土壤改良剂和嫁接栽培对日光温室土壤性状与番茄品质产量的影响

田敏娇，李 乐，李建设,2，高艳明,2*

(1.宁夏大学 农学院，宁夏 银川 750021；2.宁夏现代设施园艺工程技术研究中心，宁夏 银川 750021)

【研究意义】番茄是我国也是世界上设施栽培面积最大的蔬菜作物，在蔬菜生产中具有重要的地位。我国设施蔬菜栽培采用传统的大水大肥管理方式，常年连作导致了严重的土壤性状变劣，蔬菜产量品质下降，限制可持续发展[1]。因此，如何改良设施土壤质量，实现高产优质高效，是设施蔬菜面临的一个重要课题。【前人研究进展】土壤连障碍主要是根际土壤理化性质的变劣及微生物环境的变恶造成的，因此，改善根际土壤微生态环境成为国内外缓解土壤连作障碍的主要措施。目前，人们对土壤改良的研究主要集中在选育抗性品种和砧木、土壤消毒、添加土壤改良剂、生物防治及栽培管理措施等方面。番茄嫁接可减轻和避免土传病害，克服连作障碍。一些研究认为，嫁接可以提高作物抗逆性，促进植株生长发育，提高产量和改善品质[2-4]，同时改变植物根系的吸收特性[5]。袁婷婷等[6]认为嫁接栽培番茄较自根栽培土壤氮、磷、钾供应能力都有所提高。不同的土壤改良剂根据原料的来源不同，其改良土壤的作用机制也不同，但有几方面具有类似的效果：施用土壤改良剂后，都能改善土壤理化性质、持留土壤养分、促进植物生长等。生物炭由于其孔隙结构发达、比表面积大、表面官能团丰富等特性，使得生物炭可以通过改变土壤的理化性质来改良土壤性能，增强土壤肥力[7]，张宏等[8]在土壤中施加生物炭后，土壤的肥力有明显的提高，对小麦高产有积极的促进作用。脱硫石膏由于其独特的理化性质，经大量研究证明可应用于农业生产以及土壤改良等方面。脱硫石膏能改变土壤的理化性质，增加土壤有机质的含量，提高作物的产量[9]；脱硫石膏具有较好的吸附性，可以用来吸附土壤中的重金属离子，减少土壤的重金属污染[10]；除此之外，脱硫石膏中含有少量的碳酸钙，可以用来改良盐碱土[11]。【本研究切入点】前人大多数的研究主要集中在单一改良剂或嫁接栽培对番茄生长发育与土壤改良的影响，而在改良土壤的研究上开展嫁接栽培和土壤改良剂配施的研究相对较少，所以本试验以此为研究点，研究不同土壤改良剂与嫁接栽培对土壤肥力、番茄品质产量及光合作用的影响。【拟解决的关键问题】通过种植自根苗与嫁接苗、增施生物炭与脱硫石膏，探明彼此差异，提出有效土壤改良和番茄高产优质技术，促进设施蔬菜可持续发展。

1 材料与方法

1.1 试验地点及试验材料应将两种改良剂基本性状说明

试验于2018年7-12月在宁夏园艺产业园11号日光温室进行。供试番茄接穗‘代尔1668’， 无限生长型，粉果，中熟品种；砧木为‘金鹏’。试验所用脱硫石膏、生物炭购置于宁夏丰源生物科技有限公司。脱硫石膏主要成分为CaSO4·2H2O，含量为75.85 %，全氮3.31 g·kg-1，全磷30.26 g·kg-1，pH为7.58。生物炭是稻壳于500 ℃下炭化制备而成的，含碳量52.53 %，全氮7.34 g·kg-1，全磷17.67 g·kg-1，pH为8.55。试验地供试土壤pH为7.5，EC为1.48，全氮4.34 g·kg-1，全磷10.43 g·kg-1，速效氮539.25 mg·kg-1，速效磷143.25 mg·kg-1,速效钾247.6 mg·kg-1。

1.2 试验设计

试验设计2个因素：不同土壤改良剂、栽培苗。土壤改良剂3个水平：F1不施土壤改良剂；F2生物炭(10 t/hm2)；F3脱硫石膏(5 t/hm2)。栽培苗2个水平：S1自根苗；S2嫁接苗。采用多因素随机区组试验，共6个处理，3次重复，共18个小区，以F1S1(CK)为对照。

1.3 田间实施底肥、营养液用量需说明

人工翻地，翻地前各处理按照试验设计施入土壤改良剂，7月23日番茄4叶1心双行定植，行距65 cm，株距38 cm，每小区面积7.8 m2，种植32株。定植时浇透清水以促进缓苗，整个生育期采用日本园试配方1/3剂量营养液滴管，灌溉量依据植物生长需求及天气情况确定，保持单株灌溉量一致。番茄采用单秆整枝方式，留四穗果打定，每穗留4～5个果实。12月26日拉秧，拉秧前5 d停止灌水。

1.4 试验测定项目与方法

1.4.1 植株生长指标的测定 各处理标记6株长势相对一致且无病害番茄植株，定植缓苗后每7 d测定株高、茎粗、叶绿素、叶面积等指标；株高测量位置为根基部到茎顶端生长点的自然高度，用钢卷尺测量；茎粗测量位置为根基部距离地面约1 cm处的直径，用游标卡尺测量；叶面积用钢卷尺测量叶长、叶宽后分生育期带入吴远潘[12]的叶面积公式进行计算。叶绿素采用SPAD502叶绿素仪测定番茄植株中部长势一致的3片叶子的含量并取平均值。

1.4.2 植株光合性能的测定 在盛果期，采用德国GFS-3000光合仪测定植株的光合指标，包括叶片净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)等的测定。

1.4.3 番茄果实品质的测定 三穗果成熟时，各处理随机采6个鲜果用于测定番茄果实品质，Vc含量用钼蓝比色法测定；可溶性糖用H2SO4-蒽酮比色法测定；硝酸盐含量用硫酸-水杨酸法测定[13]；葡萄糖、果糖、蔗糖含量参考张志良[14]等的方法测定：取样称量后置于研钵中，加入少量石英砂和20 mL 80 %乙醇进行研磨提取，然后转入到离心管中，在80 ℃条件下水浴30 min，取出以3600～5000 r/min离心20 min，取上清液用80 %乙醇定容至50 mL。

1.4.4 土壤养分含量的测定 盛果期从根周围取0～20 cm(和植株距离)土层土壤，用于测定土壤相关指标；土壤pH测定用1∶5(m∶v)土壤悬液电位计法，土壤EC值测定采用电导率法，全氮测定用H2SO4催化剂消煮-凯氏定氮法测定，全磷测定用H2SO4-HClO4消煮-钼锑抗比色法测定，速效氮测定用饱和K2SO4浸提-凯氏定氮法测定，速效磷测定用0.5 mol·L-1碳酸氢钠溶液浸提-钼锑抗比色法测定；速效钾测定用1 mol·L-1乙酸铵溶液浸提-火焰光度法测定[15]。

1.4.5 番茄产量的统计 番茄成熟时，记录每次的采收日期，各处理按小区对产量进行实测，称其重量并记录果实个数，以计算平均单果质量，最终折合亩产量。

1.4.6 隶属函数值计算U(Xij)=(Xij-Xmin)/(Xmax-Xmin) ，式中，U(Xij)为第i个处理第j项指标的隶属函数值，且U(Xij)∈[0，1]，Xij表示第i个处理第j个指标测定值，Xmax、Xmin为所有处理中第j项指标的最大值和最小值。若某指标与其所属性状呈负相关，则以反隶属函数计算：u(xj)= 1-(Xij-Xmin)/(Xmax-Xmin)，此方法参考龙海涛等[16]的研究。

1.4.7 数据统计 用Excel 2010软件进行数据计算，结果以平均值±标准误表示。用SPSS 21软件对实验数据进行多重比较分析，用LSD法检验不同处理间的差异显著性，用Origin 2018软件作图。

2 结果与分析

2.1 不同处理对番茄生长指标的影响

由图1-A可以看出，F2S2处理株高最高，F3S2处理次之，与F1S2、F2S1处理差异不显著，与CK、F3S1差异显著。由图1-B可得，F3S2处理茎粗最粗，F2S2次之，F3S1、F2S1、F1S2居中，与CK差异均显著。由图1-C可知，F2S2处理叶绿素含量最高，F1S2、F3S2处理居中，均显著高于CK、F2S1、F3S1。由图1-D可知，F2S2处理叶面积最大，与F3S2、F2S2处理差异不显著，F3S1、F1S2居中，均显著高于CK。

F1S1为不施肥+自根苗，F1S2为不施肥+嫁接苗，F2S1为生物炭+自根苗，F2S2为生物炭+嫁接苗，F3S1为脱硫石膏+自根苗，F3S2为脱硫石膏+嫁接苗，图上不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05),下同F1S1 is non-fertilizing + self-rooting seedlings, F1S2 is non-fertilizing + grafting seedlings, F2S1 is biochar + self-rooting seedlings, F2S2 is biochar + grafting seedlings, F3S1 is desulfurizing plaster + self-rooting seedlings, and F3S2 is desulfurizing plaster + grafting seedlings Different lowercase letters on the graph indicate significant differences between treatments (P<0.05),the same as below

2.2 不同处理对土壤化学性状的影响

2.2.1 pH和EC 由图2-A可知，与CK相比，F1S2、F2S1、F3S1、F3S2处理显著降低土壤pH，F1S2、F2S1、F3S1处理间差异不显著，F2S2处理显著提高土壤pH。由图2-B可知，与CK相比，F2S2处理显著降低土壤EC，F1S2、F2S1、F3S1、F3S2处理显著提高土壤EC。

图2 不同处理对土壤pH(A)、EC(B)的影响Fig.2 Effect of different treatments on soil pH(A) and EC(B)

2.2.2 土壤养分含量 由表1可知，F2S1处理土壤全氮含量最高，显著高于其他处理；F3S1处理土壤全磷含量最高，与F2S1、F3S2处理差异不显著，均显著高于其他处理；F1S2、F2S1、F2S2、F3S2土壤速效氮含量处理显著高于CK，分别提高103.47 %、258.86 %、276.61 %、140.48 %，F3S1处理与CK差异不显著；F2S2、F3S1、F3S2处理土壤速效磷含量显著高于CK，分别提高26.00 %、11.32 %、12.40 %，F2S1与CK差异不显著；F1S2、F2S1、F2S2处理土壤速效钾含量显著高于CK，分别提高17.05 %、8.25 %、20.90 %，F3S1、F3S2处理与CK差异不显著。从平均隶属度可知，F2S2 > F2S1> F3S2 > F1S2 > F3S1 > CK，可见，施入土壤改良剂有利于土壤养分的提高。

表1 不同处理对土壤养分含量的影响

2.3 不同处理对茄植株光合作用和产量的影响

2.3.1 光合特性 由表2可知，F2S2、F2S1处理蒸腾速率显著高于其他处理；F2S2处理气孔导度显著高于其他处理，显著高于CK 42.14 %；F2S2、F3S2处理净光合速率显著高于其他处理，分别较CK高出52.56 %、45.30 %；F2S1、F2S2、F3S2处理胞间CO2浓度与CK差异显著，分别较CK高出11.33 %、10.78 %、9.11 %。

表2 不同处理对植株光合指标的影响

2.3.2 果实产量 由表3可得，各处理平均单果重显著高于CK，F2S2处理单果重最大，与CK相比，显著提高46.02 %；除F3S2处理外，其他各处理果数与对照差异显著，各处理间差异不显著；F2S2处理小区平均产量最高，与其他处理差异显著，与CK相比，显著提高68.95 %；各处理产量均显著高于CK，F2S2处理667m2产量最高，与CK相比，显著提高68.93 %。

表3 不同处理对设施番茄果实产量的影响

2.4 不同处理对设施番茄品质的影响

由表4可得，F2S2处理的维生素C含量最大，与F2S1处理无显著性差异，显著高于其他处理；F3S2处理的可溶性糖含量最大，显著高于其他处理；CK有机酸含量最高，与F3S2处理差异显著，与其他处理差异不显著；F3S2处理葡萄糖含量最大，显著高于其他处理，F2S2处理含量次之；F2S2处理蔗糖含量最高，与F2S1处理差异不显著，但显著高于其他处理；F3S2处理果糖含量最高，与F2S2差异不显著，但显著高于其他处理。F3S2处理糖酸比最高，显著高于对照，与其他处理差异不显著。

表4 不同处理对番茄品质的影响

根据不同处理对番茄品质的平均隶属度，可将其进行排名：F3S2>F2S2>F2S1>F1S2>F3S1>CK，由此可得，各处理的品质都优于对照，其中脱硫石膏与嫁接苗(F3S2)处理品质最优，生物炭与嫁接苗(F2S2)处理次之。

3 讨 论

株高和茎粗能直观的反应植株的生长状况,孙艳等[17]、郁继华等[18]研究都发现，嫁接黄瓜的叶绿素含量、光合速率均高于自根苗。高方胜等[19]研究发现，番茄嫁接植株较自根植株的株高、茎粗、叶面积、生物量均有所提升。嫁接促进番茄生长、产量的原因是其根系强大的吸收能力促进了K+的吸收和转运，使其在茎叶和果实积累，增强了植物的光合作用原动力[20-21]。刘易等[22]研究表明，生物炭施入土壤后可提高植株叶绿素含量，促进光合作用，增加产量，原因主要是施加生物炭后番茄土壤含水率有效提高，保证了番茄植株生长，提高光合和蒸腾速率，提高番茄植株干物质积累，从而提高产量。王金满等[23]通过盆栽试验表明,施用脱硫石膏可增加向日葵的出苗率和产量。本试验研究得出，与CK相比，施生物炭或脱硫石膏的处理株高、茎粗、叶绿素、叶面积、光合速率、产量均有所提高，且生物炭效果优于脱硫石膏，嫁接苗番茄生长状况优于自根苗，最终以生物炭与嫁接苗(F2S2)处理为最优组合，这可能是由于生物炭的特殊性能与嫁接苗砧木发达的根系提高了植株吸收水分和矿质养分的能力，增强根部物质合成能力，提高地上部的代谢活性有关，从而增强了植株光合性能。

高方胜等[19]研究发现，10个砧木材料均能提高番茄接穗果实的可溶性固形物、维生素C和有机酸含量；但Turhan等[28]则发现，大多数高抗砧木材料会不同程度地降低番茄果实品质。张玉勤等[29]研究发现施用脱硫石膏可以提高枸杞叶绿素含量、净光合速率、果实糖含量指标，但过量会加剧叶绿素的分解导致光合速率的降低。王彩云[30]研究表明生物炭连续施入较连作栽培显著提高了可溶性糖、可溶性固形物和 Vc 的含量，生物炭连续施入与单次施入相比，显著增加了可溶性糖和 Vc 含量，说明生物炭连续施入更能满足植株对养分的吸收利用，促进了植株对养分的利用效率，从而提高果实品质。本研究结果表明，嫁接对果实品质的改善通过施入不同的改良剂效果不同，施入脱硫石膏的嫁接苗果实Vc、可溶性糖、有机酸、葡萄糖、果糖含量较自根苗有所提高，而施入生物炭，嫁接苗比自根苗品质的改善效果不明显，总体来看，处理组的品质均优于对照，其中以生物炭与嫁接苗(F2S2)处理品质最好。

4 结 论

生物炭与嫁接苗(F2S2)为优良组合，能有效改善土壤肥力，促进光合作用从而影响植株生长，提高果实产量，保持品质。