王歸鵬，馬樂樂，范兵華，任瑞丹，李建明

(西北農(nóng)林科技大學(xué) 園藝學(xué)院/農(nóng)業(yè)部西北設(shè)施園藝工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 楊凌 712100)

番茄是栽培面積最廣泛的設(shè)施蔬菜種類之一，既菜又果，風(fēng)味獨(dú)特，深受人們喜愛[1]。隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整，園藝產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展將以提質(zhì)增效為戰(zhàn)略目標(biāo)[2]，而有機(jī)農(nóng)業(yè)對(duì)園藝產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效具有決定性意義[3-4]。有機(jī)生產(chǎn)秉承可持續(xù)生產(chǎn)理念[5]，是一種安全優(yōu)質(zhì)的天然生產(chǎn)模式。有機(jī)基質(zhì)加有機(jī)營(yíng)養(yǎng)液的全有機(jī)栽培模式是實(shí)現(xiàn)番茄安全優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)最行之有效的途徑之一[6-7]。但有機(jī)基質(zhì)養(yǎng)分的釋放是一個(gè)緩慢過程[8]，在栽培后期會(huì)出現(xiàn)肥效緩慢等現(xiàn)象。有機(jī)質(zhì)的分解主要靠微生物，養(yǎng)分的釋放量受控于微生物的生物量[9]，因此通過改善有機(jī)基質(zhì)的微生物生物量，研究有機(jī)基質(zhì)和有機(jī)營(yíng)養(yǎng)液養(yǎng)分的活化和轉(zhuǎn)運(yùn)顯得尤為重要。

微生物菌劑是一種活菌制劑[10]，能在土壤或基質(zhì)中繁殖，形成有利于植物生長(zhǎng)的微生物優(yōu)勢(shì)菌群；且其在繁殖代謝過程中能夠產(chǎn)生活性物質(zhì)，改善土壤微生態(tài)平衡、養(yǎng)分狀況和理化性質(zhì)，提高植物根際微生物數(shù)量和酶活性，進(jìn)而促進(jìn)植物生長(zhǎng),提高產(chǎn)量和品質(zhì)[11-12]。促生細(xì)菌是分布在植物根際的一類有益微生物，其在與植物的有益共生過程中能夠產(chǎn)生相關(guān)激素和信號(hào)分子，調(diào)控植物的生長(zhǎng)發(fā)育，在微生物菌劑中具有廣闊的應(yīng)用前景。芽孢桿菌作為植物根際典型的促生菌[13]，其主要特征是促進(jìn)植物生長(zhǎng)、提高產(chǎn)量。目前關(guān)于微生物菌劑的研究多集中于土壤栽培[14]、生態(tài)治理[15]和發(fā)酵應(yīng)用[16]等領(lǐng)域，尚無有機(jī)基質(zhì)和無土栽培等方面的研究報(bào)道。因此，本研究在有機(jī)栽培中應(yīng)用微生物菌劑以期解決有機(jī)肥“緩、慢”的問題。本試驗(yàn)采用有機(jī)基質(zhì)加有機(jī)營(yíng)養(yǎng)液的番茄全有機(jī)栽培模式，研究施用微生物菌劑對(duì)基質(zhì)養(yǎng)分、番茄植株光合特性以及產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，揭示微生物菌劑促進(jìn)基質(zhì)養(yǎng)分釋放以滿足番茄生長(zhǎng)需求的機(jī)理，篩選出最佳的微生物菌劑種類，為優(yōu)化設(shè)施番茄的全有機(jī)栽培提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2019年1-7月在西北農(nóng)林科技大學(xué)北校區(qū)園藝場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行。供試大棚為大跨度非對(duì)稱水控釀熱保溫大棚(國(guó)家專利號(hào)CN202890064U)，供試番茄品種為巴寶莉。試驗(yàn)采用水肥一體化栽培模式，設(shè)備為荷蘭Ridder公司生產(chǎn)的灌溉施肥裝置。

試驗(yàn)所用基質(zhì)是由腐熟牛糞、菇渣和珍珠巖以體積比3∶3∶4混配而成[17]，其理化性質(zhì)為：體積質(zhì)量0.37 g/cm3，持水孔隙45.1%，通氣孔隙23.4%，總孔隙度68.5%，pH 6.77，EC 2 430 μS/cm，速效氮1 683.06 mg/kg，速效磷397.63 mg/kg，速效鉀2 312.01 mg/kg，有機(jī)質(zhì)210.54 mg/kg。試驗(yàn)所用微生物菌劑為5種芽孢桿菌母劑、1種復(fù)合菌劑(枯草芽孢桿菌、解淀粉芽孢桿菌和膠凍樣芽孢桿菌的復(fù)合菌劑)和EM微生物菌劑，各微生物菌劑及其有效活菌數(shù)分別由青島蔚藍(lán)生物公司、北京阿姆斯生物公司和鄭州農(nóng)富康生物科技有限公司提供，具體微生物菌劑信息見表1。試驗(yàn)所用有機(jī)營(yíng)養(yǎng)液是將烘干后的腐熟糞肥和水按質(zhì)量比1∶10混合后攪拌，在有氧條件下浸提72 h后過濾得到豬糞、牛糞、羊糞浸提液，再將浸提液按比例混合后以山崎配方的氮元素含量為基準(zhǔn)稀釋[18]。其理化性質(zhì)為：速效氮107.00 mg/L，速效磷20.45 mg/L，速效鉀289.03 mg/L。

表1 不同微生物菌劑處理信息Table 1 Experimental treatments with different microbial agents

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)置8個(gè)處理(表1)，分別為穴施7種微生物菌劑(T1～T7)和清水對(duì)照(CK)處理，小區(qū)長(zhǎng)4.5 m，寬1.2 m，每處理15株番茄，采用基質(zhì)盆栽，盆直徑為30 cm，每盆裝6 L基質(zhì)。每處理3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列。2019年1月30日育苗，3月12日待番茄幼苗長(zhǎng)至5葉1心時(shí)，選取長(zhǎng)勢(shì)一致的壯苗定植，每盆定植1株，株距50 cm，行距30 cm，單桿整枝，花盆上覆蓋錫箔紙以減少水分散失，緩苗7 d。從開花坐果期(4月12日)開始施用有機(jī)營(yíng)養(yǎng)液，施肥量為1 L/株，施肥周期為每7天1次，共施肥11次?；|(zhì)相對(duì)濕度小于60%時(shí)進(jìn)行灌水。6穗果時(shí)摘心，6月30日拉秧。其他按照常規(guī)田間管理方法進(jìn)行。

微生物菌劑處理前先用純凈水稀釋至相同有效活菌數(shù)(1×109CFU/mL)，分2次穴施，500 mL/株，第1次為4月2日，植株即將進(jìn)入開花期，有機(jī)營(yíng)養(yǎng)液開始施用前10 d穴施(為微生物菌劑施入基質(zhì)后微生物的存活繁殖提供時(shí)間)；第2次為4月30日，第1穗果膨大后穴施。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 有機(jī)基質(zhì)養(yǎng)分和果實(shí)元素含量 分別于2019年4月21日(定植后40 d，第1穗果膨大后)、5月22日(定植后70 d，第3穗果膨大后)、6月20日(定植后100 d，第5穗果膨大后)各選取5株長(zhǎng)勢(shì)一致的番茄植株，取第1，3，5穗果用于全氮、全磷、全鉀含量的測(cè)定。具體方法[19]為：在105 ℃下殺青30 min，65 ℃烘干至恒質(zhì)量，樣品磨碎后過0.35 mm篩，采用H2SO4+H2O2消煮法進(jìn)行消煮，全氮、全磷含量用AA3型高分辨自動(dòng)化學(xué)分析儀(德國(guó)SEAL公司)測(cè)定，全鉀含量用Flame photometer 410型火焰光度計(jì)(英國(guó)Sherwood公司)測(cè)定。番茄植株對(duì)應(yīng)的基質(zhì)取適量風(fēng)干后用于堿解氮、速效磷、速效鉀含量的測(cè)定。其中采用堿解擴(kuò)散法[20]測(cè)定基質(zhì)中堿解氮含量，采用0.5 mol/L NaHCO3浸提、鉬銻抗比色法測(cè)定速效磷含量，采用1 mol/L CH3COONH4浸提、用火焰光度計(jì)測(cè)定速效鉀含量。

1.3.2 有機(jī)基質(zhì)酶活性 2019年5月23日取適量基質(zhì)樣自然風(fēng)干，參照關(guān)松蔭[21]的方法采用苯酚鈉比色法測(cè)定脲酶活性(以24 h后1 g基質(zhì)中NH3-N 的毫克數(shù)表示)，采用3,5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定土壤蔗糖酶活性(以24 h后1 g基質(zhì)中葡萄糖的毫克數(shù)表示)。

1.3.3 蕃茄葉片光合指標(biāo) 2019年5月10日，每處理選取5株長(zhǎng)勢(shì)一致的番茄壯苗，選取頂部生長(zhǎng)點(diǎn)以下第4片完全展開的功能葉，利用LI-6800型便攜式光合測(cè)定儀(美國(guó)LI-COR 公司)測(cè)定葉片的凈光合速率、蒸騰速率、胞間CO2濃度和氣孔導(dǎo)度，相同部位葉綠素含量采用酒精-丙酮浸提法[22]測(cè)定，取樣后放置冰盒帶回實(shí)驗(yàn)室避光條件下測(cè)定，測(cè)定時(shí)間為09:00-11:00。

1.3.4 蕃茄果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì) 番茄留6穗花后打頂，每次采摘時(shí)測(cè)定小區(qū)產(chǎn)量和單果質(zhì)量，最后累積計(jì)算產(chǎn)量。成熟期取第3穗大小色澤均勻一致的果實(shí)進(jìn)行品質(zhì)測(cè)定，果實(shí)橫、縱徑用游標(biāo)卡尺測(cè)量，果形指數(shù)為縱徑與橫徑的比值；可溶性固形物用數(shù)顯糖酸儀TD-45(浙江拓普云農(nóng)科)測(cè)定；番茄紅素含量采用分光光度計(jì)(Thermo fisher,USA)法[23]測(cè)定；可溶性蛋白含量用考馬斯G-250染色法測(cè)定；維生素C含量用鉬藍(lán)比色法測(cè)定；還原糖含量用3,5-二硝基水楊酸法[22]測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2019進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并作圖；采用SPSS 22.0進(jìn)行單因素方差分析，P<0.05表示差異顯著；采用DPS 7.05軟件對(duì)番茄產(chǎn)量和品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 微生物菌劑對(duì)有機(jī)基質(zhì)養(yǎng)分含量的影響

不同微生物菌劑處理下有機(jī)基質(zhì)中堿解氮、速效磷和速效鉀含量如表2所示。由表2可知，隨著番茄生育期的推進(jìn)，各處理基質(zhì)中堿解氮和速效鉀含量均呈下降趨勢(shì)。定植40 d，番茄果實(shí)進(jìn)入膨大期，與對(duì)照處理(CK)相比，微生物菌劑處理后基質(zhì)中堿解氮含量顯著增加(除T3處理外)，增幅為10.2%～80.9%；T3、T6和T7處理基質(zhì)中速效鉀含量分別顯著增加30.1%，8.8%，18.0%，其余處理與CK差異不顯著；T1、T3、T4、T6和T7處理基質(zhì)中速效磷含量顯著降低，降幅為7.7%～19.0%。

由表2還可知，定植70 d，番茄果實(shí)進(jìn)入轉(zhuǎn)色期，與對(duì)照處理(CK)相比，T3、T4、T5和T6處理基質(zhì)中堿解氮含量顯著增加，增幅為54.1%～201.4%；微生物菌劑處理(除T6處理較CK降低21.9%外)基質(zhì)中速效鉀含量均顯著增加，增幅為17.2%～111.4%；T3、T5、T6和T7處理基質(zhì)中速效磷含量顯著降低，降幅為5.0%～12.2%，其余處理與CK差異不顯著。定植100 d，番茄果實(shí)進(jìn)入成熟期，與對(duì)照處理(CK)相比，微生物菌劑處理(除T2處理外)基質(zhì)中堿解氮含量顯著增加，增幅為46.8%～115.6%；T1、T3、T5、T6和T7處理基質(zhì)中速效鉀含量顯著增加，增幅為14.6%～107.1%；微生物菌劑處理(除T3處理外)基質(zhì)中速效磷含量顯著降低，降幅為2.08%～25.1%。上述結(jié)果表明，施用微生物菌劑處理后明顯增加了有機(jī)基質(zhì)中堿解氮和番茄生育中期(定植70 d)、后期(定植100 d)速效鉀含量。

表2 微生物菌劑對(duì)有機(jī)基質(zhì)養(yǎng)分含量的影響Table 2 Effect of microbial agents on nutrient contents of organic mediums

2.2 微生物菌劑對(duì)番茄果實(shí)元素含量的影響

不同微生物菌劑處理下番茄果實(shí)全氮、全磷、全鉀含量如表3所示。

表3 微生物菌劑對(duì)番茄果實(shí)元素含量的影響Table 3 Effects of microbial agents on content of elements in tomato fruit

由表3可知，定植40 d，T6處理番茄果實(shí)全氮、全磷、全鉀含量顯著高于CK和其他微生物菌劑處理，其全氮、全磷、全鉀含量分別較CK增加了2.4%，7.4%，6.2%。定植70 d, T1、T2、T4、T6和T7處理番茄果實(shí)全氮含量顯著高于CK，增幅為10.8%～40.0%；T5、T6處理番茄果實(shí)全鉀含量顯著高于CK和其他微生物菌劑處理，較CK分別增加了33.0%和34.2%；T1和T4處理番茄果實(shí)全磷含量顯著高于CK和其他微生物菌劑處理，較CK分別增加了36.3%，40.0%。定植100 d，T3和T6處理番茄果實(shí)全氮、全鉀含量顯著高于CK和其他微生物菌劑處理，T4和T6處理番茄果實(shí)全磷含量顯著高于CK和其他微生物菌劑處理，其中T3處理番茄果實(shí)全氮、全鉀含量較CK分別增加了41.1%，13.0%，T6處理番茄果實(shí)全氮、全磷、全鉀含量較CK分別增加了38.1%，34.2%和11.4%。這表明復(fù)合微生物菌劑處理后番茄果實(shí)的全氮、全磷、全鉀含量顯著高于其他處理。

2.3 微生物菌劑對(duì)有機(jī)基質(zhì)酶活性的影響

脲酶活性能夠反映基質(zhì)的供氮能力，蔗糖酶活性能夠反映基質(zhì)碳元素的轉(zhuǎn)化能力[11]。由圖1可知，不同微生物菌劑對(duì)有機(jī)基質(zhì)酶活性的影響差異明顯。與CK相比，微生物菌劑處理顯著增加了有機(jī)基質(zhì)脲酶活性，增幅為16.4%～67.7%，各處理基質(zhì)脲酶活性依次為T4>T5>T6>T7>T2>T1>T3>CK；T1、T4、T5、T6和T7處理基質(zhì)蔗糖酶活性顯著增加，增幅為10.2%～61.7%，差異表現(xiàn)為T6>T1>T4>T5>T7，T2處理基質(zhì)蔗糖酶活性與CK差異不顯著，T3處理蔗糖酶活性顯著下降。說明添加微生物菌劑處理顯著提高了有機(jī)基質(zhì)中脲酶和蔗糖酶活性(T3處理蔗糖酶活性除外)，其中膠凍樣芽孢桿菌(T4)處理基質(zhì)脲酶活性最高，復(fù)合微生物菌劑(T6)處理基質(zhì)蔗糖酶活性最高。

圖柱上標(biāo)不同小寫字母表示不同處理差異顯著(P<0.05)。下同 Different lowercase letters indicate significant differences among treatments (P<0.05).The same below.圖1 微生物菌劑對(duì)有機(jī)基質(zhì)酶活性的影響Fig.1 Effect of microbial agents on matrix enzyme activity

2.4 微生物菌劑對(duì)番茄葉片光合特性的影響

不同微生物菌劑處理對(duì)番茄葉片光合特性的影響見圖2。由圖2可知，與CK相比，施入微生物菌劑后番茄葉片的凈光合速率顯著增加，增幅為8.0%～19.9%，其中T6處理葉片凈光合速率達(dá)到20.06 μmol/(m2·s)；各處理番茄葉片凈光合速率依次為T6>T5>T4>T3>T2>T1>T7>CK。與CK相比，T2、T4、T5、T6、T7處理葉片葉綠素含量顯著增加，增幅為9.9%～27.3%，且T4和T6處理葉片葉綠素含量顯著高于其他微生物菌劑處理，分別達(dá)到3.49 和3.61 mg/g。

由圖2還可知，施入微生物菌劑后番茄葉片的蒸騰速率、胞間CO2濃度和氣孔導(dǎo)度的變化趨勢(shì)基本一致。與CK相比，微生物菌劑處理(除T2處理外)顯著增加了番茄葉片的蒸騰速率、胞間CO2濃度和氣孔導(dǎo)度，其中T6處理葉片的蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度顯著高于其他微生物菌劑處理。T6處理葉片的胞間CO2濃度顯著大于T2和T5處理，其余各微生物菌劑處理間差異不顯著。這表明微生物菌劑處理顯著提高了番茄葉片的凈光合速率、葉綠素含量(T1、T3處理除外)、蒸騰速率(T2處理除外)、胞間CO2濃度(T2處理除外)和氣孔導(dǎo)度(T2處理除外)。

圖2 微生物菌劑對(duì)番茄葉片光合特性的影響Fig.2 Effects of microbial agents on photosynthetic characteristics of tomato leaves

2.5 微生物菌劑對(duì)番茄產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

由表4可知，不同微生物菌劑處理下番茄產(chǎn)量和果實(shí)品質(zhì)差異顯著。與CK相比，微生物菌劑處理番茄產(chǎn)量和果實(shí)單果質(zhì)量(T1除外)顯著增加，其中產(chǎn)量增幅為7.3%～26.2%，T4、T6處理增產(chǎn)達(dá)到20%以上，各處理產(chǎn)量依次為T6>T4>T7>T3>T5>T1>T2>CK；果實(shí)單果質(zhì)量增幅為2.7%～22.7%，且T3和T5處理單果質(zhì)量較其他微生物菌劑處理顯著增加，分別達(dá)到142.31和142.65 g。說明微生物菌劑處理后番茄產(chǎn)量較對(duì)照顯著增加，其中復(fù)合微生物菌劑(T6)處理番茄產(chǎn)量最高。

表4 微生物菌劑對(duì)番茄產(chǎn)量和果實(shí)品質(zhì)的影響Table 4 Effects of microbial agents on tomato yield and fruit quality

由表4還可知，與CK相比，微生物菌劑處理番茄果實(shí)的果形指數(shù)、可溶性固形物(T5處理除外)和還原糖含量顯著增加，其中可溶性固形物含量較CK增幅為8.4%～22.6%(T5處理與CK差異不顯著)，T6處理顯著高于CK和其他微生物菌劑處理，達(dá)到5.43%；還原糖含量較CK增幅為23.6%～62.8%， T2處理最高，達(dá)到77.34 mg/g。與CK相比，T1、T4和T7處理果實(shí)番茄紅素顯著增加了34.7%，18.2%，和20.7%，其中T1處理最高，達(dá)到123.31 ug/g；T4、T5、T6和T7處理果實(shí)維生素C含量顯著增加了11.9%，10.9%，57.5%和46.0%，其中T6處理最高，達(dá)到57.58 mg/g；微生物菌劑處理番茄果實(shí)可溶性蛋白含量顯著降低(T6處理除外)。

2.6 微生物菌劑對(duì)番茄果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)影響的綜合評(píng)價(jià)

為綜合評(píng)價(jià)不同微生物菌劑對(duì)番茄產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，選取產(chǎn)量(X1)、單果質(zhì)量(X2)、果形指數(shù)(X3)、可溶性固形物含量(X4)、番茄紅素含量(X5)、維生素C含量(X6)、可溶性蛋白含量(X7)、還原糖含量(X8)共8個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)，利用DPS數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行主成分分析，得到相關(guān)矩陣的特征值及特征向量累積貢獻(xiàn)率如表5所示。由表5可知，前3個(gè)主成分的累積貢獻(xiàn)率達(dá)到80.489%，滿足大于80%的條件，說明前3個(gè)主成分可以解釋番茄產(chǎn)量和品質(zhì)的主要信息。

為進(jìn)一步確定主成分與產(chǎn)量和品質(zhì)因子之間的關(guān)系，分析主成分載荷矩陣，可得3個(gè)主成分的表達(dá)式為：

第1主成分：F1=0.409 5X1+0.469 2X2+0.528 6X3+0.108 3X4-0.132 5X5+0.181 6X6-0.660 0X7+0.369 5X8；

第2主成分：F2=0.449 6X1-0.000 3X2-0.048 1X3+0.304 5X4+0.375 7X5+0.570 3X6+0.415 2X7-0.252 9X8；

第3主成分：F3=0.017 8X1-0.344 1X2-0.112 7X3+0.687 5X4+0.231 8X5-0.261 9X6-0.071 2X7+0.518 2X8。

綜合評(píng)價(jià)得分計(jì)算公式為:F=(λ1F1+λ2F2+λ3F3)/(λ1+λ2+λ3)。

式中：λ1、λ2和λ3分別是前3個(gè)主成分的特征值。

表5 微生物菌劑對(duì)番茄果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)影響的主成分分析結(jié)果Table 5 Principal component analysis on influence of microbial agents on tomato yield and quality

計(jì)算得到不同處理的綜合評(píng)價(jià)得分如表6所示。由表6可知，不同微生物菌劑對(duì)番茄產(chǎn)量和品質(zhì)影響的綜合評(píng)價(jià)排序依次為T6>T7>T3>T4>T5>T2>T1>CK，表明不同微生物菌劑處理后番茄產(chǎn)量和品質(zhì)均有不同程度提升，且T6處理的效果最好。

表6 微生物菌劑對(duì)番茄產(chǎn)量和品質(zhì)影響的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果Table 6 Comprehensive evaluation on effects of microbial agents on tomato yield and quality

3 討 論

有機(jī)基質(zhì)富含有機(jī)物質(zhì)及植物生長(zhǎng)所需的各種養(yǎng)分，養(yǎng)分含量是衡量基質(zhì)化學(xué)性狀的重要特性，且其自身養(yǎng)分的釋放受控于基質(zhì)中微生物的生物量[24-25]。在有機(jī)基質(zhì)中添加微生物菌劑，一方面會(huì)促進(jìn)植物根際養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化和根系養(yǎng)分的吸收；另一方面，作為生物農(nóng)藥微生物菌劑具有很好的生物防治作用[26-27]。

3.1 微生物菌劑對(duì)基質(zhì)養(yǎng)分含量和果實(shí)元素含量的影響

基質(zhì)中的速效元素能夠反映基質(zhì)供植物吸收的養(yǎng)分水平。研究發(fā)現(xiàn)微生物菌劑處理后基質(zhì)中的速效元素含量得到顯著改善[28-30]。本研究結(jié)果表明，施入微生物菌劑后，有機(jī)基質(zhì)中堿解氮和番茄生育中(定植70 d)、后(定植100 d)期速效鉀含量顯著增加，且復(fù)合微生物菌劑處理后番茄果實(shí)的全氮、全磷、全鉀含量顯著高于對(duì)照處理，這可能是微生物改變了番茄植株的根系生理和根際環(huán)境，直接促進(jìn)植物吸收營(yíng)養(yǎng)元素；也可能是微生物在參與養(yǎng)分生物固定和礦化分解時(shí)改變了養(yǎng)分的有效性，從而間接地影響植株的養(yǎng)分吸收[31]。本試驗(yàn)中膠凍樣芽孢桿菌(T4)處理基質(zhì)堿解氮含量顯著高于其他處理，但在果實(shí)元素含量上表現(xiàn)不明顯，可能是較高的元素含量造成根系滲透逆境，阻礙了植株根系的養(yǎng)分吸收。因此適宜的養(yǎng)分釋放速度是微生物菌劑選用的重要依據(jù)。

3.2 微生物菌劑對(duì)有機(jī)基質(zhì)酶活性的影響

酶活性能夠反映基質(zhì)催化物質(zhì)的轉(zhuǎn)化能力，是評(píng)價(jià)基質(zhì)肥力水平的生物活性指標(biāo)。研究發(fā)現(xiàn)添加微生物菌劑后有機(jī)基質(zhì)中脲酶和蔗糖酶活性顯著增加[11]。在烤煙試驗(yàn)中也發(fā)現(xiàn)微生物菌劑能夠提高土壤脲酶和過氧化氫酶活性[32]。本研究結(jié)果表明，添加微生物菌劑后，基質(zhì)中脲酶和蔗糖酶活性顯著提高，其中膠凍樣芽孢桿菌(T4)處理基質(zhì)脲酶活性最高，復(fù)合微生物菌劑(T6)處理基質(zhì)蔗糖酶活性最高。這可能是微生物促進(jìn)了有機(jī)物質(zhì)分解，增加了酶促反應(yīng)底物，進(jìn)而影響了酶的活性[14]；也可能是微生物促進(jìn)基質(zhì)中有效態(tài)養(yǎng)分釋放，而酶活性與養(yǎng)分含量存在密切的相關(guān)關(guān)系[33]。同時(shí)基質(zhì)中的酶是微生物生長(zhǎng)代謝產(chǎn)物，酶活性增加也是添加微生物菌劑后基質(zhì)中微生物數(shù)量增加的結(jié)果。

3.3 微生物菌劑對(duì)番茄葉片光合特性的影響

光合作用是植物生物產(chǎn)量的基礎(chǔ)，有利于植物干物質(zhì)積累和光合產(chǎn)物轉(zhuǎn)運(yùn)分配[34]。在辣椒育苗試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在基質(zhì)中添加微生物菌劑可調(diào)節(jié)葉片氣孔開放，提高葉片凈光合速率，促進(jìn)辣椒生長(zhǎng)發(fā)育，進(jìn)而提高產(chǎn)量[35]。對(duì)烤煙的研究也發(fā)現(xiàn)，微生物菌劑能夠增加烤煙葉片的光合色素含量和光合性能[36]。本研究結(jié)果表明，有機(jī)基質(zhì)中添加微生物菌劑后番茄葉片的凈光合速率和葉綠素含量顯著增加，且復(fù)合微生物菌劑(T6)處理番茄葉片的光合性能明顯優(yōu)于其他微生物菌劑處理和對(duì)照處理，可能是有機(jī)基質(zhì)中的營(yíng)養(yǎng)與微生物分泌的活性物質(zhì)共同作用促進(jìn)了葉綠素合成前體物質(zhì)的積累，葉綠素含量的增加提高了番茄葉片對(duì)光能的捕獲能力，同時(shí)在與植物的共生過程中微生物會(huì)產(chǎn)生相關(guān)激素和信號(hào)分子，影響葉片氣孔開閉、光合電子傳遞及其他代謝途徑，進(jìn)而影響葉片的凈光合速率[37-39]。本研究還發(fā)現(xiàn)，微生物菌劑處理番茄葉片的氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度較對(duì)照有不同程度的提高，這與王其傳等[35]在辣椒上的研究結(jié)果一致。

3.4 微生物菌劑對(duì)番茄產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

產(chǎn)量和品質(zhì)是衡量番茄經(jīng)濟(jì)效益的重要指標(biāo)[40]，研究發(fā)現(xiàn)有機(jī)基質(zhì)增施微生物菌劑能夠提高番茄的產(chǎn)量和品質(zhì)[41]。一方面添加微生物菌劑豐富了基質(zhì)中微生物的多樣性，促進(jìn)了營(yíng)養(yǎng)元素的轉(zhuǎn)化；同時(shí)微生物釋放的有機(jī)酸可以溶解釋放基質(zhì)中被吸附的養(yǎng)分，增加了養(yǎng)分有效性和持續(xù)性，最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量的提升[33,42-43]。另一方面微生物菌劑通過增強(qiáng)光合來促進(jìn)植株的同化作用，有利于同化物積累，在“庫(kù)源”關(guān)系上形成強(qiáng)庫(kù)，促進(jìn)了植株養(yǎng)分的轉(zhuǎn)運(yùn)分配，最終表現(xiàn)為產(chǎn)量的提升[44]。本試驗(yàn)表明，有機(jī)基質(zhì)中添加微生物菌劑番茄的產(chǎn)量較對(duì)照顯著增加，且復(fù)合微生物菌劑(T6)處理產(chǎn)量最高，增產(chǎn)效果達(dá)到20%以上。這與試驗(yàn)中番茄植株光合特性的變化趨勢(shì)一致，進(jìn)一步證明了復(fù)合微生物菌劑促生增產(chǎn)的顯著作用。本研究結(jié)果還表明，微生物菌劑處理后番茄果實(shí)的果形指數(shù)、可溶性固形物和還原糖含量顯著增加；枯草芽孢桿菌(T1)、膠凍樣芽孢桿菌(T4)和EM微生物菌劑(T7)處理果實(shí)番茄紅素含量增加；膠凍樣芽孢桿菌(T4)、甲基營(yíng)養(yǎng)型芽孢桿菌(T5)、復(fù)合微生物菌劑(T6)和EM微生物菌劑(T7)處理果實(shí)維生素C含量顯著增加。有研究發(fā)現(xiàn)，施入微生物菌劑可以提高番茄果實(shí)和萵筍的維生素C含量[45]；微生物菌劑能夠提高西瓜的可溶性固形物和維生素C含量，并且通過碳源的利用特征推測(cè)西瓜的品質(zhì)提升可能與根際土壤多酚類、羧酸類碳源的利用強(qiáng)度相關(guān)[46]。果實(shí)品質(zhì)的提升可能是基于微生物群落較復(fù)雜的綜合響應(yīng)結(jié)果，也可能是微生物改變了一些代謝合成途徑的前體物質(zhì)進(jìn)而改變了果實(shí)的品質(zhì)，因此對(duì)添加微生物菌劑促進(jìn)果實(shí)品質(zhì)提升的機(jī)理還有待進(jìn)一步探索。

由于單一指標(biāo)無法滿足番茄產(chǎn)量和品質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)，因此本研究采用主成分分析法，在不損失原有信息的情況下將產(chǎn)量和品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行降維分析，再得出綜合得分。結(jié)果表明復(fù)合微生物菌劑對(duì)全有機(jī)番茄的豐產(chǎn)增質(zhì)效果明顯優(yōu)于其他微生物菌劑。總之，微生物菌劑通過改善基質(zhì)養(yǎng)分和理化性質(zhì)，增加了植物的養(yǎng)分吸收，從而提高產(chǎn)量和品質(zhì)。

4 結(jié) 論

添加微生物菌劑能夠促進(jìn)有機(jī)基質(zhì)中堿解氮和番茄中后期速效鉀含量的增加，提高基質(zhì)中脲酶和蔗糖酶活性，進(jìn)而促進(jìn)番茄的生長(zhǎng)發(fā)育。微生物菌劑處理后番茄果實(shí)的果形指數(shù)、可溶性固形物和還原糖含量顯著增加，番茄葉片葉綠素含量和光合性能提高，最終表現(xiàn)為產(chǎn)量和品質(zhì)的提升，其中膠凍樣芽孢桿菌和復(fù)合微生物菌劑的增產(chǎn)效果達(dá)到20%以上，可應(yīng)用于番茄的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培。