強還原土壤滅菌法對春提早黃瓜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

任福森，王童童，郭志偉，孫 強，劉賀娟，張 蓓，甄俊琦，程相杰，陳碧華

（1.新鄉(xiāng)市農(nóng)業(yè)科學院 河南新鄉(xiāng) 453003；2.河南科技學院 河南新鄉(xiāng) 453003）

近年來，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，我國設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)進入了一個高速發(fā)展階段，無論種植面積還是產(chǎn)量都占據(jù)世界首位[1]。2016 年設(shè)施蔬菜種植面積391.5 萬hm2，而2020 年達到410.5 萬hm2，一直在不斷擴大[2-4]。

隨著設(shè)施蔬菜種植面積和種植年限的增加，棚室土壤長期得不到自然降水淋洗而出現(xiàn)次生鹽漬化，使土壤理化性狀、微生物種類發(fā)生了很大改變，導致蔬菜生長發(fā)育不良。同時，長期連作使多種土傳性病原微生物可在土壤或病株殘體中越冬或越夏，造成循環(huán)侵染[5]、積累和傳播。我國蔬菜種類區(qū)域性單一、復種指數(shù)高、不能合理輪作等現(xiàn)象普遍，一些“老菜區(qū)”不斷出現(xiàn)蔬菜產(chǎn)量降低、品質(zhì)下降等嚴重問題[6-7]，很難滿足市場對蔬菜產(chǎn)品的安全和營養(yǎng)需求，嚴重影響了經(jīng)濟效益。所以連作障礙已經(jīng)成為全國設(shè)施蔬菜可持續(xù)生產(chǎn)的瓶頸[8-9]。目前已有一系列的防治方法和技術(shù)，如輪作、套作、嫁接栽培、調(diào)節(jié)土壤pH 值、高溫悶棚等，但這些方法的作用比較單一，不能全方位解決連作障礙的多因素問題[10-13]。

筆者采用南京師范大學蔡祖聰團隊的研究成果——強還原土壤滅菌法（RSD），即在發(fā)生土傳病害的土壤中添加大量的易分解有機物，通過灌水、薄膜覆蓋阻礙土壤與大氣的氣體交換，快速創(chuàng)造土壤強還原環(huán)境，從而在3 周左右殺滅土壤中的大量病原微生物的方法[5，14-16]。RSD 處理已經(jīng)在我國南方地區(qū)對連作障礙防控試驗取得明顯的效果。雖然RSD 處理對連作障礙防控的總體機制已經(jīng)比較清楚，但是在特定條件下特別是北方蔬菜種植區(qū)的使用效果還不明確[5]。我國北方地區(qū)是設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)的主要區(qū)域，土壤連作障礙對蔬菜產(chǎn)業(yè)的危害頗大。若RSD 處理能在北方地區(qū)成功運用，將對我國設(shè)施園藝產(chǎn)業(yè)起到巨大的促進作用。

筆者的試驗在新鄉(xiāng)市選取3 個不同地點分別進行試驗，每個試驗點設(shè)置2 個規(guī)格相同的塑料大棚分別為試驗棚和對照棚，經(jīng)試驗處理后測量統(tǒng)計數(shù)據(jù)，研究RSD 處理對新鄉(xiāng)地區(qū)大棚春提早黃瓜植株生長、果實性狀、產(chǎn)量與坐果率、果實品質(zhì)性狀的影響，期望為豫北乃至我國北方地區(qū)黃瓜等設(shè)施蔬菜生產(chǎn)解決連作障礙和土傳性病害問題提供新的參考方案。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗品種為綠亨科技有限公司提供的春黃瓜品種油亮抗病16-1。RSD 有機物料為南京師范大學土壤利用與修復團隊提供，主要成分為粉碎的苜蓿秸稈（1300 kg·667 m-2）。

1.2 試驗地點

本試驗分別在新鄉(xiāng)市牧野區(qū)牧野鎮(zhèn)朱莊屯村、封丘縣陳固鎮(zhèn)三里莊村和獲嘉縣馮莊鎮(zhèn)王井村進行，每個地點設(shè)2 個相同規(guī)格的塑料大棚，每個試驗點的2 個大棚均選在同一地塊并且均有3 年以上的黃瓜連作種植，土傳病害嚴重。

1.3 試驗方法

RSD 處理棚于2020 年6 月15 日將RSD 有機物料以每667 m2施用1.3 t 的量均勻添加到土地表面并進行30 cm 的土壤耕翻，灌足水后用塑料薄膜密封覆蓋地面，并密閉大棚20 d，對照棚土壤不添加RSD 有機物料，其他管理相同。

試驗采取完全隨機設(shè)計，黃瓜苗定植于2021年2 月14 日，采用雙行栽培，行株距為60 cm×35 cm，3 個試驗點小區(qū)面積分別為660、660、700 m2。

1.4 取樣方法

采取5 點取樣法作為5 個重復點，每點選取10 株黃瓜掛牌標記，分別在不同生育期測量各項指標數(shù)據(jù)。

1.5 試驗測定項目

1.5.1 植株生長指標 在黃瓜定植1 個月后對取樣點黃瓜植株進行生長指標的測定。用鋼卷尺測量莖基部到生長點長度為株高。用游標卡尺測量子葉到第1 片真葉節(jié)位之間的瓜蔓直徑為莖粗。統(tǒng)計黃瓜植株除了生長點以外的所有葉片數(shù)量為葉片數(shù)。從黃瓜莖基部第1 片真葉往上數(shù)到第1 朵雌花著生的葉片處，記錄葉片數(shù)為第1 雌花節(jié)位。

1.5.2 果實相關(guān)性狀 分別選取取樣點具有代表性的商品黃瓜果實進行測定。逐個用電子秤稱質(zhì)量，記錄為單果質(zhì)量。用鋼卷尺緊貼黃瓜彎曲的背面，從上端拉到下端，準確讀取數(shù)值后記錄為瓜長。用游標卡尺在黃瓜的中間位置測量，準確讀出數(shù)值并記錄為瓜直徑。用鋼卷尺準確量取從瓜柄頂端到瓜柄與心腔交接處的長度記錄為瓜柄長。

1.5.3 產(chǎn)量及坐果率 從第一次采摘開始，用電子秤對每一次產(chǎn)量進行記錄，計算出總產(chǎn)量。根據(jù)黃瓜采收后的痕跡計算黃瓜坐果數(shù)，根據(jù)保留在植株上的敗育雌花的死體計算敗育雌花數(shù)，最終計算出坐果率。

坐果率/%=黃瓜坐果數(shù)/（黃瓜坐果數(shù)+敗育雌花數(shù)）×100。（1）

1.5.4 果實品質(zhì)指標 選取取樣點具有代表性的商品黃瓜果實進行測定。

維生素C 含量（w，后同）采用2，6-二氯酚靛酚法測定[17]，蛋白質(zhì)含量采用考馬斯亮藍G-250 法測定[17]，可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定[17]。

w（維生素C）/（mg·100 g-1）=100×（V-V0）×T×A/m；（2）

式中，V—滴定黃瓜提取液染料消耗的體積（mL）；V0—滴定空白染料體積的消耗（mL）；T—1 mL 染料相當于抗壞血酸的毫克數(shù)（mg·mL-1）；A—稀釋的倍數(shù)；m—樣品的質(zhì)量（g）。

w（蛋白質(zhì)）/（μg·g-1）=

1.6 統(tǒng)計分析方法

使用Excel 2010 和SPSS 22.0 進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 RSD處理對大棚春提早黃瓜植株生長的影響

由表1 可以看出，RSD 處理能夠促進大棚春提早黃瓜株高、莖粗、葉片數(shù)等各項生長指標的增長，降低了第1 雌花節(jié)位。在封丘縣和獲嘉縣試驗點，經(jīng)RSD 處理后株高較對照顯著增加了8.39 cm 和5.46 cm，增幅分別為8.12%、5.32%；在牧野區(qū)試驗點，經(jīng)RSD 處理后株高與對照差異不顯著，但也增加了3.42 cm，增幅為3.51%。牧野區(qū)、封丘縣和獲嘉縣3 個試驗點的黃瓜莖粗和葉片數(shù)與對照相比差異都不顯著，但均有所增加，莖粗分別 增 加 了0.21、0.15、0.10 mm，增 幅 分 別 為2.69%、1.85%、1.23%；葉片數(shù)分別增加了0.12、0.49、0.56 片，增幅分別為0.81%、3.20%、3.69%。3 個試驗點的第1 雌花節(jié)位與對照相比顯著降低，分別降低了0.4、0.6、0.3 個節(jié)位，降幅分別為11.76%、20.00%、9.38%。

表1 RSD 處理對大棚春提早黃瓜植株生長的影響Table 1 Effect of RSD treatment on plant growth characters of early spring cucumber in greenhouse

2.2 RSD 處理對塑料大棚春提早黃瓜果實相關(guān)性狀的影響

2.2.1 RSD 處理對塑料大棚春提早黃瓜單果質(zhì)量的影響 由圖1 可以看出，RSD 處理能夠極顯著提高大棚春提早黃瓜的單果質(zhì)量。3 個試驗點的黃瓜經(jīng)RSD 處理后的單果質(zhì)量較對照均有提高，且差異均達到極顯著水平，分別提高了32.73、48.73、43.00 g，增幅分別為24.87%、38.64%、34.64%。

圖1 RSD 處理對大棚春提早黃瓜平均單果質(zhì)量的影響Fig.1 Effect of RSD treatment on average fruit weigh of early spring cucumber in greenhouse

2.2.2 RSD 處理對塑料大棚春提早黃瓜瓜長的影響 RSD 處理能夠顯著提高大棚春提早黃瓜的瓜長（圖2）。與對照相比，在牧野區(qū)試驗點經(jīng)RSD 處理后瓜長顯著提高了0.98 cm，增幅為3.06%；在封丘縣和獲嘉縣2 個試驗點，經(jīng)RSD 處理后瓜長差異達極顯著水平，分別提高了2.60、2.70 cm，增幅分別為8.44%和8.91%。

圖2 RSD 處理對大棚春提早黃瓜瓜長的影響Fig.2 Effect of RSD treatment on fruit length of early spring cucumber in greenhouse

2.2.3 RSD 處理對塑料大棚春提早黃瓜瓜直徑的影響 由圖3 可以看出，RSD 處理能夠提高大棚春提早黃瓜直徑。和對照相比，在牧野區(qū)試驗點，經(jīng)RSD 處理后黃瓜直徑?jīng)]有顯著性差異，但直徑增加了0.63 mm，增幅為2.05%；在封丘縣和獲嘉縣2 個試驗點，經(jīng)RSD 處理后黃瓜直徑均有極顯著提高，分別增加了3.23 mm 和3.06 mm，增幅分別為10.96%和10.71%。

圖3 RSD 處理對大棚春提早黃瓜瓜直徑的影響Fig.3 Effect of RSD treatment on diameter of early spring cucumber in greenhouse

2.2.4 RSD 處理對塑料大棚春提早黃瓜瓜柄長的影響 由圖4 可以看出，RSD 處理能夠顯著縮短大棚春提早黃瓜瓜柄長。3 個試驗點的黃瓜經(jīng)RSD處理后瓜柄長較對照均縮短且差異達到了極顯著水平，分別縮短了0.95、0.83、0.88 cm，降幅分別為15.32%、14.71%、15.14%。

圖4 RSD 處理對大棚春提早黃瓜瓜柄長的影響Fig.4 Effect of RSD treatment on pedicle length of early spring cucumber in greenhouse

2.3 RSD 處理對塑料大棚春提早黃瓜產(chǎn)量及坐果率的影響

2.3.1 RSD 處理對塑料大棚春提早黃瓜產(chǎn)量的影響 由圖5 可以看出，RSD 處理能夠極顯著提高大棚春提早黃瓜的667 m2產(chǎn)量。在3 個試驗點，經(jīng)RSD 處理后的黃瓜平均產(chǎn)量較對照均有極顯著提高，分別提高了1500、2667、2167 kg·667 m-2，增幅分別為17.65%、32.00%、26.53%。

圖5 RSD 處理對大棚春提早黃瓜產(chǎn)量的影響Fig.5 Effect of RSD treatment on yield of early spring cucumber in greenhouse

2.3.2 RSD 處理對塑料大棚春提早黃瓜坐果率的影響 由圖6 可以看出，在牧野區(qū)試驗點，經(jīng)RSD處理后黃瓜坐果率較對照有顯著提高，提高了2.73%；封丘縣和獲嘉縣試驗點經(jīng)RSD 處理后較對照有極顯著提高，坐果率分別提高了7.41%和4.25%。

圖6 RSD 處理對大棚春提早黃瓜坐果率的影響Fig.6 Effect of RSD treatment on fruit setting rate of early spring cucumber in greenhouse

2.4 RSD處理對大棚春提早黃瓜果實品質(zhì)的影響

2.4.1 RSD 處理對塑料大棚春提早黃瓜果實維生素C 含量的影響 由圖7 可以看出，RSD 處理能夠提高大棚春提早黃瓜維生素C 含量。其中，封丘縣試驗點的黃瓜與對照呈極顯著差異，維生素C 含量提高了0.71 mg·100 g-1，增幅為8.46%；獲嘉縣試驗點的黃瓜維生素C 含量較對照顯著增加了0.57 mg·100 g-1，增幅為6.78%；牧野區(qū)試驗點與對照無顯著差異，但增加了0.30 mg·100 g-1，增幅為3.44%。

圖7 RSD 處理對大棚春提早黃瓜維生素C 含量的影響Fig.7 Effect of RSD treatment on vitamin C content of early spring cucumber in greenhouse

2.4.2 RSD 處理對大棚春提早黃瓜蛋白質(zhì)含量的影響 由圖8 可以看出，RSD 處理能夠顯著提高大棚春提早黃瓜的蛋白質(zhì)含量。其中，封丘縣、獲嘉縣2 個試驗點的黃瓜處理與對照均呈極顯著差異，蛋白質(zhì)含量分別提高了0.32、0.23 mg·g-1，增幅分別為15.19%、10.99%；牧野區(qū)試驗點與對照顯著差異，蛋白質(zhì)含量提高了0.16 mg·g-1，增幅為7.86%。

圖8 RSD 處理對大棚春提早黃瓜蛋白質(zhì)含量的影響Fig.8 Effect of RSD treatment on protein content of early spring cucumber in greenhouse

2.4.3 RSD 處理對大棚春提早黃瓜可溶性糖含量的影響 由圖9 可以看出，RSD 處理能夠極顯著提高大棚春提早黃瓜的可溶性糖含量。3 個試驗點的RSD 處理與對照均呈極顯著差異，可溶性糖含量分別提高了0.21、0.44、0.24 個百分點，增幅分別為10.54%、21.76%、11.48%。

圖9 RSD 處理對大棚春提早黃瓜可溶性糖含量的影響Fig.9 Effect of RSD treatment on soluble sugar content of early spring cucumber in greenhouse

3 討論與結(jié)論

在同一塊土地上進行常年專一作物的連續(xù)種植，造成了大面積的連作障礙，嚴重制約我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[18]。為解決連作障礙問題，研究人員采取了各種防治辦法，但這些方法大多數(shù)都只能針對某一特殊問題進行防治或緩解，例如土壤熏蒸滅菌法可以殺死病原菌，但不能改善土壤理化性狀，并容易造成有益微生物的死亡；施用石灰能夠改善土壤理化性質(zhì)，但是不一定能夠降低病原菌數(shù)量；強還原土壤滅菌法目前在日本、美國、荷蘭等地已被廣泛用于土壤滅菌，被認為是一種具有廣譜性、環(huán)境友好的治理方法[5]。

筆者研究認為，有機物料及覆膜在太陽照射下能夠提高地溫從而殺死土壤中的病原菌，這與相棟等[19]的結(jié)論一致，其研究表明，通過在土壤中施加有機物料石灰氮和雞糞，并覆蓋地膜進行日光高溫處理后，能夠顯著增加地溫，從而能夠較好地防治設(shè)施黃瓜連作所造成的病害問題。黃新琦等[20]研究認為，RSD 能夠?qū)ν寥啦≡鸬綒⒕饔谩Ｍ鯇氂⒌萚21]對芥藍的研究表明，RSD 處理能夠顯著提高土壤pH，增強土壤微生物活性，從而改善土壤，顯著增加連作芥藍產(chǎn)量，這是由于在強還原條件下土壤中部分離子的還原會消耗大量氫離子，從而緩解土壤酸化和鹽漬化，同時土壤微生物活性的增強提升了微生物養(yǎng)分轉(zhuǎn)換和土壤抑病能力。筆者認為，良好的土壤環(huán)境能夠促進植株對養(yǎng)分的吸收。朱同彬等[22]研究證實，淹水加有機物料較不淹水不加有機物料處理和淹水不加有機物料處理，能夠顯著改善土壤理化性質(zhì)，且在南京設(shè)置的試驗表明，加入風干紫花苜蓿并在淹水條件下密封大棚創(chuàng)造強還原土壤滅菌環(huán)境，能夠提高黃瓜產(chǎn)量[23]，這與本研究結(jié)果一致。與淹水和施用有機肥處理方法相比，RSD 處理對土壤性質(zhì)的影響遠遠大于前兩者[7-8]。

本試驗結(jié)果表明，RSD 處理對常年連作塑料大棚春提早黃瓜的各項指標均產(chǎn)生有益影響。RSD處理能夠促使大棚春提早黃瓜株高、莖粗及葉片數(shù)增加，有效提早黃瓜成熟時間；增加黃瓜瓜長、瓜直徑和單果質(zhì)量，平均667 m2產(chǎn)量提高17.65%～32.00%；果實品質(zhì)中的維生素C、蛋白質(zhì)、可溶性糖含量均得到提高。塑料大棚春提早黃瓜采用RSD處理后所獲得的提早上市、增加產(chǎn)量、改善品質(zhì)等效果，都是提高種植者經(jīng)濟效益的重要因素。

綜上所述，RSD 處理可為從根本上改良土壤和系統(tǒng)性解決連作障礙及土傳病害問題提供可行的方案，但針對RSD 所需有機物料類型和施用量需要針對各地區(qū)土壤連作障礙程度因地制宜的調(diào)整，從而使經(jīng)濟效益最大化。