設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.山西農業大學 農業經濟管理學院，山西 太原 030006；2.臨猗縣氣象局，山西 臨猗 044100）

西瓜作為一種經濟作物，在我國的種植面積與總產量均居世界首位，西瓜產業已成為提高農民收入、促進農村經濟發展的重要產業[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穩定的種植[2]，設施栽培已成為西瓜及其他瓜果蔬菜的重要栽培模式，但由于設施栽培土壤長期處于高集約化、高復種指數狀態，加上不合理的水肥管理措施，缺少雨水淋洗，淋溶作用弱，導致土壤理化性質惡化，土壤微生物種群結構異常，連作障礙問題愈發凸顯，嚴重制約著設施西瓜生產的可持續發展。因此，如何環保、經濟、高效的治理西瓜連作障礙已成為亟需解決的關鍵問題。

多年來各國學者對連作障礙開展了大量的研究工作，設施西瓜連作障礙的主要問題有土壤養分失衡、土壤理化性質劣化、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的有效措施之一，但土地資源有限，土地流轉難，導致輪作已無法滿足西瓜可持續生產對土地的需求。土壤化學熏蒸劑曾被生產上廣泛應用[4]，但化學藥劑長期使用易導致病原菌產生抗藥性，且造成生態環境惡化和農藥殘留，危害人類健康，難以從根本上解決問題。國內外應用最多的是嫁接技術，早在20世紀20年代日本就開始使用南瓜砧木嫁接西瓜[5]，經多年實踐研究，嫁接技術已在日本、中國、美國、土耳其等國家廣泛應用。在日本和韓國，近90%西瓜生產應用的是嫁接苗。賈聯紅[6]研究認為，西瓜主要自毒物質是酯類和酮類，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，能改善土壤微生態環境，提高土壤養分含量[7]，在緩解連作障礙上具有較為廣泛的應用。李雙喜等[8]通過研究發現,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，降低土傳病害的發病率。但微生物菌肥在生產上防治效果不太穩定，與土壤環境及有益微生物能否穩定的在作物根際存活有關，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物質，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，被應用于土壤改良和農業生產領域[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]研究發現，外施生物質炭可顯著降低西瓜枯萎病發病率，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，生物質炭已成功應用于黃瓜猝倒病[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為以下四大類：耐連作品種的選擇、嫁接技術、輪作和間套作、土壤環境調控等農業防治措施；土壤溫濕消毒等物理防治法；施用碳酸氫銨、威百畝等化學藥劑的化學防治法；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，但在實際應用中，農民對各治理措施了解不夠全面，在生產中對各類治理技術隨意選擇，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、投入和產出不成正比等問題。因此，篩選出環境友好、高效、低成本、能普遍推廣且適合當地設施西瓜連作障礙的治理措施有迫切的現實意義。筆者就各類治理措施進行縱向比較，研究實際生產中不同治理方式對設施西瓜長勢、連作病害防效、產量及品質的影響，以期為當地瓜農在實際生產上選擇低成本、高產出且保證西瓜高品質的連作障礙治理措施提供一定的理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗于2020年4—8月在山西農業大學東陽試驗示范基地（東經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如表1所示。

表1 土壤基本理化性質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，由山西省農業科學院生物技術中心提供，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；石灰和碳酸氫銨由金沂蒙集團有限公司生產；微生物菌肥由山東聊城福田生物科技開發公司生產。

1.3 試驗設計

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

采用設施大棚內劃分小區試驗方法，每小區長7.8 m，寬3.5 m，每個處理重復3次，隨機區組排列，共18個小區。各處理以基肥的方式統一施入牛糞75 m3/hm2和三元復合肥300 kg/hm2，翻耕整地作畦，試驗小區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，各小區按照不同處理設置，將土壤添加物以溝施方式撒入對應小區內，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

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

1.5 數據分析

采用Excel 2007軟件進行相關數據的計算、處理和作圖。采用SPSS 22.0軟件進行比較和數據差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 不同連作治理措施對設施西瓜長勢及枯萎病發病率的影響

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病率產生顯著差異；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，其對西瓜枯萎病發病率也產生顯著差異，可見西瓜抗病性與莖粗存在正相關，莖粗越大，輸送至地上部的營養越充足，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施西瓜長勢及發病率的影響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施西瓜果實品質的影響

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）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，反而使品質下降，投入和產出不成正比。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施西瓜果實品質的影響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施西瓜產量的影響

從圖1可以看出，嫁接處理（N和Z）的產量與自根苗（W、H、S、CK）產量差異達顯著水平，即嫁接處理可顯著提高連作西瓜產量，N處理西瓜產量為最高，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）處理下連作西瓜產量高于W和H處理，比CK提高27.8%，H（化學）處理連作西瓜產量為最低，僅比對照提高0.61%，S處理比H處理產量提高27.1%，比W（物理）處理提高23.4%。即從產量結果來看，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、碳酸氫銨化學物質，單純的化學藥劑處理已不能滿足提升產量的需求。

2.4 不同連作治理措施對設施西瓜治理成本和產值的影響

從圖2可以看出，S（生物）處理連作西瓜的產值為最大，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）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；投入和產出差值最小的為Z處理，高投入并未產生高收入，即疊加運用不同性質的治理措施并不能提高產量和收入，反而造成人力、物力和資源的嚴重浪費。

3 結論與討論

西瓜是生產上利用嫁接技術最普遍的瓜菜作物，DAVIS等[18]研究表明，南瓜作為砧木有更強的抗性，能夠提高西瓜產量，但卻導致了西瓜品質的下降。本試驗中，嫁接處理（N和Z）的產量與其他處理（W、H、S、CK）產量差異達顯著水平，即嫁接處理可顯著提高連作西瓜產量。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物的輸出，但控制糖分積累的關鍵是光合產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。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的更新與推進，傳統的化學藥劑很難從根本上解決問題，人們開始對生物防治、植物調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量，降低尖孢鐮刀菌和真菌數量，使土壤過渡為細菌型土壤[16]，進而改善土壤微生態環境。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果一致。ZWART等[23]研究發現，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。本研究發現，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，施入土壤中的竹炭濃度過低，不足以發揮出最佳效果，需要在后續的試驗中進一步研究不同濃度生物炭對設施西瓜枯萎病的防治效果。JAISWAL等[15]研究發現，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生；邱嶺軍等[24]研究也發現，不同生物炭用量對烤煙產量、產值影響不同，烤煙產量產值不與生物炭施用量呈正相關。由此可見，生物炭在土傳病害防治應用中具有兩面性，只有科學合理的施用適量生物炭，才能發揮出最佳效果。后續試驗可以以生物炭的添加量為變量，對土壤理化性質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用上提供更嚴謹的科學指導。

根際微生物群落與作物生長及土傳病害有很大的關系，提高微生物種群多樣性、改變微生物結構、改善土壤微環境[22]等措施均可緩解連作障礙。LING等[25]研究發現，西瓜重茬地施入含有多黏類芽孢桿菌的微生物菌肥，可使西瓜枯萎病發病率大幅下降，推測可能是因為根系區的酚酸類物質發生了改變，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，與本研究結果相一致。此外，本研究得出添加微生物菌肥處理西瓜產值為最高，治理成本和收入差值為最大，在提高瓜農收入上治理效果最佳。

綜合本試驗結果可知，西瓜連作治理方式的不同對西瓜長勢、產量和品質的影響程度也有差異。嫁接處理可顯著提高西瓜產量，枯萎病防治效果最為明顯，但品質卻低于施加土壤改良劑處理；物理、化學、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，結合經濟及生態效益，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質、安全、無公害農產品的強烈需求，不存在農藥殘留、病原菌抗藥性增強、西瓜遺傳品質下降等問題。在實際生產中，建議農民可在嫁接的基礎上施加微生物菌肥，在保證產量的前提下，既可控制治理成本也提高了西瓜品質。