不同生物有機肥對日光溫室番茄生長、產量和土壤養分的影響

郭 娜，呂廣一，趙 熠，范婷婷，趙丹陽，陳薇薇*

（1.內蒙古農業大學草原與資源環境學院，內蒙古 呼和浩特 010011；2.內蒙古樂番甜農業服務有限公司，內蒙古呼和浩特 010010；3.內蒙古自治區土壤質量與養分資源重點實驗室，內蒙古 呼和浩特 010018）

番茄（Lycopersicon esculentumMiller）是全球栽培面積最大的蔬菜作物，并且我國是世界上最大的番茄生產和消費國家之一[1]。目前，國內日光溫室番茄種植面積已超過80萬hm2，在蔬菜產業中占有重要地位[2]。但部分種植者為了追求高產而過度施用化肥，導致設施土壤營養失衡，土壤酸化和鹽漬化現象嚴重；不但增加了栽培成本，降低了果實品質，同時對蔬菜產業的綠色發展也造成了不利影響[3]。在化肥減量增效的情況下，開發高效、環保的新型有機肥料，在保障番茄品質的同時提高產量，是種植者和消費者共同關注的話題。

近年來，生物有機肥料的市場迅速擴張，其種類層出不窮[4-5]。生物有機肥多以農業廢棄物的資源再利用為開發熱點[6]，而以工業廢棄物再利用的研究內容較少。骨鈣生物有機肥，是以生產生物骨明膠[7]的工業廢棄物——骨鈣泥（包含骨鈣粉及食品級生物鈣）為主原料，添加一定比例糠醛渣等物料腐熟后再添加特定微生物菌劑而制成的有機肥。因骨鈣泥中富含有機質、生物活性物質（如小分子肽等）和中微量元素，更易于被植物吸收，特別是添加的高活性有益菌群，可有效預防作物病蟲害、活化土壤養分，是一種新型的環境友好型生物有機肥產品。為明確骨鈣生物有機肥在蔬菜特別是番茄種植中的應用效果，為該肥料規模化生產和推廣應用提供科學依據，在生態優先的前提下，本研究選用種植戶常用的瑞佳生物有機肥和傳統腐熟羊糞有機肥，與骨鈣生物有機肥進行日光溫室番茄種植肥效比較。瑞佳生物有機肥的特點是利用量子與作物共振原理，提高作物吸收營養物質的效率[8]；純羊糞有機肥的優點是綠色、天然，但相比之下營養元素和有機質含量較少[9]。通過隨機區組試驗，比較了不同有機肥對番茄的植株形態、產量性狀和土壤養分的影響，以期為種植者在番茄生產中的生物有機肥選擇提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗在呼和浩特市賽罕區內蒙古農業大學東園區的日光溫室進行，該地區年均氣溫為6.1 ℃，最熱月份平均氣溫17.0～22.9 ℃，年均日照時長為1 600 h。試驗溫室建于2014年，長70 m，凈跨度7 m，高3.5 m，配備自動升降保溫簾、溫濕度監測及滴灌設備，室內地勢平坦，建成后并未使用過，是良好的驗證肥效的原生土壤。

1.2 試驗材料

供試番茄品種為“吉諾比利”，由武漢楚為生物科技有限公司培育。該品種為無限生長型，粉果，果實高圓形，單果質量在250 g以上，硬度和口感兼備，適合貯藏和運輸。

試驗所用有機肥料共3種，分別是骨鈣生物有機肥（產自內蒙古東寶大田生物科技有限公司，添加BMC高活性復合菌，即包含光合菌群、乳酸菌群、酵母菌群、發酵系絲狀菌群、芽孢桿菌群等5大菌群，有效活菌數≥0.2億個/g，N＋P2O5＋K2O≥20%，有機質≥65%）、羊糞有機肥（產自內蒙古綠冠源有限公司，N＋P2O5＋K2O≥4.0%，有機質≥30%）和瑞佳生物有機肥（產自內蒙古瑞佳田農業科技發展有限公司，添加巨大芽孢桿菌和膠凍樣類芽孢桿菌，有效活菌數≥1億個/g，N＋P2O5＋K2O≥5.0%，有機質≥45%）。

1.3 試驗設計

在日光溫室內劃分緩沖區和試驗區；試驗區包括4個處理，分別為空白對照（T0）、施加骨鈣生物有機肥（T1）、施加羊糞有機肥（T2）和施加瑞佳生物有機肥（T3），采用隨機區組設計，每個處理3次重復，共12個小區。每個小區分2壟，壟間距150 cm，小區面積為7 m×3 m。2020年7月13日定植番茄幼苗，每個小區定植26株。于定植前10 d，在施肥小區內以基肥的形式分別施入不同生物有機肥，均勻撒施后翻耕入土，施肥量均折合為每667 m2施500 kg。

1.4 指標測定及方法

1.4.1 番茄形態特征動態監測

從定植日起，在每個小區內隨機標記6株番茄幼苗，用于觀測植株形態和生理特征。每隔7 d對標記植株測量1次形態特征（包括株高、地徑、葉長和葉寬）。人工使用米尺測量株高、葉長和葉寬。保留5穗果實，在9月30日（定植后77 d）測定株高后打頂，使用細竹竿（2 m長）作為支撐物，根據生長情況進行綁蔓操作。使用游標卡尺測量地徑（距離地面2 cm處的莖稈直徑，代表番茄莖稈的粗度）。

以測定時間為X軸，形態特征指標（株高、地徑、葉長和葉寬）為Y軸進行線性擬合，取斜率即平均增長率。階段增長率，即形態特征指標（株高、地徑、葉長和葉寬）在各指定時段內時間與測定指標（4個處理平均值）的線性擬合斜率。

1.4.2 番茄產量、糖度和葉片葉綠素含量測定

從第1次收獲成熟果實開始，每隔7 d收獲1次，記錄不同處理的收獲番茄果數、產量，折算單果質量；同時使用PAL-1數顯糖度計測定果實糖度（Brix）。從番茄真葉數量達到20片時開始（9月下旬，即番茄結果期），使用SPAD-502儀分別測定新葉（新葉定義為從上往下數第3片葉）和老葉（老葉定義為從下往上數第3片葉）的葉綠素相對含量（SPAD值），約7 d測1次，直至果實成熟后停止測定。

1.4.3 土壤理化性狀測定

番茄收獲后在每小區選取6個點，利用5 cm取土鉆采集耕作層（0～20 cm）土壤，混合均勻后分別測定土壤理化性狀。pH值采用電位法測定，土壤全氮含量采用凱氏定氮法測得，有機質含量采取K2Cr2O7容重法測定，速效磷含量采用NaHCO3浸提法測定[10]，銨態氮和硝態氮含量采取2 mol/L KCl浸提—AA3連續流動分析儀測定[11]。

1.5 數據分析

番茄形態特征動態監測采用重復測量方差分析（Repeated Measures ANOVA），不同施肥處理為固定效應，時間為重復測定因子，分析不同施肥處理，時間及其交互作用對番茄形態特征的影響，若無交互作用則進行單因素方差分析（因定植50 d后陸續發現部分植株出現病毒病的癥狀，表現出萎縮等形態狀況，因此在進行植株形態數據分析時，去掉6株番茄測量值中的最高值和最低值后進行分析）。葉片SPAD值、果實糖度和土壤性狀采用單因素方差分析。使用Excel 2019、SAS V8進行數據統計和分析，使用OriginLab 2022b做圖。

2 結果與分析

2.1 不同有機肥處理對番茄形態特征的影響

表1結果顯示，株高在定植17 d后（緩苗結束）開始快速增長，在定植后17～51 d，平均每7 d增高3.18 cm（除去定植后58 d的數據），定植63 d之后增長減緩，定植后63～77 d的平均每7 d增長率降至0.39 cm。不同有機肥處理番茄平均株高和株高平均增長量均以T1處理最高，分別為110.3 cm和2.10 cm/d，但各處理間均無顯著差異。

表1 不同有機肥處理對番茄形態特征指標的影響

由表1可知，番茄的地徑在定植后17～58 d平均每7 d可增加0.16 mm，定植63 d之后增速放緩，約每7 d僅增長0.04 mm。試驗期間各有機肥處理的平均地徑和地徑平均增長量均以T1處理最高（分別為14.8 mm和0.14 mm/d），3個有機肥處理的平均地徑和地徑平均增長率均高于對照，但各處理間無顯著差異。

由表1可知，番茄的葉長和葉寬在定植后17～31 d平均每7 d可分別增加0.48 cm和0.92 cm，在定植31 d之后增速放緩，每7 d分別增長0.05 cm和0.03 cm。試驗期間各施肥處理葉長和葉寬均以T1處理最大，其中在定植后31 d，T2處理葉長顯著低于T1和T0，其他時間各處理間均無顯著差異。試驗期間各有機肥處理的平均葉長和平均葉寬均以T1處理最大，而葉長平均增長量以T0處理最大（0.01 cm/d），葉寬平均增長率以T2處理最大（0.16 cm/d），但各處理間均無顯著差異。

2.2 不同有機肥處理對番茄葉片葉綠素含量的影響

由圖1可知，番茄結果期新、老葉片的SPAD值呈現出不同的變化，其中T0、T1和T3處理的新葉片SPAD值隨著時間推移均呈先上升后下降的趨勢，T2處理則表現為先下降后上升，然后又下降（圖1-a）；11月1日不同處理間出現顯著差異，其中T2處理顯著高于其他處理（圖1-a）。而各處理老葉片SPAD值則均呈現先下降后上升，然后又下降的趨勢，在10月25日不同處理間出現顯著差異，其中T3處理顯著高于其他處理（圖1-b）；11月1日不同處理間出現極顯著差異，其中T1處理極顯著高于對照處理，且顯著高于T2、T3處理（圖1-b）。

圖1 不同施肥處理下番茄新葉（a）與老葉（b）的SPAD值動態變化

表2結果顯示，3個有機肥處理的番茄新葉平均SPAD值均高于對照處理，其中T3處理最高，其次是T2處理，二者間差異不顯著，但均顯著高于對照，3個有機肥處理間均無顯著差異。3個有機肥處理的老葉平均SPAD值同樣也都高于對照處理，但各處理間均無顯著差異。從總體葉片平均SPAD值來看，有機肥處理T1、T2和T3較對照分別高出2.9%、3.2%和3.8%，但各處理之間無統計學差異（P＝0.058 3＞0.05），分析原因可能是T2處理中重復2小區正處溫室中間位置，該區棚頂鋪有1塊棉被用于承載大棚卷簾機，對該小區植株有部分遮擋，導致該小區測定值異常（偏低），使得P值沒有通過0.05水平的Duncan檢驗。通過對比發現，老葉較新葉的平均SPAD值高出0.5～1.5個SPAD值單位。

表2 不同有機肥處理對番茄葉片SPAD值的影響

2.3 不同有機肥處理對番茄糖度的影響

從表3中不同階段的成熟番茄果實糖度測定結果可以看出，11月1日測得番茄糖度以T1處理最高，且顯著高于其他處理，T2和T3處理之間差異不顯著，但二者均顯著高于對照；其余日期果實糖度在不同施肥處理下均無顯著差異。番茄糖度平均值也以T1處理最高，且顯著高于其他處理。

表3 不同有機肥處理對番茄果實糖度的影響%

2.4 不同有機肥處理對番茄產量及相關性狀的影響

從圖2可以看出，番茄單株產量以T3處理最高，其次是T2處理，二者分別較對照提高了26%和19%，且與對照間均達顯著差異水平；T1處理同樣高于對照，但無統計學差異（圖2-A）。單株結果數也以T3處理最高，其次是T2處理，二者均顯著高于T1和對照處理；T1處理雖高于對照，但二者間差異并不顯著（圖2-B）。總體來看，T3處理的番茄單株產量、單株結果數量均最多，其次是T2、T1處理，對照處理最少。在單果質量方面，T1處理最大，對照處理最小，各處理間差異不顯著（圖2-C）。單位面積總產量方面，各處理依次表現為T3＞T2＞T1＞T0，有機肥處理均高于對照處理，其中T3、T2處理顯著高于對照（圖2-D），說明施用有機肥對于提高番茄產量具有顯著作用。

圖2 不同有機肥處理對番茄產量及相關性狀的影響

2.5 不同有機肥處理對土壤理化性質的影響

從表4可得，有機肥處理對土壤硝態氮含量、速效磷含量和土壤pH值的影響效果顯著。其中，T3處理的土壤硝態氮含量最高，顯著高于T2和T0處理；T2處理的土壤速效磷含量最高，T1、T2、T3處理均顯著高于對照處理，但三者間差異不顯著。施肥處理同時也提高了土壤有機質含量、全氮含量和銨態氮含量，其中T1處理的土壤有機質和全氮含量最高，T3處理的銨態氮含量最高，但各處理間差異均不顯著。與對照相比，3種有機肥處理的土壤pH值均降低，其中T3處理與對照間差異顯著。

表4 不同有機肥處理對土壤理化性質的影響

2.6 不同有機肥處理下番茄植株性狀與土壤性狀的相關關系

圖3相關分析結果顯示，番茄葉片葉綠素相對含量與土壤硝態氮和速效磷含量呈顯著正相關關系，相關系數分別為0.58和0.73，與土壤pH值呈顯著負相關（r＝－0.63）；番茄糖度與土壤全氮含量呈顯著正相關關系（r＝0.59）；番茄的單株產量與單果質量（r＝0.60）、單株結果數（r＝0.77）均呈顯著正相關關系，與土壤pH值呈顯著負相關關系（r＝－0.61）；單株結果數與土壤pH值呈顯著負相關關系（r＝－0.62）；且番茄的單果質量與土壤全氮含量呈顯著正相關（r＝0.63）。

圖3 不同有機肥處理下番茄植株性狀與土壤性狀的相關關系

3 討論

日光溫室番茄株高和地徑的分析結果表明，株高和地徑在定植后17～63 d的生長速度較快，定植63 d之后均呈現出緩慢增長的趨勢；而葉長和葉寬在定植31 d后便表現出緩慢生長的趨勢，說明植株不同部位的生長速度不同，確定此生長速度的時間節點，可為種植者進行補肥或者植株調整提供依據。在番茄的形態特征對比中，施肥處理并沒有顯著增加番茄的株高和地徑，這與以往的研究結果有所差異。趙光毅等[12]研究表明，腐植酸有機肥可以增加番茄的株高，促進番茄根系的生長，從而提高養分吸收能力。同樣，毛秀杰等[2]、常佳悅等[5]的研究結果也表明，施用有機肥料可以改良土壤，從而影響番茄的形態特征。在本試驗中，由于試驗溫室土壤是第1次做施肥處理（之前未在土壤中施加任何肥料），而施肥后土壤中的營養物質要想被植物充分吸收和利用還需要大量酶和微生物的相互作用[9]，尤其是真菌類微生物對肥料響應較慢[13]，因此需要一定的時間才可以看到效果。

SPAD值可以指示植株葉片的葉綠素累積情況[14]，本研究發現番茄葉片SPAD值會隨著生長發生波動。SPAD值隨植株生長先增加后降低，在果實膨大期會達到最大值，這與王虎兵等[15]的研究結果相似。不同的是，本研究分別測定了不同高度葉片的SPAD值，發現老葉的SPAD值較新葉平均高出0.5～1.5個SPAD值單位，新葉在10月25日和11月1日之間有個峰值，而老葉在此期間也出現短暫的升高，之后便都開始降低，而此時正值番茄果實迅速膨大及成熟期；因此，新葉與老葉之間在番茄成熟期可能存在功能合作機制，此時葉片會將養分同時向果實進行補給。楊睿等[16]研究顯示，葉綠素含量與產量之間具有一定的正相關性，本研究結果同樣顯示SPAD值與單株產量之間具有正相關關系，因此推斷，此時新葉與老葉為達到果實成長可能采取協同補給策略，方便為果實的膨大和成熟提供充足的養分。此結果說明老葉在一定時期內對植株生長也具有一定貢獻，關于新葉、老葉的動態變化及作用有待進一步研究。其次，施用有機肥料提高了番茄植株葉片的葉綠素含量，在施用瑞佳生物有機肥的處理中葉片平均SPAD值最高。本試驗發現施用骨鈣生物有機肥可顯著提高番茄果實的糖度，這與多數關于生物有機肥可提高番茄品質的結果一致[16]。

番茄的產量性狀對比結果表明，有機肥處理提高了番茄的單株產量、單株結果數和單果質量。其中，施用瑞佳生物肥的番茄單株產量、單株結果數均顯著高于其他處理，其次是骨鈣有機肥；而施用骨鈣有機肥處理的單果質量最大，說明瑞佳生物有機肥和骨鈣生物有機肥較易于被番茄植株吸收，但是瑞佳生物肥料更有利于提高單株結果數來提高整株產量，而骨鈣生物有機肥可以更好地提高番茄單果質量以及果實糖度，從而提高果實的商品性[17]，達到更好的經濟效果。因此，在內蒙古偏堿性土壤的日光溫室番茄種植過程中，施用有機肥料可顯著改善土壤理化性質，促進植株生理反應過程，提高番茄糖度和產量。

土壤養分分析結果顯示，施用有機肥處理顯著改善了土壤的養分指標，這與毛秀杰等[2]和常佳悅等[5]的研究結果一致。周博等[18]研究發現，施用有機肥料可以增加土壤有機質含量，有利于土壤硝態氮和銨態氮的積累。劉忠良等[19]的研究表明，施用有機肥可以提供土壤中的固氮菌，從而提高土壤中的全氮和速效磷含量。本研究結果同樣顯示，施用有機肥可以提高土壤的有機質、全氮含量和銨態氮含量，番茄葉片的葉綠素含量與土壤營養指標具有密切關系，說明施用有機肥料主要是通過改善土壤中的有機質、全氮含量和速效磷含量及土壤理化性質等，進而影響番茄植株葉片的生理過程，如葉綠素含量等指標，從而影響植物光合生理過程，以固定更多的有機物和糖分，使番茄的糖度和產量增加，這與阿拉帕提·塔依爾江等[20]的研究結果一致。

4 結論

本試驗結果表明，番茄植株在不同階段生長速度不同，定植后的17 d和63 d（約2個月）分別是株高與莖粗生長速率發生變化的2個節點，葉長和葉寬的生長速度變化節點約在定植31 d后。骨鈣生物有機肥、羊糞有機肥和瑞佳生物有機肥對日光溫室番茄植物形態特征和平均葉片葉綠素含量影響不顯著。番茄植株的新葉與老葉對番茄生長都具有一定的貢獻，且老葉的SPAD值較新葉高。與對照相比，施用有機肥可顯著提高番茄的果實糖度，同時改善土壤養分及理化性質，促進植株生理過程。3種生物有機肥中，瑞佳生物有機肥和骨鈣生物有機肥在日光溫室番茄的生產過程中表現出良好的肥效，不僅可以提高番茄產量，還起到了中和土壤酸堿度的作用，且與施肥后土壤全氮含量、速效磷含量及pH值有顯著相關關系，但是二者對于番茄植物養分和土壤理化性質的改變側重點不同。瑞佳生物有機肥主要通過提高了單株番茄個數而提高單株產量，而骨鈣生物有機肥更有利于番茄的糖度的積累和單果質量的提高，進而提高番茄的商品性。因此，骨鈣生物有機肥作為一款新型生物有機肥，在內蒙古呼和浩特市日光溫室番茄生產中可作為一種改善番茄品質的補充肥料。