强还原土壤灭菌法对春提早黄瓜产量和品质的影响

任福森，王童童，郭志伟，孙 强，刘贺娟，张 蓓，甄俊琦，程相杰，陈碧华

（1.新乡市农业科学院 河南新乡 453003；2.河南科技学院 河南新乡 453003）

近年来，随着社会经济的发展，我国设施蔬菜产业进入了一个高速发展阶段，无论种植面积还是产量都占据世界首位[1]。2016 年设施蔬菜种植面积391.5 万hm2，而2020 年达到410.5 万hm2，一直在不断扩大[2-4]。

随着设施蔬菜种植面积和种植年限的增加，棚室土壤长期得不到自然降水淋洗而出现次生盐渍化，使土壤理化性状、微生物种类发生了很大改变，导致蔬菜生长发育不良。同时，长期连作使多种土传性病原微生物可在土壤或病株残体中越冬或越夏，造成循环侵染[5]、积累和传播。我国蔬菜种类区域性单一、复种指数高、不能合理轮作等现象普遍，一些“老菜区”不断出现蔬菜产量降低、品质下降等严重问题[6-7]，很难满足市场对蔬菜产品的安全和营养需求，严重影响了经济效益。所以连作障碍已经成为全国设施蔬菜可持续生产的瓶颈[8-9]。目前已有一系列的防治方法和技术，如轮作、套作、嫁接栽培、调节土壤pH 值、高温闷棚等，但这些方法的作用比较单一，不能全方位解决连作障碍的多因素问题[10-13]。

笔者采用南京师范大学蔡祖聪团队的研究成果——强还原土壤灭菌法（RSD），即在发生土传病害的土壤中添加大量的易分解有机物，通过灌水、薄膜覆盖阻碍土壤与大气的气体交换，快速创造土壤强还原环境，从而在3 周左右杀灭土壤中的大量病原微生物的方法[5，14-16]。RSD 处理已经在我国南方地区对连作障碍防控试验取得明显的效果。虽然RSD 处理对连作障碍防控的总体机制已经比较清楚，但是在特定条件下特别是北方蔬菜种植区的使用效果还不明确[5]。我国北方地区是设施蔬菜产业的主要区域，土壤连作障碍对蔬菜产业的危害颇大。若RSD 处理能在北方地区成功运用，将对我国设施园艺产业起到巨大的促进作用。

笔者的试验在新乡市选取3 个不同地点分别进行试验，每个试验点设置2 个规格相同的塑料大棚分别为试验棚和对照棚，经试验处理后测量统计数据，研究RSD 处理对新乡地区大棚春提早黄瓜植株生长、果实性状、产量与坐果率、果实品质性状的影响，期望为豫北乃至我国北方地区黄瓜等设施蔬菜生产解决连作障碍和土传性病害问题提供新的参考方案。

1 材料与方法

1.1 材料

试验品种为绿亨科技有限公司提供的春黄瓜品种油亮抗病16-1。RSD 有机物料为南京师范大学土壤利用与修复团队提供，主要成分为粉碎的苜蓿秸秆（1300 kg·667 m-2）。

1.2 试验地点

本试验分别在新乡市牧野区牧野镇朱庄屯村、封丘县陈固镇三里庄村和获嘉县冯庄镇王井村进行，每个地点设2 个相同规格的塑料大棚，每个试验点的2 个大棚均选在同一地块并且均有3 年以上的黄瓜连作种植，土传病害严重。

1.3 试验方法

RSD 处理棚于2020 年6 月15 日将RSD 有机物料以每667 m2施用1.3 t 的量均匀添加到土地表面并进行30 cm 的土壤耕翻，灌足水后用塑料薄膜密封覆盖地面，并密闭大棚20 d，对照棚土壤不添加RSD 有机物料，其他管理相同。

试验采取完全随机设计，黄瓜苗定植于2021年2 月14 日，采用双行栽培，行株距为60 cm×35 cm，3 个试验点小区面积分别为660、660、700 m2。

1.4 取样方法

采取5 点取样法作为5 个重复点，每点选取10 株黄瓜挂牌标记，分别在不同生育期测量各项指标数据。

1.5 试验测定项目

1.5.1 植株生长指标 在黄瓜定植1 个月后对取样点黄瓜植株进行生长指标的测定。用钢卷尺测量茎基部到生长点长度为株高。用游标卡尺测量子叶到第1 片真叶节位之间的瓜蔓直径为茎粗。统计黄瓜植株除了生长点以外的所有叶片数量为叶片数。从黄瓜茎基部第1 片真叶往上数到第1 朵雌花着生的叶片处，记录叶片数为第1 雌花节位。

1.5.2 果实相关性状 分别选取取样点具有代表性的商品黄瓜果实进行测定。逐个用电子秤称质量，记录为单果质量。用钢卷尺紧贴黄瓜弯曲的背面，从上端拉到下端，准确读取数值后记录为瓜长。用游标卡尺在黄瓜的中间位置测量，准确读出数值并记录为瓜直径。用钢卷尺准确量取从瓜柄顶端到瓜柄与心腔交接处的长度记录为瓜柄长。

1.5.3 产量及坐果率 从第一次采摘开始，用电子秤对每一次产量进行记录，计算出总产量。根据黄瓜采收后的痕迹计算黄瓜坐果数，根据保留在植株上的败育雌花的死体计算败育雌花数，最终计算出坐果率。

坐果率/%=黄瓜坐果数/（黄瓜坐果数+败育雌花数）×100。（1）

1.5.4 果实品质指标 选取取样点具有代表性的商品黄瓜果实进行测定。

维生素C 含量（w，后同）采用2，6-二氯酚靛酚法测定[17]，蛋白质含量采用考马斯亮蓝G-250 法测定[17]，可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定[17]。

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

式中，V—滴定黄瓜提取液染料消耗的体积（mL）；V0—滴定空白染料体积的消耗（mL）；T—1 mL 染料相当于抗坏血酸的毫克数（mg·mL-1）；A—稀释的倍数；m—样品的质量（g）。

w（蛋白质）/（μg·g-1）=

1.6 统计分析方法

使用Excel 2010 和SPSS 22.0 进行数据统计和分析。

2 结果与分析

2.1 RSD处理对大棚春提早黄瓜植株生长的影响

由表1 可以看出，RSD 处理能够促进大棚春提早黄瓜株高、茎粗、叶片数等各项生长指标的增长，降低了第1 雌花节位。在封丘县和获嘉县试验点，经RSD 处理后株高较对照显著增加了8.39 cm 和5.46 cm，增幅分别为8.12%、5.32%；在牧野区试验点，经RSD 处理后株高与对照差异不显著，但也增加了3.42 cm，增幅为3.51%。牧野区、封丘县和获嘉县3 个试验点的黄瓜茎粗和叶片数与对照相比差异都不显著，但均有所增加，茎粗分别 增 加 了0.21、0.15、0.10 mm，增 幅 分 别 为2.69%、1.85%、1.23%；叶片数分别增加了0.12、0.49、0.56 片，增幅分别为0.81%、3.20%、3.69%。3 个试验点的第1 雌花节位与对照相比显著降低，分别降低了0.4、0.6、0.3 个节位，降幅分别为11.76%、20.00%、9.38%。

表1 RSD 处理对大棚春提早黄瓜植株生长的影响Table 1 Effect of RSD treatment on plant growth characters of early spring cucumber in greenhouse

2.2 RSD 处理对塑料大棚春提早黄瓜果实相关性状的影响

2.2.1 RSD 处理对塑料大棚春提早黄瓜单果质量的影响 由图1 可以看出，RSD 处理能够极显著提高大棚春提早黄瓜的单果质量。3 个试验点的黄瓜经RSD 处理后的单果质量较对照均有提高，且差异均达到极显著水平，分别提高了32.73、48.73、43.00 g，增幅分别为24.87%、38.64%、34.64%。

图1 RSD 处理对大棚春提早黄瓜平均单果质量的影响Fig.1 Effect of RSD treatment on average fruit weigh of early spring cucumber in greenhouse

2.2.2 RSD 处理对塑料大棚春提早黄瓜瓜长的影响 RSD 处理能够显著提高大棚春提早黄瓜的瓜长（图2）。与对照相比，在牧野区试验点经RSD 处理后瓜长显著提高了0.98 cm，增幅为3.06%；在封丘县和获嘉县2 个试验点，经RSD 处理后瓜长差异达极显著水平，分别提高了2.60、2.70 cm，增幅分别为8.44%和8.91%。

图2 RSD 处理对大棚春提早黄瓜瓜长的影响Fig.2 Effect of RSD treatment on fruit length of early spring cucumber in greenhouse

2.2.3 RSD 处理对塑料大棚春提早黄瓜瓜直径的影响 由图3 可以看出，RSD 处理能够提高大棚春提早黄瓜直径。和对照相比，在牧野区试验点，经RSD 处理后黄瓜直径没有显著性差异，但直径增加了0.63 mm，增幅为2.05%；在封丘县和获嘉县2 个试验点，经RSD 处理后黄瓜直径均有极显著提高，分别增加了3.23 mm 和3.06 mm，增幅分别为10.96%和10.71%。

图3 RSD 处理对大棚春提早黄瓜瓜直径的影响Fig.3 Effect of RSD treatment on diameter of early spring cucumber in greenhouse

2.2.4 RSD 处理对塑料大棚春提早黄瓜瓜柄长的影响 由图4 可以看出，RSD 处理能够显著缩短大棚春提早黄瓜瓜柄长。3 个试验点的黄瓜经RSD处理后瓜柄长较对照均缩短且差异达到了极显著水平，分别缩短了0.95、0.83、0.88 cm，降幅分别为15.32%、14.71%、15.14%。

图4 RSD 处理对大棚春提早黄瓜瓜柄长的影响Fig.4 Effect of RSD treatment on pedicle length of early spring cucumber in greenhouse

2.3 RSD 处理对塑料大棚春提早黄瓜产量及坐果率的影响

2.3.1 RSD 处理对塑料大棚春提早黄瓜产量的影响 由图5 可以看出，RSD 处理能够极显著提高大棚春提早黄瓜的667 m2产量。在3 个试验点，经RSD 处理后的黄瓜平均产量较对照均有极显著提高，分别提高了1500、2667、2167 kg·667 m-2，增幅分别为17.65%、32.00%、26.53%。

图5 RSD 处理对大棚春提早黄瓜产量的影响Fig.5 Effect of RSD treatment on yield of early spring cucumber in greenhouse

2.3.2 RSD 处理对塑料大棚春提早黄瓜坐果率的影响 由图6 可以看出，在牧野区试验点，经RSD处理后黄瓜坐果率较对照有显著提高，提高了2.73%；封丘县和获嘉县试验点经RSD 处理后较对照有极显著提高，坐果率分别提高了7.41%和4.25%。

图6 RSD 处理对大棚春提早黄瓜坐果率的影响Fig.6 Effect of RSD treatment on fruit setting rate of early spring cucumber in greenhouse

2.4 RSD处理对大棚春提早黄瓜果实品质的影响

2.4.1 RSD 处理对塑料大棚春提早黄瓜果实维生素C 含量的影响 由图7 可以看出，RSD 处理能够提高大棚春提早黄瓜维生素C 含量。其中，封丘县试验点的黄瓜与对照呈极显著差异，维生素C 含量提高了0.71 mg·100 g-1，增幅为8.46%；获嘉县试验点的黄瓜维生素C 含量较对照显著增加了0.57 mg·100 g-1，增幅为6.78%；牧野区试验点与对照无显著差异，但增加了0.30 mg·100 g-1，增幅为3.44%。

图7 RSD 处理对大棚春提早黄瓜维生素C 含量的影响Fig.7 Effect of RSD treatment on vitamin C content of early spring cucumber in greenhouse

2.4.2 RSD 处理对大棚春提早黄瓜蛋白质含量的影响 由图8 可以看出，RSD 处理能够显著提高大棚春提早黄瓜的蛋白质含量。其中，封丘县、获嘉县2 个试验点的黄瓜处理与对照均呈极显著差异，蛋白质含量分别提高了0.32、0.23 mg·g-1，增幅分别为15.19%、10.99%；牧野区试验点与对照显著差异，蛋白质含量提高了0.16 mg·g-1，增幅为7.86%。

图8 RSD 处理对大棚春提早黄瓜蛋白质含量的影响Fig.8 Effect of RSD treatment on protein content of early spring cucumber in greenhouse

2.4.3 RSD 处理对大棚春提早黄瓜可溶性糖含量的影响 由图9 可以看出，RSD 处理能够极显著提高大棚春提早黄瓜的可溶性糖含量。3 个试验点的RSD 处理与对照均呈极显著差异，可溶性糖含量分别提高了0.21、0.44、0.24 个百分点，增幅分别为10.54%、21.76%、11.48%。

图9 RSD 处理对大棚春提早黄瓜可溶性糖含量的影响Fig.9 Effect of RSD treatment on soluble sugar content of early spring cucumber in greenhouse

3 讨论与结论

在同一块土地上进行常年专一作物的连续种植，造成了大面积的连作障碍，严重制约我国农业可持续发展[18]。为解决连作障碍问题，研究人员采取了各种防治办法，但这些方法大多数都只能针对某一特殊问题进行防治或缓解，例如土壤熏蒸灭菌法可以杀死病原菌，但不能改善土壤理化性状，并容易造成有益微生物的死亡；施用石灰能够改善土壤理化性质，但是不一定能够降低病原菌数量；强还原土壤灭菌法目前在日本、美国、荷兰等地已被广泛用于土壤灭菌，被认为是一种具有广谱性、环境友好的治理方法[5]。

笔者研究认为，有机物料及覆膜在太阳照射下能够提高地温从而杀死土壤中的病原菌，这与相栋等[19]的结论一致，其研究表明，通过在土壤中施加有机物料石灰氮和鸡粪，并覆盖地膜进行日光高温处理后，能够显著增加地温，从而能够较好地防治设施黄瓜连作所造成的病害问题。黄新琦等[20]研究认为，RSD 能够对土壤病原菌起到杀菌作用。王宝英等[21]对芥蓝的研究表明，RSD 处理能够显著提高土壤pH，增强土壤微生物活性，从而改善土壤，显著增加连作芥蓝产量，这是由于在强还原条件下土壤中部分离子的还原会消耗大量氢离子，从而缓解土壤酸化和盐渍化，同时土壤微生物活性的增强提升了微生物养分转换和土壤抑病能力。笔者认为，良好的土壤环境能够促进植株对养分的吸收。朱同彬等[22]研究证实，淹水加有机物料较不淹水不加有机物料处理和淹水不加有机物料处理，能够显著改善土壤理化性质，且在南京设置的试验表明，加入风干紫花苜蓿并在淹水条件下密封大棚创造强还原土壤灭菌环境，能够提高黄瓜产量[23]，这与本研究结果一致。与淹水和施用有机肥处理方法相比，RSD 处理对土壤性质的影响远远大于前两者[7-8]。

本试验结果表明，RSD 处理对常年连作塑料大棚春提早黄瓜的各项指标均产生有益影响。RSD处理能够促使大棚春提早黄瓜株高、茎粗及叶片数增加，有效提早黄瓜成熟时间；增加黄瓜瓜长、瓜直径和单果质量，平均667 m2产量提高17.65%～32.00%；果实品质中的维生素C、蛋白质、可溶性糖含量均得到提高。塑料大棚春提早黄瓜采用RSD处理后所获得的提早上市、增加产量、改善品质等效果，都是提高种植者经济效益的重要因素。

综上所述，RSD 处理可为从根本上改良土壤和系统性解决连作障碍及土传病害问题提供可行的方案，但针对RSD 所需有机物料类型和施用量需要针对各地区土壤连作障碍程度因地制宜的调整，从而使经济效益最大化。