摘 要： 西瓜生產(chǎn)中的連作種植導(dǎo)致產(chǎn)量和品質(zhì)下降已引起廣泛關(guān)注，有關(guān)肥料在緩解西瓜連作障礙中的應(yīng)用及研究也越來越多。系統(tǒng)闡述了西瓜連作的危害，從不同肥料對西瓜品質(zhì)，西瓜連作地土壤微環(huán)境及微生物區(qū)系變化等角度，介紹了不同肥料對西瓜連作障礙的影響，并對西瓜連作障礙領(lǐng)域的研究及技術(shù)發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞： 西瓜； 連作障礙； 土壤微生物； 肥料

西瓜（Citrullus lanatus）是深受消費(fèi)者喜愛的水果之一， 也是我國重要的經(jīng)濟(jì)作物，我國西瓜年栽培面積居世界第1。然而，我國農(nóng)村土地聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制的實(shí)行及工業(yè)、城鎮(zhèn)發(fā)展，路橋建設(shè)使得每個農(nóng)戶土地面積有限，輪作難以實(shí)施。隨著經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)動，耕地的有限性及生產(chǎn)栽培結(jié)構(gòu)的約束，西瓜連作面積逐年增加，而西瓜本身忌連作，因此連作障礙日益嚴(yán)重，最終使得土壤微生物和無機(jī)成分的自然平衡受到破壞，土壤病菌得到發(fā)展，導(dǎo)致土壤病害蔓延，從而嚴(yán)重影響了西瓜生產(chǎn)連作障礙成為制約西瓜生產(chǎn)的主要因素，特別是設(shè)施栽培。

近年來，國內(nèi)外眾多學(xué)者在西瓜連作障礙的產(chǎn)生及調(diào)控方面進(jìn)行了大量研究探討，有關(guān)連作障礙影響因子的研究已取得較大進(jìn)展。造成連作障礙的主要原因之一是土壤質(zhì)量下降，而土壤質(zhì)量下降與施肥有著直接關(guān)系，不同種類肥料會對連作地微生物區(qū)系和土壤酶活性產(chǎn)生重要影響[1]。筆者從連作對土壤理化性質(zhì)、土壤生物學(xué)環(huán)境及西瓜品質(zhì)等方面總結(jié)了西瓜連作障礙的危害，并從不同肥料對西瓜品質(zhì)，西瓜連作地土壤微環(huán)境及微生物區(qū)系變化等角度，介紹了不同肥料在克服西瓜連作障礙方面的最新研究成果，以期為推動我國西瓜栽培學(xué)學(xué)科發(fā)展和西瓜生產(chǎn)提供理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。

1 連作障礙對西瓜生產(chǎn)的危害

同一植物或近緣植物連作以后，即使在正常管理情況下，也會出現(xiàn)生育狀況變差、病蟲害嚴(yán)重、產(chǎn)量降低、品質(zhì)變劣的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為連作障礙（Continuous cropping obstacles）。日本稱這類問題為忌地現(xiàn)象，歐美國家則稱之為再植病害（Replant disease）或再植問題（Replant problem）[2]。連作障礙已經(jīng)成為制約包括西瓜在內(nèi)多種農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)提高的重要因素。

1.1 西瓜連作造成土壤理化性狀改變

有研究[3]表明，隨著種植年限的增加及農(nóng)民為追求高效益而盲目施肥，特別是氮肥的大量施用，使得土壤有機(jī)質(zhì)含量偏低，最終導(dǎo)致土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)被破壞，土壤板結(jié)加重。在設(shè)施栽培中，肥料投入量一般是露地施肥量的3～5 倍，有的高達(dá)10 倍，其中主要是氮素化肥及未腐熟的人糞尿、含氯化肥等的施用，使剩余的鹽分不能隨雨水淋溶而積聚在土壤表層，導(dǎo)致大棚土壤含鹽量明顯高于露地0.3%，有的甚至高于0.5%，土表發(fā)白起“鹽蒿”，產(chǎn)生土壤次生鹽漬化[4-5]。土壤鹽漬化的產(chǎn)生加速了西瓜枯萎病的發(fā)生，特別是在苗期危害最為嚴(yán)重。此外，連續(xù)在同一塊田種植同一種或同一類作物，作物根系產(chǎn)生的分泌物及其在生長過程中大量吸收消耗正離子元素，促使土壤酸度增加及土壤理化性狀發(fā)生變化，并迅速減少土壤中拮抗微生物，西瓜枯萎病等嗜酸性土傳病原微生物迅速增加，最終導(dǎo)致西瓜枯萎病日益嚴(yán)重而減產(chǎn)[3]。如西、甜瓜的根系能分泌有機(jī)酸，因此西、甜瓜如多年連作，因根酸聚集較多，影響其根系對養(yǎng)分與水分的吸收，導(dǎo)致土壤酸化及土壤養(yǎng)分失衡，從而抑制瓜苗生長，引起植株生長勢減弱， 果實(shí)變小而減收[6]。

1.2 西瓜連作造成土壤生物學(xué)環(huán)境破壞

連作導(dǎo)致土壤生物學(xué)環(huán)境發(fā)生變化，其中土壤微生物區(qū)系及土壤酶活性是衡量土壤生物學(xué)環(huán)境質(zhì)量的主要因子。土壤酶是表征土壤中物質(zhì)能量代謝旺盛程度和土壤質(zhì)量水平的一個重要生物指標(biāo)[7]。有研究表明不同連作年限的土壤，土壤酶活性表現(xiàn)了不同程度的變化規(guī)律。連續(xù)種植20年的土壤，其蛋白酶與多酚氧化酶活性均表現(xiàn)為先升高后降低的變化趨勢；隨著連作年限增加土壤中脲酶活性逐漸降低，而蔗糖酶活性卻隨著連作年限的增加而增強(qiáng)[8]。此外，土壤微生物通過繁殖與代謝，參與土壤的物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程。Smalla 等[9]在研究中指出，根際土壤微生物群落結(jié)構(gòu)變化因連作作物種類不同（馬鈴薯、草莓和油菜）而異，這種變化均在連作1年后表現(xiàn)更為突出。連作導(dǎo)致土壤微生物數(shù)量發(fā)生較大變化，具體表現(xiàn)為：（1）微生物的總量減少；（2）細(xì)菌數(shù)量明顯下降，而真菌數(shù)量增加，即土壤微生物區(qū)系由“細(xì)菌型”向“真菌型”轉(zhuǎn)化 ；（3）放線菌數(shù)量變化不大，或呈降低趨勢[10]。西瓜連作導(dǎo)致土壤中有益微生物類群減少，而不利微生物類群增加，其中尖孢鐮刀菌（Fusarium oxysporum）遠(yuǎn)高于常規(guī)田塊的土壤，并與西瓜枯萎病發(fā)病率呈明顯的正相關(guān)，從而對植株正常的生命活動產(chǎn)生不利影響[11]。隨著西瓜種植在全國范圍內(nèi)的不斷增加，其生產(chǎn)規(guī)?；?、專業(yè)化的快速發(fā)展，使得西瓜連作現(xiàn)象日益普遍，對土壤環(huán)境破壞日益嚴(yán)重，從而導(dǎo)致產(chǎn)量和品質(zhì)下降，成為制約西瓜生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。

2 不同種類肥料及配比對西瓜連作障礙的影響

目前，對于連作障礙尚無簡潔有效的解決方法，雖然嫁接在西瓜連作種植中發(fā)揮了積極作用，但由于其工序多和勞動力的增加導(dǎo)致成本不斷增加。合理有效的施肥在改善土壤理化性質(zhì)及微生態(tài)環(huán)境中發(fā)揮著重要作用，因此通過施肥措施的調(diào)整可以有效緩解蔬菜作物的連作障礙[12]。當(dāng)前用于西瓜生產(chǎn)的肥料種類繁多，大體可歸納為無機(jī)肥、農(nóng)家肥、商品有機(jī)肥及生物有機(jī)肥等。

2.1 不同種類肥料對土壤理化性質(zhì)的影響

化肥是西瓜生產(chǎn)中應(yīng)用最普遍的一種肥料，然而長期施用化肥會導(dǎo)致土壤板結(jié)及土壤次生鹽漬化等理化性質(zhì)的改變[3，4]，因此有機(jī)肥作為我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要肥料品種被廣泛研究和應(yīng)用。研究表明，增施有機(jī)肥料能促進(jìn)作物生長、培肥地力、增強(qiáng)作物抗性[13-14]。對玉米秸稈還田的研究表明大多數(shù)有機(jī)物中C/N較大，進(jìn)一步腐熟，土壤微生物可吸取土壤溶液中的氮素，并暫時加以固定，從而降低了土壤溶液的鹽分濃度和滲透壓，緩解土壤鹽害[15]。在西瓜連作障礙的研究中，楊冬艷等[16]亦指出，施用有機(jī)肥處理的土壤鹽分含量、速效氮低于化肥，有機(jī)質(zhì)、速效磷鉀含量高于化肥處理，而菌肥處理的土壤肥力指標(biāo)在西瓜結(jié)果初期表現(xiàn)最高，其他時間處于中等水平。有研究表明施用酵素菌肥或生物發(fā)酵雞糞配合沼肥等生物肥料， 均可降低土壤EC值，減輕土壤鹽漬化程度[17]，而且動物糞肥的增施有利于土壤CO2含量提高，從而促進(jìn)土壤呼吸[18]，這都為研究農(nóng)家肥及生物有機(jī)肥在改善西瓜連作地土壤理化性質(zhì)方向提供了可靠的參考價值。

2.2 不同種類肥料對土壤微生物的影響

微生物多樣性是表征土壤質(zhì)量變化的敏感指標(biāo)。有研究指出，裸地條件下，肥料合理配施可以增強(qiáng)微生物對碳源的利用程度（AWCD），顯著增加微生物功能多樣性（Shannon指數(shù)）[19]，施用生物有機(jī)肥可明顯提高土壤微生物對碳源的利用率，尤其是土壤中的羧酸、胺類和其他類碳源等[20]。這表明生物有機(jī)肥的施用能增加土壤微生物利用碳源能力，從而改善微生物營養(yǎng)條件，使微生物保持較高活性，提高土壤微生物多樣性。有機(jī)肥對連作西瓜生長和土壤微生物區(qū)系的影響的研究表明：施入有機(jī)肥料（動物糞便和植物殘體混合物）后，土壤中有益的細(xì)菌、放線菌數(shù)量顯著增加，定植30 d 時，可有效減少病原性真菌的數(shù)量，細(xì)菌、放線菌變?yōu)閮?yōu)勢菌群，增強(qiáng)了連作西瓜抗性，減少了病害的發(fā)生[21]。Hong-sheng Wu等[22]指出，含有拮抗微生物的生物有機(jī)肥可以有效抑制尖孢鐮刀菌的繁殖，從而降低西瓜枯萎病的發(fā)生?？梢?，生物有機(jī)肥可以有效改善連作西瓜地土壤微生物群落，增加土壤微生物多樣性進(jìn)而促進(jìn)西瓜的生長。

2.3 不同種類肥料對土壤酶活性的影響

有機(jī)肥含有多種酶及影響酶活性的底物。大量研究表明，施用有機(jī)肥影響土壤中蛋白酶、磷酸酶、淀粉酶等多種酶的活性[23-26]。有機(jī)肥及有機(jī)肥與無機(jī)肥混施對西瓜生長期土壤酶活性的影響不同。施用有機(jī)肥激發(fā)了土壤磷酸酶活性，土壤磷酸酶活性出現(xiàn)先升高再降低、升高的變化趨勢；施用生物有機(jī)肥刺激了土壤脲酶活性，有機(jī)肥處理提高了土壤呼吸強(qiáng)度，但隨處理時間的延長，并不能長期維持下去，土壤脲酶活性和呼吸強(qiáng)度都有下降趨勢[27]。呂衛(wèi)光等在研究商品有機(jī)肥與商品有機(jī)肥和尿素混施對西瓜生長期土壤酶活性的影響中指出：施用尿素和如皋有機(jī)肥（以動物毛發(fā)為原料）、上海有機(jī)肥（以雞糞為原料）的土壤過氧化氫酶活性降低， 而施用常熟有機(jī)肥（以豬糞為原料） 處理的土壤21 d前過氧化氫酶活性高于對照；施肥后土壤磷酸酶活性表現(xiàn)為先升高后降低、升高的變化趨勢；而土壤脲酶、蛋白酶活性先升高后逐漸減弱。這些結(jié)果表明施用有機(jī)肥能顯著提高土壤酶活性，從而提高土壤肥力，緩解西瓜連作障礙[27-28]。

2.4 不同種類肥料對西瓜生長及品質(zhì)的影響

西瓜連作障礙導(dǎo)致西瓜生長發(fā)育不良，品質(zhì)下降[5]，然而科學(xué)的施肥方式可以有效提高西瓜品質(zhì)及抗病性，從而改善西瓜連作障礙引起的品質(zhì)下降問題[29]。

2.4.1 不同種類肥料對西瓜生長和品質(zhì)的影響 西瓜果實(shí)中可溶性固形物含量是檢測其品質(zhì)的重要指標(biāo)，而硝酸鹽含量則是西瓜果實(shí)中重要的有害物質(zhì)檢測指標(biāo)。長期過量施用化肥使果實(shí)可溶性固形物含量下降，硝酸鹽含量增高[30]，并且西瓜中硝酸鹽含量與氮肥施用水平呈正相關(guān)關(guān)系，雖然氮肥的施用有助于西瓜產(chǎn)量增長，但不顯著，因此氮肥的大量施用導(dǎo)致西瓜品質(zhì)下降并影響人體健康[31]。

單施有機(jī)肥比單施化肥可顯著提高西瓜可溶性固形物含量，降低硝酸鹽含量，能有效改善西瓜的品質(zhì)[32]。然而，由于有機(jī)肥肥效長，從分解到供應(yīng)有一個緩慢的過程，因此植株前期生長勢偏弱，不僅影響雌花分化質(zhì)量，而且影響坐果率，而到了果實(shí)膨大期又不能滿足西瓜果實(shí)對肥水的快速大量需求，從而導(dǎo)致單果質(zhì)量小，產(chǎn)量顯著偏低，影響西瓜生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益[33]。

生物有機(jī)肥既含有作物所需的大量元素和中、微量元素，又含有腐植酸、氨基酸、核酸、糖、脂肪等各種有機(jī)養(yǎng)分，還含有大量的有益微生物及其產(chǎn)生的酶和大量的生理活性物質(zhì)，因此能刺激植物根系生長，提高葉片光合能力，對提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，保持營養(yǎng)風(fēng)味具有獨(dú)特效果。大量研究表明：微生物制劑能顯著增加連作西瓜的莖長、莖粗、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量和生物產(chǎn)量等生長指標(biāo)[34-35]；顯著增高葉綠素、類胡蘿卜素、可溶性糖、可溶性固形物以及Vc含量等；且顯著降低硝態(tài)氮含量；減少了炭疽病、枯萎病和蔓枯病發(fā)生，有效提高了西瓜的抗病性，對連作障礙起到了明顯的抑制作用[36-38]。

化肥和有機(jī)肥各有其優(yōu)缺點(diǎn)，因此栽培中為了確保西瓜優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)，在增施有機(jī)肥的同時，配施一定量的高效復(fù)合肥，在改善西瓜品質(zhì)的同時也顯著提高了西瓜產(chǎn)量。有研究報道，有機(jī)肥與化肥合理配施，不僅能有效提高西瓜可溶性固形物含量，降低硝酸鹽含量，顯著提高西瓜的坐果率及抗逆性，同時能促進(jìn)西瓜對鉀的吸收利用，提高西瓜的糖度和食用率[39]。有機(jī)、無機(jī)肥料相互補(bǔ)充，既能充發(fā)揮有機(jī)肥養(yǎng)分齊全、肥效持久的優(yōu)勢，又能利用無機(jī)化肥養(yǎng)分集中、肥效快的特點(diǎn)，進(jìn)而達(dá)到提高西瓜產(chǎn)量和品質(zhì)的目的，同時對生態(tài)和環(huán)境保護(hù)也有重要意義。

2.4.2 不同肥料用量對西瓜生長和品質(zhì)的影響 施肥可以顯著改善西瓜品質(zhì)，但是西瓜品質(zhì)的提高并不隨著施肥量的增加而增加，過量施肥不僅對土壤的生態(tài)環(huán)境有害，而且會降低西瓜品質(zhì)，因此合理的施肥量在改善西瓜品質(zhì)方面有著重要作用。有研究表明西瓜產(chǎn)量和果實(shí)中維生素C、可溶性糖及硝酸鹽含量等指標(biāo)在一定范圍內(nèi)隨著施肥水平的提高而提高，但在肥水過剩的條件下，西瓜產(chǎn)量和品質(zhì)又呈下降趨勢[29]。有研究表明，降低氮肥用量能顯著減少西瓜中硝酸鹽含量，減氮的同時增施鉀肥有助于進(jìn)一步降低西瓜中硝酸鹽含量[40]；增施鉀肥比增施氮肥增產(chǎn)的幅度明顯，而且在提高鉀肥施用量時，氮肥與鉀肥配合施用有明顯的增產(chǎn)效果[41]。同時，提高鉀肥施用量可以顯著提高西瓜可溶性糖含量，因此，配方施肥可以有效提高西瓜產(chǎn)量和品質(zhì)[42-43]。需注意的是，在配方施肥中，有機(jī)肥雖能改善西瓜品質(zhì)，但并不是有機(jī)肥比例越大其效果越好，只有當(dāng)有機(jī)肥比例適宜時，其作用效果才會更好[44]。

3 展 望

西瓜連作造成土壤理化性質(zhì)及土壤生態(tài)環(huán)境惡化，最終導(dǎo)致西瓜品質(zhì)下降，同時由于我國西瓜連作面積日益增加，因此其成為制約西瓜產(chǎn)量和質(zhì)量提升的關(guān)鍵因素之一。目前，雖然西瓜栽培措施及生產(chǎn)技術(shù)的提高使得西瓜連作得以實(shí)現(xiàn)，然而連作年限最多達(dá)4年，隨后連作障礙引起的土壤生態(tài)環(huán)境惡化及西瓜品質(zhì)下降等問題日益突出。因此，消除西瓜連作障礙的方法成為西瓜生產(chǎn)中亟待解決的問題。目前對于徹底解決西瓜連作障礙尚沒有行之有效的方法，但是實(shí)踐表明，施肥可以緩解西瓜連作帶來的問題。

雖然在肥料對緩解西瓜連作障礙方面的研究已取得顯著進(jìn)展，但是對不同種類肥料在抑制連作障礙中具體的作用機(jī)理還不確定，而且不同種類肥料對改善連作西瓜土壤生態(tài)環(huán)境的貢獻(xiàn)及機(jī)制亦不相同，這些均需要進(jìn)一步研究與明確。當(dāng)前，從土壤微生態(tài)調(diào)控角度開發(fā)出相應(yīng)的微生物調(diào)控肥料、生物農(nóng)藥并解決其效果難以持久的問題，以及制定出合理的施肥配方是緩解西瓜連作障礙的有效方法之一。然而，施肥緩解西瓜連作障礙的效果畢竟有限，因此在合理施肥的基礎(chǔ)上配合其他栽培制度可以更好地抑制西瓜連作帶來危害。輪作與西瓜不同種屬的作物根系能夠分泌出抑制西瓜病原菌生長繁殖的物質(zhì)，從而抑制西瓜病害的發(fā)生并成為解決西瓜連作障礙最有效的方法。然而，在目前的西瓜生產(chǎn)模式下，輪作難以實(shí)現(xiàn)，因此倒茬成為緩解西瓜連作障礙的又一措施?？梢灶A(yù)見，合理施肥與倒茬結(jié)合將會更有效地緩解西瓜連作障礙。因此，對倒茬作物的選擇以及合理施肥與倒茬結(jié)合對西瓜連作障礙的影響和作用機(jī)理的研究將為進(jìn)一步解決西瓜連作障礙提供可靠的理論依據(jù)。可以相信，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和西瓜栽培管理體系的不斷完善，西瓜連作障礙問題必將會得到解決，達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會效益的和諧統(tǒng)一。

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