化肥減量配施有機液體肥對加工番茄生長及土壤酶活性的影響

桑 文，趙亞光，張霽峰，張鳳華

（石河子大學/新疆綠洲生態農業兵團重點實驗室，新疆 石河子 832003）

新疆自然氣候和土地資源優勢明顯，是中國加工番茄的主要產區，是亞洲番茄生產加工的最大基地［1］。番茄對氮、磷、鉀的需求都較高，為了達到增產的目的，農戶通常會盲目施入過量化肥，但長期單施和過量施用化學肥料會造成肥料利用效率低和高環境污染問題［2］，致使農產品品質下降、土壤理化性狀惡化［3］及非目標植物群、動物群和有益生物的殺滅［4］，這直接威脅農業可持續發展。

有機肥代替部分化肥的使用，不僅能夠降低化肥過度施用帶來的負面影響，還能夠培肥地力，營造作物良好的生長環境［5］。洪瑜等［6］研究表明牛糞、雞糞有機肥配施化肥可提高作物產量及氮肥利用率；王興龍等［7］發現氮肥減少20%配施有機肥可提高土壤轉化酶、過氧化氫酶活性并提高玉米產量。有機液體肥料是一種新型水溶性肥料，與化肥配施，能夠活化土壤養分、隨水施用更能促進植株對氮磷鉀營養元素的吸收利用，從而提升作物產量與品質［8］；此外噴施有機肥還可提高蔬菜的產量與品質［9］；徐兵劃等［10］研究也發現隨著有機液體肥施用量的增加，小麥分蘗數也不斷增加。目前大部分研究主要集中在化肥配施不同類型固體有機肥及化肥全量配施有機液體肥對作物的影響，而對化肥減量配施有機液體肥應用效果尚不明確。因此，本文通過田間小區試驗，研究化肥減量配施有機液體肥對番茄養分吸收、產量、品質和土壤酶活性的影響，以期為化肥減量及有機液體肥的合理應用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

本試驗位于新疆石河子市石河子大學農試場玻璃溫室大棚內，供試土壤屬中壤土，施肥處理前0～20 cm土壤基礎性狀為pH 8.18，有機質7.25 g/kg，堿解氮58.63 mg/kg，有效磷7.70 mg/kg，速效鉀101.91 mg/kg。

1.2 試驗材料

供試作物為加工番茄，供試品種為里格爾87-5號，于2018年9月25日 播 種 育 苗，2018年10月27日定植，2019年5月17日開始收獲，2019年6月15日收獲完畢。供試化肥：尿素（N 46%）、磷酸二銨（N 18%，P2O546%）、硫酸鉀（K2O 51%）；有機液體肥來自本課題組自主研發，有機質 含量為300 g/L，含N 50 g/L，P2O510 g/L，K2O 10 g/L，pH 4.7。

1.3 試驗設計

試驗設置5個處理，NF：空白對照（不施肥）；CF：單施化肥；CF100SW（化肥全量配施有機液體肥）；CF90SW（化肥減量10%配施有機液體肥）；CF80SW（化肥減量20%配施有機液體肥）。磷酸二銨做基肥，全部施入，尿素、硫酸鉀和有機液體肥全部追施，根據番茄需肥特性于番茄苗期施入15%，盛花期施入30%，盛果期施入55%，各處理具體氮、磷、鉀養分施用量見表1。

表1 試驗處理及施肥用量

各處理重復3次，隨機區組排列，共15個小區，小區之間鋪設1 m深的隔離膜，小區面積1.6 m×5 m=8 m2，番茄采用覆膜種植，1膜2管2行配置，株距65 cm，理論株數5.2×104株/hm2?？偣嗨?700 m3/hm2，灌水8次，隨水施肥6次，每個處理均采用單獨施肥罐，其他栽培管理措施參照當地大田。

1.4 測定項目與方法

1.4.1 土壤樣品采集與測定

于番茄盛果期采集距滴灌帶距離10 cm附近0～20 cm土層土樣，取至少5點進行混合樣品，一份土壤于室內風干、研磨、過篩后裝入自封袋中，用于土壤理化性質測定；另一份鮮土樣于冰箱4℃保存，用于測定土壤生物學性質。

土壤酶活性的測定：脲酶活性采用靛酚藍比色法測定；蛋白酶活性采用加勒斯江法測定；過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測定；磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉法測定；轉化酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定；纖維素酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定；β-葡萄糖苷酶活性采用硝基酚比色法測定［11］。

1.4.2 植株樣品采集與測定

于番茄盛果期在各小區取長勢一致的植株3株；分根、莖、葉、果實4個部分，105℃殺青30 min后在70℃烘干72 h，冷卻至室溫稱重，測定番茄干物質量；稱取烘干粉碎后的各器官一定量植株樣品，用H2SO4-H2O2消煮，萘氏比色法測定植株全氮，釩鉬黃比色法測定植株全磷，計算氮、磷養分吸收量及養分利用率；于番茄成熟期，對每小區番茄果實進行實際采收計產，依次記錄果實產量、個數，計算番茄產量并測定番茄品質；Vc含量用2，6–二氯靛酚滴定法測定；有機酸采用NaOH滴定法測定；番茄紅素測定采用分光光度法（GB/T 142151993）；可溶性蛋白含量用考馬斯亮藍G-250染色法測定；可溶性糖含量用蒽酮比色法測定；可溶性固形物采用手持式折光儀測定［12］。

式中：U1為施肥區吸收N、P、K量（kg/hm2）；U0為對照區吸收N、P、K量（kg/hm2）；F為施純養分量（kg/hm2）。

式中：YN為施肥區所得產量（kg/hm2）；Y0為對照區所得產量（kg/hm2）；F為施純養分量（kg/hm2）。

肥料偏生產力（PFP）=Y/F

式中：Y為施肥區產量（kg/hm2）；F為施純養分量（kg/hm2）。

1.5 數據分析

用Excel 2013進行數據整理，SPSS 17.0統計軟件進行單因素方差分析及多重比較，繪圖運用Origin 2017軟件進行。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對加工番茄土壤酶活性的影響

由表2可以看出，施用化肥后可顯著提高脲酶的活性，施肥各處理間差異不顯著；施用有機液體肥的CF100SW和CF90SW處理蛋白酶顯著高于單施化肥CF100和對照NF處理，較CF100處理分別增高56.17%、45.80%；CF100SW、CF90SW和CF80SW處理堿性磷酸酶、纖維素酶、β-葡萄糖苷酶、轉化酶活性均顯著高于CF100和NF處理，堿性磷酸酶活性較CF100處理分別增高15.05%、17.38%、10.38%；纖維素酶活性較CF100處理增高35.59%、43.64%、29.98%；β-葡萄糖苷酶活性較CF100處理增高19.88%、30.03%、20.55%；轉化酶活性較CF100處理增高28.68%、58.44%、45.49%；過氧化氫酶活性表現為CF90SW最高，為1.66 mg/（g·h），CF100SW、CF90SW、CF80SW處理較單施化肥CF100處理分別增加1.45%、6.92%、3.70%。綜上，說明有機液體肥的施用能夠顯著增加蛋白酶、堿性磷酸酶、纖維素酶、β-葡萄糖苷酶、轉化酶活性，提高土壤微生物活性。

表2 不同施肥處理對加工番茄土壤酶活性的影響

2.2 不同施肥處理對加工番茄氮素、磷素吸收量的影響

圖1 不同施肥處理對番茄盛果期各器官氮素吸收量的影響

作物高產和優質是以較高的生物量為前提，而生物量累積和產量的形成以養分吸收為基礎。由圖1可知，與NF處理相比，施肥均能增加番茄各器官中氮素的吸收量，但不同施肥處理下番茄各器官氮素的吸收表現不同，在根器官中，各處理無顯著差異變化；莖稈氮素吸收量表現為CF100SW>CF90SW>CF100>CF80SW>NF；施用有機液體肥的CF100SW、CF90SW、CF80SW處理較CF100處理葉片氮素吸收量分別增加15.94%、7.14%、17.60%，CF100SW和CF80SW處理顯著高于其他處理（P<0.05）；番茄果實吸收大量氮素，表現為CF100SW、CF90SW、CF80SW處理間差異不顯著，但顯著高于CF100和NF處理，較CF100處理分別增加25.72%、29.64%、32.98%；從單株整體來看，CF100SW、CF90SW、CF80SW處理顯著高于CF100處理（P<0.05），分別增加22.36%、20.68%、25.15%。

與氮素吸收量類似，不同施肥處理下番茄各器官磷素也有相似的吸收規律。由圖2可知，各施肥處理根部和莖稈磷素吸收差異不顯著（P>0.05），但顯著高于空白對照NF處理；施用有機液體肥的CF100SW與CF90SW處理葉片磷素吸收量顯著高于其他處理，較CF100處理分別增加13.15%、17.45%；不同施肥處理番茄果實磷素吸收量表現為CF80SW>CF100SW>CF90SW>CF100>NF處理，施用有機液體肥的各處理較單施化肥CF100處 理 分 別 增 加13.37%、8.56%、16.60%；整體來看，施用有機液體肥處理番茄單株磷素吸收顯著高于單施化肥和對照處理（P<0.05），分別 較CF100處 理 增 加12.27%、9.30%、11.59%，CF100SW、CF90SW、CF80SW處理間無顯著性差異（P>0.05）。

圖2 不同施肥處理對番茄盛果期各器官磷素吸收量的影響

由以上分析可以看出，有機液體肥能夠顯著促進番茄對氮、磷養分的吸收，且CF80SW處理番茄氮、磷養分吸收量最高并顯著高于CF100處理。

2.3 不同施肥處理對加工番茄氮素、磷素利用率的影響

肥料表觀利用率是指當季作物對施入土壤中肥料的回收效率。由表3可以看出，施用有機液體肥（CF100SW、CF90SW、CF80SW）的處理較CF100處理均顯著提高了氮肥表觀利用率，分別增加了10.99%、12.75%、18.91%，其中CF80SW的氮肥表觀利用率最高，為34.00%。各施肥處理的磷肥表觀利用率在8.68%～15.89%之間，施用有機液體肥的處理較CF100處理有顯著提高，分別增加了4.36%、4.55%、7.21%，其中CF80SW的磷肥表觀利用率最高，為15.89%。表明施用有機液體肥后能提高番茄氮肥表觀利用率和磷肥表觀利用率，其中CF80SW處理表現最好，說明CF80處理較CF100處理可顯著提高番茄氮肥表觀利用率和磷肥表觀利用率（P<0.05）。

表3 不同施肥處理對番茄表觀利用率和農學利用效率的影響 （%）

施用有機液體肥后各處理較CF100處理均顯著提高了氮肥農學利用效率，分別增加29.89%、15.50%、11.96%，其中CF100SW的氮肥農學利用效率最高，為91.43%；施用有機液體肥的各處理磷肥農學利用效率較單施化肥CF100處理分別增加65.54%、36.39%、29.67%，其中CF100SW處理的磷肥農學利用效率最高，為188.61%。在所有施肥處理中，氮肥、磷肥農學利用效率均表現為CF100SW>CF90SW>CF80SW>CF100處理，CF100SW與CF100處理間差異顯著（P<0.05），與其他處理間差異不顯著（P>0.05）。

2.4 不同施肥處理對加工番茄產量及產量構成因子的影響

由表4可知，各施肥處理的單株果數和單果重均顯著高于NF處理，且CF100SW和CF90SW處理，較CF100處理能夠增加單株果數，其中CF100SW處理顯著高于其他處理；施用有機液體肥均能夠提高番茄單果重，各施肥處理間差異不顯著；各施肥處理番茄產量均顯著高于NF處理，其中以CF100SW產量增加最為顯著，較NF增加了43.72%；施用有機液體肥的各處理較CF100處理均能夠提高番茄產量，分別增加了12.34%、4.23%、0.42%，收獲指數表現為CF100SW>CF100>CF90SW>CF80SW>NF處理，說明CF100SW處理能夠顯著提高番茄產量，且CF90SW處理仍能較CF100處理提高番茄產量，CF80SW處理與CF100處理產量持平。

表4 不同施肥處理下番茄產量及產量構成因素

2.5 不同施肥處理對加工番茄品質的影響

由表5可以看出，CF100SW處理可溶性固形物顯著高于NF處理，其他處理間差異不明顯；可溶性糖表現為各施肥處理均顯著高于NF處理，施肥處理間差異不顯著，最高為CF80SW處理（3.75%），較CF100增高14.68%；含酸量最高為NF處理（0.40%），最低為CF90SW處理（0.31%），兩個處理間差異顯著，其他處理差異不顯著；各施肥處理糖酸比均顯著高于NF處理，CF100SW、CF90SW、CF80SW處理較CF100處理增加14.56%、14.38%、4.58%；Vc含量最高為CF90SW處理（0.70 mg/g），最低為NF處理（0.51 mg/g）；施用有機液體肥可顯著增加番茄紅素，較CF100處理增加9.89%、10.45%、6.80%；可溶性蛋白各處理間無顯著差異，最高為CF90SW處理（0.98 mg/g）。綜上所述，施用有機液體肥能夠提高番茄果實中糖酸比、Vc、番茄紅素和可溶性蛋白的含量，其中以CF100SW處理表現最好。

表5 不同施肥處理對加工番茄品質因素的影響

2.6 施肥量與產量和肥料偏生產力的關系

運用空間分析方法，以NF和CF100SW處理施肥量為X軸的左右限度，產量和肥料偏生產力為Y和Z軸，形成平面投影圖。結合表4和圖3可知，化肥全量施用雖然提高了產量，但會降低肥料偏生產力，導致肥料的浪費；在施肥量400～550 kg/hm2區域內，肥料偏生產力達到較優值，說明在保持產量的同時適量減少10%～20%化肥的施用，更有利于提高肥料偏生產力。

3 討論

3.1 有機液體肥對土壤酶活性的影響

有機液體肥作為一種酸性有機肥，有機物主要為淀粉、蛋白質、各種有機酸、生產菌體所分泌的酶、發酵殘留物、葡萄糖、氨氮和脂肪等［13］，能夠隨水施用，及時補充作物所需養分。土壤酶是土壤活性蛋白質，來源于土壤微生物的分泌和植物根系分泌［14］。施用有機液體肥后，在微生物生長活動和繁殖最活躍的盛果期，土壤蛋白酶、堿性磷酸酶、纖維素酶、β-葡萄糖苷酶及轉化酶的活性都有較大提高，一方面可能是因為化肥與有機液體肥配施能夠改善土壤理化性質，調節土壤碳氮比，促進土壤微生物生長；且化肥施用量的減少也會改變微生物數量，使微生物分泌更多過氧化氫酶，從而提高過氧化氫酶活性［15］；另一方面纖維素酶、β-葡萄糖苷酶及轉化酶主要參與土壤中碳水化合物的轉化和碳循環過程［16］，蛋白酶參與土壤中的氨基酸、蛋白質等的轉化，而有機液體肥中大量營養物質為土壤酶提供更豐富的酶促基質，發揮底物誘導作用［17］，從而提高土壤中的酶活性。

圖3 施肥量與產量和肥料偏生產力的關系

3.2 有機液體肥對番茄養分吸收、產量和品質的影響

番茄養分的吸收狀況影響其生物量，生物量的積累又影響番茄的產量，本研究中，施用有機液體肥后顯著改善番茄氮、磷養分吸收狀況，CF80SW處理單株氮素吸收量顯著增加25.15%，CF100SW處理單株磷素吸收量顯著增加12.27%；施用有機液體肥較單施化肥均顯著提高了氮肥和磷肥利用率，其中CF80SW處理氮、磷肥利用率最高，分別為34.00%、15.89%。這可能是有機肥中的氨基酸等分子直接被作物所吸收，節省了植物生理代謝需要的能量［18］，增強根系吸收和轉運養分的能力，從而調控肥料的轉化過程，提高了養分供應與作物需求的吻合度，優化肥料作用效果［19］；也可能是氨基酸被微生物代謝轉化為礦化態氮被根系吸收，改善番茄的氮素吸收［20］，從而顯著提高肥料利用率；有機液體肥不僅對番茄養分吸收有促進作用，還能夠增產提質。CF100SW、CF90SW、CF80SW處理番茄產量較CF100處 理 增 加12.34%、4.23%、0.42%；果實糖酸比與果實風味密切相關，一般認為糖酸比值高，果實風味好?；逝c有機液體肥配施后較CF100能夠顯著提高果實糖酸比和番茄紅素，可溶性糖、Vc、可溶性蛋白含量均有所增加，但差異不顯著；有機液體肥中含有豐富的氨基酸態氮，Romeis等［21］、王瑩等［22］研究表明氨基酸可與微量元素形成螯合物，其植物葉片能迅速吸收，并且以氨基酸作為配位體，可在無光合作用下直接進行機體蛋白的合成，與其他螯合物劑相比對農作物有更明顯的增產效果。

大量研究表明，有機肥與化肥配合施用，能夠提高作物產量和肥料利用率，可適量減少化肥施用量。邢鵬飛等［23］在長期定位試驗中得出3000 kg/hm2有機肥替代30%無機肥能夠保證小麥產量且提高肥力；宋以玲等［24］研究表明，化肥減少20%配施生物有機肥，可顯著提高土壤肥力；鄭小龍［25］在水稻種植中也發現節省20%的氮肥施用量可減少30%～40%的氮素徑流損失，能夠有效控制農田面源污染；此外，劉紅江等［26］表示在等氮量替代條件下，50%有機肥替代化肥能夠顯著增加水稻氮素累積量并保持水稻高產。通過本研究以上數據和空間分析可以看出，在不影響產量和品質的情況下，化肥施用量減少10%～20%配施有機液體肥更能促進養分吸收，提高肥料利用率，減少肥料損失，說明在實際生產中適量減少化肥配施有機液體肥是可行的。

4 結論

化肥配施有機液體肥具有增強作物養分吸收能力，增產提質，提高土壤蛋白酶、轉化酶、纖維素酶、堿性磷酸酶、β-葡萄糖苷酶活性的效果；從養分吸收、產量和品質的綜合角度考慮，化肥施用量減少10%～20%配施有機液體肥更為適宜。