兩種有機(jī)肥對(duì)荒漠溫室番茄光合特性與產(chǎn)量品質(zhì)的影響

陳修斌，楊彬，許耀照，李翊華，祖廷勛

(河西學(xué)院農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院，甘肅 張掖 734000)

河西走廊東起烏鞘嶺，西至玉門關(guān)，介于南山和北山間，總土地面積約28萬(wàn)km2，占甘肅總土地面積的61%，屬典型的西北荒漠化區(qū)域[1].張掖市地處河西走廊中部，具有地勢(shì)平坦、土地肥沃、日照充足等作物栽培與生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì).隨著農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整，日光溫室蔬菜種植已成為農(nóng)業(yè)增效和農(nóng)民增收的支柱產(chǎn)業(yè).近年來(lái)，番茄(LycopersiconesculentumMill.)已成為張掖地區(qū)日光溫室主要栽培經(jīng)濟(jì)作物.在番茄傳統(tǒng)種植栽培過(guò)程中，通常通過(guò)施用氮肥(比如，磷酸二銨，復(fù)合肥，尿素和硝銨等)提高產(chǎn)量[2]，忽視有機(jī)肥的施用[3].研究表明，施用有機(jī)肥不僅可以提高蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)[4]，而且能夠降低土壤硝酸鹽的積累[5-6].然而，研究發(fā)現(xiàn)，過(guò)量施用有機(jī)肥料也會(huì)造成土體硝酸鹽的富集甚至淋失[7],土壤中氮磷鉀比例極不平衡、蔬菜作物營(yíng)養(yǎng)失調(diào)、品質(zhì)下降等問(wèn)題[8-9],使得有機(jī)肥養(yǎng)分資源轉(zhuǎn)變?yōu)橹匾廴驹碵10-11]，這已經(jīng)成為影響溫室土壤肥力、實(shí)現(xiàn)土壤高效可持續(xù)利用以及制約溫室番茄高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)化生產(chǎn)的重要障礙因素.

近年來(lái)，很多學(xué)者就有機(jī)肥合理施用進(jìn)行了大量研究.劉彩霞[12]研究牛糞、雞糞、羊糞和豬糞等有機(jī)肥對(duì)辣椒品質(zhì)和產(chǎn)量的影響,得出施用牛糞，辣椒增產(chǎn)率為0.46%，果實(shí)內(nèi)游離氨基酸和可溶蛋白含量提高了34.79%和3.87%；習(xí)斌等[13]研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)無(wú)機(jī)肥料配施處理，可以保證玉米較高產(chǎn)量，玉米5 a平均產(chǎn)量較單施化肥處理提高10.3%；林新堅(jiān)[14]等研究表明，施用不同來(lái)源的有機(jī)肥能夠提高花生的產(chǎn)量，采用麩酸有機(jī)復(fù)混肥，在其每千克土施N 0.1 g，N∶P2O5∶K2O=5∶4∶6時(shí)，花生莢果能夠增產(chǎn)75%；高偉等[15]研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)無(wú)機(jī)肥料配合施用模式為(3/4)化肥N+(1/4)豬糞配施，設(shè)施栽培的芹菜產(chǎn)量最高為121 766 kg/hm2,與習(xí)慣施肥處理相比，芹菜VC含量提高了112.2%.以上研究表明，施用不同種類有機(jī)肥可以提高作物產(chǎn)量與品質(zhì)，但各地的土壤及氣候特點(diǎn)不同，得出的結(jié)論也不盡相同.葉綠素?zé)晒鈪?shù)是衡量植物光合能力強(qiáng)弱的重要指標(biāo)，國(guó)內(nèi)學(xué)者在研究氮素營(yíng)養(yǎng)與水肥調(diào)控時(shí)，大多運(yùn)用這一指標(biāo)來(lái)探究其與作物產(chǎn)量的相關(guān)性[16-17].本研究立足河西走廊荒漠溫室的番茄生產(chǎn)，選擇本區(qū)市場(chǎng)上常用的2種不同來(lái)源的生物有機(jī)肥，從番茄生長(zhǎng)過(guò)程中的葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)、產(chǎn)量與品質(zhì)等方面上，探討溫室番茄對(duì)不同種類有機(jī)肥配施響應(yīng)的生理，以期獲得本區(qū)有機(jī)肥替代化肥條件下的最適用量指標(biāo)，為實(shí)現(xiàn)溫室番茄高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效及環(huán)境友好的施肥模式提供科學(xué)依據(jù).

1 材料與方法

1.1 供試土壤狀況

試驗(yàn)于2017年6月至2018年3月在張掖市甘州區(qū)黨寨鎮(zhèn)日光溫室蔬菜生產(chǎn)基地內(nèi)進(jìn)行.供試土壤為灌漠土，有機(jī)質(zhì)含量為10.12 g/kg，堿解氮54.28 mg/kg，速效磷6.78 mg/kg，速效鉀156.82 mg/kg，pH為6.67，全鹽0.87 g/kg，容重1.23 g/cm3，總孔隙度50.26%，質(zhì)地砂壤.

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與種植

采用田間隨機(jī)區(qū)組排列設(shè)計(jì)方法，設(shè)6個(gè)處理(表1)，其中生產(chǎn)上常用施化肥量(CK)，依據(jù)調(diào)查張掖市的甘州區(qū)、高臺(tái)、臨澤等縣區(qū)的8個(gè)溫室番茄生產(chǎn)基地的肥料用量確定；處理A1苗思源有機(jī)肥用量依據(jù)使用說(shuō)明確定[(N+P2O5+K2O)≥5%有機(jī)質(zhì)≥45%，酒泉鋼鐵(集團(tuán))有限責(zé)任公司宏豐實(shí)業(yè)分公司生產(chǎn)]；處理A2老黃牛有機(jī)肥用量依據(jù)使用說(shuō)明確定(K2O≥12%有機(jī)質(zhì)≥45%腐殖酸≥10%，北京豐樂(lè)德農(nóng)國(guó)際肥業(yè)有限責(zé)任公司生產(chǎn))；處理A3有機(jī)肥Ⅰ和有機(jī)肥Ⅱ的配方施肥，參考番茄每形成1 t產(chǎn)品器官對(duì)N、P、K肥的吸收特點(diǎn)，在結(jié)合實(shí)際土壤地力狀況和目標(biāo)產(chǎn)量進(jìn)行確定[18]；處理A4和A5有機(jī)肥的使用量在參考周德霞[19]配方施肥基礎(chǔ)上，每公頃分別上浮10%和20%.

表1 試驗(yàn)處理

各處理種植一畦，每處理重復(fù)3次，處理之間用塑料薄膜隔離,埋深40 cm，作畦的規(guī)格為畦長(zhǎng)9 m、寬1.2 m；試驗(yàn)中氮肥為尿素(含N46%)、磷肥為過(guò)磷酸鈣(含P2O514.5%)、鉀肥為硫酸鉀(含K2O 33%).于2017年6月5日采用72孔穴盤在日光溫室進(jìn)行育苗，供試番茄品種為中雜11號(hào)，2017年7月15日定植，株距45 cm，保苗數(shù)2 346株/667m2.試驗(yàn)中40%尿素和60%的鉀肥作基肥施入，過(guò)磷酸鈣作基肥一次性施入，有機(jī)肥料Ⅰ和有機(jī)肥Ⅱ用量的60%用作基肥施入，剩余60%的氮肥、40%的鉀肥、40%的有機(jī)肥料Ⅰ和有機(jī)肥Ⅱ分別在番茄開花座果的初期與盛期，分二次等量隨灌水沖施；其他管理同日光溫室常規(guī)管理相同.

1.3 測(cè)定指標(biāo)

1.3.1 葉片最大量子產(chǎn)額和潛在活性測(cè)定 在番茄結(jié)果初期(2017年10月10日)、中期(2017年12月10日)、末期(2018年2月10日)，于上午10∶00～12∶00，每個(gè)處理隨機(jī)選擇6片同位的葉子，用英國(guó)Hansatech公司的Handy PEA植物效率分析儀測(cè)定經(jīng)過(guò)暗適應(yīng)20min以上的葉片初始熒光(Fo)、最大熒光(Fm)、最大初始熒光(Fo)及穩(wěn)態(tài)熒光(Fs)、光照條件下最大熒光(Fm′)，每處理3次重復(fù)，并計(jì)算[20]PSⅡ原初光能轉(zhuǎn)換效率(Fv/Fm)，葉片PSⅡ活性Fv/Fo、其中，F(xiàn)v=(Fm-Fo)，F(xiàn)v/Fo=(Fm-Fo)/Fo，F(xiàn)v/Fm=(Fm-Fo)/Fm，每個(gè)處理隨機(jī)測(cè)定6株，取其平均值.

1.3.2 植株生物學(xué)性狀及產(chǎn)量測(cè)定 在番茄結(jié)果后期(8月20日)，每個(gè)處理選擇標(biāo)定的6株，用卷尺測(cè)定株高、用游標(biāo)卡尺測(cè)定莖粗；每次收獲時(shí)統(tǒng)計(jì)植株的結(jié)果數(shù)和單株產(chǎn)量，按不同的處理，分別統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量，最后折合成公頃產(chǎn)量.

1.3.3 果實(shí)品質(zhì)測(cè)定 隨機(jī)選取不同處理的18個(gè)果實(shí)，測(cè)定其可溶性糖、可溶性固形物、VC、番茄紅素、可溶性蛋白質(zhì)和硝酸鹽含量；VC采用鉬藍(lán)比色法，用EV300PC 型紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)法測(cè)定番茄紅素和可溶性蛋白質(zhì)含量，可溶性糖含量用苯酚法，硝酸鹽采用沸水浸提，紫外分光光度法測(cè)定，手持折光儀測(cè)定可溶性固形物含量[21]，重復(fù)3次,取其平均值.

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用DPS 9.50和Microsoft Excel 2003 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算與分析，采用Duncan’s 法進(jìn)行差異顯著性分析，顯著性水平設(shè)置為α=0.05.

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)番茄葉片熒光參數(shù)的影響

2.1.1 不同處理對(duì)番茄葉片F(xiàn)o和Fv的影響Fo是PSⅡ反應(yīng)中心全部開放時(shí)的熒光，其大小主要與PSⅡ天線色素內(nèi)的最初激子密度、天線色素到PSⅡ反應(yīng)中心的激發(fā)能傳遞速率的結(jié)構(gòu)狀態(tài)及葉綠素含量有關(guān)，而與光合作用光化學(xué)反應(yīng)無(wú)關(guān)[22].Fv反映著光合作用中的PSⅡ原初電子受體QA的還原情況，其值為最大熒光與初始熒光之差(Fv=Fm-Fo)[23].從圖1可以看出，不同處理在番茄結(jié)果前期、中期和末期的Fo和Fv值，以處理A3為最高，F(xiàn)o分別為213、466和325，F(xiàn)v分別為1 024、1 764和1 436,與CK相比，F(xiàn)o分別提高38.31%、62.93%和32.11%,Fv提高31.99%、56.80%和52.44%；各處理對(duì)番茄結(jié)果前期、中期和末期Fo值影響大小順序?yàn)锳3>A4>A2>A5>A1>CK，對(duì)Fv值影響大小順序?yàn)锳3>A2>A4>A1>A5>CK；這說(shuō)明采用處理A3的有機(jī)肥配比，其植株在結(jié)果中期光合能力較強(qiáng)，植株保持較強(qiáng)的生長(zhǎng)活力，從而表現(xiàn)出Fo和Fv值較高，其他處理由于營(yíng)養(yǎng)配比失調(diào)，植株?duì)I養(yǎng)生長(zhǎng)不良，光合作用較弱，F(xiàn)o和Fv值表現(xiàn)較低；隨著有機(jī)肥使用量的增加，各處理與CK相比，番茄葉片在結(jié)果前期、中期和末期的Fo和Fv值，呈現(xiàn)增大趨勢(shì)，當(dāng)達(dá)到處理A3的用量后，又呈現(xiàn)逐漸降低的規(guī)律.

圖1 不同處理的Fo值Figure 1 Foof different treatment

圖2 不同處理的Fv值Figure 2 Fvof different treatment

2.1.2 不同處理對(duì)番茄葉片F(xiàn)v/Fm和Fv/Fo的影響Fv/Fm為PSⅡ的光化學(xué)效率，它反應(yīng)暗適應(yīng)下光系統(tǒng)Ⅱ最大光化學(xué)效率，F(xiàn)v/Fo反映PSⅡ潛在活性[24].從圖3、圖4可以看出，與CK相比，在番茄結(jié)果前期、中期和末期，不同處理的Fv/Fm和Fv/Fo的值均高于CK，處理之間呈現(xiàn)一定差異，以處理A3的Fv/Fm和Fv/Fo的值為最高，結(jié)果前期、中期和末期Fv/Fm分別為0.73、0.82和0.76，F(xiàn)v/Fo值分別為2.86、4.39和3.97，與CK相比，F(xiàn)v/Fm分別提高52.08%、32.26%和31.03%，F(xiàn)v/Fo分別提高81.01%、71.48%和68.94%；明顯高于其他處理；這表明處理A3的有機(jī)肥配比的番茄，其植株葉片保持較強(qiáng)的光化學(xué)效率，葉片潛在活性較強(qiáng)，其他處理由于有機(jī)肥用量配比失調(diào)，引起土壤環(huán)境產(chǎn)生逆境脅迫的條件，因此Fv/Fm和Fv/Fo保持較低數(shù)值，這與前人的研究結(jié)果相一致[25].

圖3 不同處理Fv/Fm值Figure 3 Fv/Fmof different treatment

圖4 不同處理Fv/Fo值Figure 4 Fv/Foof different treatment

2.2 不同處理對(duì)番茄農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量的影響

不同處理對(duì)番茄農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量的影響見(jiàn)表2.從表2可以看出，以處理A3的番茄植株在株高、莖粗、單株結(jié)果數(shù)和單株產(chǎn)量等性狀表現(xiàn)上最優(yōu)，分別為180.27 cm，1.22 cm，16.37個(gè)和2.98 kg，顯著高于其他處理，與CK相比分別高出8.9%，27.08%，12.66%和33.03%，施用有機(jī)肥的各處理A1，A2，A3，A4和A5，在株高、莖粗、單株結(jié)果數(shù)、單株產(chǎn)量、小區(qū)產(chǎn)量和折667m2產(chǎn)量等性狀上不同程度均高于生產(chǎn)上常用的施肥量，這說(shuō)明增施有機(jī)肥有利用于番茄生長(zhǎng)，適宜的有機(jī)肥配比促進(jìn)了番茄對(duì)養(yǎng)分的吸收，植株保持較強(qiáng)的生長(zhǎng)勢(shì)與結(jié)果能力，因此，可以獲得較高產(chǎn)量.

2.3 不同處理對(duì)番茄品質(zhì)的影響

由表3可以看出，不同處理對(duì)番茄可溶性糖、可溶性固形物、VC、番茄紅素和可溶蛋白的影響，以處理A3為最高，分別為45.36 mg/g、5.42%、384.12 mg/kg、73.62 μg/g和5.52 mg/g，與CK相比，分別增加了18.71%、11.52%、42.92%、36.99%和47.59%，不同處理間呈現(xiàn)一定差異；施用有機(jī)肥的各處理A1、A2、A3、A4和A5的果實(shí)中可溶性糖、可溶性固形物、VC、番茄紅素和可溶蛋白含量均比CK高；而果實(shí)中硝酸鹽的含量以處理A3為最低，與CK相比降低了43.58%，同時(shí)處理A1、A2、A3、A4和A5的果實(shí)中硝酸鹽含量也均比CK要低，這說(shuō)明以處理A3的有機(jī)肥配比最適宜于番茄品質(zhì)的提高.

表2 不同處理對(duì)番茄農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響

以上為6株的平均值；同列不同小寫字母表示5%的差異水平.

The average values of 6 strains are asFollows:Different lowercase letters in that same column indicate a difference level of 5%.

表3 不同處理對(duì)番茄品質(zhì)的影響

3 討論

本試驗(yàn)研究了不同有機(jī)肥配比對(duì)番茄葉片熒光參數(shù)的變化，研究發(fā)現(xiàn)采用處理A3的番茄，在其結(jié)果前期、中期和末期的Fo和Fv值最高，F(xiàn)o分別為213、466和325，F(xiàn)v分別為1 024、1 764和1 436，與CK相比，F(xiàn)o分別提高38.31%、62.93%和32.11%,Fv提高31.99%、56.80%和52.44%；同時(shí)葉片光化學(xué)效率(Fv/Fm)和PSⅡ潛在活性(Fv/Fo)最強(qiáng)，在結(jié)果前期、中期和末期Fv/Fm分別為0.73、0.82和0.76，F(xiàn)v/Fo值分別為2.86、4.39和3.97，與CK相比，F(xiàn)v/Fm分別提高52.08%、32.26%和31.03%，F(xiàn)v/Fo分別提高81.01%、71.48%和68.94%，明顯高于其他處理；這表明增施有機(jī)肥的處理，葉片保持較強(qiáng)的生理活性，并附著有機(jī)肥使用量的增加而呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)，當(dāng)有機(jī)肥用量超過(guò)A3處理時(shí)，其Fo、Fv、Fv/Fm、Fv/Fo在不同生長(zhǎng)時(shí)期又呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，這可能是由于土壤中營(yíng)養(yǎng)元素失調(diào)，導(dǎo)致土壤溶液濃度過(guò)高或過(guò)低，使土壤環(huán)境產(chǎn)生脅迫條件，葉片的光合機(jī)構(gòu)受到傷害[26]，進(jìn)而使Fo、Fv、Fv/Fm、Fv/Fo的值處于較低水平；而由A3處理組成的有機(jī)肥配比(有機(jī)肥Ⅰ525 kg/hm2+有機(jī)肥Ⅱ376 kg/hm2)的Fo、Fv、Fv/Fm、Fv/Fo的值最高，說(shuō)明本處理下可激發(fā)植株體葉片在暗適應(yīng)下PSⅡ的最大量子產(chǎn)額及激發(fā)葉片PSⅡ潛在活性，這與Shangguan等[27]的研究相一致.

本試驗(yàn)中，采用A3處理的番茄，在株高、莖粗、單株結(jié)果數(shù)、單株產(chǎn)量、小區(qū)產(chǎn)量和折667m2產(chǎn)量等性狀表現(xiàn)上，其值分別為180.27 cm、1.22 cm、16.37個(gè)、2.98 kg、113.24 kg和6 993.70 kg，顯示高于其他處理，究其原因是A3處理的配比，由于營(yíng)養(yǎng)均衡，從而提高了番茄葉片光合機(jī)構(gòu)活性，促進(jìn)了各種光合酶類及多種電子傳遞體等組分的合成，增加了植株光合能力，有效改善了葉片的光合功能，提高了光合速率[28-29]，進(jìn)而表現(xiàn)番茄有較高產(chǎn)量.從試驗(yàn)結(jié)果看，增施有機(jī)肥的各處理A1、A、A3、A4和A5的番茄果實(shí)中可溶性糖、可溶性固形物、VC、番茄紅素和可溶蛋白含量均比CK(生產(chǎn)上常用施化肥量)要高，以處理A3的品質(zhì)指標(biāo)含量為最高，說(shuō)明處理A3營(yíng)養(yǎng)配比最適合番茄果實(shí)品質(zhì)改善，究其原因是有機(jī)肥料含有植物所需要的各種營(yíng)養(yǎng)元素和豐富的有機(jī)質(zhì)，具有提高并平衡土壤養(yǎng)分、改善土壤理化性質(zhì)、培肥土壤等特性[30-31]，從而提高作物產(chǎn)量、改善作物品質(zhì)等[32].蔬菜體內(nèi)硝酸鹽的形成與土壤氮素的供應(yīng)密切相關(guān)，研究表明，蔬菜體內(nèi)硝酸鹽的含量與氮肥施用量呈顯著正相關(guān)[33-34]，本試驗(yàn)中，施有機(jī)肥的各處理與施用化肥的處理(CK)相比，番茄果實(shí)中的硝酸鹽含量顯著降低，分別降低21.11，24.78，40.64，17.89，13.10 mg/kg，這主要是有機(jī)肥的交換容量大，對(duì)銨態(tài)氮的吸附量多，分解過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)酸可降低其周圍土壤中脲酶和硝化微生物活性，在一定程度上抑制了硝態(tài)氮的生成[35]，因此表現(xiàn)在果實(shí)內(nèi)的硝酸鹽含量也隨著降低,這與趙常旭等[36]，何翠等[37]的研究相吻合.

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，在河西荒漠化區(qū)域溫室番茄生產(chǎn)中，采用有機(jī)肥的各處理與對(duì)照相比，均能夠不同程度提高植株光合能力，番茄保持較強(qiáng)的生長(zhǎng)勢(shì)與結(jié)果能力，并且能夠顯著提高品質(zhì).以A3處理的有機(jī)肥配比(有機(jī)肥Ⅰ525 kg/hm2+有機(jī)肥Ⅱ376 kg/hm2)，其番茄葉片的Fo、Fv、Fv/Fm、Fv/Fo的值最高，植株葉片保持較強(qiáng)的光合能力；番茄在株高、莖粗、單株結(jié)果數(shù)和單株產(chǎn)量等性狀表現(xiàn)上最高，與對(duì)照CK相比分別高出8.9%、27.08%、12.66%和33.03%分別，同時(shí)番茄的品質(zhì)最佳、硝酸鹽含量最低，這一研究結(jié)果，可為本區(qū)溫室番茄實(shí)現(xiàn)合理施肥及高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)化栽培提供理論支撐.