引用本文
林薇, 周海霞, 兰挚谦, 张凯歌, 刘吉青, 张雪艳. 基于葵花杆硫酸铵生物基肥的番茄不同生育期配方肥的效果[J]. 浙江农业学报, 2019,31(5): 756-765.
LIN Wei, ZHOU Haixia, LAN Zhiqian, ZHANG Kaige, LIU Jiqing, ZHANG Xueyan. Application of formula fertilizer based on sunflower stem ammonium sulfate bio-based fertilizer in different growth stages of tomato[J]. ACTA AGRICULTURAE ZHEJIANGENSIS, 2019,31(5): 756-765.
  
Doi: 10.3969/j.issn.1004-1524.2019.05.11
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基于葵花杆硫酸铵生物基肥的番茄不同生育期配方肥的效果
林薇, 周海霞, 兰挚谦, 张凯歌, 刘吉青, 张雪艳*
宁夏大学 农学院,宁夏 银川 750021
*通信作者,张雪艳,E-mail: zhangxueyan123@sina.com

作者简介:林薇(1993—)女,宁夏中卫人,硕士研究生,主要从事设施蔬菜栽培与生理研究。E-mail: 1002499830@qq.com

收稿日期: 2018-11-21
基金资助: 宁夏重点研发计划(2018BFG0201602);“十三五”自治区重点研发计划重大项目(2016BZ0902);自治区重大研发计划(2018BBF33004);自治区科技创新领军人才(KJT2017001)
摘要

有机水溶肥能有效促进作物生长和改良作物特性。针对番茄不同生育期需肥特性不同,本试验以生物基磺酸盐为基础,设计苗期、花期、结果期配方肥,苗期N2O+P2O5+K2O总量为22,设置E1(12-4-6)、E2(9-4-9)两个N-P-K水平;开花期N2O+P2O5+K2O总量为50,设置M1(20-8-22)、M2(19-6-25)两个N-P-K水平;膨果期N2O+P2O5+K2O总量为58,设置L1(15-9-34)、L2(13-7-38)两个N-P-K水平,共8个处理,系统研究其对番茄植株长势、果实品质与产量以及土壤养分的影响,以筛选出能有效提高番茄品质、产量及有效改良土壤养分的配方肥。结果表明,番茄生长前期N-P-K为12-4-6和9-4-9时对植株生长无显著影响;生长中期N-P-K为20-8-22时比19-6-25有利于株高、茎粗、叶片数的增加;生长后期N-P-K为20-8-22(M1)13-7-38(L2)有利于提高茎粗、叶片数、叶绿素含量。E1M2L1和E2M1L2可溶性糖含量最大为5.71%、5.70%,E1M1L1显著低于E1M2L1;E2M1L2可溶性固形物含量最高,较E2M2L2高9.1%;E1M2L2的VC含量最高,E2M1L1、E2M1L2和E2M2L1次之。E1M1L2显著增加了番茄产量,比E2M2L2最低产量高88.2%,E1M2L1和E2M1L2次之,667 m2产量分别达3 748.60、3 347.81 kg。E2M1L2速效养分含量、EC、pH均表现居中。从产量而言,E1M1L2能够显著增加番茄产量,增加经济效益,但通过主成分分析表明,E2M1L2即苗期总肥量为22,N∶P∶K为9∶4∶9,开花期总肥量为50,N∶P∶K为20∶8∶22,膨果期总肥量为58,N∶P∶K为13∶7∶38更有利于番茄生长,果实品质和土壤质量的提高。

关键词: 生物基磺酸盐; 不同生育期; 配方肥; 土壤质量; 番茄品质
中图分类号:S560.2 文献标志码:A 文章编号:1004-1524(2019)05-0756-10
Application of formula fertilizer based on sunflower stem ammonium sulfate bio-based fertilizer in different growth stages of tomato
LIN Wei, ZHOU Haixia, LAN Zhiqian, ZHANG Kaige, LIU Jiqing, ZHANG Xueyan*
School of Agriculture, Ningxia University, Yinchuan 750021, China
Abstract

Organic water soluble fertilizer can effectively promote crop growth and improve crop characteristics. In view of the different fertilizer characteristics of tomato in different growth stages, the bio-based sulfonate was used and added with formula fertilizer to design the seedling, flowering and fruiting period in this experiment. The total amount of N2O+P2O5+K2O in seedling stage was 22, and two N-P-K levels were set as 12-4-6(E1) and 9-4-9(E2); the total amount of N2O+P2O5+K2O at the flowering stage was 50, and two N-P-K levels were set as 20-8-22(M1) and 19-6-25(M2); the total amount of N2O+P2O5+K2O was 58, and two N-P-K levels were set as 15-9-34(L1) and 13-7-38(L2), and 8 treatments in total were carried out to systematically study the growth, fruit quality and yield of tomato, in order to screen out formula fertilizers that can effectively improve tomato quality, yield and soil nutrient. The results showed that there was no significant difference in plant growth between two N-P-K levels in the early growth stage of tomato. The plant height, stem diameter and number of leaves in the N-P-K treatment of 20-8-22 were superior to that in the treatment of 19-6-25. In the late growth stage, the treatment of 20-8-22(M1)13-7-38(L2) was beneficial to stem diameter, number of leaves and chlorophyll content. The soluble sugar content of E1M2L1 and E2M1L2 was 5.71% and 5.70%, E1M1L1 was significantly lower than E1M2L1. The soluble solid content of E2M1L2 was the highest, 9.1% higher than E2M2L2. The VC content of E1M2L2 was the highest, E2M1L1, E2M1L2 and E2M2L1 were the second. E1M1L2 significantly increased tomato yield, 88.2% higher than the lowest yield in E2M2L2, followed by E1M2L1 and E2M1L2, and the yield was 3 744.60 and 3 347.81 kg·667m-2. The available nutrients, EC and pH value of E2M1L2 was all in the middle. In terms of yield, E1M1L2 can significantly increase tomato yield and economic benefits. The principal component analysis showed that E2M1L2 was the optimal fertilizer at seedling stage with the total amount of 22 and N∶P∶K=9∶4∶9, the optimal fertilizer at flowering stage was the total amount of 50 and N∶P∶K=20∶8∶22, the optimal fertilizer in the fruiting period was the total amount of 58 and N∶P∶K=13∶7∶38, which were more conducive to tomato growth, fruit quality and soil quality.

Keyword: bio-based sulfonate; different growth stage; formulated fertilizer; soil quality; tomato quality

随着中国农业产业结构调整的不断深入, 设施园艺迅猛发展[1]。但田间生产中大水大肥现象普遍存在, 盲目使用化肥一方面造成肥料的浪费, 另一方面造成土壤理化性质恶变、病原菌数量激增、果实产量下降, 最终导致不同程度的土壤连作问题, 严重制约了我国设施农业的可持续发展[2, 3, 4]。张亚鸽等[5]、李荣坦等[6]研究表明, 合理灌溉施肥能够改善土壤理化性质, 促进根系生长, 增大根系吸收面积, 从而有利于作物产量的提高, 因此合理施用肥料是提高设施栽培土壤和作物质量的保障。

目前, 水肥一体化技术的应用可有效提高水分和养分的利用效率, 改善土壤环境, 解决水肥不合理使用问题[7]。常晓晓[8]研究表明, 利用滴灌水肥一体化的灌溉技术, 在整个生长过程中, 黄瓜苗期使用1/2 N水平营养液, 结瓜初期使用3/4 N水平营养液, 结瓜盛期使用5/4 N水平营养液和结瓜后期使用3/4 N水平营养液可使黄瓜植株对氮、磷、钾三种营养元素的吸收量达到最高。王文军等[9]研究表明, 水肥一体化措施下, 设施番茄水肥一体氮肥减量20%、40%或氮磷钾肥各减量20%都能够提高番茄产量、产值和利润。水肥一体化的应用在一定程度上减少了水肥的过量使用, 但是化肥使用的危害依然存在。利用废弃秸秆通过生物菌剂发酵的产物, 可有效解决设施蔬菜连作障碍、增强抗逆性、提高产量和品质, 研究其具体的使用方式和用量具有重要意义[10]。葵花杆硫酸铵是一种以秸秆粉、风化煤等生物质原料经过化学工艺处理形成的稳定水溶性高分子材料, 其所含的大量营养物质可促进植株生长, 对土壤可持续利用及果实质量提升有重要意义。刘馨等[11]研究表明, 常规水溶肥和生物基水溶肥配合使用效果更好, 可明显改善土壤质量, 促进植株生长, 提高果实品质与产量。李娜等[12]研究表明, 生物基磺酸盐改良剂可以改善土壤盐碱地, 促进油葵生长。此外, 纳米碳溶胶和黄腐酸钾对作物生长有促进作用。杨健等[13]研究表明, 纳米碳溶胶能显著促进烤烟根系生长, 增加根系和地上部生物量, 提高烟叶钾素吸收及积累量。高伟等[14]研究表明, 施黄腐酸钾可不同程度地提高番茄产量、植株干物质量和品质。针对以上研究发现, 系统研究基于生物基磺酸盐的番茄不同生育期配方肥对番茄生长和土壤改良效果鲜有报道。

番茄作为一种具有很高的营养价值、经济价值以及食疗保健作用的蔬菜, 深受人们欢迎[15]。针对设施番茄生产中肥水过剩等原因造成的土壤质量, 果实品质和产量下降等问题, 以葵花杆为材料形成的生物基磺酸盐为基础, 进行苗期、花期、结果期不同氮磷钾配方肥的研究, 系统分析其对土壤养分、植株生长、根系特性、果实产量与品质的影响, 明确每个生育期的最佳施肥配比, 为生物基磺酸盐水溶配方肥在设施果菜上的合理应用及化肥减施提供参考依据。

1 材料与方法
1.1 试验设计

试验于2016年11月29日至2017年5月4日, 在宁夏银川国家农业科技园区4号日光温室内进行。0~20 cm土层的速效氮含量为38.43 mg· kg-1, 速效磷96.31 mg· kg-1, 速效钾203.46 mg· kg-1, 全氮2.03 g· kg-1, 有机质12.15 g· kg-1, EC 0.72 mS· cm-1, pH 8.30。种植番茄品种选用碧娇。由北京紫光英力公司提供的葵花杆硫酸铵为基础进行苗期、花期、结果期配方试验, 葵花杆硫酸铵的全N含量13.5%, K2O 2.3%, 有机质51%, 不含P2O5。苗期N2O+P2O5+K2O总量为22, 设置2个水平N-P-K为12-4-6、9-4-9; 开花期N2O+P2O5+K2O总量为50, 设置2个水平N-P-K为20-8-22、19-6-25; 膨果期N2O+P2O5+K2O总量为58, 设置2个水平N-P-K为15-9-34、13-7-38, 试验设置共8个处理见表1, 每小区面积17.5 m2。每个处理3次重复, 随机区组排列。全生育期添加纳米碳溶胶3.33 mL· L-1, 开花期和膨果期添加黄腐酸钾150 mL· L-1, 纳米碳溶胶基本特性:纳米碳溶胶由北京奈艾斯新材料科技有限公司提供, pH值2.6、电导率为2 240 μ S· cm-1、浓度为3.1 g· L-1、粒径20~50 nm, 黄腐酸钾基本特性:固体粉剂, 其中含黄腐酸含量50.0%, K2O含量为12.0%。底肥施用宁夏丰源生物有限公司提供的有机肥1.4 t· 667 m-2(有机质≥ 45%, N2O-P2O5-K2O≥ 5%), 磷酸二铵40 kg(总养分≥ 62%, N2O-P2O5-K2O:14-46-0), 复混肥40 kg(总养分≥ 57%, N2O-P2O5-K2O:12-5-40), 起垄双行种植, 株距40 cm, 行距80 cm, 田间水分管理一致。

表1 试验设计 Table 1 The experimental design
1.2 样品采集与分析

1.2.1 样品采集

在盛果期, 每个处理每个重复取代表性果实样品5个测定果实品质, 包括可溶性固形物、硝酸盐、可溶性糖、VC、有机酸含量, 采收期记录不同处理小区番茄产量, 按照小区面积折合成667 m2产量; 拉秧期取植株测定根系特征, 包括根长、表面积、平均直径和体积; 取0~20 cm盛果期土壤, 风干后过1 mm筛, 用于测定土壤化学指标。

1.2.2 样品分析

定植缓苗后, 每处理选取10株代表性植株, 每2周测一次株高、茎粗、叶片长宽及叶绿素含量, 共测定5次。株高采用卷尺测量, 以从子叶到根基部的高度为基准; 茎粗采用数显游标卡尺测量; 叶长与宽采用直卷尺测量, 计算叶面积; 叶绿素含量采用日本SPAD Plus仪器测定; 在拉秧期, 利用EPSON(V700)扫描仪测量植株根长、表面积、直径以及根体积。

采用土水比1∶ 10电导法测定pH, 采用1∶ 5土壤悬液电位计法测定EC值, 采用凯氏定氮法测定土壤速效氮含量, 采用0.5 mol· L-1 NaHCO3浸提-钼锑抗比色法测定土壤速效磷含量, 采用1mol· L-1NH4Ac浸提-火焰光度法测定土壤速效钾含量[16]。

采用蒽酮比色法测定可溶性糖含量[17], 采用酸碱中和滴定法测定有机酸含量[17], 采用钼蓝比色法测定维生素C含量[18], 采用水杨酸比色法测定硝酸盐含量[18], 采用手持糖量仪测定可溶性固形物含量。

1.3 数据分析

数据分析釆用Excel 2010和SPSS 20.0软件, 利用LSD方法在P< 0.05水平进行单因素显著性分析, 结果以平均值± 标准误表示, 利用主成分分析综合得分法, 对各因子测试值进行标准化处理, 确定各因子权重, 计算综合质量分数, 对各处理进行综合评价。采用模糊数学隶属函数值的方法计算隶属函数Xij=(Xij- Xjmin)/( Xjmax- Xjmin), 其中Xij为第i个处理第j项指标的隶属, Xij表示第i个处理第j项指标测定值; Xjmax、 Xjmin为所有参试处理中第j项指标的最大值和最小值。

2 结果与分析
2.1 不同生育期配方肥对番茄植株长势的影响

由图1可知, 在番茄生长前期E1、E2处理下株高、茎粗、叶绿素含量和叶片数无显著差异。在番茄生长中期E1相同水平下, M1和M2处理的茎粗和叶片数无显著差异, 但M2处理的株高显著高于M1; E2相同水平下, M1处理的株高、茎粗、叶片数显著高于M2, 但叶绿素含量显著低于M2, 总体而言, M1在生长中期更有利于番茄生长。番茄生长后期, E1M2L2处理显著增加了株高, E1M1L1、E1M1L2和E1M2L1较其他处理显著增加了茎粗和叶片数, E2M1L2处理的叶绿素含量最高, 较最低的E2M2L2高103%。

图1 不同生育期配方肥对番茄植株生长的影响
同一生长时期, 不同处理间没有相同小写字母表示差异显著(P< 0.05)。下同。Fig.1 Effects of formula fertilizers at different growth stages on tomato plant growth
In the same growth period, the bars without the same lowercase letters showed the significant difference(P< 0.05). The same as below.

2.2 不同生育期配方肥对番茄植株根系的影响

由图2可以看出, 各处理间根表面积和根长无显著差异。E1M2L2、E2M1L2、E2M2L2的根体积最大, 显著高于E1M2L1、E2M1L1, 其中E1M2L2较E1M2L1、E2M1L1高61.8%、63.5%, 与其他处理间无显著差异。E1M1L1、E2M2L1的根直径最大, 显著高于E1M2L1、E2M1L1处理, 其中E1M1L1较E1M2L1、E2M1L1处理分别高57.2%、28.9%。

图2 不同生育期配方肥对植株根系特征的影响Fig.2 Effects of formula fertilizers at different growth stages on plant root characteristics

2.3 不同生育期配方肥对番茄品质的影响

如表2所示, E1M2L2和E2M1L2处理的可溶性糖含量最大, 显著高于E2M1L1、E1M1L1、E1M1L2, 与其他处理间无显著差异。E1M1L1处理的有机酸含量最大, 为4.57%, 显著高于其他处理; E1M1L2、E2M2L1有机酸含量次之; E1M2L2、E2M1L1有机酸含量最低。E1M2L2处理的VC含量最高, 显著高于E1M1L1处理, 与其他处理间无显著差异。E1M2L2处理的硝酸盐含量最低, 且与E1M2L1、E2M2L1间无显著差异, E1M1L2次之, E2M1L2果实硝酸盐含量最高, 且E1M1L1、E2M1L1、E2M1L2间无显著差异。E2M1L2处理的可溶性固形物含量最大, 为9.2%, 显著高于其他处理, E1M2L2和E2M2L1次之。

表2 不同生育期配方肥对果实品质的影响 Table 2 Effects of formula fertilizers at different growth stages on fruit quality
2.4 不同生育期配方肥对番茄产量的影响

由图3可知, 各处理间产量差异显著, E1M1L2处理显著增加了番茄产量, 667m2产量最高达3 940.58 kg, E1M2L1次之, E2M1L2显著低于E1M1L2和E1M2L2, 其667m2产量达3 347.81 kg, E2M2L2处理下667m2产量最低为2 094.31 kg, 比E1M1L2处理下产量低46.9%。

图3 不同生育期配方肥对番茄产量的影响Fig.3 Effects of formula fertilizers at different growth stages on tomato yield

2.5 不同生育期配方对土壤养分含量的影响

如表3所示, E1M1L1处理的pH、速效钾含量均显著低于其他处理, 速效氮含量较低。E1M1L2处理的速效氮、速效钾含量均较低, 有机质含量显著高于其他处理, EC和速效磷含量表现居中。E1M2L1处理的pH和速效磷含量较高, 有机质、速效钾、速效氮、EC均表现较低。E1M2L2处理的pH、速效磷、速效钾含量最高, 有机质和EC含量表现较低。E2M1L1处理的pH最高, EC、速效氮含量较低, 速效磷、速效钾、有机质也表现较低。E2M1L2处理的速效养分含量、EC、pH均表现居中。E2M2L1处理的速效氮含量显著高于其他处理, EC也较高, 有机质、速效钾、速效磷、速效氮含量均表现较低。E2M2L2处理的EC最高, 速效磷含量最低, 速效钾和有机质含量居中。

表3 不同处理对土壤养分含量的影响 Table 3 Effects of different treatments on soil nutrient content
2.6 主成分分析

由表4所示, 对株高、茎粗、叶绿素、叶片数、根表面积、根直径、根长、根体积、可溶性糖、有机酸、VC、硝酸盐、可溶性固形物、产量进行主成分分析得出, 主成分1的特征值为5.392, 贡献率为38.514%, 主成分2的特征值为3.558, 贡献率为25.414%, 主成分3的特征值为2.477, 贡献率为17.695%, 主成分4的特征值为1.153, 贡献率为8.238%, 前4个主成分特征值之和为12.58, 累计贡献率达89.861%, 表明前4个主成分可解释差异产生的89.861%。

表4 主成分的特征值与方差贡献率 Table 4 Eigenvalues and rate variance contributions of principal components

由表5可以看出, 各处理综合得分为E2M1L2> E1M1L1> E1M1L2> E2M2L1> E1M2L2> E2M1L1> E1M2L1> E2M2L2, E2M1L2处理得分最高, 即苗期总肥量为22, N∶ P∶ K为9∶ 4∶ 9, 开花期总肥量为50, N∶ P∶ K为20∶ 8∶ 22, 膨果期总肥量为58, N∶ P∶ K为13∶ 7∶ 38处理效果最优。

表5 不同处理主成分值, 隶属函数值, 综合评价值及排序 Table 5 Different processing principal component value, membership function value, comprehensive evaluation value and ranking
3 结论与讨论

合理、科学的施肥是蔬菜生产管理过程中的重要技术措施。有研究表明, 在N、P、K相同配比条件下, 随施肥量增加各营养元素吸收量也随之增加, 但增加到一定程度后, 各营养元素吸收量反而会随施肥量增加而降低[19, 20, 21]。生物基水溶肥的使用有利于改善土壤肥力, 提高番茄果实品质与产量[22]。本试验在保证作物产量的基础上, 以葵花杆硫酸铵水溶肥为基础, 针对番茄不同时期的需肥特性进行追肥, 避免过量施肥造成的浪费, 顺应可持续农业发展的趋势。

在番茄生长前期, N∶ P∶ K为12∶ 4∶ 6和9∶ 4∶ 9时, 株高、茎粗、叶绿素和叶片数无显著差异, 生长中期N∶ P∶ K为20∶ 8∶ 22有利于促进番茄植株长势, 与唐丽丽[23]的研究结果一致, 番茄生长期对氮肥需求量相对较大, 配合少量磷、钾肥施用, 能够促进作物生长, 中后期对氮肥和钾肥需求量大, 适当增加追肥中氮肥和钾肥的用量, 促进产量的增加。根系是作物吸收水分和氮素的主要器官, 合理灌溉和施氮措施可以促进作物根系的充分吸收[24]。本研究表明, 番茄在各处理间根长和根表面积无显著差异, E1M2L1、E2M1L1处理的根直径和根体积低于其他处理, E2M1L2处理的根直径和根体积均表现较高。

本研究表明, E1M2L2和E2M1L2处理的可溶性固形物含量最高; E1M2L1处理的可溶性糖含量最大, 为5.71%, E2M1L2次之, 为5.70%; VC含量以E1M2L2最高, E2M1L1和E2M2L1次之, 这与Takebe等[25]、秦文利等[26]、唐新莲等[27]研究一致。马跃等[28]研究表明, 在一定范围内, 增施磷肥会提高番茄果实中可溶性糖含量, 增施钾肥则会增加番茄果实中可溶性糖、维生素C含量。番茄虽然是一种产量高、需肥多的蔬菜, 按不同生育期需肥特性, 合理施肥可以增加产量和品质, 刘中良等[29]研究表明, NPK比为18∶ 9∶ 32时, 番茄产量最高。何明才等[30]研究表明, N2O∶ P2O5为1∶ 1时, 番茄产量达到最佳。本试验研究表明, E1M1L2处理下显著增加了番茄产量, 667m2产量最高达3 940.58 kg, E1M2L1和E2M1L2次之。

从全生育期来看, E1M1L1有效调节土壤pH, E2M2L2显著提高了土壤EC值, E1M1L2显著提高了土壤有机质含量, E1M2L2提高了速效磷和速效钾的含量, E2M2L1增加了速效氮的含量, E2M1L2土壤养分含量居中, 这不仅与整个生育期合理施肥有关, 也与黄腐酸钾和葵花杆硫酸铵水溶肥的特性有关。黄腐酸钾是土壤腐殖酸中活性最强的一种有机物, 能够改善土壤化学性质, 活化土壤养分, 使N、P、K等营养元素以络合态逐渐释放, 以提高肥料利用率[31, 32]。葵花杆硫酸铵作为一种生物基有机水溶肥, 具有很多益处。王海霞等[33]研究结果表明, 通过不同配方的水溶肥滴灌白菜, 在一定程度上改善土壤pH和电导率。

综上所述, 本试验按不同生育期进行合理施肥在一定程度上能够满足番茄生长的需求, 葵花杆硫酸铵、纳米碳溶胶、黄腐酸钾的配施亦有利于土壤养分的改善和转化, 促进番茄根系的生长和吸收, 提高番茄的产量和品质。从增产效果考虑, E2M1L2处理下产量最高, 可以作为设施番茄增产提供施肥参考。综合主成分分析, E2M1L2有利于促进番茄地上地下的长势、果实品质提升。

The authors have declared that no competing interests exist.

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