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作物杂志, 2024, 40(5): 212-219 doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2024.05.030

生理生化·植物营养·栽培耕作

氮肥与生物炭互作对设施番茄生长及根结线虫病害的影响

周琦,, 吴芳, 王振龙, 徐志鹏, 邓超超, 施志国, 张靖, 宿翠翠, 余亚琳, 周彦芳,

甘肃省农业工程技术研究院，730000，甘肃兰州

Effects of Nitrogen Fertilizer and Biochar Application Rate Interaction on Growth and Root-Knot Nematode Disease of Greenhouse Tomatoes

Zhou Qi,, Wu Fang, Wang Zhenlong, Xu Zhipeng, Deng Chaochao, Shi Zhiguo, Zhang Jing, Su Cuicui, Yu Yalin, Zhou Yanfang,

Gansu Academy of Agri-Engineering Technology, Lanzhou 730000, Gansu, China

通讯作者: 周彦芳，主要从事作物高效栽培与地力提升研究，E-mail：151245056@qq.com

收稿日期: 2024-03-27   修回日期: 2024-06-20   网络出版日期: 2024-07-26

基金资助: 甘肃省青年科技基金计划(21JR7RA750)
甘肃省青年科技基金计划(23JRRH0018)
甘肃省民生科技专项―科技特派员（基地）专项(23CXNH0019)

Received: 2024-03-27   Revised: 2024-06-20   Online: 2024-07-26

作者简介 About authors

周琦，主要从事作物高效栽培与水肥调控研究，E-mail：1610821576@qq.com

摘要

为探索氮肥和生物炭互作对番茄生长及根结线虫病害的影响，筛选合适的氮肥和生物炭的施用量，采用盆栽试验，设置二因素（氮肥和生物炭）3水平完全随机区组试验设计，研究3个施氮量（N1：0 mg/kg土，N2：200 mg/kg土，N3：400 mg/kg土）和3个施生物炭量（C1：0 g/kg土，C2：2 g/kg土，C3：4 g/kg土）不同组合处理对番茄生长、产量品质、光合特性及根结线虫指标影响。 结果表明，施氮肥、生物炭和二者互作效应对番茄生长、产量品质、光合特性及根结线虫指标影响均达到极显著水平（P<0.01）或显著水平（P<0.05）。随着施氮量和生物炭量的增加，番茄生长、光合特性、产量及品质均呈先增加后降低的趋势。根结数、根结线虫数、虫卵数呈现先降低后升高的趋势，N2C3处理下达到最低值；N2C3处理下叶面积、净光合速率、产量、维生素C等指标显著高于其他处理，根结线虫数和虫卵数显著低于其他处理。因此，在甘肃省河西地区已感染根结线虫病害的设施土壤（全氮1.52 g/kg，有效磷191.9 mg/kg，速效钾323 mg/kg）中，当氮肥的施用量为200 mg/kg土，生物炭的施用量为4 g/kg土时利于番茄生长，品质较优，对根结线虫病害有较好的防效。

关键词： 番茄; 生物炭; 产量; 品质; 光合特性; 根结线虫

Abstract

To explore the effects of combined application of nitrogen fertilizer and biochar interaction on tomato growth and root-knot nematode disease, a suitable nitrogen fertilizer application rates and biochar application rates were screened. A two-factor three-level randomized block pot experiment design was adopted to study three nitrogen application rates (N1: 0 mg/kg soil, N2: 200 mg/kg soil, N3: 400 mg/kg soil) and three biochar application rates (C1: 0 g/kg soil, C2: 2 g/kg soil, C3: 4 g/kg soil) were used this study. The effects of different treatments on tomato growth, yield, quality, photosynthetic characteristics and root-knot nematode indicators were analyzed under different combinations of treatments. The results showed that the effects of nitrogen fertilizer, biochar and their interaction on tomato growth, yield and quality, photosynthetic characteristics and root-knot nematode indicators all reached extremely significant (P < 0.01) or significant (P < 0.05) level. With the increase of nitrogen fertilizer and biochar application, the growth, photosynthetic characteristics, yield and quality of tomatoes were showed a trend of firstly increased and then decreased. The number of root nodules, root-knot nematodes and eggs were showed a trend of firstly decreased and then increased, reached the lowest value under the N2C3 treatment combination; The leaf area, net photosynthetic rate, yield and vitamin C of the N2C3 treatment combination were reached significant than other treatment combinations. The number of root- knot nematodes and eggs were significantly lower than other treatment combinations. Therefore, in the facility soil (total nitrogen 1.52 g/kg, available phosphorus 191.9 mg/kg, and available potassium 323 mg/kg) infected with root-knot nematode disease in the Hexi area of Gansu province, the condition of 200 mg/kg nitrogen fertilizer of soil and 4 g/kg biochar of soil was conducive to tomato growth and quality, and had a good control effect on root-knot nematode disease.

Keywords： Tomato; Biochar; Yield; Quality; Photosynthetic characteristics; Root-knot nematode

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本文引用格式

周琦, 吴芳, 王振龙, 徐志鹏, 邓超超, 施志国, 张靖, 宿翠翠, 余亚琳, 周彦芳. 氮肥与生物炭互作对设施番茄生长及根结线虫病害的影响. 作物杂志, 2024, 40(5): 212-219 doi:10.16035/j.issn.1001-7283.2024.05.030

Zhou Qi, Wu Fang, Wang Zhenlong, Xu Zhipeng, Deng Chaochao, Shi Zhiguo, Zhang Jing, Su Cuicui, Yu Yalin, Zhou Yanfang. Effects of Nitrogen Fertilizer and Biochar Application Rate Interaction on Growth and Root-Knot Nematode Disease of Greenhouse Tomatoes. Crops, 2024, 40(5): 212-219 doi:10.16035/j.issn.1001-7283.2024.05.030

随着蔬菜产业结构升级及农业供给侧结构改革，甘肃省河西地区设施蔬菜种植面积逐年扩大，专业化、规模化水平日益提高，设施蔬菜已成为农民增收的主要途径之一。但受经济利益和有限土地资源等因素的影响，大水大肥和设施蔬菜单一连作成为我国设施蔬菜生产体系中普遍存在的现象[1⇓-3]，导致设施蔬菜连作障碍问题日益严重，主要表现为有益微生物数量减少、植食性线虫增多等[4]。根结线虫是设施菜田种植中常见的土传病害，发病范围广、危害程度大、防治效果差。我国番茄每年因根结线虫病害而导致的产量损失在20%~30%[5]。在设施番茄生产中，为了提高蔬菜产量，氮肥施用量过多，一些地区甚至超过4000 kg/hm2[6]，氮肥过量施用使氮素利用效率降低，氮素大量流失造成地下水污染，影响番茄果实品质，同时也造成环境的污染和资源浪费等问题[7-8]。最佳的施肥管理措施可提高作物经济产出和养分资源利用效率，抑制病虫害发生。适量施用氮肥不仅能够促进番茄植株生长发育，提高品质和产量，还能增加番茄植株光合性能[9⇓-11]，降低土壤线虫总数和减轻根结线虫病害发生[12⇓-14]。因此，适当施用氮肥既能保证作物产量，又能降低根结线虫病害发生，实现农业绿色发展、减本增效的目标。

生物炭是指在缺氧或者低氧状态下，高温热解农业废弃物（如小麦、玉米秸秆）炭化后产生的物质，具有改良调节土壤pH、增加土壤养分、增强土壤保水保肥性、提升微生物群落丰度及多样性等功能[15]。研究[16⇓-18]表明，施用生物炭不仅能够改良土壤，提高土壤保水保肥能力，而且可以增加作物叶面积指数，提高叶绿素含量，促进光合作用，延缓植株衰老，促进生长，提高产量，改善品质。前人[19]通过施用生物炭对土壤线虫影响的有关试验表明，随着生物炭添加量的增加，食细菌类线虫与食真菌类线虫所占的比例增加，植物寄生性线虫所占的比例随生物炭用量的提高而下降。

目前，对设施番茄根结线虫防治主要通过化学农药防治间套作豆科作物、微生物菌剂、秸秆还田、选用抗病品种或土壤强还原剂等措施，在根结线虫病害研究方面取得了许多突破[3,20]，然而通过优化土壤环境缓解设施番茄根结线虫病害发生方面的研究还相对不足，如何因地制宜确定具体措施并筛选关键性指标来评价生物炭和氮肥培肥效果，从而寻求最佳培肥模式，仍需结合当地设施蔬菜生产实际开展深入研究。本研究通过筛选氮肥和配施生物炭最佳组合，为甘肃省河西地区设施番茄科学施肥和可持续发展提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

盆栽试验在甘肃省武威市凉州区黄羊镇大棚中（102°51′ E，37°40′ N）进行，试验区海拔1510 m，年均气温7.8 ℃，无霜期152 d，降水量145 mm左右，年蒸发量2021 mm，≥10 ℃年有效积温3250 ℃，太阳年辐射总量580~660 kJ/cm2。灌溉以地下水为主。

1.2 试验材料与试验设计

盆栽土来自基地连续种植番茄且根结线虫发病严重地块。除去表层土后，采集0~20 cm土样，多点采样混匀，过50目筛，充分混匀。土壤基本理化性质为有机质72 g/kg、全氮1.52 g/kg、碱解氮522.2 mg/kg、有效磷191.9 mg/kg、速效钾323 mg/kg、pH 7.63、电导率611.5μS/cm、容重0.95 g/cm3。

供试作物为番茄（Solanum lycopersicum），品种为当地主栽品种毛粉802；供试生物炭为玉米秸秆炭，由河南立泽环保科技有限公司提供，生物炭主要性质为碳质量分数42.21%、总氮5.34 g/kg、全钾11.23 g/kg、总磷2.32 g/kg、碳氮比61.22%、pH 8.78、碱解氮125.33 mg/kg、有效磷65.23 mg/kg、速效钾125 mg/kg。供试氮肥为纯硝酸铵，氮肥的1/3作为基肥施入，其余2/3在生长期间分2次追施。供试磷、钾肥分别为化学纯磷酸氢二钾和硫酸钾。所有处理磷、钾肥施用量相同（分别为P2O5 100 mg/kg土，K2O 200 mg/kg土），均作为基肥施入。

试验用圆底花盆（深30 cm、直径40 cm），每盆装土10 kg。采用二因素完全区组试验。氮肥设3个水平，分别为N1（0 mg/kg土）、N2（200 mg/kg土）、N3（400 mg/kg土）；生物炭设3个水平，分别为C1（0 g/kg土）、C2（2 g/kg土）、C3（4 g/kg土）。参考吕昊峰等[3]试验用量，并结合处理要求计算获得试验具体氮肥和生物炭用量，每个处理6个重复，每个重复定植1株长势一致的番茄苗，共54盆。土壤水分保持在田间持水量40%左右。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 生长指标

每个处理选择3株长势一致的番茄植株，用卷尺测量根部到主茎顶端的距离，记为株高；用游标卡尺（DWKC-2038，杭州德力西集团有限公司）测定茎基部以上3 cm处的茎粗及生长点向下第3片叶片长和宽，叶面积=叶长×叶宽× 0.78[21]。

1.3.2 光合特性

在番茄果实膨大期，选晴天上午9:00-10:30，用便携式光合仪（LI-6400XT，美国）测定番茄叶片蒸腾速率（Tr）、光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）和胞间CO2浓度（Ci）等参数，每个处理重复测定3次。每个处理选择长势一致的3株番茄植株，用手持叶绿素仪（SPAD-502 Plus，日本）测定番茄生长点向下第3片叶片的相对叶绿素含量（SPAD值），每个叶片测定3次，取其均值。

1.3.3 产量和品质

选取3个具有代表性的成熟果实用天平测定单果重，计算每个单株产量。用游标卡尺测定横径。每个处理取植株中部番茄用于番茄红素、可溶性糖、维生素C（Vc）等品质指标的测定。用硫酸―蒽酮比色法测定可溶性糖含量，采用钼蓝比色法测定Vc含量，采用分光光度计法测定番茄红素含量。

1.3.4 根重、土壤根结数及根结线虫数

成熟期将各处理番茄茎秆贴土面剪断，用自来水洗去根系周围土壤，吸水纸吸干后用天平称量根重。

成熟期将番茄根系与土壤分离，用清水将根系冲洗干净，用计数器统计根结数量。

取50 g鲜土样，采用改进的贝曼漏斗法[22]过夜处理，收集根结线虫二龄幼虫，在显微镜下观察并统计根结线虫数量。

1.3.5 根系中线虫卵数

将根部的明水用吸水纸轻轻吸干，称其鲜重1 g，然后用剪刀剪成5 mm的小段，放入烧杯中，加入浓度为1%的NaClO溶液，放入摇床150转/min转速下振荡5 min，分离根结线虫虫卵，在显微镜下统计观察根结线虫卵的数量。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2010软件分析与处理数据，运用SPSS 21.0软件对试验数据进行方差分析（P<0.05）。

2 结果与分析

2.1 氮肥和生物炭互作对番茄生长的影响

随着施氮肥和生物炭量的增加，番茄株高、茎粗和叶面积均呈先增后降的趋势，且所有施肥处理均高于对照（N1C1）处理（表1）。番茄株高N2C3处理最高，N3C2处理次之，N2C3与N2C1、N2C2、N3C3处理间差异不显著，但显著高于其他处理；所有处理中，N2C3处理番茄茎粗最粗（11.02 mm），N1C1处理最细（8.10 mm），N2C3较N1C1处理提高36.05%，N2C3与N3C2处理间差异不显著，与其他处理均显著；番茄叶面积N3C1处理最大（16.99 cm2），N2C3处理次之（16.31 cm2），N1C1最小（10.43 cm2），N3C1处理均显著高于其他处理，较其他处理叶面积提高4.17%~62.90%。以上表明，适宜的氮肥和生物炭组合能提高番茄生长，其中N2C3处理效果最优。

表1   氮肥、生物炭互作对番茄株高、茎粗和叶面积的影响

Table 1  Effects of nitrogen fertilizer and biochar interaction on tomato plant height, stem diameter and leaf area

处理
Treatment		株高
Plant height (cm)		茎粗
Stem diameter (mm)		叶面积
Leaf area (cm2)
N1C137.33±1.02c8.10±0.19e10.43±0.09g
N1C237.90±1.40c10.21±0.19bc12.29±0.21f
N1C339.00±0.60c9.73±0.34bcd13.33±0.17e
N2C147.30±1.06ab9.35±0.13d12.48±0.19f
N2C247.77±0.75ab9.88±0.20bcd14.17±0.10d
N2C349.67±0.59a11.02±0.32a16.31±0.14b
N3C136.37±2.92c8.40±0.08e16.99±0.09a
N3C244.07±2.33b10.40±0.25ab15.83±0.24bc
N3C345.33±2.12ab9.51±0.22cd15.63±0.23c

同列不同小写字母表示在P < 0.05水平差异显著，下同。

Different lowercase letters in same column indicate significant differences at P < 0.05 level, the same below.

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2.2 氮肥和生物炭互作对番茄光合特性及叶绿素含量的影响

番茄叶片Pn、Gs、Ci、Tr和SPAD值随着施氮肥和生物炭量的增加整体均呈先升高后降低的趋势，同时番茄Pn、Gs、Ci、Tr各指标所有施肥处理均高于对照（N1C1）处理，SPAD值除N1C3处理外，其余处理也均高于N1C1处理（表2）。其中，番茄叶片Pn以N2C3处理最高，为15.98 μmol/(m2∙s)，与其他处理相比均达到显著差异水平（P<0.05），较其他处理提高24.94%~93.46%。Gs以N2C3处理最高，达0.67 mmol/(m2∙s)，与N1C1、N1C2、N1C3、N2C1、N3C1和N3C2处理差异显著，与N2C2、N2C3、N3C3处理差异不显著，N2C3处理较其他处理提高9.84%~76.32%。Ci以N2C3处理最高，达294.55 μmol/mol，与N2C2差异不显著，与其他处理差异显著。其中，N2C3、N2C2处理Ci分别较N1C1处理提高56.84%和51.99%。Tr以N2C3处理最高，与N2C2、N3C2处理差异不显著，与其他处理差异显著。其中，N2C3、N2C2、N3C2处理Tr分别较N1C1提高84.11%、61.24%和67.83%。SPAD值以N2C3处理最高，较其他处理提高2.09%~45.51%。以上说明，适宜的氮肥和生物炭组合能提高番茄光合性能，N2C3处理光合性能最强。

表2   氮肥、生物炭互作对番茄光合特性的影响

Table 2  Effects of nitrogen fertilizer and biochar interaction on the photosynthetic characteristics of tomatoes

处理TreatmentPn [μmol/(m2∙s)]Gs [mmol/(m2∙s)]Ci (μmol/mol)Tr [mmol/(m2∙s)]SPAD
N1C18.26±0.16d0.38±0.03d187.80±2.69e2.58±0.04e45.33±1.76c
N1C211.76±0.08c0.42±0.02d244.36±2.49c3.38±0.33cd47.20±0.87c
N1C311.38±0.07c0.50±0.03c216.24±2.19d3.04±0.28de44.67±2.91c
N2C111.56±0.13c0.55±0.03bc264.42±2.68b3.71±0.11bcd55.00±1.15b
N2C212.37±0.05b0.61±0.03ab285.44±2.99a4.16±0.33abc60.67±2.03ab
N2C315.98±0.14a0.67±0.02a294.55±4.28a4.75±0.08a65.00±2.52a
N3C112.41±0.20b0.51±0.01c255.98±8.23bc3.57±0.25bcd59.67±0.88ab
N3C212.79±0.50b0.54±0.02bc193.88±2.67e4.33±0.10ab62.67±1.20a
N3C311.14±0.07c0.60±0.02ab253.24±1.66bc3.86±0.43bcd63.67±2.33a

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2.3 氮肥和生物炭互作对番茄产量及品质的影响

随着施氮肥和生物炭量的增加，番茄产量、单果重、单果直径、番茄红素、可溶性糖和Vc含量均呈先增后降的趋势，所有处理中N2C3最高，N1C1处理最低（表3）。在番茄产量、单果重和Vc指标中，N2C3处理较其他处理均达到显著差异，较其他处理增高幅度分别为3.91%~43.95%、9.98%~49.00%和6.40%~92.10%。番茄单果直径N2C3与N3C1、N3C2处理差异不显著，与其他处理相比均达到显著，N2C3处理较其他处理提高1.79%~87.12%。番茄红素N2C3与N3C1处理差异不显著，与其他处理相比均达到显著，N2C3处理较其他处理提高7.32%~144.44%。番茄可溶性糖N2C3与N3C2差异不显著，与其他处理相比均达到显著，N2C3处理较其他处理提高3.00%~ 43.28%。以上表明，适宜的氮肥和生物炭量可以提高番茄产量及品质，其中N2C3处理产量最高，品质最优。

表3   氮肥、生物炭互作对番茄产量及品质的影响

Table 3  Effects of nitrogen fertilizer and biochar interaction on tomato yield and quality

处理
Treatment		产量（g/株）
Yield (g/plant)		单果重
Single fruit weight (g)		单果直径
Single fruit diameter (mm)		番茄红素
Lycopene (mg/kg)		可溶性糖
Soluble sugar (%)		Vc
(mg/kg)
N1C1346.13±7.22e74.86±2.57d39.43±1.28e0.54±0.02f3.35±0.08e78.19±0.48h
N1C2355.21±5.79de86.95±2.53c57.90±1.35c0.65±0.02e4.06±0.05cd88.92±0.39g
N1C3366.73±5.98d95.09±1.55b51.80±1.55d0.82±0.01d4.30±0.05b99.54±0.23f
N2C1411.24±2.95c94.73±2.64b55.04±1.27cd0.75±0.03d3.97±0.10d88.08±0.58g
N2C2464.11±3.22b101.42±2.05b65.67±1.66b1.09±0.05b4.22±0.06bc125.26±0.50d
N2C3498.27±4.74a111.54±2.97a73.78±1.00a1.32±0.03a4.80±0.06a150.20±0.55a
N3C1479.46±5.04b94.42±1.96b72.42±1.45a1.23±0.03a4.09±0.05cd132.15±0.46c
N3C2479.50±3.62b99.26±2.02b72.48±1.45a1.01±0.04bc4.66±0.06a141.16±0.51b
N3C3463.84±4.33b97.20±1.64b65.62±1.39b0.96±0.03c4.21±0.05bc115.28±0.50e

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2.4 氮肥和生物炭互作对番茄根结线虫防治效果的影响

随着施氮肥和生物炭量的增加，可以不同程度增加根系重量和减少番茄根结数、根结线虫数、虫卵数（表4）。番茄根系重量呈先增再降的趋势，根结数、根结线虫数和虫卵数呈现先降再升的趋势。N2C3处理根重最高，达到73.53 g；N1C1处理最低，为29.48 g；N2C3处理与N2C2、N3C2处理差异不显著，与其他处理差异显著。N2C3处理番茄根结数、根结线虫数和虫卵数最低，分别为388.67、454.33和3240.67，显著低于其他处理，降低幅度分别为3.56%~26.57%、7.84%~24.61%和10.89%~32.66%。以上表明，适宜的氮肥和生物炭量可以有效抑制番茄根结线虫对根系的侵染。

表4   氮肥、生物炭互作对番茄根结线虫的影响

Table 4  Effects of nitrogen fertilizer and biochar interaction on tomato root-knot nematodes

处理Treatment根重Root weight (g)根结数Number of root-knots线虫数Number of nematodes虫卵数Number of eggs
N1C129.48±0.48c529.33±4.70a602.67±5.36a4812.67±51.40a
N1C231.21±2.17c523.00±7.51ab532.00±6.43c4338.33±62.65b
N1C334.27±2.59c510.00±4.16ab511.00±5.29d4130.67±54.91c
N2C161.80±2.17b446.33±8.57d534.67±6.57c3713.00±80.65ef
N2C266.50±2.21ab403.00±6.51f493.00±9.07e3636.67±38.52f
N2C373.53±4.22a388.67±5.24f454.33±4.70f3240.67±41.95g
N3C160.76±3.07b475.00±7.37c528.33±4.33c3890.33±44.21de
N3C265.42±2.25ab425.67±8.51e500.33±4.91de4024.67±58.72cd
N3C363.85±4.32b507.33±1.20b572.00±1.15b4470.67±86.90b

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2.5 氮肥和生物炭互作对番茄生长、产量、品质、光合特性及根结线虫指标影响的显著性分析

施氮肥对番茄株高、茎粗、叶面积、光合特性（Pn、Gs、Ci、Tr）、SPAD值、产量、单果重、单果直径、品质指标（番茄红素、可溶性糖、VC）、根重、根结数、线虫数和虫卵数的影响均达到极显著水平（P<0.01）（表5）；施生物炭对番茄茎粗、叶面积、光合特性（Pn、Gs、Ci）、产量、单果重、单果直径、品质指标（番茄红素、可溶性糖、Vc）、根结数、线虫数、虫卵数、株高、SPAD值、Tr和根重的影响达到极显著（P<0.01）或显著（P<0.05）水平；同时，施氮肥和施生物炭二者的互作效应除对株高、Gs、Tr、SPAD值和根重无显著影响外，对其他指标的影响达到极显著（P<0.01）或显著（P<0.05）水平。说明施氮肥和生物炭对番茄生长、产量品质、光合特性及根结线虫数量均有不同程度的影响。

表5   氮肥、生物炭和二者互作对番茄生长、产量、品质、光合特性及根结线虫指标影响

Table 5  Effects of nitrogen, biochar and their interaction on tomato growth, yield and quality, photosynthetic characteristics and root-knot nematode indicators

项目
Item		因素Factor
施氮量
Nitrogen
rate (N)		施生物炭量
Biochar
rate (C)		互作
效应
(N×C)
株高Plant height+ ++ns
茎粗Stem diameter+ ++ ++ +
叶面积Leaf area+ ++ ++ +
Pn+ ++ ++ +
Gs+ ++ +ns
Ci+ ++ ++ +
Tr+ ++ns
SPAD+ ++ns
产量Yield+ ++ ++ +
单果重Single fruit weight+ ++ ++
单果直径Single fruit diameter+ ++ ++ +
番茄红素Lycopene+ ++ ++ +
可溶性糖Soluble sugar+ ++ ++ +
Vc+ ++ ++ +
根重Root weight+ ++ns
根结数Number of root-knots+ ++ ++ +
线虫数Number of nematodes+ ++ ++ +
虫卵数Egg mass+ ++ ++ +

“+”表示在P < 0.05水平上显著相关，“+ +”表示P < 0.01水平上显著相关，“ns”表示无显著相关。

“+”indicates significant correlation at P < 0.05 level,“+ +”indicates significant correlation at P < 0.01 level,“ns”indicates no significant correlation.

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2.6 番茄生长、产量、品质、光合特性及根结线虫指标相关性分析

不同氮肥和生物炭量处理下番茄株高与根结数呈极显著负相关，与线虫数呈显著负相关，与茎粗、SPAD值、产量、Gs、Ci和Tr呈极显著正相关，与番茄红素、可溶性糖、Vc和Pn呈显著正相关（表6）。茎粗与番茄根结数、线虫数呈极显著负相关，与可溶性糖、Pn、Tr呈极显著正相关，与番茄红素、Vc、Gs呈显著正相关。叶面积与根结数、线虫数呈极显著负相关，与SPAD值、产量、番茄红素、可溶性糖、Vc、Pn、Gs、Tr呈极显著正相关，与Ci呈显著正相关。SPAD值和根结数呈极显著负相关，与线虫数呈显著负相关，与产量、番茄红素、可溶性糖、Vc、Pn、Gs、Ci和Tr呈极显著正相关。产量与根结数、线虫数呈极显著负相关，与番茄红素、可溶性糖、Vc、Pn、Gs、Ci和Tr呈极显著正相关。番茄红素与根结数、线虫数呈极显著负相关，与可溶性糖、Vc、Pn、Gs、Ci和Tr呈极显著正相关。可溶性糖与根结数、线虫数呈极显著负相关，与Vc、Pn、Gs、Tr呈极显著正相关。Vc与根结数、线虫数呈极显著负相关，与Pn、Gs、Tr呈极显著正相关，与Ci呈显著正相关。Pn与根结数、线虫数呈极显著负相关，与Gs、Ci、Tr呈极显著正相关。Gs与根结数、线虫数呈极显著负相关，与Ci、Tr呈极显著正相关。Ci与根结数、线虫数呈极显著负相关，与Tr呈极显著正相关。Pn与根结数、线虫数呈极显著负相关。根结数与线虫数呈极显著正相关。以上说明适宜的施氮量和生物炭量提高了番茄株高、茎粗、SPAD值、产量、品质和光合性能，抑制了根结线虫侵染。

表6   番茄生长、产量、品质、光合特性及根结线虫指标相关性分析

Table 6  Correlation analysis of tomato growth, yield and quality, photosynthetic characteristics and root-knot nematode indicators

指标IndexSDLASPADYLSSVcPnGsCiTrPKNN
PH0.502**0.3670.616**0.526**0.404*0.486*0.407*0.469*0.740**0.576**0.662**-0.692**-0.448*
SD0.416*0.3650.3450.384*0.799**0.484*0.696**0.446*0.3500.567**-0.533**-0.751**
LA0.804**0.908**0.905**0.797**0.935**0.750**0.704**0.435*0.712**-0.572**-0.599**
SPAD0.907**0.745**0.599**0.798**0.560**0.717**0.507**0.727**-0.666**-0.410*
Y0.906**0.666**0.916**0.661**0.755**0.502**0.738**-0.738**-0.535**
L0.707**0.927**0.786**0.704**0.591**0.660**-0.705**-0.692**
SS0.806**0.817**0.667**0.3650.707**-0.643**-0.833**
Vc0.797**0.680**0.387*0.736**-0.734**-0.710**
Pn0.669**0.591**0.711**-0.698**-0.845**
Gs0.645**0.700**-0.707**-0.582**
Ci0.524**-0.559**-0.521**
Tr-0.758**-0.655**
RK0.797**

PH：株高，SD：茎粗，LA：叶面积，Y：产量，L：番茄红素，SS：可溶性糖，PK：根结数，NN：线虫数。“*”表示相关性达显著水平（P < 0.05），“**”表示相关性达极显著水平（P < 0.01）。

PH: Plant height, SD: Stem diameter, LA: Leaf area, Y: Yield, L: Lycopene, SS: Soluble sugar, RK: Number of root-knot, NN: Number of nematodes. “*”indicates significant correlation at P < 0.05 level,“**”indicates extremely significant correlation at P < 0.01 level.

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3 讨论

3.1 氮肥和生物炭配施对番茄生长、产量和品质的影响

氮是花生植株生长所需的主要营养元素之一，在植物生长发育中起着重要作用，合理施用氮肥在一定程度上不仅能够促进番茄植株生长发育，提高产量和品质，还能增加番茄植株干物质和氮素积累[11,23]。本研究结果表明，氮肥和生物炭对番茄株高、茎粗和叶面积的影响均达到了极显著（P<0.01）或显著水平（P<0.05）。随着氮肥用量和生物炭用量的增加，番茄株高、茎粗和叶面积均呈先升高再降低的趋势，所有处理均高于对照，且N2C3处理下达到最高，N2C3处理株高、茎粗和叶面积较N1C1处理分别提高33.06%、36.05%和62.90%。研究[24-25]表明，随着氮肥施用量的增加，植株株高和茎粗呈先增大后减小的趋势，施氮肥处理的茎粗与不施氮肥处理存在显著差异。此结果与本试验株高、茎粗变化规律基本一致，其原因可能是生物炭具有提高土壤孔隙度、比表面积大等特点，能够促进根系发育，吸附固持土壤水分和养分，提高微生物的种群和数量，改善土壤环境[26-27]。氮肥和生物炭在提高番茄产量和品质方面也发挥重要作用。本试验表明，氮肥和生物炭处理提高了番茄产量、单果重、单果直径、番茄红素、可溶性糖和Vc含量，但随着氮肥和生物炭用量的增加，上述指标出现逐渐降低的现象。此结果与前人[18]研究结果基本一致。这主要是因为氮肥和生物炭施用促进了植株的营养生长，增加番茄叶绿素含量和叶面积，提高了光合作用，进而促进了光合产物向果实的运输，增加了果实数量和单果重，提高了产量。高氮肥和生物炭施用量对番茄品质有降低作用，可能是由于高生物炭施入量抑制土壤改良的效果，进而影响了果实品质[28]。因此，合理的氮肥和生物炭用量是番茄获得高产和好品质的关键。

3.2 氮肥和生物炭配施对番茄光合特性的影响

光合作用可将无机物转化为有机物可供植株吸收利用，为各项生命活动提供必要的物质基础，叶绿素含量和光合特性是衡量光合强弱的重要指标[29]。本研究结果表明，施氮肥和生物炭不仅提高了番茄叶片Pn、Gs、Ci、Tr，同时提高了番茄生育期SPAD值。番茄N2C3处理叶片Pn、Gs、Ci、Tr和SPAD值较N1C1处理分别提高93.46%、76.32%、56.86%、84.11%和45.51%。此结果可能是合理的土壤养分供应改善了番茄叶片的生理特性，促使水、肥、气、热等资源高效利用，从而提高叶片叶绿素含量和光合作用[30]，但是当氮肥和生物炭施用达到临界点后开始下降，这与张艳玲等[31]研究结果相一致。其原因是过量施氮时Gs会达到阈值，导致Ci和Pn出现差异，引起叶片内外CO2交换出现异常，使Ci增加，光合速率下降[32]。

3.3 氮肥和生物炭配施对番茄根结线虫防效的影响

合理的氮肥和生物炭用量是影响番茄根结线虫数量的重要因素。本研究结果表明，随着氮肥和生物炭用量增加，番茄根重呈先升再降的趋势，番茄根结数、根结线虫数和虫卵数呈现先降再升的趋势，N2C3处理根结数、根结线虫数和虫卵数较N1C1处理分别降低26.57%、24.61%、32.66%。此结果与前人[13-14]研究结果相似，研究[13-14]表明长期施用氮肥增加了土壤线虫总数，减氮处理比传统施氮处理，根结线虫数量降低。陈威等[33]研究表明，随着生物炭用量的提高，根结线虫侵染作物根系的能力被抑制，根系根结数随施用量增加而减少。但不同生物炭用量对根结线虫侵染能力的影响在文献报道中存在差异，牛亚茹等[34]研究表明，在设施黄瓜大棚内施用不同用量的生物炭，发现随着生物炭用量的增加，根结线虫侵染黄瓜根系的能力被促进，根系根结数量显著提高，可能是根系体积的增大，特别是须根增多，从而增加了根结线虫的侵染位点。生物质炭对根结线虫病的影响可能会因作物种类、生物质炭种类、施用剂量、土壤类型的不同而存在差异，而生物质炭与土壤的相互作用以及生物质炭对植物的促根效应也会随着施炭时间的推移而发生改变。

4 结论

综上所述，在甘肃省河西地区已感染根结线虫病害的设施土壤（全氮1.52 g/kg，有效磷191.9 mg/kg，速效钾323 mg/kg）中，设施番茄氮肥的施用量为200 mg N/kg土，生物炭的施用量为4 g/kg土，此条件下不仅可以促进番茄生长，提高光合特性，提升产量和品质，同时也会降低根结线虫数量。

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Soil acidification is a major problem in soils of intensive Chinese agricultural systems. We used two nationwide surveys, paired comparisons in numerous individual sites, and several long-term monitoring-field data sets to evaluate changes in soil acidity. Soil pH declined significantly (P < 0.001) from the 1980s to the 2000s in the major Chinese crop-production areas. Processes related to nitrogen cycling released 20 to 221 kilomoles of hydrogen ion (H+) per hectare per year, and base cations uptake contributed a further 15 to 20 kilomoles of H+ per hectare per year to soil acidification in four widespread cropping systems. In comparison, acid deposition (0.4 to 2.0 kilomoles of H+ per hectare per year) made a small contribution to the acidification of agricultural soils across China.

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为明确猪屎豆与淡紫拟青霉对烟草根结线虫病的联合作用，以猪屎豆根系粉为材料，研究了猪屎豆根系水提液对淡紫拟青霉的生长、产孢量、孢子萌发率及南方根结线虫致死率的影响，同时设置3个处理（单独间作猪屎豆、单独施用淡紫拟青霉、间作猪屎豆同时施用淡紫拟青霉）对猪屎豆与淡紫拟青霉联合防治烟草根结线虫病的协同增效效应进行了综合评价。结果表明：（1）猪屎豆根系粉适能促进紫拟青霉的生长、产孢及萌发，0.01 g/mL猪屎豆根系粉的淡紫拟青霉培养物的水提液处理南方根结线虫J2，24 h校正致死率高达96.08%。（2）烤烟间作猪屎豆同时施用淡紫拟青霉，能显著增加烤烟的株高和叶片宽度，烟草根结线虫病的防效高达67.5%，较单独间作猪屎豆的防效提高了22.9%，较单独使用淡紫拟青霉的防效提高了10.2%。本研究认为猪屎豆与淡紫拟青霉协同作用防治烟草根结线虫具有显著的协同增效效应。

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本研究旨在探讨单粒精播花生生理性状和产量性状对密度和氮肥的响应。选择山东省烟台市招远鲁东丘陵地，作物两年三熟。2018和2019年，以出口大花生品种花育22为试验材料进行大田试验，设置了3个种植密度（12万、20万、28万株/hm<sup>2</sup>，分别表示为D1、D2和D3）和4个施氮量（0、50、115、180 kg/hm<sup>2</sup>，分别表示为N0、N50、N115、N180），于不同生育时期调查分析花生SPAD值、植株和产量性状。研究结果表明，种植密度和施氮量均显著影响花生叶绿素含量、干物质量、植株性状和产量性状，且两者互作效应显著。在D2密度条件下，花生荚果产量较D1密度和D3密度分别高24.31%～45.04%和10.57%～15.13%，成熟期叶绿素含量分别高3.70%～27.82%和6.10%～18.94%，成熟期干物质量分别高7.31%～32.34%和10.65%～34.59%，且差异性均达到了显著水平。在D2密度下，施氮量在50～180 kg/hm<sup>2</sup>范围内，花生荚果产量、叶绿素含量和干物质量均显著高于无氮处理，各施氮处理表现为N115 &gt; N180 &gt; N50 &gt; N0，以施氮量为115 kg/hm<sup>2</sup>时花生荚果产量最大，较N50和N180处理分别提高了6.83%和3.90%，叶绿素含量、干物质量和植株性状也协同提高。综合考虑生理性状、产量性状等因素，在本试验条件下，单粒精播花生栽培在低密度12万株/hm<sup>2</sup>下，花生主要产量性状随着施氮量的增加而增加，以种植密度为20万株/hm<sup>2</sup>，施氮量为115 kg/hm<sup>2</sup>较为适宜。

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【目的】 研究不同施氮量对加工番茄生长及土壤氮素平衡的影响。【方法】 基于临界氮浓度模型的施肥方案,设置不施氮(N<sub>0</sub>)、施氮200 kg/hm<sup>2</sup>(N<sub>1</sub>)、施氮300 kg/hm<sup>2</sup>(N<sub>2</sub>)和施氮400 kg/hm<sup>2</sup>(N<sub>3</sub>)4个处理,测定加工番茄各生育期的生长、产量和土壤氮素等指标。【结果】 (1)在苗期阶段,各处理对加工番茄的生长无显著差异;坐果期后,N<sub>2</sub>处理较其他处理可有效促进加工番茄的生长。2018年,红熟期N<sub>2</sub>处理下的加工番茄株高为85.5 cm,显著高于其他处理,同期N<sub>2</sub>处理下的茎粗为18.40 mm,显著高于N<sub>0</sub>处理,但与其他施氮处理无显著差异,且2019年有同样变化趋势。(2)各处理土壤硝态氮主要分布在20-40 cm土层中,各土层中硝态氮含量随施氮量的增加而增加;2018年在拉秧期N<sub>3</sub>处理下的硝态氮含量主要残留在40 cm以下土层中,占总硝态氮含量的54.72%,且2019年有同样趋势,淋洗风险较大;N<sub>2</sub>处理下的土壤硝态氮分布较均衡,可以有效降低土壤氮素的残留,提高氮肥利用率。(3)土壤剖面中硝态氮盈余量随施氮量的增加呈增加趋势;N<sub>0</sub>、N<sub>1</sub>、N<sub>2</sub>处理下的氮素主要以作物吸收的方式带出土壤,N<sub>3</sub>处理下的氮素主要残留在土壤中;N<sub>1</sub>处理可降低氮素在土壤中的残留量,但也降低了氮素的利用率,N<sub>2</sub>处理有利于提高氮肥表观利用率,降低氮肥表观残留率,N<sub>3</sub>处理促进了作物对氮素的吸收,但加大了氮素在土壤中的残留,降低了氮素利用率。【结论】 在基于加工番茄临界氮浓度模型的氮素运筹方案下,加工番茄苗期阶段,按N<sub>1</sub>处理施44 kg/hm<sup>2</sup>减氮施肥,在开花期以后,施氮按N<sub>2</sub>处理施234 kg/hm<sup>2</sup>的氮运筹可促进植株生长,且土壤氮素残留相对较少,保证了较高的氮肥利用率和经济效益。

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