减施化肥增施有机肥和菌肥对番茄产量及土壤微生物和酶活性的影响

郑剑超，李明，董飞

（新疆生产建设兵团第十二师农业科学研究所，乌鲁木齐 830088）

0 引言

番茄(Lycopersiconesculentum)作为一种常规蔬菜，味道酸甜，营养价值丰富，售价低产量高，深受消费者和种植者的喜爱。2020 年中国西红柿种植面积约为110.4万hm2，是全球西红柿产量大国。新疆是世界三大番茄产区之一，自然条件得天独厚，光照充足，昼夜温差大，为高产优质的番茄生产奠定了基础[1-2]。肥料和土壤是农产品产量和安全的重要保障，是农业生产可持续发展的关键，种植户为了高产，盲目大量的投入化肥和农药，严重破坏了土壤营养和微生物结构，造成土壤盐渍化、养分失衡及环境污染等问题，对农业生产造成了巨大威胁[3]。2022 年农业农村部印发《到2025 年化肥减量化行动方案》中“一减三提”，即重点减少化肥用量，提高有机肥资源还田量、测土配方施肥覆盖率以及化肥利用率。因此，优化和调整施肥结构是减少化肥施用量的关键。有机肥能够均衡土壤养分，提供持续的大中微量元素，起到改善土壤养分和结构的作用[4]。大量的研究表明，有机无机肥配施不仅能够降低化肥不合理施用对土壤和环境的负面影响，还能增加作物产量品质，提高肥料利用率，是解决盲目大量施用化肥的有效途径之一[5-7]。

土壤微生物对土壤腐殖质的生成和营养成分的转化十分重要，土壤酶活性大小是反映土壤中物质代谢的主要指标[8]。同土壤一般理化和生物学指标比较，土壤中微生物结构、数量和酶活性对作物根域土壤环境变化反应较为敏感，是土壤健康的重要生物指标[9]。施肥改变了土壤化学成分，而进一步改变土壤微生物数量和酶活性，进而间接影响作物生长[10]。前人在棉花、油菜、小麦、玉米等化肥替代对土壤微生物数量和酶活性的研究已有大量报道，认为增施有机肥和功能菌能改善土壤微生物结构和数量及土壤酶活性，但对土壤结果和作物生长的影响程度因土壤质地、温度、水分和有机肥种类而不同[11-14]。在不同地区和作物系统中，有机无机肥配施比例是不同的。随着化肥减量政策的提出，有关有机无机肥配施、化肥替代和生物菌肥的研究相继开展，然多目前针对化肥减量增加有机肥和生物菌对设施番茄生长发育、土壤微生物结构和数量及酶活性的研究较少。因此，本研究以设施番茄为载体，通过配施相应的有机肥与增加生物菌肥研究化肥减量对番茄生长特征、产量品质和土壤养分及的影响，为化肥零增长目标提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2022 年在兵团十二师农业科学研究所园区设施温室进行，供试土壤属中壤土，0～20 cm土壤施肥前：有机质24.2 g/kg、pH 7.83、碱解氮49.8 mg/kg、有效磷43.4 mg/kg、速效钾260 mg/kg。

1.2 试验材料

试验品种为番茄‘多吉瑞星’，2022年2月18日播种育苗，2022年4月28日定植，行株距为(80+40)cm×40 cm，2022年7月10日开始收获，2022年9月15日收获完毕。供试化肥：有机肥(COF)瑞呈先锋有机肥（商品有机肥）N+P2O5+K2O≥5%、有机质≥45%由乌鲁木齐市瑞呈伍怡农业科技有限责任公司提供。均衡费(BF)N 20%、P2O520%、K2O 20%，高钾肥(HPF)N 14%、P2O58%、K2O 35%，菌肥为枯草芽孢杆菌(BS)有效活菌≥900亿cfu/g由英国英尔果植物保护有限公司提供。

1.3 试验设计

设置6 个处理，CK：空白对照（不施肥）；CF：单施化肥；RF1：化肥减施20%配施有机肥20%；RF2：化肥减施40%配施有机肥40%；RFM1：化肥减施20%配施有机肥20%+菌肥；RFM2：化肥减施40%配施有机肥40%+菌肥。随机区组排列，各处理施肥情况（表1）。各处理重复3次，小区共18个，小区面积为1.6 m×5 m=8 m2。每个处理独立施肥，其他栽培措施参照当地设施温室管理。

表1 各处理施肥情况 kg

1.4 测定项目与方法

1.4.1 土壤样品采集与测定在番茄采收后期采集各处理距滴灌带距离10 cm附近0～20 cm土层土样，取5点进行混合。一份鲜土样于冰箱4℃保存，用于测定土壤生物学指标；一份土壤经室内自然风干后常温保存，用于测定土壤酶活性和理化性质。土壤真菌、细菌、放线菌数量采用平板培养计数法测定[15]，真菌采用马丁氏培养基、细菌采用牛肉膏蛋白胨培养基、放线菌采用高氏1号培养基。土壤脲酶活性采用靛酚蓝比色法测定，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，蔗糖酶活性采用3,5-二硝基水杨酸比色法测定[16]。土壤有机质含量采用高锰酸钾容量法测定，碱解氮采用碱解扩散法测定，有效磷含量采用碳酸氢钠法测定，速效钾含量采用醋酸铵—火焰光度法测定[17]。

1.4.2 植株样品采集与测定在番茄采收期对各小区番茄果实进行实收计产，根据产量、个数及株数，计算番茄总产量并测定番茄品质。番茄红素测定采用分光光度法，可溶性固形物采用手持式折光仪测，Vc 含量用2,6–二氯靛酚滴定法测定，有机酸采用氢氧化钠滴定法测定[18]。

1.5 数据分析

数据的整理和分析采用Microsoft Excel 2010 和DPS 7.05进行，Duncan新复极差法进行差异显著性检验。表中数据用平均值±标准误差(mean±SE)表示。

2 结果与分析

2.1 减施化肥增施有机肥和菌肥对土壤微生物结构和数量的影响

2.1.1 微生物数量由表2 可知，化肥减量配施有机肥和菌剂对设施番茄土壤微生物数量影响存在差异。与CK不施肥处理相比，各施肥处理增加了土壤细菌、真菌和放线菌数量，并随有机肥施入量的增加而增加。与CF单施化肥处理相比，RF1、RF2、RFM1和RFM2各处理细菌数量分别提高53.05%、76.22%、102.44%和134.15%，差异达显著水平；RF1、RF2、RFM1和RFM2各处理放线菌数量分别提高13.94%、15.27%、25.44%和26.55%，差异达显著水平；RF1、RF2、RFM1和RFM2各处理真菌数量分别降低20.77%、20.32%、37.92%和37.47%，差异达显著水平。RFM1比RF1细菌和放线菌增加32.27%和7.96%、真菌减少21.65%，RFM2比RF2细菌和放线菌增加32.87%和9.79%、真菌减少21.53%，说明各减施化肥处理增施菌肥可提高细菌和放线菌数量，降低真菌数量。

表2 不同施肥处理对土壤微生物数量的影响

2.1.2 微生物数量比土壤中微生物群落结构是土壤环境质量十分重要的生物学指标之一。不同施肥种类和模式使土壤中营养成分的含量不同，从而影响土壤微生物的群落结构。由表2 可知。CF 处理较CK 处细菌/真菌降低了29.79%，放线菌/真菌降低了23.13%，差异达显著水平。同CF相比，减施化肥增施有机肥和菌肥对细菌/真菌和放线菌/真菌数量比显著提高，随有机肥施入量的增加而增加。各减肥处理增施菌剂也显著提高了细菌/真菌和放线菌/真菌数量比，RFM1比RF1细菌/真菌和放线菌/真菌数量比提高68.83%和40.56%，RFM2比RF2细菌/真菌和放线菌/真菌数量比提高69.33%和39.91%。

2.2 减施化肥增施有机肥和菌肥对土壤酶活性的影响

由表3 可知，不同施肥处理均提高了土壤酶活性。与CF处理相比，减施化肥增施有机肥和菌剂提高了脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性，且随有机肥施入量的增加而增加。脲酶活性RF1、RF2、RFM1和RFM2较CF分别提高7.14%、37.01%、38.31%和45.45%，其中以RFM2处理较高，与RF2和RFM1差异未达显著水平，但显著高于其他处理。蔗糖酶活性RF1、RF2、RFM1和RFM2较CF 分别提高27.80%、51.47%、32.45%和22.64%，其中以RF2处理最高，显著高于其他处理。过氧化氢酶活性RF1、RF2、RFM1和RFM2较CF 分别提高6.72%、18.65%、21.64%和14.93%，其中以RFM1处理较高，与RF2和RFM2差异不显著，但显著高于其他处理。碱性磷酸酶活性以RFM2处理较高，但施肥各处理间差异未达显著水平。

表3 不同施肥处理对土壤酶活性的影响

2.3 减施化肥增施有机肥和菌肥对土壤养分的影响

由表4 可知，不同施肥处理对土壤养分的影响存在差异。与CK 处理相比，各施肥处理增加了土壤水解性氮、有效磷、速效钾和有机质含量。土壤有机质含量各减施化肥处理与CF相比随着有机肥增加而增加，配施菌肥降低了有机质含量，RFM1比RF1和RFM2比RF2有机质含量分别少12.01%和16.35%，差异达显著水平。水解性氮含量较CF 相比RF1、RF2、RFM1和RFM2分别增加57.42%、28.47%、-0.41%和23.54%，配施菌肥降低了水解性氮含量。有效磷和速效钾随着有机肥增加而增加，配施菌肥后随着有机肥增加呈下降趋势。RFM1比RF1和RFM2比RF2有效磷含量分别少12.30%和36.56%，差异显著。RFM1比RF1和RFM2比RF2速效钾含量分别少8.83%和38.05%。土壤pH表现为CF＞CK＞RF1＞RFM2＞RFM1＞RF2，化肥减量配施有机肥和菌剂降低了土壤pH。

表4 不同施肥处理对土壤养分的影响

2.4 减施化肥增施有机肥和菌肥对番茄品质的影响

由表5 可知，化肥减量配施有机肥和菌剂对设施番茄品种影响存在差异。与CK 处理相比，各施肥处理增加了番茄可溶性固形物、Vc 和番茄红素含量，减少了有机酸的含量。与CF 处理相比，RF1、RF2、RFM1和RFM2各处理番茄可溶性固形物含量增加3.11%、1.56%、9.34%和8.13%；Vc 含量增加7.57%、4.55%、12.12%和9.09%；番茄红素含量增加8.39%、4.45%、11.71%和9.03%；有机酸含量减少8.57%、5.71%、20.00%和11.43%。各施肥处理相比增加菌肥处理显著减少了番茄有机酸含量，提高了可溶性固形物、Vc和番茄红素含量。

表5 不同施肥处理对番茄品质的影响

2.5 减施化肥增施有机肥和菌肥对番茄产量的影响

由表6 可知，与CK 相比，施肥显著增加了单株结果数、单果重和产量。各减肥化肥处理单株结果数、单果重和产量随着化肥用量的减少而降低。单株结果数以RFM1处理较高，与CF、RF1和RFM2处理差异不显著，但显著高于CK和RF2。单果重以RFM1处理较高，各施肥处理差异不显著。最终也产量以RFM1较高，RF1、RF2、RFM1和RFM2较CF 增产4.40%、-6.55%、8.13%和0.81%。

表6 不同施肥处理对番茄产量的影响

3 结论与讨论

土壤生态系统中微生物是土壤十分重要的构成部分。土壤中微生物群落结构及数量，因作物种类和施肥模式、耕作制度等不同而呈现出一定的动态变化规律，其在有机物分解转化过程中起十分重要的作用，在土壤氮、碳和磷等循环中有非常重要的间接性作用，是评价土壤肥力的重要指标[19-21]。设施栽培中特定环境及农药和化肥的大量投入，土壤由高肥细菌主导向低肥真菌主导转化，导致土壤有害微生物升高、土传病害加重和肥力下降等问题[22]。本研究发现，减施化肥增施有机肥和菌肥可使番茄根际土壤放线菌和细菌数量增加，真菌数量减少，并随有机肥施入量的增加而呈增加趋势。此结果与丁文娟等[23]和刘建国等[20]研究结果一致。在各处理中，RFM2处理的细菌数和放线菌数量最多，RFM1处理真菌数量最少。这说明普通有机肥可提高作物所需养分，而菌肥含有大量的有益功能微生物，可活化土壤土著微生物，有益功能微生物通过占领空间和竞争营养，产生的抗生素、胞外溶解酶和细菌素等抑菌物质可为保护作物根系[24-25]。本研究中RFM1比RF1细菌/真菌和放线菌/真菌数量比提高68.83%和40.56%，RFM2比RF2细菌/真菌和放线菌/真菌数量比提高69.33%和39.91%，均达显著水平。已有研究表明[4,26-27]，作物土传病害的发病率与土壤放线菌数和细菌呈负相关，与土壤真菌数量呈正相关，生物菌肥能提高土壤有益微生物的数量，改善土壤微生物群落结构。因此减量化肥增施有机肥和有益微生物改善了根际环境，促进了番茄根系生长发育，提高作物抗性，有助于实现可持续发展的生态平衡土壤环境。

土壤酶活性与作物、施肥种类、耕作模式及土壤水气热条件等密切相关，是土壤生物活性的重要指标之一[28]。本研究表明不同施肥处理均提高了土壤酶活性。与CF 处理相比，化肥减量配施有机肥和菌剂提高了脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性，且随有机肥施入量的增加而增加。与曲成闯等[29]和王宁等[12]的研究结果一致。前人研究[30-32]表明，通过增施菌肥可提高土壤有益功能微生物种群数量和活性，可促进土壤外源有机质分解，释放更多的氮、磷、钾。这与本文结果一致，配施菌肥降低了有机质含量，RFM1比RF1和RFM2比RF2有机质含量分别少12.01%和16.35%，差异达显著水平。与CF 处理相比，各施肥处理增加了土壤有效磷和速效钾。土壤蔗糖酶的酶促基质为蔗糖，配施有机肥和菌肥使土壤微生物较多的利用糖类；土壤中的磷酸酶活性可加快有机磷的分解和转化；菌肥中有大量解磷、解钾和固氮等功能微生物。因此减施化肥增施有机肥和菌肥能增加土壤酶活性及有效磷和速效钾含量。

化肥肥效快易被植物吸收利用但持续时间短，有机肥含有丰富的养分但释放缓慢，而配施菌肥可增加土壤有益微生物，加快土壤外源有机质的分解和活化土壤酶活性，使植物根系生长发育良好和所需养分稳定均衡，而更有利于促进植株的生长发育[31-32]。本研究表明，减施化肥增施有机肥和菌肥增加了番茄可溶性固形物、Vc和番茄红素含量，减少了有机酸的含量，以RFM1番茄可溶性固形物、Vc 和番茄红素含量最高及有机酸含量最低。最终也产量以RFM1较高，RF1、RF2、RFM1和RFM2较CF 增产4.40 %、-6.55%、8.13%和0.81%。因而减施20%的化肥，增施有机肥和菌肥可增加番茄根际周围土壤细菌和放线菌数量，同时降低真菌数量，使有益微生物大量繁殖抑制有害细菌和真菌的定殖，改善土壤微生物群落结构，进而提高作物的抗病性，达到提高产量和品质的目的。