活性较CF100处理增高35.59%、43.64%、29.98%；β-葡萄糖苷酶活性较CF100处理增高19.88%、30.03%、20.55%；转化酶活性较CF100处理增高28.68%、58.44%、45.49%；过氧化氢酶活性表现为CF90SW最高，为1.66 mg/（g·h），CF100SW、CF90SW、CF80SW处理较单施化肥CF100处理分别增加1.45%、6.92%、3.70%。综上，说明有机液体肥的施用能够显著增加蛋白酶、碱性磷酸酶、纤维素酶、β-葡萄糖苷酶、转化酶活性，提高土壤微生物活性。

表2 不同施肥处理对加工番茄土壤酶活性的影响

2.2 不同施肥处理对加工番茄氮素、磷素吸收量的影响

图1 不同施肥处理对番茄盛果期各器官氮素吸收量的影响

作物高产和优质是以较高的生物量为前提，而生物量累积和产量的形成以养分吸收为基础。由图1可知，与NF处理相比，施肥均能增加番茄各器官中氮素的吸收量，但不同施肥处理下番茄各器官氮素的吸收表现不同，在根器官中，各处理无显著差异变化；茎秆氮素吸收量表现为CF100SW>CF90SW>CF100>CF80SW>NF；施用有机液体肥的CF100SW、CF90SW、CF80SW处理较CF100处理叶片氮素吸收量分别增加15.94%、7.14%、17.60%，CF100SW和CF80SW处理显著高于其他处理（P<0.05）；番茄果实吸收大量氮素，表现为CF100SW、CF90SW、CF80SW处理间差异不显著，但显著高于CF100和NF处理，较CF100处理分别增加25.72%、29.64%、32.98%；从单株整体来看，CF100SW、CF90SW、CF80SW处理显著高于CF100处理（P<0.05），分别增加22.36%、20.68%、25.15%。

与氮素吸收量类似，不同施肥处理下番茄各器官磷素也有相似的吸收规律。由图2可知，各施肥处理根部和茎秆磷素吸收差异不显著（P>0.05），但显著高于空白对照NF处理；施用有机液体肥的CF100SW与CF90SW处理叶片磷素吸收量显著高于其他处理，较CF100处理分别增加13.15%、17.45%；不同施肥处理番茄果实磷素吸收量表现为CF80SW>CF100SW>CF90SW>CF100>NF处理，施用有机液体肥的各处理较单施化肥CF100处 理 分 别 增 加13.37%、8.56%、16.60%；整体来看，施用有机液体肥处理番茄单株磷素吸收显著高于单施化肥和对照处理（P<0.05），分别 较CF100处 理 增 加12.27%、9.30%、11.59%，CF100SW、CF90SW、CF80SW处理间无显著性差异（P>0.05）。

图2 不同施肥处理对番茄盛果期各器官磷素吸收量的影响

由以上分析可以看出，有机液体肥能够显著促进番茄对氮、磷养分的吸收，且CF80SW处理番茄氮、磷养分吸收量最高并显著高于CF100处理。

2.3 不同施肥处理对加工番茄氮素、磷素利用率的影响

肥料表观利用率是指当季作物对施入土壤中肥料的回收效率。由表3可以看出，施用有机液体肥（CF100SW、CF90SW、CF80SW）的处理较CF100处理均显著提高了氮肥表观利用率，分别增加了10.99%、12.75%、18.91%，其中CF80SW的氮肥表观利用率最高，为34.00%。各施肥处理的磷肥表观利用率在8.68%～15.89%之间，施用有机液体肥的处理较CF100处理有显著提高，分别增加了4.36%、4.55%、7.21%，其中CF80SW的磷肥表观利用率最高，为15.89%。表明施用有机液体肥后能提高番茄氮肥表观利用率和磷肥表观利用率，其中CF80SW处理表现最好，说明CF80处理较CF100处理可显著提高番茄氮肥表观利用率和磷肥表观利用率（P<0.05）。

表3 不同施肥处理对番茄表观利用率和农学利用效率的影响 （%）

施用有机液体肥后各处理较CF100处理均显著提高了氮肥农学利用效率，分别增加29.89%、15.50%、11.96%，其中CF100SW的氮肥农学利用效率最高，为91.43%；施用有机液体肥的各处理磷肥农学利用效率较单施化肥CF100处理分别增加65.54%、36.39%、29.67%，其中CF100SW处理的磷肥农学利用效率最高，为188.61%。在所有施肥处理中，氮肥、磷肥农学利用效率均表现为CF100SW>CF90SW>CF80SW>CF100处理，CF100SW与CF100处理间差异显著（P<0.05），与其他处理间差异不显著（P>0.05）。

2.4 不同施肥处理对加工番茄产量及产量构成因子的影响

由表4可知，各施肥处理的单株果数和单果重均显著高于NF处理，且CF100SW和CF90SW处理，较CF100处理能够增加单株果数，其中CF100SW处理显著高于其他处理；施用有机液体肥均能够提高番茄单果重，各施肥处理间差异不显著；各施肥处理番茄产量均显著高于NF处理，其中以CF100SW产量增加最为显著，较NF增加了43.72%；施用有机液体肥的各处理较CF100处理均能够提高番茄产量，分别增加了12.34%、4.23%、0.42%，收获指数表现为CF100SW>CF100>CF90SW>CF80SW>NF处理，说明CF100SW处理能够显著提高番茄产量，且CF90SW处理仍能较CF100处理提高番茄产量，CF80SW处理与CF100处理产量持平。

表4 不同施肥处理下番茄产量及产量构成因素

2.5 不同施肥处理对加工番茄品质的影响

由表5可以看出，CF100SW处理可溶性固形物显著高于NF处理，其他处理间差异不明显；可溶性糖表现为各施肥处理均显著高于NF处理，施肥处理间差异不显著，最高为CF80SW处理（3.75%），较CF100增高14.68%；含酸量最高为NF处理（0.40%），最低为CF90SW处理（0.31%），两个处理间差异显著，其他处理差异不显著；各施肥处理糖酸比均显著高于NF处理，CF100SW、CF90SW、CF80SW处理较CF100处理增加14.56%、14.38%、4.58%；Vc含量最高为CF90SW处理（0.70 mg/g），最低为NF处理（0.51 mg/g）；施用有机液体肥可显著增加番茄红素，较CF100处理增加9.89%、10.45%、6.80%；可溶性蛋白各处理间无显著差异，最高为CF90SW处理（0.98 mg/g）。综上所述，施用有机液体肥能够提高番茄果实中糖酸比、Vc、番茄红素和可溶性蛋白的含量，其中以CF100SW处理表现最好。

表5 不同施肥处理对加工番茄品质因素的影响

2.6 施肥量与产量和肥料偏生产力的关系

运用空间分析方法，以NF和CF100SW处理施肥量为X轴的左右限度，产量和肥料偏生产力为Y和Z轴，形成平面投影图。结合表4和图3可知，化肥全量施用虽然提高了产量，但会降低肥料偏生产力，导致肥料的浪费；在施肥量400～550 kg/hm2区域内，肥料偏生产力达到较优值，说明在保持产量的同时适量减少10%～20%化肥的施用，更有利于提高肥料偏生产力。

3 讨论

3.1 有机液体肥对土壤酶活性的影响

有机液体肥作为一种酸性有机肥，有机物主要为淀粉、蛋白质、各种有机酸、生产菌体所分泌的酶、发酵残留物、葡萄糖、氨氮和脂肪等［13］，能够随水施用，及时补充作物所需养分。土壤酶是土壤活性蛋白质，来源于土壤微生物的分泌和植物根系分泌［14］。施用有机液体肥后，在微生物生长活动和繁殖最活跃的盛果期，土壤蛋白酶、碱性磷酸酶、纤维素酶、β-葡萄糖苷酶及转化酶的活性都有较大提高，一方面可能是因为化肥与有机液体肥配施能够改善土壤理化性质，调节土壤碳氮比，促进土壤微生物生长；且化肥施用量的减少也会改变微生物数量，使微生物分泌更多过氧化氢酶，从而提高过氧化氢酶活性［15］；另一方面纤维素酶、β-葡萄糖苷酶及转化酶主要参与土壤中碳水化合物的转化和碳循环过程［16］，蛋白酶参与土壤中的氨基酸、蛋白质等的转化，而有机液体肥中大量营养物质为土壤酶提供更丰富的酶促基质，发挥底物诱导作用［17］，从而提高土壤中的酶活性。

图3 施肥量与产量和肥料偏生产力的关系

3.2 有机液体肥对番茄养分吸收、产量和品质的影响

番茄养分的吸收状况影响其生物量，生物量的积累又影响番茄的产量，本研究中，施用有机液体肥后显著改善番茄氮、磷养分吸收状况，CF80SW处理单株氮素吸收量显著增加25.15%，CF100SW处理单株磷素吸收量显著增加12.27%；施用有机液体肥较单施化肥均显著提高了氮肥和磷肥利用率，其中CF80SW处理氮、磷肥利用率最高，分别为34.00%、15.89%。这可能是有机肥中的氨基酸等分子直接被作物所吸收，节省了植物生理代谢需要的能量［18］，增强根系吸收和转运养分的能力，从而调控肥料的转化过程，提高了养分供应与作物需求的吻合度，优化肥料作用效果［19］；也可能是氨基酸被微生物代谢转化为矿化态氮被根系吸收，改善番茄的氮素吸收［20］，从而显著提高肥料利用率；有机液体肥不仅对番茄养分吸收有促进作用，还能够增产提质。CF100SW、CF90SW、CF80SW处理番茄产量较CF100处 理 增 加12.34%、4.23%、0.42%；果实糖酸比与果实风味密切相关，一般认为糖酸比值高，果实风味好。化肥与有机液体肥配施后较CF100能够显著提高果实糖酸比和番茄红素，可溶性糖、Vc、可溶性蛋白含量均有所增加，但差异不显著；有机液体肥中含有丰富的氨基酸态氮，Romeis等［21］、王莹等［22］研究表明氨基酸可与微量元素形成螯合物，其植物叶片能迅速吸收，并且以氨基酸作为配位体，可在无光合作用下直接进行机体蛋白的合成，与其他螯合物剂相比对农作物有更明显的增产效果。

大量研究表明，有机肥与化肥配合施用，能够提高作物产量和肥料利用率，可适量减少化肥施用量。邢鹏飞等［23］在长期定位试验中得出3000 kg/hm2有机肥替代30%无机肥能够保证小麦产量且提高肥力；宋以玲等［24］研究表明，化肥减少20%配施生物有机肥，可显著提高土壤肥力；郑小龙［25］在水稻种植中也发现节省20%的氮肥施用量可减少30%～40%的氮素径流损失，能够有效控制农田面源污染；此外，刘红江等［26］表示在等氮量替代条件下，50%有机肥替代化肥能够显著增加水稻氮素累积量并保持水稻高产。通过本研究以上数据和空间分析可以看出，在不影响产量和品质的情况下，化肥施用量减少10%～20%配施有机液体肥更能促进养分吸收，提高肥料利用率，减少肥料损失，说明在实际生产中适量减少化肥配施有机液体肥是可行的。

4 结论

化肥配施有机液体肥具有增强作物养分吸收能力，增产提质，提高土壤蛋白酶、转化酶、纤维素酶、碱性磷酸酶、β-葡萄糖苷酶活性的效果；从养分吸收、产量和品质的综合角度考虑，化肥施用量减少10%～20%配施有机液体肥更为适宜。