番茄秸秆不同还田方式对番茄生长及土壤碳氮含量和酶活性的影响

杨冬艳 冯海萍 桑 婷 谢 华

（宁夏农林科学院种质资源研究所，宁夏银川 750002）

番茄是全球栽培最广、消费量最大的蔬菜作物之一，中国是世界最大的番茄生产国和消费国之一，2016年我国番茄种植面积约105万hm2，产量约5 413万t（刘天英，2018）。番茄秸秆年产生量约3.4亿t（耿凤展 等，2016），但大部分秸秆被随意堆放丢弃，传播病菌，污染环境，造成大量营养物质的浪费。由于番茄植株浸提液、根系分泌物以及植株残体腐解物中普遍存在化感物质（周志红等，1997；王广印 等，2013；康亚龙，2014），导致番茄秸秆很难直接利用，通过秸秆堆肥过程中产生的高温分解化感物质，是削减其化感作用的重要途径（Wakjira et al.，2009；Li et al.，2014）。研究发现，堆制番茄秸秆低质量浓度浸提液可以提高黄瓜和大白菜的种子发芽率，促进幼苗生长和鲜质量增加（徐勇峰 等，2017）；番茄秸秆堆肥浸提液对番茄种子萌发具有抑制作用，对幼苗的生长则有促进作用，二者均随着浓度的增加而增强，对黄瓜种子的萌发和幼苗的生长则均表现出促进作用（耿凤展 等，2016）；番茄秸秆高温堆肥后可作为基质和肥料加以利用（葛梦娇，2016）。目前化感作用的研究多以收集植株各部位浸提液，采用培养皿法测定种子萌发、根系生长、幼苗生长、生物量等指标来进行分析（朱峰 等，2014），田间模拟的方法较少，研究发现番茄残株堆肥处理后还田可降低土壤容重，提高土壤有机质含量和生物活性，促进番茄和黄瓜生长，且作用效果随用量的增多而加强（韩伶，2016）。本试验以番茄废弃秸秆为研究对象，通过盆栽定量还田试验，分析秸秆直接还田和堆肥还田两种模式对番茄植株生长、产量、果实品质、土壤碳氮含量及酶活性的影响，以期为番茄秸秆资源化利用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试番茄秸秆为日光温室拉秧后的废弃秸秆，经过2015年7～8月近30 d的晾晒后，利用粉碎机粉碎成1～2 cm的碎段，其中一部分粉碎后的番茄秸秆添加粗纤维降解菌剂（广州农冠生物科技有限公司生产，总菌数≥109cfu·g-1）200 g·t-1堆制1 m3左右进行堆肥，堆肥60 d后备用；消毒鸡粪购于宁夏中卫市丰硕生物肥有限公司。试验材料养分特征见表1。

1.2 试验设计

试验在宁夏银川市贺兰园艺产业园日光温室内进行，供试番茄品种为粉果313〔圣尼斯种子（北京）有限公司〕。采用盆栽试验方法，土壤为种植5 a以上的温室土壤，基本理化性质：pH为9.02、EC 值 0.17 mS·cm-1、有 机质含量 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、速效钾 211.8 mg·kg-1。花盆长 ×宽×高为55 cm×25 cm×20 cm，每个花盆均装干土13 kg。

表1 试验材料养分特征

试验设3个处理，TR1为番茄秸秆直接还田，用量550 g·盆-1；TR2为番茄秸秆堆肥还田，用量528 g·盆-1；TR3为鸡粪施肥，用量390 g·盆-1，每个花盆还田秸秆和肥料供氮量均为7.97 g，设空白对照。每个花盆定植2株番茄，每个处理3次重复，每个重复20盆，温室中南北方向并排两列摆放成1畦，按畦中心间距1.4 m，随机排列9畦。2015年11月5日定植，铺设滴灌带，生长期间单干整枝，留8穗果，水肥管理一致，2016年6月28日拉秧。

1.3 测定项目

分别于番茄定植后30 d和210 d取植株根际土壤，每个处理跨行“S”形取9盆土样，混匀后自然风干，用于土壤酶活性和碳氮含量的测定。

在番茄生长期间定期测定株高、茎粗、叶片数，取第3穗果测定果实品质指标。每个处理随机选择20株采收，记录单株产量。

土壤脲酶活性采用苯酚—次氯酸钠比色法测定；土壤蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水杨酸比色法测定；土壤过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴定法测定（关松荫，1986）。全氮和总有机碳含量参照鲍士旦（2000）的方法测定。

化感效应指数（IR）的计算：当T≥C时，IR=1-C/T；当T＜C时，IR=T/C-1，其中C为对照值，T为处理值。IR＞0表示化感促进作用，IR＜0表示化感抑制作用，其绝对值的大小与作用强度保持一致（Williamson & Richardson，1988）。

1.4 数据分析

采用Excel软件处理数据并制图，采用DPS软件进行Duncan’s多重比较。

2 结果与分析

2.1 番茄秸秆不同还田方式对番茄植株生长的影响

由图1可见，番茄秸秆还田30 d（12月5日）后，TR2（番茄秸秆堆肥还田）处理的番茄株高比CK显著增加41.41%，茎粗和叶片数也显著高于CK，而TR1（番茄秸秆直接还田）处理的株高和叶片数则显著低于CK，说明番茄秸秆直接还田初期对番茄植株生长有显著的抑制效应。

图1 番茄秸秆不同还田方式对番茄植株生长的影响

还田30～60 d，由于冬季低温，番茄株高和叶片生长量较小，株高日生长量为0.30～0.49 cm，叶片单叶发生率8.2～10.0 d·片-1，其中TR3（鸡粪施肥）处理的株高日生长量最高；各处理茎粗的生长量没有减少，其中TR2处理的茎粗生长量达到0.1 mm·d-1，明显高于CK和其他处理。随着温室温光条件的逐步回升，还田60～110 d期间，各处理番茄植株的株高和叶片进入快速生长期，TR1处理株高、茎粗和叶片数的生长速率跃居第一，分别为1.43 cm·d-1、0.06 mm·d-1和6.75 d·片-1，明显高于CK。在2016年2月25日调查时，TR1、TR2、TR3处理的株高和叶片数量没有显著差异，但TR2处理的茎粗依然显著高于CK和TR3处理。到番茄拉秧时，TR2处理的株高、茎粗、叶片数均为最高，显著高于CK。

2.2 番茄秸秆不同还田方式对番茄果实品质及产量的影响

从表2可以看出，3个处理均能显著提高番茄果实中可溶性固形物、可溶性糖和可溶性蛋白质含量，明显降低总酸比例，其中TR1处理的可溶性固形物、可溶性糖含量显著高于CK和其他处理。分析单株产量发现，TR2和TR3处理的平均单株产量达到7.78 kg和7.28 kg，分别比CK显著增产18.96%和11.31%。说明番茄秸秆直接还田能够显著提升番茄果实品质，而番茄秸秆堆肥还田则显著增加了番茄产量，且增加幅度高于常规的鸡粪施肥处理。

2.3 番茄秸秆不同还田方式对番茄植株生长的化感效应

由表3可以看出，TR1处理在还田60 d内对番茄株高、茎粗和叶片数均有抑制效应（IR＜0），随后抑制效应减弱，还田110 d后，对番茄生长表现为促进效应；TR2、TR3处理在番茄整个生育期都表现促进作用，且在番茄生长初期的促进效应强于后期，TR2处理的化感促进作用强度始终高于TR3处理。说明番茄秸秆直接还田对番茄生长有抑制作用，但这种效应在还田60 d后减弱，而番茄堆肥还田对于番茄生长的促进效果明显优于施用鸡粪。

表2 番茄秸秆不同还田方式对番茄果实品质及产量的影响

表3 番茄秸秆不同还田方式对番茄植株生长的化感效应

2.4 番茄秸秆不同还田方式对番茄根际土壤酶活性的影响

图2 番茄秸秆不同还田方式对番茄根际土壤酶活性的影响

从图2可以看出，TR1处理的土壤脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性在还田30 d时均为最高，分别比对照显著增加281.81%、1 229.83%和69.84%。TR2处理的土壤脲酶活性与CK差异不显著，但蔗糖酶和过氧化氢酶活性均显著高于CK，且TR2处理的酶活性高于TR3处理。还田210 d后，3个处理的土壤过氧化氢酶活性与CK均差异不显著，而TR2和TR3处理的脲酶活性和蔗糖酶活性均显著高于CK。

2.5 番茄秸秆不同还田方式对番茄根际土壤碳氮含量的影响

图3 番茄秸秆不同还田方式对番茄根际土壤碳氮含量的影响

由图3可以看出，还田30 d时3个处理对土壤全碳含量没有产生显著影响，但土壤全氮含量显著增加了20%左右，TR1和TR2处理的土壤C/N显著下降；还田210 d时，3个处理的土壤全碳、全氮含量均显著高于CK，TR2处理的土壤C/N显著高于CK，而TR1和TR3处理则与CK无显著差异。

3 结论与讨论

秸秆还田技术是解决农业资源浪费、废弃物资源化利用的有力措施，作物残体是土壤中碳、氮的重要源和库，土壤微生物能够利用秸秆中的碳源物质进行大量繁殖，提高土壤的有机质含量，因而将作物秸秆和根茬等残体还田是土壤有机培肥的主要措施之一。研究显示，棉花、玉米、大豆等秸秆还田后，会产生一定的化感自毒效应（吴凤芝 等，2000；李彦斌 等，2009）；番茄植株内含有一定的酚酸及其他有机酸等化感物质，这些化感物质可通过对细胞膜透性造成损伤以及对细胞膜防御系统产生破坏等对幼苗的生长产生影响（周志红 等，1998）。本试验结果表明，将番茄秸秆晾晒粉碎后直接还田，前期对番茄生长有显著的抑制作用，造成番茄生长减弱，但随着秸秆在土壤中的腐解时间延长，抑制作用减弱，到还田110 d时，秸秆直接还田处理的番茄植株开始迅速生长，在生长后期株高、茎粗和叶片数显著高于对照。

本试验中，番茄秸秆在土壤中腐解初期，腐解物质影响了番茄幼苗的生长，利用化感指数分析发现，还田110 d后化感作用转为促进作用，分析原因可能是番茄秸秆还田110 d后进入慢速腐解期，转化形成的腐殖质及释放的养分促进了番茄植株的生长。本试验中，番茄秸秆堆肥还田处理在番茄幼苗期表现出显著的促生作用，同时番茄植株生长及产量均显著高于施用鸡粪，说明番茄秸秆堆肥后还田，化感作用表现为促进作用，这种正向促进效应在番茄整个生育期都在持续，而且释放的腐解物质和养分比鸡粪施肥处理对番茄生长的促进作用更强。

小麦、玉米秸秆还田不仅可以改良土壤结构，还可以增加微生物数量（赵亚丽 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（徐国伟 等，2009），本试验发现番茄秸秆直接还田在还田初期显著提高了脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性，这可能由于秸秆直接还田的C/N适宜微生物繁殖，生物反应活跃，到还田后期，堆肥还田处理的土壤酶活性较高，同时土壤全碳和C/N也较高，说明番茄秸秆堆肥还田持续为土壤微生物提供了丰富的碳源和氮源，创造了一个营养充裕的土壤微生态环境。通过比较3个处理的果实品质和产量，番茄秸秆直接还田的果实品质较优，堆肥还田处理的番茄产量最高。

综合分析表明，番茄秸秆堆肥还田对番茄没有自毒化感作用，能够促进番茄植株的生长，改善果实品质，提高产量，提高土壤酶活性和C/N；而番茄秸秆直接还田在还田60 d内对番茄生长有抑制作用，抑制作用在60 d后减弱，后期还能显著促进番茄植株的生长，提高果实品质，因此在生产中建议对番茄秸秆进行高温堆肥后还田，如果直接还田至少在还田60 d后再定植番茄。番茄秸秆直接还田对其他蔬菜作物生长的影响将进行进一步的分析。