與不同作物互作育苗對西瓜幼苗質(zhì)量的影響

李曉慧，常高正，康利允，高寧寧，吳占清，梁 慎，李海倫，程志強，王慧穎，徐小利，趙衛(wèi)星

(1.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 園藝研究所，河南 鄭州 450002；2.開封市農(nóng)林科學(xué)研究院，河南 開封 475004)

我國是世界上西瓜種植面積較大的國家之一。據(jù)統(tǒng)計，2016年全國西瓜播種面積189.08萬hm2，總產(chǎn)量7 940萬t[1]。西瓜產(chǎn)業(yè)已成為部分地區(qū)農(nóng)民增產(chǎn)致富的支柱產(chǎn)業(yè)。隨著西瓜種植面積擴(kuò)大，集約化基質(zhì)育苗在國內(nèi)日益興起，已成為西瓜生產(chǎn)的一個重要環(huán)節(jié)。但西瓜根系團(tuán)聚力相對較差，起苗時極易斷苗傷根，不利于機(jī)械化移栽，嚴(yán)重影響其成活率，且易受根系分泌物自毒作用和病害的影響，導(dǎo)致幼苗質(zhì)量降低，已成為制約西瓜生產(chǎn)的障礙[2]。相關(guān)研究表明，不同作物間作可以提高作物的根系活力，增加對礦質(zhì)營養(yǎng)元素的吸收利用，改善土壤微生物結(jié)構(gòu)，減輕自毒作用，提高葉片光合能力[3-8]。因此，選擇合適的與西瓜互作作物，對指導(dǎo)西瓜集約化育苗、提高幼苗質(zhì)量具有重要意義。姜麗[9]和張新龍[10]研究認(rèn)為，茼蒿提取物可有效緩解西瓜根系分泌物的自毒作用；孫吉慶等[11]研究表明，大蔥與西瓜輪作可改善土壤環(huán)境條件，減輕病害的發(fā)生；小麥具有較發(fā)達(dá)的根系，與其他作物互作可增強根系的團(tuán)聚力[12]。這些作物已被很多學(xué)者用來與西瓜進(jìn)行套種或間作等方面的研究，且多集中在西瓜的成株期，而有關(guān)不同作物與西瓜互作開展西瓜育苗的研究鮮見報道。鑒于此，選取茼蒿、大蔥、小麥與西瓜同盤互作育苗，探討對西瓜幼苗質(zhì)量的影響，以期為西瓜集約化育苗和后期連作障礙的克服提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

供試西瓜品種圣達(dá)爾、開美1號分別為中晚熟、早熟品種，分別由河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所、開封市農(nóng)林科學(xué)研究院選育。

供試其他作物茼蒿、小麥、大蔥，均從種子市場購買。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2018年6月在河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技試驗示范基地塑料大棚內(nèi)進(jìn)行。采用營養(yǎng)缽(規(guī)格：170 mm×14 mm×11 mm)育苗，選取連續(xù)種植過3 a西瓜的壤土為基質(zhì)，土質(zhì)為黏土。播種前每缽用等量的水澆透，將西瓜和互作作物種子催芽后播營養(yǎng)缽，每個缽播入1粒西瓜和3粒互作作物，播時將西瓜種子放于營養(yǎng)缽的中央，互作作物種子距離西瓜種子2 cm處均勻分布，然后蓋上1 cm厚的細(xì)土。試驗分2個西瓜品種，每個品種設(shè)置4個處理，試驗處理組合如下，T1：西瓜+小麥；T2：西瓜+大蔥；T3：西瓜+茼蒿；T0：西瓜。每個處理重復(fù)10缽。育苗期間，每3 d 澆 1 次自制的營養(yǎng)液。棚內(nèi)溫度控制在25～30 ℃，自然光照，其他管理相同。

1.3 測定項目與方法

當(dāng)西瓜幼苗長到四葉一心時，每處理取幼苗5株進(jìn)行幼苗質(zhì)量相關(guān)指標(biāo)的測定。

1.3.1 幼苗離床存活天數(shù)、緩苗期 離床存活天數(shù)為起苗后用保鮮袋封存保質(zhì)存活天數(shù)，緩苗期為幼苗移栽大田后至出現(xiàn)新葉的天數(shù)。

1.3.2 幼苗質(zhì)量 每處理取幼苗5株，分別測量幼苗株高、莖粗、地上部干質(zhì)量和根干質(zhì)量，并計算壯苗指數(shù)，壯苗指數(shù)=(莖粗/株高+根干質(zhì)量/地上部干質(zhì)量)×全株干質(zhì)量。

1.3.3 葉片SPAD值 采用SPAD 502葉綠素含量測定儀測定葉片SPAD值。

1.3.4 根系活力及根系吸收面積 根系活力采用TTC法測定[13]，根系總吸收面積、活躍吸收面積采用甲烯藍(lán)法測定[14]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2007和DPS 7.05軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，差異顯著性檢驗采用Duncan’s新復(fù)極差法。

2 結(jié)果與分析

2.1 互作育苗對西瓜幼苗生長的影響

從表1可以看出，與不同作物互作育苗對西瓜幼苗的莖粗、地上部干質(zhì)量、根干質(zhì)量及壯苗指數(shù)具有明顯的促進(jìn)作用。與小麥、大蔥、茼蒿互作育苗的中晚熟西瓜壯苗指數(shù)比西瓜單作育苗分別提高9.52%、23.81%、100.00%；與小麥、大蔥、茼蒿互作育苗的早熟西瓜壯苗指數(shù)比單作育苗分別提高17.24%、13.79%、17.24%。表明，小麥、大蔥、茼蒿3種作物與西瓜同盤互作育苗均能提高西瓜幼苗質(zhì)量，且不同類型西瓜間有明顯差異；參試互作作物中，茼蒿對早熟和中晚熟西瓜幼苗均表現(xiàn)出較好的改善作用。

表1 互作育苗對西瓜幼苗生長的影響

2.2 互作育苗對西瓜幼苗葉片SPAD值的影響

作物葉片SPAD值可以間接反映葉片的葉綠素含量。從圖1可見，與小麥、大蔥、茼蒿互作育苗均可提高西瓜幼苗葉片SPAD值。與小麥、大蔥、茼蒿互作的中晚熟西瓜幼苗葉片SPAD值比單作育苗分別提高2.28%、0.87%、4.94%，其中，與茼蒿互作與對照差異顯著，與大麥和大蔥互作與對照差異不顯著；早熟西瓜與3種作物互作育苗幼苗葉片SPAD值分別比單作育苗提高2.07%、0.64%、3.98%，其中，與茼蒿和小麥互作與對照差異顯著，與大蔥互作與對照差異不顯著。表明，3種作物均能不同程度提高西瓜幼苗葉片葉綠素含量，提高植株光合作用，其中，茼蒿的作用較為明顯，小麥次之，大蔥相對較弱。

不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著，下同

2.3 互作育苗對西瓜幼苗根系活力及根系吸收面積的影響

2.3.1 根系活力 根系活力旺盛時作物吸收水分、營養(yǎng)較好，有利于育苗移栽后幼苗的成活率。由圖2可見，與小麥、大蔥、茼蒿互作中晚熟西瓜幼苗根系活力分別比單作育苗提高30.59%、6.51%、68.56%，其中，與茼蒿互作顯著高于其他處理，與小麥互作顯著高于對照，與大蔥互作和對照差異不顯著；與3種作物互作育苗早熟西瓜幼苗根系活力分別比單作育苗提高13.49%、18.96%、33.05%，其中，與茼蒿互作差異顯著高于其他處理，與小麥、大蔥互作和對照差異不顯著。表明，3種作物均能不同程度地提高西瓜幼苗根系活力，從而提高植株根系對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收能力；茼蒿對2個不同類型西瓜的促進(jìn)作用較為明顯，大蔥、小麥因西瓜類型不同而有差異，小麥對中晚熟西瓜促進(jìn)作用相對較強，而大蔥對早熟西瓜促進(jìn)作用相對較強。

圖2 互作育苗對西瓜根系活力的影響

2.3.2 根系吸收面積 根系吸收面積是根系形態(tài)和生理特性的重要指標(biāo)。從圖3可以看出，與小麥、大蔥、茼蒿互作育苗均可提高西瓜幼苗根系總吸收面積與活躍吸收面積。與茼蒿互作中晚熟西瓜幼苗根系總吸收面積和活躍吸收面積顯著高于其他處理，比單作育苗分別提高216.97%、404.69%；與小麥互作比單作育苗分別提高97.94%、220.31%，顯著高于對照；與大蔥互作比單作育苗分別提高40.10%、138.28%，與對照差異不顯著。與茼蒿互作的早熟西瓜幼苗根系總吸收面積和活躍吸收面積，比單作育苗分別提高200.32%、193.86%，顯著高于大蔥互作、單作育苗處理；與小麥互作比單作育苗分別提高149.03%、146.91%，亦顯著高于對照；與大蔥互作比單作育苗分別提高40.10%、138.28%，根系總吸收面積顯著高于對照，活躍吸收面積與對照差異不顯著。表明，3種作物與西瓜互作育苗均可促進(jìn)幼苗根系的生長，其中茼蒿的促進(jìn)作用最強，小麥次之，大蔥相對較弱。

圖3 互作育苗對西瓜幼苗根系吸收面積的影響

2.4 互作育苗對西瓜幼苗離床存活天數(shù)和緩苗期的影響

由表2可見，與小麥、大蔥、茼蒿互作育苗，延長了西瓜幼苗離床存活時間，縮短了移栽后緩苗期。與小麥、大蔥、茼蒿互作中晚熟西瓜幼苗離床存活天數(shù)比單作育苗延長1.4、0.8、1.7 d，緩苗期可縮短0.8、0.4、1.2 d；與3種作物互作早熟西瓜幼苗離床存活天數(shù)比單作育苗延長1.4、0.6、1.9 d，緩苗期可縮短0.9、0.4、1.2 d。表明，3種作物與西瓜互作育苗均可不同程度地提高西瓜幼苗質(zhì)量，增強其對外界環(huán)境的耐受性，提升適應(yīng)環(huán)境的能力，3種作物對西瓜幼苗促進(jìn)作用的順序為茼蒿>小麥>大蔥。

表2 互作育苗對西瓜幼苗離床存活天數(shù)和緩苗期的影響

Tab.2 Effect of interaction seedlings on survival days and recover period of watermelon seedlingsd

處理Treat-ment離床存活天數(shù)Survival day圣達(dá)爾Shengdaer開美1號Kaimei No.1緩苗期Recover period圣達(dá)爾Shengdaer開美1號Kaimei No.1T05.55.85.35.1T16.97.24.54.2T26.36.44.94.7T37.27.74.13.9

3 結(jié)論與討論

植物在自然界競爭中通過相互作用、相互適應(yīng)，并有選擇地組成與環(huán)境資源相適應(yīng)的群落，因此當(dāng)2種或2種以上不同的植物處在一起的時候，植物種間的交互作用就會發(fā)生。相關(guān)研究表明，不同植物之間的互作與單作相比可以表現(xiàn)出明顯的產(chǎn)量優(yōu)勢[15]。本研究結(jié)果顯示，小麥、大蔥、茼蒿與西瓜互作育苗均能提高幼苗根系活力、葉片葉綠素含量，增加幼苗根系總吸收面積和活躍吸收面積，使目的作物育苗離床存活期延長，栽后緩苗期縮短。這與李伶俐等[16]對棉花與不同作物同穴互作育苗的研究結(jié)果一致，其原因可能是這3種作物有利于根系纏繞，提高西瓜苗根系聚合力，使根系聚合抱團(tuán)不散，促進(jìn)根系對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，且離床移栽時，不宜造成斷根和脫根。劉廣才等[17]和郝艷茹等[18]對小麥-玉米間作效應(yīng)的研究認(rèn)為，間作明顯增加了根活性吸收面積和根系體積，促進(jìn)目標(biāo)作物對氮、磷、鉀等礦質(zhì)養(yǎng)分吸收。湯東生等[19]則研究認(rèn)為，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，種間相互作用強化了物種間的化感效應(yīng)，激發(fā)了不同植被類型的生長潛力。不同植物互作形成復(fù)雜的生態(tài)群體，造成這種現(xiàn)象的具體原因還有待于進(jìn)一步研究。

不同作物種類對不同基因型西瓜的促生程度有明顯差異。本試驗結(jié)果表明，所有互作作物都對西瓜幼苗有促進(jìn)生長的作用，茼蒿互作的促生作用最強，小麥次之，大蔥相對較弱。計銀花[20]研究認(rèn)為，茼蒿、小麥填閑種植對大棚西瓜生長及產(chǎn)量有明顯的促進(jìn)作用，這一研究也間接地支撐了本試驗結(jié)果，也是多數(shù)研究者通常將茼蒿和小麥作為與西瓜間作重要作物的主要原因。這2種作物可促進(jìn)西瓜根系活力和根吸收面積，為植株地上部生長打下基礎(chǔ)。這可能與茼蒿、小麥根系分泌物改善了西瓜植株根系微生物群落結(jié)構(gòu)，增強了其抗逆性有關(guān)。本研究結(jié)果顯示，大蔥對西瓜幼苗的促生作用相對較弱，而盛萍萍等[21]則認(rèn)為，大蔥與嫁接西瓜輪作可以改善其生理代謝和生長。造成這種差異的原因可能與間作或互作的時期有很大關(guān)系。從整體上來看，3種作物對中晚熟西瓜的促生作用要優(yōu)于早熟品種，可能是中晚熟西瓜苗期長勢較強，生長過程中對養(yǎng)分的需求較大，互作作物彌補了其對營養(yǎng)物質(zhì)的消耗，但其具體原因還有待于進(jìn)一步研究。

不同作物與西瓜互作對生態(tài)資源的競爭和利用明顯不同[22]。本研究人為地將供試互作作物設(shè)置為同樣密度，且苗齡設(shè)置為四葉一心，可能會對試驗結(jié)果造成一定的誤差。因此，應(yīng)結(jié)合產(chǎn)區(qū)的環(huán)境條件，探討不同種植密度和空間布局下，不同互作系統(tǒng)的生態(tài)效益。同時，從土壤理化性質(zhì)及酶活性、根系微生物、根系分泌物等方面的變化，進(jìn)一步探明不同作物互作提高目標(biāo)幼苗質(zhì)量的生理機(jī)制，為西瓜工廠化育苗技術(shù)提升及連作障礙的克服提供理論依據(jù)。

本試驗結(jié)果表明，供試3種作物與西瓜互作育苗均能提高西瓜幼苗葉片葉綠素含量、根系活力，與茼蒿互作的中晚熟西瓜幼苗葉片SPAD值、根系活力分別提高4.94%、68.56%，同時各處理均增加了西瓜幼苗根系總吸收面積和活躍吸收面積，使目的作物幼苗離床存活期延長，栽后緩苗期縮短，與小麥、茼蒿互作可延長1.4～1.9 d，縮短緩苗期0.8～1.2 d。從作物之間差異來看，茼蒿對西瓜苗促生作用最強，小麥次之，大蔥相對較弱。從西瓜品種類型差異來看，3種作物對中晚熟西瓜幼苗的促生作用要優(yōu)于早熟品種。從栽培的角度考慮，茼蒿可作為西瓜互作育苗的首選作物，其次是小麥；中晚熟西瓜更適合與其他作物互作育苗。