夏渝靜 盧樹昌 張迎珂
摘要::通過減氮與配施微生物菌劑對設(shè)施番茄產(chǎn)量、品質(zhì)及氮素吸收的影響進(jìn)行研究,為設(shè)施菜田氮素合理管理提供理論依據(jù)。本試驗設(shè)計了9個處理,即T1(常規(guī)施氮)、T2(減施15%N)、T3(減施15%N+菌劑)、T4(減施30%N)、T5(減施30%N+菌劑)、T6(減施45%N)、T7(減施45%N+菌劑)、T8(減施100%N)、T9(減施100%N+菌劑),研究番茄產(chǎn)量、品質(zhì)、氮素吸收量和氮素利用率等。結(jié)果表明,施菌劑處理與不施菌劑處理相比,產(chǎn)量均有增加。適量減氮,番茄果實產(chǎn)量未出現(xiàn)下降,并且與菌劑結(jié)合下,產(chǎn)量有所增加,其中T3處理產(chǎn)量最大,為151 851.85 kg/hm2,與T1處理相比增產(chǎn)了15.22%。各處理總干物質(zhì)量最大亦為T3處理,即16 823.28 kg/hm2,是T1處理的1.14倍,其次為T2處理。番茄總吸氮量和氮素利用效率最高的均是T3處理,總吸氮量為369.58 kg/hm2,比T1處理增加了25.06%;氮素利用效率達(dá)30.99%,是T1處理的2.09倍。從番茄品質(zhì)看,T7處理番茄果實硝酸鹽含量最低,為 185 mg/kg,較T1處理降低了28.30%,其次為T4處理;T3處理維生素C、可溶性總糖含量及糖酸比等指標(biāo)均最高。從土層間氮運(yùn)移看,0~120 cm土層硝態(tài)氮運(yùn)移減緩效果較好的為T2和T3處理。綜合來看,適量減氮與微生物菌劑結(jié)合施用能提高設(shè)施番茄產(chǎn)量、干物質(zhì)量及品質(zhì),同時能提高氮素的吸收、利用并減緩氮向下運(yùn)移,T3處理綜合效果最好。
關(guān)鍵詞:設(shè)施番茄;微生物菌劑;氮肥減量;產(chǎn)量;品質(zhì);氮素吸收
中圖分類號:S144.1;S641.206文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A
文章編號:1002-1302(2024)09-0189-06
番茄(Solanum lycopersicum Mill.),別稱西紅柿,是茄科番茄屬1年生或多年生草本植物,是世界上重要的經(jīng)濟(jì)作物之一[1]。目前,我國是世界上設(shè)施蔬菜栽培面積最大的國家,設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展態(tài)勢良好,種植面積穩(wěn)定,設(shè)施蔬菜生產(chǎn)水平逐年提高[2-4]。氮素是蔬菜營養(yǎng)的三大要素之一,植物體內(nèi)維生素、可溶性糖、蛋白質(zhì)等物質(zhì)含量均受其影響[5]。氮素在植株生長發(fā)育過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用,通過遷移和沉積到達(dá)地面的氮素,能提高土壤中氮的有效性,促進(jìn)植物根系的吸收和生長[6]。但設(shè)施栽培施氮肥量大[7],施肥結(jié)構(gòu)不合理等現(xiàn)象普遍存在。有統(tǒng)計資料顯示,設(shè)施菜地氮肥施用量占全國氮肥施用量的17%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于大田作物,對資源、經(jīng)濟(jì)以及環(huán)境都有影響[8]。過量施氮,未被植物吸收和利用的養(yǎng)分大部分會殘留在土壤中[9],會導(dǎo)致作物的根層長期處于富氮狀態(tài),氮素淋洗加劇,造成土壤酸化、次生鹽漬化、面源污染等環(huán)境生態(tài)問題[10-11]。為了解決蔬菜高產(chǎn)與氮肥大量施用而引起蔬菜品質(zhì)下降和環(huán)境污染這一矛盾,促進(jìn)設(shè)施蔬菜優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展已是亟待解決的問題。
土壤微生物和土壤氮素轉(zhuǎn)化緊密相關(guān),除少數(shù)對農(nóng)作物有害外,大多數(shù)對農(nóng)作物的生長發(fā)育起著重大作用[12]。微生物菌劑是有益微生物菌群以某種多孔物質(zhì)為載體加工制成的微生物活菌制劑,能夠在土壤或基質(zhì)中繁殖,形成有利于植物生長的優(yōu)勢菌群,對病原微生物有頡頏作用[13],能維持植物根際微生物區(qū)系平衡,降解有毒害物質(zhì),增強(qiáng)作物根部的抗病能力[14],也可以改善土壤的酸堿度,調(diào)節(jié)pH值[15]。目前對微生物菌劑在作物增產(chǎn)、抗病性等方面的研究較多,但針對設(shè)施番茄微生物菌劑使用及其與氮肥的互作還鮮有報道。本試驗結(jié)合生產(chǎn)實際,通過田間試驗探討了氮肥減量配施微生物菌劑對設(shè)施番茄產(chǎn)量、品質(zhì)及氮素吸收的影響研究,以期為設(shè)施番茄生產(chǎn)中氮肥減量、增產(chǎn)提質(zhì)、改善土壤環(huán)境提供科學(xué)依據(jù),并為微生物菌劑在生態(tài)農(nóng)業(yè)中的推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。
1 材料與方法
1.1 試驗區(qū)概況
試驗區(qū)位于天津市武清區(qū)大孟莊鎮(zhèn)后幼莊村(116°57′E,39°32′N),該區(qū)為暖溫帶半干旱半濕潤大陸性季風(fēng)氣候。大棚夏季 6—8月為休閑季,秋冬茬以葉菜類為主,冬春茬以果菜類為主。試驗棚齡在15年以上,土壤地力較高,質(zhì)地為中壤土,偏堿性,土壤氮累積比較嚴(yán)重,加之灌水量大,存在氮淋洗環(huán)境風(fēng)險,土壤具體性狀見表1?;A(chǔ)土壤采樣時間為12月,前期菌劑試驗,未加入氮肥,土壤硝態(tài)氮含量有所降低,通常該設(shè)施土壤硝態(tài)氮含量約為200 mg/kg。
1.2 試驗材料
供試作物:番茄品種為優(yōu)柿三號,該品種果實熟性早,產(chǎn)量高,不易裂果,硬度好,耐儲運(yùn)。
供試材料:微生物菌劑為坤益健50農(nóng)用微生物菌劑(文中簡稱為菌劑),購買于天津坤禾生物科技集團(tuán)股份有限公司。功能菌為枯草芽孢桿菌、膠凍樣類芽孢桿菌、解淀粉芽孢桿菌,菌種比例為 3 ∶1 ∶3,有效活菌數(shù)≥50.0×108 CFU/g。功能菌的功效為分解土壤有機(jī)質(zhì)、增進(jìn)礦質(zhì)營養(yǎng)釋放、促進(jìn)根系發(fā)育和抑制病害發(fā)生等。
試驗肥料為尿素(N含量46%)、復(fù)合肥(氮磷鉀含量均為15%)、硝酸鈣肥(N含量15%)、硫酸鉀(K含量52%)、磷酸二銨(氮磷鉀含量分別為18%、46%、0)、芝麻醬(全氮含量3.07%),均購自貴州芭田生態(tài)工程有限公司。
1.3 試驗設(shè)計與管理
此試驗是基于實際生產(chǎn),從降低減產(chǎn)風(fēng)險、確保番茄產(chǎn)量達(dá)到105 000 kg/hm2的水平下進(jìn)行氮肥減量與菌劑結(jié)合的梯度設(shè)計。試驗共設(shè)9個處理,即T1(常規(guī)施氮)、T2(減施15%氮)、T3(減施15%氮+微生物菌劑)、T4(減施30%氮)、T5(減施30%氮+微生物菌劑)、T6(減施45%氮)、T7(減施45%氮+微生物菌劑)、T8(減施100%氮)、T9(減施100%氮+微生物菌劑)。每個處理3次重復(fù)。減施100%N為計算氮素吸收利用而設(shè)計的處理,不同處理施氮量及微生物菌劑用量詳表2。
試驗于2022年1—5月在棚內(nèi)進(jìn)行,試驗小區(qū)面積24.3 m2(6 m×4.05 m),每個處理重復(fù)3次,其中常量施氮處理基肥占40%,追肥占60%,分4次施入。減氮處理在農(nóng)戶習(xí)慣性常量施氮基礎(chǔ)上進(jìn)行。菌劑在第2穗果膨大時開始施用,分3次追施,追施時期為每穗番茄果實膨大期。各處理磷鉀施用一致,其中磷(P2O5)總養(yǎng)分投入量為540 kg/hm2,基追比4 ∶6,追肥分3次施入,鉀(K2O)總養(yǎng)分投入量為450 kg/hm2,基追比5 ∶5,追肥分3次施入?;适┯弥ヂ獒u2 850 kg/hm2、復(fù)合肥 1 425 kg/hm2、硫酸鉀(K含量52%)420 kg/hm2、硝酸鈣肥 285 kg/hm2。追肥中氮肥用尿素(含氮46%)提供,磷肥用磷酸二銨(氮磷鉀含量分別為18%、46%、0)提供,鉀肥用硫酸鉀(K含量52%)提供,磷酸二銨中提供氮素部分從每次追肥氮素中扣除后,再計算尿素用量。追施時期均為每穗番茄果實膨大期。灌水方式為畦灌。番茄栽培管理中側(cè)枝及時摘除,同時根據(jù)植株生長狀況去除下部老葉,每株留有4個果穗,1個穗上留果量為3~4個。
1.4 調(diào)查采樣與測試
1.4.1 樣品采集與測定
土壤樣品:采集番茄生長初期及收獲期 0~30、30~60、60~90、90~120 cm 土壤樣品,每個處理采集處理小區(qū)前后半個小區(qū)的中心位置的兩鉆土,同層混合均勻,寫好標(biāo)簽,進(jìn)行自然風(fēng)干和制備,測定土壤相關(guān)指標(biāo)。硝態(tài)氮含量采用紫外分光光度法[16]測定。
植物樣品:收獲時,用電子秤稱重并記錄每個重復(fù)測產(chǎn)畦地上部分和地下部分(根系為0~20 cm 土層深度)總鮮生物量,并選擇與整體長勢一致的植株3株,帶回實驗室,晾干粉碎;植物全氮含量采用 VELP 全自動凱氏定氮儀(上海晟聲自動化分析儀器有限公司)[16]測定。
產(chǎn)量:統(tǒng)計從開始采收至持續(xù)采收2個月的番茄產(chǎn)量總和。
各部位吸氮量:各部位吸氮量=各部位干物質(zhì)量占比×全氮含量。
氮素利用效率=(施肥區(qū)作物吸氮總量-無氮區(qū)作物吸氮總量)/所施肥料中氮素的總量×100%。
果實品質(zhì)測定:可溶性總糖含量用蒽酮比色法測定[16],總酸含量用堿液滴定法測定[16],維生素C含量用2,6-二氯酚靛酚滴定法測定[16],硝酸鹽含量用紫外分光光度法測定[16]。
1.5 數(shù)據(jù)處理與分析
用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,用SPSS 22.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析,應(yīng)用Duncans法和LSD法進(jìn)行差異顯著性檢驗。
2 結(jié)果與分析
2.1 不同處理對設(shè)施番茄產(chǎn)量的影響
番茄產(chǎn)量是衡量作物生長好壞的重要指標(biāo)。由圖1可知,不施菌劑的T1、T2、T4、T6和T8處理中,隨著氮肥的減少,產(chǎn)量呈先增后減趨勢,最大的是T2處理,為147 325.10 kg/hm2,T2較T1處理相比顯著增產(chǎn)了11.79%,而T4和T6處理較T1處理分別減產(chǎn)了8.51%和9.13%,說明氮素能影響作物產(chǎn)量,適度的施氮可以增加番茄產(chǎn)量。增施微生物菌劑的T3、T5、T7和T9處理中,T3處理的番茄產(chǎn)量最高,為151 851.85 kg/hm2,其次為T5處理。而T3處理較T1和T2處理分別顯著增產(chǎn)了15.22%和3.07%,說明施菌劑有利于提高番茄的產(chǎn)量,且適量的減氮配施微生物菌劑能達(dá)到增產(chǎn)的最好效果,綜合考慮,效果較好的處理為T2、T3處理。
2.2 不同處理對設(shè)施番茄干物質(zhì)量的影響
由圖2可知,不施菌劑的處理中,T2處理總干物質(zhì)量最大,為15 796.31 kg/hm2,其次為T1處理,為14 749.06 kg/hm2,而T2處理較T1處理顯著增加7.10%,說明適量的氮素能促進(jìn)番茄的生長。增施菌劑處理中T3處理的總干物質(zhì)量最大,為 16 823.28 kg/hm2,其次為T5處理。T3處理與T1處理相比顯著增加14.06%,與相同減氮量不施菌劑的T2處理相比,總干物質(zhì)量增長6.50%,果實部分增長3.07%,莖葉部分增長12.95%,說明增施微生物菌劑有利于番茄干物質(zhì)的積累。綜合考慮,較好的處理為T2、T3處理。
2.3 不同處理對設(shè)施番茄品質(zhì)的影響
由表3可知,不施菌劑的處理中,T2、T4、T6處理的番茄維生素C含量均高于T1處理,說明減少氮素施用能增加番茄維生素C的含量,提高番茄的營養(yǎng)。糖度和酸度能夠調(diào)節(jié)番茄果實的口味,是評價番茄果實品質(zhì)的一個重要指標(biāo)。T1處理的番茄糖酸比為7.92,T2處理和T6處理分別達(dá)到了8.87和8.98,說明施氮量過高會降低番茄的風(fēng)味,適當(dāng)?shù)氖┑磕苡行Ц纳品训目谖丁2、T4、T6和T8處理番茄硝酸鹽含量較T1處理均有減少,表明減少氮的施入可以降低果實中硝酸鹽含量。
施菌劑的T3、T5、T7和T9處理中,T3處理維生素C含量最高,較T1處理和T2處理分別顯著增加了33.50%和17.10%,總糖含量、糖酸比均為T3處理最大,糖酸比達(dá)9.79,較T2處理增加了10.37%;T7處理硝酸鹽含量最低,較T1處理顯著減少了28.30%,說明增施微生物菌劑可以降低番茄果實中硝酸鹽的含量。添加微生物菌劑可以提高番茄的營養(yǎng)品質(zhì),降低番茄總酸含量,改善番茄的風(fēng)味。
2.4 不同處理對設(shè)施番茄氮素吸收的影響
由表4可知,不施菌劑的T1、T2、T4、T6和T8處理番茄總植株吸氮量隨氮肥用量的減少呈現(xiàn)先增后減趨勢。T2處理果實氮素吸收量最大,為206.26 kg/hm2,較T1處理顯著提高了11.79%,說明適量的氮能促進(jìn)番茄果實對氮素的吸收。施菌劑的處理番茄總植株吸氮量順序依次為T3>T5>T7>T9,且T3處理較T1處理和T2處理相比增加了25.06%和16.61%,果實的吸氮量T3處理最大,為242.96 kg/hm2,施微生物菌劑的T3、T5、T7、T9處理分別與相同減氮量不施菌劑的T2、T4、T6、T8處理相比果實和總植株的氮素吸收量均有增加,說明增施微生物菌劑能提高番茄的吸氮量,適量地減少氮肥配施微生物菌劑能讓氮素吸收量達(dá)到最大。綜合考慮,T2、T3處理對氮素吸收較好。
2.5 不同處理對氮素利用效率的影響
由圖3可知,T1~T7處理的番茄氮素利用效率依次為14.84%、21.54%、30.99%、17.62%、23.27%、22.15%、24.13%。不施菌劑的處理,氮素利用效率依次為 T6>T2>T4>T1,T1處理氮素利用效率最低,說明適量地減少氮肥施入,能提高氮素的利用效率。增施菌劑的處理,氮素利用效率依次為 T3>T7>T5,T3處理的氮素利用效率是T1處理的2.09倍,且T3處理較T2處理氮素利用效率顯著提高了44.07%,T5處理較T4處理提高32.07%,T7處理較T6處理提高8.94%,說明增施微生物菌劑有利于提高氮素的利用效率,而在適量減施氮肥的基礎(chǔ)上配施微生物菌劑,氮素利用效率能達(dá)到最高值,綜合考慮T3處理較好。
2.6 不同處理對各土層硝態(tài)氮運(yùn)移的影響
由表5可知,不施菌劑的各減氮處理30~60、60~90、90~120 cm土層硝態(tài)氮含量降低的范圍分別是7.37%~44.75%、32.09%~45.24%、 17.31%~38.06%, 30~60 cm土層硝態(tài)氮含量降低較多的為T1和T2處理,分別為44.75%和43.79%,60~90 cm 變化最大的為T8處理,其次是T2處理;90~120 cm降低變化最大的為T2處理,為38.06%,說明減少15%的氮(T3處理)減緩氮素向下運(yùn)移的效果較好。施菌劑處理中,30~60、60~90 cm土層土壤硝態(tài)氮變化率最大的均為T9處理,分別為42.46%、47.98%,且均高于T8處理,其次是T3處理;90~120 cm則是T3處理降低最多,降低了31.99%,較T1處理顯著提高7.03百分點,說明減氮與微生物菌劑結(jié)合可以降低土壤硝態(tài)氮向下移動。
3 討論
氮素是植物生長必需的大量營養(yǎng)元素之一,氮肥施用量的合理性決定了蔬菜產(chǎn)量的高低與品質(zhì)的優(yōu)劣[17]。本試驗結(jié)果表明,在施氮過度的設(shè)施菜田土壤上,以常規(guī)施氮量為基礎(chǔ),梯度減少氮肥施入,隨著施氮量的減少,番茄果實產(chǎn)量、總干物質(zhì)量和總植株吸氮量均呈先增后減趨勢。Cabello等在田地里對甜瓜的研究表明,氮肥利用率隨施氮量的減少而增加;過量的氮會降低果實的產(chǎn)量,還會降低果實的品質(zhì)[18],本研究結(jié)論與之一致。
除產(chǎn)量外,番茄品質(zhì)與氮肥供應(yīng)之間也有很大的關(guān)系,生產(chǎn)上不同施肥處理對果實品質(zhì)的影響也是評價施肥量合適與否的標(biāo)準(zhǔn)[19]。有研究表明,減少氮肥施入能促進(jìn)蔬菜維生素C、可溶性糖含量積累[20],同時降低草酸和硝酸鹽的含量[21],提高蔬菜的品質(zhì)。本試驗結(jié)果顯示,隨著氮肥施用量的減少,番茄硝酸鹽含量呈減少趨勢,維生素C含量呈先升后降的趨勢,這與王亞晨的研究結(jié)論[22]一致。糖酸比是目前國際上較為常用的評價番茄品質(zhì)的指標(biāo)。本試驗結(jié)果顯示,適量的氮肥可以提高番茄的糖酸比,改善番茄的口味。
微生物菌劑含有數(shù)量十分豐富的微生物,可以提升土壤中微生物的數(shù)量和整體活性,調(diào)節(jié)土壤pH值[23],其代謝產(chǎn)物也能豐富土壤中植物所需的基本物質(zhì),提高土壤肥力[24],促進(jìn)植物生長發(fā)育[25],提高設(shè)施蔬菜的產(chǎn)量和品質(zhì)[26-27]。本試驗結(jié)果表明,增施微生物菌劑能提高番茄產(chǎn)量,番茄總干物質(zhì)量有所增加,植株總的吸氮量和氮素利用效率與不施菌劑相比也有所提高,這與李沁爽等的研究結(jié)果[28-29]一致。在番茄品質(zhì)上,適量減氮下增施微生物菌劑,維生素C含量和糖酸比有最高值,改善了番茄的品質(zhì)與風(fēng)味,這與劉趙帆等的研究結(jié)論[30-31]一致。
設(shè)施蔬菜高強(qiáng)度的施肥及灌溉增加了土壤硝態(tài)氮積累與淋洗風(fēng)險[32],本試驗中適量減少氮肥能有效減緩硝態(tài)氮向下運(yùn)移,這與劉曉彤等的研究結(jié)論[33]一致,表明氮肥施用量是影響土壤硝態(tài)氮積累的重要影響因素,降低氮肥用量可以降低硝態(tài)氮向下移動。增施菌劑處理的表層土壤硝態(tài)氮含量偏高,可能是受到微生物的影響,增加土壤有機(jī)質(zhì)的同時也顯著增加了土壤NO-3-N濃度[34]。
4 結(jié)論
適量減氮配施微生物菌劑能提高番茄產(chǎn)量和干物質(zhì)量的積累,T3處理效果最好,果實產(chǎn)量高達(dá) 151 851.85 kg/hm2,總干物質(zhì)量為16 823.28 kg/hm2,
較T1處理分別增加了15.22%和14.06%。同時T3處理的植株總吸氮量最大,即369.58 kg/hm2,較T1處理提高了25.06%,氮素利用效率也最大,達(dá)到30.99%,是T1處理的2.09倍。對番茄品質(zhì)影響上,T3處理維生素C含量為26.7 mg/100 g,較T1處理增加33.50%,糖酸比也為最大。本研究中施微生物菌劑可以減緩硝態(tài)氮向土壤下層移動,90~120 cm土層T3處理降低最多,降低了31.99%,較T1處理顯著提高7.03百分點。
綜上所述,在設(shè)施番茄生產(chǎn)中,T3處理配施微生物菌劑處理可促進(jìn)番茄對土壤中氮肥的吸收和利用率,提高番茄產(chǎn)量、品質(zhì),改善土壤環(huán)境。
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收稿日期:2023-06-19
基金項目:天津市重點研發(fā)計劃科技支撐重點項目(編號:19YFZCSN00290)。
作者簡介:夏渝靜(1998—),女,云南昆明人,碩士研究生,主要從事作物土壤環(huán)境關(guān)系研究。E-mail:yjxia0601@qq.com。
通信作者:盧樹昌,博士,教授,主要從事農(nóng)田土壤質(zhì)量與植物營養(yǎng)的教學(xué)與科研工作。E-mail:lsc9707@163.com。