套作与生物炭互作提高番茄土壤酶活性和果实品质

金岩　杨凤军　吴瑕　宋雅超　赵长江

摘 要：我国设施内番茄连作现象普遍存在，严重影响国内保护地番茄的品质和产量。番茄-分蘖洋葱套作和添加生物炭栽培能有效缓解番茄连作障碍，促进生长，提高产量并保持根际的土壤健康。本研究探索分蘖洋葱套作和添加生物炭对番茄生长情况、品质测定及根际土壤酶的影响。本试验于2017年3～8月在大庆市大同区黑龙江八一农垦大学航天育种基地3号棚室中进行，试验地是连作3年的连作番茄地。以番茄-分蘖洋葱套作和添加生物炭的栽培模式为研究对象，试验共设4个处理：番茄单作不添加生物碳、番茄单作添加生物炭、分蘖洋葱套作番茄不添加生物炭和分蘖洋葱套作番茄添加生物炭。分别在30天、60天、90天后测定生长指标（株高、茎粗）和品质测定（维生素C、可溶性糖、可滴定酸、可溶性蛋白）。用5点取样法取根际土壤，测定土壤过氧化氢酶、脲酶和脱氢酶活性。结果表明：与单作相比，分蘖洋葱套作和添加生物炭处理均显著增加番茄株高和茎粗，促进的番茄的生长发育。番茄根际土壤过氧化氢酶、脲酶、脱氢酶活性显著升高。添加生物炭提高果实的可溶性糖、可滴定酸、维生素C含量和糖酸比，改善了番茄的品质。但是套作和单作相比，虽然降低了糖酸比，但增加了可滴定酸和维生素C含量。可见，分蘖洋葱套作番茄及添加生物炭的栽培模式更好地促进了番茄的生长，提高了土壤过氧化氢酶、脲酶和脱氢酶活性。提高了产量，虽降低果实糖酸比，但提高了果实中可滴定酸和维生素C含量。

关键词：套作；番茄；分蘖洋葱；生物炭；土壤酶

番茄是我国设施内主栽茄果类蔬菜之一，由于栽培条件和经济利益驱使，设施内番茄连作现象普遍存在，损害番茄的产量与品质，严重制约设施番茄的发展。例如，连作8年后番茄根系活力和果实品质显著下降。调查结果显示，生产中通过施用有机肥与土壤高温杀菌等农业科学技术措施来改善连作障碍问题。但是，杀菌剂不但会使病原物的抗药性显著增强，还会严重污染周边的环境。间套作能有效减少农药量与番茄病害，促进植株的生长和产量的提高。

合理间套作能显著提高复种指数、减少施肥量、预防土壤流失等优势。挑选有益的作物进行合理的间套作，能改善土壤酶和土壤理化性状。能促进作物生长和产量提高，优化生产资源。生产上由于葱蒜类蔬菜的根系分泌物有较强的抑制作用，常被用于间作套种。常年研究表明，分蘖洋葱套作番茄栽培模式改善番茄根际生态环境与番茄连作土壤，土壤微生物多样性显著增加。

生物质在缺氧状态下热裂解形成固体物质叫生物炭。在土壤理化改良、土壤微生态调控、提高农作物产量等方面受到极大关注。生物炭提高了土壤养分和含水量，改善土壤微生物的生存环境，为土壤微生物提供良好的栖息环境，减少生存竞争，同时还能保护土壤有益微生物。生物炭添加土壤中可以增加土壤有机碳的含量，提高土壤有效性营养元素的含量，从而促进植物生长。同时还可以改变土壤的物理、化学和生物学性质，因此，应用生物炭改良土壤受到越来越多的研究者的关注，具有农业应用价值和环境效益。

因此，本试验通过对番茄套作分蘖洋葱和添加生物炭生长情况测定，同时对根际土壤酶进行测定，旨在番茄套作分蘖洋葱和添加生物炭栽培双因子互作效应的双层促进作用。能更加有效提高土壤酶活性，进而带动植株生长，产量的提高。为番茄套作分蘖洋葱和添加生物炭模式的应用及其相关研究提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试番茄品种为光辉101，供试分蘖洋葱采购于大庆农贸市场，供试生物炭由安徽祥正生物炭有限公司提供。供试土壤基本化学性状为：pH值6.84（土水比为1︰5），EC值为1.5毫西·厘米-1 （土水比为1︰5），有机质18.20克·千克-1，碱解氮91.00毫克·千克-1，速效磷103.43毫克·千克-1，速效钾123.30 毫克·千克-1。

1.2 试验设计

试验于2017年3～8月在大同黑龙江八一农垦大学航天育种基地3号棚室中进行，试验地是连作3年的连作番茄地。1月28日温室内常规播种育苗，番茄7叶1心（3月19日）定植。试验采用双因素随机区组设计，共设4个处理，分别为番茄单作不添加生物碳（CK），番茄单作添加生物炭每公顷5吨（T1），分蘖洋葱套作番茄不添加生物炭（T2），分蘖洋葱套作番茄添加生物炭每公顷5吨（T3）。生物炭按照实验用量以旋耕的方式混合均匀。每处理3次重复，每重复一个小区，小区面积为4.6米×7.7米，覆盖黑色地膜，膜下滴灌。

1.3 测定方法

番茄生长指标测定：分别在番茄定植后30天，60天和90天分别取样，用米尺测量株高，用游标卡尺在茎基部1厘米处测量茎粗。番茄留5穗果摘心，以番茄单作为对照，每重复选5株，待果实成熟后测量单果重量，单株累计测产取平均值。

土壤酶活性测定：分别在番茄定植后30天，60天和90天分别取样，每重复选5株番茄根际取土混合。将土样存于4℃冰箱用于土壤酶活性的分析。过氧化氢酶采用高锰酸钾滴定法；脲酶采用苯酚-次氯酸钠比色法测定；脱氢酶采用TTC比色法测定。

番茄品质测定：可溶性糖采用蒽酮比色法测定；可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝法进行测定；可滴定酸含量采用酸碱滴定法进行测定；维生素C含量采用2，6-二氯酚靛酚钠法进行测定。

1.4 数据处理及分析

原始数据的整理采用Microsoft Excel （Office 2003）软件，数据处理采用SAS 9.1.3软件，方差分析使用ANOVA过程（Duncan′s 新复极差法）。

2 结果与分析

2.1 分蘖洋葱套作和添加生物炭对番茄生长影响

由图1可知，定植30天时，添加生物炭番茄的株高均显著高于相应对照（T3>T2，T1>CK，）。定植60天时，番茄株高T3与CK之间差异不显著，T3处理显著高于T1和T2。定植90天时，分蘖洋葱套作并添加生物炭（T3）株高显著高于其他處理。由图2可知，定植30天时，各处理的番茄茎粗均显著低于对照（CK）。定植60天时，各处理之间差异不显著。定植90天时，T3、T2与CK之间存在差异显著性。T2处理茎粗小于CK处理，而T3处理的茎粗大于CK处理。T3处理的茎粗显著高于CK。综合三个时期的结果表现来看，T1、T2和T3处理可以增加植株的茎粗。T3处理促进效果显著。由图3可知，产量与CK处理对比，T1、T2和T3处理增加了番茄的产量，特别是T3处理对比CK处理产量显著增加了16%。

综上，分蘖洋葱套作番茄添加生物炭中株高、茎粗、产量均明显高于番茄单作。T1、T2和T3处理对番茄的株高、茎粗和产量的生长均有促进作用，T3处理促进效果最为明显，优于其他处理。各处理之间促进效果为T3>T1>T2>CK。

2.2 分蘖洋葱套作和添加生物炭对土壤酶活性的影响

由图4可知，随着定植时间延长过氧化氢酶活性总体呈现上升趋势，综合三个时期结果来看，T3处理与CK、T1、T2处理之间存在显著差异性。T3处理分蘖洋葱套作和生物炭添加显著提高了番茄根基土壤中过氧化氢酶活性。由图5可知，随着定植时间延长脲酶活性总体呈现上升趋势。定植30天时，T3处理显著高于CK和其他处理。定植60天时，T2和T3处理显著高于CK和T1，定植90天时，T3显著高于CK和其他两个处理。综上，T3处理分蘖洋葱套作和生物炭添加显著提高了番茄根基土壤中脲酶活性。由图6可知，随着定植时间延长T2、T3脱氢酶活性总体呈现上升趋势，CK、T1脱氢酶活性总体呈现下降趋势。定植30天时，T2处理显著高于CK和其他处理。定植60天时，T3处理显著高于CK和其他处理。定植90天时，T3、T2处理显著高于CK和T1处理。综上，T3处理分蘖洋葱套作和生物炭添加显著提高了番茄根基土壤中脱氢酶活性。

综上，分蘖洋葱套作番茄添加生物炭中过氧化氢酶、脲酶、脱氢酶的活性均显著高于番茄单作。T3处理显著优于其他处理。

2.3 分蘖洋葱套作和添加生物炭对番茄品质的影响

由表1可知，可溶性糖结果显示，生物炭添加显著提高番茄果实中糖含量（T1>CK，T3>T2），套作对番茄果实糖含量影響不显著。可溶性蛋白测定结果显示，不同处理蛋白含量与CK比差异不显著。维生素C含量测定结果显示，伴生后显著增加番茄果实中维生素C含量（T2>CK，T3>T1），生物炭添加番茄果实维生素C含量有所增加但差异不显著。可滴定酸含量结果显示，添加生物炭提高果实中滴定酸含量，添加生物炭并伴生分蘖洋葱显著提高了果实中可滴定酸含量。套作显著降低了番茄果实中的糖酸比（T2

3 讨论

一种活体植物（供体）通过并产生了挥发、分泌、分解和淋溶等方式向周边的环境释放某种化学物质，进而影响周围其他植物（受体）发育和生长的化学生态学现象叫作植物化感作用。同时，在同一个生态系统当中，植物之间的正负效应是同时存在的。也有些研究表明只表现位正效应。例如，12个品系分蘖洋葱根系分泌物对黄瓜种子发芽和幼苗的苗高、根长、苗鲜质量均有促进作用。本研究表明，与番茄单作相比，套作分蘖洋葱和添加生物炭栽培对显著提高了番茄的株高、茎粗和产量。

众所周知，套作既能增加植物根系数量，又能增加土壤微生物，这对土壤酶活性提高至关重要。对玉米钱辣椒和玉米蒜苗套作系统的研究发现，套作可以提高土壤酶活性；在套作糯玉米对连作菜田的土壤特性研究中发现，套作可以提高土壤酶活性。套作模式可以增强土壤过氧化氢酶活性，为植物生长提供有利根际环境。研究表明，生物炭添加提高土壤脱氢酶和过氧化氢酶等活性。这可能与土壤微生物活性的增大有关。研究表明，生物炭添加能提高土壤中微生物数量，改变土壤原有微生物数量和种类。生物炭含有多种矿物质元素和营养，可以提高土壤肥力，为番茄生长提供所需的各种营养元素；调节土壤的酸碱度和水、肥、气、热状况。可以改善微生物生存环境，为重要微生物的生长和繁殖提供有益条件。生物炭还会改良土壤、保水和通气的提高土温，加剧土壤颜色深化。有利与土壤微生物代谢。套作模式可以增强土壤过氧化氢酶活性，为植物生长提供有利根际环境。脲酶活性与土壤氮素状况和理化性质有关，其活性提高有利于土壤有机氮转化为有效氮，从而提高土壤氮素供给水平。生物炭可以提高土壤酶活性，提高土壤中全碳含量，促进微生物对土壤有机氮利用与固定，进而提高土壤脲酶活性。这与套作模式异曲同工。本研究发现，无论是否添加生物炭，和单作比较，番茄套作分蘖洋葱和添加生物炭处理均可以显著提高土壤过氧化氢酶、脲酶、脱氢酶的活性（T3>T1，T2>CK）。

研究表明，间套作可显著提高蔬菜生长，增加产量、改善蔬菜果实品质，提高经济效益。本研究表明，在套作条件下，添加生物炭提高果实的可溶性糖、可滴定酸、维生素C含量和糖酸比，改善了番茄的品质（T3>T2）。说明生物炭添加对提高番茄品质改善显著。本研究还发现，在添加生物炭条件下，套作虽然降低了糖酸比，但增加了番茄果实中可滴定酸和维生素C含量（T3>T2）。这与前人研究，套作提高番茄果实糖酸比的结论不一致，可能与生物炭添加有直接关系，需要进一步验证。前人研究结果显示，分蘖洋葱伴生改变番茄对养分的吸收量及比例，这可能为套作番茄果实品质的改善提供物质基础。相关性分析的结果显示，可滴定酸与茎粗、产量呈显著性正相关。这说明地上干物质的积累为果实品质改善奠定了物质基础。

综上所述，番茄套作分蘖洋葱和生物炭添加模式可以显著提高番茄株高、茎粗、产量和土壤酶活性。尤其是产量相对于番茄单作提高了16%。番茄品质方面，对可溶性糖、可滴定酸、维生素C有一定的影响。不添加生物炭套作后显著提高果实中糖含量，添加生物炭后套作提高果实的可溶性糖、可滴定酸、维生素C含量和糖酸比，改善了番茄的品质。但是套作和单作比，虽然降低了糖酸比，但增加了可滴定酸和维生素C含量。这些结果为番茄套作分蘖洋葱和生物炭添加技术的应用提供了依据。

基金项目：中央引导地方科技发展专项项目（ZY16A06）；大庆市指导性科技计划项目（zd-2016-099）；黑龙江八一农垦大学校内培育课题资助计划项目（XZR2017-01）。

作者简介：金岩（1991-），男，硕士，从事设施园艺及蔬菜生理生态研究。E-mail：1551808358@qq.com

通讯作者：杨凤军（1972-），男，博士，副教授，从事设施蔬菜栽培生理生态研究。E-mail：275072601@qq.com