套作玉米對草莓生長生理特性及其產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

關(guān) 玲，趙密珍，于紅梅

(江蘇省農(nóng)業(yè)科學院 果樹研究所,江蘇省高效園藝作物遺傳改良重點實驗室，南京 210014)

草莓是薔薇科多年生草本植物，其果實芳香多汁，酸甜適口，營養(yǎng)豐富，素有“水果皇后”的美稱，因而備受消費者和栽培者青睞[1]。20世紀80年代以來，中國草莓產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，栽培面積逐年擴大，栽培形式也由傳統(tǒng)的露地栽培向設(shè)施栽培轉(zhuǎn)變[2]。草莓屬于忌連作作物，然而高成本的設(shè)施栽培模式與不適當?shù)耐寥拦芾碇贫葘е峦恋乩脧姸燃哟?、?jīng)營高度集約化，致使土壤微生物群落失衡，土傳病害日趨嚴重，各草莓產(chǎn)區(qū)連作障礙發(fā)生普遍，成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上亟待解決的重要問題[3]。

草莓的連作障礙主要誘因包括土壤次生鹽漬化、微量元素豐缺差距加大，以及土壤有益微生物生態(tài)結(jié)構(gòu)不平衡，細菌、真菌和放線菌三大菌類組成比例發(fā)生變化[4-5]。同時由于長期連作且農(nóng)戶多偏好種植單一草莓品種，導致土壤含鹽量過高且病毒病害及黃萎病等土傳真菌病害率增高[3]。草莓作為忌連作的草本作物，連作本身也會使其根系分泌物的自毒作用加劇，加之草莓生育期易感病，感染的病害種類較多。因此，長期在同一田塊種植使得有害微生物及土傳病菌逐漸積累，極易造成專性病蟲害滋生和蔓延，對草莓植株侵染越來越嚴重，易使草莓植株長勢衰弱，逐漸萎縮矮化，最后整株死亡，導致嚴重減產(chǎn)甚至絕收[6]。

栽培草莓克服連作障礙采用的主要措施包括太陽能高溫消毒和土壤蒸汽消毒的土壤消毒法，以及化學試劑消毒法、生物防治法、儀器消毒法和選育抗連作品種輔以合理施肥等農(nóng)藝措施[7-8]。目前相關(guān)研究工作主要集中于連作障礙對土壤微生物群落的影響、草莓連作障礙原因分析及防治措施、草莓抗連作障礙突變體的篩選及其再生植株抗性評價、草莓根系分泌物產(chǎn)生的自毒作用等方面，抑或闡述不同的草莓抗連作障礙措施，而針對草莓植株本身在改善耕作措施和土壤得到改良后，其生長狀況及相關(guān)生理生化指標變化情況的報道較少。

間套作是中國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)精耕細作、集約種植技術(shù)之一，具有提高土壤利用效率及防治病蟲害等優(yōu)點，也是促進農(nóng)作物高產(chǎn)、高效、持續(xù)增產(chǎn)的重要農(nóng)藝措施[9-10]。前人針對草莓與其他作物套作做了大量探索，包括草莓與番茄、豆角、扁豆及西瓜、甜瓜、絲瓜套種，均能不同程度增加整體效益，且草莓套種豆角能延長草莓收獲期，增加草莓產(chǎn)量[11-13]。近年來亦有報道草莓輪作甜瓜、水稻及葉菜等作物，也具有較好效果[14-17]。本研究采用草莓套作玉米，以相同地塊的連作土為對照，分別采集種植在待測試地塊的草莓植株根系及葉片進行保護酶活性和內(nèi)含物含量分析，擬通過分析草莓套作玉米后草莓植株在長勢、相關(guān)生理生化指標以及產(chǎn)量和品質(zhì)等的變化，為采用草莓套作玉米模式克服江蘇乃至長江流域草莓連作障礙提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗設(shè)計與管理

1.1.1田間試驗大棚田間試驗草莓品種為‘紅頰’。試驗地位于江蘇省海門市常樂鎮(zhèn)培育村春華家庭農(nóng)場，該農(nóng)場草莓種植面積約合3.3 hm2，本實驗選擇其中一處生產(chǎn)穩(wěn)定、面積約為3.6×10-2hm2的草莓設(shè)施塑料大棚(長×寬=60 m×6 m)開展實驗。試驗地的草莓套種玉米管理為：3月下旬播種玉米(露白)；4月初玉米生長期施肥(結(jié)合草莓追肥施1次肥)；5月初大棚膜撤除(草莓采收結(jié)束后，拔除草莓苗)；7月初玉米采收(鮮食玉米吐絲后20 d)；8月中旬起壟(起壟前結(jié)合旋耕土壤施入肥料)；8月底至9月初定植草莓生產(chǎn)苗(定植初期注意防治炭疽病和薊馬)；9月至次年4月底植株生長結(jié)果。

大棚內(nèi)的試驗田塊約3/4采用草莓套作玉米的耕作模式，約1/4為草莓連作(對照)模式，套作玉米地塊除在3月下旬種植玉米外，其他管理均與連作模式一致。大棚內(nèi)起壟6條，所做草莓高畦規(guī)格為長60 m×寬60 cm×高30 cm，壟間距40 cm，采用高壟雙行栽培模式定植草莓植株，行距25 cm，株距20 cm，玉米種在草莓壟的中間(即壟上2行草莓中間)，玉米株距20 cm。大棚管理均采用雙層塑料膜覆蓋保溫，溫度和濕度按常規(guī)管理。

1.1.2盆栽試驗盆栽試驗的草莓品種為‘寧玉’和‘紫金久紅’。由于后期草莓果實品質(zhì)的數(shù)據(jù)測定需要多次采集樣品，而單位距離試驗地較遠，因此，用于品質(zhì)測定的草莓采用異地大棚盆栽試驗。在田間試驗套作玉米整地結(jié)束后，分別將大棚草莓套作玉米地塊土和草莓連作地塊土帶回江蘇省農(nóng)業(yè)科學院基地草莓實驗大棚內(nèi)，采用口徑為25 cm的花盆裝待試土樣，待到秋季與田間試驗同步移栽草莓苗(1株/盆)，水肥控制均按常規(guī)管理。連作與套作玉米土盆栽品種‘寧玉’和‘紫金久紅’各設(shè)置15個盆栽，3個生物學重復，每重復包含5株盆栽草莓。盆栽試驗植株于2017年9月10日定植，待果實成熟調(diào)查其果實產(chǎn)量和品質(zhì)指標，調(diào)查時間自2018年1月至3月中旬，每2周調(diào)查1次。

1.2 樣品采集

田間試驗草莓植株樣品采于2017年11月7日，采用“S”形軌跡抽取不同栽培模式處理的待測草莓植株，用鐵鍬沿抽取的草莓植株葉片伸展側(cè)垂直挖取植株，帶到田頭用清水洗凈，盡量保持根系及植株完整，吸水紙擦干后用于植株表觀生長指標的測量，另外，取清水漂洗過的草莓植株葉片及根系，冰凍帶回實驗室于-20 ℃保存待用，用于測定各酶活力等生理生化指標。

1.3 測定指標及方法

1.3.1植株表觀生長指標根長和株高的測量使用刻度直尺；莖粗的測量使用游標卡尺。測定設(shè)3個生物學重復，每生物學重復包含5株草莓植株。

1.3.2植株生理生化指標試驗總超氧化物歧化酶(SOD)、乙醇脫氫酶(ADH)和過氧化物酶(POD)活性以及可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸和丙二醛含量均采用紫外分光光度法測定[18-20]，測定設(shè)置3次生物學重復。每生物學重復均稱取草莓待測組織約0.5 g 放于研缽中研磨，具體提取方法及酶活力的測定方法參照南京建成生物工程研究所(www.njjcbio.com)生產(chǎn)的保護酶活力測定試劑盒說明書。

1.3.3果實產(chǎn)量和品質(zhì)指標采集盆栽草莓成熟果實測定產(chǎn)量和品質(zhì)指標。其中，單果重采用電子天平測量，單株產(chǎn)量計為每株草莓成熟果實單果重總和；果實可溶性固形物含量測定利用手持式可溶性固形物測定儀(atago，refractometer PAL-1)；果實硬度測定利用質(zhì)構(gòu)儀(rheotech fudoh eheo meter, RTC-3005D)。產(chǎn)量及品質(zhì)指標的測定均設(shè)定3次生物學重復，每重復包含5株盆栽。調(diào)查時間自2018年1月至3月中旬，每2周調(diào)查1次，共計調(diào)查6次。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)間的平均數(shù)差異顯著性分析采用t檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 套作對草莓植株生長發(fā)育的影響

田間調(diào)查發(fā)現(xiàn)，草莓套作玉米模式(簡稱套作)和連作草莓模式(簡稱連作)移栽草莓苗的死苗率分別為25.26%和54.06%，且套作草莓苗秋季移栽后緩苗速度快，套作地塊草莓緩苗時間約7 d，連作地塊約10 d。說明套作可有效降低秋季草莓生產(chǎn)苗定植入田的死苗率，縮短緩苗時間。同時，通過田間觀察及測量發(fā)現(xiàn)，套作草莓植株高度顯著高于連作草莓(圖1；圖2，A)，且套作草莓植株的根長和莖粗也分別顯著高于連作草莓植株根長和莖粗(圖2，A)。套作草莓植株根重略高于連作植株，其植株地上部重和整株重則顯著高于相應連作植株地上部重和整株重(圖2，B)。另外，在草莓生產(chǎn)過程中生殖生長階段(圖2，C)，套作草莓植株現(xiàn)蕾數(shù)極顯著高于連作草莓，套作植株結(jié)果數(shù)略高于連作，而套作草莓的開花數(shù)則略低于連作植株。套作草莓植株花果總數(shù)(9.85)是連作植株(4.34)的2倍有余。以上結(jié)果說明套作草莓植株較連作草莓植株的營養(yǎng)生長狀況良好，套作可進一步促進草莓生殖生長階段的開花與結(jié)果。

2.2 套作對草莓植株保護酶活性的影響

圖3顯示，套作草莓植株根系和葉片總超氧化物歧化酶(SOD)活性均顯著高于相應的連作草莓，而在相同耕作模式下又表現(xiàn)出根系顯著高于葉片的趨勢(圖3，A)；與總SOD活性表現(xiàn)一致，套作草莓植株根系和葉片的乙醇脫氫酶(ADH)活性也不同程度地高于連作草莓，但兩模式下的植株根系A(chǔ)DH卻均低于葉片(圖3，B)；與以上2種酶表現(xiàn)不同，套作草莓植株根中過氧化物酶(POD)活性顯著低于連作，而其葉片中POD活性則極顯著高于連作(圖3，C)，相同耕種模式下POD活性均表現(xiàn)為根系顯著低于葉片。以上結(jié)果說明套作玉米可以提高草莓植株體內(nèi)SOD、ADH和葉片中POD活性，增強了草莓植株抵御逆境脅迫的能力。

2.3 套作對草莓植株滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)及丙二醛含量的影響

拍照日期2017年11月7日；比例尺示15 cm圖1 草莓連作與草莓套作玉米后的草莓植株生長狀況Taken on 2017.11.7； Bar=15 cmFig.1 The growth status of strawberry plants after continuous cropping and intercropping with corn

**和*分別表示套作組與連作組間在0.01和0.05水平存在顯著性差異圖2 連作與套作草莓植株生長及開花結(jié)果情況比較** and * mean the significant difference between intercropping and continuous cropping treatmentss at 0.01 and 0.05 levels, respectivelyFig.2 The growth, flowering and fruiting situation of strawberry plants planted in the field of intercropping with corn and continuous cropping, respectively

圖4顯示，套作草莓植株根系和葉片的可溶性蛋白含量均不同程度地低于連作草莓。而脯氨酸和可溶性糖含量表現(xiàn)為套作草莓植株根系和葉片略高于相應連作模式。同時，草莓根中丙二醛含量表現(xiàn)為套作顯著低于連作草莓，而草莓葉片中丙二醛含量在兩栽培模式間基本持平。另外，在相同耕作模式下，草莓可溶性蛋白表現(xiàn)為根系略高于相應葉片，可溶性糖含量表現(xiàn)為根系顯著高于相應葉片，而其脯氨酸含量則表現(xiàn)為根系低于葉片。以上結(jié)果顯示連作造成草莓植株根系丙二醛含量較高，說明連作對草莓植株根系是一種極強的逆境脅迫，而套作可以改善這種脅迫，且可顯著提高草莓葉片中可溶性糖含量，保證草莓植株良好的營養(yǎng)狀態(tài)。

指標內(nèi)不同字母表示處理之間在0.05水平存在顯著性差異(P<0.05)。下同圖3 連作與套作草莓植株總超氧化物歧化酶(SOD)、乙醇脫氫酶(ADH)和過氧化氫酶(POD)活性Different letters in the same index indicate significant difference among treatments at 0.05 level (P<0.05). The same as belowFig.3 The activities of SOD, ADH and POD in strawberry plants planted in the field of intercropping with corn and continuous cropping

CC和IC分別表示連作和套作圖4 連作與套作玉米的草莓植株滲透物質(zhì)及丙二醛的含量CC and IC in legend means the continuous cropping and intercropping with corn, separately.Fig.4 The contents of permeable substance and malondialdehyde in the roots and leaves of strawberry plants in intercropping with corn pattern and the continuous cropping pattern

表1 不同耕作模式下草莓果實品質(zhì)和產(chǎn)量的變化

注：圖中數(shù)據(jù)為平均數(shù)±標準誤(n=6)；同一指標內(nèi)不同字母表示品種及處理之間在0.05水平存在顯著性差異(P<0.05)

Note: Data are the means ± SE (n=6)；Different letters in the same index indicate significant difference among verities and treatments at 0.05 level (P<0.05)

2.4 套作對草莓果實產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

從表1可知，套作耕作模式對草莓單株產(chǎn)量的影響最明顯，尤其在極早熟草莓品種‘寧玉’的單果重和單株產(chǎn)量方面差異最為突出，套作模式草莓單果重和單株產(chǎn)量分別較連作模式提高16.52%和10.60%；套作模式對甜度較高的品種‘紫金久紅’的單株產(chǎn)量影響也比較明顯，套作模式單株產(chǎn)量較連作模式顯著提高了7.76%，而對套作‘紫金久紅’的單果重影響較小。在果實品質(zhì)方面，套作模式對2品種果實硬度方面影響最明顯，套作模式 ‘寧玉’和‘紫金久紅’果實硬度較連作模式顯著上升了9.49%和5.22%。套作栽培模式對2品種草莓果實的可溶性固形物含量影響均較小。

3 討 論

3.1 套作促進了草莓植株生長

隨著草莓連作年限增加，根際土壤中細菌數(shù)量會逐漸降低，真菌數(shù)量逐漸升高，細菌和真菌的比值逐漸降低，土壤微生物由“細菌型”向“真菌型”轉(zhuǎn)變[5]，其中病原真菌是草莓連作主要障礙因子之一，主要包括鐮刀菌屬、絲核菌屬、輪枝菌屬、疫霉屬、腐霉屬、擬盤多毛孢屬和炭疽菌屬等致病真菌[21]。中國草莓重茬病主要由鐮刀菌屬、絲核菌屬和輪枝菌屬的真菌單獨或復合侵染所導致[22]。合理的套作不僅能夠?qū)ν寥牢⑸飻?shù)量和群落結(jié)構(gòu)、土壤酶活力及土壤養(yǎng)分進行有效的調(diào)節(jié)[23-24]，同時還能夠改善作物的礦質(zhì)營養(yǎng)，進而提高作物生產(chǎn)力、改善作物礦質(zhì)營養(yǎng)[25]。本研究主要通過對比套作玉米草莓與連作草莓植株長勢指標，分析草莓套作玉米后如何對草莓植株本身起到有益調(diào)節(jié)。

通過結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，套作草莓在定植初期的死苗率有所下降(套作死苗率約為連作的50%)，且其幼苗緩苗速度較連作草莓更快；同時，套作草莓開花結(jié)果始期(11月初)植株的長勢得到了改善，其莖粗、根長、根重、植株鮮重和株高分別比連作模式增加了17.11%、5.07%、18.90%、31.59%和15.70%。說明套作模式降低了草莓植株發(fā)生土傳病害的幾率，其土壤環(huán)境有利于草莓根系的生長，從而可以快速地供給草莓植株養(yǎng)分，使其植株在開花結(jié)果始期即儲備了大量養(yǎng)分，為后期的生殖生長提供充足養(yǎng)分。

早期上市的草莓經(jīng)濟效益高，因此草莓前幾級花序分化的質(zhì)量和數(shù)量很大程度上決定了當年草莓生產(chǎn)的經(jīng)濟效益。通過對比兩種栽培模式下草莓始花序的物候期數(shù)據(jù)(11初)可知，套作玉米地塊的草莓植株現(xiàn)蕾數(shù)是連作草莓植株現(xiàn)蕾數(shù)近10倍，其結(jié)實數(shù)量較連作模式提高31.5%，其花果總數(shù)超過連作地塊草莓的2倍有余。說明草莓套作玉米模式可能在一定程度上通過改良草莓植株自身的營養(yǎng)狀況，進而提高花芽分化數(shù)量、促進果實生長發(fā)育。

3.2 套作提高了草莓植株抵御脅迫的能力

植物體內(nèi)保護酶是一種源于植物自身的活性物質(zhì)，能夠消除生物體在新陳代謝過程中產(chǎn)生的有害物質(zhì)。SOD和POD是植物體內(nèi)超氧化物和過氧化物清除酶系統(tǒng)的主要酶類， SOD的作用是將O-2歧化成H2O和O2，POD可以將H2O2轉(zhuǎn)變成H2O和O2[26]，兩者共同作用可以最大限度減少活性氧的形成[27]。草莓苗秋季移栽的緩苗速度及死苗率可有效地評估移栽田塊的土壤狀況，而植物體內(nèi)的保護酶可以有效保障草莓苗順利度過移栽初期的環(huán)境變化。本研究結(jié)果表明，套作草莓植株根系和葉片總SOD活力均明顯高于連作草莓植株(套作植株根系和葉片較連作植株分別提高45.98%和34.62%)，進而提高秋季移栽后草莓植株快速適應新土壤環(huán)境的能力。同時，2種種植模式下草莓植株根系中的POD活力均處于較低水平，但葉片中POD活力相對較高，且套作草莓植株葉片中POD活力顯著高于連作模式葉片(套作葉較連作葉高38.06%)。這可能是秋季草莓定植初期，葉片中的過氧化物含量較高，植株體內(nèi)POD優(yōu)先供給葉片，而此時的根系中因過氧化物含量較低，其POD活性暫時處于較低水平。另外，ADH是乙醇發(fā)酵的一個關(guān)鍵酶，催化乙醛轉(zhuǎn)化為乙醇[28]，ADH的活性水平與植物自身的解毒能力密切相關(guān)[29]。本研究中，套作和連作的草莓植株葉片中ADH活力均維持在較高水平，而其在根系中活性較低，并以套作草莓植株葉片中ADH活力最高，是連作葉片ADH活力的2.36倍。說明種植在套作玉米地塊的草莓植株解毒能力強，進而促進了植株的生長。

2種種植模式下草莓植株體內(nèi)的內(nèi)含物質(zhì)含量測定結(jié)果表明，套作玉米模式使草莓植株根系及葉片中可溶性糖及脯氨酸含量均得到提高，而2種種植模式下的草莓植株根系可溶性糖含量均維持在較高水平，二者相差較小。這可能是由于草莓植株在進入大量開花結(jié)果期前，植物根系除了行使吸收功能外，也同樣是儲存同化物的器官，而在果實膨大期，同化物會優(yōu)先運往果實。即根中的同化物與果實中的同化物存在一定的競爭關(guān)系[30]，結(jié)合前述物候期調(diào)查：“套作玉米模式下的草莓植株開花量及結(jié)實量均多于連作模式”，其原因可解釋為套作模式下草莓植株根系中的可溶性糖含量優(yōu)先運往果實，而使得兩種種植模式下的草莓植株根系中可溶性糖含量水平接近。這也許同樣是草莓植株的生長指標中，套作草莓植株根長與連作模式較為接近的根本原因。丙二醛作為脂質(zhì)過氧化作用的產(chǎn)物，其含量的多少代表著植物細胞遭受逆境傷害和膜脂過氧化的程度[31]。本研究中套作草莓根中丙二醛含量顯著低于連作模式，而在葉片中含量較為一致。說明多年連作的土壤環(huán)境對于草莓根系的生長是一種逆境脅迫，通過套作玉米可以適當克服或者緩解連作導致的脅迫。

3.3 套作改善了草莓果實產(chǎn)量及品質(zhì)

不同的草莓品種間抗連作障礙能力存在較大差異[32]，本研究通過盆栽實驗，對比極早熟品種‘寧玉’和高糖度品種‘紫金久紅’對2種耕作模式的響應差異，發(fā)現(xiàn)極早熟品種‘寧玉’的單果重和單株產(chǎn)量在套作玉米栽培模式下得到了明顯提升。說明套作玉米在一定程度上可通過提升草莓植株自身的營養(yǎng)狀況來提升草莓植株的早期產(chǎn)量，使草莓生產(chǎn)的經(jīng)濟效益得到保障。此外，通過跟蹤調(diào)查上述草莓實驗基地江蘇省海門市常樂鎮(zhèn)培育村春華家庭農(nóng)場的實際生產(chǎn)狀況發(fā)現(xiàn)，在江蘇地區(qū)的草莓生產(chǎn)后期(3月末以后)，相同管理模式下，連作模式的草莓因植株矮小無法持續(xù)正常開花結(jié)果，而套作玉米模式下的草莓植株可正常坐果。將2種種植模式下草莓的全年產(chǎn)量相比較，套作玉米模式(產(chǎn)量約133 kg/hm2)較連作模式(產(chǎn)量約120 kg/hm2)可提高草莓‘紅頰’果實總產(chǎn)量約11%，與本研究的盆栽實驗結(jié)果較為一致。

在產(chǎn)量提高的同時，套作模式下的草莓果實硬度也得到了極顯著的提升，這可能是因為套作玉米后土壤中的鈣元素得到補充，進而使得草莓植株對鈣離子的吸收量得到改善，從而提高草莓果實硬度。此方面的研究有待進一步加深。此外，2個不同類型的草莓品種在套作玉米與連作模式下其果實可溶性固形物含量差異不顯著，說明草莓套作玉米與連作模式對比，并未影響到草莓果實可溶性固形物的含量。

綜上所述，草莓套作玉米可提高秋季草莓移栽的成活率、緩苗速度和草莓生產(chǎn)產(chǎn)量。通過此法改良后的土壤較連作相比，可在草莓結(jié)果初期保證植株長勢良好，對于具有極早熟特性的草莓品種的前期產(chǎn)量和果實硬度有較大的提高?？梢?，草莓套作玉米改良土壤一方面避免了因草莓連作而導致的專性土傳病害的發(fā)生，另一方面良好的土壤環(huán)境可充足地供給草莓植株生長所需養(yǎng)分，保障草莓安全高效生產(chǎn)。本研究為草莓玉米套作適用于江蘇乃至長江流域克服草莓連作障礙提供依據(jù)，也為草莓生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)高效及化肥、農(nóng)藥雙減工作奠定基礎(chǔ)。