起壟栽培對(duì)胡蘿卜產(chǎn)量、病害、土壤微環(huán)境及機(jī)械化采收的影響

儀澤會(huì)，王生武，姜浩富，趙 婧，劉 釗，毛麗萍

(1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院，山西 太原 030031；2.應(yīng)縣浩富農(nóng)機(jī)專業(yè)合作社,山西 應(yīng)縣 037699)

胡蘿卜(DaucuscarotaL.)富含維生素、類胡蘿卜素等營養(yǎng)成分，具有多種保健作用和藥用價(jià)值，被譽(yù)為“土人參”，已成為中國居民日常餐桌不可或缺的蔬菜作物之一[1]。山西省應(yīng)縣是我國蔬菜產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)縣，胡蘿卜種植面積達(dá)2 000 hm2，年產(chǎn)量達(dá)1.2億kg，已成為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的主要支柱之一[2]。然而目前，應(yīng)縣胡蘿卜種植模式仍以平畦栽培為主，常存在胡蘿卜產(chǎn)量不高、病害嚴(yán)重、商品率低等問題，種植效益尚有較大上升空間，亟需更新胡蘿卜栽培模式。

起壟栽培可擴(kuò)大土壤表面積、提高地溫、改善土壤通氣狀況、提高田間通風(fēng)透光性，已成功應(yīng)用于小麥、馬鈴薯、玉米、蜜瓜、櫻桃等作物[3-7]。白全江等[3]研究表明，起壟栽培可明顯提高河套蜜瓜產(chǎn)量和商品率，降低白粉病發(fā)病率；王旭清等[4]研究發(fā)現(xiàn)，與平畦栽培相比，小麥起壟栽培可增產(chǎn)10.0%～13.4%，白粉病和紋枯病等病害程度明顯減輕；徐彥軍等[5]研究發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯起壟栽培不僅可增產(chǎn)10%，而且可提早生育期，提前上市；馬麗等[6]研究表明，壟作栽培可提高玉米光合效率，減少漏光損失，延長葉片功能期，增產(chǎn)達(dá)9.6%；張巧玲等[7]研究發(fā)現(xiàn)，起壟栽培不僅可提高大櫻桃產(chǎn)量、改善果實(shí)品質(zhì)，而且可明顯降低根莖腐爛病、流膠病發(fā)病率。然而目前，關(guān)于起壟栽培對(duì)根菜類作物，尤其是胡蘿卜根際土壤微環(huán)境及機(jī)械化收獲效率的影響鮮見報(bào)道。

因此，以紅櫻2號(hào)胡蘿卜品種為試驗(yàn)材料，從植株生物量、產(chǎn)量、病害、根際土壤微環(huán)境及機(jī)械化采收效率等方面分析比較起壟和平畦栽培模式對(duì)胡蘿卜種植的影響，以期豐富起壟栽培理論，為胡蘿卜高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效栽培提供參考和借鑒。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)實(shí)施地點(diǎn)為山西省朔州市應(yīng)縣下設(shè)鎮(zhèn)姜莊村，該區(qū)雨水主要集中于6—8月，年平均降雨量360 mm，年平均氣溫7 ℃，無霜期100～140 d，屬典型的北溫帶大陸季風(fēng)性氣候。土質(zhì)為砂壤土，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷和全鉀含量分別為6.52、0.77、0.41、10.85 g/kg。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用胡蘿卜品種為紅櫻2號(hào)，購自北京中農(nóng)天地農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司；采用RC-6D型種子編織機(jī)編織種子帶，粒距2.5 cm，購自青島潤德豐農(nóng)業(yè)機(jī)械有限公司；胡蘿卜播種機(jī)2種：一種為起壟、播種、滴灌帶鋪設(shè)一體機(jī)，另一種為播種及滴灌帶、地膜鋪設(shè)一體機(jī)，均由應(yīng)縣浩富農(nóng)業(yè)機(jī)械專業(yè)合作社自主研制；采用震動(dòng)式胡蘿卜采收機(jī)(SWSHA-135-J，韓國)進(jìn)行收獲；播種機(jī)和采收機(jī)均與35馬力四驅(qū)拖拉機(jī)配套實(shí)現(xiàn)播種和收獲機(jī)械化。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2018年5月22日開始實(shí)施，共設(shè)起壟栽培和平畦栽培2個(gè)處理，每個(gè)處理面積1 332 m2，重復(fù)3次。起壟栽培規(guī)格為：壟距70 cm、壟面35 cm、壟高35 cm，每壟播種2行，株距為6 cm，大小行距分別為50、20 cm；平畦栽培規(guī)格：畦面寬1.2 m，株行距為6 cm×20 cm，每畦6行。除栽培方式不同外，其余管理措施如施肥、澆水等完全一致。

1.4 測定指標(biāo)及方法

采用S形5點(diǎn)取樣法選擇10個(gè)大小為3 m×3 m的樣點(diǎn)小區(qū)并標(biāo)號(hào)1—10。胡蘿卜生長中期，在編號(hào)為1、3、5、7、9的每個(gè)樣點(diǎn)小區(qū)內(nèi)隨機(jī)選擇10株用毛刷取其根際土壤，用于測定微生態(tài)環(huán)境相關(guān)指標(biāo)。根際土壤含水量采用烘干法測定；根際土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷和全鉀含量測定分別采用外加熱重鉻酸鉀容量法、凱氏定氮法、NaOH熔融-鉬銻抗比色法和火焰分光光度法；根際土壤細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量測定采用稀釋平板法；土壤容重采用環(huán)割法測定。胡蘿卜采收前，每個(gè)樣點(diǎn)內(nèi)隨機(jī)選擇10株，測量株高、根長、根粗及單根質(zhì)量。胡蘿卜采收期，統(tǒng)計(jì)編號(hào)為2、4、6、8、10的樣點(diǎn)小區(qū)胡蘿卜總產(chǎn)量、各等級(jí)胡蘿卜產(chǎn)量(分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表1)及因機(jī)械采收造成的破損胡蘿卜質(zhì)量，按公式計(jì)算灌溉水利用率、灌溉水經(jīng)濟(jì)效益及胡蘿卜破損率：灌溉水利用率(kg/m3)=胡蘿卜總產(chǎn)量/灌溉水用量；灌溉水經(jīng)濟(jì)效益(元/m3)=胡蘿卜總收益/灌溉水用量；破損率=破損胡蘿卜質(zhì)量/胡蘿卜總質(zhì)量×100%。胡蘿卜整個(gè)生育期內(nèi)，調(diào)查統(tǒng)計(jì)10個(gè)樣點(diǎn)小區(qū)的胡蘿卜發(fā)病株數(shù)及病害類型，按公式計(jì)算發(fā)病率，發(fā)病率=發(fā)病株數(shù)/總株數(shù)×100%。

表1 胡蘿卜分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Grading standard of carrot

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2013軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和作圖，采用SPSS 18.0軟件進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 起壟栽培對(duì)胡蘿卜植株生長的影響

起壟栽培對(duì)胡蘿卜植株生長具有明顯的促進(jìn)作用(表1)。與平畦栽培相比，起壟栽培條件下的胡蘿卜植株株高、根長、根粗及單根質(zhì)量分別提升12.58%、14.88%、9.76%、15.52%，差異均顯著(P<0.05)。說明起壟栽培模式對(duì)胡蘿卜植株生長具有明顯優(yōu)勢。

表2 起壟栽培對(duì)胡蘿卜植株生長的影響Tab.2 Effects of ridge cultivation on plant growth of carrot

2.2 起壟栽培對(duì)胡蘿卜產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益和灌溉水利用率的影響

由圖1可知，起壟栽培可明顯提升胡蘿卜產(chǎn)量，尤其是一等品胡蘿卜產(chǎn)量。與平畦栽培相比，起壟栽培條件下的胡蘿卜總產(chǎn)量顯著提升12.72%(P<0.05)，其中，一等品、二等品和三等品產(chǎn)量分別提升55.75%、14.36%、24.43%，而四等品產(chǎn)量則降低34.49%，均與平畦栽培達(dá)到顯著差異水平(P<0.05)。起壟栽培條件下胡蘿卜增收達(dá)20 873.3元/hm2，其中，一等品、二等品和三等品分別增收13 799.7、5 702.1、5 259.2元/hm2。起壟栽培條件下，胡蘿卜灌溉水利用率和灌溉水經(jīng)濟(jì)效益分別達(dá)到34.87 kg/m3、44.43元/m3，分別較平畦栽培顯著提升12.70%、23.69%(P<0.05)。說明起壟栽培模式有助于提高胡蘿卜產(chǎn)量、商品等級(jí)和種植效益，提升灌溉水利用率和灌溉水經(jīng)濟(jì)效益。

2.3 起壟栽培對(duì)胡蘿卜病害的影響

由圖2可知，起壟栽培可明顯降低胡蘿卜植株發(fā)病率。平畦栽培下，胡蘿卜總發(fā)病率達(dá)到28.81%，主要病害為黑斑病、白粉病和軟腐病，發(fā)病率分別達(dá)到9.52%、8.63%、6.06%。起壟栽培總發(fā)病率較平畦栽培顯著降低15.18個(gè)百分點(diǎn)，其中，黑斑病、白粉病和軟腐病的發(fā)病率分別顯著降低5.07、4.95、2.77個(gè)百分點(diǎn)(P<0.05)。說明起壟栽培方式對(duì)緩解胡蘿卜病害具有顯著效果。

2.4 起壟栽培對(duì)胡蘿卜土壤微生態(tài)環(huán)境的影響

2.4.1 土壤理化性狀變化 起壟栽培可明顯改善胡蘿卜根際土壤理化性狀(表3)。與平畦栽培相比，起壟栽培胡蘿卜根際土壤含水量及全氮、全磷含量分別顯著提升8.82%、48.72%和15.09%(P<0.05)，根際土壤容重、有機(jī)質(zhì)含量分別顯著降低10.37%和13.13%(P<0.05)，而pH值和全鉀含量變化則未達(dá)到顯著差異水平(P>0.05)。說明起壟栽培模式對(duì)改善土壤理化性狀具有一定的作用。

不同大寫、小寫字母分別表示不同處理間、同一處理不同品級(jí)間差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)Different uppercase and lowercase letters in the figure mean significant differences(P<0.05) in different treatments and different grades in the same treatment respectively

不同字母表示不同處理間達(dá)到顯著差異水平(P<0.05)，下同

表3 起壟栽培對(duì)胡蘿卜根際土壤理化性狀的影響

2.4.2 土壤酶活性變化 由圖3可知，起壟栽培可明顯提升胡蘿卜根際土壤酶活性。平畦栽培條件下，胡蘿卜根際土壤蔗糖酶、脲酶和磷酸酶活性分別達(dá)到26.570、1.062、1.317 mg/g。與平畦栽培相比，起壟栽培根際土壤蔗糖酶、脲酶和磷酸酶活性分別顯著提升69.67%、29.57%、58.62%(P<0.05)。說明起壟栽培方式對(duì)提高土壤蔗糖酶、脲酶和磷酸酶活性具有顯著效果。

2.4.3 土壤微生物數(shù)量及組成變化 起壟栽培可明顯提升胡蘿卜根際土壤微生物數(shù)量和優(yōu)化微生物群落結(jié)構(gòu)(表4)。與平畦栽培相比，胡蘿卜起壟栽培根際土壤微生物總量顯著提升5.65倍(P<0.05)，其中，細(xì)菌、真菌及放線菌數(shù)量分別提升5.67、3.00、10.43倍，差異均顯著(P<0.05)。細(xì)菌/真菌和放線菌/真菌值是反映土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)。與平畦栽培相比，胡蘿卜起壟栽培根際土壤細(xì)菌/真菌和放線菌/真菌值分別提升66.67%、185.71%，差異均顯著(P<0.05)。這說明，起壟栽培對(duì)改善胡蘿卜土壤微生物群落結(jié)構(gòu)具有顯著效果。

圖3 起壟栽培對(duì)胡蘿卜土壤酶活性的影響Fig.3 Effects of ridge cultivation on rhizosphere soil enzyme activities of carrot

表4 起壟栽培對(duì)胡蘿卜土壤微生物數(shù)量及組成的影響Tab.4 Effects of ridge cultivation on rhizosphere soil microbial quantity and composition of carrot

2.5 起壟栽培對(duì)胡蘿卜收獲機(jī)收獲效率的影響

由圖4可知，起壟栽培可明顯提升胡蘿卜收獲機(jī)收獲效率。平畦栽培條件下，胡蘿卜收獲機(jī)收獲速率為0.273 hm2/h，胡蘿卜機(jī)械破損率為3.02%。與平畦栽培相比，起壟栽培胡蘿卜收獲速率提升13.89%，機(jī)械破損率降低0.87個(gè)百分點(diǎn)，差異均顯著(P<0.05)。這說明，起壟栽培是較為適宜胡蘿卜機(jī)械化采收的栽培方式。

圖4 起壟栽培對(duì)胡蘿卜收獲機(jī)收獲效率的影響

3 結(jié)論與討論

栽培模式與作物產(chǎn)量及品質(zhì)密切相關(guān)，適宜的栽培模式可促進(jìn)植物生長，提高水分利用率，是實(shí)現(xiàn)作物增產(chǎn)提質(zhì)的有效途徑之一[8]。前人研究表明，壟作栽培可有效提升河套蜜瓜[3]、小麥[4]、馬鈴薯[5]、玉米[6]和大櫻桃[7]產(chǎn)量。本研究中，起壟栽培不僅可促進(jìn)胡蘿卜植株生長，而且顯著提升胡蘿卜產(chǎn)量和商品等級(jí)，可增收20 873.3元/hm2。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)，起壟栽培的胡蘿卜灌溉水利用率和灌溉水經(jīng)濟(jì)效益分別較平畦栽培顯著提升12.70%、23.69%(P<0.05)，其可能的原因：首先，起壟栽培可改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤蓄水能力，減少水分無效蒸發(fā)和流失，從而提高水分利用率和作物產(chǎn)量；其次，起壟栽培還可提高作物群體通風(fēng)透光性及光合效率等，從而有助于提高作物產(chǎn)量；第三，起壟栽培可提高胡蘿卜外觀品質(zhì)，優(yōu)等品比例明顯提升，種植效益進(jìn)一步提升。

植物病害發(fā)生與生長環(huán)境息息相關(guān)，人們常通過調(diào)整栽培模式來改善生長條件、促進(jìn)植株生長和降低病原菌數(shù)量，從而減輕植物病害[9-10]。覆膜栽培可明顯減輕玉米吐絲抽雄期和灌漿乳熟期病害發(fā)生程度[11]；茶-黃豆和茶-玉米間作模式可顯著降低茶園茶餅病和炭疽病發(fā)病率[12]；起壟栽培可減輕河套蜜瓜白粉病[3]、小麥紋枯病和白粉病[4]及大櫻桃流膠和根腐病發(fā)病率[7]。本研究中，起壟栽培的胡蘿卜發(fā)病率顯著降低15.18個(gè)百分點(diǎn)，其中，黑斑病、白粉病和軟腐病的發(fā)病率分別顯著降低5.07、4.95、2.77個(gè)百分點(diǎn)(P<0.05)。本結(jié)果與前人在河套蜜瓜[3]、小麥[4]和大櫻桃[7]上的研究結(jié)果一致，其可能原因：首先，起壟栽培的植株生長更加健壯，抗病能力強(qiáng)；其次，起壟栽培增加了群體通風(fēng)透光性[4]，改善田間環(huán)境，緩解病害發(fā)生；第三，起壟栽培可能優(yōu)化了土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致病原菌數(shù)量降低。

根際土壤是植物根系與土壤接觸的關(guān)鍵區(qū)域，不僅與植物養(yǎng)分吸收、運(yùn)輸和生長發(fā)育密切相關(guān)，而且對(duì)植物病害發(fā)生具有顯著影響[13-14]。吳鳳芝等[15]研究表明，與連作土壤相比，黃瓜輪作土壤的pH值、有機(jī)質(zhì)和速效磷含量顯著升高，而土壤EC值、氨態(tài)氮、硝態(tài)氮、速效鉀含量則顯著降低；吳紹軍等[16]研究表明，間套作大蒜可改善大棚連作西瓜土壤微生態(tài)環(huán)境，土壤轉(zhuǎn)化酶、脲酶、過氧化氫酶等活性和細(xì)菌、放線菌數(shù)量均顯著增加，而真菌、尖孢鐮刀菌數(shù)量和枯萎病發(fā)病率則顯著降低。本研究中，起壟栽培胡蘿卜根際土壤含水量顯著提升8.82%(P<0.05)，說明起壟栽培土壤蓄水保水能力明顯優(yōu)于平畦栽培；起壟栽培根際土壤蔗糖酶、脲酶和磷酸酶活性均顯著上升，加速土壤有機(jī)質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化，土壤全氮和全磷含量分別顯著上升48.72%、15.09%(P<0.05)，從而促進(jìn)了胡蘿卜植株的生長和產(chǎn)量提升，而土壤全鉀含量未發(fā)生明顯變化，具體原因不詳，尚待進(jìn)一步研究；起壟栽培土壤容重顯著降低10.37%，說明土壤通氣性得到顯著改善；微生物數(shù)量顯著提升5.65倍(P<0.05)，胡蘿卜病害如斑點(diǎn)病、白粉病等病原菌大多以真菌為主，細(xì)菌/真菌和放線菌/真菌值顯著提升66.67%、185.71%(P<0.05)，說明起壟栽培有助于改善土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，對(duì)病原菌起到一定的拮抗作用，從而在一定程度上緩解土傳病害。

土壤抗剪強(qiáng)度是衡量土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和耕作性能的重要力學(xué)指標(biāo)，抗剪強(qiáng)度越大抗侵蝕能力越強(qiáng)，土壤耕作耗能越大[17]。張健樂等[17]研究表明，紫色土坡耕地耕層抗剪強(qiáng)度隨土壤容重增大而逐漸增大；王楠等[18]研究表明，邊坡土壤容重與黏聚力呈顯著正相關(guān)，與內(nèi)摩擦角呈正相關(guān)。本研究中，起壟栽培土壤容重較平畦栽培顯著降低10.37%，因此，推測起壟栽培土壤抗剪強(qiáng)度及與胡蘿卜間作用力可能顯著低于平畦土壤，這或許是起壟栽培胡蘿卜收獲速率顯著高于平畦栽培和機(jī)械破損率顯著低于平畦栽培的原因所在，尚需進(jìn)一步研究證實(shí)。