番茄与辣椒秸秆不同还田方式对茄果类蔬菜幼苗生长的影响

杨冬艳 桑婷 冯海萍 谢华

摘要：[目的]探索番茄与辣椒秸秆还田的适宜方式。[方法]以番茄和辣椒秸秆为试材，采用盆栽方法，研究番茄和辣椒秸秆不同还田方式（新鲜秸秆粉碎还田、晒干粉碎还田、堆肥后还田）对同科蔬菜番茄、辣椒和茄子幼苗生长的影响及化感效应。[结果]番茄和辣椒新鲜秸秆还田处理抑制了3种蔬菜幼苗的生长，化感负向效应显著，且在还田30d内对自身蔬菜幼苗生长抑制效应有加强趋势;干样还田处理在还田10d时对3种茄科蔬菜有化感抑制作用，但到还田30d时抑制效应消解，同时显著促进了3种蔬菜幼苗根系生长量的增加;堆肥还田处理则对3种蔬菜幼苗生长从还田初始就表现为化感正向促进效应，且随还田时间延长促进作用增强。[结论]在生产中，番茄和辣椒秸秆拉秧后优先选择堆肥还田利用方式，其次为晾晒粉碎还田，同时还田30d后再定植茄科蔬菜。

关键词：番茄，辣椒，秸秆还田，幼苗生长，化感效应

中图分类号：S641文献标志码：A 文章编号：1008-0384（2020）03-0273-07

0 引言

（研究意义）我国是蔬菜生产和消费大国，近十年我国蔬菜（不含西甜瓜）种植面积和产量年均增长为2.79%，到2016年蔬菜播种总面积为2233.3万hm²，产量达7.98亿，在蔬菜产业规模稳定增加的同时，蔬菜废弃物的产生量也急剧增加，据统计，2005年我国蔬菜废弃物年产量占全国秸秆总产量的9.09%，仅次于水稻、玉米和小麦，成为我国第四大农作物废弃物，2013年可资源化利用的蔬菜废弃物为2.15亿。大量的蔬菜废弃物在田间地头无序堆放，污染环境，传播病菌，产生了严重的环境问题，因此开展蔬菜废弃物无害化和资源化利用研究对于蔬菜产业的健康发展和清洁生产具有重要意义。（前人研究进展）蔬菜废弃物资源化利用方式总体上可分为2种：还田循环利用和离田产业化利用。宋玉晶等提出与离田处理模式相比，秸秆就地沤堆还田循环利用模式是最为经济且可持续的模式，而高温好氧堆肥还田也被认为是适宜于解决我国蔬菜废弃物引起资源浪费和污染问题的有效途径，直接还田具有处理成本低、环境影响小、改善土壤理化性状的特点，堆肥还田具有处理量大、能有效杀灭致病微生物、堆肥营养全面的优点。但无论是直接还田还是堆肥还田，腐解物释放的化学物質有可能对同科作物生长产生化感效应，研究表明在新疆绿洲棉田生态系统中，棉花长期连作的负面效应与棉花秸秆还田的正面效应同时存在，秸秆腐解产生的化感物质对种子发芽和幼苗生长的抑制作用也是普遍存在，不容忽视。（本研究切入点）目前关于蔬菜秸秆还田利用的研究较少，尤其是蔬菜废弃物还田后的化感效应特征了解甚少。（拟解决的关键问题）本试验以拉秧废弃的番茄和辣椒秸秆为研究对象，通过盆栽试验，研究不同还田方式（新鲜秸秆粉碎还田、晒干粉碎还田和堆肥后还田）对同科蔬菜番茄、辣椒和茄子幼苗生长的影响，探索番茄和辣椒秸秆还田对同科蔬菜作物幼苗的化感效应，为制定科学合理的蔬菜秸秆还田方案提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试辣椒、番茄秸秆为2016年3月7月在日光温室中种植的辣椒和番茄拉秧后废弃秸秆，经过7月8月的露地晾晒风干，利用粉碎机粉碎成12cm的碎段，一部分作为干样秸秆进行还田，一部分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）200g·t-1堆制成1m³左右进行堆肥，保持堆肥含水量60%左右，堆体温度超过65℃翻堆，直到堆肥温度与环境温度相近时停止堆肥，堆肥时间为60d.新鲜的番茄秸秆为2016年9月-2017年2月在日光温室种植拉秧的番茄，新鲜的辣椒秸秆为2017年3-7月在日光温室种植拉秧的辣椒。试验材料养分特征见表1.

1.2试验方法

试验于2017年在银川市贺兰园艺产业园区日光温室内进行，番茄与辣椒秸秆还田分别进行试验，番茄秸秆还田试验于2017年34月进行，辣椒秸秆还田试验于2017年8-9月实施。土壤取自种植5年的日光温室土壤，2批试验为同一地点的土壤，土壤理化[生质为pH 9.02、土壤电导率（EC）0.17mS·cm-1、有机质19.92g·kg^-1、全氮2.91g·kg^-1、速效氮124.25mg·kg^-1、速效磷42.13mg·kg^-1、速效钾211.84mg·kg^-1。花盆大小为高15cmX直径10cm，试验采用双因素随机区组设计，因素1为种植蔬菜种类，A茄子，B辣椒，C番茄，因素2为秸秆还田方式，1：鲜样还田，2：干样还田，3：堆肥还田，4：空白对照Ck.还田量按秸秆干物质量与干土质量比3%进行折算。每批试验12个处理，秸秆与土壤混匀装盆，每个处理种植50个花盆，每个花盆定植l株蔬菜，番茄、辣椒和茄子幼苗均为处于定植时期的穴盘苗。花盆在温室中南北摆放，定期挪盆，水分管理一致。

1.3 测试项目

每处理选择10株蔬菜幼苗在还田后10、30d时调查株高、茎粗、根系体积、地上、地下部干重。壮苗指数=（茎粗/株高+地下部干重/地上部干重）×单株干重。

化感作用效应敏感指数（RI）采用Williamson的方法，RI=1-C/T（T≥C）;RI=T/C-1，（T0时，表示促进作用;当RI<0时，表示抑制作用。RI绝对值的大小表示化感作用强度。

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 辣椒秸秆不同还田方式对茄果类蔬菜幼苗生长的影响

由表2可见，鲜辣椒秸秆还田10d后，处理PAl茄子株高、地上干重、处理PCI番茄幼苗茎粗、地下部干重、根系体积指标和PBl辣椒幼苗所有指标相比对照均显著下降，茄子和番茄幼苗其他指标与对照没有显著差异;还田30d时，除辣椒幼苗的地上部干重、根系体积和番茄幼苗的地上部干重、地下部干重、根系体积显著低于对照外，3种蔬菜幼苗的其他指标与对照差异不显著。从辣椒秸秆干样还田处理对3种蔬菜幼苗生长影响来看，还田10d时3种蔬菜幼苗的地上部生长变化较小，但根系生长量较对照显著增加;还田30d时，茄子幼苗除株高外其他指标均高于对照，辣椒和番茄幼苗各指标则与对照没有显著差异。辣椒秸秆堆肥还田处理相比空白对照，在还田10d、30d时能显著促进番茄和茄子幼苗的生长，其株高、茎粗、干物质量和根系体积均显著高于对照（P<0.05）。对于辣椒自身影响来看，堆肥还田30d内对于地上部生长没有显著影响，但能显著促进根系干重和根系体积的增长。

从不同蔬菜幼苗生长量对辣椒秸秆还田方式的响应来看，茄子幼苗地上部干物质量以干样还田处理和堆肥还田处理较高，还田10L-30d的生长速率均为0.15g·d^-1，茄子幼苗地下部生长速率以堆肥还田处理最高，为0.08g·d^-1;辣椒幼苗地上部干物质量积累以堆肥和干样较高，为0.046g·d^-1、0.044g·d^-1，其后为对照0.035g·d^-1>鲜样还田0.012g·d^-1，辣椒幼苗地下部干物质量生长率依为堆肥0.02g·d^-1>鲜样0.019g·d^-1>干样0.017g·d^-1>对照0.014g·d^-1;番茄幼苗地上部干物质量积累以堆肥还田处理最高0.07g·d^-1，其次为对照和干样还田处理0.06g·d^-1，鲜样处理最低0.04g·d^-1，番茄地下部干物质堆肥处理最高0.038g·d^-1，其次为对照和干样处理为0.022g·d^-1，鲜样处理最低0.016g·d^-1。说明茄子相比辣椒和番茄在定植30d内的生物量积累最多，堆肥还田处理能够促进3种蔬菜幼苗定植期内的生长，尤其是地下部生长量积累比例显著高于地上部。

2.2 辣椒秸秆不同还田方式对茄果类蔬菜幼苗的化感效应

由表3可见，辣椒秸秆鲜样还田10d内对3种茄果类蔬菜幼苗生长均有化感抑制作用（IR<0），还田30d时，个别指标化感抑制效应加强，部分指标化感抑制效应减弱，也有指标化感效应转为正向促进作用，除番茄壮苗指数转为正向效应外，茄子和辣椒的壮苗指数抑制效应加强。辣椒干样还田的化感效应对于3种蔬菜幼苗生长总体为正向促进作用，壮苗指数在还田10d和30d时的IR值大于0，但辣椒幼苗地上部对辣椒干样还田较为敏感，株高、茎粗、地上部干重和全株干重的化感指数IR<0，到30d时对地上部的化感抑制效应有所减弱，仅有地上部干重的IR<0，同时番茄茎粗和茄子地上部干重化感指数也小于0，说明辣椒干样还田初期分泌的物质主要抑制了茄科蔬菜地上部的生长，尤以辣椒本身更为敏感;堆肥还田处理则在还田30d内均为化感正向促进作用，可见辣椒秸秆经过堆肥后消除了对茄科蔬菜幼苗生长的抑制效应。

2.3 番茄秸秆不同还田方式对茄果类蔬菜幼苗生长的影响

由表4可见，茄果类蔬菜幼苗生长对番茄秸秆不同还田方向响应特征不同，从茄子幼苗各指标的反应来看，鲜样还田处理TAl在还田10d时，地上部、地下部干重显著高于对照，其他指标均与对照没有显著差异，还田30d株高、茎粗、地下部干重与对照无差异，而地上部干重和根系體积显著低于对照。干样还田处理TA2的株高、茎粗、地下部干重和根系体积在还田30d内均与对照没有显著差异，只有地上部干重先升后降，说明茄子幼苗地上部干重对番茄秸秆鲜样和干样还田方式较为敏感。堆肥还田TA3各指标或高于对照，或与对照没有差异，还田30d时，其中茄子幼苗株高、地下部干重、根系体积显著高于对照。从辣椒幼苗各指标的响应来看，在番茄秸秆还田10d后，鲜样还田处理TBl辣椒幼苗除株高与对照没有差异，其他指标均显著低于对照，到还田30d时，茎粗、地下部干重和根系体积显著低于对照，株高和地上部干重与对照没有显著差异。干样还田TB2处理在还田30d内株高和茎粗显著高于对照，地上部干重则与对照没有显著差异，地下部干重低于对照，说明干样还田处理抑制了辣椒幼苗根系生长量的积累。堆肥还田TB3处理除茎粗在还田10d时、地上部干重在还田30d内与对照无差异外，其他指标均在还田30d时显著高于对照。从番茄幼苗生长反应来看，鲜样还田TC1处理在还田10d时地上部干重、地下部干重和根系体积显著低于对照，株高高于对照，茎粗与对照无差异;到还田30d时，株高、茎粗与对照无差异，地下部干重高于对照，地上千重和根系体积显著低于对照，说明番茄秸秆鲜样还田对自身番茄幼苗的生长在还田30d内有抑制;干样还田TC2在还田10d时，株高、地上部干重与对照没有显著差异，茎粗、地下部干重显著低于对照，根系体积高于对照;到还田30d时，除地上部干重显著低于对照外，其他指标或高于对照，或与对照没有显著差异。堆肥还田TC3除还田30d的茎粗与对照没有差异，其他各指标均显著高于对照。3种蔬菜幼苗的生长指标在还田30d内均以堆肥还田处理生长速率最高，说明番茄秸秆堆肥还田能够促进3种茄科蔬菜幼苗的生长。

2.4 番茄秸秆不同还田方式对茄果类蔬菜幼苗的化感效应

试验发现番茄秸秆堆肥还田除了对辣椒幼苗还田10d的地上部干重有轻微的抑制作用外，还田30d内对3种蔬菜幼苗生长指标均为化感正向促进作用（IR>0），而番茄秸秆鲜样还田除了对茄子幼苗30d时的地上部干重、辣椒幼苗的30d时的地下部干重和壮苗指数为化感正向作用外，其他指标在还田30d内则均为化感抑制作用（IR<1），且对番茄本身生长的抑制效应随还田时间延长有加强效应;番茄秸秆干样还田处理对茄子幼苗生长均为正向促进作用，对辣椒幼苗的株高、茎粗和地上部干重在还田10d内有抑制作用，但还田30d后抑制作用减弱或消解，对番茄自身影响除茎粗表现为抑制作用外，其他指标均为正向促进作用（表5）。

3讨论与结论

植物化感作用是植物-土壤-微生物相互作用的结果，包括了化感偏害作用（amensalism）、自毒作用（autotoxicity）、自促作用（stimulation）和互惠作用（facilitation），在农业生态系统中充分利用化感物质的正效应（positive effect），避免负效应（negativeeffect），是一项重要的生态农业技术，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，麦棉套作会抑制棉花苗期的生长，造成棉花弱苗晚发;玉米秸秆还田对小麦幼苗生长有抑制作用，但可促进大豆和玉米幼苗生长。蔬菜秸秆还田是蔬菜废弃物资源化利用的一项重要途径，蔬菜秸秆还田后与作物秸秆还田有类似的化感作用。研究发现番茄植株内含有一定的酚酸及其他有机酸等化感物质，这些化感物质通过对细胞膜透性、细胞膜防御系统产生损伤破坏，进而对幼苗的生长产生影响，辣椒秸秆还田后腐解物中的化感物质对辣椒的生长、根系的保护酶（SOD、POD、CAT）活性均有抑制作用。因此蔬菜秸秆如何还田及其对蔬菜作物的影响效应需要关注。本研究发现，辣椒和番茄秸秆不同还田方式对蔬菜幼苗生长影响差异显著，新鲜秸秆还田对番茄、辣椒和茄子幼苗生长均有显著的化感抑制作用，茄子幼苗生长对辣椒和番茄秸秆鲜样还田的响应随着还田时间的延长，化感抑制效应减弱，但蔬菜秸秆鲜样还田方式对自身幼苗的化感效应在还田30d内有加强的趋势，尤其是对根系生长的抑制效应强于地上部;辣椒和番茄晾干粉碎后还田，化感抑制强度显著低于鲜样还田处理，且抑制作用大部分发生在还田10d内，到还田30d时，对3种茄科蔬菜幼苗的的化感效应除株高外均转为正向促进作用，能够显著促进3种蔬菜幼苗根系干物质量的积累，尤其辣椒秸秆干样还田处理促进作用尤为明显，说明同种蔬菜秸秆不同还田方式腐解效应不同，对作物根系根际环境影响差异显著，试验将进一步研究不同秸秆还田方式腐解产物特征及影响机制。

研究发现蔬菜废弃物堆肥还田能够提高辣椒产量，园艺废弃物堆肥还田量越多对西芹的产量、品质的促进效果越显著，将番茄茎秆堆肥添加到基质中，番茄幼苗的生长指标均显著高于对照。本试验也表明番茄和辣椒秸秆堆肥后还田对3种茄科蔬菜幼苗生长均表现为正效应，且随还田时间的延长互惠效应加强，可能秸秆堆肥过程产生的高温分解了化感物质，因此番茄和辣椒秸秆堆肥后还田是一种安全、高效的蔬菜废弃物利用途径之一。

综上所述，番茄和辣椒秸秆新鲜秸秆还田对茄科蔬菜化感抑制效应明显，且在还田时间30d内抑制效应加强，干样还田在还田初期对茄科蔬菜有化感抑制作用，到还田30d时抑制效应消解的同时促进了根系生长量的增加，堆肥还田则表现为化感正向促进效应，3种茄科蔬菜幼苗地上与地下部生长均显著强于对照，因此在生产中优先选择堆肥还田方式。番茄和辣椒秸秆晾晒粉碎后的C/N为20-30，可以直接堆肥，建议使用纤维素降解菌剂辅助堆肥，加快堆肥进程。番茄和辣椒晾晒粉碎后也可直接还田，但建议在田间腐解30d后定植下茬蔬菜，避免腐解初期的化感抑制效应。番茄和辣椒鲜样还田还需进一步研究无害化处理模式，以及在田间的腐解效应，进而提出科学的、可适用于机械化模式的鲜样还田技术。