减量复合肥配施生物有机肥对番茄土壤肥力及酶活性的影响

赵满兴，刘 慧，王 静，常慧璇，程治蓉

（1延安大学生命科学学院，陕西延安716000；2陕西省红枣重点实验室（延安大学），陕西延安716000）

0 引言

番茄栽培面积广且具有丰富的营养，是深受人们喜爱的蔬菜之一[1-2]。由于延安地处黄土丘陵沟壑区，地理位置和气候条件错综复杂，有效土地使用面积有限，为获得高产，增加经济收入，农民盲目通过大量施用化肥来提高蔬菜产量。然而，化肥虽能增加土壤速效养分[3]，但大量施用会带来一系列土壤生态问题，如有机质含量降低、养分不均衡、养分利用率低和土壤板结等危害蔬菜地土壤结构及肥力[4-5]，同时不利于土壤生态环境向良好方向转变。因此，减少化肥对土壤的危害，提高土壤肥力，改善土壤结构，修复土壤生态环境，进而使设施蔬菜可持续良好发展，成为当下亟需解决的问题。

近年来，使用新型肥料替代化肥的研究得到快速发展，其中，有机肥逐渐进入研究者视野[6-7]。生物有机肥作为一种新型有机肥料，是特定功能的有益微生物和有机肥的结合[8]，不仅能够增加土壤团粒结构，减少土壤容重，增大孔隙度，增强透水透气性，从而改善土壤结构[9]；同时也能活化土壤固定养分，增加有效养分含量和有机质，提高土壤酶和微生物活性，进而提高土壤肥力[10-11]。曲成闯等[12]研究表明，施用生物有机肥可以提高黄瓜的土壤酶活性；李瑞霞等[13]研究发现，施用生物有机肥能够改善番茄土壤的微生物群落和提高土壤酶活性；陶磊等[4]研究发现，在减量化肥20%～40%时，配施生物有机肥能够改善棉花的土壤酶活性。

然而，目前关于生物有机肥对番茄的研究多集中在施用不同种类的生物有机肥对番茄生长及品质的影响[14]，或者减量化肥配施不同有机肥对番茄生长的影响[15]，而对于减量化肥配施减量等质量的生物有机肥对番茄土壤酶活性的研究则鲜有报道。同时，限于不同土壤质地及其气候环境也存在差异，针对延安地区生物有机肥对番茄土壤肥力及酶活性的影响也有待验证。

本研究以延安市‘图腾’番茄品种为研究对象，设置复合肥减量10%～30%并配施与所减复合肥等质量的生物有机肥对番茄进行施肥的3 个处理，并以不施肥和常规施肥为对照，研究上述施肥处理对番茄土壤化学性质和酶活性的影响，寻找最佳施肥配比，探明生物有机肥对土壤性质的影响，以期为提高土壤肥力以及设施蔬菜向持续良好发展提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验时间、地点

本试验于2018年5月在延安大学生命科学学院大棚基地进行（E107°41′—110°30′，N35°21′—37°31′），该基地属中温带大陆性半干旱气候，平均海拔1200 m，年平均气温9.6℃，年降水量450～650 mm，年日照时数2418 h，无霜期162天。供试土壤为黄绵土。

1.2 供试材料

供试番茄品种为‘图腾’。供试复合肥为沃夫特黑珍珠复合肥料，由沃夫特复合肥有限公司提供，总养分≥54%，氮、磷和钾含量均为18%；生物有机肥为含氨基酸水溶肥，由北京中农可信生化科技发展有限公司提供，活性有机质≥20.5%，氨基酸≥10%，腐殖酸和微量元素≥2.5%，氮磷钾总量≥35%。

1.3 试验方法、

1.3.1 试验设计 本试验为盆栽试验，共设5个处理，每个处理重复3次，随机区组设计，不施肥和仅施复合肥处理为空白和对照，其余3 个处理分别为复合肥减量10%、20%、30%，并配施与所减复合肥等质量的生物有机肥，具体施肥量，见表1。肥料分别在苗期施入总施肥量的60%，开花期和盛果期均施入总施肥量的20%。将土壤和肥料混合后装入直径34 cm，高23 cm的花盆内，每盆装土8 kg，每盆1株，番茄于5月2日移栽，移栽后统一管理，各处理灌水量一致，灌水采取见干见湿。

表1 施肥方案

每个花盆采集0～15 cm 土层样品，每个花盆取4个点的土样，充分混匀后作为1个重复土样，带回实验室进行土壤化学性质和酶活性的测定。土壤样品采样时间分别为移栽前、苗期、开花期和盛果期。

1.3.2 指标测定 土壤化学性质指标的测定[16]：碱解氮含量采用碱解扩散法测定；速效钾含量采用火焰光度法测定；速效磷含量采用钼睇抗比色法测定；有机质含量采用重铬酸钾容量法测定。土壤酶活性指标的测定[17]：脲酶活性采用靛酚蓝比色法测定，在578 nm 下测定吸光值；过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴定法，滴定度为0.1 mol/L。

1.3.3 数据分析 采用Sigma Plot 14.0 和SPSS 20.0 进行数据统计分析和作图。采用单因素方差分析(oneway ANOVA)不同处理间土壤各指标的差异显著性，采用Duncan 新复极差法进行多重比较，显著水平为0.05。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对土壤化学性质的影响

2.1.1 不同施肥处理对土壤有机质的影响 由图1 可知，各施肥处理相比不施肥处理(CK)均使番茄各生长期有机质含量显著增加。在苗期，减量复合肥配施生物有机肥(F1、F2和F3)与复合肥(TK)处理均无显著差异，仅较不施肥(CK)处理显著提高13.13%、8.72%和13.96%。在开花期，F1 和F2 处理较常规施肥(TK)处理显著提高9.43%和6.42%，而F3 处理与其无显著差异，仅较不施肥(CK)处理显著提高25.25%。在成熟期，F1 和F2 处理较常规施肥(TK)处理显著提高24.29%和26.11%，而F3处理与上述处理无显著差异，仅较不施肥(CK)处理显著提高23.82%。

2.1.2 不同施肥处理对土壤碱解氮的影响 结果表明（见图2），在番茄整个生长期间各处理相较于不施肥(CK)处理均使碱解氮含量显著增加。在苗期，F1和F2处理碱解氮含量相较于常规施肥(TK)处理无显著差异，而F3处理中碱解氮含量相较于常规施肥(TK)处理显著提高15.38%。在开花期，F1、F2和F3处理碱解氮含量相较于常规施肥(TK)处理总体上呈显著增加趋势，且F2 和F3 处理碱解氮含量相比常规施肥(TK)处理显著提高14.75%和26.23%。在成熟期，F1 和F2 处理碱解氮含量相较于常规施肥(TK)处理显著提高24.68%和25.97%，而F3 处理碱解氮含量仅相较于不施肥(CK)处理显著提高21.09%，与常规施肥(TK)处理无显著差异。

2.1.3 不同施肥处理对土壤速效钾的影响 如图3 所示，各施肥处理相比不施肥(CK)处理均使番茄不同生长期间速效钾含量显著增加。在苗期，F1和F3处理速效钾含量相较于常规施肥(TK)处理显著提高10.74%和7.43%，而F2 处理相较于常规施肥(TK)处理无显著差异，仅相比不施肥(CK)处理显著提高12.96%。在开花期，F1、F2和F3处理相较于常规施肥(TK)处理显著提高4.38%、10%和8.75%，且相较于苗期提高10.09%、15.79%和14.47%。在成熟期，F1 和F2 处理相较于不施肥(CK)处理显著提高4.50%和3.18%，与常规施肥(TK)处理间无显著差异，而F3 处理相较于常规施肥(TK)处理则显著降低3.03%。

2.1.4 不同施肥处理对土壤速效磷的影响 在番茄不同生长期间各处理相较于不施肥(CK)处理总体上均使速效磷含量显著增加（见图4）。在苗期，F1、F2 和F3处理相较于不施肥(CK)处理总体上呈显著增加趋势，仅F1 处理无显著差异，F2 和F3 处理分别较不施肥(CK)处理提高86.85%和117.63%；而相较于常规施肥(TK)处理，F1 和F2 处理显著降低56.42%和24.86%。在开花期，F3处理相较于常规施肥(TK)处理显著提高26.63%，而F1 和F2 处理仅相较于不施肥(CK)处理显著提高37.90%和39.96%，与常规施肥(TK)和F3 处理间无显著差异。在成熟期，F1和F2处理相较于常规施肥(TK)处理显著提高39.09%和34.74%，而F3 处理仅相较于不施肥(CK)处理显著提高29.51%，与常规施肥(TK)处理间无显著差异。

2.2 不同施肥处理对土壤酶活性的影响

2.2.1 不同施肥处理对土壤脲酶活性的影响 由图5可知，在番茄不同生长期间各处理对土壤脲酶活性均有不同程度的影响。在苗期，F2和F3处理相较于不施肥(CK)处理和常规施肥(TK)处理均显著降低20.70%、18.36%和15.35%、12.85%，而F1、不施肥(CK)处理和常规施肥(TK)间无显著差异。在开花期，F1、F2 和F3处理脲酶活性均显著高于常规施肥(TK)处理，分别提高92.74%、73.05%和92.40%，且不施肥(CK)处理和常规施肥(TK)处理间无显著差异。在成熟期，F1、F2 和F3处理脲酶活性均显著高于不施肥(CK)处理，分别提高10.54%、14.33%和9.79%，且不施肥(CK)处理和常规施肥(TK)处理间无显著差异，仅F2处理相较于常规施肥(TK)处理显著提高10.90%。

2.2.2 不同施肥处理对土壤过氧化氢酶活性的影响 番茄不同生长期间生物有机肥替代处理总体上使过氧化氢酶活性显著提高（见图6）。在苗期，F1、F2 和F3 处理相较于常规施肥(TK)处理显著降低52.83%、56.13%和19.81%，而不施肥(CK)处理和常规施肥(TK)处理间无显著差异。在开花期，F1、F2和F3处理相较于常规施肥(TK)处理显著提高14.65%、16.85和32.23%，而不施肥(CK)处理和常规施肥(TK)处理间无显著差异。在成熟期，F1、F2和F3处理相较于常规施肥(TK)处理显著提高55.56%、82.22%和76.67%，而常规施肥(TK)处理相较于不施肥(CK)处理显著提高16.88%。此外，随番茄生长期的延长，过氧化氢酶活性呈先增加后降低的趋势。

2.3 土壤化学性质和酶活性的主成分分析

通过主成分分析不同处理中土壤化学性质与酶活性间的关系。由图7可知，碱解氮处于第一区域，负荷系数位于成分 1 的 0～-1 之间和成分 2 的 0～1 之间，脲酶、速效磷、速效钾和有机质均处于第二区域，负荷系数处于成分1和成分2的0～1之间；过氧化氢酶处于第四区域，负荷系数位于成分1 的0～1 之间和成分2 的0～-1之间。可见，几个土壤因子均有较高因子负荷，且过氧化氢酶、速效钾和有机质与成分1 相关性强，脲酶、碱解氮和速效磷与成分2 的相关性强。综上，这2个主成分可以反映土壤化学性质和酶活性情况，进而反映土壤肥力状况。

通过对不同施肥处理的主成分分析，得到各处理综合主成分值（见表2）。结果表明，各处理综合排名依次为F3＞F2＞F1＞TK＞CK，说明减量复合肥配施生物有机肥处理相较于不施肥(CK)处理和常规施肥(TK)处理能够改善土壤肥力，且随着配施量的增加，改善效果逐渐加强。

表2 不同施肥处理的综合主成分得分

3 讨论

有研究表明，生物有机肥能促进土壤养分转化，提高土壤有效养分含量，进而改善土壤理化性状[9]。柳玲玲等[10]研究表明施用生物有机肥能提高钩藤土壤有机质和速效养分含量，改善土壤肥力。李志友等[18]研究也发现，施用生物有机肥能显著增加土壤养分，改善土壤肥力。与之相似，本研究表明在番茄同一生长期生物有机肥替代处理较不施肥(CK)处理均使土壤速效养分显著增加，较常规施肥(TK)处理而言，在番茄苗期，F3 处理使碱解氮和速效钾含量显著增加；在番茄开花期F2处理使土壤有机质、碱解氮和速效钾含量显著增加，F3 处理使碱解氮、速效钾和速效磷含量显著增加；在番茄成熟期，F1和F2处理均使土壤有机质、碱解氮和速效磷含量显著增加。可见，总体上各配施处理均能使土壤速效养分增加，在前期F3处理对土壤速效养分增加显著，而在后期F1 和F2 处理对土壤速效养分增加显著。其原因可能是，复合肥和生物有机肥混合施入土壤，产生互作效应，使肥料养分更完全[19]，同时，生物有机肥本身含有各种营养物质进入土壤后能促进土壤微生物的增殖，增加微生物分泌的低分子量有机酸，进而活化土壤中氮磷钾[20]，提高土壤速效养分。在番茄生长前期可能是由于生物有机肥肥效缓慢，致使在替代量少的情况下对土壤速效养分的增加不显著，且生物有机肥对土壤磷的转化比较迟钝[21]，致使速效磷含量显著降低（F1和F2处理），而在番茄生长后期，替代量过大可能与复合肥产生拮抗作用，进而对土壤速效养分的增加不显著。此外，仅F3处理没有使土壤有机质含量显著增加，可能是由于生物有机肥虽然本身含有有机质，同时也含有氨基酸类物质，而氨基酸类物质能加速土壤有机质的分解[22]，故本试验中F3处理替代量最大，所含有的氨基酸类物质最多，从而对土壤有机质的分解更快，致使相较常规施肥(TK)处理有机质并无显著变化。

土壤酶活性在土壤养分循环过程中起着重要作用，其中过氧化氢酶参与土壤N素和P素循环，而脲酶参与土壤物质与能量的转化[11,20,23]。大量研究表明，生物有机肥能增加土壤酶活性，进而改善土壤肥力[9]。孙家骏等[8]研究表明，施用生物有机肥能显著提高猕猴桃土壤酶活性。本研究也发现，在番茄开花期生物有机肥替代处理较常规施肥(TK)处理均使土壤脲酶和过氧化氢酶显著增加；在番茄成熟期生物有机肥配施处理均使土壤过氧化氢酶活性显著增加，仅F2处理使土壤脲酶活性增加。可见，生物有机肥替代处理总体上使土壤酶活性显著增加。其原因可能是生物有机肥本身含有的酶对土壤酶有增加作用[24]，且能够为土壤中产酶微生物提供营养物质，加速其繁殖，进而增加土壤酶活性[25]。同时，由于脲酶与土壤氮素循环有关，而生物有机肥在分解过程中会消耗氮素[19]，故在番茄成熟期，可能是由于F3 处理生物有机肥替代量多，致使在分解过程中消耗氮素较多，从而对土壤脲酶活性无显著影响。然而，在番茄苗期生物有机肥替代处理均使土壤脲酶和过氧化氢酶活性显著降低，这与吴江平和陈瑞州等[26-27]研究结果不一致，其原因可能是土壤酶活性与土壤微生物数量有关，而生物有机肥在施入土壤后，所含有的功能性微生物未能很快适应土壤环境，且对土壤土著微生物繁殖也有一定的抑制作用，致使微生物数量减少，从而降低土壤酶活性[28]。同时，土壤酶活性也受到作物种类、施肥方式以及生物有机肥类型等多种因素的影响[11]，故而都可能降低土壤酶活性。此外，随番茄生长期的延迟，土壤过氧化氢酶活性呈先增加后降低的趋势，这与曲成闯等[12]研究结果相同，其原因可能是由于在番茄苗期到开花期，生物有机肥中含有的有益微生物和功能菌处于共存状态，且土壤营养物质和底物充足，逐渐使土壤微生物数量增多，而在番茄开花期到成熟期，可能由于有益微生物和功能菌由于营养物质不足致使其处于竞争状态，进而使得微生物数量减少，从而降低过氧化氢酶活性[12]。

4 结论

就土壤化学性质而言，施用生物有机肥替代处理较不施肥处理可显著提高土壤速效养分；施用生物有机肥替代处理较仅施复合肥处理（常规施肥处理）总体上均能使土壤速效养分增加，在前期F3处理对土壤速效养分增加显著，而在后期F1 和F2 处理对土壤速效养分增加显著。

就土壤酶活性而言，生物有机肥替代处理较不施肥(CK)处理和常规施肥(TK)处理仅在苗期使土壤酶活性降低，而在番茄开花期和成熟期，生物有基肥配施处理可显著提高土壤酶活性，且土壤过氧化氢酶和脲酶活性随配施量的增加而增加，仅F2处理在成熟期显著提高土壤脲酶活性，同时随番茄生长期的延长，过氧化氢酶活性呈先增加和后降低趋势。