腐植酸液体有机肥提升番茄产量与品质的研究

Effects of humic acid liquid organic fertilizer on yield and quality of tomato

摘要

目的 本试验旨在探究腐植酸液体有机肥不同施肥频次与浓度对基质培番茄生长、生理、产量与品质的提升效果，为生产实践提供参考。 方法 以‘灵盈3号’番茄为试材，将腐植酸液体有机肥设为3个浇灌频次T1（1 d1次）、T3（3 d1次）、T5（5 d1次），3个浇灌浓度W50（稀释50倍）、W100（稀释100倍）、W200（稀释200倍），设计完全随机试验（CK、T1W50、T1W100、T1W200、T3W50、T3W100、T3W200、T5W50、T5W100、T5W200处理），3次重复。通过测定各处理番茄的生长、光合、矿质元素、产量与品质等方面指标，用隶属函数分析法对各指标进行综合评价。 结果 浇灌腐植酸液体有机肥后，各处理番茄的株高、茎粗、叶面积指数、地上部分干鲜重均增加，T3W50处理生长指标提升最显著；T1W200处理的光合作用效率最佳，其叶绿素总量、净光合速率、蒸腾速率与气孔导度分别显著提高72.04%、66.98%、99.37%、99.44%，胞间CO₂浓度显著降低，叶片PSⅡ最大光化学量子产量（Fv/Fm）、PSⅡ实际光化学效率（ΦPSII）及电子传递效率（ETR）等显著提高；苗期全氮（TN）、全磷（TP）及全钾（TK）含量最高分别可达56.02 mg·g^-1、7.93 mg·g^-1、66.48 mg·g^-1，高频次处理效果最显著；T1W200处理对番茄产量与品质的综合促进效果最佳，其产量为46 020.59 kg·hm^-2，比对照显著提高39.01%，可溶性蛋白含量达到45.27 mg·g^-1且比对照显著提高8.04%，还原糖与可溶性糖含量均显著高于其它处理，分别达到20.62%、7.67%，Vc与总酚含量分别达到0.51 mg·g^-1、1.24 mg·g^-1，比对照显著提高41.67%、24.00%，果实风味得到明显提升。 结论 浇灌腐植酸液体有机肥可促进基质培番茄生长发育，提高产量并改善果实品质。经隶属函数分析，高频次低浓度（T1W200处理）对番茄各项指标的促进效果最佳，可有效实现基质培番茄高产优质的目标。

Abstract

Objective This study aimed to provide insights for practical application by exploring the effects of different frequencies and concentrations of humic acid liquid organic fertilizer on tomato growth， yield， and quality. Methods Using the 'Lingying No.3' tomato variety as test material， humic acid liquid organic fertilizer was applied at three irrigation frequencies： T1（daily）， T3（every three days）， and T5（every five days）. Irrigation concentrations were set at three levels： W50（diluted 50 times）， W100（diluted 100 times）， and W200（diluted 200 times）， forming a completely randomized design（CK， T1W50， T1W100， T1W200， T3W50， T3W100， T3W200， T5W50， T5W100， and T5W200）with three replicates each. Growth characteristics， photosynthetic efficiency， mineral content， yield， and quality were determined， and a membership function analysis method was used to evaluate the overall effects. Results Humic acid liquid fertilizer application significantly increased plant height， stem diameter， leaf area index， and above-ground dry and fresh weight. The T3W50 treatment showed the most notable growth improvements， while the T1W200 treatment maximized photosynthetic efficiency， increasing chlorophyll content， net photosynthetic rate， transpiration rate， and stomatal conductance by 72.04%， 66.98%， 99.37% and 99.44%， respectively， with a corresponding decrease in intercellular CO₂ concentration. Photosynthetic indices Fv/Fm， ΦPSII， and ETR also improved significantly. The highest nitrogen （TN）， phosphorus （TP）， and potassium （TK） contents were observed at the seedling stage， reaching 56.02 mg·g^-1， 7.93 mg·g^-1 and 66.48 mg·g^-1， respectively， with high frequency treatments showing the greatest effect. The T1W200 treatment had the most favorable combined impact on yield and quality of tomato， with a yield of 46，020.59 kg·hm^-2， 39.01% higher than CK. Soluble protein content reached 45.27 mg·g^-1， 8.04% above the CK， while reducing sugar and soluble sugar content reaching 20.62% and 7.67% respectively， which significantly exceeded other treatments. Vitamin C and total phenolic content were determined as 0.51 mg·g^-1 and 1.24 mg·g^-1， significantly enhanced by 41.67% and 24.00%， respectively， improving fruit flavor. Conclusion Applying humic acid liquid organic fertilizer promoted tomato growth in substrate cultivation， increasing yield and fruit quality. Membership function analysis indicated that the high-frequency， low-concentration T1W200 treatment was optimal for achieving high-yield， high-quality tomato production.

关键词

番茄 / 腐植酸液体有机肥 / 施肥频次 / 施肥浓度 / 产量与品质

Key words

Tomato / Humic acid liquid organic fertilizer / Fertilization frequency / Fertilizer concentration / Yield and quality

近年来，设施农业生产过程中为片面追求高产而过量使用化肥的现象较为普遍^［1］。由于缺乏科学的施肥指导，种植户常根据经验进行施肥，往往达不到理想的栽培效果，还会对农业生态环境造成负面影响。随着绿色发展理念的推广，无土栽培迎来新的发展机遇，而化肥的不合理施用也会给无土栽培带来盐渍化等危害，导致蔬菜产量与品质下降。增施液体有机肥能补充作物所需养分，促进根系发育，增强作物对养分的吸收能力，提高光合效率，可有效实现作物增产增质，有利于农业可持续发展。

有机肥种类的选择与施肥方式的合理搭配是提高蔬菜产量与品质的关键。在化肥使用零增长的大背景下，腐植酸肥料在农业生产中越来越受欢迎，具有一定实践意义。腐植酸是由动植物遗骸经过一系列地质变化，并经微生物降解和转化而成的有机物质，可添加在有机肥中成为腐植酸有机肥。腐植酸具有较强的生物活性，易被作物吸收，有利于促进作物生长发育，已被应用于多种农作物生产中。腐植酸主要通过影响作物体内酶、生长素、光合作用、养分吸收等对作物的生长发育进行调控^［2］。腐植酸类有机肥能促进植物茎叶生长并刺激根系生长^［3］，提高植物对矿质元素的吸收^［4-5］，同时提高叶绿素含量并促进光合作用，进而增加植株生物量。Li等^［6］研究表明，添加腐植酸能提高西葫芦幼苗的抗氧化酶活性，降低叶片氧化损伤程度，提高叶绿素含量，促进植株生长。研究表明，腐植酸类有机肥对西葫芦^［7］、辣椒^［8］和水稻^［9］等作物的生长发育、产量及品质有不同程度的促进作用。

不同作物对不同种类腐植酸有机肥的适宜用量与施用方法有不同要求。目前，针对基质培番茄并设置浇灌不同频次与浓度的腐植酸液体有机肥相关试验较少。鉴于此，本试验以‘灵盈3号’番茄为材料，探索腐植酸液体有机肥不同施用方式对基质培番茄生长发育的影响机理，为番茄高产优质栽培提供一定参考。

1 材料和方法

1.1　试验材料

供试番茄品种为‘灵盈3号’；

基质配方为椰糠∶草炭∶珍珠岩＝5∶4∶1（pH 6.05~6.07，EC 0.56~0.60），栽培容器为棕色塑料花盆（5.90~6.00 L）；

无机营养液为山崎番茄配方营养液；

腐植酸液体有机肥试验样品指标：pH 5.65，腐植酸≥80 g·L^-1，有机质≥120 g·L^-1，N≥90 g·L^-1，P₂O₅≥50 g·L^-1，K₂O≥80 g·L^-1。

1.2　试验设计

试验于2023年3-10月在玻璃连栋温室（36°86' N，111°60' E）中进行。待番茄长到4叶1心时，选取大小长势一致的幼苗定植于装好基质的花盆中，缓苗7 d后开始处理。

选择腐植酸液体有机肥施用的频次与浓度设计完全随机试验。频次设3个水平，分别为T1（1 d1次）、T3（3 d1次）、T5（5 d1次）；浓度设3个水平，分别为W50（稀释50倍）、W100（稀释100倍）、W200（稀释200倍）。不同频次与浓度组合为T1W50、T1W100、T1W200、T3W50、T3W100、T3W200、T5W50、T5W100、T5W200处理，设1个CK处理以不施腐植酸液体有机肥为对照。共10个处理，每个处理8株，重复3次。每株每次定量浇灌30 mL肥液（苗期）、60 mL肥液（开花期）、 250 mL肥液（结果期），并与山崎番茄配方营养液交替灌溉（每株施用量相同）。各处理田间管理一致，单干整枝。在苗期测定番茄N、P及K含量，在结果期测定番茄生长指标与光合荧光参数，并测定前二穗果实的产量与品质指标。

1.3　测定指标与方法

1.3.1　生长指标

用卷尺测量番茄株高、叶长与叶宽；用游标卡尺测量茎粗；用电子天平（0.01 g）称量植株各器官鲜重；将鲜样于105 ℃烘箱杀青30 min，75 ℃下烘干致恒重后称量干重。涉及公式：

单片叶叶面积=0.258×叶长×叶宽+2.393 1^[10]（1）

叶面积指数=叶片总面积/地表面积（2）

1.3.2　光合指标

叶绿素含量采用95%乙醇比色法测定；于晴天上午9：00-11：00在自然光下用LI-6800光合仪测量叶片蒸腾速率、净光合速率、胞间CO₂浓度与气孔导度。测量时光量子通量密度设为500 µmol·m^-2·s^-1，湿度设为50%。

1.3.3　荧光参数

用LI-6800光合仪荧光叶室测定光适应下荧光参数。包括PSⅡ实际光化学效率、有效光化学量子产量、电子传递效率、光化学猝灭系数及非光化学猝灭系数；暗适应1 h后，用荧光叶室测量暗适应下PSⅡ最大光化学量子产量。

1.3.4　矿质元素含量

在苗期将烘干的番茄植株磨碎、过筛并消煮后，用原子吸收分光光度计测定TK（全钾）含量，用钼锑抗比色法测定TP（全磷）含量，用杜马斯法测定TN（全氮）含量。

1.3.5　产量与品质

在番茄结果期，采集前二穗果实并测定产量与品质指标。使用水果硬度计FHT-05测量果实硬度；可溶性糖、还原糖、可溶性蛋白、V_C与总酚含量分别采用蒽酮比色法、3，5-二硝基水杨酸法、考马斯亮蓝比色法、钼蓝比色法及福林酚法测定。

1.4　数据分析

使用Excel 2016进行数据处理及表格制作，使用SPSS 26软件并运用Duncan's新复极差法进行显著性分析，采用隶属函数法^［11］对各项指标进行综合评价。

2 结果与分析

2.1　腐植酸液体有机肥不同处理下番茄的生长指标

浇灌腐植酸液体有机肥后，番茄的株高与茎粗有不同程度提高，叶面积指数、地上部分干、鲜重均显著提高（如表1）。番茄株高以T3W100处理最大，比对照显著提高26.84%；茎粗提高最显著的为T3W50、T1W200与T1W100处理，分别比对照增加28.59%、22.65%、20.97%，且3组处理之间无显著差异；番茄叶面积指数相比对照均显著增加，增幅排序为T3W100>T1W200>T3W50处理，3组之间无显著差异，分别比对照显著增加150.69%、133.33%、126.39%；在高频次（T1）下，番茄地上部分干鲜重随浓度增大而降低；在中低频次（T3、T5）下，地上部分干鲜重随浓度减小而降低。番茄地上部分鲜重前3排序为T3W50>T3W100>T1W200处理，分别达到对照的2.66倍、2.64倍、2.58倍；番茄地上部分干重前3排序为T3W50>T1W200>T3W100处理，分别达到对照的2.13倍、1.99倍、1.96倍。

2.2　腐植酸液体有机肥不同处理下番茄的光合指标与荧光参数

2.2.1　光合指标

浇灌腐植酸液体有机肥后，番茄叶绿素含量显著提升，叶片净光合速率、蒸腾速率与气孔导度明显提高，胞间CO₂浓度降低（表2）。番茄叶绿素总量随施肥频次增加而提高，在高频次（T1）下随浓度增加而下降，在中频次（T3）下随浓度增加而上升。叶绿素总量以T1W200处理含量最高，比对照显著增加72.04%，T3W50处理次之，比对照提高59.14%；净光合速率增幅前3为T1W200>T3W50>T1W100处理，分别比对照增加了66.98%、58.00%、39.89%；T1W200处理的蒸腾速率显著高于其它处理，比对照提高99.37%；叶片气孔导度最大的为T1W200处理，其次为T3W50处理，比对照提高94.44%、88.89%；胞间CO₂浓度整体变化趋势相反，排序为T1W200<T3W50<T1W100处理，分别降低47.46%、40.12%、35.27%，且3组之间无明显差异。

2.2.2　荧光参数

浇灌腐植酸液体有机肥后，番茄叶片对光能的捕获、吸收及转换效率得到提高，光能耗散减少（表3）。各处理番茄叶片Fv/Fm均有提高，T3W50处理Fv/Fm值最大，比对照提高7.00%。其次为T1W200处理，增幅为6.07%；随着施肥频次与浓度的增大，叶片ΦPSⅡ整体表现出上升趋势。T1W50处理的ΦPSⅡ值最高，比对照增加了34.36%；T3W50处理叶片Fv'/Fm'值最大，比对照提高16.80%；叶片ETR值随施肥频次增加而增加，T1W50处理达到最大，增幅为34.17%；叶片qP值也随施肥频次的增加而增加，且仅在高频次下与对照存在显著性差异。T1W50处理叶片qP值最大，比对照提高了16.48%；各处理NPQ值均有降低，T3W100处理降幅最大，为23.53%。

2.3　腐植酸液体有机肥不同处理下番茄苗期的矿质元素含量

浇灌腐植酸液体有机肥能显著提高番茄全株TN、TP、TK含量，高频次处理的番茄对矿质元素的吸收效果最佳（如表4）。随着施肥频次和浓度的增加，番茄植株TN含量呈上升趋势。T1W100处理的TN含量最高，为56.02 mg·g^-1，是对照的4.25倍。T5W200处理TN含量增幅最小；番茄植株TP含量随施肥频次和浓度的增加呈上升的趋势。T3W50处理TP含量最高，达到7.93 mg·g^-1，比对照增加22.76%；番茄TK含量在中低频次（T3、T5）下随浓度增加而上升，在高频次（T1）下随浓度增加而下降。T1W200处理TK含量最高，为66.48 mg·g^-1，比对照增加82.09%。

2.4　腐植酸液体有机肥不同处理下番茄的产量与品质

番茄的单果重、产量与果实硬度均只统计植株的前二穗果。由表5可见，番茄单果重由高到低为T5W200>T3W200>T3W100>T1W200，分别为136.55 g、134.93 g、133.70 g、113.78 g，比对照显著增加45.37%、43.65%、42.34%、21.13%，其余组单果重无明显增加；番茄产量（前二穗）最高的为T3W100处理，其单株产量为1 605.83 g，产量达到50 583.80 kg·hm^-2，比对照显著提高52.80%。其次为T1W200处理，番茄产量为 46 020.59 kg·hm^-2，增幅为39.01%，T3W100与T1W200处理之间的产量无显著性差异；果实硬度最大的为T1W200处理，其次为T3W50处理，分别比对照显著提高13.31%、10.84%，其余组无显著性提高。综上，随施肥频次和浓度增大，番茄产量呈先上升后下降的趋势；随施肥浓度减小，番茄单果重增加。

浇灌腐植酸液体有机肥后，番茄果实品质均得到不同程度提升（如表6）。T1W100、T1W200及T3W50处理果实中可溶性蛋白含量分别比对照显著增加9.45%、8.04%、6.99%，其它处理与对照无显著差异；T1W200处理果实还原糖含量最多，比对照增加9.33%，其余处理均无显著增加；数据显示，T1W100、T1W200及T3W50处理之间的可溶性糖含量无显著性差异，分别比对照显著提高56.02%、59.13%、56.22%；果实Vc含量由高到低为T1W100>T3W50>T1W200处理，分别比对照显著增加50.00%、47.22%、41.67%，明显高于其余处理；T1W100处理总酚含量最高，比对照提高29.00%。综上所述，增加施肥频次有利于提升番茄果实品质，当频次与浓度均过大时会产生抑制，T1W200处理对果实品质提升效果最佳。

2.5　不同处理下番茄生长生理、产量与品质的综合评价

经隶属函数综合分析，浇灌腐植酸液体有机肥能有效优化番茄的生长指标、矿质元素含量、光合荧光参数、产量与品质指标（表7）。综合评价顺序为：

T1W200>T3W50>T1W100>T3W100>T5W50>T1W50>T3W200>T5W100>T5W200>CK处理。

综上所述，在高频次低浓度（T1W200处理）下浇灌腐植酸液体有机肥效果最佳。

3 讨论

腐植酸可通过调控细胞激肽类、多肽和脱落酸的分布影响植物地上部生长，达到促进植物生长的效果^［12］。申沐京^［13］设置了2种腐植酸复合肥、3个浓度并施用于设施栽培辣椒，结果表明，腐植酸可有效促进辣椒生长，提高根系活力。樊洪涛^［14］研究表明，施用腐植酸有机肥能增加苋菜株高，使叶色深绿、根系发达，使植株生长旺盛。Matthew等^［15］发现，增加腐植酸施肥水平可改善秋葵的株高、叶面积、茎粗及果实数等性状，15.0 g HA处理效果较好。孔浩^［16］试验得出，腐植酸型水溶肥能增加番茄株高、茎粗、叶面积及叶绿素相对含量，若施肥浓度过高则出现抑制现象。本试验以不同浓度与频次的腐植酸液体肥与山崎番茄配方营养液交替灌溉，番茄的株高、茎粗、叶面积指数与地上部分干鲜重均不同程度提高，其中T1W200、T3W50与T3W100处理对番茄生长的促进作用显著，与上述研究结果基本相符，可能是由于腐植酸液体有机肥具有类似生长素的作用，能刺激植物根系生长，有利于养分吸收，促进植株生长。同时，腐植酸液体有机肥对番茄生长发育的效应与频次和浓度均有关系，超出适宜范围则会抑制番茄生长。

光合作用是有机物合成的途径，腐植酸类物质能提高植物叶绿素含量和光合速率，改善植株光合性能。张水花^［17］的试验明确了优化提取物水溶性腐植酸有机肥能促进辣椒生长，显著提高叶绿素含量。Zheng等^［18］通过设置黄腐酸与尿素的不同配比试验发现，100%黄腐酸处理（T5）水稻植株叶面积指数显著增加，生物量、叶绿素相对含量、Fv/Fm值与产量均达到最高。樊红梅^［19］研究发现，腐植酸肥料处理能降低菊花叶片NPQ，提高Fv/Fm与ΦPSII，并提高叶绿素含量和叶绿体超微结构性能，说明腐植酸处理后，荧光和热耗散减少，叶片对光能的捕获和吸收利用能力增强，光能更多地被光系统吸收并用于光合作用，光合效率提高，光合产物积累增加。本试验与上述结论相似，合理浇灌腐植酸液体有机肥有利于显著增加番茄叶绿素含量，显著提升叶片光合指标，提高Fv/Fm、ΦPSII、Fv'/Fm'、ETR与qP，同时降低NPQ值，有利于提高叶片对光能的捕获量及转化效率，提升光合效率。

腐植酸能提高植物根系H⁺-ATP酶等活性，刺激根伸长与侧根生长，增加根系活力，从而增强植株对养分的吸收能力^［20］。武月胜等^［2］指出，腐植酸能促进作物对N、P、K元素的吸收。李杰等^［21］研究证明，施用腐植酸肥可增加花椰菜对磷元素的吸收。Pavlovich等^［5］研究发现，腐植酸肥料使蔬菜作物中钾元素含量显著增加。孙菡如^［22］试验得出，腐植酸有机肥可提高番茄茎杆全氮含量，显著提高茎杆全钾含量与叶片N、P、K元素含量。孙海燕等^［23］通过化肥减量并配施腐殖酸试验发现，在减少常规化肥用量15%的同时配施400 kg·hm^-2腐殖酸钾可有效增强玉米对N、K的吸收。与上述结论基本相符，本试验浇灌腐植酸液体有机肥显著促进了番茄植株对TN、TP、TK的吸收，可能是因为施入腐植酸液体有机肥能改善基质理化性质，活化养分并提高养分的有效性与肥料缓释性能，促进养分平衡供应，从而增强了番茄植株对TN、TP、TK的吸收能力。

实现农产品高产优质是设施蔬菜栽培的目标。陶启威等^［24］研究不施肥、施液体有机肥作底肥、施液体有机肥作底肥+喷施液体有机肥对蔬菜的影响，结果表明，液体有机肥作底肥配合喷施的效果最显著，可使蔬菜增产13.73%~31.37%。王彪^［25］设置了3个水平腐植酸有机肥施用量处理番茄，结果表明，番茄产量显著提高5.21%~14.73%，果实可溶性糖及Vc含量分别提高8.33%~17.95%、0.32%~23.27%。宋挚^［12］研究了3个腐植酸有机肥施用比例对葡萄产量与品质的影响，结果表明，腐植酸有机肥20%碳量替代处理的产量最高，其单穗质量、可溶性固形物、可溶性糖与Vc含量均显著提高。郝晓莉^［26］研究发现，施用腐植酸肥料后番茄果实的硬度、可溶性固形物及Vc含量优于其它肥料处理。此外，路希^［27］研究了根区体积与施肥频次的耦合效应对番茄生长发育、产量与品质的影响发现，高频次（1 d1次）施用有机营养液虽能显著提高果实品质，却会降低单果重及产量。本试验结果与上述研究相似，合理浇灌腐植酸液体有机肥能显著提高番茄产量并改善果实品质。通过统计每组处理前二穗番茄的单果重、产量与果实硬度可知，T3W100处理产量最高，其次为T1W200处理，2组处理产量无显著差异；T1W200处理对果实品质的提升效果最佳，其可溶性蛋白、可溶性糖与Vc含量均显著增加。虽然增加施肥频次能显著提高番茄果实品质，但频次过高则会产生抑制作用，影响产量与单果重，这可能是因为频繁施肥使基质内养分积累过多，改变了基质的理化性质，根系活力降低，番茄不能有效吸收利用养分，从而导致营养元素吸收失衡，植株的生长及生理活动受到抑制，其机理还需今后进一步研究。

4 结论

为探究适宜基质培番茄的腐植酸液体有机肥施用组合，本试验设置了3个浇灌频次与3个浇灌浓度处理番茄。番茄的株高、茎粗、叶面积指数与地上部分干重最高可分别增加26.84%、28.59%、150.69%、113.34%。各处理番茄生长指标均有提高，其中T1W200、T3W50及T3W100处理的促进效果最显著。

T1W200处理番茄叶片光合作用效率提升最显著，其叶绿素总量、净光合速率、蒸腾速率与气孔导度分别显著提高72.04%、66.98%、99.37%、99.44%，胞间CO₂浓度降低47.46%，Fv/Fm、ΦPSII、Fv'/Fm'、ETR、qP值也显著提高，叶片对光能的捕获、利用及转换效率明显增强；番茄植株TN、TP、TK含量最高分别可达到56.02 mg·g^-1、7.93 mg·g^-1、66.48 mg·g^-1，高频次处理下吸收效果最佳。

T1W200处理对番茄产量与品质指标的整体提升最显著，前2穗果产量达46 020.59 kg·hm^-2，比对照显著提高39.01%，单果重为113.78 g，比对照显著增加21.13%，果实硬度比对照显著提高13.31%，果实中可溶性蛋白含量为45.27 mg·g^-1，比对照显著提高8.04%，果实还原糖与可溶性糖含量达到20.62%、7.67%，比对照显著增加9.33%、59.13%，Vc与总酚含量为0.51 mg·g^-1、1.24 mg·g^-1，比对照显著提高41.67%、24.00%。经隶属函数分析，T1W200处理对番茄生长生理、产量与品质的综合促进效果最显著。

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基金资助

山西省高等学校科技创新项目(2020L0462)