石灰氮對日光溫室連作番茄生長、產量和品質的影響

孟思達,孫周平,劉玉鳳,尹賾鵬,馬玉瑩,葉云珠,宋臻,楊蕊,富宏丹,李天來

沈陽農業大學園藝學院，北方園藝設施設計與應用技術國家地方聯合工程研究中心，設施園藝省部共建教育部重點實驗室, 遼寧 沈陽 110866

番茄是世界上非常重要的蔬菜作物之一，全球年總產量已達1.7億噸，在蔬菜作物中位居首位，也是我國設施蔬菜中種植面積最大的作物。但由于設施周年生產，同時伴隨不科學施肥，土壤連作障礙現象愈發嚴重，致使日光溫室、塑料大棚等設施土壤性質逐年惡化，造成土壤理化性質失衡、結構破壞、養分失調、肥力下降、病原菌積累、土傳病蟲害加劇等一系列問題，進而引起番茄植株長勢不良、產量降低、品質劣化[1-7]。當前，在設施番茄生產過程中如何防治土壤連作障礙是急需解決的重要問題，直接影響設施番茄產業的可持續發展。

石灰氮是由氰氨化鈣、氧化鈣和其他不溶性雜質等構成的混合物，將其作為農用化肥已有一百多年歷史，但隨著世界化肥工業的快速發展，高效化肥的廣泛使用使得這一具有諸多優點的化肥曾一度淡出農用化肥市場。近年來，石灰氮本身具有的特點使其再次成為國內外學者的重要研究對象。石灰氮是低毒高效農藥多菌靈的主要成分之一，可用作殺蟲劑、殺菌劑、除草劑以及有機合成和塑料工業的基本原料。目前石灰氮在農作物營養補充、病蟲害防治、土壤結構性質改良、有機肥腐熟、作物根系吸收能力改善、產量品質提高等諸多方面均已取得良好的應用效果[8-15]。

石灰氮對于土壤連作障礙改良方面具有良好的應用效果，但有關其大部分研究多集中于大田作物，針對茄果類蔬菜作物、特別是日光溫室連作番茄的相關研究甚少。因此，本研究以種植過日光溫室番茄的健康土壤和未種植過蔬菜作物的棚外土壤栽培的日光溫室番茄為對照，以日光溫室番茄19年長期連作土壤施入不同劑量石灰氮種植日光溫室番茄，探究石灰氮處理對設施連作番茄的株高、莖粗、干物質積累、葉片葉綠素含量、根系活力、葉片脯氨酸含量、葉片保護酶活性、產量和品質等指標的影響，旨在了解石灰氮對設施連作番茄在生長、產量、品質等方面的應用效果，為土壤連作障礙的克服，石灰氮的高效利用與開發提供科學依據，對設施番茄產業健康的可持續發展具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗于2017年7～12月在沈陽農業大學園藝學院科研基地的日光溫室中進行，供試番茄品種為“遼園多麗”。供試日光溫室番茄19年連作障礙土壤取自沈陽馬三家地區，其土壤鹽漬化嚴重，定植的番茄植株生長勢減弱、產量下降；供試健康土壤取自沈陽馬三家地區，無土壤鹽漬化特征，定植的植株長勢正常；供試棚外土壤取自沈陽馬三家地區，未種植過任何蔬菜作物。供試土壤的初始理化性狀如表1所示。供試石灰氮呈黑色粉末狀(50%氰氨化鈣含量，20%含氮量，38%含鈣量)，由寧夏大榮公司提供。

表1 供試土壤的初始理化性狀Table 1 Initial physical and chemical properties of the tested soil

1.2 方法

2017年7月1日播種，穴盤基質育苗。8月15日植株長至5片真葉時，選擇長勢一致的植株定植于塑料桶內，定植用塑料桶上口徑28cm，下口直徑21.5cm，高24cm；每個塑料桶內定植1株，株距35cm，行距55cm；每個對照和處理各30桶，共180桶；單干整枝，留3穗果，每3d澆1次水，每桶2L，常規方法栽培管理。

以健康土壤和未種植過任何蔬菜作物的棚外土壤種植的番茄為對照(分別為CK1和CK2)，不施石灰氮的連作土壤種植的番茄為處理1(T0)，另設置3個石灰氮處理：低劑量處理(T1)，每桶石灰氮施用量為4.5g；中劑量處理(T2)，每桶石灰氮施用量為9.0g，為低劑量的2倍；高劑量處理(T3)，每桶石灰氮施用量為18.0g，為中劑量的2倍。在定植前將石灰氮與土壤混勻，裝于塑料桶內，每桶裝土18kg。

1.2.1 株高和莖粗的測定

分別于處理后20d(9月4日)、40d(9月24日)測定番茄植株的株高(子葉至生長點)；處理后20d(9月4日)、40d(9月24日)、60d(10月14日)和80d(11月3日)測定番茄植株的莖粗(測定莖基部，第1花序與第2花序的中間部位)。

1.2.2 干物質積累的測定

取拉秧期的番茄植株，將植株迅速分解為根、莖、葉3部分后，分別稱量鮮重，之后于105℃殺青30min，60℃烘至恒重，分別稱量干重。

1.2.3 葉片葉綠素含量和根系活力的測定

取拉秧期番茄植株葉片，采用丙酮-無水乙醇混合液法測定葉片葉綠素含量[16]。取拉秧期番茄植株根系，采用α-萘胺氧化法測定根系活力[17]。

1.2.4 葉片滲透調節物質和保護酶活性的測定

取拉秧期番茄植株第二穗果上部第一片葉片，游離脯氨酸(Pro)含量采用酸性茚三酮比色法測定[17]；丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸法測定[17]；超氧化物歧化酶(SOD)活性采用NBT法測定[17]；過氧化物酶(POD)活性采用愈創木酚法測定[17]；過氧化氫酶(CAT)活性采用比色法測定[17]；L-苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性采用苯丙氨酸脫氨顯色法測定[18]。

1.2.5 番茄產量和品質的測定

果實成熟后，取各處理番茄第1花序第1果各10個稱量鮮重，計算平均單果重；不同處理各取5株進行單株測產；對每個處理第1花序第l果(成熟番茄果實)進行果實品質的相關指標測定。其中，可溶性總糖含量用蒽酮比色法測定[19]；有機酸含量用酸堿中和滴定法測定[20]；可溶性蛋白含量測定采用考馬斯亮藍G250染色法[20]；維生素C含量用比色法測定[20]。

1.3 數據處理方法

試驗所得數據結果采用Microsoft Excel 2010和SPSS 18.0軟件進行處理，采用Duncan’s新復極差法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 石灰氮處理對日光溫室連作番茄株高的影響

由圖1可知，定植20d以后，T2和T3的株高最高，與CK1和CK2相比差異顯著，且顯著高于其他處理；T1與CK1相比無顯著差異，但顯著高于T0和CK2；T0顯著低于CK1，但顯著高于CK2；CK2的株高最低，與T2和T3相比分別低了26.07%和25.93%。定植40d以后，T3的株最高，與CK1相比差異顯著，且顯著高于其他處理；T2與CK1無顯著差異，顯著低于T3，高于T0、T1和CK2；T1顯著低于CK，但顯著高于T0和CK2；CK2的株高最低，但與T0相比無顯著差異；與T0相比，CK1、T2和T3的株高分別增加10.62%、11.35%和14.98%。由此可見，石灰氮處理尤其是中劑量(9.0g)和高劑量(18.0g)能增加日光溫室連作番茄植株株高，促進生長。

圖1 不同處理下日光溫室連作番茄的株高Fig.1 Plant height of continuous cropping tomato in solar greenhouse underdifferent treatments

2.2 石灰氮處理對日光溫室連作番茄莖粗的影響

由圖2可知，定植20d以后，CK2莖粗最小，其次是T0，T3莖粗最大，T3與CK1無顯著差異，T0與T1無顯著差異；與T0相比，T1、T2和T3莖粗分別增加0.69%、2.54%和7.60%。定植40d以后，仍表現為CK2莖粗最小，其次是T0，T3莖粗最大，但此時T3和T2之間無顯著差異，T0與T1仍無顯著差異；與CK2相比，T1、T2和T3莖粗分別增加了4.21%、5.93%和7.77%。定植60d以后，T0和CK2的莖粗較小，T2和T3莖粗較大，T0和CK2之間沒有顯著差異，CK1、T1、T2和T3之間均無顯著差異；與T0相比，T2和T3莖粗分別增加了5.38%和5.74%。定植80d以后，CK2莖粗最小且顯著低于CK1和其他處理，其次T0較小，T3莖粗最大，CK1、T1、T2和T3之間均無顯著差異，與T0相比，T1、T2和T3莖粗分別增加6.54%、7.53%和8.57%。由此可見，石灰氮處理后能顯著增加日光溫室連作番茄植株莖粗，與棚外土和0g處理差異顯著，在番茄生長中后期石灰氮處理的植株莖粗可達到健康土水平，促進植株長勢。

圖2 不同處理下日光溫室連作番茄的莖粗Fig.2 Stem diameter of continuous cropping tomato in solar greenhouse under different treatments

2.3 石灰氮處理對日光溫室連作番茄干物質積累的影響

由表2可知，CK2的葉干重最小且顯著低于CK1，T0的葉干重與CK2相比無顯著差異，T2和T3的葉干重最大且顯著高于CK1、T0和CK2，T0與CK1相比葉干重降低6.16%，T1、T2和T3葉干重比T0相比分別增加了5.79%、11.96%和14.50%。CK2的莖干重最小且顯著低于CK1和其他各處理，CK1的莖干重最大，與T2相比無顯著差異但顯著高于其他處理；與T0相比，T1、T2和T3的莖干重分別增加了4.74%、18.72%和14.37%。CK2的根干重最小，且顯著低于CK1和其他各處理；CK1根干重最大，顯著高于CK2和其他各處理；與T0相比，T1、T2和T3的根干重分別增加4.32%、12.99%和11.55%。CK2的全株干重最小，顯著低于CK1和其他各處理，T2與T3的全株干重無顯著差異但顯著高于T1；與T0相比，T1、T2和T3的全株干重分別增加了5.56%、16.54%和17.28%。由此可見，石灰氮處理對日光溫室連作番茄的干物質積累有一定的促進作用，且中劑量9.0g和高劑量18.0g處理的促進效果更為明顯。

表2 不同處理下日光溫室連作番茄的干物質積累 Table 2 Dry matter accumulation of continuous cropping tomato in solar greenhouse under different treatments

2.4 石灰氮處理對日光溫室連作番茄葉片葉綠素含量和根系活力的影響

由表3可知，拉秧期T0葉片葉綠素含量最低且顯著低于各對照和處理，CK1的葉片葉綠素含量最高且顯著高于CK2、T0、T1和T2，T2和T3與CK1之間的葉片葉綠素含量均無顯著差異；與T0相比，T1、T2和T3的葉片葉綠素含量分別顯著增加17.83%、33.48%和34.84%。CK2根系活力最低且顯著低于其他各處理，CK1的根系活力最高；施入石灰氮進行處理以后植株根系活力顯著升高，與T0相比，T1、T2和T3的根系活力分別增加5.05%、30.59%和13.24%。由此可見，對比0g處理，外施石灰氮處理能顯著提高日光溫室連作番茄葉片的葉綠素含量，高劑量18.0g處理可顯著提高植株根系活力，但兩個指標仍均低于健康土對照。

表3 不同處理下日光溫室連作番茄葉片的葉綠素含量和根系活力Table 3 Leaf chlorophyll content and root activity of continuous cropping tomato in solar greenhouse under different treatments

2.5 石灰氮處理對日光溫室連作番茄植株葉片滲透調節物質和保護酶活性的影響

由表4可知，CK1和CK2的葉片游離脯氨酸含量最低且顯著低于其他各處理，T0的葉片游離脯氨酸含量最高且顯著高于其他各處理，施入石灰氮進行處理后番茄葉片游離脯氨酸含量顯著降低；與T0相比，T1、T2和T3的葉片游離脯氨酸含量分別降低了8.28%、23.90%和21.73%。CK2葉片MDA含量最低，T0的葉片MDA含量最高，二者差異顯著，CK1的葉片MDA含量顯著高于CK2但顯著低于其他各處理；施入石灰氮進行處理后番茄葉片MDA含量顯著降低，但T2和T3之間無顯著差異且均顯著低于T1；與T0相比，T1、T2和T3的葉片MDA含量分別顯著降低了9.64%、18.24%和17.69%。CK1和CK2的葉片SOD活性最高且顯著高于其他各處理，但二者間無顯著差異，T0的葉片SOD活性最低且顯著低于兩個對照和其他處理；施入石灰氮進行處理后番茄葉片SOD活性顯著升高，T2和T3之間無顯著差異但均顯著高于T1；與T0相比，T1、T2和T3的葉片SOD活性分別顯著升高8.77%、23.37%和25.84%。CK2的葉片POD活性最高且顯著高于CK1和其他各處理；施入石灰氮進行處理后番茄葉片POD活性有升高趨勢，T0的葉片POD活性最低且顯著低于T2和T3，但與T1之間無顯著差異，T2和T3之間差異不顯著但均顯著高于T1；與T0相比，T1、T2和T3的葉片POD活性分別升高2.81%、16.08%和20.16%。CK1的葉片CAT活性最高且顯著高于CK2、T0、T1和T3，CK2的CAT活性顯著低于T2和T3，但與T0和T1相比無顯著差異；施入石灰氮進行處理后CAT活性顯著升高，與T0相比，T1、T2和T3的葉片CAT活性分別升高16.30%、73.58%和45.57%。CK2的葉片PAL活性最高且顯著高于其他各處理，T0的PAL活性最低且顯著低于其他三個處理，CK1的PAL活性顯著高于T0但與T1、T2、T3相比無顯著差異；施入石灰氮進行處理后PAL活性顯著升高，與T0相比，T1、T2和T3的葉片PAL活性分別升高7.69%、13.17%和10.89%。由此推測，對比0g石灰氮處理，對日光溫室連作番茄外施石灰氮處理可以顯著降低植株葉片游離脯氨酸含量和MDA含量，并顯著提高葉片SOD等酶活性，其中，中劑量9.0g石灰氮處理對日光溫室連作番茄植株葉片滲透調節物質和保護酶活性的應用效果最為理想。

表4 不同處理下日光溫室連作番茄植株葉片滲透調節物質和保護酶的活性Table 4 Activities of osmoregulatory substances and protective enzymes in leaves of continuous cropping tomato plants in solar greenhouse under different treatments

2.6 石灰氮處理對日光溫室連作番茄產量和品質的影響

2.6.1 石灰氮處理對日光溫室連作番茄產量的影響

由表5可知，CK1單果重最高，CK2單果重最低且顯著低于其他各處理；T0與CK1和CK2相比均有顯著差異；T2的單果重與CK1和T3相比無顯著差異，但顯著高于T0和T1；施入石灰氮進行處理后，番茄的平均單果重呈現出增加的趨勢，與T0相比，T1、T2和T3處理的單果重分別增加4.11%、8.21%和5.29%。CK1的單株產量最高且顯著高于其他各處理，CK2的單株產量最低且顯著低于其他各處理，T0與2個CK相比均有顯著差異，T2單株產量顯著高于其他處理；施入石灰氮進行處理后，番茄的單株產量呈現出增加的趨勢，與T0相比，T1、T2和T3的單株產量分別顯著增加9.29%、15%和10.71%。由此可知，各石灰氮處理的平均單果重和單株產量雖仍顯著低于健康土對照，但對比棚外土和連作土，產量已明顯提高，其中，以中劑量9g石灰氮處理的增產效果最為理想。

表5 不同處理下日光溫室連作番茄的單果重和單株產量 Table 5 Single fruit weight and single plant yield of continuous cropping tomato in solar greenhouse under different treatments

2.6.2 石灰氮處理對日光溫室連作番茄品質的影響

由表6可知，CK2的果實可溶性糖含量最低且顯著低于其他各處理，CK1的果實可溶性糖含量最高且顯著高于其他各處理，CK1和CK2之間的果實可溶性糖含量差異顯著；施入石灰氮進行處理后，T1的果實可溶性糖含量顯著低于T0，但T2、T3與T0果實可溶性糖含量差異不顯著，與T0相比，T1和T2的果實可溶性糖含量降低2.86%和0.82%，T3的果實可溶性糖含量增加了2.86%。CK1的果實有機酸含量顯著低于CK2，但CK1與T1、T2、T3之間均無顯著差異，CK2的果實有機酸含量最高且顯著高于其他各處理；施入石灰氮進行處理后，番茄果實的有機酸含量有降低的趨勢，與T0相比，T1、T2和T3的果實有機酸含量分別顯著降低17.95%、20.51%和17.95%。番茄果實糖酸比表現為CK1最高，CK2最低，兩者與其他各處理相比均有顯著差異；施入石灰氮進行處理后果實糖酸比有增加的趨勢，與T0相比，T1、T2和T3的果實糖酸比分別顯著增加18.10%、24.44%和24.76%。CK1果實VC含量最高且顯著高于其他各處理，CK2果實VC含量最低且顯著低于其他各處理；施入石灰氮進行處理后，T0與T1之間差異不顯著，T2與T3之間差異不顯著，但T2、T3顯著高于T0和T1，T2和T3果實VC含量與T0相比分別顯著增加了1.96%和2.05%。CK1的番茄果實可溶性蛋白含量最高且顯著高于其他各處理，CK2果實可溶性蛋白含量最低且顯著低于其他各處理；施入石灰氮進行處理后，T0和T1之間果實可溶性蛋白含量差異不顯著，T2和T3之間果實可溶性蛋白質含量差異不顯著，但T2、T3的果實可溶性蛋白含量顯著高于T0、T1，與T0相比，T2和T3果實可溶性蛋白含量分別顯著增加7.20%和7.39%。由此推測，對日光溫室連作番茄進行石灰氮處理，能降低番茄有機酸含量，提高糖酸比、VC和可溶性蛋白含量，從而提高日光溫室連作番茄的品質。

表6 不同處理下日光溫室連作番茄果實的品質指標Table 6 Fruit quality indexes of continuous cropping tomato in solar greenhouse under different treatments

3 討論與結論

已有很多研究證實石灰氮的應用對于提高連作土壤pH、改善土壤微生物群落結構和提高土壤酶活性等方面有顯著效果[21-23]。在石灰氮對不同作物地上部影響的研究中發現，菠菜種植中以石灰氮為主要氮源，可以使植株生長狀況良好、葉色濃綠、葉肉增厚[24]，石灰氮處理能顯著增加萵筍葉片數、株高、莖粗[25]，石灰氮處理土壤與常規施肥相比，促進了韭菜株高、莖粗、葉長[26]。本研究在長期連作土壤中施入石灰氮進行處理后發現番茄植株長勢得到明顯改善，尤其是中劑量石灰氮和高劑量石灰氮處理的番茄植株株高、莖粗、葉干重、莖干重、根干重和全株干重與對照相比均顯著增加。

施加石灰氮后增加了芹菜葉片的葉綠素含量和光合作用強度，增加根長，提高了根系吸收面積[27]，連作草莓施用石灰氮處理后，葉片光合色素含量提高，光能吸收增加，光合電子傳遞加快，受光抑制程度降低[28]。本研究中，對比0g處理，外施石灰氮處理能顯著提高日光溫室連作番茄葉片的葉綠素含量，高劑量18.0g處理可顯著提高植株根系活力，但2個指標仍均低于健康土對照，中劑量石灰氮處理后與連作土壤定植的番茄相比，其葉片脯氨酸和丙二醛含量顯著降低，且能夠顯著提高葉片超氧化物歧化酶、過氧化物酶、過氧化氫酶和L-苯丙氨酸解氨酶等保護酶活性。

前人對石灰氮改善作物產量和品質的相關研究較為深入，外施石灰氮可以使菠菜維生素C含量提高，使產品的商品性狀顯著提高[24]，提高萵筍產量，增加經濟效益的同時降低莖腐病、霜霉病和草害的發生率[25]，提高韭菜產量、改善品質，且可以減少化肥施用量[26]，提高芹菜葉片和莖的維生素C含量并降低了根結線蟲發病率，使產量顯著提高[27]，提高茄子植株的生物量及產量，并在防治茄子黃萎病方面取得理想效果[29]，施用石灰氮處理可使辣椒單株產量、地上部和根部生物量提高，使辣椒維生素C、可溶性蛋白質、可溶性糖含量增加，并顯著降低青枯病發病率[30]，在大棚秋黃瓜上施用石灰氮，對黃瓜瓜長、瓜橫徑有促進作用，明顯提高黃瓜的商品性，對平均單瓜重、理論產量都有促進作用，同時在黃瓜整個生育期都能明顯抑制雜草生長[31]，向含有外源化感物質的土壤中添加石灰氮后，番茄植株的長勢以及干物質積累明顯高于未添加的對照組,說明石灰氮具有緩解化感物質毒害的作用[32]，此外，還有研究發現石灰氮配施有機水溶肥料對設施馬鈴薯高產和預防病害均具有一定效果[33]。本研究中，從產量和品質指標來分析，石灰氮處理后與長期連作土壤定植的番茄相比，產量和品質相關指標分別有不同程度的提高，但石灰氮處理后的番茄單株產量仍低于健康土壤，推測石灰氮對連作障礙土壤的修復效應可能需要一定時間周期，而本研究中棚外土壤種植的番茄植株長勢、產量和品質均較弱，推測是由于棚外土壤本身有機質含量低、肥力弱等因素造成的。

綜上所述，在研究中得到了與前人研究相一致的結果，在本研究設置的試驗條件下，外施中劑量9.0g石灰氮處理對設施盆栽連作番茄的改良及應用效果最為理想。