劉中良， 高 昕， 張艷艷， 谷端銀， 焦 娟， 高俊杰， 劉世琦

(1.泰安市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，山東泰安 271018； 2.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，山東泰安 271018；3.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院，山東泰安 271018； 4.農(nóng)業(yè)部園藝作物生物學(xué)重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，山東泰安 271018)

我國(guó)是世界上番茄栽培面積最大、生產(chǎn)總量最多的國(guó)家，常年產(chǎn)量穩(wěn)定在5 000萬(wàn)t以上[1]。番茄作為我國(guó)設(shè)施主栽蔬菜作物之一，具有生育期長(zhǎng)、需肥量大、產(chǎn)值高等特點(diǎn)，但在其生產(chǎn)中為追求高產(chǎn)量、高效益，而盲目施肥的現(xiàn)象普遍。相關(guān)研究表明，設(shè)施蔬菜N、P2O5、K2O投入量平均分別超出推薦量的2.5倍、10.4倍和2.5倍[2]。過(guò)量施肥導(dǎo)致土壤養(yǎng)分比例失衡，引起蔬菜抗逆性變差，土壤鹽漬化、土傳病害加重等連作障礙問(wèn)題致使蔬菜硝酸鹽含量超標(biāo)、品質(zhì)下降[3]。此外，設(shè)施蔬菜生產(chǎn)長(zhǎng)期處于高集約化、高復(fù)種指數(shù)的生產(chǎn)狀態(tài)，土壤環(huán)境缺少雨水淋洗及高溫高濕的生態(tài)環(huán)境，易導(dǎo)致土壤環(huán)境惡性循環(huán)[4]?；蔬^(guò)量施肥、農(nóng)作物秸稈和禽畜糞便已經(jīng)成為導(dǎo)致我國(guó)農(nóng)業(yè)資源環(huán)境質(zhì)量下降的主要因素[5-6]。

我國(guó)農(nóng)業(yè)廢棄物產(chǎn)量巨大，如何合理利用已成為當(dāng)前農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展急需解決的問(wèn)題[7]?；|(zhì)栽培作為無(wú)土栽培的主要形式，可以有效實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物高效利用，避免了環(huán)境污染。目前，基質(zhì)栽培廣泛采用的是草炭和巖棉，易造成資源浪費(fèi)、環(huán)境污染。農(nóng)業(yè)廢棄物基質(zhì)化利用可有效解決因廢棄物造成的環(huán)境和社會(huì)問(wèn)題，且來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉，成為當(dāng)前栽培的熱點(diǎn)[8-9]。豐軍輝等通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，農(nóng)村農(nóng)業(yè)廢棄物基質(zhì)化率為15.50%[10]。李天鵬等研究表明，V菇渣∶V蚓糞=8 ∶1適宜番茄育苗[11]。也有研究表明，V菇渣∶V蛭石=(8～4) ∶1適宜番茄育苗[12]。基質(zhì)栽培不僅提高了資源利用率，利于番茄生長(zhǎng)，也顯著改善番茄品質(zhì)，提高產(chǎn)量。王鵬等研究發(fā)現(xiàn)，基質(zhì)栽培可顯著提高番茄果實(shí)的維生素C、可溶性固形物和可溶性糖的含量，改善口感品質(zhì)糖酸比，提高產(chǎn)量12.5%～16.8%[13]。王博等研究表明，基質(zhì)栽培可以提高設(shè)施番茄的品質(zhì)[14]，也可有效克服青枯病等土傳病害[15]。關(guān)于基質(zhì)栽培番茄肥水管理亦有報(bào)道[16-17]。本研究以前期基質(zhì)配方研究為基礎(chǔ)，開展基質(zhì)栽培與土壤栽培番茄產(chǎn)量及品質(zhì)比較研究，為基質(zhì)栽培示范推廣提供理論和實(shí)踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試番茄品種為STP-F318，由AWET種子有限公司選育。栽培基質(zhì)(菌渣、稻殼、牛糞和沙子)由山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院提供，經(jīng)充分腐熟后配制，V菌渣∶V稻殼∶V牛糞∶V沙子=4 ∶2 ∶1 ∶1[18]，用量 600 m3/hm2。栽培基質(zhì)及試驗(yàn)基地土壤理化性狀見表1。所需肥料為金正大大量元素水溶肥料(N+P2O5+K2O≥60%，20-20-20+TE)，購(gòu)于金正大生態(tài)工程集團(tuán)股份有限公司。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)分別于2017年7月10日至2018年1月24日(秋冬茬)、2018年2月2日至2018年7月15日(早春茬)在山東省泰安市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院研究示范基地(泰山示范基地和岱岳示范基地)日光溫室中進(jìn)行，溫室長(zhǎng)度、跨度和脊高為90 m×12 m×4.8 m。泰山基地秋冬茬番茄土壤栽培和基質(zhì)栽培分別以TQT、TQJ表示，早春茬以TCT、TCJ表示；岱岳基地秋冬茬土壤栽培和基質(zhì)栽培分別以DQT、DQJ表示，早春茬以DCT、DCJ表示。番茄種子分別于2017年7月10日至8月25日、2018年2月2日至3月19日穴盤育苗?；|(zhì)栽培槽長(zhǎng)、寬、深分別為8、40、25 cm，槽距1.4 m，栽培槽采用半隔離式，槽邊用地膜與土壤隔離，槽底不鋪。對(duì)照(CK)為種植戶常規(guī)土壤栽培，栽培模式與基質(zhì)種植模式一致，每槽種植2行，株距 30 cm，水肥一體化管理。2茬番茄均于5穗果摘心打頂，每穗留4個(gè)果，其他均按照常規(guī)管理，水溶肥每茬用量為 1 500 kg/hm2。

表1 基質(zhì)與土壤養(yǎng)分情況

1.3 指標(biāo)測(cè)定

番茄果實(shí)指標(biāo)于山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院農(nóng)業(yè)部園藝作物生物學(xué)重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)定。待第3穗果成熟時(shí)(12月17日、6月22日)，采用LI-6400光合儀，于 10：00—10：30選擇頂部往下第5張成熟葉片測(cè)定光合速率；同時(shí)隨機(jī)選取10棵20個(gè)3穗果測(cè)定品質(zhì)指標(biāo)。維生素C含量和可溶性糖含量分別采用2，6-二氯靛酚比色法、硫酸-蒽酮比色法測(cè)定[19]；采用高效液相色譜法測(cè)定番茄紅素含量[20]；糖酸比為可溶性糖含量與有機(jī)酸含量比值。每次收獲計(jì)產(chǎn)，累計(jì)產(chǎn)量。番茄收益按照當(dāng)?shù)剞r(nóng)貿(mào)市場(chǎng)實(shí)際收購(gòu)價(jià)計(jì)算。

1.4 數(shù)據(jù)處理

收益公式：

P=Y×I。

式中：P為收益，元/hm2；Y為產(chǎn)量，kg/hm2；I為價(jià)格，元/kg。

經(jīng)濟(jì)效益公式：

EI=P-FC-SC。

式中：EI為經(jīng)濟(jì)效益，元/hm2；Y為產(chǎn)量，kg/hm2；FC為肥料成本，元/hm2；SC為基質(zhì)成本，元/hm2。

所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel 2003整理，DPS 7.05軟件統(tǒng)計(jì)分析，Sigmaplot 14.0軟件繪制圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 基質(zhì)栽培與土壤栽培對(duì)番茄光合速率的影響

凈光合速率與產(chǎn)量、品質(zhì)存在密切關(guān)系。各處理番茄的凈光合速率如圖1所示，TCJ處理凈光合速率最大，達(dá)到17.53 μmol/(m2·s)，其次是DCJ處理，為17.45 μmol/(m2·s)，二者間無(wú)明顯差異。此外，基質(zhì)栽培番茄葉片凈光合速率高于同茬土壤栽培凈光合速率，表明基質(zhì)栽培利于提高凈光合速率。

2.2 基質(zhì)栽培與土壤栽培對(duì)番茄品質(zhì)的影響

番茄果實(shí)維生素C、番茄紅素和可溶性糖含量是重要的品質(zhì)指標(biāo)。由表2可知，基質(zhì)栽培處理改善番茄果實(shí)品質(zhì)，其中維生素C含量以TCJ處理最高，為31.92 mg/100 g，DCJ處理次之，為 31.45 mg/100 g，TCJ處理與除DCJ處理外的其他處理差異顯著，且基質(zhì)栽培處理維生素C含量均高于同茬土壤栽培。番茄紅素含量和維生素C含量變化趨勢(shì)類似，基質(zhì)栽培番茄果實(shí)番茄紅素含量較同茬土壤栽培均增加，表明基質(zhì)栽培對(duì)番茄果實(shí)番茄紅素積累有促進(jìn)作用，其中DCJ處理番茄紅素含量最高，為7.15 mg/100 g。各處理間可溶性糖含量多無(wú)顯著差異，為1.42%～1.84%。糖酸比是評(píng)價(jià)番茄果實(shí)重要的口感品質(zhì)，DQJ處理、TQJ處理、TCJ處理和DCJ處理的糖酸比分別為8.23、8.31、8.42、8.54，口感均較佳。此外，無(wú)論基質(zhì)栽培還是土壤栽培，春茬番茄果實(shí)糖酸比優(yōu)于秋茬，這可能與春季隨著氣溫升高，溫光適宜番茄生長(zhǎng)有關(guān)。

2.3 基質(zhì)栽培與土壤栽培對(duì)番茄產(chǎn)量及效益的影響

由表3可知，在泰山基地基質(zhì)栽培番茄產(chǎn)量較土壤栽培顯著提高， 同茬基質(zhì)栽培較土壤栽培增產(chǎn)8.39%～15.45%，而在岱岳基地DQJ處理較DQT處理有所減產(chǎn)，減產(chǎn)率為 2.08%，DCJ處理產(chǎn)量最高，為192 501.75 kg/hm2。由于基質(zhì)栽培番茄具有較好口感品質(zhì)(糖酸比)和外觀品相，均價(jià)上基質(zhì)栽培高于土壤栽培0.4～0.5元/kg(市場(chǎng)價(jià)格)。從年經(jīng)濟(jì)效益上看，2個(gè)基地基質(zhì)栽培均高于土壤栽培，分別達(dá)到573 151.84、582 338.11元/hm2，較土壤栽培分別提高 116 083.10、57 003.97元/hm2。

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示在5%水平差異顯著。下同。

表3 基質(zhì)栽培與土壤栽培對(duì)番茄產(chǎn)量及效益的影響

注：肥料成本=1 500 kg/hm2×20元/kg=30 000元/hm2，基質(zhì)成本=600 m3/hm2×105元/m3=63 000元/hm2，適用3年[21]，即 10 500元/(茬·hm2)。

3 結(jié)論與討論

我國(guó)農(nóng)業(yè)廢棄物資源數(shù)量大、 種類多、分布廣，由此引發(fā)的環(huán)境問(wèn)題日趨嚴(yán)重，如何實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用將是一項(xiàng)前景廣闊的產(chǎn)業(yè)[22]。以往研究主要以還田為主，單一產(chǎn)業(yè)處理難以消納當(dāng)?shù)厮械霓r(nóng)業(yè)廢棄物[23]。光合速率反映作物利用光能的大小，直接關(guān)系作物光合產(chǎn)物的積累。本研究結(jié)果表明，基質(zhì)栽培番茄較土壤栽培可明顯提高光合速率，為增產(chǎn)奠定基礎(chǔ)，TCJ處理凈光合速率最大，為17.53 μmol/(m2·s)。這與基質(zhì)的生理生化特性相互協(xié)調(diào)有很大的關(guān)系，例如基質(zhì)栽培通氣透水性、水肥利用率高于土壤栽培[24]。以往研究主要是基質(zhì)處理間對(duì)比。毛碧增等研究表明，基質(zhì)栽培顯著提高番茄幼苗的光合速率，有助于培育壯苗[25]。

番茄果實(shí)中營(yíng)養(yǎng)成分的含量決定其口感品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)?；|(zhì)栽培明顯提高番茄的番茄紅素、維生素C和可溶性糖等品質(zhì)含量，改善番茄糖酸比等口感品質(zhì)[26-27]。相關(guān)研究表明，稻殼分解慢，能顯著改善基質(zhì)的通透性，為作物提供所需養(yǎng)分[28]。腐熟菌渣在腐熟過(guò)程中通過(guò)微生物降解將有機(jī)物向穩(wěn)定的腐殖質(zhì)發(fā)酵轉(zhuǎn)化[29]。稻殼和菌渣等優(yōu)化配制基質(zhì)，能夠明顯地改善番茄的根際微環(huán)境，提高土壤的酶活性和有益微生物數(shù)量，提高根系活力，促進(jìn)養(yǎng)分吸收[30]。本研究發(fā)現(xiàn)，基質(zhì)栽培較土壤栽培番茄各品質(zhì)指標(biāo)有明顯提高，其中番茄紅素含量以DCJ處理最高，為7.15 mg/100 g，維生素C含量以TCJ處理最高，為31.92 mg/100 g，糖酸比以DQJ處理、TQJ處理、TCJ處理和DCJ處理較佳，分別為8.23、8.31、8.42、8.54，均優(yōu)于土壤栽培。由于本研究中基質(zhì)原料來(lái)源同一批次，關(guān)于不同來(lái)源的基質(zhì)對(duì)番茄品質(zhì)的影響有待進(jìn)一步研究和驗(yàn)證。

本研究結(jié)果表明，基質(zhì)栽培較土壤栽培番茄產(chǎn)量顯著提高。除DQJ基質(zhì)處理外，基質(zhì)栽培均較土壤栽培增產(chǎn)。王博等研究表明，基質(zhì)栽培顯著提高番茄產(chǎn)量，配方V牛糞∶V玉米桿∶V菇渣∶V草炭∶V蛭石∶V河沙=2.5 ∶2 ∶1 ∶1 ∶1 ∶2.5 的產(chǎn)量最高，為 9 317.89 kg/667 m2[14]。馬彥霞通過(guò)連續(xù)開展了3年的栽培基質(zhì)研究表明，基質(zhì)栽培年限越長(zhǎng)越不利于番茄植株生長(zhǎng)，但對(duì)基質(zhì)酶活性和主要養(yǎng)分的影響較小[31]。本研究下一步將對(duì)基質(zhì)栽培年限對(duì)番茄產(chǎn)量、品質(zhì)的穩(wěn)定性、年限性及補(bǔ)充率等進(jìn)行深入研究。綜合考慮番茄品質(zhì)、產(chǎn)量及效益等因素，基質(zhì)栽培番茄品質(zhì)較土壤栽培有明顯提高，產(chǎn)量、效益增加，總體優(yōu)于土壤栽培。