不同肥料对西瓜连作障碍的影响研究进展

摘 要： 西瓜生产中的连作种植导致产量和品质下降已引起广泛关注，有关肥料在缓解西瓜连作障碍中的应用及研究也越来越多。系统阐述了西瓜连作的危害，从不同肥料对西瓜品质，西瓜连作地土壤微环境及微生物区系变化等角度，介绍了不同肥料对西瓜连作障碍的影响，并对西瓜连作障碍领域的研究及技术发展方向进行了展望。

关键词： 西瓜； 连作障碍； 土壤微生物； 肥料

西瓜（Citrullus lanatus）是深受消费者喜爱的水果之一， 也是我国重要的经济作物，我国西瓜年栽培面积居世界第1。然而，我国农村土地联产承包责任制的实行及工业、城镇发展，路桥建设使得每个农户土地面积有限，轮作难以实施。随着经济利益的驱动，耕地的有限性及生产栽培结构的约束，西瓜连作面积逐年增加，而西瓜本身忌连作，因此连作障碍日益严重，最终使得土壤微生物和无机成分的自然平衡受到破坏，土壤病菌得到发展，导致土壤病害蔓延，从而严重影响了西瓜生产连作障碍成为制约西瓜生产的主要因素，特别是设施栽培。

近年来，国内外众多学者在西瓜连作障碍的产生及调控方面进行了大量研究探讨，有关连作障碍影响因子的研究已取得较大进展。造成连作障碍的主要原因之一是土壤质量下降，而土壤质量下降与施肥有着直接关系，不同种类肥料会对连作地微生物区系和土壤酶活性产生重要影响[1]。笔者从连作对土壤理化性质、土壤生物学环境及西瓜品质等方面总结了西瓜连作障碍的危害，并从不同肥料对西瓜品质，西瓜连作地土壤微环境及微生物区系变化等角度，介绍了不同肥料在克服西瓜连作障碍方面的最新研究成果，以期为推动我国西瓜栽培学学科发展和西瓜生产提供理论依据和实践指导。

1 连作障碍对西瓜生产的危害

同一植物或近缘植物连作以后，即使在正常管理情况下，也会出现生育状况变差、病虫害严重、产量降低、品质变劣的现象，这种现象称为连作障碍（Continuous cropping obstacles）。日本称这类问题为忌地现象，欧美国家则称之为再植病害（Replant disease）或再植问题（Replant problem）[2]。连作障碍已经成为制约包括西瓜在内多种农作物产量和品质提高的重要因素。

1.1 西瓜连作造成土壤理化性状改变

有研究[3]表明，随着种植年限的增加及农民为追求高效益而盲目施肥，特别是氮肥的大量施用，使得土壤有机质含量偏低，最终导致土壤团粒结构被破坏，土壤板结加重。在设施栽培中，肥料投入量一般是露地施肥量的3～5 倍，有的高达10 倍，其中主要是氮素化肥及未腐熟的人粪尿、含氯化肥等的施用，使剩余的盐分不能随雨水淋溶而积聚在土壤表层，导致大棚土壤含盐量明显高于露地0.3%，有的甚至高于0.5%，土表发白起“盐蒿”，产生土壤次生盐渍化[4-5]。土壤盐渍化的产生加速了西瓜枯萎病的发生，特别是在苗期危害最为严重。此外，连续在同一块田种植同一种或同一类作物，作物根系产生的分泌物及其在生长过程中大量吸收消耗正离子元素，促使土壤酸度增加及土壤理化性状发生变化，并迅速减少土壤中拮抗微生物，西瓜枯萎病等嗜酸性土传病原微生物迅速增加，最终导致西瓜枯萎病日益严重而减产[3]。如西、甜瓜的根系能分泌有机酸，因此西、甜瓜如多年连作，因根酸聚集较多，影响其根系对养分与水分的吸收，导致土壤酸化及土壤养分失衡，从而抑制瓜苗生长，引起植株生长势减弱， 果实变小而减收[6]。

1.2 西瓜连作造成土壤生物学环境破坏

连作导致土壤生物学环境发生变化，其中土壤微生物区系及土壤酶活性是衡量土壤生物学环境质量的主要因子。土壤酶是表征土壤中物质能量代谢旺盛程度和土壤质量水平的一个重要生物指标[7]。有研究表明不同连作年限的土壤，土壤酶活性表现了不同程度的变化规律。连续种植20年的土壤，其蛋白酶与多酚氧化酶活性均表现为先升高后降低的变化趋势；随着连作年限增加土壤中脲酶活性逐渐降低，而蔗糖酶活性却随着连作年限的增加而增强[8]。此外，土壤微生物通过繁殖与代谢，参与土壤的物质转化过程。Smalla 等[9]在研究中指出，根际土壤微生物群落结构变化因连作作物种类不同（马铃薯、草莓和油菜）而异，这种变化均在连作1年后表现更为突出。连作导致土壤微生物数量发生较大变化，具体表现为：（1）微生物的总量减少；（2）细菌数量明显下降，而真菌数量增加，即土壤微生物区系由“细菌型”向“真菌型”转化 ；（3）放线菌数量变化不大，或呈降低趋势[10]。西瓜连作导致土壤中有益微生物类群减少，而不利微生物类群增加，其中尖孢镰刀菌（Fusarium oxysporum）远高于常规田块的土壤，并与西瓜枯萎病发病率呈明显的正相关，从而对植株正常的生命活动产生不利影响[11]。随着西瓜种植在全国范围内的不断增加，其生产规模化、专业化的快速发展，使得西瓜连作现象日益普遍，对土壤环境破坏日益严重，从而导致产量和品质下降，成为制约西瓜生产可持续发展的瓶颈。

2 不同种类肥料及配比对西瓜连作障碍的影响

目前，对于连作障碍尚无简洁有效的解决方法，虽然嫁接在西瓜连作种植中发挥了积极作用，但由于其工序多和劳动力的增加导致成本不断增加。合理有效的施肥在改善土壤理化性质及微生态环境中发挥着重要作用，因此通过施肥措施的调整可以有效缓解蔬菜作物的连作障碍[12]。当前用于西瓜生产的肥料种类繁多，大体可归纳为无机肥、农家肥、商品有机肥及生物有机肥等。

2.1 不同种类肥料对土壤理化性质的影响

化肥是西瓜生产中应用最普遍的一种肥料，然而长期施用化肥会导致土壤板结及土壤次生盐渍化等理化性质的改变[3，4]，因此有机肥作为我国农业生产中的重要肥料品种被广泛研究和应用。研究表明，增施有机肥料能促进作物生长、培肥地力、增强作物抗性[13-14]。对玉米秸秆还田的研究表明大多数有机物中C/N较大，进一步腐熟，土壤微生物可吸取土壤溶液中的氮素，并暂时加以固定，从而降低了土壤溶液的盐分浓度和渗透压，缓解土壤盐害[15]。在西瓜连作障碍的研究中，杨冬艳等[16]亦指出，施用有机肥处理的土壤盐分含量、速效氮低于化肥，有机质、速效磷钾含量高于化肥处理，而菌肥处理的土壤肥力指标在西瓜结果初期表现最高，其他时间处于中等水平。有研究表明施用酵素菌肥或生物发酵鸡粪配合沼肥等生物肥料， 均可降低土壤EC值，减轻土壤盐渍化程度[17]，而且动物粪肥的增施有利于土壤CO2含量提高，从而促进土壤呼吸[18]，这都为研究农家肥及生物有机肥在改善西瓜连作地土壤理化性质方向提供了可靠的参考价值。

2.2 不同种类肥料对土壤微生物的影响

微生物多样性是表征土壤质量变化的敏感指标。有研究指出，裸地条件下，肥料合理配施可以增强微生物对碳源的利用程度（AWCD），显著增加微生物功能多样性（Shannon指数）[19]，施用生物有机肥可明显提高土壤微生物对碳源的利用率，尤其是土壤中的羧酸、胺类和其他类碳源等[20]。这表明生物有机肥的施用能增加土壤微生物利用碳源能力，从而改善微生物营养条件，使微生物保持较高活性，提高土壤微生物多样性。有机肥对连作西瓜生长和土壤微生物区系的影响的研究表明：施入有机肥料（动物粪便和植物残体混合物）后，土壤中有益的细菌、放线菌数量显著增加，定植30 d 时，可有效减少病原性真菌的数量，细菌、放线菌变为优势菌群，增强了连作西瓜抗性，减少了病害的发生[21]。Hong-sheng Wu等[22]指出，含有拮抗微生物的生物有机肥可以有效抑制尖孢镰刀菌的繁殖，从而降低西瓜枯萎病的发生。可见，生物有机肥可以有效改善连作西瓜地土壤微生物群落，增加土壤微生物多样性进而促进西瓜的生长。

2.3 不同种类肥料对土壤酶活性的影响

有机肥含有多种酶及影响酶活性的底物。大量研究表明，施用有机肥影响土壤中蛋白酶、磷酸酶、淀粉酶等多种酶的活性[23-26]。有机肥及有机肥与无机肥混施对西瓜生长期土壤酶活性的影响不同。施用有机肥激发了土壤磷酸酶活性，土壤磷酸酶活性出现先升高再降低、升高的变化趋势；施用生物有机肥刺激了土壤脲酶活性，有机肥处理提高了土壤呼吸强度，但随处理时间的延长，并不能长期维持下去，土壤脲酶活性和呼吸强度都有下降趋势[27]。吕卫光等在研究商品有机肥与商品有机肥和尿素混施对西瓜生长期土壤酶活性的影响中指出：施用尿素和如皋有机肥（以动物毛发为原料）、上海有机肥（以鸡粪为原料）的土壤过氧化氢酶活性降低， 而施用常熟有机肥（以猪粪为原料） 处理的土壤21 d前过氧化氢酶活性高于对照；施肥后土壤磷酸酶活性表现为先升高后降低、升高的变化趋势；而土壤脲酶、蛋白酶活性先升高后逐渐减弱。这些结果表明施用有机肥能显著提高土壤酶活性，从而提高土壤肥力，缓解西瓜连作障碍[27-28]。

2.4 不同种类肥料对西瓜生长及品质的影响

西瓜连作障碍导致西瓜生长发育不良，品质下降[5]，然而科学的施肥方式可以有效提高西瓜品质及抗病性，从而改善西瓜连作障碍引起的品质下降问题[29]。

2.4.1 不同种类肥料对西瓜生长和品质的影响 西瓜果实中可溶性固形物含量是检测其品质的重要指标，而硝酸盐含量则是西瓜果实中重要的有害物质检测指标。长期过量施用化肥使果实可溶性固形物含量下降，硝酸盐含量增高[30]，并且西瓜中硝酸盐含量与氮肥施用水平呈正相关关系，虽然氮肥的施用有助于西瓜产量增长，但不显著，因此氮肥的大量施用导致西瓜品质下降并影响人体健康[31]。

单施有机肥比单施化肥可显著提高西瓜可溶性固形物含量，降低硝酸盐含量，能有效改善西瓜的品质[32]。然而，由于有机肥肥效长，从分解到供应有一个缓慢的过程，因此植株前期生长势偏弱，不仅影响雌花分化质量，而且影响坐果率，而到了果实膨大期又不能满足西瓜果实对肥水的快速大量需求，从而导致单果质量小，产量显著偏低，影响西瓜生产的经济效益[33]。

生物有机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、脂肪等各种有机养分，还含有大量的有益微生物及其产生的酶和大量的生理活性物质，因此能刺激植物根系生长，提高叶片光合能力，对提高农产品质量，保持营养风味具有独特效果。大量研究表明：微生物制剂能显著增加连作西瓜的茎长、茎粗、经济产量和生物产量等生长指标[34-35]；显著增高叶绿素、类胡萝卜素、可溶性糖、可溶性固形物以及Vc含量等；且显著降低硝态氮含量；减少了炭疽病、枯萎病和蔓枯病发生，有效提高了西瓜的抗病性，对连作障碍起到了明显的抑制作用[36-38]。

化肥和有机肥各有其优缺点，因此栽培中为了确保西瓜优质、高产，在增施有机肥的同时，配施一定量的高效复合肥，在改善西瓜品质的同时也显著提高了西瓜产量。有研究报道，有机肥与化肥合理配施，不仅能有效提高西瓜可溶性固形物含量，降低硝酸盐含量，显著提高西瓜的坐果率及抗逆性，同时能促进西瓜对钾的吸收利用，提高西瓜的糖度和食用率[39]。有机、无机肥料相互补充，既能充发挥有机肥养分齐全、肥效持久的优势，又能利用无机化肥养分集中、肥效快的特点，进而达到提高西瓜产量和品质的目的，同时对生态和环境保护也有重要意义。

2.4.2 不同肥料用量对西瓜生长和品质的影响 施肥可以显著改善西瓜品质，但是西瓜品质的提高并不随着施肥量的增加而增加，过量施肥不仅对土壤的生态环境有害，而且会降低西瓜品质，因此合理的施肥量在改善西瓜品质方面有着重要作用。有研究表明西瓜产量和果实中维生素C、可溶性糖及硝酸盐含量等指标在一定范围内随着施肥水平的提高而提高，但在肥水过剩的条件下，西瓜产量和品质又呈下降趋势[29]。有研究表明，降低氮肥用量能显著减少西瓜中硝酸盐含量，减氮的同时增施钾肥有助于进一步降低西瓜中硝酸盐含量[40]；增施钾肥比增施氮肥增产的幅度明显，而且在提高钾肥施用量时，氮肥与钾肥配合施用有明显的增产效果[41]。同时，提高钾肥施用量可以显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产量和品质[42-43]。需注意的是，在配方施肥中，有机肥虽能改善西瓜品质，但并不是有机肥比例越大其效果越好，只有当有机肥比例适宜时，其作用效果才会更好[44]。

3 展 望

西瓜连作造成土壤理化性质及土壤生态环境恶化，最终导致西瓜品质下降，同时由于我国西瓜连作面积日益增加，因此其成为制约西瓜产量和质量提升的关键因素之一。目前，虽然西瓜栽培措施及生产技术的提高使得西瓜连作得以实现，然而连作年限最多达4年，随后连作障碍引起的土壤生态环境恶化及西瓜品质下降等问题日益突出。因此，消除西瓜连作障碍的方法成为西瓜生产中亟待解决的问题。目前对于彻底解决西瓜连作障碍尚没有行之有效的方法，但是实践表明，施肥可以缓解西瓜连作带来的问题。

虽然在肥料对缓解西瓜连作障碍方面的研究已取得显著进展，但是对不同种类肥料在抑制连作障碍中具体的作用机理还不确定，而且不同种类肥料对改善连作西瓜土壤生态环境的贡献及机制亦不相同，这些均需要进一步研究与明确。当前，从土壤微生态调控角度开发出相应的微生物调控肥料、生物农药并解决其效果难以持久的问题，以及制定出合理的施肥配方是缓解西瓜连作障碍的有效方法之一。然而，施肥缓解西瓜连作障碍的效果毕竟有限，因此在合理施肥的基础上配合其他栽培制度可以更好地抑制西瓜连作带来危害。轮作与西瓜不同种属的作物根系能够分泌出抑制西瓜病原菌生长繁殖的物质，从而抑制西瓜病害的发生并成为解决西瓜连作障碍最有效的方法。然而，在目前的西瓜生产模式下，轮作难以实现，因此倒茬成为缓解西瓜连作障碍的又一措施。可以预见，合理施肥与倒茬结合将会更有效地缓解西瓜连作障碍。因此，对倒茬作物的选择以及合理施肥与倒茬结合对西瓜连作障碍的影响和作用机理的研究将为进一步解决西瓜连作障碍提供可靠的理论依据。可以相信，随着科学技术的发展和西瓜栽培管理体系的不断完善，西瓜连作障碍问题必将会得到解决，达到经济效益、生态效益和社会效益的和谐统一。

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