陕北地区地处黄土高原，地势起伏大，地形破碎，基本农田面积小，土地生产力低，但光照资源丰富，适宜发展设施农业。在中国加入WTO和西部大开发的环境下，国家和陕西省通过很多扶持政策促进了陕北的生态建设和设施农业的发展。到2014年，设施蔬菜面积由2008年的不足1.3万hm2增加到6.7万hm2，设施蔬菜产量占全省蔬菜总产量的35.6%。2018年中央一号文件提出乡村振兴战略后，陕西省省委、省政府和榆林市、延安市等也陆续出台相关政策。《延安市乡村振兴战略规划（2018-2022年）》提出构建“一主两翼”现代农业生产体系，即做强苹果产业、做优设施农业和做大现代化养殖业。良好的政策为陕北的设施农业提供了发展机遇，但其发展仍受到耕地资源短缺、利益趋势和农户种植水平不高等不利因素的影响，且还存在盲目施肥和化肥滥用的情况。结合设施农业调查发现，土壤利用强度过高和农产品投入过大是设施土壤退化的根本原因，不合理的利用方式严重影响了设施栽培的土壤健康质量和农产品质量安全。
梁家河村是陕北黄土丘陵沟壑区的典型代表，土壤贫瘠、耕地面积小，农户知识和管理水平较低，设施农业种植结构和经营方式单一，生产的产品质量不高、综合效益低，难以满足市场需求，且产业融合度低。目前，随着新农村建设试点的实施和乡村旅游业的迅速发展，对设施农业特色产品的需求旺盛。为了保持设施栽培土壤的持续生产功能和提高农产品质量安全，需要创新有限土地资源管理和引入更安全长效的种植模式，以提高水土资源利用效率和加快该区设施农业的发展。
蚯蚓粪具有良好的通气排水性，含有大量氮、磷、钾等大量元素和丰富的铁、锰、锌等微量元素，以及多种氨基酸、微生物和活性酶等营养物质，多孔结构也使其有很好的供肥力和保肥力。可作为育苗基质、土壤改良剂和生物有机肥等用于农业生产，能促进植物生长发育、提高作物产量和品质、改善土壤肥力、缓解土壤连作障碍、降低土传病虫害发病率等。
以传统土壤栽培模式为对照，通过试验研究了蚯蚓粪袋料栽培对设施大棚番茄生长、产量和品质的影响，为蚯蚓粪在陕北设施农业中推广应用提供参考和依据。
1材料及方法
1.1试验区概况
试验在黄土高原中南部的陕西省延川县文安驿镇梁家河村（110°15′E，36°45′N）进行。试验区是典型的陕北黄土丘陵沟壑区，属半湿润易旱气候区，年均气温11.5℃，年降水量500～600mm，降雨年际和季节变化大，主要集中在夏季7～9月。梁家河地区土壤肥力水平偏低，土壤贫瘠，试验前测得0～20cm表层土壤理化性质为：有机质9.1g/kg，全氮1.1g/kg，全磷1.0g/kg，全钾22.4g/kg；粘粒、粉粒、砂粒的含量为别为18.1%、57.0%、24.9%，属粉质粘壤土。试验大棚所在地地下水深约20m，测试得地下水中的钠离子含量超过250mg/L，全盐含量超过11g/L，水质为高度含盐水。
1.2 试验材料
试验所用番茄品种为“金棚秋盛”，是经过嫁接育苗技术培育的适合当地种植的品种。蚯蚓粪来自陕西某生物公司。蚯蚓粪的有机质含量为237g/kg，全氮、磷、钾含量分别为9.3、11.5、9.3g/kg。本研究中施用的钾肥是山东五神牛生物科技有限公司生产的磷酸二氢钾（KH2PO4），每袋为400g。生物有机肥来自宜川县鸿鹏农牧有限责任公司，有机质含量为400g/kg。
1.3 试验设计
试验设置2个处理，分别为施用蚯蚓粪袋料栽培模式和原棚内传统土壤栽培模式。每个处理3次重复。蚯蚓粪基质袋料栽培处理每小区种植7行，每行设置22个基质袋，每袋中装入15kg蚯蚓粪，在袋中分别挖穴移栽间距10cm幼苗两株，点水补墒定植、盖好，袋四周用土夯实，株距为35cm，行距是1.8m。传统土壤栽培处理每小区同样种植7行，每行的一侧种植22株幼苗，株距为35cm，行距是1.8m。田间水分管理均为番茄根部水肥一体化滴灌方式，根据具体的土壤干湿状况和植物需水情况进行灌溉（图1）。施肥方面，传统土壤栽培处理施用了磷肥和生物有机肥作基肥，2种肥的用量分别为572.62和257.68kg/hm2。除此之外，蚯蚓粪处理和传统土壤处理均在第一期果膨大期和第二期果膨大期时分别随滴灌追施76.35和229.05kg/hm2的钾肥。考虑到夏季高温番茄定植管理技术要求高，易发病害，且晚期上市能提高经济效益，故将番茄定植时间做了适当延后，于2019年7月28日定植。
1.4 相关指标的采集与数据分析
根据生育期每两到三周用卷尺测一次株高，用游标卡尺测量番茄植株地上部分主茎的横茎和纵茎，记录每一穗果的开花数和坐果数。在番茄果实成熟期选取两处理中长势均匀的植株，从中随机采摘成熟番茄用电子天平称量单果重，并按照单株坐果数计算产重；用游标卡尺测量番茄的果高、横径和纵径，观察并记录果实颜色和有无裂果、畸形果的情况，并从每个处理中随机挑选12个新鲜番茄样品送至西北农林科技大学检测中心进行品质检测。通过市场调查和销售情况，了解到蚯蚓粪袋料栽培的番茄售价为7元/kg，传统土壤栽培的番茄售价为4元/kg，用于计算产值（纯收入）。
2结果与分析
2.1 蚯蚓粪对番茄农艺性状的影响
2.1.1 蚯蚓粪对番茄株高、茎粗的影响
蚯蚓粪可以显著促进番茄植株株高和茎粗的增长（图2）。番茄植株定植后的前20d，2个处理的株高增长速度相接近，20d以后蚯蚓有机肥处理的株高增长速度要明显高于传统土壤处理；后4次的测量高出传统土壤处理4.1%～6.2%，增长效果明显（P<0.05），到11月24日，蚯蚓粪处理的株高相比传统土壤处理高出9.33cm。在前期传统土壤处理的茎粗大于蚯蚓粪处理，但在9月17日以后的增长幅度很小，而蚯蚓粪处理仍能保持继续增长，且与传统土壤处理形成显著差异（P<0.05）。后4次结果表明蚯蚓粪处理的茎粗比传统土壤处理分别增加了31.5%、31.8%、33.0%和29.1%。到11月24日，蚯蚓粪处理的茎粗相比传统土壤处理粗3.16mm。
2.1.2 蚯蚓粪对番茄坐果率的影响
蚯蚓粪处理的番茄坐果率均大于传统土壤处理的番茄坐果率；且2个处理的坐果率都随着番茄的生育期呈先上升后下降的趋势（图3）。在第五穗时，传统土壤处理的坐果率明显下降，相比蚯蚓粪处理的坐果率低38.0%，两处理间呈现显著差异（P<0.05）。从整个生育期来看，蚯蚓粪处理的番茄坐果率比传统种植高14.4%，且差异显著。
2.1.3 蚯蚓粪对番茄产量和生产效益的影响
蚯蚓粪袋料栽培处理的番茄相比传统土壤栽培其单果重、产量及投入成本信息见表1。由表1可以看出，蚯蚓粪处理的番茄单果重为281.71g，比传统土壤处理重7.4%，产量也高出22.0%，且形成显著性差异（P<0.05）。两者单果重和产量形成显著性差异的原因是蚯蚓有机肥含有大量植物所需的营养物质和良好的通气排水性，多孔结构也使其有很好的供肥力和保肥力，能促进植物生长发育。从表1中可以看出，蚯蚓粪处理的生产成本比传统土壤处理高，其成本的增加是因为蚯蚓有机肥的购买和运输费用较高。但蚯蚓粪袋料栽培是一次性投入的，第二、三茬除追加少量钾肥可继续无投入种植，同样能产生较高经济效益，加之蚯蚓有机肥处理种植的番茄更美观、果实品质高，在形成品牌后市场售价会有所提高，具有很好的增值潜力。
2.2 蚯蚓粪对番茄品质的影响
2.2.1 蚯蚓粪对番茄外观品质的影响
蚯蚓粪处理的番茄果型较好，为（近）圆形果，无裂果、畸形果的现象，而传统土壤处理有轻微的裂果和畸形果的现象，裂果率为6.5%，其百颗畸形果数为4～6颗（表2）。在番茄成熟期观察发现，蚯蚓粪处理的番茄果色多呈现为熟透的红色，而传统土壤处理存在相当一部分的粉色果，果皮偏透明，粉果的番茄红素低于红果，营养价值较低。
2.2.2 蚯蚓粪对番茄果实品质的影响
蚯蚓粪处理的果实营养品质要高于传统土壤处理，2个处理的脯氨酸由于含量太低未被检测出，胱氨酸的含量相同；蚯蚓粪处理的蛋氨酸含量高出了1倍，剩余的14种氨基酸含量比传统土壤处理高出5.56%～26.67%。蚯蚓粪处理的总糖含量相比传统土壤处理提高6.43%，总酸含量提高3.13%，糖酸比提高了3.20%，维生素C含量有所增加；硝酸盐含量降低了16.83%，但均明显低于中国蔬菜硝酸盐标准允许量432mg/kg，显著提高了果实的营养价值。
3讨论
蚯蚓粪因为丰富的营养物质和良好的理化特性受到关注，广泛应用于农业生产、动物饲料、吸附和除臭等方面。目前，国内外施用蚯蚓粪种植生菜、烟草和胡椒等作物的效果明显，关于蚯蚓粪对番茄农艺性状、产量和品质的影响，许多学者也做出了大量研究。
3.1 蚯蚓粪对番茄农艺性状的影响
已有众多研究表明，蚯蚓粪能促进番茄生长并实现增产。本研究表明，蚯蚓粪可以显著增加番茄植株株高和茎粗以及提高坐果率（图2和3），这与前人的研究结果一致。果实膨大期，番茄植株的生长速度加快，且蚯蚓粪处理比传统土壤处理更能持续增长；蚯蚓粪处理的第五穗坐果率也较传统土壤处理提高了43.8%。蚯蚓粪处理的单果重和产量均高于传统土壤处理，这也与前人的研究结果相符合。吴珏等研究发现，施用蚯蚓粪处理的番茄单果质量、果实横径及产量均大于对照，可提高产量4.9%～16.2%。张宁发现蚯蚓粪能提高番茄和西瓜的单果重和总产量。另有研究表明，蚯蚓粪肥通过增加开花数和果实单果重来增加作物产量。这是因为蚯蚓粪富含多种矿质元素、有机质和多种微生物，疏松多孔的性质也使其具有一定的吸附和富集能力，可作为一种缓释肥，能在较长时间持续提供养分。
3.2 蚯蚓粪对番茄品质的影响
蚯蚓粪能持续为作物提供养分，提高品质。蚯蚓粪能提高番茄植株的光合作用和根系活力，促进其对养分的吸收，进而提高番茄的品质和产量。本试验的番茄果实外形更圆，维生素C、总糖、总酸和总氨基酸含量更高，结果与前人一致。程远等认为果型越圆的樱桃番茄，其总糖、有机酸、总氨基酸含量和可溶性固形物越高，果实风味也相对好一些。本试验的结果也表明了这一点，这也为挑选良好的番茄提供了一定的理论依据。
本研究中，虽然蚯蚓粪处理的生产成本高，但番茄的产量、品质和口感都有所提高，对番茄售价具有正向促进的作用，可提高经济收入。且蚯蚓粪的肥力高，可作为基质进行长期种植，可“一次引入，多次使用”。有研究表明，施用蚯蚓粪种植芥菜的4个连续播种期中，磷元素在第一茬吸收最高，氮和钾元素在第二茬吸收最高，并可持续在4个播种期提供养分。Meena等也表明蚯蚓粪不仅能提高第一茬作物的产量，对后续种植的作物也有显著的剩余优势。
在梁家河地区是首次使用蚯蚓粪种植作物，随着政策的实施形成当地特色有机设施农业以后，能促进当地形成特色品牌和产业链，增加农户收入。同时随着人们生活水平的提高，对果实品质也提出了更高的要求，所以使用蚯蚓粪种植优质果蔬也有一定的潜在市场和增值潜力。目前，在陕北温室大棚中应用蚯蚓粪袋装基质种植番茄已获得了初步成效，可以在当地推广种植其他经济作物。
4 结论
与传统土壤栽培模式相比，蚯蚓粪袋料栽培模式可以显著促进番茄植株的生长，提高株高、茎粗和坐果率，降低裂果率和畸形果率，改善果实品质和外观品质，果实的适口性更好、风味更佳、营养价值更高；番茄产量提高了22.0%，产值提高113.4%。应用蚯蚓粪进行基质袋料栽培是提高番茄产量、改善品质和提高农户收入的有效栽培措施，值得在陕北温室大棚中进一步推广，也可以应用于当地其他经济作物栽培。
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