番茄秸秆还田对黄瓜根系微环境的影响

郝树芹，严喆，刘凯悦，赵文静，王猛

（山东农业工程学院，山东 济南 250100）

2021 年山东省蔬菜播种面积约216.2 千公顷，蔬菜栽培面积逐年增加。由于设施栽培不受季节的影响，延长生产季节，使作物生产的季节性与周年供应的矛盾得到了解决，同时提高了农民的收入，取得了显著的社会和经济效益。然而，一味的追求产量，化肥农业的不合理使用，导致了土壤酸化、次生盐渍化、养分不平衡、微生物区系破坏、土传病害加重等一系列质量退化及连作障碍问题[1，2]，影响了蔬菜的正常生长，也阻碍了农业的可持续发展。农药残留、设施土壤环境恶化等问题凸显的同时，设施蔬菜生产还产生了大量废弃物，由于农村劳动力缺乏，人力成本增加，产生的农业废弃物只能堆弃或者燃烧，资源大量浪费的同时带来了环境污染问题。所以，怎样利用这些农业废弃物成为研究的热点。

山东省是番茄种植大省，番茄收获后，秸秆时常被随意堆放或集中焚烧，滋生病菌，污染环境，浪费大量的营养物质。番茄秸秆等蔬菜废弃物较普通农作物废弃物含水量高，且蔬菜本身含有的致病菌也会影响到其重复利用，秸秆腐熟后可以降解蔬菜残留农药，抗生素，钝化重金属[3]，同时还能分解化感物质，消除其对作物的影响，可以作为处理秸秆的有效手段[4]。为此，本试验以设施番茄秸秆为试验材料，经过秸秆就地还田后，下茬定植黄瓜，研究番茄秸秆还田对黄瓜茬土壤微生物、土壤酶活性、养分、pH 值和EC 值的影响，探究番茄秸秆还田后土壤理化性状变化规律，以期为番茄秸秆改土培肥的机理与效果提供资料参考，为设施番茄秸秆循环利用提供技术指导。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试验黄瓜品种为“新泰密刺”，番茄秸秆用还田机对秸秆粉碎就地还田，还田后施入N肥225 kg/hm2，用旋耕机旋耕2 遍，使秸秆与土壤混匀。

1.2 试验设计

2021 年6 月5 日对温室番茄秸秆还田，在还田前取土样，为第一次取样，记为对照（CK）。7 月25 日定植黄瓜幼苗，定植前取土样，为第二次取样，记为T1。定植后约1 个月，即8 月25 日进行第三次取土样，记为T2，定植后约2 个月，即9月25 日进行第四次取土样，记为T3，定植后约3个月，即10 月25 日进行第五次取土样，记为T4。第三、四、五次取土时，在距离植株基部20cm以内土壤取土，取土深度0-25cm。

1.3 测定项目及方法

采用稀释平板计数法测定土壤中细菌、真菌、放线菌数量。采用上海邦奕生物科技有限公司的ELISA 试剂盒测定脲酶、过氧化氢酶[5]。采用3,5-二硝基水杨酸比色法测定土壤蔗糖酶活性，采用磷酸苯二钠比色法测定土壤磷酸酶活性[6]。铵态氮和硝态氮用意大利产全自动间断化学分析仪Smartchem200 进行测定。速效磷和速效钾采用火焰分光光度法测定，有机质含量采用重铬酸钾容量法测定[7]。土壤pH 值用上海产pH 计（PHSJ-3F）测定。用电导率仪测定EC 值。

1.4 数据分析

采用DPS6.55 软件进行统计分析，利用Microsoft Excel 2007 进行作图。

2 结果与分析

2.1 番茄秸秆还田对黄瓜根系土壤微生物数量的影响

由表1 知，在番茄秸秆还田初期，即T1 时期黄瓜根系土壤细菌和真菌数量均低于对照，但与对照差异不显著，随着黄瓜生育期的后延，从T2处理时期开始，黄瓜根系土壤细菌和真菌数量高低于对照，至T4 处理时值最大，较对照分别增加103.71%和125.57%，与对照差异显著（p<0.05）。在番茄秸秆还田后，黄瓜根系土壤细菌和真菌数量呈现逐渐升高的变化趋势，说明番茄秸秆还田有利于根系土壤中细菌和真菌数量的增加。随着黄瓜生育期的后延，T1、T2、T3、T4 处理下的根系土壤放线菌数量呈现先升高再降低的单峰变化规律，且在T1、T2 处理下均高于对照，但与对照差异不显著，T3、T4 处理均低于对照且与对照差异显著（p<0.05）。

表1 番茄秸秆还田对黄瓜根系土壤微生物数量的影响

2.2 番茄秸秆还田对黄瓜根系土壤酶活性的影响

由表2 可以得出，番茄秸秆还田后，黄瓜四个处理时期的脲酶活性均高于对照，且随生育期的后延呈现逐渐升高的变化趋势，这说明番茄秸秆还田能促进黄瓜根系土壤脲酶活性的提高。过氧化氢酶活性T1、T2 处理时期均低于对照，在T3、T4 处理时期均高于对照，且呈上升趋势。蔗糖酶和磷酸酶变化规律类似，在番茄秸秆还田后，二者活力均高于对照且呈逐渐升高的变化规律，至T4 处理时值最大，较对照分别增加20.40%、36.67%，这表明番茄秸秆还田能促进土壤根系酶活力的提高。

表2 番茄秸秆还田对黄瓜根系土壤酶活性的影响

2.3 番茄秸秆还田对黄瓜根系土壤矿质元素含量的影响

由表3 知，番茄秸秆还田对不同生育时期黄瓜根系矿质元素含量的影响不同。随着黄瓜生育期的后延，土壤速效磷含量呈现先升高再降低的单峰变化规律，速效磷在T2 处理下值最大，含量为432.60 mg/kg，高于对照且与对照差异显著（p<0.05），这说明番茄秸秆还田可显著增加土壤速效磷含量。T1、T2、T3、T4 处理下，速效钾含量与对照差异不显著，说明番茄秸秆还田对黄瓜根系土壤速效钾含量的影响较小。T1 处理下铵态氮含量高于对照，但与对照差异显著，T2、T3、T4 处理均低于对照，但T2、T3 处理与对照差异不显著，而T4 处理与对照差异显著，这可能与后期黄瓜生长旺盛，所需养分较多，对铵态氮消耗量较大有关。随着黄瓜生育期的后延，土壤硝态氮含量呈现先升高再降低的单峰变化规律，各处理下的硝态氮含量均高于对照，且以T1 处理下值最大，较对照增加72.63%，T1、T2、T3、T4 处理下，土壤有机质含量均高于对照，最大值出现在T2 处理时期，较对照增加59.60%，与对照差异显著（p<0.05）。

表3 番茄秸秆还田对黄瓜根系土壤矿质元素含量的影响

2.4 番茄秸秆还田对黄瓜根系土壤pH 值及EC 值的影响

由图1 可以看出，黄瓜根系土壤pH 值和EC 值在黄瓜生育进程中的变化并不完全相同。随着黄瓜生育期的延长，黄瓜根系土壤pH 值逐渐升高，但T1、T2、T3 处理与对照差异不显著（p>0.05），T4 处理与对照差异显著，比对照增加6.92%，说明番茄秸秆还田可使黄瓜根系土壤pH值升高。随着黄瓜生育期的延长，黄瓜根系土壤pH 值逐渐升高，但T1、T2、T3 处理与对照差异不显著（p>0.05），T4 处理与对照差异显著，比对照增加6.92%。T1、T2、T3、T4 处理下，黄瓜根系土壤EC 值均高于对照，较对照分别增加，与对照差异显著，这说明番茄秸秆还田可使黄瓜根系土壤EC 值升高。

图1 番茄秸秆还田对黄瓜根系土壤pH 值及EC 值的影响

3 讨论与结论

土壤酶广泛存在于土壤之中，参与土壤中物质和能量的转化，是土壤中众多反应的催化剂，加之土壤酶活性的变化能较早的反应土壤质量的变化状况[8]，因此，土壤酶常被作为评价土壤生态环境质量状况和土壤肥力高低的重要生物指标[9]。杨强[10]等研究认为，水稻秸秆还田可显著增加下茬作物小麦的根系土壤酶活性。王铮宇[11]等研究指出，在秸秆还田且还田深度10cm～20cm时，可显著提高春玉米根系土壤磷酸酶和磷酸酶活性。Zhang P 等[12]研究发现，玉米秸秆粉碎后还田，可使磷酸酶、脲酶、转化酶的活性分别提高39.4%、19.6%、44.3%。本试验结果表明，番茄秸杆还田后，黄瓜根系土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性均随黄瓜生育期的后延而逐渐升高，试验结果与前人研究结论一致，这是因为秸秆还田后使得土壤中的外源碳含量增加，土壤酶促反应的底物增加、酶的来源增多，从而使土壤酶活性提高[13]。

土壤微生物参与有机质的分解与腐殖质的形成[14]，为土壤有机质和养分的转化与循环提供动力[15],是评价土壤肥料状况的重要指标。细菌、真菌、放线菌是降解植物秸秆的主要微生物[16]，且三者中以真菌降解秸秆的速率最高[17]。孟庆英[18]等研究得出，玉米秸秆覆盖还田能增加土壤细菌、真菌、放线菌数量，且土壤细菌、真菌、放线菌数量随着还田量的增加而增多。于大力[19]等研究指出，秸秆还田可有效增加土壤中细菌和真菌数量，并提高真菌群落α 多样性指数。本试验结果表明，番茄秸秆还田后，随着生育期的后延，黄瓜根系土壤细菌和真菌数量逐渐增加，这应该是因为土壤中秸秆通过腐解向土壤释放养分，土壤中底物含量的增加为微生物的生长和繁殖提供了充足的氮源和碳源，进而使土壤中微生物的数量增加[20]。

土壤中的速效氮的主要分为铵态氮和硝态氮两种，它们含量的高低可用于表征土壤供氮水平的高低[21]。磷元素在土壤中易被固定，而速效磷的含量常用量表征土壤的供磷能力，是评价土壤磷肥状况的重要指标之一。土壤速效钾含量可以反应土壤的供钾水平，是评价土壤钾肥状况的重要指标之一。土壤有机质是土壤肥力状况的物质基础，对培肥改土具有重要指导意义，常作为评价土壤肥力的重要指标。冀保毅[22]等通过试验得出，秸秆还田结合深翻土壤能够有效提高土壤有机质、全氮、速效磷和速效钾含量。Thomsen[23]等研究指出，黑麦草秸秆还田可显著土壤有机质含量，且当黑麦草秸秆坏田量分别为4 t/hm2、8 t/hm2、12 t/hm2时，土壤碳含量分别增加12%、21%、30%。邹清棋[24]等研究表明，小麦秸秆粉碎还田和高留茬还田两种处理方式均能增加团有机质含量、速效磷和速效钾含量，硝态氮和铵态氮随玉米生育期的后延呈现先增加再减小的变化规律。本试验结果表明：番茄秸秆还田后可增加土壤速效磷、速效钾、铵态氮、硝态氮和有机质的含量，试验结果与前人结论一致。但本试验条件下，番茄根系土壤速效磷、速效钾、铵态氮、硝态氮和有机质的含量随黄瓜的生长呈现先增加再降低的变化规律，这应该是因为随着黄瓜植株的生长，黄瓜对养分的需求量逐渐加大，土壤中的养分被根系吸收利用后减少所致。

健康的土壤保持着一定的酸碱平衡，而酸化的土壤不但使植株生长受到不同程度的抑制，还会加剧植株病害，使土壤不具有可持续的利用价值[25]。但工业的发展带来的酸沉降和农业生产中不当的管理措施正在加速土壤的酸化过程。施骥[26]等研究认为，秸秆还田后可提高棕壤土pH值，且pH 值随与秸秆还田量具有正相关关系。刘璐[27]研究指出，在低温和高含水量条件下，秸秆还田更有利于土壤pH 值的提高。本试验条件下，番茄秸秆还田可以提高土壤pH 值，试验结果与前人结论类似，可见，番茄秸秆还田对抑制土壤酸化，改良土壤质量有重要意义。另外，本试验条件下，番茄秸秆还田还能提高土壤EC 值，但还田后的土壤EC 值为0.61～0.72 mS/cm，均在植株正常生长的EC 值范围内。