楊 霞，潘子涵，唐偉杰，秦嘉海

（1.培黎職業(yè)學(xué)院，甘肅 張掖 734000；2.河西學(xué)院農(nóng)業(yè)與生態(tài)工程學(xué)院，甘肅 張掖 734000）

近年來(lái)，溫室蔬菜產(chǎn)業(yè)已發(fā)展成為菜民增收的支柱產(chǎn)業(yè)之一。截至2020年，甘肅省張掖市已建立溫室蔬菜基地4 600 hm，年產(chǎn)蔬菜33.1萬(wàn)t，產(chǎn)值達(dá)4.49億元。經(jīng)實(shí)踐調(diào)查，菜民種植的番茄產(chǎn)量一般為91.28～97.50 t/hm，化肥氮、磷、鉀純養(yǎng)分投入量為1.47～1.63 t/hm，而有機(jī)肥氮、磷、鉀純養(yǎng)分投入量為0.27～0.30 t/hm。由于化肥超量施用，土壤環(huán)境質(zhì)量下降，番茄品質(zhì)和產(chǎn)量低而不穩(wěn)，影響了蔬菜產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。有關(guān)有機(jī)廢料對(duì)土壤環(huán)境質(zhì)量和作物品質(zhì)影響的研究報(bào)道較多，主要集中在牛糞、馬糞、雞糞、羊糞、豬糞、蚯蚓糞、稻稈、麥秸、稻殼、風(fēng)化煤、生物炭、沼渣和菌渣等對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)、理化性質(zhì)、微生物、酶活性和作物品質(zhì)等方面，而有機(jī)廢料生態(tài)肥還田對(duì)溫室土壤環(huán)境質(zhì)量及番茄品質(zhì)和效益影響研究尚少見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，甘肅省張掖市分布著978.12萬(wàn)t的有機(jī)廢料，其中用于沼氣工程、直接還田的占55%，剩余440.15萬(wàn)t有機(jī)廢料堆放在農(nóng)村居民點(diǎn)周?chē)?，?duì)生態(tài)環(huán)境造成了污染。經(jīng)分析，這些有機(jī)廢料含有機(jī)質(zhì)25.41%～42.27%，N 0.21%～1.03%，PO0.17%～0.81%，KO 0.13%～0.63%，而重金屬離子Hg、Cd、Cr、Pb含量均小于國(guó)家規(guī)定的畜禽糞便含量標(biāo)準(zhǔn)（GB 4284—2018）。為了保障張掖地區(qū)蔬菜安全生產(chǎn)，開(kāi)展有機(jī)廢料生態(tài)肥還田對(duì)溫室土壤環(huán)境質(zhì)量及番茄品質(zhì)和效益影響的研究，旨在為研究區(qū)有機(jī)廢料資源化循環(huán)利用，改善土壤環(huán)境質(zhì)量，提高番茄品質(zhì)和效益提供理論指導(dǎo)和技術(shù)支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)連續(xù)2年在甘肅省張掖市甘州區(qū)長(zhǎng)安鎮(zhèn)五座橋村連續(xù)8年種植蔬菜的溫室內(nèi)進(jìn)行（100°21'45″E，39°01'13″N）。試驗(yàn)地點(diǎn)海拔1 510 m，年均降水量116 mm，蒸發(fā)量1 850 mm，氣溫7.5 ℃，日照時(shí)長(zhǎng)3 053 h，無(wú)霜期160 d。土壤類(lèi)型是灌漠土，0～20 cm土層堿解氮、速效磷、速效鉀含量分別為86.44、13.19、122.48 mg/kg，有機(jī)質(zhì)、可溶性鹽含量、陽(yáng)離子交換量（CEC）和pH值分別為20.04 g/kg、1.93 g/kg、17.55 cmol/kg和8.02，前茬作物是茄子。

1.2 試驗(yàn)材料

尿素，含N 46%，粒徑1～2 mm；磷酸二銨，含N 18%、PO46%，粒徑3～5 mm；硫酸鉀，含KO 50%，粒徑1～2 mm；雞糞，含有機(jī)質(zhì)42.77%、N 1.03%、PO0.41%、KO 0.72%，粒徑1～10 mm；菇渣，含有機(jī)質(zhì)56.43%、N 1.22%、PO0.73%、KO 1.46%，粒徑1～10 mm；油菜籽餅肥，含有機(jī)質(zhì)73.80%，N 3.25%、PO0.80%、KO 1.04%，粒徑1～10 mm。均為市場(chǎng)購(gòu)買(mǎi)。

番茄品種為中雜102號(hào)，由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所選育。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 有機(jī)廢料生態(tài)肥配制

將雞糞、菇渣、油菜籽餅肥自然風(fēng)干，分別粉碎后過(guò)20 mm篩。噴自來(lái)水到水分含量達(dá)60%～65%，堆成高1.5 m的梯形，蓋上廢舊塑料薄膜，堆在溫室內(nèi)（室溫25～30 ℃），雞糞發(fā)酵80 d，間隔40 d搗翻1次；菇渣發(fā)酵108 d，間隔35 d搗翻1次；油菜籽餅肥發(fā)酵140 d，間隔45 d搗翻1次。待堆內(nèi)溫度降到室溫，堆內(nèi)出現(xiàn)灰白色菌絲發(fā)酵結(jié)束，將發(fā)酵物料放置在陰涼干燥處自然風(fēng)干（含水量小于5%）備用。將發(fā)酵腐熟的雞糞、菇渣、油菜籽餅肥按風(fēng)干質(zhì)量比0.850∶0.125∶0.025混合攪拌均勻，過(guò)10 mm篩得到有機(jī)廢料生態(tài)肥，經(jīng)室內(nèi)分析含有機(jī)質(zhì)45.25%、N 1.11%、PO0.46%、KO 0.82%，粒徑1～10 mm。

1.3.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)1：有機(jī)廢料生態(tài)肥適宜施用量研究。2019年，將有機(jī)廢料生態(tài)肥施用量梯度設(shè)計(jì)為0.0（對(duì)照）、12.5、25.0、37.5、50.0、62.5、75.0 t/hm共7個(gè)處理，分別標(biāo)記為處理1—處理7，每個(gè)處理3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列。番茄定植前在栽培行內(nèi)挖深和寬20 cm×65 cm的土槽，按每個(gè)小區(qū)的有機(jī)廢料生態(tài)肥計(jì)量撒入土槽后起壟。

試驗(yàn)2：有機(jī)廢料生態(tài)肥還田對(duì)溫室土壤環(huán)境質(zhì)量及番茄品質(zhì)和效益的影響研究。2020年設(shè)3個(gè)處理：處理8，不施肥（對(duì)照）；處理9，常規(guī)化肥（尿素、磷酸二銨、硫酸鉀施用量分別為1.02、0.50、0.82 t/hm）；處理10，有機(jī)廢料生態(tài)肥（施用量50.00 t/hm）。為了使試驗(yàn)具有可比性，處理9和10的氮、磷、鉀純養(yǎng)分投入量設(shè)計(jì)為等量（均為N 0.56 t/hm＋PO0.23 t/hm、KO 0.41 t/hm）。每個(gè)處理3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列。番茄定植前在栽培行內(nèi)挖深和寬20 cm×65 cm的土槽，將處理9的磷酸二銨、硫酸鉀和處理10的有機(jī)廢料生態(tài)肥分別計(jì)量撒入小區(qū)土槽內(nèi)起壟。處理9的尿素在番茄第1穗果乒乓球大小時(shí)結(jié)合灌水追施0.37 t/hm，第2穗果乒乓球大小時(shí)結(jié)合灌水追施0.75 t/hm，追肥方法為穴施。

小區(qū)面積均為22.75 m（7.0 m×3.25 m），小區(qū)四周筑埂后起壟，壟高、壟距和壟寬為35 cm×65 cm×65 cm，壟上鋪滴灌帶和地膜。番茄于5月20日定植，深度和株距為15 cm×35 cm，每壟2行，每小區(qū)3壟。在定植后、開(kāi)花期、第1果穗、第2果穗、第3果穗膨大期各灌水1次，每個(gè)小區(qū)灌水量為3.4 m。

1.4 樣品采集方法

試驗(yàn)1：每個(gè)小區(qū)每次采收分別計(jì)產(chǎn)，換算成公頃產(chǎn)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

試驗(yàn)2：同試驗(yàn)1方法計(jì)產(chǎn)。于盛收期每小區(qū)隨機(jī)選擇15株番茄，測(cè)定單果質(zhì)量和單株產(chǎn)量以及果實(shí)品質(zhì)性狀。拉秧后，分別在各試驗(yàn)小區(qū)按照5點(diǎn)采樣法采集0～20 cm耕層土樣，用四分法留取2 kg，1 kg新鮮土樣放入4 ℃冰箱保存，用于測(cè)定微生物數(shù)量和酶活性，另外1 kg土樣風(fēng)干過(guò)1 mm篩后測(cè)定pH值、CEC、有機(jī)質(zhì)含量、可溶性鹽含量、速效氮磷鉀含量和重金屬含量，其中土壤容重、土壤團(tuán)聚體用環(huán)刀采集原狀土，未進(jìn)行風(fēng)干。

1.5 指標(biāo)測(cè)定

番茄果實(shí)可溶性糖、VC和可滴定酸含量分別采用蒽酮-硫酸法、2,6-二氯靛酚滴定法和堿滴定法測(cè)定。土壤容重、總孔隙度和＞0.25 mm團(tuán)聚體分別采用環(huán)刀法、計(jì)算法和和團(tuán)粒結(jié)構(gòu)分析儀測(cè)定；pH值、CEC、全鹽和有機(jī)質(zhì)含量分別采用酸度計(jì)法（水土比5∶1）、乙酸銨-氯化銨法、電導(dǎo)法和重鉻酸鉀氧化-外加熱法測(cè)定；堿解氮、速效磷和速效鉀含量分別采用擴(kuò)散法、NaHCO浸提-鉬銻抗比色法和NHOAC浸提-火焰光度法測(cè)定；微生物種群數(shù)量采用稀釋平板法測(cè)定；蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和多酚氧化酶活性分別采用3,5-二硝基水楊酸比色法、靛酚比色法、磷酸苯二鈉比色法和碘量滴定法測(cè)定；Cd和Pb全量采用火焰原子吸收光譜法測(cè)定，Hg和Cr全量采用冷原子吸收法和原子吸收光譜法測(cè)定。

計(jì)算公式：總持水量＝面積×總孔隙度×土層深度；有機(jī)碳含量＝有機(jī)質(zhì)含量×1.724；有機(jī)碳密度＝有機(jī)碳含量×容重×采樣深度×0.01；供碳量＝有機(jī)碳含量×2.25；供氮量＝堿解氮含量×2.25×土壤氮素利用系數(shù)（0.40）；供磷量＝速效磷含量×2.25×土壤磷素利用系數(shù)（0.20）；供鉀量＝速效鉀含量×2.25×土壤鉀素利用系數(shù)（0.30）；施肥利潤(rùn)＝增產(chǎn)值－施肥成本；千克肥料增產(chǎn)量＝增產(chǎn)量/施肥量；肥料投資效率＝施肥利潤(rùn)/施肥成本。

1.6 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，采用Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)廢料生態(tài)肥最大利潤(rùn)施肥量確定

對(duì)2019年番茄產(chǎn)量數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸統(tǒng)計(jì)分析，得到線(xiàn)性回歸方程為＝81.752 0＋2.114 0，相關(guān)系數(shù)（）為0.815 2，說(shuō)明有機(jī)廢料生態(tài)肥施肥量與番茄產(chǎn)量之間呈正相關(guān)關(guān)系。隨著有機(jī)廢料生態(tài)肥施肥量的增加，番茄產(chǎn)量在遞增，千克肥料增產(chǎn)量和肥料投資效率在遞減。有機(jī)廢料生態(tài)肥施肥量為75.0 t/hm時(shí)產(chǎn)量最高，與62.5、50.0 t/hm處理相比較無(wú)顯著差異，但顯著高于37.5 t/hm處理，極顯著高于25.0、12.5 t/hm處理和對(duì)照。采用經(jīng)濟(jì)學(xué)理論分析可以得出，有機(jī)廢料生態(tài)肥施肥量由12.5 t/hm遞增到50.0 t/hm，施肥利潤(rùn)則呈遞增趨勢(shì)，當(dāng)超過(guò)50.0 t/hm時(shí)施肥利潤(rùn)開(kāi)始下降，由此可見(jiàn)，有機(jī)廢料生態(tài)肥最大利潤(rùn)施肥量為50.00 t/hm（表1）。

表1 不同梯度有機(jī)廢料生態(tài)肥對(duì)番茄產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的影響

2.2 有機(jī)廢料生態(tài)肥還田對(duì)溫室土壤環(huán)境質(zhì)量的影響

2.2.1 對(duì)理化性質(zhì)和持水量的影響

從表2可以看出，不同處理土壤容重和pH值均表現(xiàn)為有機(jī)廢料生態(tài)肥＜常規(guī)化肥＜對(duì)照；總孔隙度、＞0.25 mm團(tuán)聚體、總持水量和CEC均表現(xiàn)為有機(jī)廢料生態(tài)肥＞常規(guī)化肥＞對(duì)照；電導(dǎo)率和可溶性鹽含量均表現(xiàn)為常規(guī)化肥＞有機(jī)廢料生態(tài)肥＞對(duì)照。有機(jī)廢料生態(tài)肥與常規(guī)化肥相比較，容重極顯著降低10.00%，pH值、電導(dǎo)率和可溶性鹽分別顯著降低9.40%、7.75%和7.37%，總孔隙度、＞0.25 mm團(tuán)聚體、總持水量和CEC分別極顯著增加9.64%、16.87%、9.64%和17.83%；與對(duì)照相比較，容重和pH值分別極顯著降低12.82%和9.85%，總孔隙度、＞0.25 mm團(tuán)聚體、總持水量和CEC分別極顯著增加11.28%、18.08%、11.28%和23.53%，電導(dǎo)率和可溶性鹽含量分別增加了3.73%和4.15%，但差異不顯著。常規(guī)化肥與對(duì)照相比較，容重和pH值分別降低1.52%和0.50%，總孔隙度、＞0.25 mm團(tuán)聚體、總持水量和CEC分別增加1.49%、3.81%、1.49%和4.84%，但差異均不顯著，電導(dǎo)率和可溶性鹽則顯著增加12.45%和12.44%。

表2 有機(jī)廢料生態(tài)肥還田對(duì)溫室土壤理化性質(zhì)和持水量的影響

2.2.2 對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)及速效氮磷鉀和供肥量的影響

由表3可知，不同處理土壤有機(jī)質(zhì)含量、有機(jī)碳含量、有機(jī)碳密度、供碳量、堿解氮含量、速效磷含量、速效鉀含量和供肥量均表現(xiàn)為有機(jī)廢料生態(tài)肥＞常規(guī)化肥＞對(duì)照。有機(jī)廢料生態(tài)肥與常規(guī)化肥相比較，有機(jī)質(zhì)含量、有機(jī)碳含量、供碳量分別極顯著增加16.71%、16.72%和16.74%，有機(jī)碳密度、堿解氮含量、速效磷含量、速效鉀含量、供氮量、供磷量和供鉀量分別增加4.78%、2.04%、3.14%、3.69%、2.05%、3.21%和3.70%，但差異不顯著；與對(duì)照相比較，有機(jī)質(zhì)含量、有機(jī)碳含量、供碳量、堿解氮含量、速效磷含量、速效鉀含量、供氮量、供磷量和供鉀量分別極顯著增加21.26%、21.24%、21.34%、37.24%、24.64%、27.56%、37.24%、24.58%和27.57%，有機(jī)碳密度顯著增加7.52%。常規(guī)化肥與對(duì)照相比較，有機(jī)質(zhì)含量、有機(jī)碳含量、有機(jī)碳密度、供碳量分別增加3.89%、3.96%、2.61%、3.94%，但差異不顯著（除有機(jī)碳密度外），堿解氮含量、速效磷含量、速效鉀含量、供氮量、供磷量和供鉀量分別極顯著增加34.50%、20.85%、23.02%、34.49%、20.71%和23.02%。

表3 有機(jī)廢料生態(tài)肥還田對(duì)溫室土壤有機(jī)質(zhì)、有機(jī)碳、氮磷鉀含量及供肥量的影響

2.2.3 對(duì)土壤微生物數(shù)量、酶活性及重金屬含量的影響

由表4可知，不同處理土壤真菌數(shù)量表現(xiàn)為對(duì)照＞常規(guī)化肥＞有機(jī)廢料生態(tài)肥；細(xì)菌、放線(xiàn)菌數(shù)量及蔗糖酶、脲酶、磷酸酶、多酚氧化酶活性均為有機(jī)廢料生態(tài)肥＞常規(guī)化肥＞對(duì)照。有機(jī)廢料生態(tài)肥與常規(guī)化肥相比較，真菌數(shù)量顯著降低6.42%，細(xì)菌數(shù)量、放線(xiàn)菌數(shù)量、蔗糖酶活性和多酚氧化酶活性分別極顯著增加17.79%、31.80%、14.92%和12.99%，脲酶和磷酸酶活性分別增加了2.17%和0.98%；與對(duì)照相比較，真菌數(shù)量顯著降低7.87%，細(xì)菌、放線(xiàn)菌數(shù)量和蔗糖酶、脲酶、磷酸酶、多酚氧化酶活性分別極顯著增加19.63%、33.02%、19.09%、27.30%、32.90%和16.00%。常規(guī)化肥與對(duì)照相比較，真菌數(shù)量降低1.55%，細(xì)菌數(shù)量和放線(xiàn)菌數(shù)量、蔗糖酶活性和多酚氧化酶活性分別增加1.56%、0.93%、3.63%和2.67%，脲酶活性和磷酸酶活性分別極顯著增加24.32%和31.60%。

不同處理土壤重金屬含量均表現(xiàn)為常規(guī)化肥＞有機(jī)廢料生態(tài)肥＞對(duì)照（表4）。有機(jī)廢料生態(tài)肥與常規(guī)化肥相比較，土壤Hg、Cd、Cr和Pb含量分別極顯著降低6.25%、7.50%、6.20%和18.05%；與對(duì)照相比較，Hg、Cd、Cr和Pb含量分別增加4.65%、2.78%、3.94%和2.85%，除Cr外其他增加均不顯著。常規(guī)化肥與對(duì)照相比較，Hg、Cd、Cr和Pb含量分別極顯著增加11.63%、11.11%、10.81%和25.50%。

表4 有機(jī)廢料生態(tài)肥還田對(duì)溫室土壤微生物數(shù)量、酶活性及重金屬含量的影響

2.3 有機(jī)廢料生態(tài)肥對(duì)番茄品質(zhì)、經(jīng)濟(jì)性狀及效益的影響

由表5可知，不同處理可溶性糖含量、VC含量、單果質(zhì)量、單株產(chǎn)量和產(chǎn)量均表現(xiàn)為有機(jī)廢料生態(tài)肥＞常規(guī)化肥＞對(duì)照；可滴定酸含量為對(duì)照＞常規(guī)化肥＞有機(jī)廢料生態(tài)肥；增產(chǎn)值、施肥成本、施肥利潤(rùn)、肥料投資效率均表現(xiàn)為有機(jī)廢料生態(tài)肥＞常規(guī)化肥。有機(jī)廢料生態(tài)肥與常規(guī)化肥相比較，可溶性糖含量、單果質(zhì)量、單株產(chǎn)量和產(chǎn)量分別顯著增加6.97%、6.68%、6.81%和5.45%，VC含量極顯著增加10.79%，可滴定酸含量極顯著降低19.15%，增產(chǎn)值、施肥利潤(rùn)和肥料投資效率分別增加25.73%、29.64%和27.77%；與對(duì)照相比較，可溶性糖含量、VC含量、單果質(zhì)量、單株產(chǎn)量和產(chǎn)量分別極顯著增加32.49%、27.20%、25.58%、36.91%和33.74%，可滴定酸含量極顯著降低20.83%。常規(guī)化肥與對(duì)照相比較，可溶性糖含量、VC含量、單果質(zhì)量、單株產(chǎn)量和產(chǎn)量分別極顯著增加23.86%、14.81%、17.72%、28.19%和26.83%，可滴定酸含量降低2.08%。

表5 有機(jī)廢料生態(tài)肥對(duì)番茄品質(zhì)、經(jīng)濟(jì)性狀及效益的影響

3 結(jié)論與討論

利用雞糞、菇渣和油菜籽餅肥配制有機(jī)廢料生態(tài)肥，具有生產(chǎn)上的實(shí)踐意義和科學(xué)研究中的創(chuàng)新意義，促進(jìn)了廢棄物資源的循環(huán)利用，解決了番茄生產(chǎn)過(guò)程中化肥超量施用，溫室土壤環(huán)境質(zhì)量下降、產(chǎn)品產(chǎn)量低而不穩(wěn)和品質(zhì)差等疑難問(wèn)題。施用有機(jī)廢料生態(tài)肥降低了溫室土壤容重，增大了孔隙度和水穩(wěn)性團(tuán)聚體，提高了有機(jī)質(zhì)含量，這種變化規(guī)律與有機(jī)廢料生態(tài)肥中的有機(jī)質(zhì)含量有關(guān)，有機(jī)質(zhì)促進(jìn)了水穩(wěn)性團(tuán)聚體的形成，使土壤疏松、容重降低、孔隙度增大。施用有機(jī)廢料生態(tài)肥的溫室土壤CEC、總持水量增大，pH值降低，主要是有機(jī)廢料生態(tài)肥吸附能力較強(qiáng)，提高了溫室土壤的CEC，有機(jī)廢料生態(tài)肥吸水率較大，提高了總持水量，有機(jī)廢料生態(tài)肥在分解過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)酸降低了土壤pH值。施用有機(jī)廢料生態(tài)肥提高了溫室土壤酶活性，究其原因是有機(jī)廢料生態(tài)肥中的有機(jī)質(zhì)補(bǔ)充了土壤有機(jī)碳含量，因而提高了酶活性。施用有機(jī)廢料生態(tài)肥后溫室土壤重金屬離子Hg、Cd、Cr、Pb含量分別為0.45、0.37、17.41、6.13 mg/kg，均小于土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（分別為0.50、0.30、150.00、70.00 mg/kg），與對(duì)照差異不顯著，不會(huì)對(duì)蔬菜造成風(fēng)險(xiǎn)；常規(guī)化肥處理重金屬離子含量與對(duì)照差異極顯著，說(shuō)明施用化肥對(duì)重金屬離子有明顯的富集作用。施用有機(jī)廢料生態(tài)肥有利于改善番茄品質(zhì)，這與杜中平等的研究結(jié)果相一致。有關(guān)利用有機(jī)廢料生態(tài)肥替代部分化肥對(duì)溫室土壤理化性質(zhì)和生物學(xué)特性的影響有待進(jìn)一步研究。

有機(jī)廢料生態(tài)肥施肥量為50.00 t/hm時(shí)，施肥利潤(rùn)達(dá)到最大值。施用有機(jī)廢料生態(tài)肥，有效降低了溫室土壤容重、pH值、電導(dǎo)率、可溶性鹽和真菌數(shù)量，提高了總孔隙度、＞25 mm團(tuán)聚體、總持水量、CEC、有機(jī)質(zhì)含量、供肥量、細(xì)菌、放線(xiàn)菌數(shù)量和酶活性，降低了番茄可滴定酸含量，提高了可溶性糖和VC含量、施肥利潤(rùn)和肥料投資效率。施用有機(jī)廢料生態(tài)肥提高了溫室土壤環(huán)境質(zhì)量，改善了番茄品質(zhì)，提高了番茄產(chǎn)量，達(dá)到了提升溫室土壤質(zhì)量的目的。