阿衣加瑪麗·庫都熱提　張以和

摘 要： 隨著集約化種植程度的不斷提高，作物連作障礙嚴重制約了農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。甜瓜是非常典型的連作障礙極為嚴重的作物，甜瓜連作會導致植株生長發(fā)育緩慢，病蟲害發(fā)生加重，產(chǎn)量及品質(zhì)下降，嚴重時甚至導致作物絕產(chǎn)。筆者綜述了甜瓜連作障礙的危害、成因及消減技術(shù)，總結(jié)了近幾年來相關(guān)領(lǐng)域的最新防治方法，并對甜瓜連作障礙的修復方向進行了展望，以期為緩解甜瓜連作障礙的生產(chǎn)實踐提供參考。

關(guān)鍵詞： 甜瓜;連作障礙;化感作用;尖孢鐮刀菌

中圖分類號：S652? ? 文獻標志碼：A? ? 文章編號：1673-2871（2020）05-001-05

Abstract： With the increasing of intensive planting， the obstacles of continuous cropping have seriously restricted the sustainable development of agriculture. Muskmelon is one of the typical crops with serious obstacles to continuous cropping. Continuous cropping of muskmelon will lead to slow growth， yield reduction， and more diseases. We reviewed the hazards， causes and recovery techniques of continuous cropping obstacle of muskmelon. We summarized the latest prevention methods in related fields， and discussed future prospects， to provide references for the production practice of muskmelon continuous cropping.

Key words： Muskmelon; Continuous cropping; Allelopathy; Fusarium oxysporum

甜瓜別稱香瓜、哈密瓜，富含維生素、蛋白質(zhì)、水分、礦物質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)，加之銷量和經(jīng)濟效益高，已成為我國廣泛種植的水果。2016年，甜瓜在青海和西藏試種成功之后，在全國的種植范圍已覆蓋31個省（區(qū)、市）[1]。2018年，我國全國甜瓜種植面積約53萬hm2，年產(chǎn)量1 610萬t[2]，仍保持世界首位。近年來，隨著高投入、高產(chǎn)量的集約化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，甜瓜連作障礙問題已成為制約農(nóng)民增收的關(guān)鍵因素，筆者概述了甜瓜連作障礙的危害、成因及修復措施，并結(jié)合國內(nèi)外最新研究成果，針對性地提出緩解甜瓜連作障礙的技術(shù)措施，為今后的實踐和研究提供一些借鑒。

1 甜瓜連作障礙的危害

1.1 對植株生長發(fā)育的影響

連作對甜瓜生長發(fā)育的影響主要來源于化感物質(zhì)的化感作用。如連作甜瓜根系分泌物顯著抑制其種子生長[3]，且甜瓜根系活力也隨著根系分泌物濃度的升高有下降趨勢[4]。楊瑞秀[5]研究表明，甜瓜種子受其根系分泌物化感作用的效應表現(xiàn)為低濃度促進、高濃度抑制，而甜瓜幼苗的生長隨著根系分泌物濃度的升高受到顯著抑制。甜瓜根系分泌物的自毒作用還表現(xiàn)在對自身種子胚根伸長和種子萌發(fā)的抑制作用等方面[6]。

1.2 對病蟲害發(fā)生的影響

甜瓜連作障礙問題，尤其是尖孢鐮刀菌引起的枯萎病是一種普遍發(fā)生的毀滅性病害，嚴重影響甜瓜產(chǎn)量，幾乎導致絕產(chǎn)。尖孢鐮刀菌對各種土壤環(huán)境適應能力很強，土壤一旦被感染，很難去除徹底[7]（存活時間可達10 a）。甜瓜根系分泌物促進致病菌尖孢鐮刀菌的孢子萌發(fā)及菌絲生長，從而使得甜瓜病蟲害發(fā)生加重。大量研究結(jié)果顯示，長期連作會使得甜瓜枯萎病、蔓枯病、根結(jié)線蟲等土傳病害的發(fā)病率提高[8]。

1.3 對作物產(chǎn)量與品質(zhì)的影響

甜瓜長期連作使植株光合作用受抑制，根部養(yǎng)分的吸收積累減少，導致產(chǎn)量下降，口感變差[9]。張冬明等[10]研究表明，西瓜維生素C含量隨著連作年限的增加有下降趨勢。連作對其他作物的產(chǎn)量也會有不同水平的影響，如花生連作之后導致植株發(fā)育慢、主莖變矮、單株結(jié)果數(shù)變少、花生仁細小，最終導致產(chǎn)量降低，減產(chǎn)可達40%[11]。大豆連作4 a后導致產(chǎn)量降低40%[12]。

2 甜瓜連作障礙的發(fā)生成因

連作障礙發(fā)生的原因主要包括以下3種：（1）土壤理化性質(zhì)的退化（鹽漬化、酸化、土壤結(jié)構(gòu)惡化、養(yǎng)分失衡等）;（2）化感自毒物質(zhì)的積累;（3）微生物區(qū)系的改變（土傳病病原菌增加，有益微生物減少）。

2.1 土壤理化性質(zhì)的退化

不同作物對養(yǎng)分的需求不同，連續(xù)種植同種作物易導致土壤中部分營養(yǎng)物質(zhì)過度消耗，最終導致土壤養(yǎng)分失衡。甜瓜長期連作，使得土壤中速效鉀和速效磷含量降低，速效氮含量升高，出現(xiàn)養(yǎng)分失衡[13]。設(shè)施甜瓜連作的富營養(yǎng)化生產(chǎn)，導致土壤逐年酸化，含鹽量不斷上升，理化性質(zhì)顯著退化[14]。潘靜嫻等[15]研究表明，甜瓜幼苗在過酸性條件下，莖葉中Fe富集，造成葉綠素過量堆積，植株葉色深綠，呈現(xiàn)僵態(tài)。另一方面，連作使得土壤容重增大，總孔度減少，土壤板結(jié)，通氣透水性變差[16]。甜瓜對根際氣體十分敏感，根際通氣性差是影響其生長、產(chǎn)量及品質(zhì)的主要因子之一[17]?，F(xiàn)有的研究已明確，土壤理化性質(zhì)惡化在一定程度上促進甜瓜連作障礙的發(fā)生，但不同程度的土壤退化對甜瓜的影響有何不同還缺乏一定證據(jù)。連續(xù)種植導致的土壤性質(zhì)變劣對其他果蔬也呈現(xiàn)出不同程度的影響，如隨著西瓜種植年限的增加，土壤中全氮、全磷、全鉀、速效鉀、速效磷、有機質(zhì)含量均下降，土壤生產(chǎn)力逐年衰退，從而影響產(chǎn)量[18]。隨著日光溫室黃瓜連作時間的變長，土壤中有效鋅、有效錳、有效銅元素含量下降，而有機質(zhì)和有效鐵含量升高[19]。設(shè)施番茄在連作初期（前3 a）土壤有機質(zhì)含量逐年升高;連作中期（3～9 a）土壤有機質(zhì)、全氮、全鉀和9種營養(yǎng)元素含量無顯著變化;連作后期（11～13 a）土壤速效磷、速效鉀、堿解氮、有效錳、有效鐵、有效銅和有機質(zhì)含量均顯著下降，說明番茄短期連作不但未引起連作障礙，反而一定程度改善土壤性質(zhì)[20]。

2.2 自毒物質(zhì)的積累

自毒物質(zhì)的自毒作用是引起甜瓜連作障礙的重要因素。張璐[21]從甜瓜根系土壤中分離出8種酚酸類分泌物（丁香酸、香草酸、對羥基苯甲酸、肉桂酸、苯甲酸、香豆酸、香蘭素、阿魏酸），并發(fā)現(xiàn)這些物質(zhì)對甜瓜生長發(fā)育有一定的抑制作用。甜瓜連作后，自毒物質(zhì)的積累不僅促進尖孢鐮刀菌菌絲生長并誘導發(fā)生土傳病害[22]，還導致甜瓜植株胞間CO2濃度下降，光合作用變?nèi)鮗23]。除甜瓜外的其他果蔬，如西瓜、蘋果、草莓、黃瓜、豌豆、番茄、茄子等均能產(chǎn)生自毒物質(zhì)，但不同植物或同種植物不同部位或土壤條件不同時，產(chǎn)生的自毒物質(zhì)都不同，其自毒作用顯然亦有差異。甄文超等[24]指出，草莓根系分泌物的自毒物質(zhì)抑制草莓正常生長，且連作年限越長對草莓的危害越大。番茄根系分泌物主要是酚類物質(zhì)，抑制番茄種子的發(fā)芽和生長，且抑制效應和根系分泌物的類型及濃度有關(guān)[25]。李春龍等[26]通過比較辣椒不同部位水浸液的自毒作用發(fā)現(xiàn)，辣椒根、莖、葉中均含有抑制種子萌發(fā)的自毒物質(zhì)，且辣椒葉的自毒作用相對最高。目前，甜瓜自毒作用相關(guān)研究集中于自毒物質(zhì)種類和數(shù)量的鑒定、自毒物質(zhì)的影響、自毒作用的緩解等方面。如篩選生物菌來降解自毒物質(zhì)[27]，利用生物炭減弱自毒物質(zhì)對甜瓜生長的影響[28]，采用不同農(nóng)業(yè)措施（輪作、間作、嫁接）來緩解自毒作用等。自毒物質(zhì)對甜瓜具有一定的自毒作用（如抑制生長發(fā)育，導致病原菌數(shù)量增長、病蟲害頻發(fā)等）已明確，但目前仍沒法確定自毒物質(zhì)的確切來源，可能來源于根系分泌物、植株殘體腐解物或者根際微生物的分泌物。

2.3 土壤微生物群落的改變

部分學者認為，連作障礙是由于植物根系附近的代謝產(chǎn)物或腐解物為微生物提供碳源、氮源或寄宿環(huán)境，從而使微生物區(qū)系發(fā)生變化引起的[29]。根據(jù)現(xiàn)有的研究，根系分泌物或植株殘茬腐解物對微生物群落的影響主要表現(xiàn)在以下4個方面：（1）微生物多樣性改變;（2）微生物及酶活性發(fā)生變化;（3）有益菌（拮抗菌）種類和數(shù)量變化;（4）土傳病原菌等有害微生物種類和數(shù)量變化。甜瓜連作土壤與未種過甜瓜的土壤相比，細菌豐富度和多樣性明顯降低，真菌多樣性顯著提高[30]。玉素娜[31]研究表明，連作甜瓜與茴香、油菜和洋蔥輪作后，它們的根系分泌物對枯萎病菌數(shù)量及其過氧化物酶、過氧化氫酶、超氧化歧化酶具有顯著抑制作用。有研究指出，西瓜枯萎病菌在西瓜種植后的8 a內(nèi)始終有可能引起西瓜感病并導致西瓜產(chǎn)量下降[32]。在設(shè)施栽培條件下進行果蔬連作，更容易導致連作障礙的發(fā)生，由于長期具有適宜的溫度和濕度，加之化肥、農(nóng)藥施用量相對較大，易導致土壤微生物群區(qū)系發(fā)生改變，使病原菌具有良好的繁殖滋生條件。馬云華等[33]研究表明，黃瓜連續(xù)種植5 a的日光溫室土壤中，真菌數(shù)量持續(xù)線性增長，尖孢鐮刀菌和氨化細菌成為土壤優(yōu)勢菌。土壤病原菌的大量積累是引起蔬菜連作障礙的主要原因，如黃瓜枯萎病、茄子黃萎病、番茄病毒病等[34]。對于連作甜瓜，土壤微生物區(qū)系的變化易導致枯萎病、白粉病、霜霉病、疫病等病害，其中，枯萎病是由尖孢鐮刀菌引起的普遍性病害，相關(guān)研究最多，且大部分研究只關(guān)注不同措施（如生防、輪作、滅菌、嫁接等）對微生物結(jié)構(gòu)和功能變化的影響，忽略了綜合修復效果。

3 甜瓜連作障礙的消減技術(shù)

3.1 采取合理的土壤管理措施

實際生產(chǎn)中采取以下措施可以緩解甜瓜連作障礙問題：（1）適當深耕。深耕有利于改良土壤結(jié)構(gòu)，加速土壤熟化，改善通氣性，激活微生物活動，加快有機質(zhì)的分解利用，減少自毒物質(zhì)的積累[35]。（2）采取合理的種植模式是目前解決連作障礙簡單、有效的方法。如甜瓜種植前茬輪作大蔥、辣椒及油菜等作物，使得它們的代謝產(chǎn)物促進甜瓜根系生長，同時抑制枯萎菌菌絲生長[36]。茴香與薄皮甜瓜進行間作，對薄皮甜瓜株高、莖粗生長有促進作用，同時可以顯著提高產(chǎn)量[37]。（3）合理施肥。生產(chǎn)上過量施用化肥易導致土壤性質(zhì)退化，甜瓜種植應根據(jù)其不同生育期的需求量科學施肥，增施有機肥。如連作西瓜地根據(jù)需求量長期施用有機肥，枯萎病發(fā)病率有所下降，一定程度地減輕連作障礙[38]。（4）采用合理的灌溉方式。長期連作還引起土壤板結(jié)、通水性變差，水分脅迫嚴重影響甜瓜品質(zhì)與產(chǎn)量[39]。因此，在干旱區(qū)域可采取滲灌（管埋深度35 cm為適宜），有助于甜瓜根系吸水充足，同時提高甜瓜長勢和產(chǎn)量[40]。

3.2 土壤滅菌法

目前，利用化學藥劑熏蒸的方法對連作土壤進行滅菌已廣泛應用。在甜瓜連作地利用溴化甲烷等化學藥劑熏蒸可以有效抑制尖孢鐮刀菌[41]，但溴化甲烷促使臭氧層空洞。化學滅菌法雖一定程度上改善土壤環(huán)境，但無法徹底去除自毒物質(zhì)，同時會造成一定的環(huán)境污染。

根據(jù)最新研究，有一種不使用農(nóng)藥而實現(xiàn)土壤有效滅菌，還可以消耗秸稈，減少環(huán)境污染的土壤滅菌方法，即強還原土壤滅菌法（RSD）。周開盛[42]研究發(fā)現(xiàn)，RSD處理西瓜連作土壤能有效抑制尖孢鐮刀菌數(shù)量，改善微生物群落結(jié)構(gòu)，從而達到改良土壤的目的。目前，RSD應用在更多作物的連作障礙修復方面，且效果顯著。如連作番茄、三七等的土壤用RSD處理后，土壤pH均顯著提高，硝態(tài)氮和有效態(tài)重金屬含量降低，改善土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和功能，作物產(chǎn)量均提高[43-44]。RSD在作物種植前對土壤進行的還原處理，有助于恢復土壤環(huán)境健康狀況，對連作障礙有顯著修復效果，應廣泛推廣應用。

3.3 生物防治法

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上常利用生物菌劑（拮抗菌、有益菌）來抑制或消滅土壤中的有害微生物。目前，生防菌劑的使用方法包括：（1）土壤處理：土壤與生防菌劑充分混合以達到土壤滅菌的效果。（2）種子處理：用拮抗微生物包住作物種子表面，形成防護層，預防種子感染土傳病害。（3）苗子處理：苗子定植前，利用拮抗微生物液體制劑進行浸泡處理，以提高植株抗病性。目前，對于連作甜瓜，生防菌劑與土壤直接混合滅菌的方法應用最廣泛，種子包衣處理和幼苗處理方法有待進一步研究推廣。Wang等[45]發(fā)現(xiàn)，哈茨木霉和綠色木霉對甜瓜3種根系分泌物具有分解作用。利用生防菌光假單胞菌修復甜瓜連作土壤，可以降低枯萎病發(fā)病率[46]。生防菌劑雖然有效改善了甜瓜連作土壤微生物結(jié)構(gòu)，但由于土壤中微生物大部分沒法分離培養(yǎng)，且微生物添加到另一種土壤后能否適應新的環(huán)境、能否存活、能否發(fā)揮其作用都是不確定的，因此存在嚴重的不穩(wěn)定性。

3.4 緩解自毒物質(zhì)的毒害

緩解自毒物質(zhì)的自毒作用是治理連作障礙問題的關(guān)鍵。孫雪婷等[47]用高溫條件降解三七連作土壤中的自毒物質(zhì)，以達到減輕連作障礙的效果。但高溫有可能同時殺死了土壤中的有益微生物，可行性不高。有部分研究利用吸附劑（生物炭、竹炭等）的吸附作用去除或降低自毒物質(zhì)，如利用生物炭吸附連作甜瓜土壤中的自毒物質(zhì)，可以降低其濃度，同時能夠緩解自毒物質(zhì)對木霉菌生長的抑制作用[28]。此外，巧妙利用不同作物自毒物質(zhì)之間的相互作用，進行合理種植和選擇，也可達到緩解連作障礙的目的。如實際生產(chǎn)中，西瓜與葫蘆的嫁接已廣泛應用?？共∑贩N只是抵抗病原菌，沒有殺滅病原菌的能力，若長期連作，無論抗性多強都會無法抵御連作障礙。

4 展 望

甜瓜是典型的連作障礙作物，參考近幾年的相關(guān)研究現(xiàn)狀和修復方面存在的問題，筆者認為以下幾點可能成為甜瓜生產(chǎn)中修復連作障礙的有效措施，同時也將是熱點研究方向。（1）運用強還原土壤滅菌法綜合修復連作障礙問題將會成為重要發(fā)展趨勢。連作土壤被強還原滅菌法處理后，土壤理化性質(zhì)得以改善（pH值升高、有效養(yǎng)分提高、重金屬污染物有效性降低），有益微生物（抑病菌和碳源降解菌）數(shù)量增加，病原菌數(shù)量減少，作物發(fā)病率降低。強還原土壤處理法可看作誘導土壤形成抑病能力，有效緩解連作障礙，具有很重要的推廣應用價值。目前，利用強還原土壤滅菌法修復甜瓜連作障礙的案例不多，無法明確對甜瓜連作障礙問題的修復效果及效果的持續(xù)時間，有待深入研究。（2）生物防治與其他措施結(jié)合使用效果更好。目前，緩解甜瓜連作障礙最常用的生防制劑包括木霉菌（生防真菌）、假單孢桿菌和芽孢桿菌（生防細菌）、鏈霉菌（生防放線菌）等，這些生防制劑通過拮抗或競爭作用抑制土壤中的病原微生物，有效改善微生物群落結(jié)構(gòu)。但隨著連作年限的延長，其效果逐漸淡化，若想要長期效果，可將生防制劑與有機肥合理配合施用，一方面改善土壤理化性質(zhì)，另一方面有助于維持良好的土壤微生物群落結(jié)構(gòu)。生防制劑也可以與生物炭等外源物質(zhì)一起施入到土壤中，有助于加強其效果。

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