趙 琳, 趙麗麗, 王成港, 王玉姣, 朱春原, 張修國,*
(1.山東農業大學 生命科學學院, 山東省蔬菜病蟲生物學重點實驗室, 山東 泰安 271018; 2.山東農業大學 植物保護學院, 山東省蔬菜病蟲生物學重點實驗室, 山東 泰安 271018; 3.山東師范大學 生命科學學院, 山東 濟南 250013)
【研究意義】黃瓜(CucumissativusLinn)屬于葫蘆科蔬菜,由于營養豐富且美容養顏等功效深受人們喜愛,在中國廣泛種植[1],但是隨著黃瓜種植地在世界范圍內的逐漸擴大,黃瓜霜霉病的傳播與危害越來越難控制,嚴重地影響黃瓜等蔬菜的產量與品質。黃瓜霜霉病可以侵染葫蘆科大約20個屬40個種[2],在黃瓜、甜瓜、南瓜和西瓜上危害尤為嚴重[3]。目前對霜霉病的防治主要采取化學防治手段,但帶來的農藥殘留、抗病性與環境污染等問題日益突出[4],急需一種新型綠色防控技術,通過減少化學農藥使用量提高蔬菜的產量和質量。稻殼為水稻稻粒脫殼后的殘留物,我國稻殼產量一直居世界首位且逐年增加[5],高溫堆積可使稻殼中纖維、蛋白等有機物分解,增加營養物質的含量,晾曬后覆施于田地中可有效阻止土壤營養成分的散失,增加土壤溫度與水分的同時促進作物長勢,增強作物抗病性。開展覆施稻殼對作物生長的研究對農業生產上提高作物的經濟產量具有現實意義。【前人研究進展】黃瓜霜霉病屬高濕低溫型病害,在溫度≤23 ℃、相對濕度≥80%時發病最嚴重[6],所以通過改善黃瓜生境可在一定程度上降低甚至控制霜霉病的發生。經前期研究表明,秸稈生物堆反應可以擺脫農業依賴化學農藥的局面,同時促進作物增產增質[7]。劉冰[8]明確指出,秸稈反應堆處理后的大棚日平均溫度較未處理大棚高2.01 ℃,提高11.34%,在夜間處理后空氣濕度明顯低于未處理大棚,白天差距不大,但仍低于未處理大棚,秸稈反應堆技術可有效改善溫室的環境,調節溫室小氣候,有利于越冬黃瓜的生長發育,提高果實的品質與產量。地膜覆蓋栽培技術可提高地溫,保蓄土壤水分,改善土壤物理條件,促進微生物活動,提高土壤速效養分和抑制雜草等良好生態效應,并大幅度提高產量[9];覆蓋稻殼可起到防寒保溫、提高地溫、減少凍層厚度的作用[10-11],可使溫室甜瓜增產增收、生長健壯以及改善品質[12]。【研究切入點】目前鮮見經反應堆處理稻殼在冬季黃瓜大棚行間覆施,評價反應堆稻殼處理調控黃瓜大棚生態環境、促進長勢及增強黃瓜抗病性的研究報道。【擬解決的關鍵問題】采用隨機區組方法,通過在行間覆蓋不同重量的稻殼,探明覆施稻殼對保護地黃瓜長勢(株高、莖粗、葉面積)和光合效率,以及黃瓜霜霉病抗病性(發病指數和病原菌危害程度)的影響,以期為黃瓜霜霉病的綠色防控提供科學依據。
1.1.1 黃瓜 供試黃瓜品種為津優401,由濟南市萊蕪明利蔬菜種植專業合作社提供。
1.1.2 稻殼 從濟寧市任城區農副產品市場購置。
1.1.3 試劑 臺盼藍母液(0.4 g臺盼藍+200 mL乳酸+200 mL丙三醇+200 mL苯酚+200 mL去離子水),自制;水合氯醛溶液(1 kg水合氯醛+400 mL去離子水),自制;95%酒精,市購。
1.2.1 試驗設計 將稻殼材料在夏季進行封膜發酵處理20~30 d后備用。黃瓜生長旺盛初期在大棚(連續大棚)行間(行距0.9 m,行長8 m)覆施經反應堆處理的稻殼(圖1)。根據覆施稻殼用量試驗設3個處理,記為T1、T2和T3,行間分別覆蓋15 kg(1 390 kg/667m2)、20 kg(1 853 kg/667m2)和25 kg(2 316 kg/667m2)的稻殼,以未覆施稻殼的黃瓜大棚為對照(CK),試驗在同一黃瓜大棚內進行,各處理之間用塑料膜完全隔開,使其相互獨立,3次重復。

圖1 大棚黃瓜行間稻殼不同覆施量處理示意
1.2.2 指標測定
1) 黃瓜大棚室內溫度和濕度。黃瓜幼苗移栽前,在上述3個處理大棚和對照棚內均勻選取5處,將溫度計和濕度計懸掛離地面約0.6 m,分別在黃瓜團棵期、盛花期、初果期、盛果期和末果期于6:00至翌日6:00每隔3 h測定棚內溫度、濕度,黃瓜不同生長期溫濕度是對每個溫濕度統計的平均值,不同時刻溫濕度是不同時期各時刻溫度、濕度數據的平均值。
2) 植株地上部生長指標。分別在黃瓜團棵期、盛花期、初果期、盛果期和末果期采用5點取樣選取植株,然后測定黃瓜地上部分的生長指標,包括黃瓜的株高、莖粗、葉面積和葉片葉綠素含量。采用卷尺測量黃瓜植株基部至最高處的長度,每點測定50株,取平均值;使用游標卡尺測量植株莖粗(以單株最粗處為準),每點測定50株黃瓜,取平均值;測定黃瓜葉片的長×寬(葉面積),每株均測量黃瓜植株中部15片葉的長和寬,每點測定50株,取平均值;參照李新[13]的方法采用丙酮乙醇混合液法測定葉片葉綠素含量。
3) 黃瓜植株光合參數。通過5點取樣法選取植株,在黃瓜團棵期、盛花期、初果期、盛果期和末果期于12:00采用Li-6400型便攜式光合測定系統測定植株葉片的光合速率、氣孔導度、蒸騰速率和胞間CO2濃度。
4) 黃瓜霜霉病的危害程度。從黃瓜霜霉病零星發病時開始調查,每隔7 d調查1次,每次調查對角線5點取樣,每點調查50株,連續調查5次,觀察檢測黃瓜霜霉病發病指數及侵染葉片情況。黃瓜霜霉病發病分級標準:0級,黃瓜葉片上無黃瓜霜霉病病斑;1級,霜霉病病斑面積占整個葉片面積的1/4以下;2級,多數病葉少數霜霉病病斑,或少數病葉多數霜霉病病斑;3級,多數病葉多數霜霉病病斑;4級,大部分葉片干枯或死亡。
病情指數=[∑(各級病葉數×各級代表值)/(調查總葉數×最高級代表值)]×100
5) 黃瓜霜霉菌侵染葉片細胞壞死臺盼藍染色。先將臺盼藍母液與95%酒精按體積比1∶2混合制成臺盼藍子液,然后將被侵染的黃瓜葉片放入盛有臺盼藍子液燒杯中沸水水浴2 min;再將黃瓜葉片和臺盼藍染液一同倒入大培養皿,浸泡放置24 h后用水合氯醛脫色,每間隔24 h更換1次水合氯醛,直至葉片脫色完全為止;最后用95%酒精浸泡24 h后舒展葉片,觀察侵染面積并拍照。
采用GraphPad Prism 8.0進行數據處理、制表和繪圖,并應用SPSS 18.0進行處理間顯著性分析。
由圖2可知,黃瓜團棵期、盛花期、初果期、盛果期和末果期稻殼不同量處理(T1~T3)大棚的溫度和濕度均與CK存在明顯差異,即溫度隨著稻殼量的增加呈逐漸升高趨勢,而濕度呈逐漸降低趨勢。
“京津是個大市場,來自全國各地的家庭服務企業都來這里參與競爭。”河北福嫂家政服務有限公司總經理張文杰說,面向京津高端客戶需求,河北省應推進復合型、高附加值的管家服務,提供科學化、專業化、綜合性的家政服務。他建議河北省培訓機構、家庭服務企業應像山東省有“陽光大姐”、湖北省有“木蘭花”、四川省有“蘇小妹”等服務品牌那樣,培育具有河北特點的家庭服務品牌。

注:不同小寫字母表示同一時期不同處理間在P<5%水平差異顯著,下同。
2.1.1 溫度 黃瓜整個生育期T1、T2和T3的平均溫度較CK(26.98 ℃)分別提高1.14 ℃、2.14 ℃和3.54 ℃,其中,團棵期、盛花期、初果期、盛果期和末果期T1~T3的平均溫度分別較CK提高1.20~3.10 ℃、0.50~3.00 ℃、1.00~4.00 ℃、1.50~3.60 ℃和1.50~4.00 ℃。團棵期、初果期、盛果期和末果期,T3均顯著高于其余處理,各處理間差異顯著,且均顯著高于CK;盛花期,T3顯著高于除T2外的其余處理,T3和T2顯著高于T1和CK,T1與CK差異不顯著。說明,不同稻殼量的施加可明顯提高黃瓜大棚溫度,從而減小室外溫度變化引起的室溫變化幅度,確保黃瓜生長每個時期的溫度都高于適于黃瓜霜霉病生長繁殖的溫度(23℃)。
2.1.2 相對濕度 黃瓜整個生育期T1、T2和T3大棚的平均相對濕度分別較CK明顯降低9.03%、15.43%和29.01%。其中,團棵期T3、T2和T1的大棚相對濕度分別較CK降低21.9%、6.98%和4.23%,T1與CK差異不顯著,但二者均顯著高于T2和T3,T3顯著低于其余處理;盛花期T3、T2和T1分別較CK降低27.88%、10.75%和7.95%,初果期降低32.11%、18.33%和10.22%,盛果期降低36.11%、23.66%和13.89%,末果期降低26.33%、17.44%和8.77%,盛花期、初果期、盛果期和末果期各處理間差異顯著且均顯著低于CK。
由圖3可知,黃瓜各生長期(團棵期、盛花期、初果期、盛果期和末果期)稻殼不同量處理(T1~T3)黃瓜地上部的生長特性(株高、莖粗和葉片面積)存在差異。

圖3 不同稻殼量處理各時段黃瓜地上部的生長特性
2.2.1 株高 黃瓜5個關鍵生育期T1、T2和T3的平均株高分別較CK(157.98 cm)高11.48 cm、18.33 cm和21.21 cm,其中,團棵期、盛花期、初果期、盛果期和末果期T1~T3的平均株高分別較CK(157.98 cm)提高10.83~22.80 cm、10.20~22.50 cm、10.20~20.20 cm、13.45~20.73 cm和12.70~19.80 cm。團棵期和初果期,T3均顯著高于其余處理,各處理間差異顯著,且均顯著高于CK;盛花期,T3顯著高于其余處理,其余處理與CK差異不顯著;盛果期,T3與T2差異不顯著,但均與T1和CK差異顯著;末果期,T1~T3差異不顯著,但均顯著高于CK。團棵期、盛花期和初果期黃瓜株高隨稻殼處理量增加呈明顯遞增趨勢,而在黃瓜生長盛果期至末果期,經(1 390~2 316 kg/667m2)稻殼量處理的黃瓜株高明顯遞增,但經(1 853~2 316 kg/667m2)稻殼量處理的黃瓜株高幾乎無明顯變化,可能與黃瓜后期株高生長趨于穩定狀態有關。說明,稻殼處理可明顯增加黃瓜株高的生長,且T3對黃瓜株高的生長促進作用最顯著。
2.2.2 莖粗 黃瓜5個關鍵生育期T1、T2和T3的平均莖粗分別較CK(2.07 cm)提高0.08 cm、0.26 cm和0.45 cm,其中,團棵期、盛花期、初果期、盛果期和末果期T1~T3的平均莖粗分別較CK提高0.03~0.41 cm、0.10~0.52 cm、0.10~0.52 cm、0.04~0.39 cm和0.15~0.40 cm。團棵期和初果期,T3均顯著高于其余處理,各處理間差異顯著,且均顯著高于CK;盛花期,T3顯著高于其余處理,T2顯著高于T1和CK,T1與CK差異不顯著;盛果期,T3與T2、T1與CK差異不顯著,但T3和T2均顯著高于T1和CK;末果期,T1~T3差異不顯著,但均顯著高于CK。團棵期、盛花期和初果期,隨稻殼處理量增加黃瓜莖粗呈明顯遞增趨勢,而在黃瓜生長盛果期至末果期,T1~T3的黃瓜莖粗增加幅度不大,可能是黃瓜盛果期與末果期莖粗生長趨于穩定狀態。說明,T1~T3可明顯增加黃瓜莖粗的生長,且T3對黃瓜莖粗的生長促進作用最顯著。
2.2.3 葉面積 黃瓜5個關鍵生育期T1、T2和T3的平均葉面積分別較CK(339.60 cm2)提高34.80 cm2、51.60 cm2和68.00 cm2,其中,團棵期、盛花期、初果期、盛果期和末果期T1~T3的平均葉面積分別較CK提高4~45 cm2、42~81 cm2、43~78 cm2、41~67 cm2和44~69 cm2。團棵期、盛花期和末果期,T3均顯著高于其余處理,各處理間差異顯著,且均顯著高于CK;初果期,T3與T2差異不顯著但均顯著高于其余處理,T1~T3與CK差異顯著;盛果期,T1~T3差異不顯著,但均與CK差異顯著。黃瓜生長團棵期葉面積增加幅度明顯低于相應處理其余4個生長期,且與CK相比,團棵期黃瓜葉面積增加幅度也較小,可能與團棵期黃瓜葉片生長速度相對緩慢有關。此外,T1~T3的黃瓜盛花期、初果期、盛果期至末果期葉面積呈明顯遞增趨勢,但盛果期與末果期的黃瓜葉面積變化影響相對較小,可能是因為盛果期與末果期黃瓜葉片長勢開始變慢。說明,稻殼處理黃瓜可明顯促進黃瓜葉面積增長,且T3對黃瓜葉面積增長的促進作用最明顯。
由圖4可知,T1~T3大棚黃瓜的光合參數存在差異。

圖4 不同稻殼量處理黃瓜葉片的參數
2.3.1 葉綠素含量 黃瓜葉片葉綠素含量在團棵期和末果期較低,與團棵期及末果期黃瓜長勢較弱有關,從整體看,葉片葉綠素含量從盛花期至初果期逐漸升髙,在初果期達到最髙值,在盛果期和末果期逐漸降低,與2個時期黃瓜的長勢開始減弱有關。綜合比較發現,經3種不同稻殼量處理(T1~T3)的大棚黃瓜平均葉綠素含量較CK(1.18 mg/g FW)分別明顯增加,黃瓜5個關鍵生育期葉綠素含量平均增加10.49%~24.53%,其中,T3的黃瓜在5個關鍵生育期葉綠素含量均較T1和T2明顯增加,由此說明稻殼處理保護地大棚黃瓜能有效增加黃瓜葉片葉綠素含量,以T3的效果最為明顯。
1) 光合速率(Pn)。黃瓜5個關鍵生育期T1、T2和T3的光合速率分別較CK〔25.06 μmol/(m2·s)〕明顯提高4.23 μmol/(m2·s)、6.93 μmol/(m2·s)和8.70 μmol/(m2·s),其中,團棵期、盛花期、初果期、盛果期和末果期T1~T3的平均光合速率分別較CK提高3.07~8.30 μmol/(m2·s)、2.75~8.77 μmol/(m2·s)、5.87~7.89 μmol/(m2·s)、5.31~9.34 μmol/(m2·s)和4.17~9.20 μmol/(m2·s)。團棵期、初果期和末果期,各處理間差異顯著,T1~T3呈現逐漸遞增趨勢,且均顯著高于CK;盛花期和盛果期,T1~T3差異不顯著但高于CK。說明,T1~T3可明顯增加黃瓜葉片的光合速率,且T3的促進作用最突出。
2) 氣孔導度(Gs)。黃瓜5個關鍵生育期T1、T2和T3的氣孔導度分別較CK〔1.49 mol/(m2·s)〕提高0.65 mol/(m2·s)、1.76 mol/(m2·s)和2.09 mol/(m2·s),其中,團棵期、盛花期、初果期、盛果期和末果期T1~T3的平均氣孔導度分別較CK提高1.22~4.36 mol/(m2·s)、0.50~3.23 mol/(m2·s)、0.93~1.76 mol/(m2·s)、0.42~0.78 mol/(m2·s)和0.18~0.34 mol/(m2·s)。團棵期和初果期,各處理間均高于CK,T2和T3顯著高于CK,T1與CK差異不顯著;盛花期、盛果期和末果期,各處理差異不顯著,但均高于CK。說明,稻殼處理可明顯增大黃瓜葉片的氣孔導度,且T3對其促進作用最顯著。
3) 胞間CO2濃度(Ci)。黃瓜5個關鍵生育期T1、T2和T3的葉片胞間CO2濃度分別較CK〔233.23 μmol/(m2·s)〕提高18.02 μmol/(m2·s)、28.70 μmol/(m2·s)和34.86 μmol/(m2·s),其中,團棵期、盛花期、初果期、盛果期和末果期T1~T3的平均胞間CO2濃度分別較CK提高10.81~20.15 μmol/(m2·s)、18.17~36.02 μmol/(m2·s)、17.20~38.12 μmol/(m2·s)、33.12~53.23 μmol/(m2·s)和10.80~26.80 μmol/(m2·s)。各時期T3顯著高于其余處理,其余處理與CK差異不顯著,但高于CK。說明,稻殼處理可增大黃瓜葉片胞間CO2濃度,且T3對其促進作用最顯著。
4) 蒸騰速率(Tr)。黃瓜5個關鍵生育期T1、T2和T3的蒸騰速率分別較CK〔7.52 mmol/(m2·s)〕提高0.75 mmol/(m2·s)、1.24 mmol/(m2·s)和2.36 mmol/(m2·s)〕。其中,團棵期、盛花期、初果期、盛果期和末果期T1~T3的平均蒸騰速率分別較CK提高1.30~2.32 mmol/(m2·s)、0.56~3.28 mmol/(m2·s)、1.27~3.31 mmol/(m2·s)、0.15~1.89 mmol/(m2·s)和0.48~1.01 mmol/(m2·s)。團棵期和盛花期,T3顯著高于其余處理,T2和T1與CK差異不大,但均高于CK;初果期,各處理間差異顯著,T1~T3呈現逐漸遞增趨勢,且均顯著高于CK;盛果期,T3和T2均顯著高于CK,但T1與CK沒有差異;末果期,T1~T3均高于CK,但差異不顯著。說明,稻殼處理可增大黃瓜葉片的蒸騰速率,且T3對其促進作用最顯著。
綜合表明,T1~T3明顯影響黃瓜葉片光合速率的變化,團棵期至初果期呈逐漸遞增趨勢、初果期至末果期呈逐漸遞減趨勢,而且氣孔導度、蒸騰速率和胞間CO2濃度與光合速率呈現一致的變化趨勢。由此說明,適量稻殼處理大棚黃瓜明顯促進光合作用的進行,顯著増加光合速率、胞間CO2濃度和氣孔導度,而且T3促進黃瓜光合作用的效果最為顯著。
2.4.1 病情指數 由圖5看出,從團棵期至末果期T1~T3黃瓜的發病程度(病情指數)較CK(24.00)呈加重趨勢,分別降低16.83%、37.83%和60.00%。其中,團棵期T3、T2和T1黃瓜的病情指數分別較CK降低33.33%、13.33%和6.67%,T3顯著低于其余處理,其余處理與CK差異不顯著;盛花期和初果期,T2和T3差異不顯著,均較CK降低65.0%左右,但均與T1和CK差異顯著;盛果期和末果期,T1~T3差異顯著,且均顯著低于CK。團棵期T1~T3的病情指數與CK相近,發病最輕;末果期則最嚴重,且與CK差異增大。T1~T3黃瓜的病情指數自盛果期較CK逐漸減輕,T3的黃瓜霜霉病發生危害降低幅度均在50%左右。表明,稻殼處理能夠顯著降低黃瓜霜霉病的危害,且T3的防控效果最顯著。

圖5 不同稻殼量處理大棚黃瓜霜霉病的病情指數
2.4.2 葉片細胞死亡癥狀 從圖6看出,大棚黃瓜團棵期葉片的死亡程度較弱;自盛花期開始,葉片細胞死亡程度逐漸加重,但是隨著稻殼處理量增加,葉片死亡程度逐漸減輕。T1~T3黃瓜葉片細胞的死亡程度與CK不同,且不同稻殼量處理的死亡程度也存在明顯差異,依次為CK>T1>T2>T3。表明,稻殼的施加可以明顯降低黃瓜霜霉病的危害,且T3的防控效果最顯著。

圖6 不同生長期黃瓜霜霉病菌侵染葉片的細胞死亡癥狀
研究結果表明,T1~T3的大棚黃瓜團棵期、盛花期、初果期、盛果期和末果期的大棚溫度均高于對照,隨稻殼量的增加溫度呈遞增趨勢,且T3黃瓜大棚的溫度最高,與覆施稻殼可以保溫增溫的結果一致[14-15]。原因在于,覆施稻殼減小了室外溫度變化而引起的室溫變化幅度,確保了黃瓜生長每個時期的溫度均高于黃瓜霜霉病生長繁殖的適于溫度(23 ℃);相對濕度均低于對照,隨稻殼量的增加相對濕度呈逐漸遞減趨勢,且T3黃瓜大棚的相對濕度最低,與稻殼覆蓋處理可使地面層顯熱通量增大,潛熱通量和土壤熱通量均明顯減小[16],隔絕土壤中水分的蒸發有關。因此,覆施稻殼可降低大棚內的空氣相對濕度[17]。針對黃瓜霜霉病為高濕型病害的特點,覆施稻殼可顯著降低黃瓜大棚的相對濕度,有效提高溫度,進而降低黃瓜霜霉病的危害程度,且T3對降低黃瓜霜霉病的危害最為顯著。
研究表明,黃瓜霜霉病會影響黃瓜葉片的光合系統,進而影響其光合作用,且影響程度隨病情指數的升高而逐漸加深[18]。試驗結果表明,T1~T3大棚黃瓜霜霉病的病情指數降低,光合參數(葉綠素含量、光合速率Pn、氣孔導度Gs、胞間CO2濃度Ci和蒸騰速率Tr)升高。光合作用是植物生長發育的基礎,是植物利用葉綠素在可見光的照射下,將CO2和水轉化為有機物并釋放氧氣的過程,是植物為適應不同生長環境表現出的不同光合生理機能[19],光合參數是植物適應環境的直接表現[20]。覆施稻殼后,土壤中細菌、放線菌和真菌成倍增加[21-22],加強了土壤有機質的分解,從而產生更多的CO2。綜上看出,在高溫條件下,大氣中CO2濃度的增加進而增大黃瓜葉片胞間CO2濃度[23];高溫能顯著提高植物蒸騰速率[24]。在覆施稻殼后大棚溫度升高、黃瓜各生長期光合參數升高,且T3條件下的光合參數最優。
作物產能高低直接與其光合作用效率密切相關[25],在作物形成的產物干物質中,總干重的90%~95%有機物來源于光合作用[26]。光合作用的增強,促進了光合產物的積累,植株生長越旺盛[27],進而使植株株高、莖粗和葉面積增加。該試驗經不同稻殼量處理大棚黃瓜的株高、莖粗和葉面積均高于對照的結果與前人研究結果[25-27]一致;且隨覆施稻殼量的增加,指標增長幅度越明顯。T3對促進大棚黃瓜生長指標更為突出,表明稻殼處理可調控大棚黃瓜長勢,起到促苗壯苗的作用。
通過觀察黃瓜葉片的表型計算黃瓜霜霉病的病情指數,當霜霉病菌侵染黃瓜葉片后會引起免疫防衛系統產生葉片細胞死亡現象,利用臺盼藍染色檢測細胞膜的完整性,進而判斷細胞的死亡[28],此死亡程度可作為病原菌侵染植物產生危害程度的強弱依據。根據臺盼藍染色結果顯示,無論是否用稻殼處理大棚,團棵期黃瓜葉片的死亡程度均較弱,可能與黃瓜生長早期黃瓜霜霉病侵染發病較輕有關。
針對黃瓜霜霉病高濕低溫的特點,利用覆施稻殼栽培技術改善黃瓜大棚生態環境,可以促進大棚黃瓜的生長,有效防控黃瓜霜霉病,提高黃瓜對霜霉病的抗性,有效防治病蟲害,而且減少化學農藥的使用,避免環境污染、重金屬污染等問題,其中,覆施稻殼2 316 kg/667m2對于防控黃瓜霜霉病的效果最為突出,為稻殼處理有效防控黃瓜霜霉病技術提供了有力的生理學和生物學技術數據支持,為綠色有機蔬菜的生產創造條件。