套作與生物炭互作提高番茄土壤酶活性和果實品質(zhì)

金巖　楊鳳軍　吳瑕　宋雅超　趙長江

摘 要：我國設(shè)施內(nèi)番茄連作現(xiàn)象普遍存在，嚴重影響國內(nèi)保護地番茄的品質(zhì)和產(chǎn)量。番茄-分蘗洋蔥套作和添加生物炭栽培能有效緩解番茄連作障礙，促進生長，提高產(chǎn)量并保持根際的土壤健康。本研究探索分蘗洋蔥套作和添加生物炭對番茄生長情況、品質(zhì)測定及根際土壤酶的影響。本試驗于2017年3～8月在大慶市大同區(qū)黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)航天育種基地3號棚室中進行，試驗地是連作3年的連作番茄地。以番茄-分蘗洋蔥套作和添加生物炭的栽培模式為研究對象，試驗共設(shè)4個處理：番茄單作不添加生物碳、番茄單作添加生物炭、分蘗洋蔥套作番茄不添加生物炭和分蘗洋蔥套作番茄添加生物炭。分別在30天、60天、90天后測定生長指標（株高、莖粗）和品質(zhì)測定（維生素C、可溶性糖、可滴定酸、可溶性蛋白）。用5點取樣法取根際土壤，測定土壤過氧化氫酶、脲酶和脫氫酶活性。結(jié)果表明：與單作相比，分蘗洋蔥套作和添加生物炭處理均顯著增加番茄株高和莖粗，促進的番茄的生長發(fā)育。番茄根際土壤過氧化氫酶、脲酶、脫氫酶活性顯著升高。添加生物炭提高果實的可溶性糖、可滴定酸、維生素C含量和糖酸比，改善了番茄的品質(zhì)。但是套作和單作相比，雖然降低了糖酸比，但增加了可滴定酸和維生素C含量?？梢?，分蘗洋蔥套作番茄及添加生物炭的栽培模式更好地促進了番茄的生長，提高了土壤過氧化氫酶、脲酶和脫氫酶活性。提高了產(chǎn)量，雖降低果實糖酸比，但提高了果實中可滴定酸和維生素C含量。

關(guān)鍵詞：套作；番茄；分蘗洋蔥；生物炭；土壤酶

番茄是我國設(shè)施內(nèi)主栽茄果類蔬菜之一，由于栽培條件和經(jīng)濟利益驅(qū)使，設(shè)施內(nèi)番茄連作現(xiàn)象普遍存在，損害番茄的產(chǎn)量與品質(zhì)，嚴重制約設(shè)施番茄的發(fā)展。例如，連作8年后番茄根系活力和果實品質(zhì)顯著下降。調(diào)查結(jié)果顯示，生產(chǎn)中通過施用有機肥與土壤高溫殺菌等農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)措施來改善連作障礙問題。但是，殺菌劑不但會使病原物的抗藥性顯著增強，還會嚴重污染周邊的環(huán)境。間套作能有效減少農(nóng)藥量與番茄病害，促進植株的生長和產(chǎn)量的提高。

合理間套作能顯著提高復(fù)種指數(shù)、減少施肥量、預(yù)防土壤流失等優(yōu)勢。挑選有益的作物進行合理的間套作，能改善土壤酶和土壤理化性狀。能促進作物生長和產(chǎn)量提高，優(yōu)化生產(chǎn)資源。生產(chǎn)上由于蔥蒜類蔬菜的根系分泌物有較強的抑制作用，常被用于間作套種。常年研究表明，分蘗洋蔥套作番茄栽培模式改善番茄根際生態(tài)環(huán)境與番茄連作土壤，土壤微生物多樣性顯著增加。

生物質(zhì)在缺氧狀態(tài)下熱裂解形成固體物質(zhì)叫生物炭。在土壤理化改良、土壤微生態(tài)調(diào)控、提高農(nóng)作物產(chǎn)量等方面受到極大關(guān)注。生物炭提高了土壤養(yǎng)分和含水量，改善土壤微生物的生存環(huán)境，為土壤微生物提供良好的棲息環(huán)境，減少生存競爭，同時還能保護土壤有益微生物。生物炭添加土壤中可以增加土壤有機碳的含量，提高土壤有效性營養(yǎng)元素的含量，從而促進植物生長。同時還可以改變土壤的物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)，因此，應(yīng)用生物炭改良土壤受到越來越多的研究者的關(guān)注，具有農(nóng)業(yè)應(yīng)用價值和環(huán)境效益。

因此，本試驗通過對番茄套作分蘗洋蔥和添加生物炭生長情況測定，同時對根際土壤酶進行測定，旨在番茄套作分蘗洋蔥和添加生物炭栽培雙因子互作效應(yīng)的雙層促進作用。能更加有效提高土壤酶活性，進而帶動植株生長，產(chǎn)量的提高。為番茄套作分蘗洋蔥和添加生物炭模式的應(yīng)用及其相關(guān)研究提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試番茄品種為光輝101，供試分蘗洋蔥采購于大慶農(nóng)貿(mào)市場，供試生物炭由安徽祥正生物炭有限公司提供。供試土壤基本化學(xué)性狀為：pH值6.84（土水比為1︰5），EC值為1.5毫西·厘米-1 （土水比為1︰5），有機質(zhì)18.20克·千克-1，堿解氮91.00毫克·千克-1，速效磷103.43毫克·千克-1，速效鉀123.30 毫克·千克-1。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2017年3～8月在大同黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)航天育種基地3號棚室中進行，試驗地是連作3年的連作番茄地。1月28日溫室內(nèi)常規(guī)播種育苗，番茄7葉1心（3月19日）定植。試驗采用雙因素隨機區(qū)組設(shè)計，共設(shè)4個處理，分別為番茄單作不添加生物碳（CK），番茄單作添加生物炭每公頃5噸（T1），分蘗洋蔥套作番茄不添加生物炭（T2），分蘗洋蔥套作番茄添加生物炭每公頃5噸（T3）。生物炭按照實驗用量以旋耕的方式混合均勻。每處理3次重復(fù)，每重復(fù)一個小區(qū)，小區(qū)面積為4.6米×7.7米，覆蓋黑色地膜，膜下滴灌。

1.3 測定方法

番茄生長指標測定：分別在番茄定植后30天，60天和90天分別取樣，用米尺測量株高，用游標卡尺在莖基部1厘米處測量莖粗。番茄留5穗果摘心，以番茄單作為對照，每重復(fù)選5株，待果實成熟后測量單果重量，單株累計測產(chǎn)取平均值。

土壤酶活性測定：分別在番茄定植后30天，60天和90天分別取樣，每重復(fù)選5株番茄根際取土混合。將土樣存于4℃冰箱用于土壤酶活性的分析。過氧化氫酶采用高錳酸鉀滴定法；脲酶采用苯酚-次氯酸鈉比色法測定；脫氫酶采用TTC比色法測定。

番茄品質(zhì)測定：可溶性糖采用蒽酮比色法測定；可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍法進行測定；可滴定酸含量采用酸堿滴定法進行測定；維生素C含量采用2，6-二氯酚靛酚鈉法進行測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理及分析

原始數(shù)據(jù)的整理采用Microsoft Excel （Office 2003）軟件，數(shù)據(jù)處理采用SAS 9.1.3軟件，方差分析使用ANOVA過程（Duncan′s 新復(fù)極差法）。

2 結(jié)果與分析

2.1 分蘗洋蔥套作和添加生物炭對番茄生長影響

由圖1可知，定植30天時，添加生物炭番茄的株高均顯著高于相應(yīng)對照（T3>T2，T1>CK，）。定植60天時，番茄株高T3與CK之間差異不顯著，T3處理顯著高于T1和T2。定植90天時，分蘗洋蔥套作并添加生物炭（T3）株高顯著高于其他處理。由圖2可知，定植30天時，各處理的番茄莖粗均顯著低于對照（CK）。定植60天時，各處理之間差異不顯著。定植90天時，T3、T2與CK之間存在差異顯著性。T2處理莖粗小于CK處理，而T3處理的莖粗大于CK處理。T3處理的莖粗顯著高于CK。綜合三個時期的結(jié)果表現(xiàn)來看，T1、T2和T3處理可以增加植株的莖粗。T3處理促進效果顯著。由圖3可知，產(chǎn)量與CK處理對比，T1、T2和T3處理增加了番茄的產(chǎn)量，特別是T3處理對比CK處理產(chǎn)量顯著增加了16%。

綜上，分蘗洋蔥套作番茄添加生物炭中株高、莖粗、產(chǎn)量均明顯高于番茄單作。T1、T2和T3處理對番茄的株高、莖粗和產(chǎn)量的生長均有促進作用，T3處理促進效果最為明顯，優(yōu)于其他處理。各處理之間促進效果為T3>T1>T2>CK。

2.2 分蘗洋蔥套作和添加生物炭對土壤酶活性的影響

由圖4可知，隨著定植時間延長過氧化氫酶活性總體呈現(xiàn)上升趨勢，綜合三個時期結(jié)果來看，T3處理與CK、T1、T2處理之間存在顯著差異性。T3處理分蘗洋蔥套作和生物炭添加顯著提高了番茄根基土壤中過氧化氫酶活性。由圖5可知，隨著定植時間延長脲酶活性總體呈現(xiàn)上升趨勢。定植30天時，T3處理顯著高于CK和其他處理。定植60天時，T2和T3處理顯著高于CK和T1，定植90天時，T3顯著高于CK和其他兩個處理。綜上，T3處理分蘗洋蔥套作和生物炭添加顯著提高了番茄根基土壤中脲酶活性。由圖6可知，隨著定植時間延長T2、T3脫氫酶活性總體呈現(xiàn)上升趨勢，CK、T1脫氫酶活性總體呈現(xiàn)下降趨勢。定植30天時，T2處理顯著高于CK和其他處理。定植60天時，T3處理顯著高于CK和其他處理。定植90天時，T3、T2處理顯著高于CK和T1處理。綜上，T3處理分蘗洋蔥套作和生物炭添加顯著提高了番茄根基土壤中脫氫酶活性。

綜上，分蘗洋蔥套作番茄添加生物炭中過氧化氫酶、脲酶、脫氫酶的活性均顯著高于番茄單作。T3處理顯著優(yōu)于其他處理。

2.3 分蘗洋蔥套作和添加生物炭對番茄品質(zhì)的影響

由表1可知，可溶性糖結(jié)果顯示，生物炭添加顯著提高番茄果實中糖含量（T1>CK，T3>T2），套作對番茄果實糖含量影響不顯著?？扇苄缘鞍诇y定結(jié)果顯示，不同處理蛋白含量與CK比差異不顯著。維生素C含量測定結(jié)果顯示，伴生后顯著增加番茄果實中維生素C含量（T2>CK，T3>T1），生物炭添加番茄果實維生素C含量有所增加但差異不顯著?？傻味ㄋ岷拷Y(jié)果顯示，添加生物炭提高果實中滴定酸含量，添加生物炭并伴生分蘗洋蔥顯著提高了果實中可滴定酸含量。套作顯著降低了番茄果實中的糖酸比（T2

3 討論

一種活體植物（供體）通過并產(chǎn)生了揮發(fā)、分泌、分解和淋溶等方式向周邊的環(huán)境釋放某種化學(xué)物質(zhì)，進而影響周圍其他植物（受體）發(fā)育和生長的化學(xué)生態(tài)學(xué)現(xiàn)象叫作植物化感作用。同時，在同一個生態(tài)系統(tǒng)當中，植物之間的正負效應(yīng)是同時存在的。也有些研究表明只表現(xiàn)位正效應(yīng)。例如，12個品系分蘗洋蔥根系分泌物對黃瓜種子發(fā)芽和幼苗的苗高、根長、苗鮮質(zhì)量均有促進作用。本研究表明，與番茄單作相比，套作分蘗洋蔥和添加生物炭栽培對顯著提高了番茄的株高、莖粗和產(chǎn)量。

眾所周知，套作既能增加植物根系數(shù)量，又能增加土壤微生物，這對土壤酶活性提高至關(guān)重要。對玉米錢辣椒和玉米蒜苗套作系統(tǒng)的研究發(fā)現(xiàn)，套作可以提高土壤酶活性；在套作糯玉米對連作菜田的土壤特性研究中發(fā)現(xiàn)，套作可以提高土壤酶活性。套作模式可以增強土壤過氧化氫酶活性，為植物生長提供有利根際環(huán)境。研究表明，生物炭添加提高土壤脫氫酶和過氧化氫酶等活性。這可能與土壤微生物活性的增大有關(guān)。研究表明，生物炭添加能提高土壤中微生物數(shù)量，改變土壤原有微生物數(shù)量和種類。生物炭含有多種礦物質(zhì)元素和營養(yǎng)，可以提高土壤肥力，為番茄生長提供所需的各種營養(yǎng)元素；調(diào)節(jié)土壤的酸堿度和水、肥、氣、熱狀況?？梢愿纳莆⑸锷姝h(huán)境，為重要微生物的生長和繁殖提供有益條件。生物炭還會改良土壤、保水和通氣的提高土溫，加劇土壤顏色深化。有利與土壤微生物代謝。套作模式可以增強土壤過氧化氫酶活性，為植物生長提供有利根際環(huán)境。脲酶活性與土壤氮素狀況和理化性質(zhì)有關(guān)，其活性提高有利于土壤有機氮轉(zhuǎn)化為有效氮，從而提高土壤氮素供給水平。生物炭可以提高土壤酶活性，提高土壤中全碳含量，促進微生物對土壤有機氮利用與固定，進而提高土壤脲酶活性。這與套作模式異曲同工。本研究發(fā)現(xiàn)，無論是否添加生物炭，和單作比較，番茄套作分蘗洋蔥和添加生物炭處理均可以顯著提高土壤過氧化氫酶、脲酶、脫氫酶的活性（T3>T1，T2>CK）。

研究表明，間套作可顯著提高蔬菜生長，增加產(chǎn)量、改善蔬菜果實品質(zhì)，提高經(jīng)濟效益。本研究表明，在套作條件下，添加生物炭提高果實的可溶性糖、可滴定酸、維生素C含量和糖酸比，改善了番茄的品質(zhì)（T3>T2）。說明生物炭添加對提高番茄品質(zhì)改善顯著。本研究還發(fā)現(xiàn)，在添加生物炭條件下，套作雖然降低了糖酸比，但增加了番茄果實中可滴定酸和維生素C含量（T3>T2）。這與前人研究，套作提高番茄果實糖酸比的結(jié)論不一致，可能與生物炭添加有直接關(guān)系，需要進一步驗證。前人研究結(jié)果顯示，分蘗洋蔥伴生改變番茄對養(yǎng)分的吸收量及比例，這可能為套作番茄果實品質(zhì)的改善提供物質(zhì)基礎(chǔ)。相關(guān)性分析的結(jié)果顯示，可滴定酸與莖粗、產(chǎn)量呈顯著性正相關(guān)。這說明地上干物質(zhì)的積累為果實品質(zhì)改善奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。

綜上所述，番茄套作分蘗洋蔥和生物炭添加模式可以顯著提高番茄株高、莖粗、產(chǎn)量和土壤酶活性。尤其是產(chǎn)量相對于番茄單作提高了16%。番茄品質(zhì)方面，對可溶性糖、可滴定酸、維生素C有一定的影響。不添加生物炭套作后顯著提高果實中糖含量，添加生物炭后套作提高果實的可溶性糖、可滴定酸、維生素C含量和糖酸比，改善了番茄的品質(zhì)。但是套作和單作比，雖然降低了糖酸比，但增加了可滴定酸和維生素C含量。這些結(jié)果為番茄套作分蘗洋蔥和生物炭添加技術(shù)的應(yīng)用提供了依據(jù)。

基金項目：中央引導(dǎo)地方科技發(fā)展專項項目（ZY16A06）；大慶市指導(dǎo)性科技計劃項目（zd-2016-099）；黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)校內(nèi)培育課題資助計劃項目（XZR2017-01）。

作者簡介：金巖（1991-），男，碩士，從事設(shè)施園藝及蔬菜生理生態(tài)研究。E-mail：1551808358@qq.com

通訊作者：楊鳳軍（1972-），男，博士，副教授，從事設(shè)施蔬菜栽培生理生態(tài)研究。E-mail：275072601@qq.com