生物降解高分子緩控釋肥在番茄上的應用研究

馬琳娜，向 陽，趙貴哲，劉亞青

（1.中北大學山西省高分子復合材料工程技術研究中心，山西 太原 030051；2.中北大學理學院，山西 太原 030051；3.中北大學材料科學與工程學院，山西 太原 030051）

生物降解高分子緩控釋肥在番茄上的應用研究

馬琳娜1，2，向 陽1，3，趙貴哲1，3，劉亞青1，3

（1.中北大學山西省高分子復合材料工程技術研究中心，山西 太原 030051；2.中北大學理學院，山西 太原 030051；3.中北大學材料科學與工程學院，山西 太原 030051）

以番茄為試材，與番茄專用肥及有機-無機復混肥對比，系統研究了兩種不同溶解度的生物降解高分子緩控釋肥對盆栽番茄生理特性、果實品質及產量的影響。結果表明：不同種類的生物降解高分子緩控釋肥可以不同程度地提高番茄葉片葉綠素含量、葉片硝酸還原酶活性以及根系活力；生物降解高分子緩控釋肥不僅對番茄的品質有明顯的改善作用，而且還可以提高番茄的產量，生物降解高分子緩控釋氮磷鉀肥和生物降解高分子緩控釋微肥效果可以分別增產75.39%和64.72%。

生物降解高分子緩控釋肥；番茄；生理特性；果實品質；產量

馬琳娜，向陽，趙貴哲，等.生物降解高分子緩控釋肥在番茄上的應用研究［J］.廣東農業科學，2016，43（4）：84-88.

農業在我國國民經濟發展中占有重要的基礎地位，但其發展受到來自人口增長、耕地面積銳減和人力資源短缺等的制約［1-2］，由此帶來的糧食問題日益突出，增加糧食產量已經刻不容緩［3］。肥料是糧食增產的關鍵，但普通肥料存在的營養元素揮發、淋溶等造成肥料利用率低，不僅造成嚴重的資源浪費及經濟損失，而且還造成土壤板結、臭氧層破壞、水體污染等環境問題［4-6］。因此，提高肥料利用率對實現農業可持續發展具有極其重要的意義。

國內外肥料研究者們研發了大量的新型肥料，以期提高養分利用率、減輕環境污染，其中緩控釋肥因能使肥料養分緩慢釋放或控制養分釋放速度，使養分釋放與作物需求同步而成為解決上述問題的理想途徑［7］。早在20世紀初，緩控釋肥料就已經問世，目前的主要品種有脲醛肥料、硫包衣尿素以及樹脂包膜肥料，其中樹脂包膜肥料在水稻、花卉、蔬菜作物上得到應用。但是，樹脂包膜肥料養分釋放后殘留在土壤中的膜難于在短期內降解，這勢必會對土壤造成污染［8］。有機高分子緩控釋肥是一種新型可降解高分子材料，它在土壤中能夠完全降解，并具有良好的養分緩控釋性能且養分全面，為進一步明確其在蔬菜上的應用效果，本試驗以山西省高分子復合材料工程技術研究中心提供的幾種生物降解高分子緩控釋肥為試材，研究比較了它們在番茄栽培上的應用效果。

1 　材料與方法

1.1 試驗材料

供試番茄幼苗品種為華農種苗，由山西省太原市上蘭村商戶提供。

供試土壤為粉壤土，其基本理化性狀為砂粒38%、粉粒50%、粘粒12%，pH 8.2，有機質10.3 g/kg ，土壤全氮含量104 mg/kg、有效磷4.3 mg/kg、速效鉀132.7 mg/kg。

供試肥料：番茄專用肥（N33.4%、P2O530.5%、K2O 64.2%），由山東邁金農生態肥業有限公司提供；有機肥（有機質91.4%、N2.6%、P2O53.4 %、K2O 2.5%），由臨汾市匯進鑫肥業有限公司提供；低溶解度生物降解高分子緩控釋氮磷鉀肥（冷水溶解度25%，N 21.5%、P2O522.9%、K2O 7.8%），高溶解度生物降解高分子緩控釋氮磷鉀肥（冷水溶解度42%，N 21.5%、P2O522.9%、K2O11.8%），低溶解度生物降解高分子緩控釋微肥（冷水溶解度28%，N 35.9%、P2O51.9%、Te0.9%），高溶解度生物降解高分子緩控釋微肥（冷水溶解度44%，N 39.3%、P2O51.6 %、Te0.8%），由中北大學山西省高分子復合材料工程技術研究中心提供。尿素、磷酸二氫鉀、硫酸鉀均為分析純，有天津市光復科技發展有限公司提供。

1.2 試驗方法

選取生長一致的五葉一心幼苗定植，將土壤和肥料充分混勻后，裝入規格為120 cm×38 cm×28 cm的栽培箱中，每箱裝入高為25 cm的土，每箱定植3株，株距30 cm，定植時沿箱子中心種植。土壤裝箱時，首先裝入高度為5 cm的土壤（按照體積和容重換算重量，然后稱重裝入），再將20 cm的土壤稱出（按體積和容重換算）與所施肥料混合均勻，再裝入箱中，表層土壤鋪平，然后澆入相當于25 cm土壤的最大持水量（即澆透），24 h后在日照強度小時進行番茄幼苗移栽，以后定期并定量澆水，使土壤相對含水量保持在40%～80%，每個處理澆水量均相同。

試驗設7個處理：CK為不施肥，CCF為番茄專用肥，50%OM+50%INF為有機-無機復混肥，PRFL和PRFH分別為低、高溶解度生物降解高分子緩控釋NPK肥，WRFL和WRFH分別為低、高溶解度生物降解高分子緩控釋微肥，每個處理3次重復。試驗中7個處理所施氮、磷、鉀量相同，氮、磷、鉀的需求比例N∶P2O5∶K2O=1∶1∶2，最佳配施方案為每667 m2施N 16 kg、P2O514.6 kg、K2O 30.7 kg。

1.3 測定方法

1.3.1 土壤基本理化性狀 土壤砂粒、粉粒、粘粒、pH、有機質、土壤全氮含量、有效磷、速效鉀按一般方法測定［9］。

1.3.2 番茄生理特性 葉綠素含量采用丙酮-乙醇混合液浸提法［10］、葉片硝酸還原酶活性采用磺胺比色法［11］、根系活力采用TTC法［11］測定。

1.3.3 番茄果實品質 可溶性糖含量采用蒽酮法［12］、維生素C（Vc）含量采用2，6-二氯靛酚滴定法［11］、可滴定酸（TA）含量采用酸堿滴定法［11］、番茄紅素含量采用石油醚提取比色法［13］、硝酸鹽含量采用水楊酸消化法［14］、甲醛含量采用蒸餾法［15］測定。

1.3.4 番茄產量 番茄果實收獲后按照處理收集入塑封袋中并標記，分別用電子天平稱重，記錄產量，并記錄結果數。番茄多批收獲，每收獲一批立即測定其產量和結果數，直到拉秧后再對各處理的產量和結果數進行統計，并計算番茄平均重量。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對番茄生理特性的影響

2.1.1 葉片葉綠素含量 葉綠素是植物進行光合作用的主要色素，較高的葉綠素含量有利于植物進行光合作用，從而有利于營養物質的積累。從圖1可以看出，隨著生長期的延長，各施肥處理的葉綠素含量呈現先升高后降低的趨勢。此外，在各個時期，生物降解高分子緩控釋肥處理對應的葉片葉綠素含量均高于CK，尤其在成熟期差距較為顯著，且PRF及WRF兩種處理的葉綠素含量高于CCF 及OM+INF，表明生物降解高分子緩控釋肥在后期也能提供足夠的養分，從而有助于生育后期葉片維持較高的光合能力。

圖1 不同施肥處理對番茄不同時期葉綠素含量的影響

2.1.2 葉片硝酸還原酶活性和根系活力 由圖2可知，番茄成熟期各處理的硝酸還原酶含量均高于CK，且以PRF和OM+ INF處理的最高，其次是WRF，再次是CCF，其中PRFL和WRFL分別比CK提高了115.02%和58.67%。可見，施用生物降解有機高分子緩控釋PNK肥和微肥可以提高番茄葉片的硝酸還原酶含量，促進硝態氮的同化和吸收，進而有利于提高作物產量，與2.3所述PRF和WRF施肥處理的番茄產量最高相一致。

圖2 不同施肥處理對番茄葉片硝酸還原酶活性的影響

根系活力用琥珀酸脫氫酶的活性表示。土壤的理化性質和肥力不同，會導致根際環境的較大差異，進而影響植物的根系活力。由圖3可知，PRFL處理的根系活力顯著高于其他處理，且PRFL＞PRFH＞WRFL＞WRFH，這是因為在土壤的濕度、溫度、有毒物質含量和緊實度等條件相同的情況下，養分含量是植物根系活力的主要因素［16］。因為溶解度低的肥料的養分釋放緩慢，能夠為生長后期的番茄根系提供充足養分，因此較高溶解度肥料處理的番茄具有更強的根系活力。

圖3 不同施肥處理對番茄根系活力的影響

2.2 不同施肥處理對番茄果實品質的影響

可溶性糖、有機酸、Vc、番茄紅素、硝酸鹽含量等指標是番茄果實食用及風味優劣的重要依據，因而也是衡量番茄果實綜合品質的重要指標。從表1可以看出，生物降解有機高分子緩控釋PNK肥、有機-無機復混肥、生物降解有機高分子緩控釋微肥有效提高了番茄的可溶性糖含量；有機酸含量與糖含量趨勢相似；糖酸比是評價番茄口感的重要指標，由測得的糖、酸含量可計算得到各處理的糖酸比次序：PRFL＞WRFL＞OM+INF≈PRFH≈WRFH＞CCF＞CK，表明生物降解有機高分子緩控釋PNK肥與微肥處理的口感最好。

各處理間番茄Vc含量依次為：PRFH＞WRFH＞WRFL＞PRFL＞OM+INF＞CK≈CCF；生物降解有機高分子緩控釋PNK肥和微肥處理中番茄Vc含量最高，有機-無機復混肥配施其次，普通肥與空白處理接近。這可能是因為Vc為碳水化合物，在其合成過程中除需要空氣提供的碳源外，還需要來自土壤的供給，普通肥主要由無機鹽組成，無法提供小分子碳水化合物，而生物降解高分子緩控釋肥在N、P、K釋放過程中分解出部分水溶性碳水化合物被根系吸收，從而促進了Vc的合成［17］。

各處理對番茄紅素含量的影響順序依次為CK＞CCF＞WRFH＞OM+INF＞PRFL＞WRFL＞PRFH，與對其他品質的影響不一致。經分析發現，番茄紅素含量與可溶性糖含量整體上呈現負相關的關系，即含糖量越低的番茄，其番茄紅素含量越高。

硝酸鹽在人體胃腸中經微生物作用可被還原成有毒的亞硝酸鹽，它可與人體血紅蛋白反應使之失去載氧功能，造成高鐵血紅蛋白癥，導致智力遲鈍，因此經常食用硝酸鹽含量過多的蔬菜會危害身體健康［18］。由表1可知，生物降解有機高分子緩控釋處理的硝酸鹽含量最高為187.78（±9.96）μg/g，硝酸鹽含量最高的處理為CCF、達252.72 （±12.26）μg/g。

合成的生物降解高分子緩控釋肥在降解過程中可能會釋放出甲醛，這是否會對番茄果實品質造成一定影響值得探究。本試驗結果表明，上述處理中番茄甲醛含量最大值為1.04 mg/kg。

2.3 不同施肥處理對番茄產量的影響

由表2可知，PRF和WRF處理的產量最高，其次為OM+INF和CCF處理，CK的產量最低。番茄均重在一定程度上可以說明果實大小，CCF處理的番茄比其他處理大，但產量并不高，而PRF和WRF處理在提高番茄大小的基礎上，顯著提高了番茄產量（分別提高75.39%和64.72%）。番茄是連續開花結果的蔬菜，生長期長，需肥量大，且結果期需肥量更大。CCF處理的番茄結果主要集中在結果期內，后期不再結新果，即結果數相對少，而PRF和WRF處理在整個番茄生長期都可以提供充足的養分，尤其在生長后期仍能繼續釋放養分促進番茄植株的生殖生長及果實的生長發育，而且在各生物降解高分子緩控釋肥處理中，低溶解度肥料處理的產量比高溶解度肥料高（WRFL＞WRFH，PRFL＞PRFH），進一步說明養分緩釋對番茄生長有促進作用。WRF處理中除了含有N、P、K養分外，還含有微量元素（如Fe、Mn、Cu、Zn），在一定程度上有助于番茄的生長。

表1 不同施肥處理對番茄果實品質的影響

表2 不同施肥處理的番茄產量

3 結論與討論

通過化學合成法制備生物降解高分子緩控釋肥，本試驗結果表明，相對于速效肥而言，生物降解高分子緩控釋肥對改善番茄生理性狀和果實品質、提高番茄產量均有具有重要的意義。

與番茄專用肥、有機-無機復混肥相比，生物降解高分子緩控釋肥可以提高番茄葉片葉綠素含量，改善光合作用。隨著番茄生長期的延長，各施肥處理的葉綠素含量呈現先升高后降低的趨勢，這主要是因為從結果期開始，番茄生長旺盛，營養主要向果實運輸，使葉片生長受到限制［19］。結果期之后，葉片葉綠素含量的下降主要受到養分的影響，當營養供給不足時，葉綠素含量下降較快，可以看出，與其他處理相比，PRF與WRF處理的葉片葉綠素含量較高，表明生物降解高分子緩控釋肥后期較高的營養供給對番茄葉片葉綠素的含量維持有明顯的促進作用。

硝酸還原酶是植物氮素代謝的關鍵酶，能將進入植物體內的NO3-還原為NO2-，并進一步在亞硝酸還原酶的作用下還原為氨，因此硝酸還原酶與作物吸收和氮肥利用有關，其活性大小在一定程度上影響植物對土壤中氮素的轉化和利用，從而影響作物的產量和品質［20-21］。本試驗結果表明，生物降解高分子緩控釋肥處理的葉片硝酸還原酶活性高于專用肥處理，可有效地促進植物對硝態氮的吸收和利用。

根的生長情況和活力水平直接影響植物地上部的生長和營養狀況及產量水平［22］。PRFL和PRFH能顯著增強番茄根系吸收功能，而WRFL和WRFH效果并不顯著，其具體原因需進一步研究。

在本研究中，生物降解高分子緩控釋肥能顯著提高番茄可溶性糖、Vc、以及糖酸比值；硝酸鹽含量未超過國家標準，世界衛生組織（WHO）和聯合國糧農組織（FAO）在1973年制訂了食品中硝酸鹽的限量標準［23］，據此標準，以上處理的硝酸鹽含量都低于一級標準，可生食；果實中甲醛含量也未超過正常值，WHO曾公布過番茄中甲醛含量為6 mg/kg［24］，而本試驗中番茄甲醛含量最大為1.04 mg/kg、遠低于6 mg/kg，可見生物降解高分子緩控釋肥不會造成番茄甲醛含量升高。總體而言，生物降解高分子緩控釋肥能改善番茄果實的各項品質指標。其中，番茄紅素含量與可溶性糖含量整體上呈現負相關關系，這與其他文獻的結果［25］一致。

相對于番茄專用肥、有機-無機復混肥而言，PRF和WRF在提高番茄大小的基礎上，能顯著提高番茄產量。總體而言，生物降解高分子緩控釋肥在番茄栽培方面具有一定的可行性，這與生物降解高分子緩控釋肥料養分的緩慢釋放特性有關，但是截至目前，有關其養分釋放機理尚不清楚，其中不僅與肥料本身結構有關，還與肥料在養分緩釋過程中溫度、水分、微生物的作用有關［26］，因此關于生物降解高分子緩控釋肥的養分釋放機理仍有待進一步深入研究。

［1］張勇.堅守18億畝耕地“紅線”的探討［J］.經濟問題探索，2011（2）：53-58.

［2］董亞珍.我國農業可持續發展的瓶頸因素與對策［J］.經濟縱橫，2010（5）：77-79.

［3］黃其勝.自貢：增加糧食量產保障糧食安全［J］.四川省情，2014（4）：59-60.

［4］李宗新，董樹亭，王空軍，等.不同肥料運籌對夏玉米田間土壤氮素淋溶與揮發影響的原位研究［J］.植物營養與肥料學報，2007，13（6）：998-1005.

［5］李菊梅，李冬初，徐明崗，等.紅壤雙季稻田不同施肥下的氨揮發損失及其影響因素［J］.生態環境，2008（4）：1610-1613.

［6］李寶剛，譚超，何容信.化肥對環境的污染及其防治［J］.現代農業科技，2009（4）：193-194.

［7］陳建超，劉華，劉俊杰等.緩/控釋化肥合成研究的新進展［J］.現代化工，2011（4）：23-27.

［8］黃云英.緩/控釋肥料研究現狀與展望［J］.現代農業，2009（8）：97-99.

［9］鮑士旦.土壤農化分析［M］.北京：中國農業出版社，2002.

［10］張憲政.作物生理研究法［M］.北京：農業出版社，1992.

［11］高俊鳳.植物生理學實驗指導［M］.北京：高等教育出版社，2006.

［12］張治安.植物生理學實驗指導［M］.北京：中國農業科學技術出版社，2004.

［13］楊定清，謝永紅，王棚，等.番茄中番茄紅素檢測方法的改進［J］.西南農業學報，2010，23（1）：277-279.

［14］張治安，陳展宇.植物生理學實驗技術［M］.長春：吉林大學出版社，2008.

［15］馬永軍，安利華，鄭萬源，等.中國常見水果甲醛本底值調查及含量分析［J］.食品科技，2007，32 （3）：221-224.

［16］于永輝，朱曉天，孫振營，等.水分脅迫對蔬菜的影響［J］.吉林蔬菜，2006（2）：58-60.

［17］程冬冬，郝率群，王燕，等.高分子緩/控釋肥在小油菜上的應用研究［J］.北方園藝，2014（17）：178-180.

［18］求康.吃出健康：全身食物地圖［J］.時代郵刊，2012 （2）：58-60.

［19］張晶晶，海波，劉慧鵬.番茄葉片葉綠素含量變化規律研究［J］.現代農業科技，2015（1）：99-100.

［20］May S K，顧立江，程紅梅.植物中硝酸還原酶和亞硝酸還原酶的作用［J］.生物技術進展，2011，3 （1）：159-164.

［21］李海燕.有機型無土栽培基質配方研制及其對番茄的生長效應研究［D］.泰安：山東農業大學，2012：22-23.

［22］孫景寬，李田，夏江寶，等.干旱脅迫對沙棗幼苗根莖葉生長及光合色素的影響［J］.水土保持通報，2011，31（1）：68-71.

［23］Fox P H，Hoffman L D.The effect of N fertilizer source on grain yield，N uptake，soil pH and lime requirement in No-Till Corn［J］.Agronomy Journal，1981，73 （5）：891-895.

［24］馬永均，安利華，鄭萬源，等.中國常見水果甲醛本底值調查及含量分析［J］.食品科技，2007，62 （3）：221-223.

［25］劉宗林，賈建會，樊利青.蔬菜中硝酸鹽的危害及檢測［J］食品科學，2001，22（7）：65-67.

［26］郝率群，李琦琛，馬琳娜，等.高低冷水溶解度改性聚羰基脲緩釋性能的研究［J］.廣東農業科學，2015，42（9）：51-55.

（責任編輯 楊賢智）

Application of biodegradable slow and controlledrelease polymeric fertilizer in tomato

MA Lin-na1，2，XIANG Yang1，3，ZHAO Gui-zhe1，3，LIU Ya-qing1，3
（1.Research Center for Engineering Technology of Polymeric Composites of Shanxi Province，North University of China，Taiyuan 030051，China；2.College of Science，North University of China，Taiyuan 030051，China；3.College of Material Science and Engineering，North University of China，Taiyuan 030051，China）

Taking tomato as material，compared with common compound fertilizer and organ-inorganic compound fertilizer，the effects of two kinds of biodegradable slow and controlled-release polymeric fertilizer with different solubility on physiological characteristics，quality of vegetables and yield were studied.Results showed that different kinds of biodegradable slow and controlled-release polymeric fertilizer could improve tomato leaf chlorophyll content，root activity and nitrate reductase activity.And they could not only improve the quality of fruit，but also promote the yield of tomato，in the treatments of biodegradable slow and controlled-release polymeric NPK fertilizer and biodegradable slow and controlled-release polymeric micronutrient fertilizer，yield increased by 75.39% and 64.72%，respectively.

biodegradable slow and controlled-release polymeric fertilizer；tomato； physiological characteristics；quality；yield

S641.2；S145.6

A

1004-874X（2016）04-0084-05

10.16768/j.issn.1004-874X.2016.04.017

2016-02-26

山西省科技攻關項目（20130311009-6）

馬琳娜（1991-），女，在讀碩士生，E-mail：mln0316@163.com

劉亞青（1970-），女，博士，教授，E-mail：lyq@nuc.edu.cn