生物炭協(xié)同棉隆熏蒸對連作西瓜生長的影響

摘""" 要：為探究不同防控策略對設(shè)施連作西瓜生長和土傳病害發(fā)生情況的影響，利用田間試驗研究了棉隆熏蒸土壤施加不同肥料及生物炭處理的西瓜產(chǎn)量及枯萎病發(fā)病率。結(jié)果表明，棉隆熏蒸對控制西瓜土傳病原菌數(shù)量有一定的效果，在此基礎(chǔ)上追施生物炭+有機肥（Fu + BOF）比單純施加化肥（Fu+CF）或有機肥（Fu+OF）能更好地緩解西瓜連作障礙，移栽后期Fu + BOF處理的土壤病原菌數(shù)量最低，為2273 CFU·g-1，且植株過氧化物酶和苯丙氨酸解氨酶活性最高，連作西瓜植株發(fā)病率控制在20%以內(nèi)。此外，F(xiàn)u+BOF處理的西瓜總產(chǎn)量、商品果質(zhì)量、商品果率及單果質(zhì)量均高于其他處理，移栽后期地上部與地下部生物量均最高，分別為6.13 kg·株-1和6.94 g·株-1。因此，在西瓜連作栽培條件下，棉隆熏蒸+生物炭+有機肥配施能夠促進西瓜生長，在減少病原菌數(shù)量的同時改變植株自身生理生化反應，增強植株抗病相關(guān)酶活性，降低西瓜枯萎病發(fā)病率，有助于緩解西瓜連作障礙。

關(guān)鍵詞：生物炭；連作障礙；土壤病原菌；酶活性

中圖分類號：S651""""""""""""" 文獻標志碼：A"""""""""""""""""" 文章編號：1673-2871（2024）11-107-07

收稿日期：2024-01-22；修回日期：2024-04-22

基金項目：江蘇開放大學（江蘇城市職業(yè)學院）“十四五”科研規(guī)劃課題（2022XK015）；江蘇城市職業(yè)學院大學生創(chuàng)新訓練計劃項目（XJ2023013）

作者簡介：戚""" 琳，女，實驗師，主要從事土壤生態(tài)學研究。E-mail：qlkatrina@163.com

DOI：10.16861/j.cnki.zggc.2024.0043

Effects of biochar synergized with dazomet fumigation on growth of continuous cropping watermelon

QI Lin1， SUN Qimen1， XU Wenjun1， CHENG Xiaojuan1， GUO Zhaoshu2， CHEN Landao3

（1. School of Environment and Ecology， Jiangsu Open University， Nanjing 210017， Jiangsu， China; 2. Agriculture and Rural Affairs Bureau of Diduo Town， Xinghua 225700， Jiangsu， China; 3. Agriculture and Rural" Affairs Bureau of Hechen Town， Xinghua 225700， Jiangsu， China）

Abstract： To investigate the effects of different prevention and control strategies on the growth of continuous cropping watermelon and occurrence of soil borne diseases， field experiments were conducted to study the yield of watermelon and incidence rate of fusarium wilt under different fertilizer treatments in dazomet-fumigated soil. The results showed that dazomet fumigation had positive effect on controlling soil borne pathogen quantity. On this basis， applying biochar and organic fertilizer（Fu + BOF）can alleviate the obstacle of continuous watermelon cultivation than simply applying chemical fertilizer（Fu + CF）or organic fertilizer （Fu + OF）. At late transplanting stage， the number of soil pathogenic bacteria under the treatment Fu+BOF was the lowest， which was 2273 CFU·g-1， and the activities of plant peroxidase and phenylalanine ammonialyase were the highest. The incidence rate of watermelon plants can be controlled within 20%. In addition， total yield， commercial fruit mass， commercial fruit rate and average single fruit mass of Fu+BOF treatment were higher than those of other treatment. In the later stage of transplantation， the aboveground and underground biomass of Fu+BOF treatment were the highest， which were 6.13 kg·plant-1 and 6.94 g·plant-1， respectively. Therefore， under the condition of continuous watermelon cultivation， the technical measure of dazomet fumigation + biochar + organic fertilizer can promote the growth of watermelon， as well as reduce the number of pathogenic bacteria， which can change the physiological and biochemical reactions of the plant itself and increase the activity of plant disease resistance related enzymes， this technical measure reduce the incidence rate of watermelon Fusarium wilt， which helps alleviating continuous cropping obstacles in watermelon.

Key words： Biochar; Continuous cropping obstacle; Soil pathogen; Enzymatic activity

西瓜是我國重要的園藝作物之一，其種植規(guī)模隨需求的增加而不斷擴大。設(shè)施西瓜長期連續(xù)種植極易產(chǎn)生連作障礙，引起土壤酸化板結(jié)、有機質(zhì)含量降低、養(yǎng)分失衡，造成土壤病原菌和蟲卵大量積累，引發(fā)枯萎病和根結(jié)線蟲病等土傳病害，進而導致作物抗逆性和品質(zhì)變差，產(chǎn)量和種植效益降低，嚴重影響了西瓜產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展[1-2]。

目前，治理西瓜連作障礙的措施主要有傳統(tǒng)的耕作調(diào)控、物理消毒、化學防控和生物防治等，用以改善土壤環(huán)境、控制土傳病害傳播蔓延[3-4]。在作物種植前使用土壤熏蒸劑是防治土傳病蟲害和緩解連作障礙的最有效且穩(wěn)定的方法[5]，常用的熏蒸劑主要有二甲基二硫、威百畝、氯化苦、棉隆等。其中，棉隆是一種高效、低毒、無殘留的環(huán)保型廣譜性綜合土壤熏蒸消毒劑，它在土壤中可水解形成異硫氰酸甲酯（MITC），可遷移至不同深度的土層并有效殺滅土壤害蟲、病原菌和萌發(fā)的雜草種子[6-7]。然而，棉隆在殺滅土壤病蟲害的同時也可能會破壞土壤的微生態(tài)平衡[8]。曹云等[9]研究表明，棉隆熏蒸顯著降低了西瓜大棚土壤中尖孢鐮刀菌的數(shù)量，且棉隆熏蒸處理后土壤細菌和真菌的數(shù)量顯著低于未施用棉隆的對照；劉恩太等[10]指出，棉隆熏蒸加海藻菌肥處理可使蘋果連作土壤中微生物數(shù)量降低，細菌與真菌的比值和放線菌與真菌的比值升高。同時，如果棉隆不能與土壤充分混勻，無法接觸足夠的水分，就會使異硫氰酸甲酯殘留在土壤中，對作物產(chǎn)生毒害作用[11]。有研究表明，棉隆熏蒸后的土壤中添加有機肥或土壤改良劑可緩解熏蒸造成的不良影響，提高有益微生物的數(shù)量，達到持續(xù)防控病蟲害的目的[12]。

生物炭具有較大的比表面積和豐富的孔隙度，性質(zhì)穩(wěn)定，具有改善土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤蓄水保肥能力和土壤有機質(zhì)含量、修復土壤污染和調(diào)控微生物群落等作用[13-14]，此外，生物炭還對土壤病蟲害有一定的防控作用[15-17]。Fang等[18]研究認為，生物炭可以減輕氯化苦熏蒸對有益微生物的負面影響，促進土壤養(yǎng)分代謝，改善土壤健康狀況。Wang等[19]認為，單施生物炭能降低連作土壤中有害物質(zhì)的積累，提高連作條件下蘋果幼苗的生物量及光合作用效率，有助于緩解連作障礙。有機肥可以改善根際土壤微生態(tài)及養(yǎng)分狀況，減輕作物的自毒作用，進而緩解連作障礙[20]。目前，在土壤中施用生物炭和有機肥促進作物生長發(fā)育的研究較多，但二者同時施用于棉隆熏蒸土壤后對西瓜連作土壤環(huán)境、植株生長以及連作障礙的作用鮮有報道。

筆者的研究利用棉隆熏蒸土壤并結(jié)合添加稻稈生物炭，同時以有機肥作為調(diào)理劑，通過多次追肥，研究生物炭協(xié)同棉隆熏蒸對連作西瓜生長及枯萎病發(fā)病率的影響，以期在優(yōu)化土壤環(huán)境的同時抑制尖孢鐮刀菌數(shù)量的增長，推遲枯萎病的發(fā)病時間，為緩解西瓜連作障礙提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試西瓜品種為蘇蜜8號，由江蘇省農(nóng)業(yè)科學院蔬菜所提供；98%棉隆顆粒劑，購于江蘇南通壟鑫農(nóng)業(yè)科技服務有限公司；試驗所用有機肥為豬糞和稻稈（質(zhì)量比3∶1）高溫堆肥后的產(chǎn)物，購于東臺市大明生物有機肥有限公司，有機質(zhì)含量（w，后同）229.5 g·kg-1、總氮含量19.1 g·kg-1、總磷含量24.5 g·kg-1、總鉀含量17.2 g·kg-1；生物炭以水稻秸稈為原料于500 ℃厭氧裂解制得。

1.2 設(shè)計

試驗點位于南京市六合區(qū)金磁村，此前已連續(xù)種植西瓜3茬。前茬西瓜枯萎病發(fā)病率76%。土壤基本理化性質(zhì)見表1，其測定方法參考《土壤農(nóng)化分析》[21]。

小區(qū)面積1.7 m×11 m =18.7 m2。大棚長60 m、寬8 m，大棚兩頭空置1 m，起壟作為緩沖帶。試驗共設(shè)置4個處理：噴水覆膜+化肥調(diào)控（對照處理，CK），棉隆熏蒸+化肥調(diào)控（Fu+CF），棉隆熏蒸+有機肥調(diào)控（Fu + OF），棉隆熏蒸+生物炭+有機肥調(diào)控（Fu + BOF），采用隨機區(qū)組設(shè)計，每個處理3次重復，共計12個小區(qū)。

所有處理基肥施用量均為15 t·hm-2普通有機肥和600 kg·hm-2的15-15-15復合肥，F(xiàn)u+BOF處理基肥額外增施生物炭，施用量為4.5 t·hm-2，于棉隆熏蒸前均勻撒施于土壤表面，并翻入土壤混合均勻。后期追肥調(diào)控措施不同，有機肥處理為西瓜提苗期追施有機肥100 g·株-1、催蔓期100 g·株-1、膨瓜期200 g·株-1；化肥調(diào)控處理將有機肥所含N-P-K用等量尿素、過磷酸鈣和硫酸鉀替代，具體施用方式為在距主根15 cm處開弧形溝，撒入肥料，封土后整平地面，澆小水1次。

棉隆熏蒸時間為2022年7月17至8月6日，施用量為450 kg·hm-2。將每個小區(qū)所需棉隆均勻撒于土壤表面，即刻翻土15 cm，澆透水后立即覆膜。熏蒸20 d后揭掉薄膜，放置5 d后移栽西瓜幼苗，栽培方式為畦栽，吊蔓，畦面寬1.5 m，溝寬0.5 m，每畦栽2行，行間距1 m，株距0.4 m。

于棉隆熏蒸前（移栽前20 d），西瓜幼苗移栽0、30、65 d（采收期）采用“X”五點取樣法采集西瓜根系周圍土壤樣品，每個小區(qū)收集西瓜根際土壤，揀出其中的植物殘體及石塊等雜物，充分混合均勻后保存于4 ℃冰箱，用以測定土壤病原菌數(shù)量；于移栽30 d和65 d后隨機選5株西瓜植株整株挖出，用去離子水清洗干凈，測定植株生物量；將5株西瓜植株的根系剪碎混勻，同時每株選擇5片大小相近的葉片剪碎混勻，各取10 g于4 ℃冰箱保存，用以測定根系和葉片的酶活性；在西瓜采收期摘下各小區(qū)所有西瓜，稱質(zhì)量并計算小區(qū)總產(chǎn)量。

1.3 項目指標測定方法

1.3.1 西瓜植株生物量 用蒸餾水將西瓜植株清洗干凈后用吸水紙吸干水分，用電子天平稱量鮮質(zhì)量并記錄每個小區(qū)單株生物量（包括地上部分和地下部分）。采收的西瓜逐個稱質(zhì)量，記錄總個數(shù)，分別計算單果質(zhì)量和小區(qū)產(chǎn)量，調(diào)查商品果率（單果質(zhì)量1 kg以上）。

1.3.2 西瓜枯萎病發(fā)病情況 記錄試驗期間西瓜枯萎病的發(fā)病株數(shù)，并統(tǒng)計定植15、30、45、55、60、65 d的發(fā)病率以反映枯萎病發(fā)病情況[22]。

發(fā)病率/%=病株數(shù)/總株數(shù)×100。

1.3.3 土壤病原菌數(shù)量和植物抗性酶活性 采用Komada[23]選擇性培養(yǎng)基法測定土壤尖孢鐮刀菌數(shù)量；采用愈創(chuàng)木酚法和苯丙氨酸法[24]測定過氧化物酶（POD）活性和苯丙氨酸解氨酶（PAL）活性：POD采用1 mmol·L-1 PEG、4% PVPP和1% Triton X-100提取，25 mmol·L-1愈創(chuàng)木酚溶液和0.5 mol·L-1 H2O2溶液反應，470 nm波長連續(xù)測定、計算所得；PAL提取介質(zhì)為0.05 mol·L-1硼酸緩沖液、5.0 mmol·L-1巰基乙醇、1.0 mmol·L-1 EDTA-Na2、5%甘油和5%聚乙烯吡咯烷酮，反應體系為酶液與0.02 mol·L-1的L-苯丙氨酸和pH=8.8硼酸緩沖液，30 ℃恒溫60 min后用6 mol·L-1 HCl終止反應，290 nm波長連續(xù)測定、計算所得。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2016對數(shù)據(jù)進行整理和圖表繪制，采用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件進行單因素方差分析（One-Way ANOVA）和最小顯著極差法（LSD）分析各處理間差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對西瓜產(chǎn)量的影響

由表2可知，棉隆熏蒸的各處理西瓜商品果質(zhì)量、商品果率及單果質(zhì)量均顯著高于對照（CK），化肥處理（Fu+CF）的西瓜總產(chǎn)量比對照增加了20.93%，但未達到顯著差異水平。生物炭+有機肥處理（Fu+BOF）各項指標均高于其他處理，西瓜總產(chǎn)量達到1 963.54 kg·667 m-2，比對照顯著增加了48.66%，且該處理商品果質(zhì)量的增產(chǎn)率可達74.46%。土壤消毒處理間追施有機肥比化肥處理對西瓜總產(chǎn)量的增產(chǎn)效果好，但未達到顯著差異水平。

2.2 不同處理對西瓜植株生物量的影響

西瓜幼苗移栽后30 d為枯萎病發(fā)病初期，未熏蒸處理與熏蒸的3個處理間植株地上部和地下部生物量沒有顯著差異；在移栽后期，即移栽后65 d，生物量間差異較大，未熏蒸處理生物量顯著低于棉隆熏蒸各處理。其中，F(xiàn)u+BOF處理地上部生物量最大，為6.13 kg·株-1，與對照相比增加了38.1%，而地下部生物量為6.94 g·株-1，與對照相比增加量超過100%（圖1）。這可能是由于西瓜生長過程中藤蔓不斷打杈，弱化了地上部生物量差異，而地下部生物量則差異較大。

2.3 不同處理對西瓜病情指數(shù)的影響

由圖2可知，未熏蒸對照處理于移栽后45 d最先發(fā)病，發(fā)病率為9.7%，且后期發(fā)病率幾乎達到100%；棉隆熏蒸加后期調(diào)控防病效果明顯，尤其是生物炭+有機肥調(diào)控處理，發(fā)病率最低、發(fā)病時間最晚，且移栽后期發(fā)病率可控制在20%以內(nèi)。Fu+CF處理發(fā)病率仍然接近50%，說明單獨熏蒸雖有一定防效，但仍達不到生產(chǎn)所需效果。

2.4 土壤病原菌分析

于棉隆熏蒸后立即采樣，土壤樣品中未檢測到病原菌（尖孢鐮刀菌），但未熏蒸處理中病原菌數(shù)量較高，為1545 CFU·g-1（圖3）。西瓜幼苗移栽30 d為病害始發(fā)期，未熏蒸對照處理最先發(fā)病、病原菌數(shù)量最高，達到3775 CFU·g-1。生長后期各處理土壤病原菌數(shù)量均呈增高趨勢，這可能是由于前期植株生長較好，對病原菌的抗性增強，也可能是不同處理追肥肥料不同導致植物本身抗性發(fā)生變化。各熏蒸處理中，F(xiàn)u+CF處理的病原菌數(shù)量最高，移栽后期達到3680 CFU·g-1，F(xiàn)u+BOF處理最低，為2273 CFU·g-1。

2.5 植物抗性酶活性變化

西瓜幼苗移栽30 d時對表觀健康的植株進行過氧化物酶（POD）活性監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)對照處理西瓜葉片和根莖中過氧化物酶活性高于其他熏蒸處理的植株，與Fu+CF處理相比，CK處理葉片和根莖POD活性分別高19.6%和28.7%，這可能是由于未熏蒸對照土壤中病原菌的增長導致植株自身防御酶活性提高。各熏蒸處理中，追施生物炭+有機肥處理（Fu+BOF）的POD活性最高，到發(fā)病后期（移栽后65 d）時，未消毒對照處理植株的POD活性最低，相比之下，熏蒸后用生物炭+有機肥處理顯著提高了植株P(guān)OD活性，葉片和根莖分別提高了25.5%和27.3%（圖4）。說明生物炭+有機肥能夠提高植株葉片和根莖組織中POD活性。

苯丙氨酸解氨酶（PAL）活性變化與POD趨勢相近，在西瓜發(fā)病初期，未消毒處理西瓜葉片PAL活性最高，隨著土壤尖孢鐮刀菌數(shù)量增長，植株的PAL活性整體呈升高趨勢；到發(fā)病后期，未消毒對照處理的PAL活性反而最低，而棉隆熏蒸后追施生物炭+有機肥處理的PAL活性最高，相比于對照，葉片和根莖PAL活性分別增加了42.1%和58.5.%（圖5）。

3 討論與結(jié)論

本研究結(jié)果表明，施用生物炭和有機肥可提高西瓜的總產(chǎn)量和商品果質(zhì)量，分別比對照增加48.7%和74.4%。同時，對植株生物量尤其是地下部生物量積累也有促進作用。這可能是由于施加生物炭可改善西瓜根際土壤養(yǎng)分狀況及微生態(tài)環(huán)境[26]，在改善土壤理化性狀的前提下，促進西瓜根系活力，從而促進植株生長及提高西瓜產(chǎn)量。王彩云等[25]發(fā)現(xiàn)，添加5%的生物炭有利于黃瓜植株健康生長、完善葉片結(jié)構(gòu)，減緩連作對黃瓜的生育障礙并提高產(chǎn)量。陳德秀等[26]通過田間試驗發(fā)現(xiàn)，生物炭和有機肥混合施用可提高果實品質(zhì)和產(chǎn)量。

西瓜枯萎病是由尖孢鐮刀菌西瓜?；停‵usarium oxysporum f. sp. niveum）侵染植株引起的土傳病害。在筆者的研究中，棉隆熏蒸的各處理均降低了西瓜連作土壤尖孢鐮刀菌的數(shù)量，其中，生物炭和有機肥配施對病原菌的抑制效果最好，植株發(fā)病率最低。這可能是由于生物炭具有發(fā)達的孔隙結(jié)構(gòu)，可吸附土壤中的病原菌分泌物和根系分泌物等，控制土傳病原菌對植物的侵染并減輕作物的自毒作用[17]；同時，生物炭可改變土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和組成，增加拮抗菌和有益菌活性和數(shù)量，降低病原菌數(shù)量[27]。王彩云等[28]研究發(fā)現(xiàn)，施用生物炭能夠顯著提高6 a和10 a連作黃瓜土壤細菌的數(shù)量，降低真菌和尖孢鐮刀菌數(shù)量，尖孢鐮刀菌數(shù)量是未處理組的55.9%。常芳娟等[29]連續(xù)3 a向西瓜土壤添加生物炭，發(fā)現(xiàn)西瓜成熟期根區(qū)土壤真菌群落的豐富度和多樣性升高、鐮刀菌屬真菌的相對豐度降低。Wang等[30]在研究生物炭對鹽堿土微環(huán)境的影響時發(fā)現(xiàn)，添加生物炭可降低土壤鐮刀菌屬真菌的豐度，并推測這與生物炭改變了土壤理化性質(zhì)相關(guān)。也有研究認為，生物炭處理對西瓜抗性和枯萎病防效無顯著效果，原因可能是施用生物炭濃度較低，導致其無法發(fā)揮出最佳效果[22]。而Jaiswal等[31]研究發(fā)現(xiàn)，添加高濃度生物炭反而會促進枯絲核菌引起的立枯病發(fā)生。綜合以上研究結(jié)果表明，生物炭在土傳病害防治方面具有兩面性，其防治效果可能會受到生物炭理化性質(zhì)、作物品種、栽培方式、施用濃度和配施方法等因素的影響。

植物抗病性與防御酶活性密切相關(guān)[32]，施加生物炭可以提高植株抗氧化酶活性，增強植物脅迫耐受性[33]。POD可參與催化木質(zhì)素合成中最后的聚合反應，并在殺菌自由基濃度的提高中起到重要作用；PAL是植物抗病性物質(zhì)生成途徑——苯丙烷類代謝途徑的關(guān)鍵酶和限速酶，其活性的提高會增加木質(zhì)素、植保素含量，從而提高西瓜抗性。本研究結(jié)果表明，西瓜發(fā)病后期Fu+BOF處理，植株葉片和根莖的POD與PAL活性均最高，說明棉隆熏蒸后施加生物炭和有機肥有助于提高植株抗性。Bamagoos等[34]發(fā)現(xiàn)，生物炭可以提高植物葉片和根莖的抗氧化酶活性，增強作物對低溫脅迫的耐受性。龍俊江等[35]報道，作物在低溫脅迫下，增施5%生物炭處理的葉和根系中的過氧化物酶、超氧化物歧化酶和過氧化氫酶活性均顯著高于常規(guī)施肥處理和常規(guī)施肥+增施化肥處理，且其丙二醛含量最低，說明生物炭能提高植物在逆境脅迫下的抗逆性。

綜上所述，棉隆熏蒸土壤可以有效控制西瓜土傳病原菌的數(shù)量，在此基礎(chǔ)上追施生物炭和有機肥能最大程度降低西瓜枯萎病發(fā)病率，提高西瓜總產(chǎn)量、商品果質(zhì)量、商品果率及單果質(zhì)量，且植株葉片、根莖POD與PAL活性均最高。因此，棉隆熏蒸+生物炭+有機肥技術(shù)相結(jié)合能促進植株生長、提高西瓜產(chǎn)量，提高西瓜的抗病能力和抗病相關(guān)酶活性，對緩解西瓜連作障礙、保障西瓜安全可持續(xù)生產(chǎn)具有重要意義。

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