大棚西瓜-草菇-辣椒輪作對解除設施西瓜連作障礙的效果

張黎杰，周玲玲，姜若勇，田福發(fā),劉金兵,2*

(1.江蘇省農業(yè)科學院 宿遷農科所，江蘇 宿遷 223800；2.江蘇省農業(yè)科學院 蔬菜研究所，江蘇 南京 210014)

大棚西瓜-草菇-辣椒輪作對解除設施西瓜連作障礙的效果

張黎杰1，周玲玲1，姜若勇1，田福發(fā)1,劉金兵1,2*

(1.江蘇省農業(yè)科學院 宿遷農科所，江蘇 宿遷 223800；2.江蘇省農業(yè)科學院 蔬菜研究所，江蘇 南京 210014)

摘要：針對設施西瓜連作障礙現象，研究了西瓜-辣椒輪作和西瓜-草菇-辣椒輪作模式對其連作障礙解除的效果。結果表明：西瓜-草菇-辣椒輪作模式后的土壤較西瓜2年連作后的土壤初始值pH值上升0.43，EC值降低52.94%，有機質含量提高51.92%；平均每克土壤的細菌數量增加27×105個、放線菌數量增加62×104個、真菌數量減少456×102個；該輪作模式能顯著提高辣椒的生長發(fā)育指標，而且產量較西瓜-辣椒輪作模式增產15.65%，比西瓜-辣椒輪作模式凈增收益45000元/hm2，經濟效益也得到了顯著提高。因此，西瓜-草菇-辣椒輪作模式更有利于防止土壤酸化和次生鹽漬化，提高土壤有機質的含量，增加土壤中細菌和放線菌的數量，降低有害病原真菌的數量，改善土壤理化性質和恢復土壤微生物種群數量，更有利于消除土壤連作障礙的影響。

關鍵詞：大棚；輪作；連作障礙；理化性質；微生物菌群

設施茄果類蔬菜棚室栽培通常在使用3～4年以后，設施西瓜一般連續(xù)種植2年以后，棚室土壤就會發(fā)生不同程度的連作障礙。由于棚室內土壤得不到雨水的淋洗，加之棚內溫度較高，水分蒸發(fā)強烈，從而引起養(yǎng)分、鹽分在土壤表層集聚產生的次生鹽漬化現象[1]，造成瓜菜產量、品質和經濟效益明顯下降。為了維持棚室瓜菜穩(wěn)定的產量水平，目前普遍采用的措施是不斷增加化肥用量和不加節(jié)制地使用農藥，從而造成生產成本的不斷上升，引起土壤的鹽漬化與板結，而瓜菜產量和品質反而年年下降。因此，設施瓜菜生產亟需解決土壤連作障礙的有機生態(tài)防治手段。

學者們對解決連作障礙的途徑和方法做了很多有益的探討，普遍認為不同作物間輪作是克服連作障礙最有利的技術措施之一[2]。當很多研究大都集中在一些設施瓜菜和糧食作物的輪作上[2-3]，很少有設施瓜菜和食用菌輪作來解決連作障礙問題的報道。本文首次提出將設施西瓜、草菇、辣椒3種主要經濟作物通過合理的品種選擇和茬口搭配，實行瓜菇菜輪作制度來改善和解決連作障礙問題，并取得初步成效，為設施瓜菜產業(yè)的健康和可持續(xù)發(fā)展提供理論依據。

1材料與方法

1.1供試材料

西瓜選用春提早栽培品種早春紅玉等；草菇選用個大、產量高的V23等；辣椒品種選用秋延遲栽培的品種蘇椒14號等。

1.2試驗地點

江蘇省宿豫區(qū)運河灣自然農園內連作栽培西瓜2年的鋼架大棚。

1.3茬口安排

西瓜于1月底至2月初育苗，3月上旬移栽，5月中下旬采收。草菇7月上旬堆料，7月底播種，8月初至8月中下旬采收。辣椒7月底育苗，8月中下旬移栽，10月初至12月份采收。

1.4數據調查與記載

記載西瓜、草菇、辣椒栽培前后各項材料成本投入、累計總產量。調查西瓜-辣椒輪作、西瓜-草菇-辣椒輪作辣椒的生長發(fā)育指標，記載各作物的產量。

1.5測定項目及方法

土壤樣品的采集：在每茬西瓜-草菇-辣椒收獲后，取各處理0～30 cm土層土樣，每個小區(qū)按“Z”字形5個點取樣?；旌暇鶆蚝?，裝入自封袋，及時送樣檢測。

土壤理化性質分析：全氮、磷、鉀、速效氮、速效磷、速效鉀、有機質、EC、pH值，委托江蘇省農業(yè)科學院農業(yè)質量安全檢測研究中心代為檢測。

土壤微生物數量：細菌、真菌、放線菌委托江蘇省農業(yè)科學院植保所代為檢測。

1.6統計分析

試驗數據采用Excel整理、Stat軟件統計分析。

2結果與分析

2.12種輪作模式對連作障礙土壤理化性質的改良效果

從表1可以看出，2種輪作模式對pH值的影響結果是相反的。西瓜-草菇-辣椒輪作的土壤pH值呈上升趨勢，較初始值上升0.43；而西瓜-辣椒輪作后，土壤的pH值降低0.23，呈酸化趨勢。這說明西瓜-草菇-辣椒輪作能有效防止連作土壤的酸化，利于土壤理化性質的恢復。

西瓜-草菇-辣椒輪作，土壤有機質含量在栽培草菇后有顯著提高，比初始值提升132.69%，栽培辣椒后有機質含量也較種植西瓜后的初始值高51.92%。而西瓜-辣椒輪作后，土壤有機質含量則降低了11.54%。這說明西瓜-草菇-辣椒輪作能顯著提高土壤有機質含量，對恢復和提高土壤理化性質有明顯的改善作用。

西瓜-草菇-辣椒輪作，土壤EC值明顯降低，為初始值的47.05%；而西瓜-辣椒輪作后，土壤EC值顯著升高，為初始值的227.34%。這說明西瓜-草菇-辣椒輪作模式能有效遏制土壤EC值的升高，有利于下茬作物的生長，緩解土壤次生鹽漬化的問題。

在2種輪作模式中全氮含量均呈上升趨勢，全磷含量均呈下降趨勢。西瓜-草菇-辣椒輪作全鉀含量先升高后降低，而西瓜-辣椒輪作全鉀含量呈下降趨勢。

西瓜-草菇-辣椒輪作，土壤中速效氮、速效磷、速效鉀含量先升高后降低；而西瓜-辣椒輪作，土壤中速效氮、速效磷、速效鉀含量呈下降趨勢。這說明草菇的種植為下茬作物提供了豐富并可利用的速效氮、磷、鉀元素。

表1　2種輪作對連作障礙土壤理化性質的改良效果

2.22種輪作模式對連作障礙土壤微生物菌群的改良效果

2種輪作模式對連作土壤中細菌數量的影響不同，但其趨勢都是增加了土壤細菌數量，對土壤微生態(tài)環(huán)境的改良有益。從圖1可以看出，西瓜-草菇-辣椒輪作土壤中可培養(yǎng)細菌的數量呈先增加后持平的趨勢，草菇種植后數量達到最大42×105個/g土壤，一直持續(xù)到辣椒種植后，土壤中的細菌數量仍維持在草菇種植后的水平，較初始值增加27×105個/g土壤。西瓜-辣椒輪作土壤中可培養(yǎng)細菌的數量呈逐漸增加的趨勢，西瓜種植后，歇茬后的土壤細菌數量增加至20×105個/g土壤，種植辣椒后，土壤中細菌的數量達到最大47×105個/g土壤，較初始值增加32×105個/g土壤。

圖1　2種輪作模式對土壤細菌數量的影響

2種輪作模式對連作土壤中真菌數量影響的變化趨勢不同，最終的真菌數量都下降，并低于初始真菌數量的水平，這對土壤微生態(tài)環(huán)境的修復是有益的。從圖2可以看出，西瓜-草菇-辣椒輪作土壤中真菌的數量呈先增加后減少的趨勢，種植草菇后土壤中真菌的數量由初始的198×102個/g土壤上升至612×102個/g土壤，這是由于土壤中種植草菇后，存活的大量草菇菌絲導致土壤中真菌的數量迅速上升。種植辣椒后，土壤中真菌的數量迅速下降至156×102個/g土壤，下降了456×102個/g土壤，這包括草菇菌絲和有害病原真菌數量的共同下降。

西瓜-辣椒輪作土壤中真菌的數量呈逐漸下降的趨勢，在種植西瓜歇茬后，土壤中真菌的數量下降至150×102個/g土壤，種植辣椒后土壤中的真菌下降至29×102個/g土壤，下降了121×102個/g土壤。這說明歇茬有利于土壤中有害病原菌數量的減少，輪作辣椒后能大大降低土壤中有害病原菌的數量，能修復土壤連作障礙的危害，改良土壤微生物環(huán)境。

圖2　2種輪作模式對土壤真菌數量的影響

2種輪作模式對土壤中放線菌數量的影響截然相反。從圖3可以看出，西瓜-草菇-辣椒輪作土壤中放線菌的數量呈逐漸增加的趨勢，種植草菇后土壤中放線菌的數量有原來的57×104個/g土壤上升至107×104個/g土壤，種植辣椒后上升至119×104個/g土壤，放線菌數量較初始值上升了62×104個/g土壤。這說明西瓜-草菇-辣椒輪作更有利于土壤中放線菌數量的提升，改善土壤微生態(tài)環(huán)境，解除土壤連作障礙問題。

西瓜-辣椒輪作土壤中放線菌的數量呈先增加后減少的趨勢，種植西瓜后經過歇茬，土壤中放線菌的數量略微上升至60×104個/g土壤，種植辣椒后，土壤中放線菌的數量降低至38×104個/g土壤，降低了22×104個/g土壤。這說明土壤休茬能夠稍稍恢復土壤中放線菌的數量，但再次輪作辣椒后并不能恢復土壤放線菌的數量。

圖3　2種輪作模式對土壤放線菌數量的影響

2.32種輪作模式對辣椒生長發(fā)育和產量的影響

2種輪作模式對辣椒生長發(fā)育和產量的影響不同。從表2可以看出：西瓜-草菇-辣椒輪作模式，辣椒定植30 d后的株高和開展幅度極顯著高于西瓜-辣椒輪作模式；葉片的長度顯著高于西瓜-辣椒輪作模式。

表2定植30 d后辣椒生長指標比較

cm

注:同列大、小字母分別表示在1%、5%水平上的差異顯著性，字母相同則差異不顯著，不同則顯著。

2.42種輪作模式對辣椒產量的影響

2種輪作模式對辣椒產量的影響不同。從表3可以看出：西瓜-草菇-辣椒輪作模式的單株產量1.70 kg/株顯著高于西瓜-辣椒輪作模式1.47 kg/株，較西瓜-辣椒輪作模式增產15.65%。

2.52種輪作模式經濟效益分析

從表4可以看出，西瓜-草菇-辣椒輪作模式比西瓜-辣椒輪作模式多投入了栽培草菇的成本費用103500元/hm2，但是栽培草菇后未被分解利用的牛糞等大量有機質和肥料資源，大大減少了下茬栽培辣椒的肥料投入成本7500元/hm2。

從表5可以看出，西瓜-草菇-辣椒輪作模式的效益明顯高于西瓜-辣椒輪作模式。西瓜-草菇-辣椒輪作模式由于在夏季高溫的歇茬季節(jié)栽培了草菇，凈增收益16500元/hm2；利用草菇廢料栽培辣椒凈增收益28500元/hm2。西瓜-草菇-辣椒輪作模式比西瓜-辣椒輪作模式凈增收益45000元/ hm2，經濟效益得到了顯著提高。

表3　2種輪作模式辣椒的產量比較

表42種輪作模式成本投入分析

元/hm2

表5　2種輪作模式經濟效益分析

3小結與討論

研究認為，連作障礙主要由致病菌累積、土壤理化性狀劣化和根系分泌物的自毒作用導致的[4-7]。

不同作物吸收養(yǎng)分的種類、數量和所需環(huán)境的酸堿度不同，因此不同作物輪作可以均衡土壤養(yǎng)分、土壤酸堿度，避免某種鹽分的過量積累和偏酸化[2]。本試驗結果表明，單一的西瓜-辣椒輪作不能有效解決土壤酸化和次生鹽漬化的問題，這與王濤等[8]關于番茄和黃瓜輪作能有效防止日光溫室黃瓜長期連作導致的土壤酸化，降低土壤EC值的結論恰好相反。但是西瓜-草菇-辣椒輪作，由于草菇的喜堿性環(huán)境，在生產添加大量的石灰有效防止了土壤的酸化；同時由于生產草菇后大量廢料變成了有機肥料，能夠有效防止土壤次生鹽漬化和硝酸鹽積累，降低土壤EC值、減輕鹽類危害。

研究認為：細菌性土壤向真菌型土壤轉變是連作障礙的主要特征，隨著連作年限的增加，土壤的真菌數量顯著增加，細菌和放線菌數量顯著減少[9-10]。本試驗結果表明：通過西瓜-草菇-辣椒輪作，使得土壤細菌和放線菌數量增加，真菌數量減少，有利于消除土壤連作障礙對土壤微生物環(huán)境的影響。

輪作可以有效避免同類病原菌的營養(yǎng)來源，而不同輪作模式對解除設施西瓜連作障礙的效果不同。本試驗結果表明：(1)實行2種輪作模式后，土壤中的細菌均有所上升，這與趙娜等[11]的結論一致，輪作能有效增加土壤可培養(yǎng)細菌的數量。而吳宏亮等[12]通過西瓜與花豆、辣椒、南瓜輪作發(fā)現，只有西瓜辣椒輪作模式細菌數量比對照(連作)低，其余輪作模式都能增加土壤中可培養(yǎng)細菌的數量，這與筆者的研究結果相悖。(2)2種輪作模式的真菌數量都有不同程度的下降，有利于消除土壤中的真菌性病害，緩解連作障礙。(3)西瓜-草菇-辣椒輪作模式土壤放線菌數量的增加，而西瓜-辣椒輪作模式中土壤放線菌的數量是逐漸降低的，這與趙娜等[11]的結論(輪作放線菌數量的變化呈現無規(guī)律的波動)不一致，而與吳宏亮等[12]的結論相反，有待進一步論證。

綜合考慮，在設施條件下，采用西瓜-草菇-辣椒輪作模式有利于設施土壤連作障礙的消減，土壤理化性質的恢復和微生物種群的平衡，有利于蔬菜生長發(fā)育和產量的提高，創(chuàng)造更高的生態(tài)和經濟效益。

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(責任編輯：曾小軍)

Effect of Watermelon-Straw Mushroom-Pepper Rotation on Relieving Continuous Cropping Obstacle of Watermelon in Greenhouse

ZHANG Li-jie1, ZHOU Ling-ling1, JIANG Ruo-yong1, TIAN Fu-fa1, LIU Jin-bing1,2*

(1. Agricultural Sciences Institute of Suqian, Jiangsu Academy of Agricultural Sciences, Suqian 223800, China;2. Institute of Vegetables, Jiangsu Academy of Agricultural Sciences, Nanjing 210014, China)

Abstract：This paper studied the effect of relieving continuous cropping obstacle about watermelon-pepper rotation and watermelon-straw mushroom-pepper rotation, which was based on the problem of continuous cropping obstacle of Watermelon. The results showed that the soil pH-value was increased 0.43, EC-value was decreased by 52.94%, organic matter content was improved 51.92%. the bacterial number was increased 2700000 cfu/g soil, the population of actinomycetes was increased 620000 cfu/g soil, and the fungi amount was decreased 45600 cfu/g soil after watermelon-straw mushroom-pepper rotation. Comparing with watermelon-pepper rotation mode, the watermelon-straw mushroom-pepper rotation mode could significantly increased the growth and development index of pepper, and the yield were increased by 15.6%, the net income was increased 45000 yuan/hm2, the economic profit was also remarkable improved. Therefore, watermelon-straw mushroom-pepper rotation mode was more beneficial to prevent soil acidification and secondary salinization, improve organic matter content, increase the number of bacillus and actinomyces in soil, decrease the population of pathogenic fungi, improve the soil physical chemistry property, recovery the number of soil microbial population, and eliminate the effect of continuous cropping obstacle.

Key words：Greenhouse; Rotation; Continuous cropping obstacle; Soil physical and chemical property; Microbial community

收稿日期：2015-08-21

基金項目：江蘇省農業(yè)科技自主創(chuàng)新基金項目[CX(13)3027]；江蘇省宿遷市2015年農業(yè)科技自主創(chuàng)新項目[SQCX2015-03]。

作者簡介：張黎杰(1982─)，女，河南開封人，助理研究員，碩士研究生，主要從事設施蔬菜、食用菌栽培及遺傳育種。*通訊作者：劉金兵。

中圖分類號：S626.4

文獻標志碼：A

文章編號：1001-8581(2016)04-0011-04