减氮与配施微生物菌剂对设施番茄产量、品质及氮素吸收的影响

夏渝静　卢树昌　张迎珂

摘要：：通过减氮与配施微生物菌剂对设施番茄产量、品质及氮素吸收的影响进行研究，为设施菜田氮素合理管理提供理论依据。本试验设计了9个处理，即T1（常规施氮）、T2（减施15%N）、T3（减施15%N＋菌剂）、T4（减施30%N）、T5（减施30%N＋菌剂）、T6（减施45%N）、T7（减施45%N＋菌剂）、T8（减施100%N）、T9（减施100%N＋菌剂），研究番茄产量、品质、氮素吸收量和氮素利用率等。结果表明，施菌剂处理与不施菌剂处理相比，产量均有增加。适量减氮，番茄果实产量未出现下降，并且与菌剂结合下，产量有所增加，其中T3处理产量最大，为151 851.85 kg/hm2，与T1处理相比增产了15.22%。各处理总干物质量最大亦为T3处理，即16 823.28 kg/hm2，是T1处理的1.14倍，其次为T2处理。番茄总吸氮量和氮素利用效率最高的均是T3处理，总吸氮量为369.58 kg/hm2，比T1处理增加了25.06%；氮素利用效率达30.99%，是T1处理的2.09倍。从番茄品质看，T7处理番茄果实硝酸盐含量最低，为 185 mg/kg，较T1处理降低了28.30%，其次为T4处理；T3处理维生素C、可溶性总糖含量及糖酸比等指标均最高。从土层间氮运移看，0～120 cm土层硝态氮运移减缓效果较好的为T2和T3处理。综合来看，适量减氮与微生物菌剂结合施用能提高设施番茄产量、干物质量及品质，同时能提高氮素的吸收、利用并减缓氮向下运移，T3处理综合效果最好。

关键词：设施番茄；微生物菌剂；氮肥减量；产量；品质；氮素吸收

中图分类号：S144.1；S641.206文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2024）09-0189-06

番茄（Solanum lycopersicum Mill.），别称西红柿，是茄科番茄属1年生或多年生草本植物，是世界上重要的经济作物之一［1］。目前，我国是世界上设施蔬菜栽培面积最大的国家，设施蔬菜产业发展态势良好，种植面积稳定，设施蔬菜生产水平逐年提高［2-4］。氮素是蔬菜营养的三大要素之一，植物体内维生素、可溶性糖、蛋白质等物质含量均受其影响［5］。氮素在植株生长发育过程中发挥着至关重要的作用，通过迁移和沉积到达地面的氮素，能提高土壤中氮的有效性，促进植物根系的吸收和生长［6］。但设施栽培施氮肥量大［7］，施肥结构不合理等现象普遍存在。有统计资料显示，设施菜地氮肥施用量占全国氮肥施用量的17%，远远高于大田作物，对资源、经济以及环境都有影响［8］。过量施氮，未被植物吸收和利用的养分大部分会残留在土壤中［9］，会导致作物的根层长期处于富氮状态，氮素淋洗加剧，造成土壤酸化、次生盐渍化、面源污染等环境生态问题［10-11］。为了解决蔬菜高产与氮肥大量施用而引起蔬菜品质下降和环境污染这一矛盾，促进设施蔬菜优质生产和可持续发展已是亟待解决的问题。

土壤微生物和土壤氮素转化紧密相关，除少数对农作物有害外，大多数对农作物的生长发育起着重大作用［12］。微生物菌剂是有益微生物菌群以某种多孔物质为载体加工制成的微生物活菌制剂，能够在土壤或基质中繁殖，形成有利于植物生长的优势菌群，对病原微生物有颉颃作用［13］，能维持植物根际微生物区系平衡，降解有毒害物质，增强作物根部的抗病能力［14］，也可以改善土壤的酸碱度，调节pH值［15］。目前对微生物菌剂在作物增产、抗病性等方面的研究较多，但针对设施番茄微生物菌剂使用及其与氮肥的互作还鲜有报道。本试验结合生产实际，通过田间试验探讨了氮肥减量配施微生物菌剂对设施番茄产量、品质及氮素吸收的影响研究，以期为设施番茄生产中氮肥减量、增产提质、改善土壤环境提供科学依据，并为微生物菌剂在生态农业中的推广应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验区位于天津市武清区大孟庄镇后幼庄村（116°57′E，39°32′N），该区为暖温带半干旱半湿润大陆性季风气候。大棚夏季 6—8月为休闲季，秋冬茬以叶菜类为主，冬春茬以果菜类为主。试验棚龄在15年以上，土壤地力较高，质地为中壤土，偏碱性，土壤氮累积比较严重，加之灌水量大，存在氮淋洗环境风险，土壤具体性状见表1。基础土壤采样时间为12月，前期菌剂试验，未加入氮肥，土壤硝态氮含量有所降低，通常该设施土壤硝态氮含量约为200 mg/kg。

1.2 试验材料

供试作物：番茄品种为优柿三号，该品种果实熟性早，产量高，不易裂果，硬度好，耐储运。

供试材料：微生物菌剂为坤益健50农用微生物菌剂（文中简称为菌剂），购买于天津坤禾生物科技集团股份有限公司。功能菌为枯草芽孢杆菌、胶冻样类芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌，菌种比例为 3 ∶1 ∶3，有效活菌数≥50.0×108 CFU/g。功能菌的功效为分解土壤有机质、增进矿质营养释放、促进根系发育和抑制病害发生等。

试验肥料为尿素（N含量46%）、复合肥（氮磷钾含量均为15%）、硝酸钙肥（N含量15%）、硫酸钾（K含量52%）、磷酸二铵（氮磷钾含量分别为18%、46%、0）、芝麻酱（全氮含量3.07%），均购自贵州芭田生态工程有限公司。

1.3 试验设计与管理

此试验是基于实际生产，从降低减产风险、确保番茄产量达到105 000 kg/hm2的水平下进行氮肥减量与菌剂结合的梯度设计。试验共设9个处理，即T1（常规施氮）、T2（减施15%氮）、T3（减施15%氮＋微生物菌剂）、T4（减施30%氮）、T5（减施30%氮+微生物菌剂）、T6（减施45%氮）、T7（减施45%氮+微生物菌剂）、T8（减施100%氮）、T9（减施100%氮+微生物菌剂）。每个处理3次重复。减施100%N为计算氮素吸收利用而设计的处理，不同处理施氮量及微生物菌剂用量详表2。

试验于2022年1—5月在棚内进行，试验小区面积24.3 m2（6 m×4.05 m），每个处理重复3次，其中常量施氮处理基肥占40%，追肥占60%，分4次施入。减氮处理在农户习惯性常量施氮基础上进行。菌剂在第2穗果膨大时开始施用，分3次追施，追施时期为每穗番茄果实膨大期。各处理磷钾施用一致，其中磷（P2O5）总养分投入量为540 kg/hm2，基追比4 ∶6，追肥分3次施入，钾（K2O）总养分投入量为450 kg/hm2，基追比5 ∶5，追肥分3次施入。基肥施用芝麻酱2 850 kg/hm2、复合肥 1 425 kg/hm2、硫酸钾（K含量52%）420 kg/hm2、硝酸钙肥 285 kg/hm2。追肥中氮肥用尿素（含氮46%）提供，磷肥用磷酸二铵（氮磷钾含量分别为18%、46%、0）提供，钾肥用硫酸钾（K含量52%）提供，磷酸二铵中提供氮素部分从每次追肥氮素中扣除后，再计算尿素用量。追施时期均为每穗番茄果实膨大期。灌水方式为畦灌。番茄栽培管理中侧枝及时摘除，同时根据植株生长状况去除下部老叶，每株留有4个果穗，1个穗上留果量为3～4个。

1.4 调查采样与测试

1.4.1 样品采集与测定

土壤样品：采集番茄生长初期及收获期 0～30、30～60、60～90、90～120 cm 土壤样品，每个处理采集处理小区前后半个小区的中心位置的两钻土，同层混合均匀，写好标签，进行自然风干和制备，测定土壤相关指标。硝态氮含量采用紫外分光光度法［16］测定。

植物样品：收获时，用电子秤称重并记录每个重复测产畦地上部分和地下部分（根系为0～20 cm 土层深度）总鲜生物量，并选择与整体长势一致的植株3株，带回实验室，晾干粉碎；植物全氮含量采用 VELP 全自动凯氏定氮仪（上海晟声自动化分析仪器有限公司）［16］测定。

产量：统计从开始采收至持续采收2个月的番茄产量总和。

各部位吸氮量：各部位吸氮量=各部位干物质量占比×全氮含量。

氮素利用效率=（施肥区作物吸氮总量-无氮区作物吸氮总量）/所施肥料中氮素的总量×100%。

果实品质测定：可溶性总糖含量用蒽酮比色法测定［16］，总酸含量用碱液滴定法测定［16］，维生素C含量用2，6-二氯酚靛酚滴定法测定［16］，硝酸盐含量用紫外分光光度法测定［16］。

1.5 数据处理与分析

用Excel 2010进行数据处理，用SPSS 22.0软件进行统计分析，应用Duncans法和LSD法进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同处理对设施番茄产量的影响

番茄产量是衡量作物生长好坏的重要指标。由图1可知，不施菌剂的T1、T2、T4、T6和T8处理中，随着氮肥的减少，产量呈先增后减趋势，最大的是T2处理，为147 325.10 kg/hm2，T2较T1处理相比显著增产了11.79%，而T4和T6处理较T1处理分别减产了8.51%和9.13%，说明氮素能影响作物产量，适度的施氮可以增加番茄产量。增施微生物菌剂的T3、T5、T7和T9处理中，T3处理的番茄产量最高，为151 851.85 kg/hm2，其次为T5处理。而T3处理较T1和T2处理分别显著增产了15.22%和3.07%，说明施菌剂有利于提高番茄的产量，且适量的减氮配施微生物菌剂能达到增产的最好效果，综合考虑，效果较好的处理为T2、T3处理。

2.2 不同处理对设施番茄干物质量的影响

由图2可知，不施菌剂的处理中，T2处理总干物质量最大，为15 796.31 kg/hm2，其次为T1处理，为14 749.06 kg/hm2，而T2处理较T1处理显著增加7.10%，说明适量的氮素能促进番茄的生长。增施菌剂处理中T3处理的总干物质量最大，为 16 823.28 kg/hm2，其次为T5处理。T3处理与T1处理相比显著增加14.06%，与相同减氮量不施菌剂的T2处理相比，总干物质量增长6.50%，果实部分增长3.07%，茎叶部分增长12.95%，说明增施微生物菌剂有利于番茄干物质的积累。综合考虑，较好的处理为T2、T3处理。

2.3 不同处理对设施番茄品质的影响

由表3可知，不施菌剂的处理中，T2、T4、T6处理的番茄维生素C含量均高于T1处理，说明减少氮素施用能增加番茄维生素C的含量，提高番茄的营养。糖度和酸度能够调节番茄果实的口味，是评价番茄果实品质的一个重要指标。T1处理的番茄糖酸比为7.92，T2处理和T6处理分别达到了8.87和8.98，说明施氮量过高会降低番茄的风味，适当的施氮量能有效改善番茄的口味。T2、T4、T6和T8处理番茄硝酸盐含量较T1处理均有减少，表明减少氮的施入可以降低果实中硝酸盐含量。

施菌剂的T3、T5、T7和T9处理中，T3处理维生素C含量最高，较T1处理和T2处理分别显著增加了33.50%和17.10%，总糖含量、糖酸比均为T3处理最大，糖酸比达9.79，较T2处理增加了10.37%；T7处理硝酸盐含量最低，较T1处理显著减少了28.30%，说明增施微生物菌剂可以降低番茄果实中硝酸盐的含量。添加微生物菌剂可以提高番茄的营养品质，降低番茄总酸含量，改善番茄的风味。

2.4 不同处理对设施番茄氮素吸收的影响

由表4可知，不施菌剂的T1、T2、T4、T6和T8处理番茄总植株吸氮量随氮肥用量的减少呈现先增后减趋势。T2处理果实氮素吸收量最大，为206.26 kg/hm2，较T1处理显著提高了11.79%，说明适量的氮能促进番茄果实对氮素的吸收。施菌剂的处理番茄总植株吸氮量顺序依次为T3＞T5＞T7＞T9，且T3处理较T1处理和T2处理相比增加了25.06%和16.61%，果实的吸氮量T3处理最大，为242.96 kg/hm2，施微生物菌剂的T3、T5、T7、T9处理分别与相同减氮量不施菌剂的T2、T4、T6、T8处理相比果实和总植株的氮素吸收量均有增加，说明增施微生物菌剂能提高番茄的吸氮量，适量地减少氮肥配施微生物菌剂能让氮素吸收量达到最大。综合考虑，T2、T3处理对氮素吸收较好。

2.5 不同处理对氮素利用效率的影响

由图3可知，T1～T7处理的番茄氮素利用效率依次为14.84%、21.54%、30.99%、17.62%、23.27%、22.15%、24.13%。不施菌剂的处理，氮素利用效率依次为 T6＞T2＞T4＞T1，T1处理氮素利用效率最低，说明适量地减少氮肥施入，能提高氮素的利用效率。增施菌剂的处理，氮素利用效率依次为 T3＞T7＞T5，T3处理的氮素利用效率是T1处理的2.09倍，且T3处理较T2处理氮素利用效率显著提高了44.07%，T5处理较T4处理提高32.07%，T7处理较T6处理提高8.94%，说明增施微生物菌剂有利于提高氮素的利用效率，而在适量减施氮肥的基础上配施微生物菌剂，氮素利用效率能达到最高值，综合考虑T3处理较好。

2.6 不同处理对各土层硝态氮运移的影响

由表5可知，不施菌剂的各减氮处理30～60、60～90、90～120 cm土层硝态氮含量降低的范围分别是7.37%～44.75%、32.09%～45.24%、 17.31%～38.06%， 30～60 cm土层硝态氮含量降低较多的为T1和T2处理，分别为44.75%和43.79%，60～90 cm 变化最大的为T8处理，其次是T2处理；90～120 cm降低变化最大的为T2处理，为38.06%，说明减少15%的氮（T3处理）减缓氮素向下运移的效果较好。施菌剂处理中，30～60、60～90 cm土层土壤硝态氮变化率最大的均为T9处理，分别为42.46%、47.98%，且均高于T8处理，其次是T3处理；90～120 cm则是T3处理降低最多，降低了31.99%，较T1处理显著提高7.03百分点，说明减氮与微生物菌剂结合可以降低土壤硝态氮向下移动。

3 讨论

氮素是植物生长必需的大量营养元素之一，氮肥施用量的合理性决定了蔬菜产量的高低与品质的优劣［17］。本试验结果表明，在施氮过度的设施菜田土壤上，以常规施氮量为基础，梯度减少氮肥施入，随着施氮量的减少，番茄果实产量、总干物质量和总植株吸氮量均呈先增后减趋势。Cabello等在田地里对甜瓜的研究表明，氮肥利用率随施氮量的减少而增加；过量的氮会降低果实的产量，还会降低果实的品质［18］，本研究结论与之一致。

除产量外，番茄品质与氮肥供应之间也有很大的关系，生产上不同施肥处理对果实品质的影响也是评价施肥量合适与否的标准［19］。有研究表明，减少氮肥施入能促进蔬菜维生素C、可溶性糖含量积累［20］，同时降低草酸和硝酸盐的含量［21］，提高蔬菜的品质。本试验结果显示，随着氮肥施用量的减少，番茄硝酸盐含量呈减少趋势，维生素C含量呈先升后降的趋势，这与王亚晨的研究结论［22］一致。糖酸比是目前国际上较为常用的评价番茄品质的指标。本试验结果显示，适量的氮肥可以提高番茄的糖酸比，改善番茄的口味。

微生物菌剂含有数量十分丰富的微生物，可以提升土壤中微生物的数量和整体活性，调节土壤pH值［23］，其代谢产物也能丰富土壤中植物所需的基本物质，提高土壤肥力［24］，促进植物生长发育［25］，提高设施蔬菜的产量和品质［26-27］。本试验结果表明，增施微生物菌剂能提高番茄产量，番茄总干物质量有所增加，植株总的吸氮量和氮素利用效率与不施菌剂相比也有所提高，这与李沁爽等的研究结果［28-29］一致。在番茄品质上，适量减氮下增施微生物菌剂，维生素C含量和糖酸比有最高值，改善了番茄的品质与风味，这与刘赵帆等的研究结论［30-31］一致。

设施蔬菜高强度的施肥及灌溉增加了土壤硝态氮积累与淋洗风险［32］，本试验中适量减少氮肥能有效减缓硝态氮向下运移，这与刘晓彤等的研究结论［33］一致，表明氮肥施用量是影响土壤硝态氮积累的重要影响因素，降低氮肥用量可以降低硝态氮向下移动。增施菌剂处理的表层土壤硝态氮含量偏高，可能是受到微生物的影响，增加土壤有机质的同时也显著增加了土壤NO-3-N浓度［34］。

4 结论

适量减氮配施微生物菌剂能提高番茄产量和干物质量的积累，T3处理效果最好，果实产量高达 151 851.85 kg/hm2，总干物质量为16 823.28 kg/hm2，

较T1处理分别增加了15.22%和14.06%。同时T3处理的植株总吸氮量最大，即369.58 kg/hm2，较T1处理提高了25.06%，氮素利用效率也最大，达到30.99%，是T1处理的2.09倍。对番茄品质影响上，T3处理维生素C含量为26.7 mg/100 g，较T1处理增加33.50%，糖酸比也为最大。本研究中施微生物菌剂可以减缓硝态氮向土壤下层移动，90～120 cm土层T3处理降低最多，降低了31.99%，较T1处理显著提高7.03百分点。

综上所述，在设施番茄生产中，T3处理配施微生物菌剂处理可促进番茄对土壤中氮肥的吸收和利用率，提高番茄产量、品质，改善土壤环境。

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收稿日期：2023-06-19

基金项目：天津市重点研发计划科技支撑重点项目（编号：19YFZCSN00290）。

作者简介：夏渝静（1998—），女，云南昆明人，硕士研究生，主要从事作物土壤环境关系研究。E-mail：yjxia0601@qq.com。

通信作者：卢树昌，博士，教授，主要从事农田土壤质量与植物营养的教学与科研工作。E-mail：lsc9707@163.com。