石灰氮对日光温室番茄19年连作障碍土壤的影响

孟思达,韩磊磊,武春成,富宏丹,尹赜鹏,于梦竹，孔 刚,冯 珍,马 健

（1.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，沈阳110161；2.河北科技师范学院园艺科技学院，河北 秦皇岛066600；3.瓦房店市农业技术推广中心，辽宁瓦房店116300）

番茄是我国重要的果菜之一，也是设施主要栽培的蔬菜之一，特别是进入20世纪90年代以来，番茄温室、大棚等设施栽培方式正逐渐占据主导地位。但是由于周年生产，土壤连作障碍越发严重，致使温室、大棚的土壤性质逐年恶化，造成肥力减少、次生盐渍化严重、病原菌积聚、土壤结构破坏，以及土壤板结、养分均衡性失调，同时加剧土传病害的发生，进而导致植株生长发育不良、产量减少、品质下降[1-5]。土壤连作障碍已成为设施番茄生产中急待解决的问题，直接制约设施番茄生产的可持续健康发展。

石灰氮是一种长效碱性固体氮肥，作为农用化肥已有一百多年的历史，但是随着化肥工业的发展，高效化肥的广泛应用，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，石灰氮本身具有的优点使其重新成为国内外学者探索研究的重要对象，并在蔬菜病虫害防治上得到了很好的应用效果。有研究表明，外施石灰氮处理土壤可减少番茄、芹菜等根结线虫的侵染，进而减少土传病害发生，促进生长、提高果实产量和品质[6-11]。也有研究表明，石灰氮可以有效地改善连作茄子根系吸收能力，提高叶片光合作用性能，进而促进植株生长，增加产量，缓解设施茄子连作障碍[12]。石灰氮可以有效控制和缓解土壤酸化，施用后使盐基浓度不上升，并可抑制NO3-生成，减少氮素流失，具有杀灭病虫害的功效，在菠菜、大豆、草莓上施用效果优于尿素，氮素利用率较高，既提高了产量，也改善了品质[13]。石灰氮除具有消毒、灭虫、防病的作用，还可减轻单子叶杂草的危害，另外石灰氮可提供氮肥、钙肥[14]。

鉴于石灰氮在土壤连作障碍的改良方面的优良效果，本试验以日光温室番茄健康土壤为对照，以连作19年的土壤为研究对象，通过施入不同剂量石灰氮进行处理来对比土壤理化性状、微生物数量、酶活性和设施番茄产量品质等指标的变化趋势，旨在丰富石灰氮在改良连作障碍土壤环境等方面的理论，为更好的开发和利用石灰氮奠定理论基础和提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料

试验于2017年7月在沈阳农业大学科研基地日光温室中进行，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（土壤理化性状如表1），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 soils

1.2 方法

3月3日播种，穴盘基质育苗。4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，定植用塑料桶上口直径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；单干整枝，留3穗果，每3天浇1次水，每桶2L，常规方法栽培管理。

采用盆栽方法，以健康土壤为对照（CK），不施石灰氮的连作土壤为处理T0，另设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9g；高剂量处理（T3）每桶石灰氮施用量为18g。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 土壤理化性状的测定 取番茄植株拉秧期土样进行理化性状测定。土∶水= 1∶2.5 浸提土壤用pH 计测定pH值，土∶水= 1∶5浸提，采用电导仪测定电导率（EC）；有机质含量采用重铬酸钾容量法测定；采用HClO4-浓H2SO4消化后，浸提液使用连续流动分析仪测定全氮、全磷含量；速效氮(铵态氮、硝态氮和亚硝态氮)采用1mol·L-1的KCl溶液浸提，浸提液中的铵态氮、硝态氮和亚硝态氮采用连续流动分析仪测定；速效态磷采用0.5mol·L-1的NaHCO3溶液浸提，浸提液采用连续流动分析仪测定，速效钾采用1mol·L-1的NH4OAc浸提，火焰光度计法测定[15]。

1.2.2 土壤微生物数量的测定 分别取番茄植株定植前（4 月15 日）、定植后20d（5 月5 日）、40d（5 月25 日）、60d（6月14日）和80d（7月4日）土样进行微生物数量测定。采用稀释平板计数法[16]测定土壤中细菌、真菌和放线菌的数量。细菌、真菌和放线菌分别采用牛肉膏蛋白胨培养基、马丁氏培养基和改良高氏1号培养基进行分离培养，每种微生物各剂量处理均分离3 皿(3 次重复) 。稀释分离后放入25℃温箱内培养，每天观察菌落生长情况，选择生长菌落数每皿10～100个的剂量进行计数。

1.2.3 土壤酶活性的测定 分别取番茄植株4 月15 日、5 月5 日、5 月25 日、6 月14 日和7 月4 日土样进行酶活性测定。共测定土壤过氧化氢酶、多酚氧化酶、脲酶、蛋白酶和蔗糖酶5种酶活性，采用关松荫[17]的实验方法进行测定。

1.2.4 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；在每个处理第1花序第l果中选3个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；有机酸含量用酸碱中和滴定法测定；可溶性蛋白含量测定采用考马斯亮蓝G250染色法；维生素C含量的测定采用比色法[18]。

1.3 数据处理方法

试验所得数据结果采用Microsoft Excel 2010 软件进行处理，采用SPSS 18.0 软件的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番茄连作土壤理化性状的影响

由表2可知，T0的pH值和有机质、全氮、铵态氮、亚硝态氮、速效磷含量显著低于CK，电导率和全磷含量显著高于CK，硝态氮和速效钾含量与CK 相比无显著差异；随着石灰氮施入量的增大，土壤pH 值显著升高，与T0相比T1、T2 和T3 处理的土壤pH 值分别提高1.70%、5.79% 和6.30%，其中T3 和T2 处理的土壤pH 值最高，分别与T1和T0达到显著差异水平，但仍显著低于CK；T1、T2与T0的电导率无显著差异，但T3处理的电导率有所升高，与T0 差异显著；T1 处理有机质含量略高于T0，但二者无显著差异，T2 处理和T3 处理显著提高了有机质含量；T0 的全氮含量最低，其他处理间的全氮含量表现为T3＞T2＞T1，这可能是由于石灰氮本身有一定含氮量造成的；全磷含量变化趋势不大，T2、T3 处理与T0 相比无显著差异；铵态氮含量与全氮含量变化趋势一致，T0 含量最低，其他处理间的铵态氮含量表现为T3＞T2＞T1；CK对照硝态氮含量最低，与T1、T2和T3处理均有显著差异，T3 显著高于T1 和T2，但T1 和T2 处理之间无显著差异；T0 亚硝态氮含量最低，与其他处理有显著差异，T3处理含量最高，但与T2处理之间无显著差异；T0速效磷含量最低，但与T1、T2处理无显著差异，T3处理显著高于T0；各处理和对照之间速效钾含量无显著差异。

表2 石灰氮处理对日光温室番茄连作土壤理化性状的影响Table 2 Effects of calcium cyanamid treatments on chemical properties of tomato continuous cropping soil in greenhouse

2.2 石灰氮处理对日光温室番茄连作土壤微生物数量影响

由图1可知，在番茄植株生长的各时期，T0的细菌、真菌和放线菌数量均低于CK；随着番茄生育期的延长，各处理的土壤细菌数量均呈先增加后降低的趋势，T0和其他3个处理均在定植40d最多，从定植前一直到定植80d，T3 处理均为最少，且与T0 有显著差异，T0 在定植20d 多于其他处理，而到最后定植80d 时，T2 处理的土壤细菌数量要高于T0、T1 和T3 处理；随着生育期的延长，T0 和其他3 个处理的土壤真菌数量基本都呈现先增加后降低的变化趋势，T0 在定植20d 最多，T1 处理在定植40d 最多，T2 和T3 处理在定植60d 最多，而到最后定植80d时，各处理均显著高于T0，但T1和T3处理之间无显著差异；随着生育期的延长，T0的土壤放线菌数量呈现先增加后降低的变化趋势，且在定植20d显著高于其他3个处理，T3处理在定植20d和定植40d显著低于T1和T2处理，T1和T2处理在定植60d无显著差异，T2和T3处理在定植80d无显著差异，但显著高于T0和T1。

图1 石灰氮处理对日光温室番茄连作土壤微生物数量的影响Figure 1 Effects of calcium cyanamid treatments on soil microbial population in continuous cropping tomato in greenhouse

2.3 石灰氮处理对日光温室番茄连作土壤酶活性的影响

2.3.1 对过氧化氢酶活性的影响 由表3可知，随着生育期的延长，前期CK土壤过氧化氢酶活性显著低于T0，中后期CK 和T0之间无显著差异；定植前T0和各处理无显著差异，从定植20d到80d，T0和T1处理的土壤过氧化氢酶活性基本表现为先升高后下降，再升高再下降的趋势，而T2 处理和T3 处理基本表现为先下降后升高，各处理的过氧化氢酶活性最低值基本均在定植40d，定植20d和40d时T0和T1处理均无显著差异，但均显著高于T2 和T3 处理，定植60d 时各处理和T0 的过氧化氢酶活性均有所升高，但T0 和T1 仍显著高于T2 和T3 处理，定植80d 时T0 和各处理的土壤过氧化氢酶活性均略有下降，此时CK 和T0、T1、T2 处理之间无显著差异，但均显著高于T3处理。

表3 石灰氮处理对日光温室番茄连作土壤过氧化氢酶活性的影响Table 3 Effects of calcium cyanamid treatments on soil catalase activity in continuous cropping of tomato in greenhouse

2.3.2 对多酚氧化酶活性的影响 由表4 可知，CK 对照在各时期的多酚氧化酶活性均最高；随着生育期的延长，从定植20d 到80d，各处理多酚氧化酶活性均表现为先升高后降低的变化趋势，T0 在定植20d 时活性最高，而其余处理在定植40d 时活性最高，定植20d 时与T0 相比，其他处理的多酚氧化酶活性分别降低22.54%、9.69%和16.35%，差异显著；定植40d时除T0外，其他处理的多酚氧化酶活性均有所升高，T3处理显著高于T0；到定植80d，T0和T1处理之间无显著差异，T2和T3处理显著高于T0。

表4 石灰氮处理对日光温室番茄连作土壤多酚氧化酶活性的影响Table 4 Effects of calcium cyanamid treatments on soil polyphenol oxidase activity in continuous cropping of tomato in greenhouse

2.3.3 对脲酶活性的影响 由表5可知，CK对照的脲酶活性在各时期均显著高于T0；随着生育期的延长，从定植20d到80d，T0和T1处理的呈现先下降后升高、再下降再升高的趋势，T2和T3处理的土壤脲酶活性呈现先升高后下降的趋势，定植20d 时T3 处理的土壤脲酶活性最高，与T0 相比，T2 和T3 处理的土壤脲酶活性分别增加55.98%和80.14%；定植40d时T3处理土壤脲酶活性最高，T0和T1处理无显著差异；定植60d时T2和T3处理显著高于T0和T1；定植80d，CK对照显著高于各处理，但处理间均无显著差异。

表5 石灰氮处理对日光温室番茄连作土壤脲酶活性的影响Table 5 Effects of calcium cyanamid treatments on soil urease activity in continuous cropping of tomato in greenhouse

2.3.4 对蛋白酶活性的影响 由表6可知，CK对照的蛋白酶活性在各时期均显著高于T0；随着生育期的延长，从定植20d 到80d，T0 的土壤蛋白酶活性呈现先升高后降低，再升高再降低的变化趋势，其余处理则呈现出先升高后降低的变化趋势，定植20d时T0的土壤蛋白酶活性达到最高，此时T2和T3处理间无显著差异；定植40d时T0的土壤蛋白酶活性大幅降低，而其余处理表现相对稳定，活性基本持平或略有升高，此时与T0相比，其他3个处理的土壤蛋白酶活性分别高出81.18%、81.62% 和85.56%；定植60d时T0有一定程度升高，而其他3个处理开始降低，此时T2 处理土壤蛋白酶活性最高，与T0 相比差异显著；定植80d 时，各处理均大幅降低，T0 仍为最低，与CK和其他处理相比差异显著。

表6 石灰氮处理对日光温室番茄连作土壤蛋白酶活性的影响Table 6 Effects of calcium cyanamid treatments on soil protease activity in continuous cropping of tomato in greenhouse

2.3.5 对蔗糖酶活性的影响 由表7可知，CK对照的蔗糖酶活性在各时期均显著高于T0；随着生育期的延长，前期CK 对照和各处理的土壤蔗糖酶活性有明显升高，后期CK 和T0 则呈现降低和略有升高的变化趋势；定植20d时T1处理显著低于CK 和其他处理，T2显著高于T0；定植40d时，T1、T2和T3处理之间无显著差异，且显著低于T0；定植60d 时CK 蔗糖酶活性最高，与其他处理差异显著，T2 处理次之，与T1 和T3 处理差异显著。定植80d时CK与T1、T2处理之间无显著差异，但均显著高于T0和T3处理。

表7 石灰氮处理对日光温室番茄连作土壤蔗糖酶活性的影响Table 7 Effects of calcium cyanamid treatments on soil invertase activity in continuous cropping of tomato in greenhouse

2.4 石灰氮处理对日光温室连作番茄果实产量和品质的影响

2.4.1 对番茄果实产量的影响 由表8 可知，CK 的平均单果重和单株产量最高且均显著高于T0 和T1，但平均单果重和单株产量与T2 相比无显著差异；与T0 相比，施石灰氮处理平均单果重和单株产量均升高，其中T2 平均单果重显著高于T0、T1 和T3，且T2 和T3 处理的单株产量均显著高于T0，T2的单株产量最高，T1和T3间无显著差异。

表8 石灰氮处理对日光温室连作番茄单果重和单株产量的影响Table 8 Effects of calcium cyanamid treatments on single fruit weight and single plant yield of continuous cropping tomato in greenhouse

2.4.2 对番茄果实品质的影响 由表9 可知，与CK 相比，T0 的可溶性糖含量、糖酸比、VC 含量和可溶性蛋白含量均显著降低，有机酸含量显著升高；施入石灰氮后，可溶性糖含量仍显著低于CK，但T0、T2和T3之间无显著差异；有机酸含量T3 处理显著低于CK 和其他3 个处理，T1、T2 处理与CK 无显著差异，但均显著低于T0；糖酸比T0、T1和T2处理显著低于CK，T2处理显著高于T0和T1，T3处理与CK 相比无显著差异；VC 含量T2、T3处理与CK 之间无显著差异，但均显著高于T0 和T1 处理，T1 处理显著低于CK；可溶性蛋白含量CK 最高，且显著高于其余处理，T2、T3处理与T0和T1处理相比显著升高，但T2和T3之间无显著差异。由此可以判断，T2和T3处理对番茄果实的品质有明显提升。

表9 石灰氮处理对日光温室连作番茄果实品质的影响Table 9 Effects of calcium cyanamid treatments on fruit quality of continuous cropping tomato in greenhouse

3 讨论与结论

石灰氮作为农用化肥已有一百多年历史，具有改良土壤结构、促进有机肥腐熟、改善农产品品质及提高产量、打破连作障碍等诸多优点[19-21]。由于石灰氮中约含有50%～60% 的石灰，施用后可中和土壤中的酸性物质，提高土壤pH值。另外石灰氮是一种无酸根氮肥，由于不带酸根，且硝化作用进行缓慢，即使施用量稍大也不会导致土壤盐基剂量的上升，可有效控制和缓解土壤盐渍化问题。本试验研究结果表明，施用石灰氮会导致土壤pH 升高，有机质含量、全氮、全磷以及速效态养分含量均有一定程度的升高，分析这是由于供试石灰氮20%含氮量和38% 含钙量造成的，这与MASHELA[22]对番茄和NYCZEPIR 等[23]对桃树的研究结果相一致。施用石灰氮对土壤速效钾含量没有影响，且低剂量石灰氮处理后土壤理化性状很多指标与对照相比升高的差异并不显著，但高剂量石灰氮处理显著增加了土壤电导率，说明高剂量石灰氮处理会使土壤中所含盐类总量增加，不利于改良土壤电导率。土壤微生物是土壤物质转化的主要参与者，其数量是评价土壤肥力水平的重要生化指标。马军伟等[24]研究发现石灰氮处理能有效提高茄子连作土壤中细菌和放线菌的数量，减少真菌的数量，但过量的石灰氮处理不利于土壤微生物数量的累积，并且对植株生长有明显的抑制作用。WARDLE[25]研究结果表明，施用石灰氮能为根际微生物提供更多额外的营养源和能量源，使土壤微生物数量和生物量增加。本试验中，随着番茄生育期的延长，定植20d时T3处理土壤细菌数量最少，定植80d时T2处理土壤细菌数量显著高于对照；各处理的土壤真菌数量基本都呈现先增加后降低的变化趋势，定植20d 时对照土壤真菌数量最多，定植80d 时，T1、T2 和T3 处理均显著高于T0；随着生育期的延长，对照的土壤放线菌数量呈现先增加后降低的变化趋势，且在定植20d显著高于3个处理，但到定植80d时T2处理和T3处理显著高于T0和T1处理。

有研究发现，石灰氮能促进秸秆分解，在提高土壤酶活性方面有显著效果，施用石灰氮可以提高土壤脲酶活性[26]；也有研究发现，土壤脲酶活性随着施氮量的增加而升高，主要是由于增施氮肥为土壤脲酶的酶促反应提供了大量的基质，刺激了土壤脲酶活性，促使其活性增强，同时氮肥改善了土壤微生物的氮素营养，促进土壤微生物分泌更多的脲酶[27]；生物呼吸过程和有机物的氧化反应产生的过氧化氢对生物和土壤均有一定毒害作用，而土壤中的过氧化氢酶则能酶促过氧化氢分解为水和氧气，从而减少或解除过氧化氢的毒害作用[28]；多酚氧化酶是由植物根系分泌、土壤微生物活动、及动植物残体分解等释放的复合性酶，可降解土壤中酚类物质，减缓植物间的化感作用[29]，周晓兵等[30]在研究氮沉降增加对土壤酶活性的影响结果表明，随着施氮量增加，多酚氧化酶活性降低，高氮处理下其活性降低更显著；也有研究发现随着黄瓜种植年限的增加，酚类物质在土壤中累积，使土壤多酚氧化酶活性呈上升趋势，长期石灰氮的施入有效降低了土壤中的酚类物质[31]。本试验研究发现施用石灰氮会对土壤酶活性产生很大影响，T0的土壤过氧化氢酶活性与T1处理和T2处理较为接近，T3处理会导致土壤过氧化氢酶活性的降低，T2 处理和T3 处理的土壤多酚氧化酶活性在定植80 天显著高于T0，3个处理的土壤脲酶活性和蛋白酶活性在大部分生育期时间内均表现为显著高于T0，而T2 处理的土壤蔗糖酶活性有了一定程度增加。朱炳良[32]在菠菜的研究中发现，以石灰氮为主要氮源，植株生长状况良好，叶色浓绿、叶肉增厚、VC 含量提高，产品的商品性状显著提高；许超[32]研究发现，施用铵态氮肥不仅降低了蔬菜产品种硝酸盐的积累，还提高了蔬菜氨基酸、VC、可溶性糖含量。本试验结果表明，与T0 相比，施用石灰氮后设施番茄的单果重和单株产量有显著升高，另外，T2处理使番茄果实品质有明显提升。

综上所述，本试验研究发现，施用石灰氮可以有效缓解连作土壤酸化程度，使土壤pH 升高，且在一定程度会增加土壤有机质含量和全氮、全磷以及速效态养分含量；而在番茄不同生长发育时期，石灰氮处理和对照的土壤细菌数量、真菌数量和放线菌数量整体变化趋势基本一致，前期石灰氮处理基本都使土壤细菌、真菌和放线菌数量减少，后期有增加趋势；石灰氮处理对不同土壤酶活性影响差异较大，会降低土壤过氧化氢酶和多酚氧化酶活性，增加土壤脲酶和蛋白酶活性，对土壤蔗糖酶活性影响基本不显著；此外，中剂量石灰氮处理对提高番茄产量和提升果实品质方面效果显著。因此，在本试验条件下，中剂量石灰氮处理对设施番茄长期连作障碍土壤的影响及应用效果较为理想。