番茄作为重要的经济作物之一，连作障碍问题突出。长期连作导致土壤理化性质退化、养分失衡及化感物质（如酚酸类化合物）积累，影响番茄根系发育和养分吸收，进而降低产量与品质[1]。化肥虽可短期缓解养分不足，但可能加剧土壤酸化、盐渍化及微生物群落失调。生物炭和有机肥因其独特的理化性质与生态功能备受关注。生物炭通过多孔结构和表面官能团吸附土壤毒素、调节微生物群落，并改善土壤保水保肥能力[2]；有机肥则通过补充腐殖质、有益微生物及缓释养分，增强土壤肥力和作物抗逆性。目前，关于生物炭和有机肥的改土研究多聚焦单一材料的短期效应。例如，李夏等[3]研究发现，与常规施肥相比，稻壳生物炭（20 t/hm2）可提高连作番茄根际土壤pH，并降低果实酚酸含量15%～25%。黄馨怡等[4]研究表明，适量施用生物炭可有效缓解连作障碍，有利于土壤健康发展。原寒等[5]研究表明，牛粪有机肥对0～20 cm土层土壤养分具有较好的改善效果，大豆有机肥因其氮含量较高，有利于植物氮积累。刘世亮等[6]研究指出，畜禽粪便有机肥施用量增加，可显著增加小麦土壤中的碱解氮、速效钾和速效磷、有机质和活性有机质的质量分数。然而，关于生物炭和有机肥的协同作用及二者对土壤生态的改良作用研究相对较少。基于此，本研究系统探究生物炭与有机肥配施对连作番茄土壤养分循环及产量的影响，重点揭示二者的协同增效机制，为生物炭和有机肥在农业领域的应用提供参考。
1 材料与方法
1.1 试验地基本情况
试验于2023年3月5日在云南省昆明市晋宁区西下营村进行（24°34′44′′—24°34′50′′ N，102°40′30′′—102°40′34′′ E），海拔1 966.00 m，该地连作番茄５年。试验地气候属温带气候，年平均气温14.60 ℃，年降水量872.60 mm，适宜种植玉米、蔬菜等农作物。试验地土壤特性：pH 5.79，有机质含量6.66 g/kg，速效氮含量49.00 mg/kg，速效磷含量66.71 mg/kg，速效钾含量562.27 mg/kg。
1.2 试验材料
供试番茄品种为天玉3号。供试生物有机肥和复合微生物有机肥理化性质见表1。
表1 不同生物肥料的理化性质 |
| 肥料名称 | pH | 有机质/% | 总氮（N）/% | 总磷（P2O5）/% | 总钾（K2O）/% | 水分/% |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 新型生物炭土壤改良剂 | 9.09 | 27.60 | 0.65 | 0.23 | 1.10 | 28.15 |
| 含畜禽粪便（鸭粪）生物有机肥 | 6.68 | 36.04 | 1.07 | 0.59 | 2.38 | 38.58 |
| 含畜禽粪便（鸭粪）复合微生物肥 | 8.12 | 31.72 | 2.67 | 2.09 | 5.11 | 33.30 |
1.3 试验设计
试验共设置３个处理：T1，含畜禽粪便（鸭粪）生物有机肥1 t/667 m2+含畜禽粪便（鸭粪）复合微生物肥0.5 t/667 m2；T2，新型生物炭土壤改良剂0.5 t/667 m2+含畜禽粪便（鸭粪）复合微生物肥0.5 t/667 m2，以上处理均添加了微生物菌剂（12 L/667 m2）；对照（CK），商品有机肥1 t/667 m2+化肥（N∶P∶K为17∶17∶17）100 kg/667 m2，不添加微生物菌剂。试验采用完全随机设计，重复4次，小区面积为56.67 m2，株距为0.25 m，行距为1 m，每个小区种植227株。
1.4 田间施肥方法
试验于2023年2月19日先均匀撒石灰（120 kg/667 m2），再按试验设计剂量撒施畜禽粪便（鸭粪）生物有机肥、新型生物炭土壤改良剂和商品有机肥，旋耕拌土（深度20～30 cm），闷棚15 d。于2023年2月27日在试验地实施开沟作业，沟宽25～30 cm，沟深15～20 cm，按试验设计剂量沟施含畜禽粪便（鸭粪）复合微生物肥和化肥。试验地所用有机肥和微生物肥的氮（N）、磷（P2O5）、钾（K2O）含量分别为16.80、8.85和16.80 kg。其他管理措施与对照一致。
1.5 试验指标及方法
1.5.1 样品采集
土样采集，番茄成熟后，按照五点取样法[7]采集各处理中4个小区的根际土壤样品。果样采集，在番茄盛果期（2023年5月25日）采集5株不同番茄植株第2穗果中大小均匀、成熟度一致的果实，每株采集2果，烘干后进行品质测定。
1.5.2 品质测定
1.5.3 产量测定
采用分次采收，称量质量，累加计产，换算成单位面积产量。
1.5.4 土壤测定方法
1.6 数据处理及分析
采用SPSS 26.0软件的Duncan氏新复极差法对产量进行统计分析，使用OriginPro 2021软件进行绘图。
2 结果与分析
2.1 对连作番茄品质及产量的影响
如表2所示，T1和T2的番茄维生素C含量分别为7.84、6.97 mg/kg，可溶性糖含量分别为0.55、0.56 mg/kg，均较CK有所提高，但差异无统计学意义（P>0.05）；与CK相比，T2的番茄B、Zn含量分别明显提高14.24%、25.28%（P<0.05），而T1的番茄B、Zn含量分别明显降低82.11%、64.47%（P<0.05），且T2的番茄B、Zn含量较T1明显提高538.53%、252.60%（P<0.05）；T1的番茄产量较CK提高35.72%，但差异无统计学意义（P>0.05），T2的番茄产量较T1和CK明显提高63.39%、121.75%（P<0.05）。
表2 不同生物肥料改土措施对番茄品质及产量的影响 |
| 处理 | 维生素C/（mg/kg） | 可溶性糖/（mg/kg） | B/（mg/kg） | Zn/（mg/kg） | 产量/（kg/667 m2） |
|---|---|---|---|---|---|
| T1 | 7.84±0.96 a | 0.55±0.07 a | 4.36±0.68 c | 8.84±0.79 c | 4 027.34±570.09 b |
| T2 | 6.97±0.49 a | 0.56±0.02 a | 27.84±0.72 a | 31.17±1.32 a | 6 580.11±439.54 a |
| CK | 6.90±0.77 a | 0.50±0.03 a | 24.37±0.56 b | 24.88±1.17 b | 2 967.35±522.57 b |
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2.2 对连作番茄土壤养分的影响
如表3所示，与CK相比，T1的根际土壤碱解氮含量明显提高52.00%，T2明显降低68.00%（P<0.05）。T1、T2的根际土壤有效磷含量较CK分别明显提高18.39%、131.97%（P<0.05）；T1、T2有效钾含量较CK分别明显提高20.52%、84.80%（P<0.05）。
表3 不同生物肥料改土措施对连作番茄土壤养分的影响 单位：（mg/kg） |
| 处理 | 碱解氮 | 有效磷 | 有效钾 |
|---|---|---|---|
| T1 | 175.56±16.66 a | 18.48±0.90 b | 100.68±2.42 b |
| T2 | 36.96±9.24 c | 36.21±1.98 a | 154.38±3.66 a |
| CK | 115.50±12.22 b | 15.61±2.19 c | 83.54±1.27 c |
3 结论与讨论
生物炭可能通过提高土壤有机质含量、改善土壤结构、增加土壤保水保肥能力等多种途径提升番茄的生长条件，从而实现产量的显著提升[13]。可溶性糖、维生素C含量是反映番茄果实营养品质及果实风味的重要指标，直接影响其商品价值[14]。本研究表明，与CK相比，T1的番茄维生素C、可溶性糖含量虽有提高，但无明显差异，这与曹雪娜等[15]的研究结果相似，这说明鸭粪可能含有丰富的氮、磷、钾及微量元素，其腐熟后释放的有机质可改善土壤团粒结构，增强土壤保水保肥能力，促进番茄根系发育和养分吸收，从而提高其果实品质[16]。本研究结果还表明，T1降低了番茄果实中的B、Zn的含量，T2明显提高了番茄果实中的B、Zn含量，可能由于鸭粪中的微生物种群和活性未达到最佳状态，影响了营养元素的转化和供应；生物炭改良剂结合鸭粪复合微生物肥，促进了植物对养分的主动吸收，丰富了土壤中的微生物种群，提高了土壤的生物活性。通过微生物的分解作用，这些营养元素可以转化为植物易于吸收的形式，从而提高番茄对B、Zn的吸收效率。
作物根际土壤的N、P、K元素与作物的生长发育、生理代谢和产量形成密切相关。石宁等[17]研究表明，施用鸭粪有机肥和鸭粪复合微生物肥为土壤提供了丰富的氮源，肥料中的有机物质在微生物的作用下分解，释放出氮元素，提高了土壤碱解氮的含量，本研究结果与之相似。胡凯杰等[18]研究发现，生物炭能提高土壤中氮元素含量。本研究结果与其相反，可能由于生物炭改土与鸭粪有机肥为土壤微生物提供了丰富的食物来源，促进了微生物的生长和繁殖，进而可能消耗土壤中的氮元素，导致碱解氮含量降低[19]。关于生物有机肥对根际土壤有效磷、钾含量影响的研究多揭示其具有提高作用，如介晓磊等[20]、魏晓兰[21]研究表明，施用生物有机肥提高了根际土壤有效磷、钾的含量；刘赛男[22]研究表明，施用生物炭提高了根际土壤有效磷、钾的含量。本研究结果与此基本一致，可能由于生物炭和鸭粪肥施入土壤后，番茄根系会分泌有机酸、糖类、氨基酸等物质，这些分泌物促进有机肥的分解，释放养分（N、P、K），或者溶解难溶性P、K元素，进而提高了根际土壤的有效磷和有效钾含量[23]。
综上，施用不同原料制备的生物有机肥改土，均可以提高番茄的产量和品质，但相比于含畜禽粪便（鸭粪）生物有机肥+鸭粪复合微生物肥的方式，施用生物炭+含畜禽粪便（鸭粪）复合微生物肥的促进效果更好，更有利于农业可持续发展。