生物炭用量對拱棚番茄產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

葉曉龍，馮 棣，2，張金磊，王志和，祝海燕，張敬敏，2

（1.濰坊科技學(xué)院賈思勰農(nóng)學(xué)院 山東 壽光 262700； 2.山東省高校設(shè)施園藝重點試驗室 山東 壽光 262700）

設(shè)施栽培技術(shù)自引入以來，在我國政策鼓勵和科學(xué)引導(dǎo)下得到了高速發(fā)展。我國已是設(shè)施園藝產(chǎn)品第一生產(chǎn)國，全國設(shè)施栽培總面積已超過370 萬hm，占世界設(shè)施園藝總面積的80%以上。隨著人民生活水平的提高，大眾對蔬菜的需求已經(jīng)不僅僅滿足于數(shù)量的充足，而是開始追求更加優(yōu)良的品質(zhì)。已有研究表明，合理施肥、適度干旱或鹽脅迫、合理補光，以及適量施入生物炭等都有利于蔬菜品質(zhì)的提升。其中，關(guān)于生物炭對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的影響是當(dāng)前的研究熱點。生物炭（Biochar）是指由畜禽糞便、秸稈、花生殼、稻殼等農(nóng)林廢棄物在缺氧或無氧環(huán)境下經(jīng)過高溫裂解（通常低于700 ℃）得到的難溶的固體富碳產(chǎn)物。生物炭不僅具有強(qiáng)吸附能力，可用于修復(fù)土壤問題，還含有大量氮、磷、鉀、鈣、鎂等礦質(zhì)營養(yǎng)元素，可使土壤肥力大幅度提升，可通過多方面改變植物根際生長環(huán)境。

在我國設(shè)施栽培蔬菜中，番茄的栽培面積居首位，達(dá)到81 萬hm。有研究表明，施入30 t·hm生物炭可改善櫻桃番茄果實營養(yǎng)品質(zhì)且提高產(chǎn)量。吳偉健等試驗發(fā)現(xiàn)，施入生物炭可減少番茄對鎘元素的積累，顯著提高土壤中各種酶活性，通過改良土壤性質(zhì)，從而提高了番茄的果實品質(zhì)。郭麗麗通過大棚和盆栽番茄試驗結(jié)合的方式，表明了生物炭可促進(jìn)土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體的形成，增加土壤的保水保肥能力，提高土壤酶活性，改善葉片光合特性，從而促進(jìn)番茄生長，提高番茄產(chǎn)量及品質(zhì)，并給出了最佳用量為70 t·hm。吳玨等研究發(fā)現(xiàn)，施用生物炭可降低土壤容重，提升有機(jī)質(zhì)含量，提高番茄產(chǎn)量及品質(zhì)，但品質(zhì)和產(chǎn)量最佳時施入量不同，分別為4、2 t·hm。李欣雨等報道了施加生物炭可有效增加土壤保水性和番茄產(chǎn)量，且在不同的灌水量處理下，生物炭作用的響應(yīng)結(jié)果不同，二者共同影響著番茄產(chǎn)量及其生理特性。

綜上所述，在不同的設(shè)施環(huán)境和土壤條件下，設(shè)施番茄適宜的生物炭用量存在較大差異。目前拱棚（冷棚）在全國設(shè)施農(nóng)業(yè)中的占比依然很大。由于拱棚生產(chǎn)的番茄生育期恰逢高溫發(fā)生時段，番茄品質(zhì)不高，影響了產(chǎn)品價格，因此，探討拱棚條件下高品質(zhì)番茄生產(chǎn)的栽培技術(shù)具有重要的實踐指導(dǎo)價值。為此，筆者以高品質(zhì)番茄戴安娜為供試材料，探究不同生物炭用量對番茄生長、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，以期探明拱棚高品質(zhì)番茄提質(zhì)生產(chǎn)的生物炭最佳施用量。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗于2021 年4—8 月在濰坊科技學(xué)院西南角拱棚內(nèi)進(jìn)行。供試番茄品種為戴安娜（由壽光市旺林農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司提供），該品種是從韓國引進(jìn)的雜交一代番茄新品種，屬早熟品種，無限生長類型，糖分等含量是普通番茄的2 倍多。生物炭由平頂山市綠之源活性炭有限公司提供，是以秸稈、木屑和果殼的混合物為原料，通過600 ℃的高溫?zé)峤?，粉碎?0～100 目的粉末。試驗土質(zhì)為壤土，其與生物炭基本化學(xué)及養(yǎng)分狀況見表1。肥料使用“親土1 號”（N+PO+KO≥60%，20-20-20+TE）復(fù)合肥。

表1 供試土壤及生物炭基本化學(xué)及養(yǎng)分狀況

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，參考前人試驗中生物炭施用量水平和推薦用量，設(shè)置5 個生物炭施用量處理，分別為0、0.5、1.0、2.0 和4.0 kg·m，依次標(biāo)記為CK、T1、T2、T3、T4。每個處理2 次重復(fù)，每個小區(qū)長3.0 m、寬1.2 m，小區(qū)內(nèi)種植2 行番茄，行距60 cm，株距30 cm，共20 株。采用滴灌的方式進(jìn)行灌水，番茄苗（4 葉1 心）移栽后鋪設(shè)滴灌帶，每個滴頭與番茄苗相對應(yīng)，相距3 cm。在T1、T3 處理隨機(jī)選取2 個滴頭，在其正下方20 cm 處埋設(shè)負(fù)壓計監(jiān)測土壤基質(zhì)勢。當(dāng)土壤基質(zhì)勢低于-35 kPa 時灌水，灌水定額10 mm。每周保證隨水施肥1 次，若未到灌水下限，則將肥料隨1/3 定額灌溉水施入，復(fù)合肥每次施用1.1 g·株。在番茄果實生長至5 穗果后，對全部番茄進(jìn)行打頂處理。將番茄生育期分為苗期、開花期、坐果期、快速成長期和成熟期，依據(jù)各個時期的需要進(jìn)行除草、殺蟲、整枝、吊蔓、田間管理等。

1.3 測定項目與方法

設(shè)施內(nèi)溫濕度的測定：采用標(biāo)智GM1365 溫濕度記錄儀測定設(shè)施內(nèi)空氣溫度和濕度，每1 h 記錄1 次。

株高及莖粗測定：于8 月15 日在每個處理隨機(jī)選取5 株番茄，分別采用卷尺和游標(biāo)卡尺測量株高和莖粗。

干質(zhì)量的測定：于8 月20 日在每個處理隨機(jī)選取4 株番茄，采集莖、葉后使用烘箱先在105 ℃殺青30 min，之后在75 ℃下烘干至恒質(zhì)量，并用分析天平（0.001 g）稱量。

產(chǎn)量及其構(gòu)成的測定：調(diào)查所有番茄植株每穗的坐果數(shù)，并于采摘期分批次采摘調(diào)查單果質(zhì)量；計算獲得單株產(chǎn)量/kg=單果質(zhì)量×果實個數(shù)。番茄產(chǎn)量/（t·hm）=小區(qū)植株數(shù)×單株產(chǎn)量/小區(qū)面積。

果實品質(zhì)的測定：于成熟期在每個處理植株的第2、第3 穗選取大小和成熟度基本一致的果實10顆，每一顆切取1/4 放入榨汁機(jī)內(nèi)制成待測樣品，3次重復(fù)。采用紫外-可見分光光度法測定番茄紅素含量；采用數(shù)顯折射計測定可溶性固形物含量；采用蒽酮比色法測定可溶性糖含量；采用酸堿滴定法測定有機(jī)酸含量；采用可溶性糖含量與有機(jī)酸含量之比計算糖酸比；采用2，6-二氯酚靛酚溶液滴定的方法測定維生素C 含量。

土壤EC 值和pH 值的測定：8 月20 日在每個小區(qū)隨機(jī)采集3 份0～20 cm 深度的土樣，風(fēng)干后分別稱取10 g 土和50 mL 去離子水制成混合液，充分?jǐn)嚢? min 后采用電導(dǎo)率儀（上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司的雷磁DDS-307A）和pH 計（雷磁PHS-2F）測量土壤EC 值和pH 值。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用MS-EXCEL 2019 和SPSS 26 進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗期間設(shè)施內(nèi)溫度、濕度的變化趨勢

試驗期間大棚內(nèi)空氣溫濕度情況如圖1 所示?？梢?，棚內(nèi)最高氣溫基本穩(wěn)定，最低氣溫和平均氣溫呈先上升后趨于穩(wěn)定的趨勢，隨時間推移晝夜溫差減小。棚內(nèi)相對空氣濕度在6 月23 日前波動較大，隨后一直處于高穩(wěn)狀態(tài)，日均相對空氣濕度呈遞增趨勢。

圖1 設(shè)施內(nèi)空氣溫度（A）、相對空氣濕度（B）的變化趨勢

2.2 不同生物炭施處理對土壤EC值和pH值的影響

由圖2 可以看出，不同生物炭處理0～20 cm 土層土壤EC 值和pH 值差異均不顯著，且所有處理的土壤EC 值都處于較低水平，土壤pH 值呈弱堿性。

圖2 不同生物炭處理下0～20 cm 土層土壤EC 值（A）和pH 值（B）

2.3 生物炭施用量對番茄生長的影響

由圖3 可以看出，隨著生物炭施用量的增加，番茄株高整體呈上升趨勢，T3、T4 處理均與CK 差異顯著，較CK 分別提升7.07%和7.80%。番茄莖粗僅T4 處理顯著小于CK，其他處理間差異不顯著。番茄葉片干質(zhì)量隨著生物炭施入量的增加而增加，與CK 相比，T1 和T2 無顯著增加，而T3 和T4 處理分別提高22.46%和52.99%，差異達(dá)到顯著水平。與CK 相比，莖干質(zhì)量僅T4 處理顯著增加10.11%，其他處理差異不顯著。

圖3 不同生物炭用量下番茄的株高（A）、莖粗（B）及葉片干質(zhì)量（C）和莖干質(zhì)量（D）

2.4 不同生物炭處理對番茄產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響

由圖4 可以看出，隨著生物炭施入量的增加，單株果數(shù)呈現(xiàn)先增多后減少的趨勢；單果質(zhì)量呈現(xiàn)先減小后增加的趨勢；番茄產(chǎn)量呈現(xiàn)出先增加后減少的趨勢。但單株果數(shù)、單果質(zhì)量和產(chǎn)量指標(biāo)在各處理之間差異不顯著。

圖4 不同生物炭用量下番茄的單株果數(shù)（A）、單果質(zhì)量（B）和產(chǎn)量（C）

2.5 不同生物炭處理對番茄果實品質(zhì)的影響

由圖5 可知，隨著土壤中生物炭施入量的增加，番茄果實中的可溶性糖含量呈先增大后減小的趨勢，與CK 相比，T1、T2 和T3 處理分別增加7.40%、43.09%和22.83%，而T4 處理減少了0.96%，表明大量生物炭施用并不利于可溶性糖的積累。施加生物炭處理的番茄有機(jī)酸含量均高于CK，T1、T2、T3 和T4 處理較CK 分別增加了20.00%、16.00%、12.00%、16.00%，其中T1、T2、T4 處理與CK 差異顯著。番茄糖酸比最大的為T2 處理，其后依次為T3＞CK＞T1＞T4。隨著生物炭施入量的增加，番茄可溶性固形物、維生素C、番茄紅素含量均呈先增加后減少的趨勢，均以T2 處理為最大。與CK 相比，T1、T2、T3 和T4 處理番茄可溶性固形物分別增加7.69%、7.69%、6.35%、1.92%；維生素C含量分別增加21.43%、44.64%、12.50%、-25.00%；番茄紅素含量分別增加1.46%、64.75%、26.97%、15.29%?？梢?，當(dāng)生物炭施入量為1.0 kg·m（T2）時，除有機(jī)酸含量以外的品質(zhì)指標(biāo)都達(dá)到最高值，僅有機(jī)酸含量為次高值，且均顯著高于CK；當(dāng)生物炭用量達(dá)到4.0 kg·m（T4）時，可溶性糖含量、糖酸比、維生素C 含量均低于CK。

圖5 不同生物炭處理下番茄的可溶性糖含量（A）、有機(jī)酸含量（B）、糖酸比（C）、可溶性固形物含量（D）、維生素C 含量（E）、番茄紅素紅素含量（F）

3 討論與結(jié)論

生物炭的pH 大多呈堿性，可與酸性土壤中的H發(fā)生締合反應(yīng)，從而降低土壤的H濃度。本試驗中不同生物炭處理的0～20 cm 土層土壤EC 值和pH 值差異均不顯著。這是因為本試驗中土壤呈弱堿性，與生物炭的pH 值相差不大，所以生物炭對土壤pH 的影響并不明顯。此外，有報道稱生物炭有降低土壤含鹽量的作用，因為本試驗中生物炭含鹽量較低（0.36%），隨之帶入土壤中的量與土壤初始含量相比微乎其微，并且供試土壤本身處于低鹽環(huán)境（0.04%），不存在鹽漬化問題，所以生物炭用量未對土壤EC 值造成顯著影響。

本試驗結(jié)果表明，施用生物炭處理較對照促進(jìn)了番茄株高的增加，這與張瑞花等的研究結(jié)果一致，其原因是生物炭的施用促進(jìn)了根系生長，有利于吸收水分和養(yǎng)分，進(jìn)而促進(jìn)干物質(zhì)的積累轉(zhuǎn)化。張瑞花等研究發(fā)現(xiàn)，施用1 kg·m生物炭會促進(jìn)莖粗的增加，而本研究結(jié)果表明該處理下莖粗并無顯著變化。前人試驗結(jié)果表明過量的施入生物炭不利于莖粗的增加，與本試驗4.0 kg·m生物炭處理下莖粗減小的結(jié)果基本一致。本試驗結(jié)果表明，番茄產(chǎn)量在0～4.0 kg·m生物炭處理下無顯著變化，這與前人報道的施入生物炭會顯著提升作物產(chǎn)量的結(jié)論存在差異。這可能是因為生物炭對不同物種產(chǎn)量的增益存在差異。房彬等研究發(fā)現(xiàn)，生物炭可顯著提升油菜產(chǎn)量，但對玉米產(chǎn)量的提升并不顯著。

生物炭的施入對番茄品質(zhì)有一定的影響，不同品質(zhì)指標(biāo)的作用效果也不同。本試驗結(jié)果表明，適量生物炭的施加可顯著提升番茄的營養(yǎng)品質(zhì)，營養(yǎng)品質(zhì)基本都遵循隨著生物炭施用量的增加，其含量呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，與前人試驗結(jié)果相似?？扇苄蕴?、維生素C、可溶性固形物、番茄紅素含量和糖酸比等指標(biāo)都在生物炭施入量1.0 kg·m時達(dá)到最大值，營養(yǎng)品質(zhì)和口感都達(dá)到最佳。適量施入生物炭對植物有著顯著的增益效果，但過量施入可能會出現(xiàn)降低品質(zhì)的現(xiàn)象。本試驗中施入量為4.0 kg·m時，可溶性糖含量、糖酸比、維生素C含量較對照都有不同程度的降低。不同的生物炭施入量與不同的作物之間的響應(yīng)結(jié)果不盡相同，且生物炭種類、灌溉水平、施肥種類與方式、土壤性質(zhì)等因素都與作物品質(zhì)及產(chǎn)量有較強(qiáng)的相關(guān)性。故在作物栽培過程中需要多方面考慮，才能使生物炭的效益發(fā)揮出更大價值。

綜上所述，在試驗生物炭用量范圍內(nèi)，生物炭未對0～20 cm 土層土壤EC 值、pH 值和番茄產(chǎn)量及其構(gòu)成要素產(chǎn)生顯著影響。當(dāng)生物炭施入量為1.0 kg·m時，番茄可溶性糖含量、糖酸比、可溶性固形物含量、維生素C 含量和番茄紅素含量等品質(zhì)指標(biāo)都達(dá)到最高值，有機(jī)酸含量達(dá)到次高值，且均顯著高于對照。因此，建議在開展拱棚番茄栽培時可施加1.0 kg·m生物炭，以提高品質(zhì)。