微生物菌劑與玉米秸稈配比對(duì)番茄產(chǎn)量、品質(zhì)及生產(chǎn)效益的影響

王繼芳，張贏心，李祥云，王敏，劉樹堂，馬秀珍，李松堅(jiān)，丁興民

(1.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)巴瑟斯未來(lái)農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，山東青島 266109；2.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院；3.青島市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，山東青島 266199；4.青島市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，山東青島 266071)

農(nóng)作物秸稈是一種含碳豐富的能源物質(zhì)，是保持和提高土壤肥力的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。秸稈還田是秸稈利用的一種重要方式，秸稈直接還田措施已廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。大量的秸稈被直接還田后，因分解速度慢而影響后繼作物生長(zhǎng)；微生物分解秸稈與作物爭(zhēng)奪養(yǎng)分，導(dǎo)致作物出現(xiàn)氮饑餓現(xiàn)象。大量研究表明，在秸稈還田時(shí)配施一定比例的微生物菌劑能影響秸稈降解過(guò)程，明顯提高秸稈中營(yíng)養(yǎng)元素的釋放速率，提高作物產(chǎn)量。

現(xiàn)階段，科研工作者在秸稈配施化肥、微生物菌劑與秸稈配施還田等方面做了大量研究。錢海燕等[1]發(fā)現(xiàn)微生物菌劑與化肥配施能夠加快秸稈的腐解；宋時(shí)麗等[2]研究表明田間施加復(fù)合菌劑能夠通過(guò)改善土壤理化狀況提高土壤微生物活性，進(jìn)而提高作物產(chǎn)量；而周柳強(qiáng)等[3]在秸稈中加入外源微生物菌劑后，發(fā)現(xiàn)磷腐解強(qiáng)度與對(duì)照無(wú)明顯差異。由于不同試驗(yàn)所用的微生物菌劑、作物品種不同，試驗(yàn)地塊的土壤肥力指標(biāo)、氣候環(huán)境等也不同，研究結(jié)果存在較大差異。本研究將木質(zhì)素、纖維素分解菌劑與玉米秸稈配施，通過(guò)測(cè)定番茄的產(chǎn)量和品質(zhì)來(lái)探明適合秸稈快速分解、提高生產(chǎn)效益的最佳菌劑、玉米秸稈配比，為作物秸稈還田和番茄生產(chǎn)提供新的技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2019年在青島市農(nóng)科院試驗(yàn)地進(jìn)行，試驗(yàn)為池栽試驗(yàn)。試驗(yàn)土壤為棕壤，土壤有機(jī)質(zhì)16.21 g/kg，全氮量1.21 g/kg，堿解氮96.73 mg/kg，速效磷47.86 mg/kg，速效鉀117.24 mg/kg，pH=7.03。試驗(yàn)小區(qū)面積4 m2，由2 m×2 m×1 m的水泥池組成，每池從地表到1 m深處用水泥墻間隔。試驗(yàn)設(shè)對(duì)照(CK，不施肥，不施用菌劑和秸稈)和常規(guī)施肥(CF，不施用菌劑和秸稈)2個(gè)處理，以及3個(gè)不同微生物菌劑、玉米秸稈配比處理C1、C2、C3(表1)，每個(gè)處理3次重復(fù)，隨機(jī)排列。試驗(yàn)用番茄品種為‘冬粉3號(hào)’，2019年1月12日進(jìn)行番茄育苗，2月23日定植。定植后，所有處理的澆水、除草等管理一致。

1.2 微生物菌劑的處理方法

微生物菌劑選用以枯草桿菌、嗜熱性芽孢桿菌等為主要成分的一類木質(zhì)素、纖維素分解菌，來(lái)自山東世明生物反應(yīng)堆技術(shù)有限公司。

微生物菌劑使用當(dāng)天，按每1 kg微生物菌劑摻15 kg麩皮和13 kg水的比例拌和均勻，堆積4～5 h后使用。如當(dāng)天使用不完，攤放于陰暗處，厚度5～8 cm，第2天可繼續(xù)使用。

1.3 定植行下秸稈、微生物菌劑使用方法

定植前，在番茄種植行下開溝，溝寬60 cm，溝深20 cm，溝長(zhǎng)、溝寬分別與定植行長(zhǎng)、寬相等，起土分放兩邊，計(jì)算每行所需秸稈用量，然后將秸稈粉碎、鋪勻、踏實(shí)，溝兩端露出10 cm秸稈茬通氣。之后，按每溝所需劑量(據(jù)種植行面積)將微生物菌劑均勻撒在秸稈上，填土攪勻并用鐵锨拍振，把剩余起土回填于秸稈上，澆水濕透秸稈，2～3 d后找平起壟，秸稈上土層厚度保持15 cm左右。按試驗(yàn)株行距定植番茄苗，覆土、澆水，最后用直徑為14 mm的鋼筋在同一行中相鄰的兩棵蕃茄苗之間打孔，孔距10 cm，孔深以穿透秸稈層為準(zhǔn)。

1.4 測(cè)定方法

1.4.1 番茄產(chǎn)量的測(cè)定

番茄進(jìn)入收獲期之后，對(duì)前7次采摘后的果實(shí)進(jìn)行測(cè)產(chǎn)，在棚內(nèi)采摘后直接測(cè)量果實(shí)質(zhì)量，累計(jì)其產(chǎn)量。

1.4.2 番茄中類黃酮、總酚物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)定

利用甲醇溶液提取總酚物質(zhì)、類黃酮物質(zhì)。根據(jù)總酚、類黃酮物質(zhì)的甲醇提取液吸收光譜的特性，利用紫外分光光度計(jì)分別測(cè)定波長(zhǎng)280 nm、325 nm處提取液的吸光度，與標(biāo)準(zhǔn)曲線比較，計(jì)算總酚和類黃酮物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)。測(cè)定時(shí)，用1%的鹽酸-甲醇溶液做參比調(diào)零，280 nm處的吸光度對(duì)應(yīng)總酚物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，325 nm處的吸光度對(duì)應(yīng)類黃酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)[4]。

1.4.3 番茄果實(shí)維生素C(Vc)、有機(jī)酸、可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)定

番茄果實(shí)中Vc質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)定采用2,6-二氯靛酚滴定法，根據(jù)滴定所消耗的標(biāo)準(zhǔn)2,6-二氯靛酚溶液體積計(jì)算Vc質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

使用蒸餾水浸提研磨后的番茄果實(shí)勻漿液，然后使用已知濃度的NaOH溶液滴定提取液，根據(jù)NaOH的消耗量計(jì)算有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

番茄中的可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)是指番茄汁液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。用手持式折光儀測(cè)定番茄果實(shí)中可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)，并根據(jù)可溶性固形物和有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算固酸比。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

采用Excel 2003和SPSS Statistics 17.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和統(tǒng)計(jì)分析，并進(jìn)行LSD差異顯著性檢驗(yàn)(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 微生物菌劑與玉米秸稈配比對(duì)番茄果實(shí)品質(zhì)的影響

2.1.1 對(duì)番茄果實(shí)有機(jī)酸和可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

番茄的高品質(zhì)在于果實(shí)良好的風(fēng)味、高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和好的外觀形狀，三者缺一不可。番茄果實(shí)最佳風(fēng)味的形成需要較高的糖度、相對(duì)較高的酸度、合適的糖酸比，以及適當(dāng)?shù)膿]發(fā)性芳香物質(zhì)等。有機(jī)酸、可溶性固形物等對(duì)番茄果實(shí)的風(fēng)味起支配作用，好的風(fēng)味在于這些成分含量較高并成恰當(dāng)?shù)谋壤?。有機(jī)酸是番茄的重要組成成分之一[5]，是影響果實(shí)品質(zhì)的重要因素。可溶性固形物由可溶性糖、有機(jī)酸等組成，與番茄紅素、Vc等共同決定番茄果實(shí)的品質(zhì)[6]，對(duì)番茄的產(chǎn)量也有很大的影響。相關(guān)研究表明，不同的施肥處理，番茄果實(shí)的可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)有差異[7]。

由表2可以看出，不同的處理方式對(duì)番茄果實(shí)中可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響不同。可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)的順序?yàn)镃2>C3>C1>CF>CK，C2、C3、C1和CF處理較對(duì)照分別提高了6.99%、5.51%、2.33%和1.48%。秸稈配合微生物菌劑施肥處理能夠提高可溶性固形物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，這可能是因?yàn)?，番茄生長(zhǎng)后期，秸稈不斷腐熟，充分釋放速效養(yǎng)分，尤其是鉀元素和硼元素，提高了番茄果實(shí)中的糖含量，從而提高了番茄可溶性固形物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。這與吳彤東等[8]的研究結(jié)果一致。

表2 不同處理的番茄果實(shí)可溶性固形物和有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)Table 2 Mass fraction of soluble solids and organic acids in tomato fruits with different treatments

施肥處理(CF、C1、C2、C3)后番茄果實(shí)中有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯增加，這與可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化趨勢(shì)一致，C2、C3、C1、CF處理番茄果實(shí)中有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)較對(duì)照分別提高了37.5%、32.5%、20.0%和7.5%?？梢姺压麑?shí)中有機(jī)酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)受到施肥方式、肥料用量的影響，這與董彩霞等[9]的研究結(jié)果一致。

前人研究表明，在含糖量適宜的前提下，合適的固酸比對(duì)果實(shí)的風(fēng)味尤為重要。張旭偉等[10]的研究表明合適的固酸比范圍為6.9～10.8，本文C1、C2、C3處理番茄果實(shí)固酸比均在此范圍內(nèi)。由表2還可以看出，不同施肥方式和施肥量在一定程度上影響番茄果實(shí)中的固酸比，CK與CF兩處理的番茄果實(shí)固酸比明顯高于C1、C2、C3處理的，可能是由于不施肥和常規(guī)施用化肥會(huì)造成后期缺肥，從而使番茄有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的下降速度大于可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)的下降速度。

2.1.2 對(duì)番茄果實(shí)Vc質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

Vc是人體不可缺少的重要維生素之一，也是衡量番茄品質(zhì)的一項(xiàng)重要指標(biāo)，因此通過(guò)測(cè)定番茄果實(shí)Vc質(zhì)量分?jǐn)?shù)來(lái)探究不同微生物菌劑與玉米秸稈配比對(duì)番茄品質(zhì)的影響。

從圖1可以看出，施肥處理(CF、C1、C2、C3)后，番茄果實(shí)的Vc質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯高于不施肥處理(CK)的。其中，C2處理的Vc質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，為232.6 mg/kg，較CK提高了12.69%；C3、C1、CF處理的Vc質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為229.6 mg/kg、228.9 mg/kg、219.5 mg/kg，較CK分別提高了11.24%、10.90%和6.35%。試驗(yàn)表明(圖1)，合理的微生物菌劑與秸稈配比可提高番茄果實(shí)的Vc質(zhì)量分?jǐn)?shù)，改善番茄果實(shí)品質(zhì)。常規(guī)施肥(CF)番茄果實(shí)的Vc質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于施用秸稈配合微生物菌劑的，原因可能是化肥前期釋放過(guò)快而后期缺肥，影響了Vc的形成。

圖1 不同處理番茄果實(shí)的Vc質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fig.1 Vc mass fraction of tomato fruits in different treatments

2.1.3 對(duì)番茄果實(shí)類黃酮和總酚物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

相關(guān)研究表明，類黃酮對(duì)人體抗癌有特殊功效，不僅能夠防止癌細(xì)胞擴(kuò)散，而且能抑制癌細(xì)胞生長(zhǎng)，對(duì)人體正常細(xì)胞沒有任何傷害[11]。蔬菜和水果中類黃酮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)非?？捎^，使用果實(shí)中類黃酮物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)衡量番茄果實(shí)的品質(zhì)具有重要意義[12-13]。

從圖2可以看出，施肥處理(CF、C1、C2、C3)后，番茄果實(shí)類黃酮物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯高于不施肥處理(CK)的，但不同施肥處理間的差異不明顯。CF、C1、C2、C3處理后，番茄果實(shí)類黃酮物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較CK分別提高了18.62%、18.18%、20.78%、19.05%，表明合理的施肥方式可提高番茄類黃酮物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，且施用有機(jī)肥更有利于番茄果實(shí)中類黃酮物質(zhì)的積累。不同施肥處理間類黃酮物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)無(wú)明顯差異，可能是類黃酮物質(zhì)在番茄體內(nèi)的代謝與營(yíng)養(yǎng)元素供給有關(guān)，具體原因還有待于進(jìn)一步研究。

圖2 不同處理番茄果實(shí)的類黃酮物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fig.2 Flavonoid mass fraction of tomato fruits in different treatments

總酚物質(zhì)是在植物性食物中發(fā)現(xiàn)的、具有潛在促進(jìn)人體健康作用的化合物[14]，存在于一些常見的植物性食物中，如蔬菜和水果。

由圖3可知，施肥處理(CF、C1、C2、C3)后，番茄果實(shí)的總酚物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯高于不施肥處理的(CK)，且C3處理的最高，為98.2 mg/kg，較CK提高了13.53%；C2、C1、CF處理的總酚物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為96.1 mg/kg、93.5 mg/kg和92.7 mg/kg，較CK分別提高了11.10%、8.09%和7.17%。試驗(yàn)表明，有機(jī)肥足量施用可提高番茄果實(shí)總酚物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，改善番茄果實(shí)品質(zhì)。常規(guī)施肥番茄果實(shí)總酚物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于施用秸稈配合微生物菌劑的，原因可能是化肥前期釋放過(guò)快，造成番

圖3 不同處理番茄果實(shí)的總酚物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fig.3 Total phenols mass fraction of tomato fruits in different treatments

茄后期缺肥，影響了番茄果實(shí)中總酚物質(zhì)的形成?？傊?，施用合理配比的微生物菌劑與秸稈能提高番茄果實(shí)的總酚物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，從而改善番茄果實(shí)的品質(zhì)。

2.2 微生物菌劑與玉米秸稈配比對(duì)番茄產(chǎn)量的影響

由表3可以看出，不同的施肥處理番茄的產(chǎn)量不同，C2處理番茄的產(chǎn)量最高，CF次之，C1處理番茄的產(chǎn)量最低，與不施肥(CK)相比較，C2、CF、C3、C1這4個(gè)處理的番茄產(chǎn)量分別提高了39.02%、37.12%、29.93%和28.41%。C3和C1處理番茄產(chǎn)量均低于常規(guī)施肥處理的，可能是因?yàn)槲⑸锞鷦┡c玉米秸稈的配比不合理，秸稈腐熟程度差、養(yǎng)分釋放量少。因此，微生物菌劑與秸稈質(zhì)量比為1∶500時(shí)最有利于番茄高產(chǎn)。

表3 不同處理的番茄產(chǎn)量Table 3 Tomato yield in different treatments

2.3 微生物菌劑與玉米秸稈配比對(duì)番茄生產(chǎn)效益的影響

由表4可知，CK、CF、C1、C2、C3處理的總投入依次增加，產(chǎn)值最高的為C2處理(367 002.0元/hm2)，其次是CF、C3和C1處理，CK處理的產(chǎn)值最低。CF、C1、C2、C3處理中，C2比CK增值最高(103 002.0元/hm2)，C1比CK增值最低(75 000.0元/hm2)。不同處理增效順序依次為：CF>C2>C3>C1，較CK分別增加了46.94%、44.60%、32.44%和30.90%。

表4 不同處理的番茄生產(chǎn)效益Table 4 Tomato production benefits in different treatments

C2處理的產(chǎn)值明顯高于C1和C3處理的(表4)，說(shuō)明合理的微生物菌劑與秸稈配比是獲得高產(chǎn)值的關(guān)鍵，C1和C3處理產(chǎn)值低于C2處理的，原因可能是C1和C3兩處理中秸稈腐熟程度差、速效養(yǎng)分欠缺。雖然C2處理的產(chǎn)值大于CF處理的，但凈產(chǎn)值卻小于CF處理的，說(shuō)明C2處理秸稈與微生物菌劑成本較高，最終使CF處理的經(jīng)濟(jì)效益高于C2處理的。因此，合理的微生物菌劑與秸稈配比有利于提高番茄的生產(chǎn)效益，但需充分利用現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備開溝并切碎秸稈，節(jié)省人工費(fèi)用，增加經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，為使番茄增產(chǎn)增效，還應(yīng)科學(xué)合理施用有機(jī)肥與化肥。

3 結(jié)論

微生物菌劑配合玉米秸稈可顯著提高番茄果實(shí)可溶性固形物、有機(jī)酸、Vc、類黃酮和總酚物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，在改善番茄果實(shí)品質(zhì)方面，微生物菌劑配合玉米秸稈優(yōu)于化肥。微生物菌劑與玉米秸稈質(zhì)量比為1∶500時(shí)，對(duì)提高番茄果實(shí)可溶性固形物、有機(jī)酸、Vc、類黃酮和總酚物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)最為顯著。