不同肥料對西瓜連作障礙的影響研究進展

摘 要： 西瓜生產中的連作種植導致產量和品質下降已引起廣泛關注，有關肥料在緩解西瓜連作障礙中的應用及研究也越來越多。系統闡述了西瓜連作的危害，從不同肥料對西瓜品質，西瓜連作地土壤微環境及微生物區系變化等角度，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域的研究及技術發展方向進行了展望。

關鍵詞： 西瓜； 連作障礙； 土壤微生物； 肥料

西瓜（Citrullus lanatus）是深受消費者喜愛的水果之一， 也是我國重要的經濟作物，我國西瓜年栽培面積居世界第1。然而，我國農村土地聯產承包責任制的實行及工業、城鎮發展，路橋建設使得每個農戶土地面積有限，輪作難以實施。隨著經濟利益的驅動，耕地的有限性及生產栽培結構的約束，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重，最終使得土壤微生物和無機成分的自然平衡受到破壞，土壤病菌得到發展，導致土壤病害蔓延，從而嚴重影響了西瓜生產連作障礙成為制約西瓜生產的主要因素，特別是設施栽培。

近年來，國內外眾多學者在西瓜連作障礙的產生及調控方面進行了大量研究探討，有關連作障礙影響因子的研究已取得較大進展。造成連作障礙的主要原因之一是土壤質量下降，而土壤質量下降與施肥有著直接關系，不同種類肥料會對連作地微生物區系和土壤酶活性產生重要影響[1]。筆者從連作對土壤理化性質、土壤生物學環境及西瓜品質等方面總結了西瓜連作障礙的危害，并從不同肥料對西瓜品質，西瓜連作地土壤微環境及微生物區系變化等角度，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學科發展和西瓜生產提供理論依據和實踐指導。

1 連作障礙對西瓜生產的危害

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

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，使得土壤有機質含量偏低，最終導致土壤團粒結構被破壞，土壤板結加重。在設施栽培中，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%，土表發白起“鹽蒿”，產生土壤次生鹽漬化[4-5]。土壤鹽漬化的產生加速了西瓜枯萎病的發生，特別是在苗期危害最為嚴重。此外，連續在同一塊田種植同一種或同一類作物，作物根系產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，最終導致西瓜枯萎病日益嚴重而減產[3]。如西、甜瓜的根系能分泌有機酸，因此西、甜瓜如多年連作，因根酸聚集較多，影響其根系對養分與水分的吸收，導致土壤酸化及土壤養分失衡，從而抑制瓜苗生長，引起植株生長勢減弱， 果實變小而減收[6]。

1.2 西瓜連作造成土壤生物學環境破壞

連作導致土壤生物學環境發生變化，其中土壤微生物區系及土壤酶活性是衡量土壤生物學環境質量的主要因子。土壤酶是表征土壤中物質能量代謝旺盛程度和土壤質量水平的一個重要生物指標[7]。有研究表明不同連作年限的土壤，土壤酶活性表現了不同程度的變化規律。連續種植20年的土壤，其蛋白酶與多酚氧化酶活性均表現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[8]。此外，土壤微生物通過繁殖與代謝，參與土壤的物質轉化過程。Smalla 等[9]在研究中指出，根際土壤微生物群落結構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年后表現更為突出。連作導致土壤微生物數量發生較大變化，具體表現為：（1）微生物的總量減少；（2）細菌數量明顯下降，而真菌數量增加，即土壤微生物區系由“細菌型”向“真菌型”轉化 ；（3）放線菌數量變化不大，或呈降低趨勢[10]。西瓜連作導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）遠高于常規田塊的土壤，并與西瓜枯萎病發病率呈明顯的正相關，從而對植株正常的生命活動產生不利影響[11]。隨著西瓜種植在全國范圍內的不斷增加，其生產規模化、專業化的快速發展，使得西瓜連作現象日益普遍，對土壤環境破壞日益嚴重，從而導致產量和品質下降，成為制約西瓜生產可持續發展的瓶頸。

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揮了積極作用，但由于其工序多和勞動力的增加導致成本不斷增加。合理有效的施肥在改善土壤理化性質及微生態環境中發揮著重要作用，因此通過施肥措施的調整可以有效緩解蔬菜作物的連作障礙[12]。當前用于西瓜生產的肥料種類繁多，大體可歸納為無機肥、農家肥、商品有機肥及生物有機肥等。

2.1 不同種類肥料對土壤理化性質的影響

化肥是西瓜生產中應用最普遍的一種肥料，然而長期施用化肥會導致土壤板結及土壤次生鹽漬化等理化性質的改變[3，4]，因此有機肥作為我國農業生產中的重要肥料品種被廣泛研究和應用。研究表明，增施有機肥料能促進作物生長、培肥地力、增強作物抗性[13-14]。對玉米秸稈還田的研究表明大多數有機物中C/N較大，進一步腐熟，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，施用有機肥處理的土壤鹽分含量、速效氮低于化肥，有機質、速效磷鉀含量高于化肥處理，而菌肥處理的土壤肥力指標在西瓜結果初期表現最高，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，從而促進土壤呼吸[18]，這都為研究農家肥及生物有機肥在改善西瓜連作地土壤理化性質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量變化的敏感指標。有研究指出，裸地條件下，肥料合理配施可以增強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）[19]，施用生物有機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條件，使微生物保持較高活性，提高土壤微生物多樣性。有機肥對連作西瓜生長和土壤微生物區系的影響的研究表明：施入有機肥料（動物糞便和植物殘體混合物）后，土壤中有益的細菌、放線菌數量顯著增加，定植30 d 時，可有效減少病原性真菌的數量，細菌、放線菌變為優勢菌群，增強了連作西瓜抗性，減少了病害的發生[21]。Hong-sheng Wu等[22]指出，含有拮抗微生物的生物有機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生。可見，生物有機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而促進西瓜的生長。

2.3 不同種類肥料對土壤酶活性的影響

有機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]。有機肥及有機肥與無機肥混施對西瓜生長期土壤酶活性的影響不同。施用有機肥激發了土壤磷酸酶活性，土壤磷酸酶活性出現先升高再降低、升高的變化趨勢；施用生物有機肥刺激了土壤脲酶活性，有機肥處理提高了土壤呼吸強度，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度都有下降趨勢[27]。呂衛光等在研究商品有機肥與商品有機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肥（以動物毛發為原料）、上海有機肥（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。這些結果表明施用有機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的影響

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

2.4.1 不同種類肥料對西瓜生長和品質的影響 西瓜果實中可溶性固形物含量是檢測其品質的重要指標，而硝酸鹽含量則是西瓜果實中重要的有害物質檢測指標。長期過量施用化肥使果實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關系，雖然氮肥的施用有助于西瓜產量增長，但不顯著，因此氮肥的大量施用導致西瓜品質下降并影響人體健康[31]。

單施有機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[32]。然而，由于有機肥肥效長，從分解到供應有一個緩慢的過程，因此植株前期生長勢偏弱，不僅影響雌花分化質量，而且影響坐果率，而到了果實膨大期又不能滿足西瓜果實對肥水的快速大量需求，從而導致單果質量小，產量顯著偏低，影響西瓜生產的經濟效益[33]。

生物有機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、脂肪等各種有機養分，還含有大量的有益微生物及其產生的酶和大量的生理活性物質，因此能刺激植物根系生長，提高葉片光合能力，對提高農產品質量，保持營養風味具有獨特效果。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、經濟產量和生物產量等生長指標[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；且顯著降低硝態氮含量；減少了炭疽病、枯萎病和蔓枯病發生，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]。

化肥和有機肥各有其優缺點，因此栽培中為了確保西瓜優質、高產，在增施有機肥的同時，配施一定量的高效復合肥，在改善西瓜品質的同時也顯著提高了西瓜產量。有研究報道，有機肥與化肥合理配施，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，同時能促進西瓜對鉀的吸收利用，提高西瓜的糖度和食用率[39]。有機、無機肥料相互補充，既能充發揮有機肥養分齊全、肥效持久的優勢，又能利用無機化肥養分集中、肥效快的特點，進而達到提高西瓜產量和品質的目的，同時對生態和環境保護也有重要意義。

2.4.2 不同肥料用量對西瓜生長和品質的影響 施肥可以顯著改善西瓜品質，但是西瓜品質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環境有害，而且會降低西瓜品質，因此合理的施肥量在改善西瓜品質方面有著重要作用。有研究表明西瓜產量和果實中維生素C、可溶性糖及硝酸鹽含量等指標在一定范圍內隨著施肥水平的提高而提高，但在肥水過剩的條件下，西瓜產量和品質又呈下降趨勢[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一步降低西瓜中硝酸鹽含量[40]；增施鉀肥比增施氮肥增產的幅度明顯，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量和品質[42-43]。需注意的是，在配方施肥中，有機肥雖能改善西瓜品質，但并不是有機肥比例越大其效果越好，只有當有機肥比例適宜時，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及土壤生態環境惡化，最終導致西瓜品質下降，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量和質量提升的關鍵因素之一。目前，雖然西瓜栽培措施及生產技術的提高使得西瓜連作得以實現，然而連作年限最多達4年，隨后連作障礙引起的土壤生態環境惡化及西瓜品質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展，但是對不同種類肥料在抑制連作障礙中具體的作用機理還不確定，而且不同種類肥料對改善連作西瓜土壤生態環境的貢獻及機制亦不相同，這些均需要進一步研究與明確。當前，從土壤微生態調控角度開發出相應的微生物調控肥料、生物農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，從而抑制西瓜病害的發生并成為解決西瓜連作障礙最有效的方法。然而，在目前的西瓜生產模式下，輪作難以實現，因此倒茬成為緩解西瓜連作障礙的又一措施。可以預見，合理施肥與倒茬結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合對西瓜連作障礙的影響和作用機理的研究將為進一步解決西瓜連作障礙提供可靠的理論依據。可以相信，隨著科學技術的發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，達到經濟效益、生態效益和社會效益的和諧統一。

參考文獻

[1 ] 邱并生. 西瓜連作障礙及其預防[J]. 微生物學通報，2010， 37（6）：943.

[2 ] 張子龍，王文全. 植物連作障礙的形成機制及其調控技術研究進展[J]. 生物學雜志，2010， 27（5）： 69-72.

[3 ] 孫興全，陳捷，樊澤澍. 淺析崇明設施大棚西瓜連作障礙的原因與對策[J]. 安徽農學通報，2010， 16（22）： 81-94.

[4 ] 高群，孟憲志，于洪飛. 連作障礙原因分析及防治途徑研究[J]. 山東農業科學，2006（3）： 60-63.

[5 ] 陶建新，張太兵. 設施瓜果蔬菜連作障礙及綜合防治措施[J]. 中國瓜菜，2010，23（4）： 51-52.

[6 ] 嚴秀琴，倪秀紅，徐東生. 設施栽培西甜瓜連作障礙及防治技術初探[J]. 上海農業科技，2003（2）： 58-59.

[7 ] Huner A H. Laboratory and greenhouse techniques for nutrient survey to determine the soil amendment required for optimum plant growth[M]. Florida USA： Mimeograph Agro Service International，1998： 56-68.

[8 ] 趙萌，李敏，王淼焱，等. 西瓜連作對土壤主要微生物類群和土壤酶活性的影響[J]. 微生物學通報，2008， 35（8）： 1251-1254.

[9 ] Smalla K， Wieland G， Buchner A， et al. Bulk and rhizosphere soil bacterial communities studied by denaturing gradient gel electrophoresis： Plant-dependent enrichment and seasonal shifts revealed[J]. Applied and Environmental Microbiology，2001，67（1）： 4742-4751.

[10] 呂衛光，余廷園，諸海濤，等. 黃瓜連作對土壤理化性狀及生物活性的影響研究[J]. 中國生態農業學報，2006，14（2）： 119-121.

[11] 呂衛光，戴富明，張春蘭，等. 設施西瓜連作障礙因子[J]. 北方園藝，2004（6）： 26.

[12] 李春九，馬國瑞，石偉勇，等. 新型有機無機復肥對土壤及蔬菜產量品質的影響[J]. 浙江大學學報： 農業與生命科學版，1999， 25（4）： 392-396.

[13] 呂衛光，張春蘭，袁飛，等. 有機肥減輕連作對黃瓜自毒作用的機制[J]. 上海農業學報，2002，18（2）： 52- 56.

[14] 張學煒， 黃學森， 古勤生. 西瓜連作障礙及其防治方法[J]. 中國西瓜甜瓜，1993（2）： 21-23.

[15] 宋述堯. 玉米秸稈還田對塑料大棚蔬菜連作土壤改良效果研究（初報）[J]. 農業工程學報，1997，13（1）： 135-139.

[16] 楊冬艷，郭文忠，曲繼松，等. 不同有機肥對小拱棚西瓜產量及土壤理化性質的影響[J]. 北方園藝，2001（2）： 45-48.

[17] 周曉芬，楊軍芳. 不同施肥措施及EM菌劑對大棚黃瓜連作障礙的防治效果[J]. 河北農業科學，2004，8（4）： 89-92.

[18] 陳寶紅，魯耀，楊文柱，等. 有機物質增施對蔬菜連作土壤肥力、鹽堿化及CO2含量的影響[J]. 安徽農業科學，2010，38（29）： 16310-16313，16326.

[19] 侯曉杰，汪景寬，李世朋. 不同施肥處理與地膜覆蓋對土壤微生物群落功能多樣性的影響[J]. 生態學報，2007，27（2）： 655-661.

[20] 胡可，李華興，盧維盛，等. 生物有機肥對土壤微生物活性的影響[J]. 中國生態農業學報，2010，18（2）： 303-306.

[21] 呂衛光，楊廣超，沈其榮，等. 有機肥對連作西瓜生長和土壤微生物區系的影響[J]. 上海農業學報，2006，22（4）： 96-98.

[22] Wu H S，Yang V V，Fan V Q. Suppression of Fusarium wilt of watermelon by a bio-organic fertilizer containing combinations of antagonistic microorganisms[J] . BioControl，2009，54（2）： 287-300.

[23] 關松蔭. 土壤酶活性影響因子的研究Ⅰ. 有機肥料對土壤中酶活性及氮磷轉化的影響[J]. 土壤學報，1989，26（1）： 72-78.

[24] 袁玲，楊邦俊，鄭蘭君，等. 長期施肥對土壤酶活性和氮磷養分的影響[J]. 植物營養與肥料學報，1997，3（4）： 300-305.

[25] ZamanM， Di H J， Cameron K C， et al. Gross nitrogen mineralization and nitrification and nitrification rates and their relationship s to enzyme activities and the soil microbial biomass in soils treated with dairy shed effluent and ammonium fertilizer at different water potentials[J]. Biology and Fertility of Soils，1999，29（2）： 178-186.

[26] Zaman M，Di H J，Cameron K C. A field study of gross rates of mineralization and nitrification rates and their relationships to microbial biomass and enzyme activities in soils treated with dairy effluent and ammonium fertilizer[J]. Use and Management，1999，15： 188-194.

[27] 呂衛光，楊新民，沈其榮，等. 生物有機肥對連作西瓜土壤酶活性和呼吸強度的影響[J].上海農業學報，2006，22（3）： 39-42.

[28] 呂衛光，黃啟為，沈其榮，等. 不同來源有機肥及有機肥與無機肥混施對西瓜生長期土壤酶活性的影響[J]. 南京農業大學學報，2005，28（4）： 68-71.

[29] 賈云鶴.不同施肥處理對大棚西瓜產量和品質的影響[J]. 黑龍江農業科學，2010（5）： 47-48.

[30] 楊克文，王勤，何為華，等. 西瓜有機無機專用肥施用效果試驗[J]. 中國西瓜甜瓜，2000（4）： 12-14.

[31] 陳鋼，宋橋生，吳禮樹，等. 不同供氮水平對西瓜產量和品質的影響[J]. 華中農業大學學報，2007，26（4）： 472-475.

[32] 羅成利. 西瓜施用有機復合肥的效果初報[J]. 耕作與栽培，1999（6）： 51-52.

[33] 宋榮浩，楊紅娟，馬沖，等. 有機和有機無機結合施肥對設施栽培西瓜產量和品質的影響[J]. 上海農業學報，2007，23（2）： 38-40.

[34] 王友平，朱金英.復合生物肥對日光溫室西瓜肥效試驗初報[J]. 長江蔬菜，2003（8）： 49.

[35] 張麗萍，黃亞麗，程輝彩，等. 復合生物制劑防治西瓜連作病害的研究[J]. 中國土壤與肥料，2006（5）： 59-60.

[36] 尹紅娟，袁炳青，高洪武，等. 生物有機沖施肥對西瓜生長和果實品質的影響[J]. 北方園藝，2008（12）： 28-31.

[37] 齊會巖，奧巖松. 微生物制劑對連作西瓜生長和果實品質的影響[J]. 北方園藝，2009（7）： 7-10.

[38] 何隨成，江志陽，尹微，等. 生物有機肥對提高土壤肥力及作物品質等綜合效果研究[J]. 腐植酸，2006（1） ： 44-69.

[39] 黃瓊輝，林代炎. 有機-無機混配肥料在西瓜上的應用[J]. 廣西農業科學，2000（2）： 67-68.

[40] 張玉鳳，董亮，劉兆輝，等. 不同肥料用量和配比對西瓜產量、品質及養分吸收的影響[J]. 中國生態農業學報，2010，18（4）： 765-769.

[41] 黃凌云. 不同供氮供鉀水平對大棚栽培西瓜的影響[J]. 蔬菜，2011（4）： 53-54.

[42] 周凱，胡德平，石梅，等. 無公害西瓜施肥配方篩選試驗[J]. 貴州農業科學，2009，37（1） ： 147-148.

[43] 蔣儒齡，買自珍，袁丕成，等. 西瓜壟膜穴灌氮磷鉀合理施肥量及優化施肥模式研究[J]. 寧夏農林科技，2010（6）： 5-7.

[44] 袁家富. 不同有機肥比例對西瓜品質的影響[J]. 中國西瓜甜瓜，1995 （4）： 11-12.