生物腐殖酸对番茄产量、品质和土壤养分含量的影响

师杨杰 靳红梅 管益东 盛良全 朱燕云 朱宁

師杨杰，靳红梅，管益东，等. 生物腐殖酸对番茄产量、品质和土壤养分含量的影响［J］. 江苏农业学报，2023，39（8）：1739-1746.

doi：10.3969/j.issn.1000-4440.2023.08.014

收稿日期：2022-12-21

基金项目：江苏省重点研发计划社会发展项目（BE2022788）；江苏省农业科技自主创新基金项目[CX（20）1011]

作者简介：师杨杰（1998-），女，河南开封人，硕士研究生，研究方向为有机废弃物高效转化与利用。（E-mail）20201248130@nuist.edu.cn

通讯作者：朱  宁，（E-mail）ning.zhu@jaas.ac.cn

摘要：为探明生物腐殖酸对番茄植株生长性状、果实产量和品质及土壤养分含量的影响，本研究以金陵露比番茄品种为试验材料，设置3个处理：对照、每株根施生物腐殖酸37.5 mg、每株根施生物腐殖酸150.0 mg。结果表明，根施生物腐殖酸可以显著促进番茄植株生长，明显改善果实品质，当生物腐殖酸施用水平为每株150.0 mg时，番茄部分生长性状指标、产量和品质指标（番茄红素含量除外）最佳。与对照相比，生物腐殖酸施用量为每株150.0 mg时，番茄植株的株高、茎粗、SPAD值显著提高，果实单株产量、单位面积产量明显提升，果实维生素C含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量显著增加。生物腐殖酸施用对总氮、速效磷、有效钾、有机质等土壤养分含量无显著影响。综合考虑各项指标，每株根施生物腐殖酸150.0 mg对番茄植株生长和果实发育促进效果最显著。

关键词：番茄；生物腐殖酸；施用水平；产量；品质

中图分类号：S641.2      文献标识码：A      文章编号：1000-4440（2023）08-1739-08

Effects of biological humic acid on tomato yield， quality and soil nutrient content

SHI Yang-jie1，2 JIN Hong-mei2，3 GUAN Yi-dong1 SHENG Liang-quan4 ZHU Yan-yun2，3 ZHU Ning2，3

（1.School of Environmental Science and Engineering， Nanjing University of Information Science and Technology， Nanjing 210044， China;2.Institute of Agricultural Resources and Environment， Jiangsu Academy of Agricultural Sciences， Nanjing 210014， China;3.Jiangsu Collaborative Innovation Center for Organic Solid Waste Resource Utilization， Nanjing 210095， China；4.Fuyang Normal University， Fuyang 236037， China）

Abstract：To explore the effects of biological humic acid （BHA） on tomato plant growth characteristics， fruit yield and quality， and nutrient content of soil， this study used Jinling Ruby tomato as the experimental material， and set up three treatments： control， root application of BHA at 37.5 mg per plant， root application of BHA at 150.0 mg per plant. The results showed that root application of BHA could significantly promote tomato plant growth and improve fruit quality. When the application level of BHA was 150.0 mg per plant， the indices of some growth traits， yield and quality indices （except lycopene content） of tomato were the best. Compared with the control， the plant height， stem diameter and SPAD value at 150.0 mg per plant application level were significantly improved， the fruit weight per plant and the yield per square meter were significantly improved， and the contents of vitamin C， soluble sugar and soluble protein in fruits were significantly increased. The application of BHA had no significant effect on the content of soil nutrients such as total nitrogen， available phosphorus， available potassium and organic matter. Taking all indicators into account， root application of 150.0 mg BHA per plant had the most significant effect on promoting the growth of tomato plant and fruit development.

Key words：tomato;biological humic acid;application level;yield;quality

番茄属于茄科茄属植物，因其风味独特、营养价值较高深受消费者青睐，在现代设施园艺的发展中具有较高的经济效益[1]。中国番茄年产量约5.5×107 t，占蔬菜总产量的7%左右[2]。番茄含有丰富的营养物质，包括维生素C、可溶性糖、可溶性蛋白、番茄红素等，食用番茄及其衍生品有许多益处[3]，番茄优质高产的协同提高已成为满足市场需求的重要途径[4]。因此，研发能够提高番茄产量和品质的新型肥料对推动番茄产业可持续发展具有重要意义。

腐殖酸是有机物质在物理化学和微生物作用下形成的一类富含多种活性官能团的高分子非均相聚合物[5]，具有离子交换性、渗透性、亲水性、吸附性、络合性等特点[6]，起到改良土壤结构、提高肥效、改善产品品质、促进植株生长的作用，如孙向春等[7]利用矿源腐殖酸降低了土壤pH和容重，提高了土壤速效养分含量；宋挚等[8]将矿源腐殖酸应用于葡萄种植，显著提高了葡萄的可溶性固形物、维生素C、可溶性糖含量等。目前大多数研究所用的腐殖酸是通过化学方法从泥炭、褐煤和风化煤中提取获得的[9-11]。除少量黄腐酸外，大部分矿物腐殖酸生物活性较低，且具有较高的分子量、较少的螯合性和亲水性基团，短时间内很难被土壤微生物分解利用。生物腐殖酸是一种新型绿色高效肥料，主要以有机废弃物为原料，经过微生物发酵产生。生物腐殖酸相对分子质量小、含有活性基团（如羧基和羟基等）多，易被植物吸收利用。除有机质和N、P、K等营养物质外，生物腐殖酸中还含有多种有益功能微生物和对植物生长有利的生物活性组分，如氨基酸、有机酸、类黄酮等，具有促进作物增产和提高作物品质的效果[12-13]。但关于生物腐殖酸在番茄栽培中的应用研究鲜有报道，且生物腐殖酸对番茄植株生长、果实发育以及土壤养分含量的影响尚不清楚。

本研究拟以金陵露比番茄品种为试验材料，研究不同根施水平下生物腐殖酸对番茄植株生长性状、果实产量和品质及土壤养分含量的影响，以期为高效栽培优质番茄提供技术支撑。

1  材料与方法

1.1  试验区概况

试验区位于江苏省南京市江宁区，地理位置为31°42′N，118°55′E，属北亚热带季风气候，年平均气温为17.1 ℃，年平均降水量为1 294.2 mm。试验地土壤类型为潮土，其pH为5.90、电导率（EC）为98.51 μS/cm、有机质含量为29.41 g/kg、总氮含量为1 930.00 mg/kg、碱解氮含量为130.00 mg/kg、速效磷含量为9.74 mg/kg、有效钾含量为367.71 mg/kg。

1.2  供试作物与材料

1.2.1  供试作物    供试番茄品种为金陵露比，该品种为樱桃型番茄，全生育期约为90 d。

1.2.2  供试生物腐殖酸制备方法    生物腐殖酸发酵复合菌剂由拟康氏木霉、裂褶菌、哈茨木霉、绒毛木霉、深绿木霉按照一定比例组成，均为本实验室保存菌种。

1.2.2.1  复合菌剂制备    将上述5株菌活化后于28 ℃培养7～10 d，待菌丝长满整个平板后，刮取菌丝表面孢子加入到适量无菌水中，并用涡旋仪充分振荡制成孢子悬液，采用血球计数板法计算获得孢子含量，然后用无菌水稀释孢子悬液，调整孢子含量为1 ml 1×107个，将各菌株孢子悬液等量混合均匀，获得复合液体菌剂。

1.2.2.2  生物腐殖酸制备    采用固体发酵方式制备，发酵底物为麦麸和豆饼，两者质量比为1.0∶0.8，混合物料含水率调整为70%，pH为6，复合菌剂接种量为1 g 1×107个孢子（干基），于28 ℃发酵15 d。

1.2.2.3  生物腐殖酸提取    发酵结束后，采用提取液（0.1 mol/L NaOH+0.1 mol/L Na4P2O7，体积比为1∶1）按照1∶10（质量体积比）从发酵物料中提取腐殖酸，室温下振荡2 h，4 000 r/min离心10 min，提取上清液，固体渣按照上述操作重复3次提取过程，合并上清液即为腐殖酸。

1.3  试验设计与管理

试验时间为2022年4-7月。在志清农产品专业合作社进行穴盘嫁接育苗。采取大小行起垄定植，大行距75 cm、小行距54 cm、株距43 cm。试验区域划分为9个小区，每个小区长11.0 m、宽1.5 m、面积为16.5 m2，每小区定植60株番茄。番茄苗定植前，有机肥基施，鸡粪有机肥（有机质含量为297.63 mg/g、总氮含量为17.68 mg/g）施用量为15 t/hm2，钙镁磷肥（购自湖北金明珠化肥有限公司，P2O5含量＞12%，氧化镁含量为8%，氧化钙含量为25%）施用量为750 kg/hm2，复合肥（购自江苏华昌化工股份有限公司，N含量+P2O5含量+K2O含量≥45%）施用量为750 kg/hm2，硼肥（购自上海益田生物科技有限公司，纯度≥98%）施用量为15 kg/hm2。定植后，施用内生菌根菌剂（南京翠京元生物科技有限公司产品，1 ml有效繁殖体数≥70 个）15 kg/hm2。设置2种生物腐殖酸用量，分别为每株37.5 mg（T1）和150.0 mg（T2），分别在番茄苗定植和第一穗果坐果后施用，施用方式为根施，以不施用腐殖酸为对照（CK），每个处理3个平行小区。

1.4  样品采集与测试方法

1.4.1  样品采集与预处理    番茄果实采集：于采收期在每个小区隨机采摘色泽、硬度和成熟度相同的10个番茄果实，放入保温箱，12 h内运送至实验室，擦净果实后，在冰浴条件下用研钵充分研磨获得匀浆样品，保存于0～4 ℃的冰箱待测。

土壤样品采集：分别在拉秧期、坐果期、盛果期和采收期，采用5点取样法取土壤样品，用土钻取0～10 cm的土壤样品，保存于自封袋中，12 h内将采集的土样运回实验室，均匀分为2部分：一部分保存于-20 ℃冰箱，另一部分置于阴凉通风处风干，风干后研磨过100目筛待测。

1.4.2  测定方法    生物腐殖酸成分测定：总氮含量测定采用过硫酸钾氧化-紫外分光光度法[14]；总磷含量测定采用过硫酸钾-钼锑抗分光光度法[15]；总钾含量测定采用火焰光度计法[16]；游离氨基酸含量采用自动氨基酸分析仪测定[17]；多糖含量测定采用硫酸—蒽酮比色法[18]；参照《水溶肥料 钙、镁、硫、氯含量的测定》（NY/T 1117-2010）[19]测定钙、镁元素含量。

植株生长指标测定：每个小区随机选取10株番茄，分别在拉秧期、坐果期、盛果期和采收期测定番茄植株的株高和茎粗，用皮尺测量株高，用游标卡尺测量茎粗，用便携式叶绿素测定仪测定SPAD值。

番茄产量指标测定：在番茄第一穗果采收期，每个小区选取10株计算其穗果数并测定其单株产量，这10株番茄穗果的总质量与总个数比值即为单果质量。

番茄品质指标测定：可溶性糖含量测定采用硫酸-蒽酮比色法[20]；采用南京建成生物工程科技有限公司生产的试剂盒测定维生素C（Vc）含量（比色法）；采用南京建成生物工程科技有限公司生产的试剂盒测定可溶性蛋白含量（考马斯亮蓝法）；采用氢氧化钠碱溶液滴定法测定可滴定酸（总有机酸）含量[21]；可溶性糖含量与总有机酸含量的比值即为糖酸比；参照《番茄制品中番茄红素、叶黄素、胡萝卜素含量的测定 超高效液相色谱法》（GB/T 41133-2022）[22]测定番茄红素含量。

土壤养分指标测定：采用重铬酸钾容量法测定土壤有机质（SOC）含量，采用凯氏定氮法测定总氮（TN）含量，采用NaHCO3浸提-钼锑抗比色法测定速效磷（AP）含量，采用冷HNO3浸提-火焰光度法测定有效钾（AK）含量[23]。

1.5  数据处理与分析

采用 Microsoft Excel 2019 处理数据，采用 SPSS Statistics 26.0进行不同样本数据之间的差异显著性分析，采用Duncan法（α=0.05）进行多重比较，采用 Origin 2019b 进行作图。

2  结果与分析

2.1  生物腐殖酸成分分析

生物腐殖酸不仅具有良好的生物活性，还包含植物生长所需要的营养元素，如有机质、氮、磷、钾、氨基酸、糖类等，对作物生长发育具有重要作用。本研究中制备得到的液体生物腐殖酸中腐殖酸含量为16.14 g/L，总氮、总磷、总钾含量分别为56.64 g/L、11.82 g/L、2.60 g/L，总养分含量达86.85 g/L，这明显高于尾菜水热法制备的腐殖酸中总养分含量（约为1.00 g/L）[24]。本研究中生物腐殖酸游离氨基酸含量和多糖含量分别为1.11 g/L、3.96 g/L，而刘秋梅等[25]制备的木霉氨基酸有机肥的氨基酸水解原液中氨基酸总量仅为0.13 g/L，低于本研究水平，这可能是因为本研究腐殖酸发酵原料中豆饼蛋白质在功能菌株作用下分解产生氨基酸[26]。复合菌剂中裂褶菌在固态发酵中可以产生裂褶多糖，这会进一步增加腐殖酸中的糖类含量[27]。生物腐殖酸中钙、镁含量分别为11.15 mg/L、2.04 mg/L，可以给植物提供适当的矿物元素。另外，制备生物腐殖酸所用到的微生物也会产生代谢活性组分，这些组分同样可以作用到植物上，调节植物的生长发育。

2.2  生物腐殖酸对番茄植株生长性状的影响

由图1可知，生物腐殖酸对番茄植株生长的促进效果明显。与CK相比，T1、T2处理株高显著增加，分别增加了4.68%～39.56%和13.84%～60.14%。在不同番茄生育期，T1、T2處理的株高总是显著高于CK，且高施用水平（T2处理）番茄株高显著高于低施用水平（T1处理）。施用生物腐殖酸同时增加了番茄植株茎粗，与CK相比，T1、T2处理茎粗显著增加了13.82%～24.80%和16.38%～28.93%。不同生物腐殖酸施用水平下番茄植株茎粗无显著差异。同时，施用腐殖酸促进了番茄植株叶片中叶绿素的积累，与CK相比，T1处理和T2处理SPAD值分别显著增加了3.90%～7.06%和4.49%～6.52%。这表明不同施用水平下生物腐殖酸均可促进番茄植株生长发育，使植株保持较强生长势，并且高施用水平下生物腐殖酸效果更好。

图中不同小写字母表示同一生育期不同处理之间差异显著（P＜0.05）。CK：清水对照；T1：每株番茄根施生物腐殖酸37.5 mg；T2：每株番茄根施生物腐殖酸150.0 mg； T1、T2处理分别在番茄苗定植和第一穗果坐果后施用2次生物腐殖酸，每次生物腐殖酸施用量相同。

2.3  生物腐殖酸对番茄产量的影响

生物腐殖酸施用对番茄产量的影响如表1所示。由表1可知，生物腐殖酸对番茄果实产量有明显的提升效果，且不同腐殖酸施用水平下提升作用存在差异。与CK相比，T1、T2处理单果质量显著增加（P＜0.05）。与CK相比，T2处理单株产量和单位面积产量显著增加，分别增加了21.24%和13.96%。以上结果表明，施用适量的生物腐殖酸不仅促进了番茄植株的生长，还显著提高了番茄果实产量。

2.4  生物腐殖酸对番茄品质的影响

由图2可知，施用生物腐殖酸后，番茄果实品质得到了极大的改善。与CK相比，T1处理和T2处理的Vc含量显著增加，分别增加了9.98%和22.99%，并且T2处理Vc含量显著高于T1处理Vc含量。与CK相比，T1、T2处理的可溶性蛋白含量也显著增加，分别增加了18.69%和24.82%，但T1处理和T2处理之间可溶性蛋白含量无显著差异。施用生物腐殖酸后，番茄果实的番茄红素得到了一定改善，T1处理的番茄红素含量较CK增加了50.48%，T2处理的番茄红素含量与CK无显著差异。施用生物腐殖酸还增加了番茄的可溶性糖含量，同时降低了番茄的总有机酸含量，与CK相比，T1、T2处理的可溶性糖含量分别显著增加了17.39%和39.18%， T2处理的总有机酸含量显著下降了12.86%。生食果实的糖、酸含量以及糖酸比共同决定了其风味，与CK相比，T1、T2处理的糖酸比分别增加了27.73%和44.52%，这表明施用生物腐殖酸改善了番茄的风味。

2.5  生物腐殖酸对土壤养分含量的影响

腐殖酸富含多种活性基团，可以作为调理剂作用于土壤，其能改善土壤团粒结构、提高土壤有机质含量和土壤养分含量[28]。施用生物腐殖酸对番茄田土壤养分含量影响如表2所示。本研究在番茄苗定植和第一穗果坐果后施用2次生物腐殖酸，分别于番茄拉秧期、坐果期、盛果期、采收期采集并测定土壤养分含量，结果发现，不同生物腐殖酸施用水平下生物腐殖酸对土壤有机质、总氮、速效磷、有效钾含量均无明显提升作用，这可能是因为施用的生物腐殖酸相对分子质量较小，大部分被番茄植株吸收利用，残留于土壤中的腐殖酸量较少，未达到提升土壤养分含量的作用。而孙向春等[7]、刘艳等[29]施用的矿源腐殖酸提升了土壤速效养分含量，这可能是因为矿源腐殖酸多为大相对分子质量腐殖酸，在土壤中具有很好的残留效应，并且二者施用的矿源腐殖酸量（600～1 200 kg/hm2）高于本研究中施用的生物腐殖酸量。

图中不同小写字母表示各处理之间差异显著（P＜0.05）。CK、T1处理、T2处理见图1注。

不同字母表示各处理之间差异显著（P＜0.05）。CK、T1、T2处理见图1注。

3  讨  论

本研究制备出来的生物腐殖酸不仅含有植物所需的多种养分，还含有氨基酸、糖类、钙、镁等营养物质，而矿源腐殖酸一般只含腐殖酸、氮、磷、钾等成分[30-31]。本研究中，不同施用水平下生物腐殖酸均能显著提高番茄植株的株高、茎粗和叶片SPAD值，其中较高施用水平的生物腐殖酸对番茄植株株高的提升效果最明显。高原等[32]将腐殖酸应用于辣椒种植，显著促进了辣椒植株的生长和辣椒的干物质积累；王云赫等[33]将腐殖酸施用于小麦，小麦的株高、叶片叶绿素含量最高增幅分别为8.54%、3.74%，其研究结果均与本研究结果相似。有研究结果表明，腐殖酸对植物根系的刺激作用是其促进植物生长的直接原因[34]，这种刺激作用主要表现为腐殖酸促进植株根长度和侧根数量的增加，植物生长所需养分主要是通过根部吸收，发达的根系使得植物可以吸收更多可利用的养分促进自身生长。本研究中的生物腐殖酸聚合程度低、相对分子质量小，更容易刺激植株根系生长和根系细胞质膜分泌H+-ATP酶，提高酶活性，使得植株吸收更多养分，促进番茄植株生长[35]。有研究结果表明，腐殖酸能够提高植物对微量元素的吸收，并且能够抑制分解叶绿素蛋白酶的活性，维持较高的叶绿素含量，提高植株叶片光合作用的能力[36-37]。本研究中，根施生物腐殖酸可能通过促进番茄植株根系对微量元素的吸收，提高了植株叶片中的叶绿素含量。

本研究中，施用生物腐殖酸能达到提升番茄果实产量和改善果实品质的效果，其中每株150.0 mg施用水平下生物腐殖酸对番茄果实产量提升效果显著。丁守鹏等[38]将矿源腐殖酸粉应用于番茄栽培发现，当腐殖酸施用量为600 kg/hm2时，其对番茄生长、产量、品质提升效果最好，植株株高、茎粗、叶片叶绿素含量明显提高，番茄产量、可溶性固形物含量、维生素C含量、糖酸比明显增加；周丽等[39]将矿源腐殖酸应用于苹果种植，当腐殖酸用量为600 kg/hm2时，苹果的单果质量、产量显著提高，果实维生素C含量、可溶性糖含量、糖酸比明显增加。这2种矿源腐殖酸对作物品质的提升效果均低于本研究。分析其原因可能是生物腐殖酸中存在氨基酸等小分子物质，这些小分子物质被番茄植株吸收利用后，以类激素的方式调节番茄植株体内的新陈代谢过程，包括植物中碳水化合物的储存和转移等[40]。另外，生物腐殖酸促进番茄植株对钙、镁元素的吸收，这些矿物元素的综合效应共同影响着番茄果实的产量和品质[41]。还有研究结果表明，分次施用腐殖酸对植株促生效果优于一次性施用[31]，这可能也是本研究中生物腐殖酸对番茄促生效果较明显的原因。

研究結果表明，腐殖酸能提高土壤有机质、总氮、速效钾、速效磷等养分含量，达到提高土壤养分含量、改善土壤结构的效果[42-49]。本研究中，施用生物腐殖酸并未达到显著提升土壤养分含量的效果，这可能是因为生物腐殖酸施用量较低（2.7 kg/hm2和10.9 kg/hm2），而孙海燕等[50]和Hu等[51]将腐殖酸用于提升土壤质量时，其腐殖酸用量为390.0～1 500.0 kg/hm2。另外，由于土壤生态系统本身具有一定的稳定性，肥料对土壤结构及养分含量的影响大多是一个长期作用的结果[52]。Li等[53]连续3年在花生田开展腐殖酸施用试验，结果表明，腐殖酸提高了花生田土壤总氮、总磷、全钾、有机质等养分含量，并且在第三年表现出最大效应。与之相比，本研究中生物腐殖酸施用周期仅为3个月，因此短期内较低施用水平下生物腐殖酸难以对土壤产生显著影响。

4  结  论

本试验测定了制备的生物腐殖酸的养分含量，并通过大田试验探究了不同根施水平下生物腐殖酸对番茄植株生长性状、番茄果实产量和品质以及番茄田土壤养分含量的影响。结果表明，生物腐殖酸不仅含有氮、磷、钾等养分，还含有氨基酸、糖类、钙、镁等营养物质；不同根施水平下生物腐殖酸均能促进番茄植株生长、改善番茄果实品质，但2种施用水平下生物腐殖酸对土壤养分含量提升作用并不明显。综合考虑，每株根施150.0 mg可作为生物腐殖酸在番茄上的最佳施用水平。

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（责任编辑：陈海霞）