腐熟粪肥不同替代化肥比例对设施番茄生长及土壤理化性状的影响

Effects of Different Substitution Ratios of Chemical Fertilizer with Composted Manure on Greenhouse Tomato Growth and Soil Physical and Chemical Properties

doi: 10.3969/j.issn.2096-7047.2026.02.006

潘光伟 Guangwei PAN , 惠海滨 Haibin HUI , 时玉娟 Yujuan SHI , 盛萍萍 Pingping SHENG , 迟菲 Fei CHI , 王恒 Heng WANG

1 山东省日照市农业技术服务中心山东日照 276800 Agricultural Technology Service Center of Rizhao City, Shandong Province, Rizhao, Shandong 276800, China 2 山东省日照市五莲县农业技术服务中心山东日照 262399 Wulian County Agricultural Technology Service Center, Rizhao City, Shandong Province, Rizhao, Shandong 262399, China

Author notes:

Correspondence to: 惠海滨(1986—)，男，硕士，高级农艺师，主要从事农业技术推广工作；haibinhui@163.com

摘要：

通过田间小区试验，考察了腐熟粪肥不同替代化肥比例对设施番茄生长及土壤理化性状的影响。试验共设全量施用化肥(CK)以及腐熟粪肥替代5%、10%、15%、20%化肥等5个处理，测定了不同施肥处理的番茄生长指标、产量、品质指标及土壤理化性状。结果表明：随着腐熟粪肥替代化肥比例的增大，土壤中有机质含量呈上升趋势，土壤中碱解氮、有效磷、速效钾含量呈先上升后下降趋势，土壤容重呈下降趋势，设施番茄的株高、茎粗、单株果数、单果质量呈先上升后下降的趋势；番茄中的维生素C含量呈上升趋势，硝酸盐含量呈下降趋势，可溶性糖含量呈先上升后下降的趋势；腐熟粪肥替代化肥的比例为10%~15%时，番茄产量提高2.68%~3.07%。在试验条件下，腐熟粪肥替代化肥的适宜比例为10%~15%。

关键词：

腐熟粪肥; 化肥替代; 设施番茄; 土壤肥力; 生长指标; 品质指标; 土壤理化性状;

Abstract：

A field plot experiment is conducted to investigate the effects of replacing different proportions of chemical fertilizer with composted manure on greenhouse tomato growth and soil physical and chemical properties. The experiment includs five treatments: full chemical fertilizer application (CK), and replacement of 5%, 10%, 15%, and 20% of chemical fertilizer with composted manure. Tomato growth parameters, yield, quality indices, and soil physical and chemical properties are measured across the different fertilization treatments. The results show that as the substitution ratio of chemical fertilizer with composted manure increased, soil organic matter content demonstrates an increasing trend. In contrast, the contents of alkali-hydrolyzable nitrogen, available phosphorus, and available potassium in the soil initially increase and then decrease. Soil bulk density shows a decreasing trend. Regarding tomato plants, plant height, stem diameter, fruit number per plant, and single fruit weight all increase initially with increasing substitution rate before declining. The vitamin C content in tomatoes increases, while nitrate content decreases. Soluble sugar content first increases and then decreases. Tomato yields increase by 2.68% to 3.07% when the substitution rate of chemical fertilizer with composted manure is 10%-15%. Under the experimental conditions, the optimal substitution ratios of chemical fertilizer with composted manure are determined to be 10%-15%.

Keyword：

composted manure; chemical fertilizer substitution; greenhouse tomato; soil fertility; growth indicator; quality parameter; soil physical and chemical property;

番茄是我国设施蔬菜栽培面积和消费量较大的蔬菜作物之一^[1]。在整个生长周期中，番茄对肥料的需求量较高，尤其是在定植后，会从土壤中吸收大量的氮、磷、钾^[2]。然而，长期过量施用化肥易造成种植区土壤酸化、板结、次生盐渍化程度加重及有机质含量降低，从而引起番茄产量和品质下降等问题，影响了土壤可持续利用和农产品质量^[3-6]。化肥施用虽然能在短期内提升产量，但给土壤带来了极大的压力^[7]。梁静等^[8]通过文献分析发现，目前设施番茄化肥氮素施用量较大，过量施肥现象十分严重。

长期以来，畜禽粪污一直是农作物的重要肥料来源。畜禽粪污的肥料化利用既能为作物生长发育提供肥料养分，又能减少因畜禽粪污弃置所导致的农业面源污染，是当前畜牧养殖中解决畜禽粪污问题的较优方案。自2021年起，农业农村部联合财政部在全国开展绿色种养循环农业试点，以加快推动畜禽粪污资源化利用，打通种养循环堵点，促进粪肥还田，推动农业绿色高质量发展。研究表明，粪肥作为环境友好型有机肥料，能改善作物根际微生物生态环境的理化、生物性状，促进作物根系生长，增强作物抗性^[9]，但难以及时满足快速生长的作物对养分的需求^[10]。要实现现代农业的绿色可持续发展，适宜比例的有机无机肥配施是有效措施之一。刘彦均等^[11]的研究发现，生物有机肥在减少化肥用量、提高结球甘蓝产量的同时，还能改善甘蓝叶球的品质，提高肥料利用率。张迎春等^[12]的试验表明，配施生物有机肥可增强莴笋叶片的光合能力，提高产量并改善可食用部分的品质，是实现肥料资源合理配置的良好施肥模式。有机无机肥配施可实现化肥的速效性和有机肥的长效性相结合^[13]，是一种可以改善土壤肥力的、简单易行的环保型施肥技术，也是维持农业绿色可持续发展的一种较优的施肥模式^[14]。本文结合鲁东南丘陵地区设施番茄生产的实际情况，通过发酵腐熟粪肥部分替代化肥的试验，研究不同粪肥施用量对设施番茄产量、品质及土壤理化性状的影响，探讨设施番茄种植区适宜的粪肥还田方法，为绿色种养循环农业发展提供技术支撑和试验依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点

试验于2023年12月—2024年3月在山东省日照市莒县惠生园生态农场(35°39′42.34″ N，118°53′48.25″ E)进行。该地区属暖温带东亚半湿润季风区大陆性气候，年平均气温为11.9 ℃，无霜期为195.5 d，日照时数约为2 700 h，年平均降水量为680 mm。该设施菜地土壤类型为砂壤土，土壤理化性状：pH为6.21，w(有机质)为11.3 g/kg，w(全氮)为15.6 g/kg，w(碱解氮)为131.5 mg/kg，w(全磷)为1.21 g/kg，w(有效磷)为79.9 mg/kg，w(速效钾)为143.2 mg/kg，土壤阳离子交换量为12.8 cmol/kg，土壤容重为1.30 g/cm³。

1.2 试验材料

供试作物：番茄，品种为大红西红柿“圣尼斯7845”。

供试肥料：腐熟粪肥为莒县惠丰生态农业有限公司自制腐熟鸡粪，pH为8.21，w(有机质)为37.9%(以烘干基计)，w(N+P₂O₅+K₂O)为5.2%(以烘干基计)，w(N)、w(P₂O₅)、w(K₂O)分别2.1%、1.5%、1.6%，w(水分)为34.2%；供试化肥为尿素[w(N)为46%]、钙镁磷肥[w(P₂O₅)为12%]、硫酸钾[w(K₂O)为45%]，由山东达汇丰生物科技有限公司提供。

1.3 试验设计

采用田间小区试验，小区长10 m、宽3 m，小区面积为30 m²。选取地势平整、往年长势均一、形状规则、无遮阴的地块作为试验田，试验田周围设置保护行，施肥量根据当地习惯进行设计。

试验共设5个处理：CK处理，常规施肥，每亩(1亩=667 m²)基施尿素10 kg、钙镁磷肥30 kg、硫酸钾15 kg；T1处理，500 kg/亩腐熟粪肥+减量5%常规施肥；T2处理，1 000 kg/亩腐熟粪肥+减量10%常规施肥；T3处理，1 500 kg/亩腐熟粪肥+减量15%常规施肥；T4处理，2 000 kg/亩腐熟粪肥+减量20%常规施肥。每个处理设置3次重复，共15个小区，随机区组排列。

1.4 田间管理

2023年12月21日布置试验，12月25日进行幼苗长势调查，2024年3月10日进行番茄产量测定，并采集植株和土壤样品。腐熟粪肥作为基肥处理，在定植前将粪肥与化肥一次性施入。后期追肥按照当地常规施肥进行：初花期每亩施用尿素5 kg、硫酸钾10 kg；盛果期每亩分两次追施硫酸钾，每次10 kg。除施肥外，各小区其他农艺措施、田间管理措施与当地传统措施保持一致。番茄幼苗采用人工移栽，行距、株距和移栽密度根据当地实际情况实施。

1.5 测定指标与方法

小区产量：成熟期在每个小区随机选取5株植株，统计单株产量，取平均值，计算经济产量。

植株性状及果实品质测定：成熟期在每个小区随机取样5株植株，对番茄株高、茎粗、单株果数和单果质量等生长指标进行调查；随机取10个果实混样，采用2, 6-二氯靛酚法测定维生素C(Vc)含量，采用酸碱滴定法测定有机酸含量^[15]，采用蒽酮比色法测定可溶性糖含量。

土壤理化性状测定：土壤容重采用环刀法测定，有机质含量参考文献[16]进行测定。

1.6 数据处理

采用Microsoft Excel 2021软件进行数据汇总，采用SPSS 19.0软件进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对设施番茄土壤肥力的影响

不同施肥处理的设施番茄土壤肥力见表 1，表中同列数据后不同小写字母表示各处理间差异显著(P＜0.05)，下同。

表 1

不同施肥处理的设施番茄土壤肥力

处理	w(有机质)/(g·kg^-1)	w(碱解氮)/(mg·kg^-1)	w(有效磷)/(mg·kg^-1)	w(速效钾)/(mg·kg^-1)	土壤容重/(g·cm^-3)
CK	11.21±1.25 c	127.82±6.37 d	78.21±2.12 e	145.65±3.34 d	1.32±0.04 a
T1	13.63±1.75 b	131.03±4.42 c	83.43±2.05 d	162.35±3.75 c	1.24±0.03 b
T2	16.47±1.18 ab	140.84±4.85 b	92.43±2.43 c	185.61±4.23 ab	1.19±0.04 bc
T3	18.39±1.85 a	157.91±5.22 a	96.52±2.67 b	197.12±5.13 a	1.18±0.04 bc
T4	20.26±3.68 a	151.08±4.31 a	85.26±2.48 a	174.88±3.76 bc	1.13±0.05 c

从表 1可看出：随着粪肥施用量的增加，设施番茄根际土壤中有机质含量呈上升趋势；T2~T4处理间的土壤中有机质含量无显著性差异，但T3、T4处理的显著高于T1处理的；T4处理的最高，CK处理的最低；与CK处理相比，T1~T4处理的土壤中有机质含量显著提高了21.59%~80.73%。随着粪肥施用量的增加，土壤中碱解氮、有效磷和速效钾含量呈先升高后降低的趋势；T3处理的土壤中碱解氮、有效磷和速效钾含量最高，分别较CK处理的提升了23.54%、23.41%和35.34%。随着粪肥施用量的增加，土壤容重呈降低的趋势，其中T4处理的最低，CK处理的最高；与CK处理相比，T1~T4处理的土壤容重显著下降了6.06%~14.39%。

2.2 不同施肥处理对设施番茄植株性状的影响

不同施肥处理的设施番茄植株性状见表 2。

表 2

不同施肥处理的设施番茄植株性状

处理	株高/cm	茎粗/cm	单株果数/个	单果质量/g
CK	170.2±4.72 b	13.52±1.56 a	14.5±1.33 a	161.2±3.77 b
T1	172.3±4.34 b	13.47±1.52 a	14.6±1.00 a	163.4±4.32 a
T2	177.1±5.06 a	13.81±1.36 a	15.1±1.25 a	163.6±4.06 a
T3	181.4±5.25 a	13.98±1.33 a	15.3±1.50 a	168.3±4.27 a
T4	178.2±4.62 a	13.75±1.27 a	14.8±1.50 a	163.5±4.31 a

从表 2可看出：在化肥用量逐步减少、粪肥用量逐步增加的条件下，设施番茄的株高、茎粗、单株果数和单果质量均呈先上升后下降的变化趋势；施用粪肥各处理的单果质量与CK处理的差异显著，其中T3处理的番茄单果质量比CK处理的提高了4.40%；T2~T4处理的番茄植株性状无显著差异，以T3处理的效果最佳，表明适宜比例的粪肥替代化肥有利于番茄的生长发育。

2.3 不同施肥处理对设施番茄产量的影响

不同施肥处理的设施番茄产量见表 3。

表 3

不同施肥处理的设施番茄产量

处理	产量/(kg·亩^-1)
CK	3 883.4±321.8 a
T1	3 792.9±184.5 a
T2	4 002.5±252.1 a
T3	3 987.6±258.8 a
T4	3 782.7±321.3 a

从表 3可看出：随着化肥施用量的减少和粪肥施用量的增加，设施番茄产量由高到低排序为T2＞T3＞CK＞T1＞T4；T2、T3处理的设施番茄产量较高，较CK处理的分别提高3.07%和2.68%；T4处理的设施番茄产量最低，较CK处理的下降2.59%；不同施肥处理的设施番茄产量无显著性差异。

2.4 不同施肥处理对设施番茄品质的影响

不同施肥处理的设施番茄品质指标见表 4。

表 4

不同施肥处理的设施番茄品质指标

处理	w(Vc)/(mg·kg^-1)	w(可溶性糖)/%	w(硝酸盐)/(mg·kg^-1)
CK	536±11 a	3.30±0.05 b	1 180.1±38.1 a
T1	564±24 ab	3.31±0.06 b	992.8±57.3 b
T2	607±15 bc	3.53±0.11 a	976.2±33.2 b
T3	623±29 c	3.56±0.07 a	901.3±30.1 c
T4	637±21 c	3.53±0.05 a	867.2±28.7 d

从表 4可看出：随着粪肥施用量的增加，设施番茄的Vc含量呈上升趋势，T1~T4处理的番茄Vc含量较CK处理的分别提高了5.22%、13.25%、16.23%和18.84%，其中T3、T4处理与CK、T1处理间差异显著；随着粪肥施用量的增加，设施番茄的硝酸盐含量显著降低，T1~T4处理的硝酸盐含量较CK处理的分别显著下降了15.87%、17.28%、23.63%和26.51%；随着粪肥施用量的增加，设施番茄的可溶性糖含量有所提升，其中T3处理的设施番茄可溶性糖含量最高，较CK处理的显著提高了7.88%。

3 讨论

3.1 不同施肥处理对设施番茄土壤中有机质含量和容重的影响

土壤中有机质、碱解氮含量及土壤容重等理化性质是反映土壤结构和肥力的重要指标。适量施用有机肥可以增加土壤中的养分含量，同时增强土壤氮素的供给能力及氮肥的利用效率^[17]。本研究结果表明，与CK处理相比，不同粪肥用量的化肥替代处理使土壤中碱解氮、有效磷和速效钾含量均显著提高，其中粪肥替代15%化肥的效果较佳，这与何进勤等^[18]、陈朝阳等^[19]的研究结果一致。土壤中有机质含量作为评价土壤肥力的重要指标，对作物的生长有着重要的作用^[20]。本研究结果表明，对设施番茄土壤施用不同量的粪肥，可以增加土壤中有机质的含量。从不同处理的分析数据可以看出，粪肥用量越大，土壤中有机质的含量越高，且均高于CK处理的，这与陈大超等^[21]的研究结果一致。土壤容重对土壤的通气状况和通透性有重要影响。本研究结果表明，施用有机肥后，与CK处理相比，土壤容重显著下降，但有机肥替代5%~15%化肥处理之间无显著性差异，这与马俊永等^[22]、刘丽媛等^[23]的研究结果一致。

3.2 不同施肥处理对设施番茄生长情况、产量和品质的影响

本研究结果表明，适宜的粪肥替代化肥可以促进设施番茄的生长发育。在番茄果实中, 可溶性糖、有机酸和Vc等成分均是衡量其品质的重要指标，其含量决定了番茄的风味、营养和商品价值^[24]。本研究结果中，粪肥替代化肥不超过15%，产量提高幅度为-2.33%~3.07%，而粪肥替代化肥达到20%后，番茄产量出现下降趋势，这与汪自松等^[25]、孙晓等^[26]的研究结果类似。可见，适量的粪肥与化肥配施可以保证设施番茄的产量。粪肥部分替代化肥可以在一定程度上提高设施番茄的Vc含量，同时降低硝酸盐含量，说明适宜的粪肥施用量能够有效提高番茄果实的营养品质，这与蔡瑞婕等^[27]、张恩平等^[28]的研究结果一致。随着粪肥施用量的增加，可溶性糖含量呈先上升后下降的趋势，这与张德楠等^[29]的研究结果较为一致。本研究中，从影响设施番茄的品质角度出发，粪肥替代5%~15%的化肥为宜。

4 结语

发酵腐熟粪肥部分替代化肥，不但可以改良土壤的理化性状，提高土壤肥力，优化番茄植株性状，还可以改善番茄的品质，同时适量增加番茄产量。设施番茄在粪肥替代减施10%~15%化肥时，番茄产量提高了2.68%~3.07%，番茄中的Vc和有机酸含量有所提升，硝酸盐含量有所降低，同时土壤中有机质和碱解氮含量显著增加，土壤容重降低；而粪肥替代减施20%化肥后，番茄产量呈下降趋势，对土壤理化性状和番茄品质的提升效果降低。因此，在常规施肥的设施环境下，粪肥替代化肥的适宜范围为10%~15%。

合理配施腐熟粪肥，不仅能够显著提升土壤中的有机质含量，优化土壤理化特性，增强土壤整体肥力水平，并通过渐进、持久的方式为作物提供必要养分。这不仅有助于促进作物增产，优化产品品质，还能提高化学肥料的使用效率。关于粪肥施用在设施蔬菜生产中的长期效应，在未来仍需进行更为深入和系统的研究。

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