番茄秸稈不同還田方式對番茄生長及土壤碳氮含量和酶活性的影響

楊冬艷 馮海萍 桑 婷 謝 華

（寧夏農(nóng)林科學(xué)院種質(zhì)資源研究所，寧夏銀川 750002）

番茄是全球栽培最廣、消費量最大的蔬菜作物之一，中國是世界最大的番茄生產(chǎn)國和消費國之一，2016年我國番茄種植面積約105萬hm2，產(chǎn)量約5 413萬t（劉天英，2018）。番茄秸稈年產(chǎn)生量約3.4億t（耿鳳展 等，2016），但大部分秸稈被隨意堆放丟棄，傳播病菌，污染環(huán)境，造成大量營養(yǎng)物質(zhì)的浪費。由于番茄植株浸提液、根系分泌物以及植株殘體腐解物中普遍存在化感物質(zhì)（周志紅等，1997；王廣印 等，2013；康亞龍，2014），導(dǎo)致番茄秸稈很難直接利用，通過秸稈堆肥過程中產(chǎn)生的高溫分解化感物質(zhì)，是削減其化感作用的重要途徑（Wakjira et al.，2009；Li et al.，2014）。研究發(fā)現(xiàn)，堆制番茄秸稈低質(zhì)量濃度浸提液可以提高黃瓜和大白菜的種子發(fā)芽率，促進幼苗生長和鮮質(zhì)量增加（徐勇峰 等，2017）；番茄秸稈堆肥浸提液對番茄種子萌發(fā)具有抑制作用，對幼苗的生長則有促進作用，二者均隨著濃度的增加而增強，對黃瓜種子的萌發(fā)和幼苗的生長則均表現(xiàn)出促進作用（耿鳳展 等，2016）；番茄秸稈高溫堆肥后可作為基質(zhì)和肥料加以利用（葛夢嬌，2016）。目前化感作用的研究多以收集植株各部位浸提液，采用培養(yǎng)皿法測定種子萌發(fā)、根系生長、幼苗生長、生物量等指標來進行分析（朱峰 等，2014），田間模擬的方法較少，研究發(fā)現(xiàn)番茄殘株堆肥處理后還田可降低土壤容重，提高土壤有機質(zhì)含量和生物活性，促進番茄和黃瓜生長，且作用效果隨用量的增多而加強（韓伶，2016）。本試驗以番茄廢棄秸稈為研究對象，通過盆栽定量還田試驗，分析秸稈直接還田和堆肥還田兩種模式對番茄植株生長、產(chǎn)量、果實品質(zhì)、土壤碳氮含量及酶活性的影響，以期為番茄秸稈資源化利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試番茄秸稈為日光溫室拉秧后的廢棄秸稈，經(jīng)過2015年7～8月近30 d的晾曬后，利用粉碎機粉碎成1～2 cm的碎段，其中一部分粉碎后的番茄秸稈添加粗纖維降解菌劑（廣州農(nóng)冠生物科技有限公司生產(chǎn)，總菌數(shù)≥109cfu·g-1）200 g·t-1堆制1 m3左右進行堆肥，堆肥60 d后備用；消毒雞糞購于寧夏中衛(wèi)市豐碩生物肥有限公司。試驗材料養(yǎng)分特征見表1。

1.2 試驗設(shè)計

試驗在寧夏銀川市賀蘭園藝產(chǎn)業(yè)園日光溫室內(nèi)進行，供試番茄品種為粉果313〔圣尼斯種子（北京）有限公司〕。采用盆栽試驗方法，土壤為種植5 a以上的溫室土壤，基本理化性質(zhì)：pH為9.02、EC 值 0.17 mS·cm-1、有 機質(zhì)含量 19.9 g·kg-1、全氮2.91 g·kg-1、速效氮124.2 mg·kg-1、速效磷42.1 mg·kg-1、速效鉀 211.8 mg·kg-1。花盆長 ×寬×高為55 cm×25 cm×20 cm，每個花盆均裝干土13 kg。

表1 試驗材料養(yǎng)分特征

試驗設(shè)3個處理，TR1為番茄秸稈直接還田，用量550 g·盆-1；TR2為番茄秸稈堆肥還田，用量528 g·盆-1；TR3為雞糞施肥，用量390 g·盆-1，每個花盆還田秸稈和肥料供氮量均為7.97 g，設(shè)空白對照。每個花盆定植2株番茄，每個處理3次重復(fù)，每個重復(fù)20盆，溫室中南北方向并排兩列擺放成1畦，按畦中心間距1.4 m，隨機排列9畦。2015年11月5日定植，鋪設(shè)滴灌帶，生長期間單干整枝，留8穗果，水肥管理一致，2016年6月28日拉秧。

1.3 測定項目

分別于番茄定植后30 d和210 d取植株根際土壤，每個處理跨行“S”形取9盆土樣，混勻后自然風(fēng)干，用于土壤酶活性和碳氮含量的測定。

在番茄生長期間定期測定株高、莖粗、葉片數(shù)，取第3穗果測定果實品質(zhì)指標。每個處理隨機選擇20株采收，記錄單株產(chǎn)量。

土壤脲酶活性采用苯酚—次氯酸鈉比色法測定；土壤蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定；土壤過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測定（關(guān)松蔭，1986）。全氮和總有機碳含量參照鮑士旦（2000）的方法測定。

化感效應(yīng)指數(shù)（IR）的計算：當T≥C時，IR=1-C/T；當T＜C時，IR=T/C-1，其中C為對照值，T為處理值。IR＞0表示化感促進作用，IR＜0表示化感抑制作用，其絕對值的大小與作用強度保持一致（Williamson & Richardson，1988）。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel軟件處理數(shù)據(jù)并制圖，采用DPS軟件進行Duncan’s多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 番茄秸稈不同還田方式對番茄植株生長的影響

由圖1可見，番茄秸稈還田30 d（12月5日）后，TR2（番茄秸稈堆肥還田）處理的番茄株高比CK顯著增加41.41%，莖粗和葉片數(shù)也顯著高于CK，而TR1（番茄秸稈直接還田）處理的株高和葉片數(shù)則顯著低于CK，說明番茄秸稈直接還田初期對番茄植株生長有顯著的抑制效應(yīng)。

圖1 番茄秸稈不同還田方式對番茄植株生長的影響

還田30～60 d，由于冬季低溫，番茄株高和葉片生長量較小，株高日生長量為0.30～0.49 cm，葉片單葉發(fā)生率8.2～10.0 d·片-1，其中TR3（雞糞施肥）處理的株高日生長量最高；各處理莖粗的生長量沒有減少，其中TR2處理的莖粗生長量達到0.1 mm·d-1，明顯高于CK和其他處理。隨著溫室溫光條件的逐步回升，還田60～110 d期間，各處理番茄植株的株高和葉片進入快速生長期，TR1處理株高、莖粗和葉片數(shù)的生長速率躍居第一，分別為1.43 cm·d-1、0.06 mm·d-1和6.75 d·片-1，明顯高于CK。在2016年2月25日調(diào)查時，TR1、TR2、TR3處理的株高和葉片數(shù)量沒有顯著差異，但TR2處理的莖粗依然顯著高于CK和TR3處理。到番茄拉秧時，TR2處理的株高、莖粗、葉片數(shù)均為最高，顯著高于CK。

2.2 番茄秸稈不同還田方式對番茄果實品質(zhì)及產(chǎn)量的影響

從表2可以看出，3個處理均能顯著提高番茄果實中可溶性固形物、可溶性糖和可溶性蛋白質(zhì)含量，明顯降低總酸比例，其中TR1處理的可溶性固形物、可溶性糖含量顯著高于CK和其他處理。分析單株產(chǎn)量發(fā)現(xiàn)，TR2和TR3處理的平均單株產(chǎn)量達到7.78 kg和7.28 kg，分別比CK顯著增產(chǎn)18.96%和11.31%。說明番茄秸稈直接還田能夠顯著提升番茄果實品質(zhì)，而番茄秸稈堆肥還田則顯著增加了番茄產(chǎn)量，且增加幅度高于常規(guī)的雞糞施肥處理。

2.3 番茄秸稈不同還田方式對番茄植株生長的化感效應(yīng)

由表3可以看出，TR1處理在還田60 d內(nèi)對番茄株高、莖粗和葉片數(shù)均有抑制效應(yīng)（IR＜0），隨后抑制效應(yīng)減弱，還田110 d后，對番茄生長表現(xiàn)為促進效應(yīng)；TR2、TR3處理在番茄整個生育期都表現(xiàn)促進作用，且在番茄生長初期的促進效應(yīng)強于后期，TR2處理的化感促進作用強度始終高于TR3處理。說明番茄秸稈直接還田對番茄生長有抑制作用，但這種效應(yīng)在還田60 d后減弱，而番茄堆肥還田對于番茄生長的促進效果明顯優(yōu)于施用雞糞。

表2 番茄秸稈不同還田方式對番茄果實品質(zhì)及產(chǎn)量的影響

表3 番茄秸稈不同還田方式對番茄植株生長的化感效應(yīng)

2.4 番茄秸稈不同還田方式對番茄根際土壤酶活性的影響

圖2 番茄秸稈不同還田方式對番茄根際土壤酶活性的影響

從圖2可以看出，TR1處理的土壤脲酶、蔗糖酶和過氧化氫酶活性在還田30 d時均為最高，分別比對照顯著增加281.81%、1 229.83%和69.84%。TR2處理的土壤脲酶活性與CK差異不顯著，但蔗糖酶和過氧化氫酶活性均顯著高于CK，且TR2處理的酶活性高于TR3處理。還田210 d后，3個處理的土壤過氧化氫酶活性與CK均差異不顯著，而TR2和TR3處理的脲酶活性和蔗糖酶活性均顯著高于CK。

2.5 番茄秸稈不同還田方式對番茄根際土壤碳氮含量的影響

圖3 番茄秸稈不同還田方式對番茄根際土壤碳氮含量的影響

由圖3可以看出，還田30 d時3個處理對土壤全碳含量沒有產(chǎn)生顯著影響，但土壤全氮含量顯著增加了20%左右，TR1和TR2處理的土壤C/N顯著下降；還田210 d時，3個處理的土壤全碳、全氮含量均顯著高于CK，TR2處理的土壤C/N顯著高于CK，而TR1和TR3處理則與CK無顯著差異。

3 結(jié)論與討論

秸稈還田技術(shù)是解決農(nóng)業(yè)資源浪費、廢棄物資源化利用的有力措施，作物殘體是土壤中碳、氮的重要源和庫，土壤微生物能夠利用秸稈中的碳源物質(zhì)進行大量繁殖，提高土壤的有機質(zhì)含量，因而將作物秸稈和根茬等殘體還田是土壤有機培肥的主要措施之一。研究顯示，棉花、玉米、大豆等秸稈還田后，會產(chǎn)生一定的化感自毒效應(yīng)（吳鳳芝 等，2000；李彥斌 等，2009）；番茄植株內(nèi)含有一定的酚酸及其他有機酸等化感物質(zhì)，這些化感物質(zhì)可通過對細胞膜透性造成損傷以及對細胞膜防御系統(tǒng)產(chǎn)生破壞等對幼苗的生長產(chǎn)生影響（周志紅 等，1998）。本試驗結(jié)果表明，將番茄秸稈晾曬粉碎后直接還田，前期對番茄生長有顯著的抑制作用，造成番茄生長減弱，但隨著秸稈在土壤中的腐解時間延長，抑制作用減弱，到還田110 d時，秸稈直接還田處理的番茄植株開始迅速生長，在生長后期株高、莖粗和葉片數(shù)顯著高于對照。

本試驗中，番茄秸稈在土壤中腐解初期，腐解物質(zhì)影響了番茄幼苗的生長，利用化感指數(shù)分析發(fā)現(xiàn)，還田110 d后化感作用轉(zhuǎn)為促進作用，分析原因可能是番茄秸稈還田110 d后進入慢速腐解期，轉(zhuǎn)化形成的腐殖質(zhì)及釋放的養(yǎng)分促進了番茄植株的生長。本試驗中，番茄秸稈堆肥還田處理在番茄幼苗期表現(xiàn)出顯著的促生作用，同時番茄植株生長及產(chǎn)量均顯著高于施用雞糞，說明番茄秸稈堆肥后還田，化感作用表現(xiàn)為促進作用，這種正向促進效應(yīng)在番茄整個生育期都在持續(xù)，而且釋放的腐解物質(zhì)和養(yǎng)分比雞糞施肥處理對番茄生長的促進作用更強。

小麥、玉米秸稈還田不僅可以改良土壤結(jié)構(gòu)，還可以增加微生物數(shù)量（趙亞麗 等，2015），提高土壤酶活性，降低土壤中Na+、Mg2+及Ca2+含量，提高土壤肥力（徐國偉 等，2009），本試驗發(fā)現(xiàn)番茄秸稈直接還田在還田初期顯著提高了脲酶、蔗糖酶和過氧化氫酶活性，這可能由于秸稈直接還田的C/N適宜微生物繁殖，生物反應(yīng)活躍，到還田后期，堆肥還田處理的土壤酶活性較高，同時土壤全碳和C/N也較高，說明番茄秸稈堆肥還田持續(xù)為土壤微生物提供了豐富的碳源和氮源，創(chuàng)造了一個營養(yǎng)充裕的土壤微生態(tài)環(huán)境。通過比較3個處理的果實品質(zhì)和產(chǎn)量，番茄秸稈直接還田的果實品質(zhì)較優(yōu)，堆肥還田處理的番茄產(chǎn)量最高。

綜合分析表明，番茄秸稈堆肥還田對番茄沒有自毒化感作用，能夠促進番茄植株的生長，改善果實品質(zhì)，提高產(chǎn)量，提高土壤酶活性和C/N；而番茄秸稈直接還田在還田60 d內(nèi)對番茄生長有抑制作用，抑制作用在60 d后減弱，后期還能顯著促進番茄植株的生長，提高果實品質(zhì)，因此在生產(chǎn)中建議對番茄秸稈進行高溫堆肥后還田，如果直接還田至少在還田60 d后再定植番茄。番茄秸稈直接還田對其他蔬菜作物生長的影響將進行進一步的分析。