生物炭對(duì)櫻桃番茄果實(shí)品質(zhì)及產(chǎn)量的影響

曹雪娜， 孟 軍， 楊鐵鑫， 高 尚， 陳溫福

(沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)，遼寧沈陽(yáng) 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(chǎng)需求量不斷擴(kuò)大。設(shè)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(kāi)不利自然條件，形成果蔬反季生長(zhǎng)，可大幅度提高果蔬產(chǎn)量、豐富果蔬種類(lèi)[1]。然而，設(shè)施栽培中出現(xiàn)施肥過(guò)量、不均，復(fù)種指數(shù)過(guò)高等現(xiàn)象，造成設(shè)施土壤有機(jī)質(zhì)含量下降，土壤酸化、板結(jié)、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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，深受消費(fèi)者喜愛(ài)[4]。土壤鹽漬化嚴(yán)重限制番茄生長(zhǎng)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(shí)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(duì)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(dú)特的理化性質(zhì)和結(jié)構(gòu)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(tuán)聚性[10]、平衡土壤養(yǎng)分[11]等作用。近年來(lái)，關(guān)于生物炭對(duì)果蔬品質(zhì)、產(chǎn)量的研究越來(lái)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(shí)可溶性糖含量，降低硝酸鹽積累[12]。馬嘉偉等認(rèn)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(rèn)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(rèn)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(yàn)材料，選用玉米秸稈生物炭，在日光溫室中進(jìn)行試驗(yàn)，探討生物炭對(duì)不同生育時(shí)期櫻桃番茄果實(shí)品質(zhì)和產(chǎn)量的影響，以期為生物炭在設(shè)施栽培中的合理應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

本試驗(yàn)于2015年在沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)(123.4′E，41.8′N(xiāo))日光溫室中進(jìn)行。供試櫻桃番茄為“蜜棗”，由沈陽(yáng)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(jī)質(zhì)16.39 g/kg。選用玉米秸稈生物炭，由金和福農(nóng)業(yè)開(kāi)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(yàn)方案

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)置3個(gè)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)。分別為對(duì)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(shí)，取長(zhǎng)勢(shì)基本一致幼苗進(jìn)行定植，定植時(shí)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(yàn)結(jié)束。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.2.1 樣品采集 在果實(shí)發(fā)育的5個(gè)不同時(shí)期取樣，分別為：綠熟期(全果深綠)；破色期(果實(shí)顯紅色<10%)；轉(zhuǎn)色期(果實(shí)顯紅色10%～60%)；粉紅期(果實(shí)顯紅色>60%～90%)；紅熟期(果實(shí)顯深紅色，果肉略發(fā)軟[15])。在每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取9個(gè)成熟度一致的果實(shí)帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定。

1.2.2 果實(shí)形態(tài)的測(cè)定 測(cè)量果實(shí)的橫徑、縱徑，并計(jì)算果形指數(shù)(果實(shí)縱徑/橫徑)；測(cè)定單果質(zhì)量。

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

1.2.4 產(chǎn)量的測(cè)定 單株產(chǎn)量理論值：?jiǎn)沃戤a(chǎn)量=單果質(zhì)量×果實(shí)個(gè)數(shù)。

單株產(chǎn)量實(shí)測(cè)值：各處理果實(shí)成熟后，另選取9株具有代表性的植株單獨(dú)收獲，測(cè)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(cè)定 全氮、有機(jī)碳采用元素分析儀(vario MACRO cube，德國(guó))測(cè)定，堿解氮測(cè)定采用堿解擴(kuò)散法，全磷測(cè)定采用鉬銻抗比色法，全鉀測(cè)定采用火焰光度法。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

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

WUDAPT 項(xiàng)目：城市形式與功能信息的眾包解決方案及其應(yīng)用 黃 媛 劉靜怡 Jason Ching2018/04 26

2 結(jié)果與分析

2.1 施入生物炭對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

由表1可見(jiàn)，施用生物炭可使土壤pH值、有機(jī)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(jī)碳89.2%、全氮26.3%、堿解氮15.6%；T1也可提高pH值0.01，有機(jī)碳7.4%，全氮5.3%，堿解氮5.5%，但未達(dá)到顯著性差異水平。

表1 不同施炭量對(duì)櫻桃番茄土壤理化性質(zhì)的影響

2.2 施入生物炭對(duì)果實(shí)外觀形態(tài)品質(zhì)的影響

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

表2 不同施炭量對(duì)櫻桃番茄果實(shí)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(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05)。下表同。

2.3 施入生物炭對(duì)果實(shí)營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響

2.3.1 施入生物炭對(duì)果實(shí)中維生素C含量的影響 由圖1可知，隨著果實(shí)的生長(zhǎng)發(fā)育，維生素C含量大體呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢(shì)。施用生物炭能夠顯著地提高櫻桃番茄果實(shí)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(duì)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(duì)果實(shí)中可溶性糖和有機(jī)酸含量的影響 由表3可知，櫻桃番茄果實(shí)中可溶糖含量呈先升高后降低的單峰曲線(xiàn)變化趨勢(shì)。施用生物炭使可溶性糖含量峰值推遲一個(gè)生育時(shí)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(dá)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(shí)施炭處理可溶性糖含量顯著高于對(duì)照，且T1、T2分別比CK高34.2%、56.9%。在果實(shí)生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，施用生物炭對(duì)有機(jī)酸(檸檬酸和蘋(píng)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(duì)櫻桃番茄可溶性糖及有機(jī)酸含量的影響

2.4 施入生物炭對(duì)產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表4可見(jiàn)，隨著施炭量的增加，櫻桃番茄產(chǎn)量逐漸下降。與對(duì)照相比，由于T1顯著增加了果實(shí)個(gè)數(shù)，對(duì)單果質(zhì)量影響不顯著，導(dǎo)致其單株產(chǎn)量理論值提高25%，單株產(chǎn)量實(shí)測(cè)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(shí)個(gè)數(shù)、單株產(chǎn)量理論及實(shí)測(cè)值、折合667 m2產(chǎn)量均沒(méi)有顯著影響。

表4 不同施炭量對(duì)櫻桃番茄產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

3 討論

在本研究中，櫻桃番茄果實(shí)中維生素C含量大體上呈先下降后上升的變化趨勢(shì)，與張秀梅[18]、蒼晶等[19]、程志強(qiáng)等[20]試驗(yàn)結(jié)果相符。施炭處理維生素C含量在破色期后顯著高于對(duì)照，且維生素C含量隨施炭量增加而增加。閔炬等認(rèn)為，施氮量增加，番茄中維生素C含量隨之增加[21]；秦松等認(rèn)為，銨態(tài)氮比例增加，茄果類(lèi)蔬菜中維生素C含量隨之增加[22]。本研究結(jié)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(shí)維生素C含量也相應(yīng)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(tuán)聚體，更容易吸附土壤中的銨態(tài)氮[23-24]，有利于植物對(duì)其吸收利用，進(jìn)而使櫻桃番茄果實(shí)中維生素C含量提高。

可溶性糖和有機(jī)酸含量是評(píng)價(jià)果實(shí)品質(zhì)優(yōu)劣的重要指標(biāo)，且糖酸比越高，果實(shí)品質(zhì)越好[25]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，在果實(shí)的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，施用生物炭對(duì)櫻桃番茄果實(shí)有機(jī)酸的影響不顯著，而對(duì)可溶性糖含量的消長(zhǎng)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(shí)可溶性糖含量峰值比對(duì)照推遲，徐新娟等認(rèn)為，全銨態(tài)氮處理下番茄果實(shí)的可溶性糖含量顯著高于全硝態(tài)氮處理，說(shuō)明氮素會(huì)顯著影響果實(shí)的糖代謝[26]。本試驗(yàn)條件下施用生物炭可延長(zhǎng)可溶性糖的積累，并在一定程度上可以延長(zhǎng)果實(shí)收獲期，可能的原因是由于生物炭具有疏松多孔結(jié)構(gòu)，使其具備了類(lèi)似“海綿”一樣的作用[27]，對(duì)NH4+具有吸附固持作用[28]，延緩櫻桃番茄對(duì)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(jìn)行物質(zhì)的合成及代謝、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、基因表達(dá)等生理過(guò)程提供重要的物質(zhì)基礎(chǔ)[29]，其含量的多少與果實(shí)的代謝及抗逆性具有密切的關(guān)系。本試驗(yàn)結(jié)果表明，施炭處理與對(duì)照相比，櫻桃番茄果實(shí)中可溶性蛋白質(zhì)含量影響不大。在破色期和紅熟期時(shí)，T2中可溶性蛋白質(zhì)含量均明顯高于CK、T1，說(shuō)明此時(shí)櫻桃番茄果實(shí)中的細(xì)胞保水能力更好，抗逆性更強(qiáng)。其原因可能是生物炭中的灰分釋放一些物質(zhì)(包括酚類(lèi)、醇類(lèi)、脂類(lèi)、氨基酸類(lèi)、羧酸類(lèi)等化合物)[30]，在一定程度上干預(yù)某些蛋白質(zhì)的合成、代謝及基因表達(dá)[31]，從而改變櫻桃番茄中可溶性蛋白質(zhì)的含量。

本研究結(jié)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(jī)碳、全氮、堿解氮含量，為櫻桃番茄生長(zhǎng)提供良好土壤環(huán)境，從而增加對(duì)氮素的吸收利用，使其產(chǎn)量提高7.5%～21.6%。勾芒芒等認(rèn)為，生物炭對(duì)番茄根系特征優(yōu)化和產(chǎn)量提高具有促進(jìn)作用[32]。本試驗(yàn)中，土壤中全氮、有機(jī)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(rèn)為，生物黑炭對(duì)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(shì)。這個(gè)可能的原因是生物炭對(duì)土壤氮素具有礦化作用或者對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)有礦化作用[33]，導(dǎo)致植物并不能吸收利用土壤中的養(yǎng)分。

4 結(jié)論

(1)在本試驗(yàn)條件下，施用生物炭能改善櫻桃番茄果實(shí)營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)且高炭量(90 t/hm2)效果更佳。(2)施用生物炭對(duì)櫻桃番茄果實(shí)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(shì)，且低炭量(30 t/hm2)增產(chǎn)效果顯著。

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