设施甜瓜秧蔓还田对下茬豇豆根系和制种产量的影响

2023-03-30郭智勇谢利芬王红宾于海培

中国瓜菜 2023年3期

郭智勇，谢利芬，王红宾，于海培

（安阳市农业科学院河南安阳 455000）

以山东、河南为代表的华北平原产区的规模优势正在逐步突显，已经发展成为全国最大的甜瓜主产区[1]。连作种植和化肥、农药过量施用导致了设施甜瓜土壤质地恶化、病害严重，甜瓜产量和质量下降[2]。土壤是植物生长的根基，土壤环境恶化已成为制约我国设施甜瓜生产的主要障碍因子。盐渍化影响更大一些。提升设施土壤质量，核心是调控土壤微生物。采用秸秆还田、土壤增施调理剂等措施，可在不同程度上改善土壤物理性质[3]。瓜菜产业的快速发展也产生了大量含水量高、不易运输的废弃物，受经济、技术水平和废弃物资源化处置、利用条件的限制，大量的废弃物未被合理处置利用，而是被随意堆放腐烂，污染环境，排放大量温室气体。瓜菜废弃物的无害化处理与资源化利用是目前相关研究的热点，直接还田处理是近年来研究较多的处理方式之一。

瓜菜秸秆还田对改良土壤性质、减少化肥使用量、实现农业的可持续发展等具有积极意义[4]，但瓜菜秸秆还田对下茬作物是否安全有待于具体研究。番茄和辣椒新鲜秸秆还田处理对部分蔬菜幼苗生长有抑制作用[5]；甜椒、番茄和黄瓜秸秆还田可降低土壤容重，提高土壤pH 值及有机质、碱解氮、速效磷、速效钾的含量，增强土壤酶活性，促进黄瓜植株生长，提高果实产量，改善黄瓜品质[6]。番茄秸秆和甘蓝叶残体配施菌剂还田能够有效促进土壤腐殖质和胡敏酸含量增加[7]。目前我国对瓜菜废弃物还田后对下茬作物和土壤环境影响的研究还比较少，缺少对瓜菜废弃物还田技术的综合评价体系、还田操作规范化程度不够、还田受机械化程度制约、秸秆资源化利用宣传力度不足等问题依然存在[8]。

设施甜瓜-豇豆茬口是设施蔬菜重要模式之一，目前甜瓜生产结束后秧蔓如何有效处理成为影响产地环境的急需解决的问题，随着多年种植，根腐病愈来愈成为影响当地豇豆制种生产的重要因素。针对此问题，笔者进行了大棚甜瓜秧蔓还田对下茬豇豆根系生长及制种产量影响的研究，以期为大棚甜瓜秧蔓处理和甜瓜-豇豆种植模式推广提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

甜瓜品种为天津德瑞特种业有限公司生产的博洋9 号，豇豆品种为安阳市农业科学院生产的安豇长青。甜瓜秧蔓腐熟剂为中农绿康（北京）生物技术有限公司蔬菜的有机物料（秸秆型）腐熟剂，有效菌种名称分别为枯草芽孢杆菌、酿酒酵母、绿色木霉，有效活菌数≥5.0 亿CFU·g-1，参照产品说明书用量为667 m2施用2 kg。

1.2 试验方法

试验于2021 年3－10 月在安阳市农业科学院永和试验基地大棚内进行，大棚长120 m，宽8 m，棚龄6 年，土质为潮土，常年种植茬口为春季甜瓜-秋季豇豆。甜瓜2021 年3 月5 日栽苗，667 m2栽苗2000 株，7 月13 日拔秧，7 月14 日秧蔓还田。试验棚从中间分开，南半部为处理（甜瓜秧蔓直接还田），北半部为对照（甜瓜秧蔓未还田）。秧蔓还田和不还田地块分别设随机区组试验，3 次重复，小区长3.50 m，宽1.50 m，面积5.25 m2。甜瓜秧蔓还田区操作步骤如下：解下吊绳，揭除地膜，小区甜瓜秧蔓分别称质量后均匀平铺于地表，小区外甜瓜秧蔓作为保护行同样平铺于地表。然后用秸秆粉碎机械将甜瓜秧蔓就地粉碎，将腐熟剂撒施于粉碎的秧蔓上。用旋耕机翻耕并混合均匀，整平土地。还田与未还田地块同时灌足水分，地面覆盖薄膜，密闭大棚所有通风口进行高温闷棚14 d。闷棚结束后，通风排湿，整地，7 月31 日种植豇豆，穴距35 cm，每穴2 株，行距75 cm。豇豆生长期间雨水较往年偏多，试验棚内处理与对照均有雨水漫过；处理与对照管理措施相同，均未施用药剂防治豇豆根腐病。10 月23 日进行小区豇豆种子测产，对小区豇豆根系取样测量并进行根腐病调查。

1.3 根系取样方法和测定项目

豇豆主根长度和根系干质量取样调查方法如下：每小区随机取3 穴（6 株）豇豆根系，每穴豇豆根部挖取地表面积30 cm×30 cm、地表下20 cm 土壤内根系。根系取样后用卷尺测量主根长，风干7 d后用天平测量根干质量。

豇豆根腐病取样调查方法如下：每小区随机如上挖取10 穴（20 株）豇豆根系调查，按病情严重度将病情分6 级：0 级，无病；l 级，根茎部表皮见病斑；2 级，表皮发红；3 级，表皮一半腐烂；4 级，表皮全部腐烂；5 级，病害深达髓部，植株死亡。病株率、病情指数按以下公式进行计算：

1.4 数据统计与分析

采用Excel 2007 进行数据整理，采用SPSS 26.0 进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 甜瓜秧蔓还田对下茬豇豆根系长势的影响

由图1 可以看出，甜瓜秧蔓还田处理豇豆主根明显长于对照（甜瓜秧蔓未还田）豇豆主根。由表1可知，与对照相比，甜瓜秧蔓还田处理后种植的豇豆平均主根长为21.9 cm，平均根干质量为2.066 g·株-1，均极显著高于对照，分别增加63.43%、59.54%。表明甜瓜秧蔓还田处理可以极显著提高下茬豇豆的主根长。

表1 甜瓜秧蔓还田对下茬豇豆根系长势的影响

图1 主根长度与根腐病症状

2.2 甜瓜秧蔓还田对下茬豇豆根腐病的影响

由图1、表2 可以看出，甜瓜秧蔓还田处理豇豆根腐病显著轻于对照，甜瓜秧蔓还田处理豇豆根腐病病株率为28.33%，病情指数为5.67；而对照豇豆根腐病病株率和病情指数分别为100%、48.67，是甜瓜秧蔓还田处理豇豆根腐病的3.53、8.58 倍。因此，甜瓜秧蔓还田处理豇豆根腐病发病程度极显著低于对照，说明甜瓜秧蔓还田处理可极显著减轻下茬豇豆根腐病的发生程度。

表2 甜瓜秧蔓还田对下茬豇豆根腐病的影响

2.3 甜瓜秧蔓还田对下茬豇豆种子产量的影响

由表3 可知，甜瓜秧蔓还田后种植豇豆，豇豆种子产量与甜瓜秧蔓未还田处理（CK）相比差异显著；下茬豇豆种子小区产量0.560 kg（折合667 m2产量71.15 kg），极显著高于对照小区产量0.353 kg（折合667 m2产量43.20 kg），提高58.64%，表明甜瓜秧蔓还田处理可以极显著提高下茬豇豆的种子产量。

表3 甜瓜秧蔓还田对下茬豇豆种子产量的影响

由表4 可知，豇豆种子产量与豇豆主根长、根干质量相关系数均为0.995，说明豇豆种子产量与与豇豆主根长、根干质量呈极显著正相关；豇豆种子产量与豇豆根腐病病株率、病情指数相关系数分别为-0.971、-0.985，说明豇豆种子产量与豇豆根腐病病株率、病情指数均呈极显著负相关。

表4 豇豆种子产量与豇豆主根长、根干质量及根腐病病株率、病情指数的相关性

以上数据说明，甜瓜秧蔓配施微生物菌剂还田处理后种植豇豆，可以降低豇豆根腐病病株率和病情指数、增加豇豆主根长和根干质量，从而提高豇豆种子产量，且与甜瓜秧蔓未还田处理相比差异极显著。豇豆主根长、根干质量、根腐病病株率、病情指数均对豇豆种子产量有极显著影响，甜瓜秧蔓还田处理大幅提高了下茬豇豆种子产量。

3 讨论

根系是植物获得矿质营养的主要器官，“根深叶茂”表明了地下根系对植物地上部的重要作用，健壮的根系对植物高效吸收养分至关重要[9]。土传病害对植物根系的生长发育具有重要影响，而根际是土传病原物入侵作物根系的必经之路[10]。前人研究表明，根际微生物防控土传病害效果显著[11-12]。根际微生物通过占据根际生境中更多的生存空间、消耗有限的营养物质、产生对土传病原菌有抑制作用的活性代谢产物、诱导植物产生系统抗性等机制在土传病害防控中发挥重要作用[13]。还有研究表明，蔬菜废弃物还田在改善土壤理化和生物特性的同时优化作物的根区环境，促进下茬植株生长发育，提高产量[14]。番茄产量与土壤放线菌数量存在很强的正相关性，番茄秸秆还田配施含有枯草芽孢杆菌、酿酒酵母、绿色木霉等菌种的菌剂处理，可显著提高土壤有益菌放线菌的数量，从而减轻了土传病害的发生，达到增产效果[15]。随着种植年数的增加，根腐病会成为影响豇豆生产的重要因素，一般病株率在25%～40%，严重的在60%以上，豇豆根腐病的发生与气候、管理等有密切关系，其中温度、降雨量为主要影响因子，29～30 ℃、多雨气候环境下发病重。秋豇豆遇多雨季节可造成根腐病严重发生，严重地块株发病率可达100%，死株率可达70%以上[16]。豇豆根腐病病情指数越高，豇豆产量越低；根腐病情指数每增加l%，每667 m2豇豆产量将减少22.8 kg[17]。芽孢杆菌对豇豆根腐病具有较强的抑制作用[18]，秸秆腐解物可为土壤生物提供不同的碳源和能源，维持土壤微生物群落多样性，改善土壤理化性质，提高多种土壤酶的活性，从而提高土壤供肥能力，促进豇豆根系生长、吸收更多养分，进而提高豇豆幼苗叶片叶绿素含量和抗氧化能力，有利于豇豆幼苗生长发育[19]。

笔者的试验结果表明，甜瓜秧蔓还田处理豇豆根腐病病株率28.33%、病情指数5.67；甜瓜秧蔓未还田病株率100%、病情指数48.67，分别为甜瓜秧蔓还田处理的3.53、8.58 倍；豇豆平均主根长21.9 cm、根干质量2.066 g·株-1，极显著高于甜瓜秧蔓未还田平均主根长13.4 cm、根干质量1.294 g·株-1；豇豆种子每667 m2产量71.15 kg，极显著高于对照甜瓜秧蔓未还田处理每667 m2产量44.85 kg，这与孙小妹等[13]研究结果具有类似的趋势。可能是由于甜瓜秧蔓还田处理时施入的腐熟剂中含有的枯草芽孢杆菌、绿色木霉、酿酒酵母等多种活性微生物综合作用下的效果。其中枯草芽孢杆菌可以降解纤维素[20]，对菜豆根腐病病原菌有较强的抑制作用，且能促进根系的发育[21]；绿色木霉能够有效降解纤维素类物质、强烈抑制病原菌并显著提高植物抗病性[22]；酿酒酵母可以加快秸秆的腐熟过程[23]。甜瓜秧蔓配施腐熟剂还田，促进了甜瓜秧蔓快速腐解，腐解物为土壤微生物活动和扩繁提供了碳源和能源，使枯草芽孢杆菌、绿色木霉、酿酒酵母等占据了豇豆根际大量生存空间，产生的代谢产物对土传病原菌具有抑制作用，同时诱导植物产生系统抗性。在以上综合因素作用下，土壤有益微生物控制了豇豆根腐病病原菌生存空间，从而根腐病发病显著低于对照；健壮的根系吸肥能力更强，因此甜瓜秧蔓还田处理豇豆种子产量显著高于甜瓜秧蔓未还田豇豆种子产量。笔者试验过程中未施用药剂防治豇豆根腐病，甜瓜秧蔓未还田处理豇豆根腐病发病较往年偏重的原因可能与试验期间遇多次大雨有关，雨水经大棚放风口进入试验地块，致豇豆根腐病病情程度较重。笔者的试验结果具有一定的研究意义，但试验条件存在一定局限性，需要今后进行重复试验加以验证，以提高试验结果的代表性。