設(shè)施西瓜連作障礙治理措施對比

張曼，郝科星，張煥，侯東穎，侯富恩，張濤

（1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)業(yè)經(jīng)濟管理學(xué)院，山西 太原 030006；2.臨猗縣氣象局，山西 臨猗 044100）

西瓜作為一種經(jīng)濟作物，在我國的種植面積與總產(chǎn)量均居世界首位，西瓜產(chǎn)業(yè)已成為提高農(nóng)民收入、促進農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展的重要產(chǎn)業(yè)[1]。但因輪作倒茬的限制，西瓜的連作障礙嚴重影響著其持續(xù)穩(wěn)定的種植[2]，設(shè)施栽培已成為西瓜及其他瓜果蔬菜的重要栽培模式，但由于設(shè)施栽培土壤長期處于高集約化、高復(fù)種指數(shù)狀態(tài)，加上不合理的水肥管理措施，缺少雨水淋洗，淋溶作用弱，導(dǎo)致土壤理化性質(zhì)惡化，土壤微生物種群結(jié)構(gòu)異常，連作障礙問題愈發(fā)凸顯，嚴重制約著設(shè)施西瓜生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。因此，如何環(huán)保、經(jīng)濟、高效的治理西瓜連作障礙已成為亟需解決的關(guān)鍵問題。

多年來各國學(xué)者對連作障礙開展了大量的研究工作，設(shè)施西瓜連作障礙的主要問題有土壤養(yǎng)分失衡、土壤理化性質(zhì)劣化、微生物種群變化、化感自毒作用以及真菌土傳病害等[3]。在防控治理措施上，輪作和間作是解決西瓜連作障礙最傳統(tǒng)的有效措施之一，但土地資源有限，土地流轉(zhuǎn)難，導(dǎo)致輪作已無法滿足西瓜可持續(xù)生產(chǎn)對土地的需求。土壤化學(xué)熏蒸劑曾被生產(chǎn)上廣泛應(yīng)用[4]，但化學(xué)藥劑長期使用易導(dǎo)致病原菌產(chǎn)生抗藥性，且造成生態(tài)環(huán)境惡化和農(nóng)藥殘留，危害人類健康，難以從根本上解決問題。國內(nèi)外應(yīng)用最多的是嫁接技術(shù)，早在20世紀20年代日本就開始使用南瓜砧木嫁接西瓜[5]，經(jīng)多年實踐研究，嫁接技術(shù)已在日本、中國、美國、土耳其等國家廣泛應(yīng)用。在日本和韓國，近90%西瓜生產(chǎn)應(yīng)用的是嫁接苗。賈聯(lián)紅[6]研究認為，西瓜主要自毒物質(zhì)是酯類和酮類，而嫁接苗和自根苗相比，酯類和酮類含量降低，胺類含量升高，因此，在生產(chǎn)中可通過嫁接栽培克服西瓜連作障礙。微生物菌肥作為一種新型肥料，能改善土壤微生態(tài)環(huán)境，提高土壤養(yǎng)分含量[7]，在緩解連作障礙上具有較為廣泛的應(yīng)用。李雙喜等[8]通過研究發(fā)現(xiàn),有機菌肥能有效提高重茬土壤中有益微生物活性，因此，將具有拮抗作用的細菌[9]、芽孢桿菌[10]和放線菌[11]等施入土壤，可在土壤中形成生物屏障，降低土傳病害的發(fā)病率。但微生物菌肥在生產(chǎn)上防治效果不太穩(wěn)定，與土壤環(huán)境及有益微生物能否穩(wěn)定的在作物根際存活有關(guān)，未來仍需進一步研究。施加生物炭改良劑是近年來新興的連作病害防治方法，生物炭作為一種富碳難溶性固態(tài)物質(zhì)，其吸附性能強、比表面積大、有較多的含氧活性基團、且成本低，被應(yīng)用于土壤改良和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域[12]。張猛等[13]等利用生物炭搭載生防微生物防治西瓜苗期枯萎病有顯著效果。束秀玉[14]研究發(fā)現(xiàn)，外施生物質(zhì)炭可顯著降低西瓜枯萎病發(fā)病率，提高防治效果，施用量以0.2%生物炭效果最佳。還有研究顯示，生物質(zhì)炭已成功應(yīng)用于黃瓜猝倒病[15]和小麥根腐病[16]等土傳病害防治。

綜上，西瓜連作障礙治理措施大體可總結(jié)為以下四大類：耐連作品種的選擇、嫁接技術(shù)、輪作和間套作、土壤環(huán)境調(diào)控等農(nóng)業(yè)防治措施；土壤溫濕消毒等物理防治法；施用碳酸氫銨、威百畝等化學(xué)藥劑的化學(xué)防治法；通過向土壤中引入有益微生物或綠肥翻壓等生物防治法。這些治理措施在試驗研究上以單項或多項綜合取得了較大進展，但在實際應(yīng)用中，農(nóng)民對各治理措施了解不夠全面，在生產(chǎn)中對各類治理技術(shù)隨意選擇，甚至盲目對多項治理措施疊加使用，造成了成本提高、資源大量浪費、投入和產(chǎn)出不成正比等問題。因此，篩選出環(huán)境友好、高效、低成本、能普遍推廣且適合當?shù)卦O(shè)施西瓜連作障礙的治理措施有迫切的現(xiàn)實意義。筆者就各類治理措施進行縱向比較，研究實際生產(chǎn)中不同治理方式對設(shè)施西瓜長勢、連作病害防效、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響，以期為當?shù)毓限r(nóng)在實際生產(chǎn)上選擇低成本、高產(chǎn)出且保證西瓜高品質(zhì)的連作障礙治理措施提供一定的理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗于2020年4—8月在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)東陽試驗示范基地（東經(jīng)112°40′，北緯37°33′）進行。該地海拔800 m，四季分明，年平均日照2 662 h，年平均氣溫9.7℃，年降雨量為418～483 mm。試驗前0～20 cm土層的基本理化性質(zhì)如表1所示。

表1 土壤基本理化性質(zhì)Tab.1 Physical and chemical properties of soil

1.2 試驗材料

供試西瓜品種為雙抗8號，由山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)中心提供，屬中熟品種，抗性較強。嫁接砧木品種為日本南瓜；竹炭由浙江麗水遂昌潘氏炭廠生產(chǎn)；石灰和碳酸氫銨由金沂蒙集團有限公司生產(chǎn)；微生物菌肥由山東聊城福田生物科技開發(fā)公司生產(chǎn)。

1.3 試驗設(shè)計

本試驗設(shè)6個施肥處理：常規(guī)施肥（牛糞75 m3/hm2、三元復(fù)合肥300 kg/hm2，作為對照）；然后在常規(guī)施肥的基礎(chǔ)上配合不同治理措施，即常規(guī)施肥+農(nóng)業(yè)治理法（N，南瓜砧木嫁接）；常規(guī)施肥+物理吸附治理法（W，施加竹炭顆粒1 875 kg/hm2）；常規(guī)施肥+化學(xué)治理法（H，施加石灰150 kg/hm2、NH4HCO31 500 kg/hm2）；常規(guī)施肥+生物治理法（S，施加微生物菌肥3 750 kg/hm2）；常規(guī)施肥+綜合治理法（Z，在嫁接的基礎(chǔ)上施加竹炭、石灰、碳酸氫銨和菌肥）。

采用設(shè)施大棚內(nèi)劃分小區(qū)試驗方法，每小區(qū)長7.8 m，寬3.5 m，每個處理重復(fù)3次，隨機區(qū)組排列，共18個小區(qū)。各處理以基肥的方式統(tǒng)一施入牛糞75 m3/hm2和三元復(fù)合肥300 kg/hm2，翻耕整地作畦，試驗小區(qū)采用溝壟覆膜種植模式，植株采取對爬，株距45 cm。定植前14 d，各小區(qū)按照不同處理設(shè)置，將土壤添加物以溝施方式撒入對應(yīng)小區(qū)內(nèi)，再用旋耕機耕入土壤。西瓜2020年3月20日播種育苗，4月17日定植，每小區(qū)定植34株，定植后各處理栽培管理措施均一致，灌溉和追肥采用施肥器和滴灌水肥一體化模式，7月7日收自根瓜，7月11日收嫁接瓜。

1.4 測定指標及方法

土壤基本理化性質(zhì)即全氮、速效磷、速效鉀、有機質(zhì)和pH值的測定方法參見文獻[17]。于膨瓜期用游標卡尺測第4節(jié)位莖粗（mm）；西瓜中心和邊緣可溶性固形物含量（%）用TD-45數(shù)字折射計測定；采收時分小區(qū)收獲，每小區(qū)采收所有西瓜，用電子天平稱質(zhì)量計算小區(qū)總產(chǎn)量。西瓜初采期測定枯萎病的發(fā)病率。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2007軟件進行相關(guān)數(shù)據(jù)的計算、處理和作圖。采用SPSS 22.0軟件進行比較和數(shù)據(jù)差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同連作治理措施對設(shè)施西瓜長勢及枯萎病發(fā)病率的影響

由表2可知，N（嫁接）處理西瓜的平均莖粗最大，為11.13 mm，與CK相比差異達到顯著水平，且N處理的防治效果最為明顯，高達96.55%，與CK相比，N處理對西瓜枯萎病發(fā)病率產(chǎn)生顯著差異；Z（綜合）處理次之，平均莖粗為11.02 mm，與CK相比差異也達顯著水平，且Z處理的防治效果也較為明顯，為87.93%，與CK相比，其對西瓜枯萎病發(fā)病率也產(chǎn)生顯著差異，可見西瓜抗病性與莖粗存在正相關(guān)，莖粗越大，輸送至地上部的營養(yǎng)越充足，西瓜長勢越旺，抗性就越強；其余不同土壤處理（W、H、S）對西瓜莖粗均無顯著影響，且對西瓜枯萎病防效也無顯著效果。S（生物）處理的平均莖粗略高于其他3種土壤處理，W（物理）處理西瓜發(fā)病率最高，對西瓜枯萎病的防治效果最不顯著。

表2 不同連作治理措施對設(shè)施西瓜長勢及發(fā)病率的影響Tab.2 Effects of different continuous cropping managements on the growth and incidence rate of facility watermelon

2.2 不同連作治理措施對設(shè)施西瓜果實品質(zhì)的影響

由表3可知，S（生物）處理西瓜的中心可溶性固形物含量最高，為10.85%，比對照提高15.1%，與CK相比差異達顯著水平；W（物理）處理西瓜的中心可溶性固形物含量次之，為10.76%，比對照顯著提高14.1%；H（化學(xué)）處理為10.48%，比對照提高11.1%，即3種不同土壤連作處理均與對照形成顯著差異，在提升西瓜品質(zhì)上效果明顯；N（嫁接）和Z（綜合）處理差異均不顯著，Z（綜合）處理西瓜中心可溶性固形物含量僅比CK提高0.32%。由邊際可溶性固形物含量分析可見，仍是S處理最高，為8.70%，W處理次之，為8.63%，2個處理和CK相比差異均達到顯著水平；Z處理為最低，且Z處理西瓜邊際可溶性固形物含量低于CK，說明多種連作處理疊加使用未必會提高果實品質(zhì)，反而使品質(zhì)下降，投入和產(chǎn)出不成正比。從中邊差來看，不同連作障礙處理對中邊差影響不顯著。

表3 不同連作治理措施對設(shè)施西瓜果實品質(zhì)的影響Tab.3 Effects of different continuous cropping managements on the quality of facility watermelon

2.3 不同連作治理措施對設(shè)施西瓜產(chǎn)量的影響

從圖1可以看出，嫁接處理（N和Z）的產(chǎn)量與自根苗（W、H、S、CK）產(chǎn)量差異達顯著水平，即嫁接處理可顯著提高連作西瓜產(chǎn)量，N處理西瓜產(chǎn)量為最高，比對照提高41.0%，Z處理次之，比對照提高36.7%；3個土壤處理（W、H、S）相比較，S（生物）處理下連作西瓜產(chǎn)量高于W和H處理，比CK提高27.8%，H（化學(xué)）處理連作西瓜產(chǎn)量為最低，僅比對照提高0.61%，S處理比H處理產(chǎn)量提高27.1%，比W（物理）處理提高23.4%。即從產(chǎn)量結(jié)果來看，對連作土壤添加微生物菌劑和竹炭改良劑效果均好于添加石灰、碳酸氫銨化學(xué)物質(zhì)，單純的化學(xué)藥劑處理已不能滿足提升產(chǎn)量的需求。

2.4 不同連作治理措施對設(shè)施西瓜治理成本和產(chǎn)值的影響

從圖2可以看出，S（生物）處理連作西瓜的產(chǎn)值為最大，收入最高，每公頃可收入73 710元，比CK提高27.8%；其次為N（嫁接）處理，每公頃可收入62 527.5元；H（化學(xué)）處理的收入為最低。治理成本最高的為Z（綜合）處理，每公頃高達39 414元，顯著高于CK；其次為H處理，治理成本為11 451元；治理成本最低的為W（物理）處理。投入和產(chǎn)出差值最大的為S處理，低治理成本得到高收入，即與其他連作治理措施相比，土壤中添加微生物菌肥處理的治理成本低，收入最高，治理效果最好；投入和產(chǎn)出差值最小的為Z處理，高投入并未產(chǎn)生高收入，即疊加運用不同性質(zhì)的治理措施并不能提高產(chǎn)量和收入，反而造成人力、物力和資源的嚴重浪費。

3 結(jié)論與討論

西瓜是生產(chǎn)上利用嫁接技術(shù)最普遍的瓜菜作物，DAVIS等[18]研究表明，南瓜作為砧木有更強的抗性，能夠提高西瓜產(chǎn)量，但卻導(dǎo)致了西瓜品質(zhì)的下降。本試驗中，嫁接處理（N和Z）的產(chǎn)量與其他處理（W、H、S、CK）產(chǎn)量差異達顯著水平，即嫁接處理可顯著提高連作西瓜產(chǎn)量。嫁接對于提高西瓜長勢效果顯著，可改善光合作用和光合產(chǎn)物的輸出，但控制糖分積累的關(guān)鍵是光合產(chǎn)物在果實韌皮部卸出、卸出后的運輸以及跨膜進入儲藏細胞等綜合作用的結(jié)果[19]。這也解釋了為何本試驗嫁接處理的西瓜含糖量和長勢未呈正相關(guān)。此外，不同南瓜砧木品種對嫁接西瓜果實中糖分積累及相關(guān)酶活性變化的影響機制,還有待進一步深入的研究。

隨著連作障礙治理技術(shù)的更新與推進，傳統(tǒng)的化學(xué)藥劑很難從根本上解決問題，人們開始對生物防治、植物調(diào)控防治及土壤改良劑等多種防治措施[20]進行研究。生物炭作為弱堿性土壤改良劑，比表面積大，改良土壤孔隙度和容重有較好的效果[21]，可提高土壤保肥保水性能，為微生物提供更多附著點和生存空間，提高放線菌和細菌數(shù)量，降低尖孢鐮刀菌和真菌數(shù)量，使土壤過渡為細菌型土壤[16]，進而改善土壤微生態(tài)環(huán)境。喬光等[22]研究表明，當每株瑪瑙紅櫻桃生物炭施加量達10 kg時，可溶性固形物、可溶性糖和維生素C含量均達到最大，與本試驗添加生物炭處理顯著提高西瓜可溶性固形物含量的研究結(jié)果一致。ZWART等[23]研究發(fā)現(xiàn)，土壤中添加適量的生物炭可降低橡樹、楓樹和蘆筍的土傳病害。本研究發(fā)現(xiàn)，生物炭處理對西瓜抗性影響不大，對西瓜枯萎病防效無顯著效果，推斷其原因可能與試驗中生物炭的添加量有關(guān)，施入土壤中的竹炭濃度過低，不足以發(fā)揮出最佳效果，需要在后續(xù)的試驗中進一步研究不同濃度生物炭對設(shè)施西瓜枯萎病的防治效果。JAISWAL等[15]研究發(fā)現(xiàn)，添加高濃度生物炭反而促進了枯絲核菌引起的黃瓜立枯病的發(fā)生；邱嶺軍等[24]研究也發(fā)現(xiàn)，不同生物炭用量對烤煙產(chǎn)量、產(chǎn)值影響不同，烤煙產(chǎn)量產(chǎn)值不與生物炭施用量呈正相關(guān)。由此可見，生物炭在土傳病害防治應(yīng)用中具有兩面性，只有科學(xué)合理的施用適量生物炭，才能發(fā)揮出最佳效果。后續(xù)試驗可以以生物炭的添加量為變量，對土壤理化性質(zhì)和生物指標進一步分析研究，以期為生物炭在西瓜連作障礙治理應(yīng)用上提供更嚴謹?shù)目茖W(xué)指導(dǎo)。

根際微生物群落與作物生長及土傳病害有很大的關(guān)系，提高微生物種群多樣性、改變微生物結(jié)構(gòu)、改善土壤微環(huán)境[22]等措施均可緩解連作障礙。LING等[25]研究發(fā)現(xiàn)，西瓜重茬地施入含有多黏類芽孢桿菌的微生物菌肥，可使西瓜枯萎病發(fā)病率大幅下降，推測可能是因為根系區(qū)的酚酸類物質(zhì)發(fā)生了改變，進而抑制了枯萎病菌孢子活力；李雙喜等[8]研究得出，施用微生物有機肥可使西瓜可溶性固形物含量增加，與本研究結(jié)果相一致。此外，本研究得出添加微生物菌肥處理西瓜產(chǎn)值為最高，治理成本和收入差值為最大，在提高瓜農(nóng)收入上治理效果最佳。

綜合本試驗結(jié)果可知，西瓜連作治理方式的不同對西瓜長勢、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響程度也有差異。嫁接處理可顯著提高西瓜產(chǎn)量，枯萎病防治效果最為明顯，但品質(zhì)卻低于施加土壤改良劑處理；物理、化學(xué)、生物治理法均顯著提高西瓜含糖量，但對西瓜枯萎病防效無顯著效果，結(jié)合經(jīng)濟及生態(tài)效益，最終篩選出治理效果最佳的為微生物菌肥，且施加微生物菌肥符合人們對優(yōu)質(zhì)、安全、無公害農(nóng)產(chǎn)品的強烈需求，不存在農(nóng)藥殘留、病原菌抗藥性增強、西瓜遺傳品質(zhì)下降等問題。在實際生產(chǎn)中，建議農(nóng)民可在嫁接的基礎(chǔ)上施加微生物菌肥，在保證產(chǎn)量的前提下，既可控制治理成本也提高了西瓜品質(zhì)。