氮肥减施条件下有机肥替代氮肥对温室番茄产量、品质和水肥效应的影响

张 洋，张 荣，胥婷婷

（青海大学农林科学院 西宁 810016）

蔬菜喜肥且需肥量大，为了提高蔬菜的产量，生产中普遍存在盲目偏施、滥施化肥的现象，尤其是氮肥以及养分比例失调等问题，导致蔬菜产量和品质降低，引起土壤硝酸盐累积[1]。笔者通过对青海东部地区3 个区县的合作社和种植大户调研了解到，大多数蔬菜种植户氮肥的施用量为500～1000 kg·hm-2，磷肥的施用量为200～700 kg·hm-2，钾肥的施用量为500～900 kg·hm-2，有机肥的施用量为700～1000 kg·hm-2，农户的实际化肥施用量远远高于蔬菜生产的需肥量，而有机肥施用量不足，使大量养分滞留在土壤环境中，对土壤环境产生了不利影响。因此，科学合理施用氮肥是目前青海东部地区设施蔬菜高效发展急需解决的问题。

利用有机肥替代氮肥进行化肥减施是目前蔬菜生产中普遍使用的栽培技术措施之一，可以在保证产量的前提下达到提高蔬菜品质的目的。王冰清等[2]研究发现，化肥减量配施不同比例有机肥对黄瓜、苦瓜和甘蓝的产量无显著性影响，但显著提高这3 种蔬菜的可溶性糖、维生素C 和蛋白质含量，使硝酸盐含量下降，化肥减量60%并配施40%有机肥的处理对蔬菜影响效果最佳。牛振明等[3]研究发现，适量化肥减量配施有机肥可以提高春茬甘蓝幼苗株高，促进茎粗生长，提高光合效率，降低硝酸盐与可溶性固形物含量，与当地农户传统施肥量相比，化肥减施30%并配施适量有机肥是合理的施肥对策。张海波等[4]研究表明，化肥减量小于30%与菌渣共同施用可提高大头菜菜头产量，适当减少化肥用量与菌渣配施可以提高大头菜氨基酸含量，促进叶片对氮、磷、钾的吸收，增加菜头中钾含量，降低菜头硝酸盐含量。有机肥的肥效长且持久，有利于蔬菜栽培中土壤形成良好的团粒结构和土壤环境，土壤孔隙度增加，具有保水、保肥的能力[5]。增施有机肥，可以提高土壤田间持水量和土壤矿物质含量，同时还可以增加土壤的总孔隙度及调整孔隙的分布状况[6]。大量研究表明，施用等量氮条件下，作物吸氮量高，可明显降低土壤剖面中NO3--N 的累积[7]。有机无机肥配施能提高土壤供氮能力，促进作物根系对氮的吸收利用，提高氮肥利用率[8]。

减少化肥施用量、增施有机肥是全力促进青海东部地区设施蔬菜稳定生产，质量提升，促进土壤的可持续发展，增加农牧民收入的主线。但是，关于青海东部地区日光温室设施蔬菜氮肥减量及有机肥替代化肥的合适比例前人研究较少。为此，笔者研究在氮肥减施条件下有机肥替代氮肥对温室番茄产量、品质和水肥效应的影响，探索出适宜番茄生产的氮肥减施量+有机肥替代氮肥比例，为青藏高原地区设施番茄的高效生产和土壤的可持续利用提供科学合理的施肥方案和理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地基本情况

试验于2022 年4-9 月在青海省海东市互助土族自治县东沟乡姚马村试验基地进行。试验地土壤类型为灰钙土，年均降水量470 mm，全年日照时数长达2580 h。试验地土壤基本理化性状见表1。

表1 试验地基本理化性状Table 1 The basic physical and chemical properties of the field

1.2 供试品种与肥料

供试番茄品种为粉特优，由青海省农林科学院园艺研究所提供，该品种植株长势旺盛，中早熟，高抗TY 病毒，连续坐果力强。供试氮肥为尿素（含N 46%，w，后同），磷肥为过磷酸钙（含P2O512%），钾肥为硫酸钾（含K2O 50%）。有机肥（含N 2%，含P2O51%，含K2O 2%），有机质含量≥30%，由青海恩泽农业开发有限公司提供。

1.3 试验设计

试验设置7 个处理，常规施肥减氮40%+有机肥替代氮肥20%（T1）；常规施肥减氮40%+有机肥替代氮肥40%（T2）；常规施肥减氮40%+有机肥替代氮肥60%（T3）；常规施肥减氮40%+有机肥替代氮肥80%（T4）；常规施肥减氮40%+有机肥替代氮肥100%（T5）；常规施肥（T6）；空白对照（T7）。T1～T5 处理无机养分用量保持一致，具体用量为N 270 kg·hm-2，P2O5300 kg·hm-2，K2O 525 kg·hm-2；T6为习惯施肥处理，无机肥料用量为N 450 kg·hm-2，P2O5300 kg·hm-2，K2O，525 kg·hm-2；T7 为不施肥处理。若有机肥带入的氮、磷、钾养分不足时，用化学无机肥料补足。具体施肥方案见表2。

表2 不同处理施肥方案Table 2 Fertilization scheme of different treatment （kg·hm-2）

试验在一个温室大棚内进行，供试温室大棚为南北走向，长度77.0 m，跨度12.0 m，高度2.8 m。试验采用随机区组设计，每处理3 次重复，共21 个小区。每垄面积1.1 m×8 m=8.8 m2，各处理小区面积8 垄×8.8 m2=70.4 m2。起垄覆膜栽培，每垄种植2行，行距100 cm，株距40 cm，垄宽70 cm，垄间距30 cm，垄高30 cm。灌水方式为滴灌，40%N、60%P2O5和40% K2O 作为基肥一次性施入，60% N、40% P2O5和60% K2O 作为追肥，自开花期开始分6～8 次随水滴施，每次追肥时间间隔10～15 d。全部有机肥于番茄定植前作基肥一次性施入，田间管理按常规方法进行。

1.4 测定项目及方法

试验前采用S 型取样法采集小区耕层土壤样品（0～20 cm）3 份，带回实验室，经过风干并去除植物根系和碎石，研磨并过20、60 目筛后，测定土壤全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾、有机质含量和pH[9]。拉秧后，每小区取0～200 cm 土壤样品，以20 cm 为一层，每层取土壤样品20 g，在实验室105 ℃烘干至恒质量后，测定土壤含水量；每20 cm 为一个土层，取土壤鲜样放入自封袋中带回实验室，风干后，研磨并过0.85 mm 筛后，用1 mol·L-1氯化钾溶液（土液质量比为1∶10）、振荡1 h 浸提，过滤后用连续流动分析仪测定土壤硝态氮含量，各处理土壤含水量和硝态氮含量均为3 次重复。自坐果期开始，分小区测定番茄的产量；盛果期采用2，6-二氯靛酚滴定法测定番茄的维生素C 含量[10]、采用蒽酮比色法测定可溶性糖含量[11]、采用凯氏定氮法测定粗蛋白含量[12]、采用H2SO4-H2O2消煮法测定番茄全氮含量[9]、采用钼锑抗吸光光度法测定全磷含量[9]、采用酸熔-火焰光度法测定全钾含量[9]，以上测定均3 次重复。

番茄养分吸收量/（kg·hm-2）=番茄产量×番茄养分（氮、磷、钾）含量。肥料农学利用率/（kg·kg-1）=（施肥区产量-无肥区产量）/（施N 量+施P2O5量+施K2O 量）；肥料贡献率/%=（施肥区产量-不施肥区产量）/施肥区产量×100[13]。

1.5 数据处理

采用SPSS 22.0 统计软件进行数据处理和差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对番茄产量的影响

由图1 可以看出，不同施肥处理对番茄产量的影响存在一定差异。T1、T2 和T3 处理，番茄产量较T6 处理（常规施肥）有所增加，其中T2 处理番茄产量最高，为41 595 kg·hm-2，增产8686 kg·hm-2，增产率26.39%；显著高于T4、T5 和T7 处理。T4、T5和T7 处理，番茄产量较T6 处理（常规施肥）有所降低，其中不施肥料的T7 处理番茄产量最低，仅为25 250 kg·hm-2，减产7659 kg·hm-2，减产率为23.27%。

图1 不同处理对番茄产量的影响Fig.1 Effects of different treatment on yield of tomato

2.2 不同处理对番茄品质的影响

由表3 可知，不同施肥处理对番茄品质的影响存在一定差异。T2、T3、T4 和T5 处理番茄可溶性糖含量较T6 处理（常规施肥）有所增加，T1 和T7处理则较T6 处理有所降低。其中，T2 处理番茄可溶性糖含量最高，为4.30%，显著高于T1、T4、T5、T6 和T7 处理，与T6 处理相比，番茄可溶性糖含量显著提高44.78%；不施肥料的T7 处理番茄可溶性糖含量最低，仅为2.04%，较T6 处理显著降低31.31%。

表3 不同处理对番茄品质性状的影响Table 3 Effects of different treatment on quality characters of tomato

T2 和T5 处理番茄维生素C 含量较T6 处理（常规施肥）有所增加，T1、T3、T4、和T7 处理则较T6 处理有所降低。其中，T2 处理番茄维生素C 含量最高，为181.6 mg·kg-1，显著高于其他处理，与T6 处理相比，番茄维生素C 含量显著提高15.82%；不施肥料的T7 处理番茄维生素C 含量最低，仅为86.8 mg·kg-1，较T6 处理显著降低44.64%。

T2、T3、T4 和T5 处理番茄粗蛋白含量较T6 处理（常规施肥）有所增加，T1 和T7 处理则较T6处理有所降低。其中，T2 处理番茄粗蛋白含量最高，为1.19%，显著高于T7 处理，与T6 处理相比提高16.67%；不施肥料的T7 处理番茄粗蛋白含量最低，仅为0.62%，较T6 处理显著降低39.22%。

2.3 不同处理对土壤硝态氮含量的影响

由表4 可知，不同施肥处理对0～200 cm 土层土壤硝态氮平均含量的影响存在差异。番茄收获后0～200 cm 土层硝态氮含量整体呈降低的趋势，且在160 cm 土层硝态氮含量基本趋于稳定。T1、T2、T3、T4、T5 和T7 处理，番茄收获后0～200 cm 土层土壤硝态氮平均含量较T6 处理均有所降低，其中T7 处理降低的最多，其次为T2 处理。T6 处理0～200 cm 土层土壤硝态氮平均含量最高，为55.63 mg·kg-1，T2 处理较T6 处理土壤硝态氮平均含量降低了20.99 mg·kg-1，降低率为37.73%。以上结果说明在合理的减施氮肥基础上配合有机肥替代氮肥能降低硝态氮在各土层中的残留。

表4 不同处理对0～200 cm 土层硝态氮含量的影响Table 4 Effects of different treatment on NO3-N content of 0-200 cm soil layers （mg·kg-1）

2.4 不同处理对土壤含水量的影响

由表5 可知，不同施肥处理对土壤含水量的影响存在差异。0～20 cm 土层土壤含水量随着有机肥替代氮肥量的增加，土壤含水量呈增加的趋势，其中T5 处理土壤含水量最高，为21.74%，与T6 处理相比，增加1.32 个百分点；不施肥料的T7 处理，土壤含水量较T6 处理有所降低，仅为18.34%，较T6处理降低2.08 个百分点。

表5 不同处理对0～200 cm 土层含水量的影响Table 5 Effects of different treatment on water content of 0-200 cm soil layers %

T1、T2、T3、T4 和T5 处理0～200 cm 土层平均含水量较T6 处理有所增加，其中T2 处理土壤平均含水量最高，为22.74%，与T6 处理相比，提高1.5个百分点；T7 处理土壤含水量较T6 处理有所降低，仅为17.81%，较T6 处理降低3.43 个百分点。

2.5 不同处理对番茄养分吸收量的影响

由表6 可知，不同施肥处理对番茄养分吸收量的影响存在差异。番茄对氮、磷、钾养分的平均吸收量大小依次为：钾＞氮＞磷，吸收比例为N∶P∶K=1.00∶0.30∶1.24。T1、T2 和T3 处理番茄氮素的吸收量较T6 处理显著提高，T4、T5 和T7 处理则较T6处理显著降低。其中，T2 处理番茄氮素的吸收量最高，为67.8 kg·hm-2，显著高于其他处理，较T6 处理提高56.47%；T7 处理氮素的吸收量最低，仅为26.01 kg·hm-2，较T6 处理显著降低39.97%。

表6 不同处理对番茄养分吸收量的影响Table 6 Effects of different treatment on nutrient absorption of tomato （kg·hm-2）

T1、T2、T3、T4 和T5 处理番茄磷素的吸收量较T6 处理有所提高。其中，T2 处理番茄磷素的吸收量最高，为19.27 kg·hm-2，显著高于其他处理，较T6处理提高55.40%；T7 处理磷素的吸收量最低，仅为6.65 kg·hm-2，较T6 处理显著降低46.37%。

T1、T2、T3 和T5 处理番茄钾素的吸收量较T6 处理有所提高，T4 和T7 处理则较T6 处理有所降低。其中，T2 处理番茄钾素的吸收量最高，为81.94 kg·hm-2，显著高于其他处理，比T6 处理提高60.98%；T7 处理钾素的吸收量最低，仅为33.84 kg·hm-2，较T6 处理显著降低33.52%。

2.6 不同施肥处理对番茄肥料利用率的影响

由表7 可知，不同施肥处理对肥料的利用率存在差异。T1、T2 和T3 处理肥料贡献率较T6 处理有所提高，T4 和T5 处理则较T6 处理有所降低。其中，T2 处理肥料贡献率最高，为39.14%，显著高于T4 和T5 处理，较T6 处理提高16.22 个百分点；T4 处理肥料贡献率最低，仅为6.09%，较T6 处理降低16.83 个百分点。

表7 不同处理对番茄肥料利用率的影响Table 7 Effects of different treatment on fertilizer use efficiency of tomato

T1、T2 和T3 处理农学利用率较T6 处理有所提高，T4 和T5 处理农学利用率较T6 处理有所降低。其中，T2 处理农学利用率最高，为14.93 kg·kg-1，显著高于T4、T5 和T6 处理，较T6 处理提高148.42%；T4 处理农学利用率最低，仅为1.54 kg·kg-1，较T6处理降低74.38%。

3 讨论与结论

茹朝等[14]研究发现，不同肥料施用模式下产量差异巨大，增施生物有机肥与常规施肥相比，化肥减量30%时增产率在10.80%～20.91%，化肥减量40%时增产率在0.04%～6.48%。张俊峰等[15]研究表明，80%常规施肥+生物有机肥处理显著增加了黄瓜单瓜质量、经济产量和生物产量。闫佳会等[16]研究发现，大葱有机肥替代的合适比例为40%和60%，大葱产量相比全施化肥处理分别增加3.39%、4.48%。本研究中，常规施肥减氮40%+有机肥替代氮肥20%、40%、60%番茄产量较常规施肥均增产但差异不显著，增产率在3.68%～26.39%，常规施肥减氮40%+有机肥替代氮肥80%、100%番茄产量较常规施肥减产5.93%～18.16%。说明合理的氮肥减施量配合有机肥替代比例能促进番茄的增产，反之则会造成番茄减产。唐宇等[17]研究发现，生物有机肥替代化肥有利于番茄果实的生长，品质的提高。董家僖等[18]研究发现，有机肥替代化肥能增加番茄产量和果实维生素C 含量，并随替代量的增加而增加。孔跃[19]研究表明，有机肥部分替代化肥可以提高作物还原糖的含量。吴金栋等[20]的研究结果表明，50%有机肥替代化肥处理的茄子可溶性糖含量增加50%左右。笔者研究发现，常规施肥减氮40%+有机肥替代40%～100%氮肥均可以提升番茄的可溶性糖含量和粗蛋白含量；常规施肥减氮40%+有机肥替代40%、100%氮肥可以提升番茄的维生素C 含量。与常规施肥相比，常规施肥减氮40%+有机肥替代氮肥40%处理显著提高了可溶性糖和维生素C 含量，可溶性糖、维生素C 含量分别较常规施肥处理提高44.78%、15.82%。粗蛋白含量较常规施肥处理提高16.67%，但差异不显著。这说明与常规施肥相比，合理的氮肥减施量配合有机肥替代比例能促进番茄品质的提高，与前人研究结果相似。

土壤硝态氮累积量随施氮量的增加而增加[21]，因此减少氮肥的投入是降低土壤硝态氮累积量的最佳策略。在设施栽培中，大水漫灌的现象比较普遍。在过量灌溉的情况下，硝态氮淋失量也逐渐增加[22]。笔者在本研究中发现，较常规施肥处理相比，常规施肥减氮40%+有机肥替代不同氮肥比例均可以降低0～200 cm 土层土壤的平均硝态氮含量，说明合理的化肥减施与有机肥替代化肥减少了番茄种植区土壤硝酸盐在土体中的累积，降低了因过量施肥而造成的地下水环境污染的风险，尤其是常规施肥减氮40%+有机肥替代氮肥40%处理，降低效果尤为明显。施用有机肥可以明显改善土壤结构、提高土壤总孔隙度，提高土壤蓄水持水能力[23]。配施有机肥处理的土壤含水量在0～20 cm 土层高于单施化肥处理[24]。笔者在本研究中发现，高量有机肥处理的200 cm 土层平均贮水量比对照高4.79%～7.65%（差异显著），中量有机肥处理可显著提高200 cm 土层平均贮水量6.50%[25]。施有机肥+生物炭处理能够改变土壤剖面水分分布，使更多的水分集中在0～30 cm 土层，增加作物可利用的水分含量，对水分的固持作用显著[26]。宫亮等[27]研究发现，有机肥可使玉米全生育期0～40 cm 土层中土壤的含水量显著提高。研究表明，与传统耕作相比，增施有机肥可使20～50 cm 土层中土壤的含水量平均提高18.0%[28]。笔者的研究与前人研究结果相似，氮肥减施条件下有机肥替代氮肥提高了0～20 cm土层土壤含水量。说明增施有机肥可充分改善土壤物理性质、增加土壤水分，提高土壤有效水含量和作物水分利用率，且随着有机肥施用量的增加呈增加的趋势，这与王晓娟等[25]的研究结果一致。

笔者在本研究中发现番茄对氮、磷、钾的平均吸收量大小依次为钾＞氮＞磷，吸收比例为N∶P∶K=1.00∶0.30∶1.24，与前人研究结果相似[29]。张凤华等[30]研究发现，有机肥用量75 t·hm-2即可满足大白菜对氮养分的需求，在此基础上增施氮肥或有机肥均无显著增产效应，却显著增加土壤氮素的盈余量。谭宏伟等[31]研究发现，在滴灌条件下对甘蔗进行化肥减施能够有效促进甘蔗生长期对N、P、K 的吸收。有研究认为对番茄进行化肥减量相比较常规施肥，能显著提高番茄不同生育期对N、P、K 吸收量和积累速率[32]。笔者在研究中发现，在氮肥减量条件下，氮、磷、钾的吸收量随着有机肥替代氮肥量的增加而增加，但是当替代比例超过60%以上时，养分的吸收量将会降低。尤其是常规施肥减氮40%+有机肥替代氮肥40%处理，养分吸收量最大。

肥料利用率低是我国蔬菜生产的突出问题，其中优化改善肥料管理是提高肥料利用率行之有效的措施之一。过高的化肥施用量会导致养分不能被植物有效利用而造成肥料利用率的降低[33]。魏晓兰等[34]研究发现，在减化肥25%范围内配施等量生物有机肥不仅提高土壤肥力及小白菜产量，还能一定程度提高肥料利用率。笔者在本研究中发现，减化肥30%配施不同种类有机肥均能使氮肥的农学利用率及氮肥偏生产力提高且维持在较高水平；同时，有机肥处理相比化肥均有效提高农学利用效率及偏生产力[35]。综合来看，在氮肥减施条件下有机肥替代氮肥60%以下，肥料贡献率和农学利用率较常规施肥均有所提高，说明在化肥减施条件下合适的有机肥替代氮肥降低了化肥用量，同时能有效控制养分缓慢释放以满足作物不同阶段对养分的需求，降低了氮素向土壤深层淋溶，确保了养分的高效利用，提高了肥料贡献率和农学利用率。

综上所述，合理的氮肥减施量配合有机肥替代氮肥比例，能够提高温室番茄产量和品质，提升氮、磷、钾素的吸收量和肥料利用率，增加0～20 cm 土层土壤含水量，抑制土壤硝态氮向土壤下层的淋洗。在本研究条件下，常规施肥减氮40%+有机肥替代氮肥40%（N 162 kg·hm-2+P2O5246 kg·hm-2+K2O 417 kg·hm-2+有机肥5400 kg·hm-2）效果最佳，是青海东部地区温室番茄生产最佳的施肥模式。