不同灌水量下化肥减量配施生物有机肥对番茄产量及品质的影响

孙虎孙明茂王成霞吕金浮

(潍坊科技学院贾思勰农学院，山东寿光 262700)

番茄营养丰富，酸甜可口，是大众喜爱的蔬菜，近些年番茄种植已成为我国广大农村地区发展设施蔬菜生产和实现农民增收致富的重要途径[1]。 番茄是需肥较多的作物，施肥是保障其增产增收的重要举措，但生产上菜农为了追求产量，往往盲目大量施用化肥，有些地区化肥用量甚至达到3 000 kg/hm2以上。 长期过量施肥不仅降低化肥的利用效率，还会导致土壤板结、盐渍化、土壤生态失衡、土传病害加重，进而导致蔬菜产量和品质的下降[2-4]。 生物有机肥是富含有机质的微生物肥料，与化肥相比，生物有机肥具有调节土壤理化性质、抑制土传病害、促进作物生长和改善品质的优点[5]，但生物有机肥的施用效果受很多因素影响，除与其本身含有的微生物种类、数量、活性等有关外，还受土壤水分、温度、酸碱度、土壤营养状况以及土壤中原有土著微生物的影响。 因此，积极寻求合理的减少化肥用量而增施生物有机肥的施肥方案，对实现农业绿色健康可持续发展具有十分重要的意义。

前人关于化肥减量配施生物有机肥已做了较多研究。 邓妍等[6]研究表明，在化肥减量条件下长期施用生物有机肥可补充土壤有益菌群， 激发土壤活力从而抑制土传病菌， 促进土壤生态平衡。 张俊峰等[7]研究发现生物有机肥部分替代化肥可以提高番茄叶片光合速率，同时提高番茄植株对氮磷钾的利用效率。 姜莉莉等[8]的研究表明，与常规施肥相比，施用生物有机肥可以提高番茄果实中可溶性糖、维生素C、番茄红素含量，改善番茄口感。 前人关于化肥减量配施生物有机肥的研究主要集中在化肥和生物有机肥的配施比例以及对土壤和作物产量与品质的影响等方面。土壤有益菌群的活动与土壤含水量密切相关，只有在适宜土壤湿度条件下生物有机肥才能发挥其功效[9]。 目前关于不同灌水量下化肥减量配施生物有机肥的研究尚未见详细报道。 鉴于此，本试验以设施番茄为研究对象，采用滴灌水肥一体化技术，设置灌水量和肥料配施两个因素，研究不同灌水量下化肥减量配施生物有机肥对番茄产量及品质的影响，并采用主成分分析法对番茄的品质指标进行综合评价，明确不同灌水量下化肥减量配施生物有机肥的应用效果，为制定合理的施肥方案、提高化肥利用率、实现番茄绿色提质增效生产提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2021—2022年在山东省寿光市潍坊科技学院农学科研与实践教学基地日光温室内进行(东经118°78'，北纬36°93')。 该区属温带季风区大陆性气候，年均气温12.7 ℃，年均降水量593.8 mm。日光温室长度、跨度和脊高分别为100 m×14 m×5.5 m。 试验地0 ～20 cm 耕层土壤基础养分状况:有机质含量8.27 g/kg、碱解氮64.22 mg/kg、速效磷45.53 mg/kg、速效钾87.76 mg/kg，pH 值7.65。

1.2 试验材料

供试番茄品种为新欧粉9 号，由北京联华维信有限公司提供。 试验用生物有机肥和化肥均来源于寿光佳迪园艺有限公司，生物有机肥有效微生物主要为枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌等，有效活菌数量≥2×108cfu/g，有机质含量≥45%。

1.3 试验设计

按照当地菜农施肥习惯，试验前各小区均施用15 000 kg/hm2农家肥做基肥。 试验设置灌水量和不同施肥配比两个因素，共设置5个处理，分别为:化肥常规用量2 000 kg/hm2+灌水量800 m3/hm2(CK)、化肥常规用量减15%+生物有机肥3 000 kg/hm2+灌水量800 m3/hm2(T1)、化肥常规用量减30%+生物有机肥6 000 kg/hm2+灌水量800 m3/hm2(T2)、化肥常规用量减15%+生物有机肥3 000 kg/hm2+灌水量1 200 m3/hm2(T3)、化肥常规用量减30%+生物有机肥6 000 kg/hm2+灌水量1 200 m3/hm2(T4)。 番茄定植前生物有机肥一次性均匀施入种植沟内，化肥则通过水肥一体化滴灌施入，从番茄定植后分别在苗期、开花坐果期、膨果成熟期按照当地菜农的施肥方法分多次进行追施。 CK、T1、T2 处理整个生育期共灌水6 次，T3、T4 处理则灌水10 次。 小区面积3 m ×12 m ＝36 m2，随机区组排列，重复3 次。 种植株行距为40 cm × 60 cm。 番茄长至第6 穗果时顶部留两片叶摘心。

1.4 测定指标与方法

1.4.1 土壤理化性质的测定番茄盛果期采用“S”形取样法，采集距离滴灌带10 cm 附近0 ～20 cm 耕层土壤，测定土壤碱解氮、速效磷、速效钾、有机质含量和pH 值。 采用重铬酸钾法测定土壤有机质含量、碱解扩撒法测定碱解氮含量、钼锑抗比色法测定速效磷含量、火焰光度法测定速效钾含量，土壤pH 值用雷磁PHS-3C 型酸度计测定。

1.4.2 番茄产量和品质指标的测定每小区选取有代表性的5 株番茄，每穗果实成熟后测定单果质量，6 穗果全部成熟后计算单株产量。 选取第2 穗大小均匀、成熟度一致的番茄果实测定各项品质指标。 采用PAL-1 型手持式折光仪测定可溶性固形物含量，可溶性糖和维生素C 含量采用比色法[10]测定，有机酸、硝酸盐和可溶性蛋白含量分别采用酸碱滴定法[11]、硫酸-水杨酸法[12]、考马斯亮蓝法[12]测定，采用高效液相色谱法测定番茄红素含量[13]。

1.5 数据处理与分析

试验数据采用Microsoft Excel 2010 软件统计整理，通过SPSS 20.0 统计分析软件采用LSD 法进行差异显著性检验(P＜0.05)。

2 结果与分析

2.1 不同灌水量下化肥减量配施生物有机肥对土壤理化性质的影响

由表1 可知，与CK 相比，T1～T4 各处理显著提高0～20 cm 耕层土壤有机质含量，较CK 分别提高4.32%、10.70%、26.52%、33.19%，pH 值则显著低于CK。 T1、T2 处理的土壤碱解氮、速效磷、速效钾含量显著低于CK，T3、T4 处理则与CK 差异不显著。 在肥料用量相同灌水量不同条件下比较，土壤碱解氮、速效磷、速效钾和有机质含量均表现为T3＞T1、T4＞T2，且均达显著水平。

表1 不同水肥处理对0～20 cm耕层土壤理化性质的影响

2.2 不同灌水量下化肥减量配施生物有机肥对番茄产量的影响

由表2 可以看出，不同处理单株结果数差异不显著，单果质量和单株产量均以T3 处理最高，但与CK 差异不显著，T2 处理最低。 在肥料用量相同灌水量不同下比较，T3 处理单果质量和单株产量较T1 分别提高5.82%、13.77%，T4 处理比T2 分别提高8.11%、11.82%。 化肥偏生产力是反映土壤基础养分状况和化肥综合效应的重要指标，化肥减量配施生物有机肥各处理均显著提高化肥偏生产力，T1 ～T4 处理较CK 分别提高6.98%、16.49%、21.72%、11.83%。

表2 不同水肥处理对番茄产量的影响

2.3 不同灌水量下化肥减量配施生物有机肥对番茄果实营养品质的影响

由表3 可知，番茄果实中维生素C 含量以T4处理最高，较CK 高43.69%，其他化肥减量处理也均显著高于CK，T3、T4 无显著差异但显著高于T1、T2 处理。 在肥料用量相同灌水量不同下比较，T3 处理维生素C 含量显著高于T1，T4 显著高于T2。 可溶性蛋白含量以CK 最高，T2 处理最低，除T3 处理与CK 差异不显著外，其他处理均显著低于CK。 番茄红素含量表现为T3 处理最高，CK最低，但处理间差异未达显著水平。 与CK 相比，各化肥减量处理均显著降低番茄果实中硝酸盐含量，T4 处理硝酸盐含量最低，比CK 降低26.48%。

表3 不同水肥处理对番茄营养品质的影响mg/kg

2.4 不同灌水量下化肥减量配施生物有机肥对番茄口感品质的影响

可溶性固形物、可溶性糖和有机酸是形成番茄口感风味的主要物质，糖酸比是评价番茄口感和风味的主要依据。 由表4 可以看出，化肥减量配施生物有机肥各处理均显著提高番茄果实的可溶性固形物和可溶性糖含量，显著降低有机酸含量，从而显著提高糖酸比。 T4 处理可溶性固形物、可溶性糖含量和糖酸比最高，比CK 分别高出27.26%、34.84%、60.82%。 在肥料用量相同灌水量不同下比较，可溶性固形物、可溶性糖含量和糖酸比表现为T3 处理显著高于T1，T4 处理显著高于T2。 T1～T4 各处理有机酸含量显著低于CK，化肥减量各处理间未表现出显著差异。

表4 不同水肥处理对番茄口感品质的影响

2.5 番茄品质指标主成分分析及综合评价

由于单项指标不能对番茄品质进行综合评价，因而采用SPSS 20.0 统计分析软件对番茄8个品质指标(维生素C、可溶性蛋白、番茄红素、硝酸盐、可溶性固形物、可溶性糖、有机酸、糖酸比)进行主成分分析，通过分析得到前2个主成分的累计方差贡献率高达96.74% ，满足＞85% 的条件，说明前2个主成分反映了原始变量96.74%的信息(表5)。 因此可以用第1、2 主成分综合评价番茄品质，从而达到降维的目的。

表5 番茄品质指标的主成分分析结果

利用前2个主成分特征向量为权重构建函数表达式:

式中F1、F2分别对应第1、2 主成分得分，ZX1、ZX2、ZX3、ZX4、ZX5、ZX6、ZX7、ZX8为原始数据消除变量之间量纲关系后的8个品质指标值。

利用主成分综合评价模型对番茄果实品质进行综合评价，得分依次为T4＞T3＞T2＞T1＞CK(表6)。

表6 不同水肥处理下番茄品质指标综合评价

3 讨论

化肥因易溶于水，能被作物快速吸收利用，在生产上普遍使用。 但长期大量施用化肥易导致土壤板结、有机质含量下降、破坏土壤生态环境。 相关研究表明大量施用化肥并不能持续提高作物产量[14]。 生物有机肥有机质含量高，且添加了外源有益微生物，可以通过微生物的生命活动分解土壤中的有机质和矿物质，改善土壤微生态环境，且生物有机肥中的氮养分释放速率比无机肥慢，在作物生长后期能够更好的为作物提供养分， 不断满足作物生长需求，达到速效和长效兼有的效果[15-18]。 柳玲玲等[19]研究表明施用生物有机肥能调节土壤理化性质，降低土壤pH 值。 Thonar等[20]研究认为土壤生物菌剂和有机肥配合施用，尤其是和农家肥配施能促进作物对磷的吸收，并显著提高作物产量。 本试验结果表明，化肥减量配施生物有机肥降低土壤pH 值，并显著提高土壤有机质含量，这与柳玲玲等[19]的研究结果一致。 不同灌水量下化肥减量配施生物有机肥，0 ～20 cm 耕层土壤碱解氮、速效磷和速效钾含量不同，当灌水量为800 m3/hm2时，化肥减量15%配施3 000 kg/hm2生物有机肥和化肥减量30%配施6 000 kg/hm2生物有机肥土壤碱解氮、速效磷、速效钾含量显著低于化肥常规用量，而当灌水量为1 200 m3/hm2时，化肥减量配施生物有机肥与化肥常规用量差异并未达显著水平。 表明在适宜的灌水量条件下，有利于土壤有益微生物菌群的活动，能够促进有机质的分解和养分的有效利用，有利于设施菜地土壤改良，提高土壤有效养分含量。

前人研究表明，适量减施化肥对作物的生长并没有太大影响，同时配施生物有机肥可显著提高蔬菜产量[21-24]。 本试验结果表明，当灌水量为800 m3/hm2时，化肥减量配施生物有机肥番茄的单果质量和单株产量随着化肥用量的减少逐渐下降，当灌水量为1 200 m3/hm2时，化肥减量15%和30%配施生物有机肥处理番茄的单果质量和单株产量均与常规施肥差异不显著。 表明在适宜灌水量下化肥减30%以内并未造成单果质量和单株产量的显著下降，结果数各处理间均未表现出显著差异。 化肥减量配施生物有机肥各处理均提高化肥偏生产力，这与李峰等[25]在花生上的研究结果一致。 本试验中T3 处理化肥偏生产力最高，较对照提高21.72%，表明适宜的土壤水分条件能够提高化肥利用率。 化肥减量配施生物有机肥能显著改善番茄品质，与常规施肥相比，化肥减量配施生物有机肥显著提高番茄可溶性固形物、可溶性糖、维生素C 含量和糖酸比，硝酸盐和有机酸含量则显著下降，这与前人的研究结果[26]基本一致。 本试验中，化肥减量配施生物有机肥处理的番茄可溶性蛋白含量下降，番茄红素含量与常规施肥处理无显著差异，这与前人的结果[26]有所不同，可能与试验条件以及土壤基础肥力状况不同有关，具体原因还有待于进一步研究。 对番茄8个品质指标进行主成分分析，结果表明化肥减量配施生物有机肥番茄品质指标综合评价均优于常规化学施肥，各处理得分依次为T4＞T3＞T2＞T1＞CK。

4 结论

综合考虑以上因素，当灌水量为1 200 m3/hm2时，化肥减量15%和30%配施生物有机肥显著提高化肥偏生产力且番茄产量并未显著波动，番茄品质显著改善。 因此，在适宜的灌水量条件下，化肥适当减量配施有机肥能够提高化肥利用效率，是实现番茄绿色提质增效的科学施肥方式。