西瓜茬后種植稻麥對土壤微生物數量和西瓜枯萎病發生的影響

王夏雯， 余 翔， 喬俊卿， 吳紹軍， 孟佳麗， 劉郵洲， 姜若勇

(1.江蘇省農業科學院宿遷農科所，宿遷 223831;2.江蘇省農業科學院植物保護研究所，南京 210014)

西瓜是中國主要水果作物，栽培面積居世界首位，占世界西瓜栽培總面積的45%。由尖孢鐮刀菌(Fusarium oxysporum f.sp.niveum)侵染所致的西瓜枯萎病［1-2］，是危害西瓜生產最嚴重的病害，中國每年發生面積約2.5×105hm2，重茬地發病率可達30%，嚴重地塊發病率達80%，往往造成大幅減產甚至絕收。近年隨著西瓜產業化、規模化進程加快，重茬連作等因素導致西瓜枯萎病日益加劇，成為制約西瓜產業進一步發展的瓶頸。

肖媛元等［3］、吳學宏等［4］研究發現，西瓜與水稻輪作可降低西瓜枯萎病發生率，緩解西瓜連作障礙，逐漸被種植戶接受和應用［5］。本課題組發現，西瓜茬后連續種植數年稻麥再種西瓜罕有枯萎病發生。據此，本研究采用選擇性培養基培養，可培養微生物計數等方法，初步探究西瓜茬后連續種植1年、2年、3年、4年、5年稻麥對土壤中尖孢鐮刀菌等微生物數量和西瓜枯萎病發生的影響及水稻根系分泌物對尖孢鐮刀菌生長的影響，從微生態的角度闡釋西瓜-稻麥輪作模式對防治西瓜枯萎病的作用機理，為該模式推廣應用提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試西瓜品種為京欣1號，水稻品種為寧粳4號，小麥品種為淮麥20。

1.2 試驗設計

試驗于2009—2014年在宿遷市洋北鎮西瓜試驗基地進行。試驗田位于洋北鎮槐樹村，面積約5 400 m2，土壤為沙壤土，有機質 3.88%，全氮0.245%，全磷0.132%，全鉀4.1%，速效氮310.4 mg/kg，速效磷67.2 mg/kg，速效鉀279.3 mg/kg。2009年春季試驗田全部種植西瓜，之后各處理分茬次進行稻麥輪作并開展土壤微生物分析和西瓜枯萎病發生情況調查。試驗田設T0、T1、T2、T3、T4、T5共6個處理，T0為2009年種植西瓜;T1為2009年西瓜茬后，種植1茬水稻;T2為2009年西瓜茬后，種植2茬水稻1茬小麥;T3為2009年西瓜茬后，種植3茬水稻2茬小麥;T4為2009年西瓜茬后，種植4茬水稻3茬小麥;T5為2009年西瓜茬后，種植5茬水稻4茬小麥。每個處理面積約900 m2，分別平均分割為3個重復小區。西瓜及稻麥種植均為常規栽培。西瓜采用三膜一簾竹拱大棚，于1月上旬穴盤育苗，2月中旬移栽，6月下旬拉秧;水稻于5月上旬播種，7月上旬移栽，10月上中旬收獲;小麥于10月上中旬播種，次年6月收獲。

1.3 土壤微生物及西瓜枯萎病菌數量調查

用5點采樣法，采集T0～T5處理20 cm耕層土壤，用于土壤微生物數量調查。T0處理于2009年西瓜收獲后采集，T1～T5處理分別于2010—2014年水稻收獲后采集。采用稀釋平板法測定土壤細菌、真菌、放線菌以及尖孢鐮刀菌的數量。土壤細菌數量測定采用牛肉膏蛋白胨培養基，真菌數量測定采用馬丁氏培養基，放線菌數量測定采用改良高氏一號培養基［6］，尖孢鐮刀菌數量采用Komada［7］的選擇性培養基。

1.4 西瓜枯萎病發病情況調查

T1～T5處理分別于2010—2014年春季再種植西瓜時調查西瓜枯萎病發病率。西瓜株行距為0.4 m×2.0 m，每個處理3次重復。基肥施用優質腐熟有機肥 37.5 t/hm2，45% 硫酸鉀型復合肥 450 kg/hm2;追肥施用 45% 硫酸鉀型復合肥 300 kg/hm2。西瓜苗移栽后35 d和65 d調查西瓜枯萎病發病率。

發病率 =小區發病株數/小區總株數×100%

1.5 水稻根系分泌物對尖孢鐮刀菌孢子萌發的影響調查

將水稻種子用3%次氯酸鈉溶液浸泡消毒2 min，無菌水催芽，待根系長出1～2 cm后，按照6棵水稻苗24 ml MS培養液的比例，將水稻移入滅菌MS培養液中，24℃靜置培養，每天12 h光照和12 h黑暗，8 d后(水稻2～3葉期)收集MS培養液，用0.22 μm孔徑濾膜過濾除菌，4℃保存備用。取25 μl尖孢鐮刀菌孢子液(濃度為1 ml 1×106個孢子)加入500 μl上述滅菌的水稻根系分泌物中，26℃靜置培養，分別在培養12 h、24 h后觀察孢子萌發情況。以MS培養基培養尖孢鐮刀菌孢子為空白對照，3次重復。

孢子萌發率=萌發的孢子數/總孢子數×100%

1.6 數據分析

試驗數據采用Excel 2003和SPSS 16.0軟件進行統計分析，Duncan′s新復極差法分析不同處理間的差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 西瓜茬后種植稻麥對土壤細菌、真菌、放線菌數量的影響

土壤中可培養微生物數量(表1)顯示:種植1茬水稻后，土壤中細菌和放線菌數量顯著升高，而真菌數量顯著降低。即，細菌數量從西瓜剛收獲完的4.50×106CFU/g迅速增加到1.41×107CFU/g，增加達213%;放線菌數量也增加了40%，而真菌數量下降了56%，2年稻麥種植后土壤中微生物數量漸趨穩定。以上結果說明，西瓜茬后種植稻麥對土壤微生態有顯著影響。

表1 西瓜茬后稻麥種植茬次對土壤中細菌、真菌、放線菌的影響Table 1 Effect of rice-wheat rotation modes after watermelon season on the amount of culturable microorganisms

2.2 西瓜茬后種植稻麥對土壤西瓜尖孢鐮刀菌數量的影響

尖孢鐮刀菌的分離培養結果(圖1)顯示:西瓜種植后，隨著稻麥種植年限的增加，土壤樣品中尖孢鐮刀菌數量總體呈逐漸降低趨勢。西瓜種植后當季的土壤中尖孢鐮刀菌的數量最高，達到1.8× 103CFU/g。當種植1茬水稻后，土壤中尖孢鐮刀菌數量降低到9×102CFU/g。隨后T2～T5處理土壤中尖孢鐮刀菌數量維持在1×102～4×102CFU/g。以上結果表明，稻麥種植對土壤中尖孢鐮刀菌具有抑制作用，且隨種植年限的增加抑制效果呈累加效應。

圖1 西瓜茬后種植稻麥茬次對土壤尖孢鐮刀菌數量的影響Fig.1 Effect of rice-wheat rotation modes after watermelon season on the amount of Fusarium oxysporum

2.3 西瓜茬后稻麥種植茬次對西瓜枯萎病發病率的影響

西瓜枯萎病發病率的調查結果(表2)顯示:西瓜茬后種植1茬水稻再種植西瓜，移栽后35 d和65 d西瓜枯萎病田間發病率分別為2.3%和13.7%，隨著稻麥種植年限的增加，西瓜枯萎病發病率迅速下降，在連續交替種植5茬水稻、4茬小麥后，再種植西瓜，移栽65 d田間枯萎病發病率僅為1.0%，說明，西瓜茬后連續種植稻麥可有效降低西瓜枯萎病發生率，且種植年限越久效果越好，此結果與土壤中西瓜尖孢鐮刀菌數量變化趨勢基本一致。

表2 西瓜茬后稻麥種植茬次對西瓜枯萎病發病率的影響Table 2 Effect of rice-wheat rotation modes after watermelon season on the incidence of Fusarium wilt

2.4 水稻根系分泌物對尖刀鐮孢菌孢子萌發的影響

水稻根系分泌物對尖孢鐮刀菌分生孢子萌發影響的試驗結果(表3)顯示，尖孢鐮刀菌在含水稻根系分泌物的MS培養液和其10倍稀釋液中分別培養12 h后，孢子萌發率分別為11.3%和38.0%，與對照相比，孢子萌發抑制率分別為 80.9%和35.7%;尖孢鐮刀菌在含水稻根系分泌物的MS培養液和其10倍稀釋液中分別培養24 h后，孢子萌發率分別為30.6%和70.7%，與對照相比，孢子萌發抑制率分別為57.7%和2.2%。以上結果表明，水稻根系分泌物能夠抑制分生孢子的萌發，這有利于降低土壤中尖孢鐮刀菌孢子萌發率，減少病原菌基數，從而控制枯萎病的發生和蔓延。

表3 水稻根系分泌物對西瓜枯萎菌分生孢子萌發的影響Table 3 Effect of the rice root exudates on the germination of F.oxysporum spore

3 討論

3.1 西瓜茬后種植稻麥對土壤微生物數量的影響

植物微生態學理論認為，植物與存在于體表和體內的微生物群落組成了一個動態平衡的生態系，一旦平衡遭破壞，則發生植物病害［8］。西瓜枯萎病是西瓜種植上常見的一種重要病害，已有報道西瓜根系分泌物能誘集尖孢鐮刀菌，促進其生長和繁殖［10］，造成西瓜枯萎病的嚴重發生。西瓜茬后種植稻麥，不同的生態環境必然對土壤中微生物數量產生影響。本試驗結果顯示，種植1茬水稻后，細菌數量增加了213%，放線菌數量增加了40%，真菌數量降低了56%。這可能是因為1茬水稻的種植打破了西瓜茬土壤有利于病原菌生存的生態環境，促使有益細菌或拮抗細菌數量顯著升高，抑制尖孢鐮刀菌的繁殖，導致真菌數量顯著降低。而種植稻麥第2年至第5年后，在大幅度降低了土壤尖孢鐮刀菌數量后，土壤中各類微生物數量趨向穩定，這可能是因為稻麥栽培建立了與其適應的土壤微生物環境，微生物群落達成了新的動態平衡［9］。

3.2 西瓜茬后種植稻麥對土壤中尖孢鐮刀菌和西瓜枯萎病發生的影響

已有研究結果表明，水稻與多種蔬菜作物輪作均可緩解土傳病害引起的連作障礙，如李金紅等［10］報道，利用水稻和番茄輪作，可有效減少番茄枯萎病的發生。楊祥田等［11］研究發現，草莓和水稻輪作可改善土壤微生物區系，促進草莓增產，減輕草莓枯黃萎病的發生。柯用春等研究發現淹水環境能殺滅西瓜尖孢鐮刀菌，減少其在土壤中的數量［12］。本研究結果顯示，西瓜茬后連續種植稻麥能顯著降低土壤中尖孢鐮刀菌的數量，尤其是前2年，土壤中尖孢鐮刀菌的數量變化最為明顯，第一年降低50.0%，第2年降低77.8%。這可能是由于水稻生長期內的淹水環境抑制了土壤中尖孢鐮刀菌的生長和繁殖。

枯萎病發病率調查結果顯示，西瓜茬后種植1茬水稻，后茬西瓜的枯萎病發病率降低到13.7%，種植2茬水稻1茬小麥，后茬西瓜的枯萎病發病率降至5.6%，種植3茬水稻2茬小麥，后茬西瓜的枯萎病發病率降至2.1%。因此建議，西瓜茬后連續種植3年稻麥后可再次種植西瓜。

3.3 水稻根系分泌物對尖孢鐮刀菌分生孢子萌發的影響

據報道，非寄主作物的根系分泌物會對土傳致病菌的萌發、繁殖產生抑制作用［13-18］，本研究結果顯示，水稻根系分泌物可以抑制西瓜尖孢鐮刀菌分生孢子萌發，這可能是連續種植稻麥后，土壤中尖孢鐮刀菌數量降低的另外一個原因。

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