雞腿菇及大球蓋菇與黃瓜套作對連作障礙土壤理化性質的影響

程李瑜,呂金釗,姚佳睿,王電衛,杜雙田,李玉紅

(1.西北農林科技大學 園藝學院,陜西楊凌 712100;2.西北農林科技大學 生命科學學院,陜西楊凌 712100)

黃瓜(CucumissativasL.)是中國蔬菜栽培的主要經濟作物之一,設施栽培面積為121.4萬hm2,約占全國設施蔬菜面積的48%[1]。設施黃瓜栽培因其高度集約化的生產方式以及相對封閉的氣候環境,加之水、肥、藥等物資的用量較大,導致土壤次生鹽漬化、土壤病原菌積累等特征明顯,連作障礙問題突出[2],嚴重影響了黃瓜的產量和品質[3]。

目前有多種方法可以緩解土壤連作障礙,如改變單一種植模式[4]、添加土壤改良劑[5]、培育抗性品種[6]、嫁接[7-8]等。其中改變種植模式,將不同作物進行合理間套作是最有效且簡便的方法,能夠提高土壤理化性質,進而改善土壤連作障礙[9]。如露地栽培中,玉米與青花菜間作[10]、小麥與苜蓿套作[11]、玉米與大豆間作[12]都可緩解土壤連作障礙。在緩解設施黃瓜的連作障礙中,利用種植模式或栽培制度緩解土壤連作障礙的研究主要集中在黃瓜與蔥蒜類、綠葉菜類間套作,如已報道黃瓜與大蒜間作[13]、與辣椒間作[14]、與白菜套作[15]等均可在一定程度上緩解土壤連作障礙,但這些栽培模式仍比較單一,不利于黃瓜的設施高效可持續生產,亟待開發新的栽培模式或栽培制度。

菇類與蔬菜、果樹進行間套作是近年來逐漸被重視的新型栽培模式,如已報道葡萄園套種茶薪菇可促進作物生長[16];平菇與萵筍、結球甘藍間作栽培可增加土壤養分和酶活性[17]。大球蓋菇、雞腿菇作為普遍栽培的食藥用菌,研究主要集中在栽培技術方面,但與設施蔬菜間套作鮮有報道,對設施土壤連作障礙的緩解或消減作用尚不清楚。本研究以連作障礙發生普遍的黃瓜為主作物,通過黃瓜與大球蓋菇、雞腿菇套作,系統研究兩種栽培模式下連作土壤理化性質及黃瓜生長情況,以期為設施黃瓜連作障礙的消減提供理論依據及技術基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗時間與地點

試驗于2019年7月至2021年5月在西北農林科技大學北校園藝場(N:34°29′6.35″,E: 108°7′49.45″)的塑料大棚中進行。大棚東西跨度8 m,南北長50 m,至2019 年連作黃瓜已達8 a。土壤基本理化性質:pH為7.15,電導率為562 μS/cm,全氮為0.71 g/kg,全磷為0.63 g/kg,全鉀為26.77 g/kg。

1.2 試材及處理

黃瓜品種為‘津優35號’。大球蓋菇品種為‘Sr-01’,栽培料為50%稻殼和50%木屑。雞腿菇品種為‘特白36’,栽培料為40%草炭、40%細土和20%蛭石。試驗共設計3個處理:黃瓜單作(A),黃瓜與大球蓋菇套作(B),黃瓜與雞腿菇套作(C)。每個處理3次重復,每重復1個小區(長 3.7 m×寬1.35 m)。大球蓋菇和雞腿菇參照黃年來等[18]的方法種植。大球蓋菇和雞腿菇分別于2019年-2021年的每年10月8日至次年5月15日與黃瓜套作,一年各一茬。黃瓜按照常規生產方法在春季3月20日-7月10日,秋季7月26日-10月31日栽培,一年兩茬。各處理黃瓜的種植時間、密度均相同。

采用長期定位試驗方法,經2019年秋茬、2020年春茬、2020年秋茬、2021年春茬共種植4 茬黃瓜后,在2021年春茬測定黃瓜和土壤的相關指標。

1.3 樣品采集

各小區選取代表性植株5株,在黃瓜雌花開放時標記位置并掛牌,每株分別取1個商品瓜測定果實品質。在黃瓜結果盛期調查各小區植株的枯萎病發病率及病情指數。在黃瓜拉秧期各小區分別選取10株代表性的黃瓜植株,將根系盡量完整取出,調查根結線蟲病情指數并測定黃瓜地上部鮮質量、整株鮮質量和根系相關指標。

在2021年春茬黃瓜拉秧期,取距黃瓜根系10 cm處的土壤(非根際),每小區五點取樣。將土壤混勻、自然風干,去除根系、雜物后分為兩份,一份用于土壤團聚體性質的測定;另一份過 1 mm篩后密封保存,用于土壤其他理化性質的測定。

1.4 測定指標與方法

1.4.1 黃瓜植物學性狀和產量的測定 將黃瓜整株和地上部分別稱鮮質量,記錄并計算單株根冠比。黃瓜的根長度、根表面積、根平均直徑、根尖數用HED-WinRHIZO根系掃描儀測定。測量商品瓜的瓜長、瓜橫徑(距瓜頂1/3處的橫徑),并計算果形指數(果形指數=瓜長/瓜橫徑)。總可溶性固形物用BNPUN手持式折光儀測定。分別跟蹤采收不同時期不同小區的商品瓜,記錄并計算各處理的產量。

1.4.2 土壤理化性質的測定 土壤全氮、全磷含量用連續流動分析儀測定,全鉀含量用火焰光度計測定。土壤酸堿度用OHAUS pH計測定(水∶土=2.5∶1),土壤電導率用DDS-307電導率儀測定(水∶土=5∶1)。土壤田間持水量根據NY/T 1121.22-2010[19]的方法測定。土壤體積質量參照王慶禮等[20]的方法測定,土壤比重根據LY/T 1224-1999[21]測定,進而計算得到土壤孔隙度,土壤孔隙度=1-(體積質量/比重)。

土壤團聚體性質依據張秀芝等[22]的干篩法測定并略作修改,其中將自上而下排列的套篩改為直徑5 mm、2 mm、1 mm、0.5 mm、0.25 mm,并參照謝鈞宇等[23]的方法計算0.25 mm～5 mm的土壤機械穩定性團聚體的數量(R0.25)、團聚體平均質量直徑(mean mass diameter, MMD)和幾何平均直徑(geometric mean diameter, GMD)。

1.4.3 黃瓜土傳病害的調查 參照王依純等[24]的方法調查枯萎病病情指數和發病率;參照王宏寶等[25]的方法調查根結線蟲病情指數。

1.5 數據處理

利用Graphpad prism 8.0作表,SPSS 19.0軟件進行數據統計分析,多重比較采用Duncan’s法。數據以“平均數±標準差”的形式表示。

2 結果與分析

2.1 雞腿菇、大球蓋菇與黃瓜套作對黃瓜生長的影響

與單作(A)相比,黃瓜與大球蓋菇(B)、雞腿菇套作(C)的地上部鮮質量、單株鮮質量均無顯著差異,表明兩種食用菌栽培處理對黃瓜地上部的生長發育均無顯著影響。與單作相比,黃瓜與大球蓋菇套作的根冠比、根長度、根尖數、根表面積和根平均直徑均無顯著差異,表明黃瓜與大球蓋菇套作對黃瓜地下部的生長發育無顯著影響。與其他處理相比,黃瓜與雞腿菇套作的根長度、根尖數顯著增加(表1),表明該處理能夠促進黃瓜根系生長。

表1 不同處理的黃瓜植株鮮質量和根系參數

2.2 雞腿菇、大球蓋菇與黃瓜套作對黃瓜品質和產量的影響

3種處理之間,黃瓜果實果形指數、總可溶性固形物和產量均無顯著差異(表2),表明“食用菌-黃瓜”栽培模式對黃瓜果實品質及產量均無顯著影響。

表2 不同處理的黃瓜果實品質及總產量

2.3 雞腿菇、大球蓋菇與黃瓜套作對土壤物理性質的影響

與單作相比,黃瓜與大球蓋菇、雞腿菇套作的土壤田間持水量和孔隙度顯著增加,土壤體積質量顯著降低,表明黃瓜與大球蓋菇、雞腿菇套作可以提高土壤透氣性和持水力;黃瓜與雞腿菇套作的土壤比重顯著降低,而黃瓜與大球蓋菇套作的土壤比重無顯著差異(表3),因此黃瓜與雞腿菇套作更有利于提高土壤的透氣性。

與單作相比,黃瓜與大球蓋菇套作的土壤團聚體粒徑分布、R0.25、MMD、GMD均無顯著差異,表明該處理對土壤團聚體性質無顯著影響。與其他兩種處理相比,黃瓜與雞腿菇套作的 1～2 mm、2～5 mm的土壤粒徑比例相對增 加,<1 mm的粒徑比例相對減少,R0.25無顯著差異但MMD、GMD顯著升高(表4),因此該處理可以促進粒徑較大的團聚體形成,改善土壤團聚體結構。

表4 不同處理的土壤團聚體粒徑比例和穩定性指標

2.4 雞腿菇、大球蓋菇與黃瓜套作對土壤化學性質的影響

除黃瓜與雞腿菇套作的土壤電導率、全氮顯著增加外,這3種處理間的土壤全磷、全鉀含量,酸堿度均無顯著差異(表5),表明黃瓜與大球蓋菇套作對土壤化學性質無顯著影響。

表5 不同處理的土壤養分含量、pH和電導率

2.5 雞腿菇、大球蓋菇與黃瓜套作對黃瓜土傳病害的影響

與單作相比,黃瓜與大球蓋菇、雞腿菇套作的枯萎病發病率和病情指數均顯著降低,表明黃瓜與大球蓋菇、雞腿菇套作均能有效減少黃瓜枯萎病的發生。兩種食用菌栽培模式間相比較,其枯萎病發病率和病情指數均無顯著差異,表明這兩種栽培模式對枯萎病的防治效果相近。與單作相比,黃瓜與大球蓋菇套作的根結線蟲病病情指數顯著降低,其余2種處理的根結線蟲病病情指數無顯著差異(表6),表明黃瓜與大球蓋菇套作能夠減輕根結線蟲病的危害。

表6 不同處理的黃瓜枯萎病和根結線蟲病的發生情況

3 討 論

3.1 雞腿菇、大球蓋菇與黃瓜套作對黃瓜生長及產量的影響

研究表明,大球蓋菇/草莓輪作使草莓植株鮮質量顯著增加[26]。本研究中,黃瓜/大球蓋菇套作對黃瓜植株鮮質量無顯著影響,與毛寧等[26]研究結果不一致,可能是草莓(薔薇科)與黃瓜(葫蘆科)生長習性不同,因此栽培大球蓋菇對其生長發育的影響不同。本研究中黃瓜/雞腿菇套作使黃瓜根長顯著增加,與吳清山[27]在玉米/雞腿菇套作上的研究結果一致。此外,黃瓜與雞腿菇套作后黃瓜根尖數增加了41.03%,表明該栽培模式能夠增加黃瓜須根數,提高根系對土壤養分、水分的吸收能力。黃瓜與大球蓋菇套作對黃瓜地下部的生長發育無顯著影響。兩種食用菌栽培處理間比較,黃瓜與雞腿菇套作更有利于促進黃瓜根系生長發育。

前人研究表明,玉米套種雞腿菇使玉米產量提高[27],辣椒、白菜與大球蓋菇輪作顯著增加了辣椒、白菜的產量[28],但大球蓋菇與小麥套作對小麥產量無顯著影響[29]。本研究與白瑞賢等[29]的研究結果一致,與連作相比,兩種食用菌栽培模式下黃瓜產量均無顯著差異。

3.2 雞腿菇、大球蓋菇與黃瓜套作對土壤理化性質及土傳病害的影響

土壤的物理性質綜合反映了土壤的結構和質量,其中土壤田間持水量能夠反映土壤質地和持水能力[30],土壤體積質量、比重和孔隙度反映土壤的透氣性和疏松程度,土壤團聚體性質反映土壤結構的穩定性[31]。Gong等[32]的研究表明七葉樹間作大球蓋菇后土壤田間持水量無顯著變化,本研究與其結果不一致。兩種食用菌與黃瓜套作后,均增加了土壤持水量,可能是設施栽培條件下,栽培料再還田能夠顯著改善土壤質地,減少土壤板結和水分流失,提高土壤持水能力。研究表明,小麥與大球蓋菇套作使土壤體積質量顯著降低[29]。本研究與其結果類似,兩種食用菌分別與黃瓜套作均可顯著降低連作土壤體積質量。前人研究中未報道這兩種食用菌與其他作物栽培時對土壤比重的影響,本研究表明黃瓜與大球蓋菇套作對土壤比重無顯著影響,而黃瓜與雞腿菇套作使土壤比重顯著降低,更有利于改善土壤結構。研究發現,小麥與大球蓋菇套作、煙草與雞腿菇套作均能夠增加土壤孔隙度[29, 33],本研究與上述結果一致,套種大球蓋菇、雞腿菇有利于提高土壤透氣性和透水能力。以往研究中未報道食用菌與其他作物間套作栽培對土壤團聚體的影響,本研究結果表明,與單作相比,兩種食用菌栽培處理的R0.25無顯著變化,但黃瓜與雞腿菇套作使MWD、GMD顯著增加,因此黃瓜與雞腿菇套作更有利于提高土壤團聚程度,改善土壤團聚體的粒徑分布比例和結構,增加土壤的穩定性。

土壤的化學性質可綜合反映土壤肥力,其中土壤全氮、全磷、全鉀可以反映土壤養分供應能力[34],土壤pH、電導率可反映土壤鹽漬化狀況及總可溶性鹽含量[35]。研究發現,大球蓋菇與辣椒、白菜輪作[28]、設施辣椒與雞腿菇輪作[36]的土壤全氮、全磷、全鉀含量均顯著增加,本研究中除黃瓜與雞腿菇套作后土壤全氮養分顯著增加外,這兩種食用菌與黃瓜套作后,全磷、全鉀含量并無顯著變化,可能與土壤質地、種植模式、作物吸收程度、栽培料的養分分解程度等因素有關,其原因有待進一步研究。谷維等[37]研究發現,玉米與大球蓋菇間作的5個試驗地中,2個試驗地的土壤pH無顯著變化,本研究中黃瓜與大球蓋菇套作對土壤pH無顯著影響,可能是因為在不同地區栽培大球蓋菇對土壤pH的影響不同。辣椒與雞腿菇輪作后顯著降低了土壤pH和電導率[36],而本研究與其結果不一致,即黃瓜與雞腿菇套作對土壤pH無顯著影響,但土壤電導率顯著增加,可能由于雞腿菇栽培料中所含草炭pH(5.74)較低、電導率(472 μS/cm)較高,使得試驗結果有偏差。此外,黃瓜與大球蓋菇套作的土壤電導率均無顯著變化,因此土壤中總可溶性鹽的含量沒有受到顯著影響。

研究發現,大球蓋菇的棘紅細胞能夠固定和消化土壤中的線蟲,具有生物防治作用[38]。本研究中黃瓜與大球蓋菇套作能夠降低根結線蟲病病情指數,間接證實了Zouhar等[38]研究結果。此外,黃瓜與大球蓋菇、雞腿菇套作可以顯著降低枯萎病的病情指數和發病率,表明兩種食用菌栽培模式可以有效減輕土傳病害的發生,對于防治黃瓜病蟲害具有一定的借鑒意義。

4 結 論

食用菌與黃瓜套作對黃瓜地上部的生長無顯著影響,但黃瓜與雞腿菇套作可以促進黃瓜地下部的生長發育,使根長和根尖數增加。黃瓜與大球蓋菇、雞腿菇套作對黃瓜果實品質、產量均無顯著影響;這兩種食用菌與黃瓜套作均有利于改善土壤物理性質,提高土壤持水力和透氣性;黃瓜與雞腿菇套作還可以促進土壤團聚體的形成,提高土壤的穩定性,增加土壤全氮含量。兩種食用菌栽培模式都可以降低黃瓜枯萎病的病情指數和發病率,并且黃瓜與大球蓋菇套作可以降低根結線蟲病病情指數。