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番茄（Solanum lycopersicum L .）具有重要的营养价值[1]。近年来，设施番茄产业发展迅速，种植面积不断增加，栽培面积位居设施蔬菜首位[2]。为了提高产量，农户惯用大量化肥来维持土壤肥力。然而，肥料的过量投入会加重土壤养分不平衡，降低肥料利用率，影响产量和品质形成，不利于农业的可持续发展[3-5]。因此，探究有利于番茄生长且可改善土壤状况的环境友好型肥料对发展绿色农业尤为重要。
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环境友好型肥料是一类能有效改善耕地质量、提升农业生产效率、提高作物品质、保障农产品安全、减轻环境污染的新型肥料，其中包括有机-无机复混肥料、缓 / 控释肥料、微生物肥料等[6]。微生物肥料指含有特定微生物活体的制品，在土壤中施入后，它们包含的有益微生物会在土壤根际定殖、繁殖，参与养分循环，将固定的化学物质转化为可溶性形式，供植物吸收利用，进而提高产量[7-9]。据报道，微生物肥料可以通过提供适当的养分和调节根际微生物群落来促进黄芪生长，在黄芪生态栽培中具有良好的潜力[10]。Gül 等[11]研究发现，含有枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）和巨大芽孢杆菌（Bacillus megaterium）分离物的微生物肥料可以通过固定大气中的氮来增强香菜的免疫系统以抵抗胁迫，从而促进香菜生长，增加产量。通过减施化肥配施微生物菌剂可以提高紫甘蓝的产量和叶球品质，且对土壤肥力也有改善作用[12]。蔬菜发酵过程中通常会产生多种乳酸菌，它们是有益的生物防治剂、营养增溶剂和生物刺激剂，对植株具有防病、促生作用[13]。康利允等[14]研究表明，施用酵素液肥可增强连作甜瓜土壤脲酶、磷酸酶等活性，增加微生物数量，提高土壤可利用养分含量，有利于增加甜瓜产量和改善品质。此外，微生物肥料在玉米[15]、黄瓜[16]、茄子[17]和辣椒[18]等作物上也具有广泛应用。
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化肥的过度施用已对土壤环境构成了巨大威胁，国家推进农业绿色发展势必带动新型肥料的研究与开发，环境友好型肥料是 21 世纪肥料工业的重点研究方向，而利用微生物肥料替代化学肥料具有重要意义[19-20]。目前，微生物肥料已被广泛关注，在改善土壤状况、促进植物生长、环保节能和降低农业成本等方面取得了重要成效[21-23]。本实验室前期研究发现，每 4 d 滴灌 1 次日本山崎番茄配方（1978 年）（+Arnon 微量元素配方）有利于提高长季节栽培番茄养分利用率[24]；每公顷每 30 d 随水滴灌 150 kg 微生物菌剂或每 4 d 施入 90 kg 玉米蛋白酵素有利于番茄品质形成[25]。然而，关于微生物菌剂、玉米蛋白酵素及其配施对提升番茄养分利用率和改善果实品质的研究报道甚少。故本试验拟通过研究微生物菌剂和玉米蛋白酵素对长季节栽培番茄养分利用和果实品质的影响，为其在长季节栽培番茄中推广应用提供理论依据。
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1 材料与方法
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1.1 供试材料
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供试番茄品种为‘圣罗兰 3689’，购于山东安信种苗股份有限公司。微生物菌剂由侧孢短芽孢杆菌 （Brevibacillus laterosporus）、枯草芽孢杆菌和胶冻样芽孢杆菌（Bacillus mucilaginosus）组成，有益菌数分别为 7×109、2×109 和 1×109 CFU·mL-1，由山东未来生物科技有限公司提供；玉米蛋白酵素（含多种氨基酸）购于山东寿光金玉米生物科技有限公司。
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1.2 试验设计
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试验于 2021 年 9 月至 2022 年 6 月在山东农业大学园艺实验站日光温室内进行。土壤基本理化性质为 pH 6.59、电导率 209.1 µS·cm-1、碱解氮 99.89 mg·kg-1、有效磷 20.35 mg·kg-1、速效钾 147.64 mg·kg-1。采用土壤栽培和高畦双行栽培模式，畦底宽 60 cm，畦顶宽 50 cm，畦高 25 cm，大行距 100 cm，小行距 40 cm，株距 47 cm。相邻处理间下挖 50 cm 深，用塑料薄膜隔开，防止水分和养分横向流动。
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试验共设 5 个处理：空白对照（CK1），CK1 管理期间只浇清水，用来计算养分利用效率；CK 为每 4 d 滴灌 1 次日本山崎番茄配方（1978 年） （+Arnon 微量元素配方）；T1 为在 CK 基础上每 30 d 施入微生物菌剂 150 kg·hm-2；T2 为在 CK 基础上每 4 d 施入玉米蛋白酵素 90 kg·hm-2；T3 为在 CK 基础上每 30 d 施入微生物菌剂 150 kg·hm-2+ 每 4 d 施入玉米蛋白酵素 90 kg·hm-2。每个处理 4 次重复，随机排列，小区面积 50.4 m2。2021 年 9 月 26 日，将五叶一心的番茄幼苗定植于温室内，定植前均使用上述微生物菌剂（稀释 500 倍）蘸根。缓苗后，于 2021 年 10 月 26 日开始进行不同施肥处理，期间共施用微生物菌剂 8 次，玉米蛋白酵素 60 次，具体成本见文献[26]。拉秧前 1 个月停止处理，翌年 6 月拉秧。
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1.3 测定指标与方法
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1.3.1 鲜重和干重
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拉秧前，选取长势一致、具有代表性的新鲜番茄植株进行破坏性取样，用清水冲洗晾干后，分别称量其根系、茎、叶片和果实的鲜重；然后置于烘箱中 105℃杀青 30 min，75℃恒温烘干至恒重，测定各器官干物质量。
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1.3.2 土壤理化性状的测定
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拉秧前，每个处理取土壤进行风干磨碎过 0.25 mm 筛，土壤 pH 参考郭世荣[27]的方法测定，土壤养分含量采用鲍士旦[28]的方法测定：土壤碱解氮含量采用碱解扩散法测定；有效磷含量采用碳酸氢钠法测定；速效钾含量采用醋酸铵浸提-火焰分光光度法测定。
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1.3.3 植株养分的测定
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将烘干的样品磨碎过 0.25 mm 筛，用浓 H2SO4-H2O2 消煮，参考鲁如坤[29]的方法进行全氮、全磷和全钾含量的测定。全氮含量采用奈氏比色法测定；全磷含量采用钼蓝比色法，用紫外分光光度计测定；全钾含量采用火焰光度法，用火焰分光光度计测定。相关指标计算公式：植株各器官氮（磷、钾）吸收量（g·株-1）= 该器官氮（磷、钾）素含量（%）× 干物质重[30]。氮（磷、钾）肥料利用效率（%）=（施肥区植株养分吸收量-空白对照区植株养分吸收量）/ 施肥区相应养分施入量 × 100。
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1.3.4 果实品质测定
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采集不同处理下成熟度一致的第 1、3、5、7、 9、11、13 穗番茄果实，进行以下指标测定：可溶性固形物含量采用手持式糖量计测定；可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定，维生素 C 含量采用 2，6-二氯靛酚滴定法测定[31]；番茄红素含量采用石油醚比色法测定[32]。
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1.4 数据统计与分析
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所有数据采用 Excel 2017 做图，利用 SPSS 25.0 进行方差分析、显著性检验（P<0.05）和相关性分析。
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2 结果与分析
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2.1 不同处理对土壤理化性质的影响
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由表1 可知，土壤 pH 各处理间无显著差异。碱解氮和有效磷含量均以 T3 最高，分别较 CK 增加 24.9% 和 37.3%，差异显著；T1 与 T2 处理间无显著差异，但均显著高于 CK，碱解氮和有效磷含量分别较 CK 增加 14.5%、8.6% 和 17.8%、14.6%。速效钾含量以 T3 处理较高，分别较 CK 和 T2 增加 22.2% 和 8.9%，差异显著，但与 T1 处理无显著差异。
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注：不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）。下同。
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2.2 不同处理对番茄植株各器官干重和分配的影响
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表2 显示，番茄各器官干重和总干重均以 T3 处理下较高，且均显著高于 CK；其中根、茎、叶和果实干重分别较 CK 增加 3.3%、8.2%、7.2% 和 9.4%；植株总干重分别较 CK、T1 和 T2 增加 8.4%、3.5% 和 5.1%，差异显著，T1 与 T2 处理间无显著差异，但 T1 显著高于 CK。各处理的不同器官比例以果实占比最高，其次为叶、茎和根。
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2.3 不同处理对番茄各器官氮、磷、钾含量的影响
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由表3 所示，所有处理下的番茄根、茎和果实器官中以钾含量和积累量较高，叶中以氮含量和积累量较高，所有器官中均以磷含量和积累量较低，各处理下根、茎、叶和果实中氮、钾含量和积累量均高于 CK；各器官中氮、磷、钾含量和积累量均以 T3 较高，其中氮和钾含量显著高于 CK，与 CK 相比，根、茎、叶和果实中氮含量分别增加 33.5%、23.1%、7.3% 和 9.0%，氮积累量分别增加 38.3%、33.6%、14.9% 和 19.4%；钾含量分别增加 10.3%、8.8%、11.6% 和 8.9%，钾积累量分别增加 13.9%、17.6%、19.3% 和 19.2%；植株氮、磷、钾总含量增加 15.3%、6.1% 和 9.7%，积累量分别较 CK 增加 19.0%、15.7% 和 18.9%，差异显著。
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2.4 不同处理对肥料利用率的影响
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由表4可以看出，不同处理下氮、磷、钾肥料利用率均高于CK，以T3处理下最高，其氮、磷、钾肥利用率分别为72.7%、56.2% 和 52.2%。其中，氮、磷和钾肥利用率分别较CK、T1和T2高出 55.0%、16.9%、 20.4%，41.6%、13.1%、21.1% 和 61.1%、21.7%、37.4%。
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2.5 不同处理对番茄果实品质的影响
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由图1 可知，随番茄果实穗数增加，其可溶性固形物、可溶性糖、维生素 C 和番茄红素含量总体呈先升高后降低的趋势，且各指标在第 9 穗果时达到峰值。第 9 穗果的各指标均以 T3 处理较高，并显著高于 CK，但与 T2 处理之间无显著差异。T3 处理下其可溶性固形物、可溶性糖、维生素 C 和番茄红素含量分别较 CK、T1 和 T2 高出 6.9%、5.1%、1.6%，13.1%、9.2%、6.0%，12.2%、 11.2%、3.5% 和 16.0%、6.2%、3.5%。T2 处理下的可溶性固形物和维生素 C 含量亦显著高于 CK 和 T1，分别较 CK 和 T1 高出 5.2%、3.4% 和 8.5%、 7.4%。
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图1 不同处理对番茄果实品质的影响
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注：不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）。
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2.6 土壤氮、磷、钾含量、pH、植株干重和果实品质的相关性分析
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表5 所示，土壤碱解氮与有效磷、速效钾呈显著正相关，与植株干重相关性系数为 0.999，达极显著水平；有效磷、速效钾与植株干重相关性系数分别为 0.994 和 0.967；pH 与各指标间均呈负相关，与碱解氮、有效磷、速效钾和植株干重相关性系数分别为-0.976、-0.954、-0.998 和-0.976； 可溶性固形物与可溶性糖呈极显著正相关；番茄红素与速效钾、可溶性固形物和可溶性糖呈显著正相关，相关性系数分别为 0.958、0.978 和 0.959。
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注：果实品质均以第 7 穗果平均值来分析。* 表示在 P<0.05 水平显著相关，** 表示在 P<0.01 水平极显著相关。
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3 讨论
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盲目过量施肥会导致资源浪费、环境污染、土壤结构失衡等一系列问题[23]。据报道，微生物菌剂中的微生物可以提高土壤酶活性，促使难溶性养分释放，供植物吸收利用；且微生物在生长过程中会分泌生长素、赤霉素等激素，可调控植物生长[33]。另外，酵素发酵过程中会产生有益菌群，有利于有机质分解，提高土壤肥力[13]。本试验发现，添加微生物菌剂或玉米蛋白酵素后，土壤中碱解氮、有效磷、速效钾含量较 CK 显著增加（表1），说明施用两种肥料后，其含有的微生物在根系定殖，进而繁殖增加，加快了土壤中难溶性物质分解，使土壤中碱解氮、有效磷、速效钾含量提高。而氮、磷、钾是植物必需的三要素，对生长和产量形成起重要作用[34-35]，且它们的形态和有效性决定了被植物根系获取的可能性[36]。杨肖芳等[37]研究发现，施用微生物菌剂后草莓土壤中养分得到有效改善，有效磷和速效钾含量显著提高。同样，在施用酵素肥料后，辣椒、黄瓜作物土壤中碱解氮、有效磷、速效钾含量亦得到提高，增加了作物对养分的吸收效率，降低了养分残留与流失[38-40]。
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作物生物量与养分积累存在密切关系，其生长速率取决于对养分的吸收能力，亦是产量形成的基础[41]。本试验结果表明，与对照相比，各处理不同器官干物质积累量、氮磷钾含量和吸收量均有所增加，且以 T3 处理较高（表2、表3），这可能是因为一方面微生物菌剂或玉米蛋白酵素可通过影响土壤养分含量来提高番茄植株对氮、磷、钾元素的吸收利用和同化积累；另一方面可通过提高番茄叶片中叶绿素合成，改善光合性能，进而促进植株生长，增加养分吸收[26，42]。亦有研究表明，微生物菌剂可以促进基质养分的释放和相关酶活性，进而促进番茄植株养分吸收和生长能力[43]。Hu 等[44] 研究发现，施用秸秆发酵肥可提高油菜光合能力，促进生物量积累，并增加氮素吸收。冯卫娜等[45]研究发现，氮素的吸收可带动棉花对磷、钾素的吸收，进而增加地上部生物量。故氮、磷、钾在作物体内具有协同效应，共同维持植株体内的养分平衡[46]。此外，肥料利用率一直是农业耕作实践的重点，是衡量施肥效果的主要指标[47]。已有研究发现，通过合理灌溉[24]、合理施肥[48]、改善种植模式[49]等措施可以提高肥料利用率。同样，根际有益菌数量的增加也可以改善土壤结构、提高土壤通透性和肥料利用率[50]。本试验中添加微生物菌剂或玉米蛋白酵素后，氮、磷、钾肥料利用率均得到提高（表4）。究其原因可能是肥料中所含有的微生物在土壤中繁殖，加快养分分解和营养元素吸收利用，进而提高肥料利用效率[33]。另外，两种肥料配施后，由于玉米蛋白酵素可以为土壤提供更多营养物质，有利于土壤微生物的繁殖和养分循环过程，更好地促进植株对养分的吸收利用[51]。
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番茄品质直接影响番茄的营养价值、商品性和经济效益。果实中的可溶性固形物、可溶性糖、维生素 C 和番茄红素含量是衡量番茄口感及商品性好坏的主要指标[52-53]。本试验结果表明，在番茄整个生育期，果实品质呈先升高后降低的趋势，第 9 穗果实品质达到最高（图1）。这可能是因为不同时期的温度和光照等环境因素控制着果实品质[54-55]。本试验结果还表明，施用两种肥料为番茄生长提供了营养元素和活性物质，因此番茄品质也得到改善，可溶性糖、维生素 C 和番茄红素含量得到提高。另有研究发现，根系的养分吸收可改变相关糖酸代谢酶活性，进而参与果实可溶性固形物和可滴定酸等品质的调控[56]。因此，微生物菌剂或玉米蛋白酵素可通过增加植株对养分的吸收进而改善果实品质。也有研究表明，酵素可以加速果实中淀粉质分解转变成单糖和葡萄糖，从而使果实变甜，提高果实可溶性固形物含量[57]。王继芳等[58]研究表明，微生物菌剂配施玉米秸秆能提高番茄果实中可溶性固形物和维生素 C 等含量，提高番茄口感。生物炭配施复合酵素后，玉米籽粒粗脂肪和粗蛋白含量显著增加，品质得到显著改善[59]。相关性分析表明，土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量与植株干重均达到显著正相关水平，说明充足的土壤养分含量可以促进植株生长，提高干物质积累。陈同强等[60]研究表明，番茄根际 pH 应维持在 5.5～6.5 才能保持根际对水和肥的正常吸收。在本研究中，土壤 pH 与各指标之间均呈负相关关系，说明适当降低 pH 可以改善土壤养分含量，提高果实品质。此外，番茄红素与速效钾呈显著正相关，说明在果实膨大期适当提高钾肥可以提高番茄营养价值[61]。
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4 结论
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与单独施用营养液相比，适量添加微生物菌剂或玉米蛋白酵素均可增加番茄土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量，促进植株对养分的吸收，提高养分利用率，改善果实品质。相比之下，微生物菌剂更有利于土壤养分的分解利用，促进番茄植株生长，而玉米蛋白酵素则有利于提升番茄口感。两者复配施用后，养分利用率和果实品质均得到显著提升。
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摘要
为解决长季节栽培番茄生长过程中养分供应不平衡、肥料利用率低等问题，提高番茄对土壤养分的吸收利用，以‘圣罗兰 3689’番茄为试材，研究了微生物菌剂和玉米蛋白酵素在长季节栽培番茄中的应用效果。采用土壤栽培方式，共设 4 个处理：正常管理为对照（CK），CK+ 微生物菌剂（T1）、CK+ 玉米蛋白酵素（T2）及 CK+ 两者配施（T3），研究了各处理对土壤理化性质、植株干物质重量、养分含量及积累量、养分利用效率和果实品质的影响。结果表明，在 CK 基础上，单施微生物菌剂或玉米蛋白酵素均可促进植株生长和养分利用，但各指标均以两者复配（T3 处理）效果较好。与 CK 相比，T3 处理下土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量分别增加 24.9%、37.3% 和 22.2%，植株干重增加 8.4%，植株氮、磷、钾含量和积累量分别增加 15.3%、6.1%、9.7% 和 19.0%、15.7%、18.9%，氮肥、磷肥和钾肥利用效率分别增加 64.9%、47.3% 和 33.6%。果实品质以 T3 处理下第九穗果较好，其中可溶性固形物、可溶性糖、维生素 C 和番茄红素含量分别比 CK 高出 6.9%、13.1%、12.2% 和 16.0%。综上所述，微生物菌剂和玉米蛋白酵素复配可提高长季节栽培番茄土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量，促进植株对养分的吸收，提高养分利用效率，增加植株干重，改善果实品质。因此，微生物菌剂和玉米蛋白酵素配施可以在番茄生产中推广使用。
Abstract
In order to solve the problems of unbalanced nutrient supply and low fertilizer utilization in the growth process during long-season cultivation and improve the absorption and utilization of soil nutrients of tomato，the application effects of microbial agents and corn protein ferment under long-season cultivation were studied using tomato cultivar‘Saint Laurent 3689’as the test material．A total of four treatments were set up：normal management（CK），CK+microbial agent（T1）， CK+corn protein ferment（T2）and CK+combined application of microbial agent and corn protein ferment（T3）．The soil physicochemical properties，plant dry matter weight，nutrient content and accumulation，nutrient utilization efficiency， and fruit quality were measured for each treatment．The results showed that on the basis of CK，single application of microbial agent or corn protein ferment could promote plant growth and nutrient utilization，and the combination effect of them（T3 treatment）was better．Compared with CK，the soil available nitrogen，available phosphorus，and available potassium content increased by 24.9%，37.3%，and 22.2%，respectively．The dry weight of the plant increased by 8.4%，and the content and accumulation of nitrogen，phosphorus，and potassium in the plant increased by 15.3%， 6.1%，9.7% and 19.0%，15.7%，18.9%，respectively．The utilization efficiency of nitrogen，phosphorus and potassium fertilizer increased by 64.9%，47.3% and 33.6%，respectively．The fruit quality of the ninth cluster was the best under T3 treatment，the contents of soluble solids，soluble sugars，vitamin C，and lycopene increased by 6.9%，13.1%，12.2% and 16.0%，respectively．In conclusion，the combination of microbial agents and corn protein ferment could increase the soil available nitrogen，available phosphorus，and available potassium content of long-season tomato cultivation，promote nutrient absorption by plants，improve nutrient utilization efficiency，increase plant dry weight，and improve fruit quality． Therefore，the combination of microbial agents and corn protein ferment can be applied in tomato production.
Keywords
tomato ； microbial agents ； corn protein ferment ； nutrient utilization rate ； fruit quality