不同浓度苦豆子浸提液对连作番茄生长及土壤肥力的影响

摘要：【目的】研究不同浓度苦豆子浸提液对番茄苗期植株生长、土壤养分和土壤酶活性的影响，为科学开发利用苦豆子资源、解决连作障碍提供参考。【方法】采用土壤盆栽试验，设置不同浓度苦豆子浸提液（0、5、10、20、40和80 g/L）处理，研究添加不同浓度苦豆子浸提液对番茄幼苗生长指标、土壤速效养分和土壤酶活性的影响。【结果】处理50 d后，番茄株高、茎粗、干重、鲜重及叶绿素含量均随着处理浓度的升高而增加，且T5处理对番茄生长指标的促进作用最佳。不同浓度苦豆子浸提液处理后，与对照组相比，土壤pH值增加0.28～0.72，土壤EC值增加1.55～5.25倍。同时，添加苦豆子浸提液也改变了土壤养分含量，与对照相比，T2、T3、T4和T5处理，全氮增加4.2%～45.5%，速效钾增加5.2%～117.6%；土壤有机质增加5.6%～23.8%，碱解氮增加31.3%～142.1%；全磷降低11.2%～18.5%，全钾降低了2.6%～5.0%。5种土壤酶活性随苦豆子浸提液浓度的增加而增加，与对照相比，T5处理显著增加蔗糖酶、多酚氧化酶、脲酶、过氧化氢酶和碱性磷酸酶活性，分别较CK增加296.42%、21.86%、422.01%、43.13%和100.89%。5种土壤酶均与土壤pH值、EC值、有机质含量、全氮、碱解氮、速效钾均呈正相关关系；与全磷、全钾、有效磷指标之间呈负相关关系。

【结论】苦豆子浸提液可提高土壤养分和土壤酶活性，从而改善番茄的根系环境，促进番茄苗期生长，缓解连作障碍对番茄幼苗的危害。

关键词：连作；化感作用；番茄；苦豆子；土壤肥力

中图分类号：S641.2文献标志码：A文章编号：1001-4330（2024）09-2203-08

0引 言

【研究意义】新疆得天独厚的水土光热资源为番茄生长提供了适宜的生态条件，新疆番茄产量占全国总产量的90％以上［1］。新疆是我国番茄种植最大区，番茄是新疆农业的支柱产业之一，但种植区内连作现象较为普遍，且番茄是一种不耐连作的作物，连作后对番茄生长发育、抗病性、产量和品质均有不利影响。其中化感产生的自毒作用是引起连作障碍的关键因素［2］。缓解或消除连作障碍对番茄优质高效生产具有重要意义。【前人研究进展】通过作物间的化感效应，采用轮作和间作、混作及套作等种植方式可有效减轻病虫害危害，提高蔬菜产量和品质，也是缓解连作障碍的方法之一［3］，但轮作、间作套作见效时间较长，且受作物种植面积的限制。苦豆子（Sophora alopecuroides）为豆科槐属植物，广泛分布于我国西北地区［4］。苦豆子中含有丰富的氮、磷、钾、有机质和各种微量元素［5］，含有多种生物碱、黄酮类物质等，是一种良好的土壤调节剂和土壤病菌抑制剂［6］，在施用后可以促进土壤团粒结构的形成［7］，并有利于土壤微生物的活动［8］，从而增强土壤蓄水保墒的能力。植物的化感作用会对其周边的植被产生一定的积极或消极的影响。余永婷等［9］研究发现，苦豆子生物碱浸提物对供试的细菌和霉菌均有较好的抑制作用，其抑菌活性随温度的增加而升高，抑菌效果与浸提液的浓度呈正相关。石国庆等［10］研究表明，苦豆子根、茎、叶浸提液对4种牧草种子萌发均存在不同程度的化感作用，并且随浸提液浓度的升高，其抑制效应也随之增强。麦麦提艾则孜·穆合塔尔等［11］研究表明，苦豆子浸提液对比斜克其（老汉瓜）甜瓜种子萌发具有抑制作用，但对其幼苗及根系生长均具有促进作用。陈波浪等［12］在甜瓜生产中施用苦豆子，发现施用苦豆子既可提高甜瓜产量，又可改善果实品质，同时还可有效改善土壤肥力。【本研究切入点】目前，国内外对苦豆子化感效应的研究主要集中在苦豆子对植物种子的萌发阶段，而对植物苗期生长的化感效应鲜有报道，需研究不同浓度苦豆子浸提液对连作番茄生长及土壤肥力的影响。【拟解决的关键问题】研究不同浓度的苦豆子浸提液对连作番茄苗期生长、土壤养分和土壤酶活性的改善作用，以及土壤养分与土壤酶活性之间的关系，为缓解连作障碍、改善土壤微生态环境提供理论依据。

1材料与方法

1.1材 料

1.1.1番茄品种

供试番茄品种为Moneymaker，苦豆子采于新疆阿拉尔市。土壤取自新疆三坪农场连作5年的番茄土壤，自然风干后磨碎，过2mm筛网。供试土壤pH值7.74，电导率879.97 μS/cm，有机质24.19 g/kg，全氮1.8 g/kg，全磷1.42 g/kg，全钾16.74 g/kg，碱解氮359.68 mg/kg，有效磷98.57 mg/kg，速效钾479.9 mg/kg。

1.1.2仪器

仪器为高速万能粉碎机、游标卡尺、电子天平、电热恒温鼓风干燥箱、手持叶绿素仪、pH计、EC计、消解仪、滴定仪、火焰光度、凯氏定氮仪、油浴锅、往复式振荡器、酶标仪。

1.1.3苦豆子粉末及浸提液的制备

采集的整株苦豆子用自来水反复冲洗干净，自然风干，将根、茎、叶剪成小段，使用高速万能粉碎机粉碎，分别放入密封袋中储存备用。配置浸提液时按比例称取根、茎、叶部粉末样品，苦豆子干粉与蒸馏水按1∶10（m/v）比例在室温下静置浸泡24 h后，使用4层纱布过滤，得到质量浓度为100 g/L的浸提液母液，置于4℃冰箱中密封保存备用，浸提液冷藏保存不超过5 d，使用时取母液加入不同量蒸馏水分别稀释成5、10、20、40和80 g/L 5种浓度的苦豆子浸提液。

1.2方 法

1.2.1试验设计

试验设6个处理，分别为CK（蒸馏水）、T1（5 g/L）、T2（10 g/L）、T3（20 g/L）、T4（40 g/L）和T5（80 g/L）。每个处理3次重复，每个重复9盆。

番茄种子消毒需经过55℃温汤浸种15 min，消毒后的番茄种子在常温蒸馏水中浸泡6 h，将浸泡后的番茄种子置于28℃恒温培养箱进行催芽，待种子露白时，将其播种于育苗盘中。待番茄幼苗长成至两叶一心时，选择长势一致的番茄幼苗移栽至装有5年连作土壤的花盆（直径8 cm，高8 cm）中，缓苗一周后，进行苦豆子浸提液浇灌处理，每次每盆浇30 mL，每隔3 d浇1次浸提液，对照处理浇灌同体积的蒸馏水，保持土壤湿润，50 d后测定处理番茄植株的相关指标并采集土壤样品。

1.2.2测定指标

植株生长指标：分别采用直尺和游标卡尺测量株高、茎粗；采用天平测定干重、鲜重；采用手持叶绿素仪测定叶绿素含量。

土壤指标：（1）土壤理化性质：采用电极法测定土壤pH值；采用电导率仪测定土壤电导率值；采用重铬酸钾氧化-外加热法测定有机碳；采用硫酸-加速剂消解凯氏法测定全氮；采用NaOH碱熔测定全磷，采用抗分光光度法测定钼锑；采用NaOH碱熔测定全钾，采用光度计法测定火焰；采用碱解扩散法测定碱解氮；采用钼锑抗比色法测定有效磷；采用乙酸铵浸提-火焰光度计测定速效钾。（2）土壤酶：参照土壤酶试剂盒（南京陌凡生物科技有限公司）使用说明测定土壤脲酶、过氧化氢酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶、多酚氧化酶的活性。

1.3数据处理

采用Microsoft office Excel 2016整理数据，运用SPSS 27.0统计分析测定数据，使用单因素ANOVA进行方差分析，并用Duncan新复极差法进行多重比较（Plt;0.05），采用GraphPad Prism 8作图（图表中数据为平均值±标准差）。

化感指数（RI）采用Williamson等［13］的方法，RI=1-C/T（T≥C）；RI=T/C-1，（Tlt;C）。式中，C为对照值，T为处理值。当RIgt;0时，表示化感促进作用；当RIlt;0时，表示化感抑制作用。RI绝对值的大小代表化感作用强度。

2结果与分析

2.1不同浓度苦豆子浸提液对连作番茄苗期生长的影响

研究表明，苦豆子浸提液对番茄株高及茎粗的影响表现为促进效应，对照组显著低于T3、T4、T5处理，T1处理与对照处理株高及茎粗差异不显著；番茄叶绿素含量随处理浓度的增加而上升，T1处理与对照组差异不显著，T3与T4处理差异不显著；当苦豆子处理浓度越高时，番茄的叶色更加深绿。苦豆子浸提液对番茄地上部分、地下部分的鲜重、干重的影响表现为促进效应，T1、T2处理与CK差异均不显著，T4、T5处理均显著高于CK。表1

2.2不同浓度苦豆子浸提液对土壤pH值、EC值、养分含量的影响

研究表明，各浓度苦豆子浸提液处理后，土壤pH值均高于CK组，其中T1、T2、T3间差异不显著，其余不同浓度苦豆子浸提液处理的土壤pH值均显著高于对照组，且T4处理pH值高于其他处理，土壤发生一定程度的碱化。各处理土壤EC值均显著高于对照组，且随浸提液浓度增加呈上升趋势，仅T1、T2处理间差异不显著，其余处理间均差异显著。土壤有机质含量随苦豆子浸提液浓度增加呈上升趋势，T4、T5处理显著高于对照组，分别高21.3%和23.8%，CK、T1、T2和T3处理间差异均不显著。全氮含量随浸提液浓度的增加呈上升趋势，T3、T4和T5相比对照组分别增长了15.6%、24.0%和45.5%，T1、T2与CK组间差异不显著。苦豆子浸提液的添加显著降低了土壤全磷含量，且T3处理最低，较对照组降低了18.5%。全钾含量各处理组均低于对照组，但各处理与对照组差异不显著。苦豆子浸提液处理后的土壤碱解氮含量均显著高于对照组，不同浓度处理下土壤中碱解氮含量表现为T5＞T3＞T4＞T2＞T1，分别是CK的2.42、1.81、1.68、1.32和1.31倍。与CK相比，T2、T5处理的有效磷含量分别显著降低8.7%、10.8%，T1、T4处理有效磷含量高于对照，但差异不显著。T5处理土壤的速效钾含量最高，达到778.25mg/kg，是对照组的2.18倍，显著高于其他4个处理组和对照组。表2

2.3不同浓度苦豆子浸提液对土壤酶活性影响

研究表明，不同浓度苦豆子浸提液处理后土壤蔗糖酶活性均显著高于对照组，分别是对照组的1.26、1.50、2.50、2.25和3.96倍（图1a）。各处理组土壤脲酶活性均显著高于对照组，其中，T5处理土壤脲酶活性显著高于其他组，是对照组的5.22倍（图1b）；T3、T4组显著高于其他3组，分别是对照组的3.80、3.78倍，T1、T2处理与对照组无显著差异（图1b）。各处理土壤过氧化氢酶活性均显著高于对照处理，且随浸提液浓度升高而升高，T5处理较对照组增加43.13%，上升幅度最大，而T1与T2处理间、T3与T4处理间差异不显著（图1c）。碱性磷酸酶活性随浸提液浓度增加呈上升趋势，且不同处理间差异显著（图1d）。除T1处理外，其他处理多酚氧化酶活性均高于对照组，T2、T3、T4和T5处理较对照组分别提高7.02%、20.18%、18.99%和21.86%，且T2、T3、T4和T5处理差异不显著（图1e）。图1

2.4苦豆子浸提液对土壤养分和酶活性相互关系的影响

研究表明，各土壤肥力因子之间存在不同程度的关联性，pH值与EC值、有机质、过氧化氢酶和碱性磷酸酶呈显著正相关（P＜0.05）；EC值与有机质、全氮、碱解氮、蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶和碱性磷酸酶呈极显著正相关（P＜0.01），与速效钾、多酚氧化酶呈显著正相关；有机质与全氮、脲酶、碱性磷酸酶呈显著正相关；全氮与碱解氮、速效钾、蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶和碱性磷酸酶呈极显著正相关；全磷与全钾呈显著正相关；碱解氮与蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶和碱性磷酸酶呈极显著正相关，与速效钾呈显著正相关；速效钾与蔗糖酶呈极显著正相关，与脲酶呈显著正相关；5种酶活性之间均差异显著或差异极显著。图2

2.5土壤肥力因子的主成分

研究表明，特征值＞1的主成分有2个，提取出2个主成分作为新的综合指标来分析土壤肥力状况。2个主成分的初始特征值依次为10.394、2.021；方差贡献率依次为74.298%、14.369%，2个主成分累积贡献率达88.667%（大于85％），基本包含了土壤的肥力信息。过氧化氢酶、碱性磷酸酶、土壤EC值等对第一主成分的影响较大；全磷、全钾含量对第二主成分的影响较大。表3

将其转化为特征向量，能够反映土壤肥力水平的2个主成分表达式：

Y1=0.300X1+0.272X2+0.300X3+0.306X4+0.306X5+0.264X6+0.305X7+0.276X8+0.299X9-0.131X10-0.168X11+0.301X12+0.262X13-0.159X14.

Y2=0.111X1-0.024X2+0.015X3-0.082X4+0.007X5-0.266X6+0.059X7+0.043X8+0.172X9+0.577X10+0.561X11+0.033X12+0.324X13-0.348X14.

式中，X1、X2、X3…X14分别代表蔗糖酶、多酚氧化酶、脲酶、过氧化氢酶、碱性磷酸酶、pH值、EC值、有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效钾、有效磷。将14个指标标准化值分别带入特征向量主成分表达式计算各主成分得分，T5处理的土壤肥力综合得分最高，其次为T4处理，T3处理第3，CK的土壤肥力综合得分最低。表4

3讨 论

3.1

试验研究表明，苦豆子浸提液对番茄幼苗具有明显的化感作用，而且表现出低质量浓度（5 g/L）对番茄株高、茎粗、和干重、鲜重的影响较小，当质量浓度提高至80 g/L后，其各项指标均受到促进。施用苦豆子绿肥能够促进甜瓜单果重及改善甜瓜品质［14］，与试验苦豆子浸提液能促进番茄幼苗生长结果一致，其机理可能与苦豆子的浸出物质有一定的关系。熊鑫等［15］发现苦豆子浸提液对牧草、蔬菜、粮食种子的化感作用表现为低浓度促进高浓度抑制或者各浓度均抑制，与试验研究不一致，是因为化感作用对不同受体植物的化感机理不同或化感处理时期不同所导致。

土壤酶作为土壤生物活性及土壤肥力的重要组成部分，对土壤物质循环和能量转化起着重要的催化作用，对土壤肥力的演化具有重要影响［16］。植物在连作状态下，土壤中的蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶等活性均会降低，直接影响土壤中的物质含量，进而对植物的生长发育产生不利的影响。研究结果表明，随着苦豆子浸提液浓度的增加，土壤中蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶、磷酸酶、多酚氧化酶的活性均有不同程度的提高。苦豆子是一种优质的绿肥，含有丰富的氮、磷、钾、有机质和各种微量元素，为土壤中的微生物提供了更多可分解的植物残体，进而分泌出更多的酶［17］。当苦豆子浸提液施入土壤后，土壤养分指标在一定程度上得到了改善，但在全磷、全钾、有效磷指标上呈下降的趋势，可能与土壤的酸碱度有关，施加苦豆子浸提液后，土壤的碱性增强，而酸碱度会导致土壤中营养的有效性，若其pH值超过7.5或低于6，可导致元素成分的有效性降低，且土壤酸碱度也会对土壤微生物产生过影响，过酸或过碱都会严重抑制土壤微生物的活动。

3.2

郭振威等［18］研究表明，土壤蔗糖酶、脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶活性与土壤碱解氮、速效钾、有效磷、全氮、全磷含量呈正相关关系。研究中，苦豆子浸提液后，5种土壤酶均与土壤pH值、EC值、有机质含量、全氮、碱解氮、速效钾均为正相关；与全磷、全钾、有效磷指标之间为负相关。土壤酶活性与土壤养分指标间联系密切，单一指标或者少数指标不能全面反映土壤的真实状况，需要联合多指标对土壤肥力进行评价。通过主成分分析，分析了不同浓度苦豆子浸提液处理对不同指标的响应以及对土壤综合肥力的影响。各处理土壤肥力水平在主成分1上的分异程度明显大于在主成分2上的分异程度，并且土壤肥力水平与主成分1、主成分2得分均呈正相关。主成分综合得分结果显示，经过苦豆子浸提液处理的土壤肥力水平高于对照处理，并且不同浓度苦豆子浸提液处理后，土壤肥力水平的提升存在差异，土壤肥力随着苦豆子浸提液浓度的升高而递增，苦豆子对土壤理化性质与生物学特性均有较好的改善和提高，有利于土壤生态环境的整体提升。

土壤肥力是土壤物理、化学和生物学性质的综合反应，研究选取了14个化学指标对苦豆子浸提液处理后的土壤肥力状况进行了评价，如进一步准确的反映苦豆子浸提液处理后土壤肥力的整体水平，还需引入相关物理指标和微生物指标。

4结 论

苦豆子浸提液能促进番茄苗期的生长，且随着苦豆子浸提液浓度的增加促进作用呈上升趋势；不同浓度苦豆子浸提液均可提高番茄根际土壤环境过氧化氢酶、碱性磷酸酶、脲酶和蔗糖酶活性，以T5处理（80 g/L）最佳。

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Effects of different concentrations of sophora alopecuroides extract on the growth and soil fertility of continuous cropping tomatoes

TIAN Chao1，2，LI Yushan2，MA Yue2，SONG Yu2

（1. College of Life Science and Technology， Xinjiang University， Urumqi 830046， China； 2. Institute of Crop Germplasm Resources， Xinjiang Academy of Agricultural Sciences， Urumqi 830091， China）

Abstract：【Objective】 This study aims to investigate the effects of different concentrations of Sophora alopecuroides extract on the growth of tomato seedlings， soil nutrients， and soil enzymes in the hope of providing new insights for the rational utilization of Sophora alopecuroides resources and addressing continuous cropping obstacles.

【Methods】 A soil pot experiment was conducted， with different concentrations of Sophora alopecuroides extract treatments （0， 5， 10， 20， 40 and 80 g/L）， to study the effects on tomato seedling growth parameters， soil available nutrients， and soil enzyme activities.

【Results】 After 50 days of treatment， the plant height， stem thickness， quality， and chlorophyll content of tomatoes increased with the concentrations of the treatment， with the T5 treatment exhibiting the most significant promotion effect on tomato growth indicators. Furthermore， compared to the control group， the application of different concentrations of Sophora alopecuroides extract resulted in an increase in soil pH by 0.28-0.72 and an increase in soil EC by 1.55-5.25 times. Additionally， the addition of Sophora alopecuroides extract also altered the soil nutrient content. After T2， T3， T4， and T5 treatments， compared to the control group， the total nitrogen increased by 4.2%-45.5%， available potassium increased by 5.2%-117.6%; soil organic matter increased by 5.6%-23.8%， alkaline nitrogen increased by 31.3%-142.1%; total phosphorus decreased by 11.2%-18.5%， and total potassium decreased by 2.6%-5.0%. Moreover， the activities of the five soil enzymes increased with the concentration of the extract. The T5 treatment significantly increased the activities of invertase， polyphenol oxidase， urease， catalase， and alkaline phosphatase， with increases of 296.42%， 21.86%， 422.01%， 43.13%， and 100.89%， respectively， compared to the control group. The correlation analysis between soil nutrients and soil enzymes showed that the activities of the five soil enzymes were positively correlated with soil pH， EC， organic matter content， total nitrogen， alkaline nitrogen， and available potassium， while negatively correlated with total phosphorus， total potassium， and available phosphorus.

【Conclusion】 Sophora alopecuroides extract can improve the growth of tomato seedlings under continuous cropping conditions， enhance soil nutrient content and soil enzyme activities， thereby improving the root environment of tomatoes， promoting tomato seedling growth， and alleviating the harm caused by continuous cropping. "

Key words：continuous cropping; allelopathy; tomatoes; Sophora alopecuroides; soil fertility

Fund projects：The Major Science and Technology Project of Xinjiang Uygur Autonomous Region “Research on Key and Core Technology of Vegetable Cultivation in Facilities around Tarim Basin” （2022A02005-2）; Technical System of vegetable industry in Xinjiang （XJARS-07）

Correspondence author：SONG Yu（1980-），male，from Urumqi， Xinjiang， researcher，Ph.D.， master's supervisor， research direction： facility horticulture，（E-mail）songyu150@163.com

收稿日期（Received）：2024-03-02

基金项目：新疆维吾尔自治区重大科技专项“环塔里木盆地设施蔬菜栽培关键核心技术研究”（2022A02005-2）；新疆蔬菜产业技术体系（XJARS-07）

作者简介：田超（1997-），女，新疆昌吉人，硕士研究生，研究方向为分子生物学，（E-mail）1505944372@qq.com

通讯作者：宋羽（1980-），男，新疆乌鲁木齐人，研究员，博士，硕士生导师，研究方向为设施园艺，（E-mail）songyu150@163.com