有机肥替代对设施番茄产量、品质与土壤性质的影响

孙晓　姜学玲　崔玉明　庄舜尧　张占田　江丽华

摘 要：探索适合设施番茄的有机肥替代最佳方案，通过田间试验，分析不同处理对设施番茄产量、品质及土壤性质的影响。结果表明，与对照相比，单施有机肥产量仅提升了3.5 %，但品质提升显著;单施化肥产量显著高于对照和纯有机肥处理，但品质无显著变化;化肥用量相同、有机肥用量不高于75 t·hm-2时，产量增长有限，用量达120 t·hm-2时，产量较对照提升了28.4%;有机肥用量相同条件下减施化肥，产量先升后降。试验后土壤无机氮含量下降，对照和纯有机肥处理无机氮含量明显低于其他处理，施化肥处理间差异不明显。可见，化肥提升产量效果优于有机肥，有机肥改善品质效果优于化肥，85%优化化肥（N-P2O5-K2O：459-191.25-510 kg·hm-2）配施75 t·hm-2有机肥各指标均较理想，是适宜设施番茄栽培的施肥量。

关键词：番茄;设施;有机肥;土壤性质;产量;品质

中图分类号：S626+S641.2+S158 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2021）04-046-07

Abstract： In order to obtain a suitable fertilization alternative for facility tomato， a field experiment was carried out， the effects of various fertilization treatments on the yield， quality tomato and the properties of soil were investigated. The results showed that the treatment of organic manure application increased the yield of tomato by 3.5 % compared with the control. However， the tomato quality was improved significantly in flavor and low nitrate content was observed in organic fertilizer （OF） treatment. The treatment of chemical fertilizer application increased the yield of tomato by 18.2 % but without any changes in quality. Under the same amount of chemical fertilizer application， the treatments incorporated with OMF less than 75 t·hm-2 showed no significant effect on tomato yield. However， when the application amount was larger than 120 t·hm-2， the treatment with OF increased greatly the yield by 28.4 %. Under the same amount of OF application， the yield was decreased with the reducing of chemical fertilizer application rate. Soil inorganic N was decreased after the tomato harvest in all treatments， which werei lower in the treatments of CK and OM， however， there were no significant differences in all chemical fertilizer treatments. Accordingly， chemical fertilizer exhibited a great effect on tomato yield formation， but OF showed a good effect on tomato quality. Based on tomato yield， quality and effects on soil， the chemical fertilizer incorporated with organic fertilizer was a better candidate for tomato cultivation. The application of chemical fertilizer （N-P2O5-K2O=459-191.25-510 kg·hm-2） with OF 75 t·hm-2 is suitable for tomato cultivation in the greenhouse.

Key words： Tomato; Plastic greenhouse; Organic fertilizer; Soil properties; Yields; Quality

设施蔬菜可调控光、温、水、肥等各项环境因子，使作物生产周期缩减，增加蔬菜周年产量[1-2]，实现蔬菜周年均衡供应，具有高投入、高产出、高效益的“三高”特点。近年来，我国设施蔬菜生产发展极其迅速，生产面积以每年10%以上的速度增长[3]。山东是全国蔬菜大省，设施栽培面积约100万hm2，约占全国设施蔬菜总面积的25%[4]，总产居全国首位[5]。与发达国家相比，我国设施蔬菜生产中化肥和农药投入相对较多，这主要与我国冬春季节温度较低、养分吸收量少和利用率较低、农民习惯采取“低温损失化肥补”的施肥模式有关[6]。陈之群[7]调查显示，山东与河北温室化肥投入量均在3300 kg·hm-2以上，最高超7000 kg·hm-2。壽光设施蔬菜每年氮磷投入量分别为4088、3655 kg·hm-2，其中60%以上为化肥形式，而利用率仅分别为24%和8%[8]，高氮菜地土壤氮肥利用率小于10%[9]，高施肥量和低养分利用率导致土壤退化[10]，一般设施土壤连续种植3～5 a（年）即出现不同程度的连作障碍[11]，蔬菜产量与品质严重下降[12]。有机肥营养全面，肥效持久且稳定，具有改善土壤理化性状、促进微生物活动与繁殖、提升作物品质等特点。大量研究表明，有机肥替代部分化肥是实现化肥零增长的重要技术途径，是设施蔬菜产业发展的必然趋势。然而，有机肥中含有一定量的盐分，多年大量使用，土壤含盐量也会大大提高，土壤盐分阴离子NO3-、SO42-、Cl-等强酸性离子的累积，反而对土壤环境产生直接危害，影响蔬菜生长[13]。此外，与传统化肥相比，有机肥成本相对较高，以其替代化肥，确定经济有效的替代量显得尤为重要，但目前在设施蔬菜化肥有机替代效果方面的研究尚有不足，故笔者以山东海阳设施番茄为例，设置不同有机肥用量与化肥减施比例，研究不同处理的土壤性状变化情况及番茄产量与品质的响应，以期明确有机替代对设施土壤质量演变和果实产量及品质的影响，为合理确定设施蔬菜有机肥替代化肥量提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于山东省海阳市大闫家镇台子上村，该地属暖温带海洋性季风气候，四季分明，雨量充沛，冬无严寒，夏无酷暑。无霜期长达200 d，年平均气温12.0 ℃，年平均降水量850 mm左右。试验大棚土壤类型为潮褐土，肥力较均匀，排灌条件良好，本次试验前未进行过肥料试验。试验前土壤基本性质见表1。

1.2 试验设计

试验共设8个处理，分别为不施肥、不施化肥、优化化肥及在此基础上配施3个不同量有机肥、施用有机肥后分别减施15%和30%化肥处理，每个处理设3次重复，每个试验小区长宽分别为10 m×2 m，即面积20 m2，随机区组排列，小区与小区间设明显间隔，具体试验设置如表2。

番茄品种为安特莱斯，瑞克斯旺（中国）种子有限公司繁育的大果粉果番茄，移苗搭架双行栽培，每个小区共4行，每行22株，即每个试验小区栽植88株，折合每hm2 种植4.4万株。

本试验施用的肥料种类：氮磷钾肥分别为尿素（N 46%）、钙镁磷肥（P2O5 18%）和硫酸钾（K2O 51%）;有机肥为腐熟鸡粪（N 1.64%，P2O5 2.66%，K2O 1.47%，有机质45%），由山东益生种畜禽股份有限公司生产。

2018年9月13日旋耕，9月14日基施全部有机肥及相应化肥，9月15日移栽。分别在2018年12月12日追施处理3～处理6、2019年1月3日追施处理3～处理8、1月19日追施处理3～处理7、1月31日和2月20日追施处理3～处理8，基肥全部撒施后翻耕，追肥全部水溶后灌根;2019年3月25日生长结束。

除追肥外，根据土壤水分和天气情况进行灌溉，每次灌溉量各个小区保持一致为60～900 m3·hm-2，主要灌溉方式为滴灌。除施肥外试验期间采取的田间管理措施（如铺地膜、防病等）各试验小区实施水平严格一致，整个试验期内无严重病虫害、洪涝、低温等显著影响试验结果的因素发生。

1.3 样品采集、测试与分析

1.3.1 土壤肥力 栽植前及收获后分别采集0～30 cm、>30～60 cm、>60～90 cm、>90～120 cm土样，风干过筛用于基本性质测定，其中pH采用酸度计法测定，水、土质量比为2.5∶1;土壤全氮（TN）与全碳（TC）含量采用元素分析仪测定，有机质（OM）含量依据公式OM=TC×1.724进行换算[14];铵态氮含量采用氯化钾浸提-靛酚蓝比色法测定，硝态氮含量采用氯化钾浸提-紫外分光光度计法测定[15]，有效磷含量采用盐酸氟化铵浸提-钼锑抗比色法测定，速效钾含量通过乙酸铵浸提-原子吸收分光光度计法测定[16]。

1.3.2 生长指标 收获后期，每个小区选取10株番茄，测定叶绿素（SPAD叶绿素仪）含量、株高和茎粗。

1.3.3 产量与品质 根据长势分批采收，每次采收详细记录各个小区产量。采收中期各个小区摘取长势均匀具有代表性的果实样品，测定其品质指标及养分含量，其中可滴定酸含量采用滴定法测定、可溶性固形物含量由数显糖度计测定[17]、硝酸盐含量采用紫外分光光度计法测定[18]，果实外部相关色泽指标使用色差分析仪进行CIELab颜色模型分析，直接读取L、a、b值，果皮色度C依据公式C=（a2+b2）1/2进行换算[19-20]。

1.4 数据处理

采用Excel 2010和SPSS 19.0统计软件对测定的数据进行处理与分析。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对番茄生长的影响

由表3可以看出，CK处理叶片叶绿素含量（SPAD值）最低，单施化肥后稍有提高，但尚未达到显著水平，其他处理叶片SPAD值均显著高于CK处理;相同化肥用量，增施有机肥叶片SPAD值逐渐增加，用量低时增加不显著，施用量增至75 t·hm-2，SPAD值显著增加;继续增加有机肥用量，SPAD值持续增加，但已不显著;相同有机肥用量下，3个施化肥处理叶绿素含量显著高于未施化肥处理（OM），化肥减施15%，叶绿素含量显著高于未减施处理;减施30%，叶绿素含量较未减施前有所下降但差异不显著。CK处理番茄株高最低为186.1 cm，施肥后株高显著增加，OM处理显著高于其他处理，其他6个处理介于CK与OM处理之间，彼此间差异不显著。番茄茎粗介于13.39～14.62 mm之间，两个化肥减量处理番茄茎粗显著高于未减施处理，但两处理间差异不显著。

2.2 不同施肥处理对番茄产量的影响

从表4可见，不施肥下番茄产量与秸秆生物量均最低，单施有机肥后番茄产量增加3.2 t·hm-2，但增加不显著;与CK处理相比，6个施化肥处理番茄产量均显著增加，介于104.8～115.8 t·hm-2之间;相同化肥用量下，增施有机肥番茄产量有增加趋势，但仅有机肥用量达120 t·hm-2时差异显著;相同有机肥用量下，化肥施用量的增加番茄产量有先增加后下降的趋势，但配施化肥的3个处理番茄产量无显著差异;各处理番茄经济系数介于72.13%～75.13%之间，OM2+OPT和OM3+OPT处理经济系数处于相对较高水平。

2.3 不同施肥處理对番茄果实品质的影响

2.3.1 不同施肥处理对番茄表观性状的影响 由表5可见，CK处理番茄果径最小为72.99 mm，施肥后各处理果径均有所提升，OM和OPT处理果径分别增至74.20、74.74 mm，较CK差异不显著，有机无机肥配施后，果径继续增大。相同化肥施用量下，果径随着有机肥用量增加有增加趋势，有机肥用量为120 t·hm-2时，番茄果径最大为78.90 mm，显著高于CK、OM与OPT处理;有机肥施用量相同时，随着化肥减施，番茄果径有所下降，但下降不显著。CK处理单果质量最小，施肥后均有所提升，但OM处理单果质量增加不显著，施用化肥后单果质量较不施化肥的两个处理（CK和OM）均有显著提升，相同化肥施用量下，配施有机肥单果质量显著高于未配施有机肥处理（OPT），且随着有机肥用量的增加，单果质量有增加趋势;相同有机肥施用量下随着化肥减施，单果质量有下降趋势，减施15%处理与未减施相比差异不显著，继续减施15%单果质量较未减施则有显著下降。

在CIELab模型中，L代表色彩明度，其数值与明度成正比，可以间接反映出表光程度;a代表红轴空间，a值越大越偏向红色;b代表黄轴空间，b值越大越偏向于黄色。由表5可见，整体而言施肥对果实色泽影响不显著，但CK处理果实最红，施肥后红度下降，化肥用量相同增施有机肥红度有增加趋势，有机肥用量相同减施化肥红度有下降趋势;黄度与红度变化趋势不同，化肥用量相同增施有机肥黄度有下降趋势，有机肥用量相同减施化肥黄度亦有下降趋势;将a和b转换为色度C可以更客观地反映果实色泽程度，本试验中CK处理果实生长慢，但着色相对较好，色度最高，施肥后色度均有所下降，其中化肥对番茄着色的影响大于有机肥，化肥用量相同增施有机肥着色效果提升，有机肥用量相同减施化肥着色效果下降。整体而言果实表皮表光程度差异不大，OM处理表光最优，化肥用量相同增施有机肥表皮表光有提升趋势，有机肥用量相同减施化肥果实表皮表光有下降趋势。

2.3.2 不同施肥处理对番茄营养指标的影响 由表6可以看出，不施有机肥处理下番茄可溶性固形物含量均较低，施用有机肥后均有较大提升，相同化肥用量下，增施有机肥可溶性固形物含量增加显著，有机肥用量超75 t·hm-2时可溶性固形物含量虽继续增加，但增加已不再显著;相同有机肥用量下，化肥减施15%可溶性固形物含量变化不大，继续减施则显著下降，较未减施处理降低了9.56%。大多数施肥处理番茄可滴定酸含量均较CK有所提升，但OM3+OPT处理可滴定酸含量与CK水平相当，化肥用量相同增施有机肥可滴定酸含量先增加后下降;有机肥用量相同减施化肥可滴定酸先增加后下降，但整体变化差异不显著。CK处理下糖酸比相对较高，为23.32，施肥后除有机肥用量最大的OM3+OPT处理糖酸比显著提升外，其他6个施肥处理的糖酸比均低于CK且彼引间无显著差异。番茄硝酸盐质量分数介于37.03～47.43 mg·kg-1之间，与CK相比，OM处理硝酸盐含量有下降趋势，但差异不显著，OPT处理则显著上升;化肥用量相同的4个处理，随着有机肥施用量增加，番茄硝酸盐含量有下降趋势，OM3+OPT处理硝酸盐含量较OPT下降了18.36%，与其他3个处理存在显著差异;有机肥施用量相同时，化肥减施15%硝酸盐含量几乎不变，继续减施15%硝酸盐含量显著下降，为各处理最低值。

2.4 不同施肥处理对土壤性质的影响

由图1可见，种植番茄后，0～30 cm土壤pH值介于5.92～6.71之间，与原始土样相比，不施化肥的CK和OM处理及有机肥施用量最大的OM3+OPT土壤pH值有所提升，其他处理土壤pH值均有所下降;> 30～60 cm土层土壤pH变化情况与0～30 cm土层相类似，60 cm以下土层不同处理土壤pH差异不大;施肥对土壤电导率的影响主要表现在0～30 cm土层，2个不施化肥处理电导率最低，彼此差异不明显，施化肥后0～30 cm土壤电导率值均明显提高，且施肥量最大的OM3+OPT处理电导率最高，其他几个施化肥处理电导率差异不明显，施肥对30 cm以下土层电导率影响不大（图2）。

由图3～4可知，施有机肥后表层土壤有机质含量有所提升，相同化肥用量下，有机肥量越大，土壤有机质含量越高;相同有机肥用量下，有机质含量随着化肥用量的增加呈先增加后降低趋势，OM2+85%OPT处理有机质质量分数最高，为25.7 g·kg-1，较减施前提升了52.98%，继续减施15%化肥，有机质含量则开始下降;施肥对30 cm以下土层有机质含量影响不大。施肥对土壤全氮的影响也主要表现在0～30 cm土层上，整体而言施肥一定程度上增加土壤无机氮含量，但是OM处理增长幅度最低;相同化肥施用量下，OM1+OPT处理土壤无机氮与OPT相比几乎没有增长，OM3+OPT处理土壤无机氮含量大幅提升;相同有机肥用量下减施化肥土壤无机氮含量明显增加。

图5～7显示，试验结束后，0～30 cm土层无机氮质量分数介于47.4～149.9 mg·kg-1之间，CK处理无机氮质量分数最低为47.4 mg·kg-1，OM处理无机氮质量分数略有增加，但仅增长了1.8 mg·kg-1，施化肥处理无论化肥和有机肥的用量如何，无机氮含量均较CK和OM有较大提升，且彼此间差异不大，但较原始土樣都有所降低;其他各层土样无机氮含量相差不大，均较原始土样有所下降，> 30～90 cm土层无机氮含量下降明显，> 90～120 cm部分下降幅度变缓。种植番茄后表层土壤有效磷含量较原始土样均有所提升;与CK相比，OM处理有效磷含量有所降低;相同化肥用量下少量施用有机肥，表层土壤有效磷含量维持相同水平，有机肥用量增至120 t·hm-2时则大幅提升;相同有机肥用量下化肥减施表层土壤有效磷含量反而明显增加，其中减施15%处理提升最为明显。对于0～30 cm土层而言单施化肥处理速效钾含量反而最低，显著低于CK与OM处理，有机无机配施后0～30 cm土层速效钾含量较未施化肥的CK和OM处理有较显著的提升;钾是易于随水流失的元素，各个试验小区30 cm以下土层随深度增加速效钾含量增加，不同施肥处理对>90～120 cm土层速效钾含量的影响较大，其中OPT处理底层土壤速效钾含量最高，大幅高于其他处理，而5个有机无机肥配施的处理底层土壤速效钾含量均不高于未施化肥的两个处理（CK和OM）。

3 讨论与结论

有机替代有利于番茄叶片叶绿素累积，这与董家僖等[21]结果相一致。粗高比是判断植株是否徒长的指标[22]，本次试验CK处理植株矮小，粗高比较高，施肥后则普遍降低，有徒长的风险，但OM2+85%OPT和OM2+70%OPT处理粗高比其他施肥处理有明显提升，这与邢金金等[23]认为过量施化肥导致番茄徒长的结果相一致。奚雅静等[24]认为施肥可显著提升番茄产量，化肥提升效果优于有机肥。本次试验发现单施有机肥对产量提升效果微乎其微，这主要是由于有机肥中的营养物质需借助土壤微生物方能被作物吸收，有一定滞后效应[25]，番茄生长周期短，当季施入的有机肥尚未发挥作用。长期试验表明单施有机肥作物前期产量相对较低，只有经过较长时间产量差异才会消失[26-28];此外有机替代效果还取决于土壤地力水平，当土壤有机质质量分数小于10 g·kg-1时，有机无机配施番茄增产效应不显著[29]，土壤有机质质量分数达30 g·kg-1时，有机肥可百分百替代化肥且保持高产[30]。

相同成熟度条件下，同等个头的番茄越轻空心概率越大，故单果质量与果径之比可表征番茄空心程度，CK处理番茄空心最严重，单施有机肥略有缓解但效果不佳，6个施化肥处理空心程度均相对较低。空洞果产生是管理不到位导致光合同化物跟不上果实膨大速度[31]，其中水肥供应不足是重要因素[32]。当土壤地力不足以补充番茄生长所需时，单施有机肥无法根本解决空洞果问题;施化肥养分补给充足，空心程度显著缓解，此时配施有机肥分解产生CO2可促进光合作用，进一步充盈果实内部，即便适当减施化肥也不会加剧空心程度。可溶性固形物、可滴定酸含量是表征番茄口感的内在品质指标，单施化肥番茄甜度无明显变化，酸度提升，口感下降;6个施有机肥处理可溶性固形物含量均大幅度提升，且有机肥用量增加糖度增加，这与李吉进等[33]结果一致，施氮肥有助于提升番茄可溶性固形物含量[34]，但可溶性固形物主要成分为蔗糖，过量氮素会提高蔗糖分解类酶活性，反而降低可溶性固形物含量[35]，故单施化肥对番茄可溶性固形物含量的提升效果远不及有机肥。

本试验结果表明，单施化肥即可显著提升番茄产量，但未提升番茄品质;单施有机肥虽对产量提升效果较弱，但显著改善了品质，故化肥对番茄产量提升效果优于有机肥，有机肥对番茄品质改善效果优于化肥。短期内化肥合理配施有机肥有助于番茄产业的良性发展，85%优化化肥（N-P2O5-K2O：459-191.25-510 kg·hm-2）配75 t·hm-2有机肥处理各指标均较理想，是较适宜的施肥量。但笔者仅比较分析了越冬茬当季有机替代施肥效果，对其他茬次及长期有机替代施肥效果尚有待进一步研究。

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