石灰氮对日光温室连作番茄生长、产量和品质的影响

孟思达,孙周平,刘玉凤,尹赜鹏,马玉莹,叶云珠,宋臻,杨蕊,富宏丹,李天来

沈阳农业大学园艺学院，北方园艺设施设计与应用技术国家地方联合工程研究中心，设施园艺省部共建教育部重点实验室, 辽宁 沈阳 110866

番茄是世界上非常重要的蔬菜作物之一，全球年总产量已达1.7亿吨，在蔬菜作物中位居首位，也是我国设施蔬菜中种植面积最大的作物。但由于设施周年生产，同时伴随不科学施肥，土壤连作障碍现象愈发严重，致使日光温室、塑料大棚等设施土壤性质逐年恶化，造成土壤理化性质失衡、结构破坏、养分失调、肥力下降、病原菌积累、土传病虫害加剧等一系列问题，进而引起番茄植株长势不良、产量降低、品质劣化[1-7]。当前，在设施番茄生产过程中如何防治土壤连作障碍是急需解决的重要问题，直接影响设施番茄产业的可持续发展。

石灰氮是由氰氨化钙、氧化钙和其他不溶性杂质等构成的混合物，将其作为农用化肥已有一百多年历史，但随着世界化肥工业的快速发展，高效化肥的广泛使用使得这一具有诸多优点的化肥曾一度淡出农用化肥市场。近年来，石灰氮本身具有的特点使其再次成为国内外学者的重要研究对象。石灰氮是低毒高效农药多菌灵的主要成分之一，可用作杀虫剂、杀菌剂、除草剂以及有机合成和塑料工业的基本原料。目前石灰氮在农作物营养补充、病虫害防治、土壤结构性质改良、有机肥腐熟、作物根系吸收能力改善、产量品质提高等诸多方面均已取得良好的应用效果[8-15]。

石灰氮对于土壤连作障碍改良方面具有良好的应用效果，但有关其大部分研究多集中于大田作物，针对茄果类蔬菜作物、特别是日光温室连作番茄的相关研究甚少。因此，本研究以种植过日光温室番茄的健康土壤和未种植过蔬菜作物的棚外土壤栽培的日光温室番茄为对照，以日光温室番茄19年长期连作土壤施入不同剂量石灰氮种植日光温室番茄，探究石灰氮处理对设施连作番茄的株高、茎粗、干物质积累、叶片叶绿素含量、根系活力、叶片脯氨酸含量、叶片保护酶活性、产量和品质等指标的影响，旨在了解石灰氮对设施连作番茄在生长、产量、品质等方面的应用效果，为土壤连作障碍的克服，石灰氮的高效利用与开发提供科学依据，对设施番茄产业健康的可持续发展具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 材料

试验于2017年7～12月在沈阳农业大学园艺学院科研基地的日光温室中进行，供试番茄品种为“辽园多丽”。供试日光温室番茄19年连作障碍土壤取自沈阳马三家地区，其土壤盐渍化严重，定植的番茄植株生长势减弱、产量下降；供试健康土壤取自沈阳马三家地区，无土壤盐渍化特征，定植的植株长势正常；供试棚外土壤取自沈阳马三家地区，未种植过任何蔬菜作物。供试土壤的初始理化性状如表1所示。供试石灰氮呈黑色粉末状(50%氰氨化钙含量，20%含氮量，38%含钙量)，由宁夏大荣公司提供。

表1 供试土壤的初始理化性状Table 1 Initial physical and chemical properties of the tested soil

1.2 方法

2017年7月1日播种，穴盘基质育苗。8月15日植株长至5片真叶时，选择长势一致的植株定植于塑料桶内，定植用塑料桶上口径28cm，下口直径21.5cm，高24cm；每个塑料桶内定植1株，株距35cm，行距55cm；每个对照和处理各30桶，共180桶；单干整枝，留3穗果，每3d浇1次水，每桶2L，常规方法栽培管理。

以健康土壤和未种植过任何蔬菜作物的棚外土壤种植的番茄为对照(分别为CK1和CK2)，不施石灰氮的连作土壤种植的番茄为处理1(T0)，另设置3个石灰氮处理：低剂量处理(T1)，每桶石灰氮施用量为4.5g；中剂量处理(T2)，每桶石灰氮施用量为9.0g，为低剂量的2倍；高剂量处理(T3)，每桶石灰氮施用量为18.0g，为中剂量的2倍。在定植前将石灰氮与土壤混匀，装于塑料桶内，每桶装土18kg。

1.2.1 株高和茎粗的测定

分别于处理后20d(9月4日)、40d(9月24日)测定番茄植株的株高(子叶至生长点)；处理后20d(9月4日)、40d(9月24日)、60d(10月14日)和80d(11月3日)测定番茄植株的茎粗(测定茎基部，第1花序与第2花序的中间部位)。

1.2.2 干物质积累的测定

取拉秧期的番茄植株，将植株迅速分解为根、茎、叶3部分后，分别称量鲜重，之后于105℃杀青30min，60℃烘至恒重，分别称量干重。

1.2.3 叶片叶绿素含量和根系活力的测定

取拉秧期番茄植株叶片，采用丙酮-无水乙醇混合液法测定叶片叶绿素含量[16]。取拉秧期番茄植株根系，采用α-萘胺氧化法测定根系活力[17]。

1.2.4 叶片渗透调节物质和保护酶活性的测定

取拉秧期番茄植株第二穗果上部第一片叶片，游离脯氨酸(Pro)含量采用酸性茚三酮比色法测定[17]；丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸法测定[17]；超氧化物歧化酶(SOD)活性采用NBT法测定[17]；过氧化物酶(POD)活性采用愈创木酚法测定[17]；过氧化氢酶(CAT)活性采用比色法测定[17]；L-苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性采用苯丙氨酸脱氨显色法测定[18]。

1.2.5 番茄产量和品质的测定

果实成熟后，取各处理番茄第1花序第1果各10个称量鲜重，计算平均单果重；不同处理各取5株进行单株测产；对每个处理第1花序第l果(成熟番茄果实)进行果实品质的相关指标测定。其中，可溶性总糖含量用蒽酮比色法测定[19]；有机酸含量用酸碱中和滴定法测定[20]；可溶性蛋白含量测定采用考马斯亮蓝G250染色法[20]；维生素C含量用比色法测定[20]。

1.3 数据处理方法

试验所得数据结果采用Microsoft Excel 2010和SPSS 18.0软件进行处理，采用Duncan’s新复极差法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 石灰氮处理对日光温室连作番茄株高的影响

由图1可知，定植20d以后，T2和T3的株高最高，与CK1和CK2相比差异显著，且显著高于其他处理；T1与CK1相比无显著差异，但显著高于T0和CK2；T0显著低于CK1，但显著高于CK2；CK2的株高最低，与T2和T3相比分别低了26.07%和25.93%。定植40d以后，T3的株最高，与CK1相比差异显著，且显著高于其他处理；T2与CK1无显著差异，显著低于T3，高于T0、T1和CK2；T1显著低于CK，但显著高于T0和CK2；CK2的株高最低，但与T0相比无显著差异；与T0相比，CK1、T2和T3的株高分别增加10.62%、11.35%和14.98%。由此可见，石灰氮处理尤其是中剂量(9.0g)和高剂量(18.0g)能增加日光温室连作番茄植株株高，促进生长。

图1 不同处理下日光温室连作番茄的株高Fig.1 Plant height of continuous cropping tomato in solar greenhouse underdifferent treatments

2.2 石灰氮处理对日光温室连作番茄茎粗的影响

由图2可知，定植20d以后，CK2茎粗最小，其次是T0，T3茎粗最大，T3与CK1无显著差异，T0与T1无显著差异；与T0相比，T1、T2和T3茎粗分别增加0.69%、2.54%和7.60%。定植40d以后，仍表现为CK2茎粗最小，其次是T0，T3茎粗最大，但此时T3和T2之间无显著差异，T0与T1仍无显著差异；与CK2相比，T1、T2和T3茎粗分别增加了4.21%、5.93%和7.77%。定植60d以后，T0和CK2的茎粗较小，T2和T3茎粗较大，T0和CK2之间没有显著差异，CK1、T1、T2和T3之间均无显著差异；与T0相比，T2和T3茎粗分别增加了5.38%和5.74%。定植80d以后，CK2茎粗最小且显著低于CK1和其他处理，其次T0较小，T3茎粗最大，CK1、T1、T2和T3之间均无显著差异，与T0相比，T1、T2和T3茎粗分别增加6.54%、7.53%和8.57%。由此可见，石灰氮处理后能显著增加日光温室连作番茄植株茎粗，与棚外土和0g处理差异显著，在番茄生长中后期石灰氮处理的植株茎粗可达到健康土水平，促进植株长势。

图2 不同处理下日光温室连作番茄的茎粗Fig.2 Stem diameter of continuous cropping tomato in solar greenhouse under different treatments

2.3 石灰氮处理对日光温室连作番茄干物质积累的影响

由表2可知，CK2的叶干重最小且显著低于CK1，T0的叶干重与CK2相比无显著差异，T2和T3的叶干重最大且显著高于CK1、T0和CK2，T0与CK1相比叶干重降低6.16%，T1、T2和T3叶干重比T0相比分别增加了5.79%、11.96%和14.50%。CK2的茎干重最小且显著低于CK1和其他各处理，CK1的茎干重最大，与T2相比无显著差异但显著高于其他处理；与T0相比，T1、T2和T3的茎干重分别增加了4.74%、18.72%和14.37%。CK2的根干重最小，且显著低于CK1和其他各处理；CK1根干重最大，显著高于CK2和其他各处理；与T0相比，T1、T2和T3的根干重分别增加4.32%、12.99%和11.55%。CK2的全株干重最小，显著低于CK1和其他各处理，T2与T3的全株干重无显著差异但显著高于T1；与T0相比，T1、T2和T3的全株干重分别增加了5.56%、16.54%和17.28%。由此可见，石灰氮处理对日光温室连作番茄的干物质积累有一定的促进作用，且中剂量9.0g和高剂量18.0g处理的促进效果更为明显。

表2 不同处理下日光温室连作番茄的干物质积累 Table 2 Dry matter accumulation of continuous cropping tomato in solar greenhouse under different treatments

2.4 石灰氮处理对日光温室连作番茄叶片叶绿素含量和根系活力的影响

由表3可知，拉秧期T0叶片叶绿素含量最低且显著低于各对照和处理，CK1的叶片叶绿素含量最高且显著高于CK2、T0、T1和T2，T2和T3与CK1之间的叶片叶绿素含量均无显著差异；与T0相比，T1、T2和T3的叶片叶绿素含量分别显著增加17.83%、33.48%和34.84%。CK2根系活力最低且显著低于其他各处理，CK1的根系活力最高；施入石灰氮进行处理以后植株根系活力显著升高，与T0相比，T1、T2和T3的根系活力分别增加5.05%、30.59%和13.24%。由此可见，对比0g处理，外施石灰氮处理能显著提高日光温室连作番茄叶片的叶绿素含量，高剂量18.0g处理可显著提高植株根系活力，但两个指标仍均低于健康土对照。

表3 不同处理下日光温室连作番茄叶片的叶绿素含量和根系活力Table 3 Leaf chlorophyll content and root activity of continuous cropping tomato in solar greenhouse under different treatments

2.5 石灰氮处理对日光温室连作番茄植株叶片渗透调节物质和保护酶活性的影响

由表4可知，CK1和CK2的叶片游离脯氨酸含量最低且显著低于其他各处理，T0的叶片游离脯氨酸含量最高且显著高于其他各处理，施入石灰氮进行处理后番茄叶片游离脯氨酸含量显著降低；与T0相比，T1、T2和T3的叶片游离脯氨酸含量分别降低了8.28%、23.90%和21.73%。CK2叶片MDA含量最低，T0的叶片MDA含量最高，二者差异显著，CK1的叶片MDA含量显著高于CK2但显著低于其他各处理；施入石灰氮进行处理后番茄叶片MDA含量显著降低，但T2和T3之间无显著差异且均显著低于T1；与T0相比，T1、T2和T3的叶片MDA含量分别显著降低了9.64%、18.24%和17.69%。CK1和CK2的叶片SOD活性最高且显著高于其他各处理，但二者间无显著差异，T0的叶片SOD活性最低且显著低于两个对照和其他处理；施入石灰氮进行处理后番茄叶片SOD活性显著升高，T2和T3之间无显著差异但均显著高于T1；与T0相比，T1、T2和T3的叶片SOD活性分别显著升高8.77%、23.37%和25.84%。CK2的叶片POD活性最高且显著高于CK1和其他各处理；施入石灰氮进行处理后番茄叶片POD活性有升高趋势，T0的叶片POD活性最低且显著低于T2和T3，但与T1之间无显著差异，T2和T3之间差异不显著但均显著高于T1；与T0相比，T1、T2和T3的叶片POD活性分别升高2.81%、16.08%和20.16%。CK1的叶片CAT活性最高且显著高于CK2、T0、T1和T3，CK2的CAT活性显著低于T2和T3，但与T0和T1相比无显著差异；施入石灰氮进行处理后CAT活性显著升高，与T0相比，T1、T2和T3的叶片CAT活性分别升高16.30%、73.58%和45.57%。CK2的叶片PAL活性最高且显著高于其他各处理，T0的PAL活性最低且显著低于其他三个处理，CK1的PAL活性显著高于T0但与T1、T2、T3相比无显著差异；施入石灰氮进行处理后PAL活性显著升高，与T0相比，T1、T2和T3的叶片PAL活性分别升高7.69%、13.17%和10.89%。由此推测，对比0g石灰氮处理，对日光温室连作番茄外施石灰氮处理可以显著降低植株叶片游离脯氨酸含量和MDA含量，并显著提高叶片SOD等酶活性，其中，中剂量9.0g石灰氮处理对日光温室连作番茄植株叶片渗透调节物质和保护酶活性的应用效果最为理想。

表4 不同处理下日光温室连作番茄植株叶片渗透调节物质和保护酶的活性Table 4 Activities of osmoregulatory substances and protective enzymes in leaves of continuous cropping tomato plants in solar greenhouse under different treatments

2.6 石灰氮处理对日光温室连作番茄产量和品质的影响

2.6.1 石灰氮处理对日光温室连作番茄产量的影响

由表5可知，CK1单果重最高，CK2单果重最低且显著低于其他各处理；T0与CK1和CK2相比均有显著差异；T2的单果重与CK1和T3相比无显著差异，但显著高于T0和T1；施入石灰氮进行处理后，番茄的平均单果重呈现出增加的趋势，与T0相比，T1、T2和T3处理的单果重分别增加4.11%、8.21%和5.29%。CK1的单株产量最高且显著高于其他各处理，CK2的单株产量最低且显著低于其他各处理，T0与2个CK相比均有显著差异，T2单株产量显著高于其他处理；施入石灰氮进行处理后，番茄的单株产量呈现出增加的趋势，与T0相比，T1、T2和T3的单株产量分别显著增加9.29%、15%和10.71%。由此可知，各石灰氮处理的平均单果重和单株产量虽仍显著低于健康土对照，但对比棚外土和连作土，产量已明显提高，其中，以中剂量9g石灰氮处理的增产效果最为理想。

表5 不同处理下日光温室连作番茄的单果重和单株产量 Table 5 Single fruit weight and single plant yield of continuous cropping tomato in solar greenhouse under different treatments

2.6.2 石灰氮处理对日光温室连作番茄品质的影响

由表6可知，CK2的果实可溶性糖含量最低且显著低于其他各处理，CK1的果实可溶性糖含量最高且显著高于其他各处理，CK1和CK2之间的果实可溶性糖含量差异显著；施入石灰氮进行处理后，T1的果实可溶性糖含量显著低于T0，但T2、T3与T0果实可溶性糖含量差异不显著，与T0相比，T1和T2的果实可溶性糖含量降低2.86%和0.82%，T3的果实可溶性糖含量增加了2.86%。CK1的果实有机酸含量显著低于CK2，但CK1与T1、T2、T3之间均无显著差异，CK2的果实有机酸含量最高且显著高于其他各处理；施入石灰氮进行处理后，番茄果实的有机酸含量有降低的趋势，与T0相比，T1、T2和T3的果实有机酸含量分别显著降低17.95%、20.51%和17.95%。番茄果实糖酸比表现为CK1最高，CK2最低，两者与其他各处理相比均有显著差异；施入石灰氮进行处理后果实糖酸比有增加的趋势，与T0相比，T1、T2和T3的果实糖酸比分别显著增加18.10%、24.44%和24.76%。CK1果实VC含量最高且显著高于其他各处理，CK2果实VC含量最低且显著低于其他各处理；施入石灰氮进行处理后，T0与T1之间差异不显著，T2与T3之间差异不显著，但T2、T3显著高于T0和T1，T2和T3果实VC含量与T0相比分别显著增加了1.96%和2.05%。CK1的番茄果实可溶性蛋白含量最高且显著高于其他各处理，CK2果实可溶性蛋白含量最低且显著低于其他各处理；施入石灰氮进行处理后，T0和T1之间果实可溶性蛋白含量差异不显著，T2和T3之间果实可溶性蛋白质含量差异不显著，但T2、T3的果实可溶性蛋白含量显著高于T0、T1，与T0相比，T2和T3果实可溶性蛋白含量分别显著增加7.20%和7.39%。由此推测，对日光温室连作番茄进行石灰氮处理，能降低番茄有机酸含量，提高糖酸比、VC和可溶性蛋白含量，从而提高日光温室连作番茄的品质。

表6 不同处理下日光温室连作番茄果实的品质指标Table 6 Fruit quality indexes of continuous cropping tomato in solar greenhouse under different treatments

3 讨论与结论

已有很多研究证实石灰氮的应用对于提高连作土壤pH、改善土壤微生物群落结构和提高土壤酶活性等方面有显著效果[21-23]。在石灰氮对不同作物地上部影响的研究中发现，菠菜种植中以石灰氮为主要氮源，可以使植株生长状况良好、叶色浓绿、叶肉增厚[24]，石灰氮处理能显著增加莴笋叶片数、株高、茎粗[25]，石灰氮处理土壤与常规施肥相比，促进了韭菜株高、茎粗、叶长[26]。本研究在长期连作土壤中施入石灰氮进行处理后发现番茄植株长势得到明显改善，尤其是中剂量石灰氮和高剂量石灰氮处理的番茄植株株高、茎粗、叶干重、茎干重、根干重和全株干重与对照相比均显著增加。

施加石灰氮后增加了芹菜叶片的叶绿素含量和光合作用强度，增加根长，提高了根系吸收面积[27]，连作草莓施用石灰氮处理后，叶片光合色素含量提高，光能吸收增加，光合电子传递加快，受光抑制程度降低[28]。本研究中，对比0g处理，外施石灰氮处理能显著提高日光温室连作番茄叶片的叶绿素含量，高剂量18.0g处理可显著提高植株根系活力，但2个指标仍均低于健康土对照，中剂量石灰氮处理后与连作土壤定植的番茄相比，其叶片脯氨酸和丙二醛含量显著降低，且能够显著提高叶片超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶和L-苯丙氨酸解氨酶等保护酶活性。

前人对石灰氮改善作物产量和品质的相关研究较为深入，外施石灰氮可以使菠菜维生素C含量提高，使产品的商品性状显著提高[24]，提高莴笋产量，增加经济效益的同时降低茎腐病、霜霉病和草害的发生率[25]，提高韭菜产量、改善品质，且可以减少化肥施用量[26]，提高芹菜叶片和茎的维生素C含量并降低了根结线虫发病率，使产量显著提高[27]，提高茄子植株的生物量及产量，并在防治茄子黄萎病方面取得理想效果[29]，施用石灰氮处理可使辣椒单株产量、地上部和根部生物量提高，使辣椒维生素C、可溶性蛋白质、可溶性糖含量增加，并显著降低青枯病发病率[30]，在大棚秋黄瓜上施用石灰氮，对黄瓜瓜长、瓜横径有促进作用，明显提高黄瓜的商品性，对平均单瓜重、理论产量都有促进作用，同时在黄瓜整个生育期都能明显抑制杂草生长[31]，向含有外源化感物质的土壤中添加石灰氮后，番茄植株的长势以及干物质积累明显高于未添加的对照组,说明石灰氮具有缓解化感物质毒害的作用[32]，此外，还有研究发现石灰氮配施有机水溶肥料对设施马铃薯高产和预防病害均具有一定效果[33]。本研究中，从产量和品质指标来分析，石灰氮处理后与长期连作土壤定植的番茄相比，产量和品质相关指标分别有不同程度的提高，但石灰氮处理后的番茄单株产量仍低于健康土壤，推测石灰氮对连作障碍土壤的修复效应可能需要一定时间周期，而本研究中棚外土壤种植的番茄植株长势、产量和品质均较弱，推测是由于棚外土壤本身有机质含量低、肥力弱等因素造成的。

综上所述，在研究中得到了与前人研究相一致的结果，在本研究设置的试验条件下，外施中剂量9.0g石灰氮处理对设施盆栽连作番茄的改良及应用效果最为理想。