孫虎孫明茂王成霞呂金浮

(濰坊科技學(xué)院賈思勰農(nóng)學(xué)院，山東壽光 262700)

番茄營養(yǎng)豐富，酸甜可口，是大眾喜愛的蔬菜，近些年番茄種植已成為我國廣大農(nóng)村地區(qū)發(fā)展設(shè)施蔬菜生產(chǎn)和實現(xiàn)農(nóng)民增收致富的重要途徑[1]。 番茄是需肥較多的作物，施肥是保障其增產(chǎn)增收的重要舉措，但生產(chǎn)上菜農(nóng)為了追求產(chǎn)量，往往盲目大量施用化肥，有些地區(qū)化肥用量甚至達(dá)到3 000 kg/hm2以上。 長期過量施肥不僅降低化肥的利用效率，還會導(dǎo)致土壤板結(jié)、鹽漬化、土壤生態(tài)失衡、土傳病害加重，進(jìn)而導(dǎo)致蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)的下降[2-4]。 生物有機(jī)肥是富含有機(jī)質(zhì)的微生物肥料，與化肥相比，生物有機(jī)肥具有調(diào)節(jié)土壤理化性質(zhì)、抑制土傳病害、促進(jìn)作物生長和改善品質(zhì)的優(yōu)點[5]，但生物有機(jī)肥的施用效果受很多因素影響，除與其本身含有的微生物種類、數(shù)量、活性等有關(guān)外，還受土壤水分、溫度、酸堿度、土壤營養(yǎng)狀況以及土壤中原有土著微生物的影響。 因此，積極尋求合理的減少化肥用量而增施生物有機(jī)肥的施肥方案，對實現(xiàn)農(nóng)業(yè)綠色健康可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。

前人關(guān)于化肥減量配施生物有機(jī)肥已做了較多研究。 鄧妍等[6]研究表明，在化肥減量條件下長期施用生物有機(jī)肥可補(bǔ)充土壤有益菌群， 激發(fā)土壤活力從而抑制土傳病菌， 促進(jìn)土壤生態(tài)平衡。 張俊峰等[7]研究發(fā)現(xiàn)生物有機(jī)肥部分替代化肥可以提高番茄葉片光合速率，同時提高番茄植株對氮磷鉀的利用效率。 姜莉莉等[8]的研究表明，與常規(guī)施肥相比，施用生物有機(jī)肥可以提高番茄果實中可溶性糖、維生素C、番茄紅素含量，改善番茄口感。 前人關(guān)于化肥減量配施生物有機(jī)肥的研究主要集中在化肥和生物有機(jī)肥的配施比例以及對土壤和作物產(chǎn)量與品質(zhì)的影響等方面。土壤有益菌群的活動與土壤含水量密切相關(guān)，只有在適宜土壤濕度條件下生物有機(jī)肥才能發(fā)揮其功效[9]。 目前關(guān)于不同灌水量下化肥減量配施生物有機(jī)肥的研究尚未見詳細(xì)報道。 鑒于此，本試驗以設(shè)施番茄為研究對象，采用滴灌水肥一體化技術(shù)，設(shè)置灌水量和肥料配施兩個因素，研究不同灌水量下化肥減量配施生物有機(jī)肥對番茄產(chǎn)量及品質(zhì)的影響，并采用主成分分析法對番茄的品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行綜合評價，明確不同灌水量下化肥減量配施生物有機(jī)肥的應(yīng)用效果，為制定合理的施肥方案、提高化肥利用率、實現(xiàn)番茄綠色提質(zhì)增效生產(chǎn)提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2021—2022年在山東省壽光市濰坊科技學(xué)院農(nóng)學(xué)科研與實踐教學(xué)基地日光溫室內(nèi)進(jìn)行(東經(jīng)118°78'，北緯36°93')。 該區(qū)屬溫帶季風(fēng)區(qū)大陸性氣候，年均氣溫12.7 ℃，年均降水量593.8 mm。日光溫室長度、跨度和脊高分別為100 m×14 m×5.5 m。 試驗地0 ～20 cm 耕層土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分狀況:有機(jī)質(zhì)含量8.27 g/kg、堿解氮64.22 mg/kg、速效磷45.53 mg/kg、速效鉀87.76 mg/kg，pH 值7.65。

1.2 試驗材料

供試番茄品種為新歐粉9 號，由北京聯(lián)華維信有限公司提供。 試驗用生物有機(jī)肥和化肥均來源于壽光佳迪園藝有限公司，生物有機(jī)肥有效微生物主要為枯草芽孢桿菌和地衣芽孢桿菌等，有效活菌數(shù)量≥2×108cfu/g，有機(jī)質(zhì)含量≥45%。

1.3 試驗設(shè)計

按照當(dāng)?shù)夭宿r(nóng)施肥習(xí)慣，試驗前各小區(qū)均施用15 000 kg/hm2農(nóng)家肥做基肥。 試驗設(shè)置灌水量和不同施肥配比兩個因素，共設(shè)置5個處理，分別為:化肥常規(guī)用量2 000 kg/hm2+灌水量800 m3/hm2(CK)、化肥常規(guī)用量減15%+生物有機(jī)肥3 000 kg/hm2+灌水量800 m3/hm2(T1)、化肥常規(guī)用量減30%+生物有機(jī)肥6 000 kg/hm2+灌水量800 m3/hm2(T2)、化肥常規(guī)用量減15%+生物有機(jī)肥3 000 kg/hm2+灌水量1 200 m3/hm2(T3)、化肥常規(guī)用量減30%+生物有機(jī)肥6 000 kg/hm2+灌水量1 200 m3/hm2(T4)。 番茄定植前生物有機(jī)肥一次性均勻施入種植溝內(nèi)，化肥則通過水肥一體化滴灌施入，從番茄定植后分別在苗期、開花坐果期、膨果成熟期按照當(dāng)?shù)夭宿r(nóng)的施肥方法分多次進(jìn)行追施。 CK、T1、T2 處理整個生育期共灌水6 次，T3、T4 處理則灌水10 次。 小區(qū)面積3 m ×12 m ＝36 m2，隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3 次。 種植株行距為40 cm × 60 cm。 番茄長至第6 穗果時頂部留兩片葉摘心。

1.4 測定指標(biāo)與方法

1.4.1 土壤理化性質(zhì)的測定番茄盛果期采用“S”形取樣法，采集距離滴灌帶10 cm 附近0 ～20 cm 耕層土壤，測定土壤堿解氮、速效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)含量和pH 值。 采用重鉻酸鉀法測定土壤有機(jī)質(zhì)含量、堿解擴(kuò)撒法測定堿解氮含量、鉬銻抗比色法測定速效磷含量、火焰光度法測定速效鉀含量，土壤pH 值用雷磁PHS-3C 型酸度計測定。

1.4.2 番茄產(chǎn)量和品質(zhì)指標(biāo)的測定每小區(qū)選取有代表性的5 株番茄，每穗果實成熟后測定單果質(zhì)量，6 穗果全部成熟后計算單株產(chǎn)量。 選取第2 穗大小均勻、成熟度一致的番茄果實測定各項品質(zhì)指標(biāo)。 采用PAL-1 型手持式折光儀測定可溶性固形物含量，可溶性糖和維生素C 含量采用比色法[10]測定，有機(jī)酸、硝酸鹽和可溶性蛋白含量分別采用酸堿滴定法[11]、硫酸-水楊酸法[12]、考馬斯亮藍(lán)法[12]測定，采用高效液相色譜法測定番茄紅素含量[13]。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010 軟件統(tǒng)計整理，通過SPSS 20.0 統(tǒng)計分析軟件采用LSD 法進(jìn)行差異顯著性檢驗(P＜0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌水量下化肥減量配施生物有機(jī)肥對土壤理化性質(zhì)的影響

由表1 可知，與CK 相比，T1～T4 各處理顯著提高0～20 cm 耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量，較CK 分別提高4.32%、10.70%、26.52%、33.19%，pH 值則顯著低于CK。 T1、T2 處理的土壤堿解氮、速效磷、速效鉀含量顯著低于CK，T3、T4 處理則與CK 差異不顯著。 在肥料用量相同灌水量不同條件下比較，土壤堿解氮、速效磷、速效鉀和有機(jī)質(zhì)含量均表現(xiàn)為T3＞T1、T4＞T2，且均達(dá)顯著水平。

表1 不同水肥處理對0～20 cm耕層土壤理化性質(zhì)的影響

2.2 不同灌水量下化肥減量配施生物有機(jī)肥對番茄產(chǎn)量的影響

由表2 可以看出，不同處理單株結(jié)果數(shù)差異不顯著，單果質(zhì)量和單株產(chǎn)量均以T3 處理最高，但與CK 差異不顯著，T2 處理最低。 在肥料用量相同灌水量不同下比較，T3 處理單果質(zhì)量和單株產(chǎn)量較T1 分別提高5.82%、13.77%，T4 處理比T2 分別提高8.11%、11.82%。 化肥偏生產(chǎn)力是反映土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分狀況和化肥綜合效應(yīng)的重要指標(biāo)，化肥減量配施生物有機(jī)肥各處理均顯著提高化肥偏生產(chǎn)力，T1 ～T4 處理較CK 分別提高6.98%、16.49%、21.72%、11.83%。

表2 不同水肥處理對番茄產(chǎn)量的影響

2.3 不同灌水量下化肥減量配施生物有機(jī)肥對番茄果實營養(yǎng)品質(zhì)的影響

由表3 可知，番茄果實中維生素C 含量以T4處理最高，較CK 高43.69%，其他化肥減量處理也均顯著高于CK，T3、T4 無顯著差異但顯著高于T1、T2 處理。 在肥料用量相同灌水量不同下比較，T3 處理維生素C 含量顯著高于T1，T4 顯著高于T2。 可溶性蛋白含量以CK 最高，T2 處理最低，除T3 處理與CK 差異不顯著外，其他處理均顯著低于CK。 番茄紅素含量表現(xiàn)為T3 處理最高，CK最低，但處理間差異未達(dá)顯著水平。 與CK 相比，各化肥減量處理均顯著降低番茄果實中硝酸鹽含量，T4 處理硝酸鹽含量最低，比CK 降低26.48%。

表3 不同水肥處理對番茄營養(yǎng)品質(zhì)的影響mg/kg

2.4 不同灌水量下化肥減量配施生物有機(jī)肥對番茄口感品質(zhì)的影響

可溶性固形物、可溶性糖和有機(jī)酸是形成番茄口感風(fēng)味的主要物質(zhì)，糖酸比是評價番茄口感和風(fēng)味的主要依據(jù)。 由表4 可以看出，化肥減量配施生物有機(jī)肥各處理均顯著提高番茄果實的可溶性固形物和可溶性糖含量，顯著降低有機(jī)酸含量，從而顯著提高糖酸比。 T4 處理可溶性固形物、可溶性糖含量和糖酸比最高，比CK 分別高出27.26%、34.84%、60.82%。 在肥料用量相同灌水量不同下比較，可溶性固形物、可溶性糖含量和糖酸比表現(xiàn)為T3 處理顯著高于T1，T4 處理顯著高于T2。 T1～T4 各處理有機(jī)酸含量顯著低于CK，化肥減量各處理間未表現(xiàn)出顯著差異。

表4 不同水肥處理對番茄口感品質(zhì)的影響

2.5 番茄品質(zhì)指標(biāo)主成分分析及綜合評價

由于單項指標(biāo)不能對番茄品質(zhì)進(jìn)行綜合評價，因而采用SPSS 20.0 統(tǒng)計分析軟件對番茄8個品質(zhì)指標(biāo)(維生素C、可溶性蛋白、番茄紅素、硝酸鹽、可溶性固形物、可溶性糖、有機(jī)酸、糖酸比)進(jìn)行主成分分析，通過分析得到前2個主成分的累計方差貢獻(xiàn)率高達(dá)96.74% ，滿足＞85% 的條件，說明前2個主成分反映了原始變量96.74%的信息(表5)。 因此可以用第1、2 主成分綜合評價番茄品質(zhì)，從而達(dá)到降維的目的。

表5 番茄品質(zhì)指標(biāo)的主成分分析結(jié)果

利用前2個主成分特征向量為權(quán)重構(gòu)建函數(shù)表達(dá)式:

式中F1、F2分別對應(yīng)第1、2 主成分得分，ZX1、ZX2、ZX3、ZX4、ZX5、ZX6、ZX7、ZX8為原始數(shù)據(jù)消除變量之間量綱關(guān)系后的8個品質(zhì)指標(biāo)值。

利用主成分綜合評價模型對番茄果實品質(zhì)進(jìn)行綜合評價，得分依次為T4＞T3＞T2＞T1＞CK(表6)。

表6 不同水肥處理下番茄品質(zhì)指標(biāo)綜合評價

3 討論

化肥因易溶于水，能被作物快速吸收利用，在生產(chǎn)上普遍使用。 但長期大量施用化肥易導(dǎo)致土壤板結(jié)、有機(jī)質(zhì)含量下降、破壞土壤生態(tài)環(huán)境。 相關(guān)研究表明大量施用化肥并不能持續(xù)提高作物產(chǎn)量[14]。 生物有機(jī)肥有機(jī)質(zhì)含量高，且添加了外源有益微生物，可以通過微生物的生命活動分解土壤中的有機(jī)質(zhì)和礦物質(zhì)，改善土壤微生態(tài)環(huán)境，且生物有機(jī)肥中的氮養(yǎng)分釋放速率比無機(jī)肥慢，在作物生長后期能夠更好的為作物提供養(yǎng)分， 不斷滿足作物生長需求，達(dá)到速效和長效兼有的效果[15-18]。 柳玲玲等[19]研究表明施用生物有機(jī)肥能調(diào)節(jié)土壤理化性質(zhì)，降低土壤pH 值。 Thonar等[20]研究認(rèn)為土壤生物菌劑和有機(jī)肥配合施用，尤其是和農(nóng)家肥配施能促進(jìn)作物對磷的吸收，并顯著提高作物產(chǎn)量。 本試驗結(jié)果表明，化肥減量配施生物有機(jī)肥降低土壤pH 值，并顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，這與柳玲玲等[19]的研究結(jié)果一致。 不同灌水量下化肥減量配施生物有機(jī)肥，0 ～20 cm 耕層土壤堿解氮、速效磷和速效鉀含量不同，當(dāng)灌水量為800 m3/hm2時，化肥減量15%配施3 000 kg/hm2生物有機(jī)肥和化肥減量30%配施6 000 kg/hm2生物有機(jī)肥土壤堿解氮、速效磷、速效鉀含量顯著低于化肥常規(guī)用量，而當(dāng)灌水量為1 200 m3/hm2時，化肥減量配施生物有機(jī)肥與化肥常規(guī)用量差異并未達(dá)顯著水平。 表明在適宜的灌水量條件下，有利于土壤有益微生物菌群的活動，能夠促進(jìn)有機(jī)質(zhì)的分解和養(yǎng)分的有效利用，有利于設(shè)施菜地土壤改良，提高土壤有效養(yǎng)分含量。

前人研究表明，適量減施化肥對作物的生長并沒有太大影響，同時配施生物有機(jī)肥可顯著提高蔬菜產(chǎn)量[21-24]。 本試驗結(jié)果表明，當(dāng)灌水量為800 m3/hm2時，化肥減量配施生物有機(jī)肥番茄的單果質(zhì)量和單株產(chǎn)量隨著化肥用量的減少逐漸下降，當(dāng)灌水量為1 200 m3/hm2時，化肥減量15%和30%配施生物有機(jī)肥處理番茄的單果質(zhì)量和單株產(chǎn)量均與常規(guī)施肥差異不顯著。 表明在適宜灌水量下化肥減30%以內(nèi)并未造成單果質(zhì)量和單株產(chǎn)量的顯著下降，結(jié)果數(shù)各處理間均未表現(xiàn)出顯著差異。 化肥減量配施生物有機(jī)肥各處理均提高化肥偏生產(chǎn)力，這與李峰等[25]在花生上的研究結(jié)果一致。 本試驗中T3 處理化肥偏生產(chǎn)力最高，較對照提高21.72%，表明適宜的土壤水分條件能夠提高化肥利用率。 化肥減量配施生物有機(jī)肥能顯著改善番茄品質(zhì)，與常規(guī)施肥相比，化肥減量配施生物有機(jī)肥顯著提高番茄可溶性固形物、可溶性糖、維生素C 含量和糖酸比，硝酸鹽和有機(jī)酸含量則顯著下降，這與前人的研究結(jié)果[26]基本一致。 本試驗中，化肥減量配施生物有機(jī)肥處理的番茄可溶性蛋白含量下降，番茄紅素含量與常規(guī)施肥處理無顯著差異，這與前人的結(jié)果[26]有所不同，可能與試驗條件以及土壤基礎(chǔ)肥力狀況不同有關(guān)，具體原因還有待于進(jìn)一步研究。 對番茄8個品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，結(jié)果表明化肥減量配施生物有機(jī)肥番茄品質(zhì)指標(biāo)綜合評價均優(yōu)于常規(guī)化學(xué)施肥，各處理得分依次為T4＞T3＞T2＞T1＞CK。

4 結(jié)論

綜合考慮以上因素，當(dāng)灌水量為1 200 m3/hm2時，化肥減量15%和30%配施生物有機(jī)肥顯著提高化肥偏生產(chǎn)力且番茄產(chǎn)量并未顯著波動，番茄品質(zhì)顯著改善。 因此，在適宜的灌水量條件下，化肥適當(dāng)減量配施有機(jī)肥能夠提高化肥利用效率，是實現(xiàn)番茄綠色提質(zhì)增效的科學(xué)施肥方式。