生物炭对樱桃番茄果实品质及产量的影响

曹雪娜， 孟 军， 杨铁鑫， 高 尚， 陈温福

(沈阳农业大学，辽宁沈阳 110161)

随着农业快速发展和人民生活水平日益提高，高品质果蔬市场需求量不断扩大。设施栽培作为一种能够终年种植作物的栽培形式，使作物能避开不利自然条件，形成果蔬反季生长，可大幅度提高果蔬产量、丰富果蔬种类[1]。然而，设施栽培中出现施肥过量、不均，复种指数过高等现象，造成设施土壤有机质含量下降，土壤酸化、板结、盐渍化加剧，土传病害加重等不良后果[2]，使果蔬产量下降，品质变劣[3]。

樱桃番茄(LycopersiconesculentumMill )色泽艳丽、味道酸甜可口，而且含有维生素C、番茄红素等多种人体所需的营养物质，深受消费者喜爱[4]。土壤盐渍化严重限制番茄生长发育，使番茄产量下降，品质变劣，并引发脐腐病等生理病害[5]。土壤酸化使番茄果实可溶性糖含量降低，耐贮性变差[6]，给樱桃番茄栽培者造成了巨大的损失。

生物炭(biochar)是农林废弃物等生物质在相对低温(<700 ℃)和缺氧条件下热裂解形成的稳定的富碳产物[7]。生物炭因其独特的理化性质和结构特征，施入到土壤后具有调节土壤pH值[8]、降低土壤容重[9]、提高土壤团聚性[10]、平衡土壤养分[11]等作用。近年来，关于生物炭对果蔬品质、产量的研究越来越多。有研究表明，施用生物炭能提高黄瓜产量，增加其果实可溶性糖含量，降低硝酸盐积累[12]。马嘉伟等认为，竹炭能够提高白菜产量1.01倍，维生素C含量1.67倍[13]。有研究认为，施用生物炭能提高大白菜幼苗株高、茎粗、叶绿素含量、植株鲜质量、植株干质量及壮苗指数等。乔志刚等认为，施用生物炭能提高提高维生素C含量69.5%、可溶性蛋白质含量64.7%[14]。鉴于此，本研究以樱桃番茄为试验材料，选用玉米秸秆生物炭，在日光温室中进行试验，探讨生物炭对不同生育时期樱桃番茄果实品质和产量的影响，以期为生物炭在设施栽培中的合理应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

本试验于2015年在沈阳农业大学(123.4′E，41.8′N)日光温室中进行。供试樱桃番茄为“蜜枣”，由沈阳益农种苗有限公司生产。供试土壤为棕壤，土壤基本理化性质为：全氮0.12%，全磷0.29 g/kg，全钾40.57 g/kg，pH值7.5，有机质16.39 g/kg。选用玉米秸秆生物炭，由金和福农业开发有限公司生产提供，其基本理化性质为全氮为：0.79%，全磷 0.22 g/kg，全钾为44.10 g/kg，pH值8.4。

1.2 试验方案

试验采用随机区组设计，设置3个处理，每个处理3次重复。分别为对照(CK)：不施生物炭；低量生物炭(T1)：30 t/hm2；高量生物炭(T2)：90 t/hm2。小区面积10.8 m2，每区种植33株樱桃番茄，行距60 cm，株距50 cm。将樱桃番茄种子催芽播种后育苗，至幼苗3叶1心时，取长势基本一致幼苗进行定植，定植时间为2015年6月4日，采用单干整枝的方法，栽培管理同常规方法，2015年9月10日试验结束。

1.2 测定项目与方法

1.2.1 样品采集 在果实发育的5个不同时期取样，分别为：绿熟期(全果深绿)；破色期(果实显红色<10%)；转色期(果实显红色10%～60%)；粉红期(果实显红色>60%～90%)；红熟期(果实显深红色，果肉略发软[15])。在每个小区随机选取9个成熟度一致的果实带回实验室进行相关指标的测定。

1.2.2 果实形态的测定 测量果实的横径、纵径，并计算果形指数(果实纵径/横径)；测定单果质量。

1.2.3 营养品质的测定 采用钼蓝比色法测定维生素C含量；采用蒽酮比色法测定可溶性糖含量；采用考马斯亮蓝G-250法[16]测定可溶性蛋白含量；采用液相色谱法[17]测定柠檬酸和苹果酸含量。

1.2.4 产量的测定 单株产量理论值：单株产量=单果质量×果实个数。

单株产量实测值：各处理果实成熟后，另选取9株具有代表性的植株单独收获，测定其单株产量。

折合667 m2产量：667 m2产量=平均单株产量×(667/单株面积)。

1.2.5 土壤的测定 全氮、有机碳采用元素分析仪(vario MACRO cube，德国)测定，碱解氮测定采用碱解扩散法，全磷测定采用钼锑抗比色法，全钾测定采用火焰光度法。

1.3 数据统计分析

使用SPSS 19.0软件分析数据，Duncan’s方法进行差异显著性分析。利用Excel 2003软件进行数据整理分析并绘制图表。

WUDAPT 项目：城市形式与功能信息的众包解决方案及其应用 黄 媛 刘静怡 Jason Ching2018/04 26

2 结果与分析

2.1 施入生物炭对土壤理化性质的影响

由表1可见，施用生物炭可使土壤pH值、有机碳、全氮、碱解氮均有不同程度的提高，且随着施炭量的增加，提高效果越明显。与CK相比，T2可显著提高pH值0.27、有机碳89.2%、全氮26.3%、碱解氮15.6%；T1也可提高pH值0.01，有机碳7.4%，全氮5.3%，碱解氮5.5%，但未达到显著性差异水平。

表1 不同施炭量对樱桃番茄土壤理化性质的影响

2.2 施入生物炭对果实外观形态品质的影响

由表2可知，随着果实的生长发育，樱桃番茄果实的横径、纵径迅速增长，而后缓慢增加至粉红期后略有下降。且果实在每个生育时期果形指数均>1，为长圆形。施用生物炭对果实外观形态品质没有显著影响，T2横、纵径增长率高于T1、CK(除粉红期外)。

表2 不同施炭量对樱桃番茄果实外观形态品质的影响

注：同一成熟度同列数据后不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。下表同。

2.3 施入生物炭对果实营养品质的影响

2.3.1 施入生物炭对果实中维生素C含量的影响 由图1可知，随着果实的生长发育，维生素C含量大体呈现先减少后增加的趋势。施用生物炭能够显著地提高樱桃番茄果实中维生素C的含量。其中T2效果最为显著，在破色期至红熟期，与CK相比，维生素C含量显著提高17.6%～67.6%；T1对维生素C含量的影响也十分显著，破色期至粉红期，T1维生素C含量比CK显著提高20.1%～35.1%。

2.3.2 施入生物炭对果实中可溶性糖和有机酸含量的影响 由表3可知，樱桃番茄果实中可溶糖含量呈先升高后降低的单峰曲线变化趋势。施用生物炭使可溶性糖含量峰值推迟一个生育时期出现，并提高1.1%～18.2%。CK可溶糖含量峰值出现在转色期，达20.11 mg/g，而T1、T2可溶性糖含量峰值出现在粉红期，分别为20.33 mg/g和23.77 mg/g，此时施炭处理可溶性糖含量显著高于对照，且T1、T2分别比CK高34.2%、56.9%。在果实生长发育过程中，施用生物炭对有机酸(柠檬酸和苹果酸)含量影响并不显著。在转色期，CK的糖酸比显著高于T1、T2，分别高30.1%和65.3%；在粉红期，T1、T2的糖酸比显著高于CK，分别高34.3%、52.2%。

表3 不同施炭量对樱桃番茄可溶性糖及有机酸含量的影响

2.4 施入生物炭对产量及其构成因素的影响

由表4可见，随着施炭量的增加，樱桃番茄产量逐渐下降。与对照相比，由于T1显著增加了果实个数，对单果质量影响不显著，导致其单株产量理论值提高25%，单株产量实测值提高21.6%，折合667 m2产量提高了22.0%。T2单果质量、单株果实个数、单株产量理论及实测值、折合667 m2产量均没有显著影响。

表4 不同施炭量对樱桃番茄产量构成因素的影响

3 讨论

在本研究中，樱桃番茄果实中维生素C含量大体上呈先下降后上升的变化趋势，与张秀梅[18]、苍晶等[19]、程志强等[20]试验结果相符。施炭处理维生素C含量在破色期后显著高于对照，且维生素C含量随施炭量增加而增加。闵炬等认为，施氮量增加，番茄中维生素C含量随之增加[21]；秦松等认为，铵态氮比例增加，茄果类蔬菜中维生素C含量随之增加[22]。本研究结果表明，随着生物炭施用量的增加，土壤中碱解氮含量不断增加，果实维生素C含量也相应提高。土壤中碱解氮的含量增加可能由于生物炭施入土壤后形成较大的团聚体，更容易吸附土壤中的铵态氮[23-24]，有利于植物对其吸收利用，进而使樱桃番茄果实中维生素C含量提高。

可溶性糖和有机酸含量是评价果实品质优劣的重要指标，且糖酸比越高，果实品质越好[25]。本试验结果表明，在果实的生长发育过程中，施用生物炭对樱桃番茄果实有机酸的影响不显著，而对可溶性糖含量的消长具有一定的影响。施用生物炭提高了土壤中全氮和碱解氮含量，从而使施炭处理樱桃番茄果实可溶性糖含量峰值比对照推迟，徐新娟等认为，全铵态氮处理下番茄果实的可溶性糖含量显著高于全硝态氮处理，说明氮素会显著影响果实的糖代谢[26]。本试验条件下施用生物炭可延长可溶性糖的积累，并在一定程度上可以延长果实收获期，可能的原因是由于生物炭具有疏松多孔结构，使其具备了类似“海绵”一样的作用[27]，对NH4+具有吸附固持作用[28]，延缓樱桃番茄对其吸收利用。

可溶性蛋白质是作物体内氮素存在的主要形式，它为作物能够顺利进行物质的合成及代谢、信号转导、基因表达等生理过程提供重要的物质基础[29]，其含量的多少与果实的代谢及抗逆性具有密切的关系。本试验结果表明，施炭处理与对照相比，樱桃番茄果实中可溶性蛋白质含量影响不大。在破色期和红熟期时，T2中可溶性蛋白质含量均明显高于CK、T1，说明此时樱桃番茄果实中的细胞保水能力更好，抗逆性更强。其原因可能是生物炭中的灰分释放一些物质(包括酚类、醇类、脂类、氨基酸类、羧酸类等化合物)[30]，在一定程度上干预某些蛋白质的合成、代谢及基因表达[31]，从而改变樱桃番茄中可溶性蛋白质的含量。

本研究结果表明，适量(T1)施入生物炭可以提高樱桃番茄产量。施用生物炭可以改善土壤的理化性质，提高土壤的有机碳、全氮、碱解氮含量，为樱桃番茄生长提供良好土壤环境，从而增加对氮素的吸收利用，使其产量提高7.5%～21.6%。勾芒芒等认为，生物炭对番茄根系特征优化和产量提高具有促进作用[32]。本试验中，土壤中全氮、有机碳含量随着生物炭施用量的增加而增加，但樱桃番茄的产量并未提高。肖辉等认为，生物黑炭对蔬菜产量影响不大或具有提高的作用，但随着施炭量的增加产量有下降趋势。这个可能的原因是生物炭对土壤氮素具有矿化作用或者对土壤有机质有矿化作用[33]，导致植物并不能吸收利用土壤中的养分。

4 结论

(1)在本试验条件下，施用生物炭能改善樱桃番茄果实营养品质且高炭量(90 t/hm2)效果更佳。(2)施用生物炭对樱桃番茄果实外观形态品质影响不显著。(3)施用生物炭能提高樱桃番茄产量7.5%～21.6%，随着施炭量的增加产量有下降趋势，且低炭量(30 t/hm2)增产效果显著。

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