套養蚯蚓對土壤重金屬消解及鮮食番茄產量和品質的影響

摘" " 要：為探明套養蚯蚓對土壤重金屬的消解及對鮮食番茄產量、品質的影響，以鮮食番茄普羅旺斯為試材，蚯蚓套種套養為處理（T1），以常規種植為對照（CK），通過測定不同時期土壤理化性質和重金屬含量變化，調查分析番茄產量及果實品質等指標。結果表明，與CK相比，蚯蚓取食90 d后，土壤pH顯著降低，全鹽、有機質、全氮、全磷、水解氮、速效鉀和細菌數量分別顯著增加212.7%、921.3%、358.5%、116.1%、312.4%、71.2%和191.7%；蚯蚓取食150 d后，鉛、砷、鉻、鎳、鎘和汞等重金屬總含量降低53.8%；番茄產量較CK顯著提高7.7%，可溶性糖、維生素C、番茄紅素和鈣含量分別顯著提高0.41個百分點、13.6 mg·100 g-1、20.48 mg·kg-1和41.5 mg·kg-1，硝酸鹽含量顯著下降35.5%，氨基酸總量顯著提高1.18個百分點。綜上所述，與CK相比，套養蚯蚓可以顯著降低土壤重金屬含量，提高土壤養分和質量，能夠促進番茄產量增加和品質提升。研究結果為進一步開展鮮食番茄與蚯蚓套種套養的研究與應用奠定了良好的理論基礎。

關鍵詞：鮮食番茄；套養蚯蚓；土壤重金屬；氨基酸

中圖分類號：S641.2 文獻標志碼：A 文章編號：1673-2871（2024）12-116-05

收稿日期：2024-06-25；修回日期：2024-10-08

基金項目：寧夏回族自治區重大科技成果轉化項目（2022CJE09008）；2017年寧夏回族自治區青年拔尖人才（溫學萍）培養項目

作者簡介：溫學萍，女，高級農藝師，主要從事蔬菜新品種新技術引進、試驗、示范與推廣工作。E-mail：921318616@qq.com

通信作者：王" " 昊，男，農藝師，主要從事作物栽培生理研究與推廣工作。E-mail：nxnkwh@163.com

Effects of intercropping earthworms on soil heavy metal remediation and the yield and quality of fresh tomato

WEN Xueping1， WANG Hao2， REN Dengcheng1， YANG Bo2， HA Rong2， JIN Wei2， SU Hui3

（1. Horticultural Technology Extension Station of Ningxia Hui Autonomous Region， Yinchuan 750002， Ningxia， China; 2. Agricultural Technology Extension and Service Center， Ningxia Agricultural Reclamation Management Bureau， Yinchuan 750024， Ningxia， China; 3. Lianhu Farm Co.， Ltd.， Ningxia Agricultural Reclamation Group， Wuzhong 751606， Ningxia， China）

Abstract： In order to explore the digestion of heavy metals in the soil by inter-cultivating earthworms and its effects on the yield and fruit quality of fresh tomato， the inter-cropping and interbreeding of fresh tomato Provence and earthworms were used as the treatment（T1）， and the conventional planting was used as the control（CK）. By measuring the changes in soil physicochemical properties and heavy metal content at different times， the yield of tomato and fruit quality were investigated and analyzed. The results showed that compared with CK， after 90 d of earthworm feeding， the soil pH decreased significantly， the content of total salt， organic matter， total nitrogen， total potassium， total phosphorus， hydrolyzed nitrogen， available potassium， and the number of bacteria increased significantly by 212.7%， 921.3%， 358.5%， 116.1%， 312.4%， 71.2%and 191.7%. respectively; after 150 d of earthworm feeding， the total amount of heavy metals such as lead， arsenic， chromium， nickel， cadmium， and mercury decreased by 53.8%; after the tomato matured， by measuring the yield and fruit quality indicators， the yield increased significantly by 7.7%， and the content of soluble sugar， vitamin C， lycopene， and calcium increased significantly by 0.41 percent point， 13.6 mg·100 g-1， 20.48 mg·kg-1， and 41.5 mg·kg-1， respectively. The nitrate content decreased significantly by 35.5%， and the total amino acid content increased significantly 1.18 percent point. In summary， inter-cultivating earthworms can significantly reduce the content of heavy metals in the soil， increase soil nutrients and quality， and can promote the increase in tomato yield and quality， laying a good theoretical foundation for further research and application of inter-cropping and interbreeding of fresh tomato and earthworms.

Key words： Fresh-eating tomato; Raising earthworms in sets; Heavy metals in soil; Amino acid

重金屬污染對農田土壤和作物的生態環境帶來了巨大的風險和挑戰。牛糞等畜禽糞作為常用的有機肥料，含有大量的重金屬，其在土壤中的積累會對作物栽培和品質造成危害，還可能威脅人類健康[1-2]。而目前對重金屬的研究以礦山、農田等類型為主，涉及重金屬來源、富集和評價等方面[3-5]，對于封閉性較高的設施菜地等農業生態系統，目前在重金屬污染方面的研究較少。而蚯蚓在生物修復重金屬污染土壤中發揮了積極的作用，吸附能力強，土壤改良效果顯著，已成為土壤重金屬修復的一種重要工具[6-7]。研究表明，蚯蚓堆肥可以促進重金屬的鈍化，對餌料中重金屬的吸收富集能力較強，可以降低重金屬在作物和土壤中的積累[8-11]。

近年來，我國番茄種植面積和產量均位居世界第一，隨著人民對美好生活的向往，口感鮮食番茄逐漸受到消費者的青睞，產量穩定、風味較好的番茄是產業發展的重要方向[12]。而蚯蚓養殖還可以對番茄的品質產生積極影響。蚯蚓的排泄物富含有機質和微量元素，可以提高土壤質量，改善番茄的生長環境[13]。蚯蚓也可以分解有機物質，釋放出對植物有利的激素和酶類物質，促進番茄的生長和果實的迅速成熟，提高番茄品質[14-15]。蚯蚓與設施番茄套養作為一種生物修復方法，具有調節土壤重金屬含量、改良土壤結構和提高作物品質的潛力。然而，蚯蚓養殖對重金屬的吸附機制、作用效果等方面仍需進一步探索。本研究旨在探究蚯蚓與鮮食番茄套種套養對土壤重金屬吸附及番茄果實品質的影響，以期為科學合理利用蚯蚓修復土壤重金屬污染提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗于2023年10月至2024年5月在寧夏青銅峽市連湖農場三代節能日光溫室（長106 m，跨度10 m，脊背高5 m）進行。供試番茄品種為普羅旺斯，苗齡35 d，由寧夏農墾連湖農場有限公司提供。供試蚯蚓品種為大平2號，蚯蚓取食餌料由牛糞與秸稈按照1∶1的體積比混配而成，均由寧夏農墾連湖農場有限公司提供。

1.2 設計

試驗番茄種植采用起壟單壟種植，壟寬40 cm，壟高30 cm，株距17 cm，667 m2定植2180株。處理（T1）：在壟兩側鋪設混配餌料，寬度40 cm，高度30 cm，并于定植前3 d投入蚯蚓，投放量為1 kg·m-2；對照組（CK）只鋪設餌料不投放蚯蚓。每個小區面積為43.2 m2，3次重復。其他農藝管理措施一致。

1.3 測定項目與方法

土壤理化性質測定：分別在定植前、定植后90 d和定植后150 d采用四分法取得土壤樣品并測定理化指標。采用pH計測定pH，通過電導率法測定全鹽含量，使用重鉻酸鉀滴定法測定有機質含量，采用凱氏定氮法測定全氮含量，采用火焰光度法測定全鉀含量，采用鉬銻比色法測定全磷含量，采用靛酚藍比色法測定水解性氮含量，采用鉬藍比色法測定有效磷含量，采用火焰光度計法測定速效鉀含量[16]。

土壤微生物量測定：分別在定植前、定植后90 d和定植后150 d采用四分法取得土壤，并使用平板培養法測定土壤中真菌、細菌和放線菌數量[17]。

土壤重金屬含量的測定：分別在定植前、定植后90 d和定植后150 d采用四分法取得土壤并測定重金屬含量。采用原子吸收光譜法測定鎘含量，采用冷原子吸收光譜法測定汞含量，采用原子吸收光譜法測定鉛含量，采用原子熒光光譜法測定砷含量，使用分光光度法測定鉻含量，采用原子吸收光譜法測定鎳含量[18]。

番茄產量及品質的測定：每小區選取9株進行標記，番茄成熟后，記錄單株結果數，每個小區摘取大小均勻的果實20個，用電子秤稱量單果質量，并記載單株和小區產量，通過小區平均產量計算折合1 hm2產量；使用糖量計和酸度計分別測定果實的可溶性糖和總酸含量，通過高效液相色譜法測定維生素C含量，采用雙縮脲法測定蛋白質含量，使用高效液相色譜法測定番茄紅素含量，采用原子吸收光譜法測定鉀和鈣含量，使用分光光度法測定硝酸鹽含量[19]。采用《食品安全國家標準 食品中氨基酸的測定》（GB 5009.124－2016）的方法測定氨基酸含量，將番茄果實中的蛋白質經鹽酸水解成為游離氨基酸，經離子交換柱分離后，與茚三酮溶液產生顏色反應，再使用可見光分光光度檢測器測定氨基酸含量[20]。

1.4 數據處理

采用 Excel 2016、SPSS22.0等軟件對數據進行處理和統計分析，并使用LSD法檢驗差異顯著性（p＜0.05）。

2 結果與分析

2.1 壟側套養蚯蚓對土壤理化性質及微生物量的影響

由表1、表2可以看出，與定植前相比，套養蚯蚓對土壤理化性狀和土壤微生物具有積極影響。投入蚯蚓90 d后，土壤的pH、真菌和放線菌數量均呈現顯著下降的趨勢，較0 d分別減少7.3%、63.5%和85.9%；而土壤中的全鹽、有機質、全氮、全磷、水解性氮、速效鉀含量和細菌數量均呈現增長趨勢，較0 d分別顯著增加212.7%、921.3%、358.5%、116.1%、312.4%、71.2%和191.7%。這可能是由于隨著蚯蚓活動進入高峰，將牛糞等有機物料取食消化后，使有機質等土壤養分含量顯著增加，而土壤的pH等由于新物料的加入而下降。與投入蚯蚓90 d相比，在投入蚯蚓150 d后（餌料消耗殆盡，蚯蚓數量顯著下降），pH和全鹽、全鉀、有效磷、速效鉀含量，以及真菌、放線菌數量又呈現增長趨勢，而有機質、全氮、全磷和水解性氮含量及細菌數量呈現下降趨勢，這可能與番茄對土壤中的有機質大量吸收有關，而真菌和放線菌的增多，抑制了細菌的增長。以上結果說明蚯蚓的套養能夠顯著正向影響番茄根系土壤的理化性質。

2.2 壟側套種套養對重金屬含量的影響

由表3可以看出，與定植前相比，套養蚯蚓對土壤中的重金屬吸附作用顯著。與定植前相比，投放蚯蚓90 d后，重金屬元素鉛、砷、鉻、鎳、鎘、汞在土壤中的含量均顯著下降，這說明飼喂蚯蚓對土壤中的重金屬具有極強的吸附作用。投放蚯蚓150 d后，除鉻和鎳含量有上升外，其他重金屬元素含量均有不同程度的降低，且各重金屬元素含量均顯著低于0 d，重金屬總量降低53.8%。重金屬含量的變化可能與蚯蚓數量減少有關，說明飼喂蚯蚓可以降低土壤重金屬含量，且重金屬含量降低趨勢與蚯蚓數量具有一定的關聯性。

2.3 壟側套種套養對番茄產量及品質的影響

由表4可以看出，與定植前相比，套養蚯蚓可以提高番茄產量和果實品質。T1處理的平均單果質量、單株產量和小區產量較CK分別增加7.31 g、0.23 kg和32.3 kg，折合1 hm2產量較CK顯著增加7.7%。T1處理的可溶性糖、維生素C、番茄紅素和鈣含量均顯著高于CK，較CK分別提高0.41個百分點、13.6 mg·100 g-1、20.48 mg·kg-1和41.5 mg·kg-1。T1處理的硝酸鹽含量較CK顯著下降35.5%。以上結果說明與CK相比，套養蚯蚓在穩定番茄產量的同時可以顯著提高番茄果實品質，降低硝酸鹽含量。

由表5可以看出，T1處理的氨基酸總含量、天冬氨酸、谷氨酸、脯氨酸和丙氨酸含量分別為3.65%、0.23%、0.69%、0.16%和0.17%，均高于CK，其中氨基酸總量及天冬氨酸、谷氨酸和丙氨酸含量分別比CK顯著提高1.18、0.14、0.31和0.11個百分點，僅有甘氨酸含量低于CK，但二者差異不顯著。以上結果說明套養蚯蚓能夠提高番茄果實的氨基酸含量，促進番茄果實風味的提升。

3 討論與結論

牛糞飼喂蚯蚓是降低牛糞重金屬含量、提高土壤質量的有效手段。Xu等[21]研究表明，設施土壤中Cd等重金屬超標嚴重。顏正健等[22]的研究證實，重金屬富集可以導致植株致病菌的增加。劉俊秀[23]研究表明，環境Cd濃度的增加會導致番茄植株體內的Cd含量增加，并且能降低植株的干質量和鮮質量。在本試驗中，利用蚯蚓取食牛糞進行套種套養的土壤較常規種植的土壤中的重金屬鉛、砷、鉻、鎳、鎘、汞含量均顯著下降，說明蚯蚓套養能夠吸附牛糞及土壤中的重金屬，這與張素冰等[9]的研究結果一致。同時套養蚯蚓后，可以顯著提高土壤中的有機質含量和有益微生物數量，楊海波等[24]、Ravindran等[25]的研究也有相似結論。但是對番茄植株及果實中的重金屬與人體轉移、危害的研究仍然較少，土壤重金屬含量對番茄品質的影響仍不明確，下一步將對設施土壤中重金屬在番茄果實中的含量變化和積累進行進一步監測。

蚯蚓與番茄進行套種套養對提高番茄產量和果實品質具有積極作用。劉嬋娟等[26]的研究表明，蚯蚓糞的使用，可顯著提高番茄產量及維生素C含量。劉學才[27]的研究表明，蚯蚓糞施用后番茄果實的硝酸鹽含量降低。穆柯[28]、蘇衛[29]的研究表明，蚯蚓糞的配施可以有效提高番茄的蛋白質、維生素Ｃ、鈣和鎂含量，與本試驗的研究結果一致。同時，本試驗中測試的蚯蚓套養番茄的氨基酸總量及天冬氨酸、谷氨酸、丙氨酸含量都顯著高于常規栽培，而其中番茄的鮮味主要來自谷氨酸，甜味主要來自脯氨酸[30-31]。但是關于蚯蚓套養對番茄風味物質增加的機制研究結果較少，原因尚不明確，需要進一步研究。

筆者明確了套養蚯蚓對土壤重金屬降低、土壤質量提升、番茄產量和品質提高的有益作用。與定植前相比，番茄與蚯蚓套種套養90 d可以促使土壤pH降低0.62、有機質含量顯著提高921.30%、重金屬總含量降低53.8%，產量顯著提高7.7%，硝酸鹽含量顯著下降35.5%，氨基酸總含量顯著增加1.18個百分點。套養蚯蚓不但有效保護與提升了設施土壤質量，還促進了鮮食番茄品質的提高。試驗結果為深入開展蚯蚓-番茄套種套養、降低土壤重金屬含量和提高鮮食番茄產量與品質的機制研究提供了重要理論支撐。

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