曹雪娜， 孟 軍， 楊鐵鑫， 高 尚， 陳溫福

(沈陽農(nóng)業(yè)大學，遼寧沈陽 110161)

隨著農(nóng)業(yè)快速發(fā)展和人民生活水平日益提高，高品質(zhì)果蔬市場需求量不斷擴大。設施栽培作為一種能夠終年種植作物的栽培形式，使作物能避開不利自然條件，形成果蔬反季生長，可大幅度提高果蔬產(chǎn)量、豐富果蔬種類[1]。然而，設施栽培中出現(xiàn)施肥過量、不均，復種指數(shù)過高等現(xiàn)象，造成設施土壤有機質(zhì)含量下降，土壤酸化、板結、鹽漬化加劇，土傳病害加重等不良后果[2]，使果蔬產(chǎn)量下降，品質(zhì)變劣[3]。

櫻桃番茄(LycopersiconesculentumMill )色澤艷麗、味道酸甜可口，而且含有維生素C、番茄紅素等多種人體所需的營養(yǎng)物質(zhì)，深受消費者喜愛[4]。土壤鹽漬化嚴重限制番茄生長發(fā)育，使番茄產(chǎn)量下降，品質(zhì)變劣，并引發(fā)臍腐病等生理病害[5]。土壤酸化使番茄果實可溶性糖含量降低，耐貯性變差[6]，給櫻桃番茄栽培者造成了巨大的損失。

生物炭(biochar)是農(nóng)林廢棄物等生物質(zhì)在相對低溫(<700 ℃)和缺氧條件下熱裂解形成的穩(wěn)定的富碳產(chǎn)物[7]。生物炭因其獨特的理化性質(zhì)和結構特征，施入到土壤后具有調(diào)節(jié)土壤pH值[8]、降低土壤容重[9]、提高土壤團聚性[10]、平衡土壤養(yǎng)分[11]等作用。近年來，關于生物炭對果蔬品質(zhì)、產(chǎn)量的研究越來越多。有研究表明，施用生物炭能提高黃瓜產(chǎn)量，增加其果實可溶性糖含量，降低硝酸鹽積累[12]。馬嘉偉等認為，竹炭能夠提高白菜產(chǎn)量1.01倍，維生素C含量1.67倍[13]。有研究認為，施用生物炭能提高大白菜幼苗株高、莖粗、葉綠素含量、植株鮮質(zhì)量、植株干質(zhì)量及壯苗指數(shù)等。喬志剛等認為，施用生物炭能提高提高維生素C含量69.5%、可溶性蛋白質(zhì)含量64.7%[14]。鑒于此，本研究以櫻桃番茄為試驗材料，選用玉米秸稈生物炭，在日光溫室中進行試驗，探討生物炭對不同生育時期櫻桃番茄果實品質(zhì)和產(chǎn)量的影響，以期為生物炭在設施栽培中的合理應用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

本試驗于2015年在沈陽農(nóng)業(yè)大學(123.4′E，41.8′N)日光溫室中進行。供試櫻桃番茄為“蜜棗”，由沈陽益農(nóng)種苗有限公司生產(chǎn)。供試土壤為棕壤，土壤基本理化性質(zhì)為：全氮0.12%，全磷0.29 g/kg，全鉀40.57 g/kg，pH值7.5，有機質(zhì)16.39 g/kg。選用玉米秸稈生物炭，由金和福農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司生產(chǎn)提供，其基本理化性質(zhì)為全氮為：0.79%，全磷 0.22 g/kg，全鉀為44.10 g/kg，pH值8.4。

1.2 試驗方案

試驗采用隨機區(qū)組設計，設置3個處理，每個處理3次重復。分別為對照(CK)：不施生物炭；低量生物炭(T1)：30 t/hm2；高量生物炭(T2)：90 t/hm2。小區(qū)面積10.8 m2，每區(qū)種植33株櫻桃番茄，行距60 cm，株距50 cm。將櫻桃番茄種子催芽播種后育苗，至幼苗3葉1心時，取長勢基本一致幼苗進行定植，定植時間為2015年6月4日，采用單干整枝的方法，栽培管理同常規(guī)方法，2015年9月10日試驗結束。

1.2 測定項目與方法

1.2.1 樣品采集 在果實發(fā)育的5個不同時期取樣，分別為：綠熟期(全果深綠)；破色期(果實顯紅色<10%)；轉(zhuǎn)色期(果實顯紅色10%～60%)；粉紅期(果實顯紅色>60%～90%)；紅熟期(果實顯深紅色，果肉略發(fā)軟[15])。在每個小區(qū)隨機選取9個成熟度一致的果實帶回實驗室進行相關指標的測定。

1.2.2 果實形態(tài)的測定 測量果實的橫徑、縱徑，并計算果形指數(shù)(果實縱徑/橫徑)；測定單果質(zhì)量。

1.2.3 營養(yǎng)品質(zhì)的測定 采用鉬藍比色法測定維生素C含量；采用蒽酮比色法測定可溶性糖含量；采用考馬斯亮藍G-250法[16]測定可溶性蛋白含量；采用液相色譜法[17]測定檸檬酸和蘋果酸含量。

1.2.4 產(chǎn)量的測定 單株產(chǎn)量理論值：單株產(chǎn)量=單果質(zhì)量×果實個數(shù)。

單株產(chǎn)量實測值：各處理果實成熟后，另選取9株具有代表性的植株單獨收獲，測定其單株產(chǎn)量。

折合667 m2產(chǎn)量：667 m2產(chǎn)量=平均單株產(chǎn)量×(667/單株面積)。

1.2.5 土壤的測定 全氮、有機碳采用元素分析儀(vario MACRO cube，德國)測定，堿解氮測定采用堿解擴散法，全磷測定采用鉬銻抗比色法，全鉀測定采用火焰光度法。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

使用SPSS 19.0軟件分析數(shù)據(jù)，Duncan’s方法進行差異顯著性分析。利用Excel 2003軟件進行數(shù)據(jù)整理分析并繪制圖表。

WUDAPT 項目：城市形式與功能信息的眾包解決方案及其應用 黃 媛 劉靜怡 Jason Ching2018/04 26

2 結果與分析

2.1 施入生物炭對土壤理化性質(zhì)的影響

由表1可見，施用生物炭可使土壤pH值、有機碳、全氮、堿解氮均有不同程度的提高，且隨著施炭量的增加，提高效果越明顯。與CK相比，T2可顯著提高pH值0.27、有機碳89.2%、全氮26.3%、堿解氮15.6%；T1也可提高pH值0.01，有機碳7.4%，全氮5.3%，堿解氮5.5%，但未達到顯著性差異水平。

表1 不同施炭量對櫻桃番茄土壤理化性質(zhì)的影響

2.2 施入生物炭對果實外觀形態(tài)品質(zhì)的影響

由表2可知，隨著果實的生長發(fā)育，櫻桃番茄果實的橫徑、縱徑迅速增長，而后緩慢增加至粉紅期后略有下降。且果實在每個生育時期果形指數(shù)均>1，為長圓形。施用生物炭對果實外觀形態(tài)品質(zhì)沒有顯著影響，T2橫、縱徑增長率高于T1、CK(除粉紅期外)。

表2 不同施炭量對櫻桃番茄果實外觀形態(tài)品質(zhì)的影響

注：同一成熟度同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。下表同。

2.3 施入生物炭對果實營養(yǎng)品質(zhì)的影響

2.3.1 施入生物炭對果實中維生素C含量的影響 由圖1可知，隨著果實的生長發(fā)育，維生素C含量大體呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢。施用生物炭能夠顯著地提高櫻桃番茄果實中維生素C的含量。其中T2效果最為顯著，在破色期至紅熟期，與CK相比，維生素C含量顯著提高17.6%～67.6%；T1對維生素C含量的影響也十分顯著，破色期至粉紅期，T1維生素C含量比CK顯著提高20.1%～35.1%。

2.3.2 施入生物炭對果實中可溶性糖和有機酸含量的影響 由表3可知，櫻桃番茄果實中可溶糖含量呈先升高后降低的單峰曲線變化趨勢。施用生物炭使可溶性糖含量峰值推遲一個生育時期出現(xiàn)，并提高1.1%～18.2%。CK可溶糖含量峰值出現(xiàn)在轉(zhuǎn)色期，達20.11 mg/g，而T1、T2可溶性糖含量峰值出現(xiàn)在粉紅期，分別為20.33 mg/g和23.77 mg/g，此時施炭處理可溶性糖含量顯著高于對照，且T1、T2分別比CK高34.2%、56.9%。在果實生長發(fā)育過程中，施用生物炭對有機酸(檸檬酸和蘋果酸)含量影響并不顯著。在轉(zhuǎn)色期，CK的糖酸比顯著高于T1、T2，分別高30.1%和65.3%；在粉紅期，T1、T2的糖酸比顯著高于CK，分別高34.3%、52.2%。

表3 不同施炭量對櫻桃番茄可溶性糖及有機酸含量的影響

2.4 施入生物炭對產(chǎn)量及其構成因素的影響

由表4可見，隨著施炭量的增加，櫻桃番茄產(chǎn)量逐漸下降。與對照相比，由于T1顯著增加了果實個數(shù)，對單果質(zhì)量影響不顯著，導致其單株產(chǎn)量理論值提高25%，單株產(chǎn)量實測值提高21.6%，折合667 m2產(chǎn)量提高了22.0%。T2單果質(zhì)量、單株果實個數(shù)、單株產(chǎn)量理論及實測值、折合667 m2產(chǎn)量均沒有顯著影響。

表4 不同施炭量對櫻桃番茄產(chǎn)量構成因素的影響

3 討論

在本研究中，櫻桃番茄果實中維生素C含量大體上呈先下降后上升的變化趨勢，與張秀梅[18]、蒼晶等[19]、程志強等[20]試驗結果相符。施炭處理維生素C含量在破色期后顯著高于對照，且維生素C含量隨施炭量增加而增加。閔炬等認為，施氮量增加，番茄中維生素C含量隨之增加[21]；秦松等認為，銨態(tài)氮比例增加，茄果類蔬菜中維生素C含量隨之增加[22]。本研究結果表明，隨著生物炭施用量的增加，土壤中堿解氮含量不斷增加，果實維生素C含量也相應提高。土壤中堿解氮的含量增加可能由于生物炭施入土壤后形成較大的團聚體，更容易吸附土壤中的銨態(tài)氮[23-24]，有利于植物對其吸收利用，進而使櫻桃番茄果實中維生素C含量提高。

可溶性糖和有機酸含量是評價果實品質(zhì)優(yōu)劣的重要指標，且糖酸比越高，果實品質(zhì)越好[25]。本試驗結果表明，在果實的生長發(fā)育過程中，施用生物炭對櫻桃番茄果實有機酸的影響不顯著，而對可溶性糖含量的消長具有一定的影響。施用生物炭提高了土壤中全氮和堿解氮含量，從而使施炭處理櫻桃番茄果實可溶性糖含量峰值比對照推遲，徐新娟等認為，全銨態(tài)氮處理下番茄果實的可溶性糖含量顯著高于全硝態(tài)氮處理，說明氮素會顯著影響果實的糖代謝[26]。本試驗條件下施用生物炭可延長可溶性糖的積累，并在一定程度上可以延長果實收獲期，可能的原因是由于生物炭具有疏松多孔結構，使其具備了類似“海綿”一樣的作用[27]，對NH4+具有吸附固持作用[28]，延緩櫻桃番茄對其吸收利用。

可溶性蛋白質(zhì)是作物體內(nèi)氮素存在的主要形式，它為作物能夠順利進行物質(zhì)的合成及代謝、信號轉(zhuǎn)導、基因表達等生理過程提供重要的物質(zhì)基礎[29]，其含量的多少與果實的代謝及抗逆性具有密切的關系。本試驗結果表明，施炭處理與對照相比，櫻桃番茄果實中可溶性蛋白質(zhì)含量影響不大。在破色期和紅熟期時，T2中可溶性蛋白質(zhì)含量均明顯高于CK、T1，說明此時櫻桃番茄果實中的細胞保水能力更好，抗逆性更強。其原因可能是生物炭中的灰分釋放一些物質(zhì)(包括酚類、醇類、脂類、氨基酸類、羧酸類等化合物)[30]，在一定程度上干預某些蛋白質(zhì)的合成、代謝及基因表達[31]，從而改變櫻桃番茄中可溶性蛋白質(zhì)的含量。

本研究結果表明，適量(T1)施入生物炭可以提高櫻桃番茄產(chǎn)量。施用生物炭可以改善土壤的理化性質(zhì)，提高土壤的有機碳、全氮、堿解氮含量，為櫻桃番茄生長提供良好土壤環(huán)境，從而增加對氮素的吸收利用，使其產(chǎn)量提高7.5%～21.6%。勾芒芒等認為，生物炭對番茄根系特征優(yōu)化和產(chǎn)量提高具有促進作用[32]。本試驗中，土壤中全氮、有機碳含量隨著生物炭施用量的增加而增加，但櫻桃番茄的產(chǎn)量并未提高。肖輝等認為，生物黑炭對蔬菜產(chǎn)量影響不大或具有提高的作用，但隨著施炭量的增加產(chǎn)量有下降趨勢。這個可能的原因是生物炭對土壤氮素具有礦化作用或者對土壤有機質(zhì)有礦化作用[33]，導致植物并不能吸收利用土壤中的養(yǎng)分。

4 結論

(1)在本試驗條件下，施用生物炭能改善櫻桃番茄果實營養(yǎng)品質(zhì)且高炭量(90 t/hm2)效果更佳。(2)施用生物炭對櫻桃番茄果實外觀形態(tài)品質(zhì)影響不顯著。(3)施用生物炭能提高櫻桃番茄產(chǎn)量7.5%～21.6%，隨著施炭量的增加產(chǎn)量有下降趨勢，且低炭量(30 t/hm2)增產(chǎn)效果顯著。

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