高榮廣，付 鑫

(山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院，山東泰安 271018)

黃瓜(CucumissativusL.)是大棚內(nèi)主栽蔬菜之一，由于多年連作重茬，導(dǎo)致其土傳病害逐年加重。與露地栽培環(huán)境相比，大棚內(nèi)環(huán)境相對(duì)封閉，土地利用率高，但種植作物單一，從而導(dǎo)致大棚內(nèi)土壤中的養(yǎng)分失衡，微生物的種類和數(shù)量發(fā)生變化，最終導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，嚴(yán)重影響黃瓜的生長(zhǎng)及產(chǎn)量[1-4]。因此如何緩解連作障礙是目前大棚黃瓜生產(chǎn)中亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)于蔬菜的不同栽培模式研究較多。除蔬菜作物單生栽培外，還可與其他作物進(jìn)行間作、套作和伴生栽培。與單生栽培相比，間作、套作和伴生栽培能夠平衡土壤養(yǎng)分，促進(jìn)植物對(duì)養(yǎng)分的吸收，改善土壤微生物環(huán)境[5]，產(chǎn)量大幅提高，保證了主栽蔬菜的連續(xù)生產(chǎn)[6-10]。與間作、套作相比，伴生栽培是以不影響主栽作物為準(zhǔn)則，不以采收產(chǎn)品為目的栽培模式，能夠改善土壤結(jié)構(gòu)，有利于主栽作物產(chǎn)量的增加[11]。

不同種間植物伴生是否會(huì)形成有利的互作主要取決于二者之間的競(jìng)爭(zhēng)和促進(jìn)效應(yīng)的綜合結(jié)果[12-13]。研究表明，科學(xué)合理伴生栽培可以提高作物對(duì)土壤中礦質(zhì)養(yǎng)分的吸收[14]和降低土傳病害，有益于主栽作物的生長(zhǎng)發(fā)育[7，15-16]。分蘗洋蔥-番茄伴生栽培能夠促進(jìn)番茄生長(zhǎng)但抑制分蘗洋蔥生長(zhǎng)，根系活力顯著升高[17]。禾本科作物伴生番茄可以提高根區(qū)土壤酶活性，改善微生物結(jié)構(gòu)，降低根結(jié)線蟲的發(fā)生[18]。大麥和芥菜伴生栽培辣椒均可改善根際土壤環(huán)境，提高土壤微生物數(shù)量[19]。高春琦等[20]研究發(fā)現(xiàn)，小麥伴生，黃瓜的長(zhǎng)勢(shì)明顯增強(qiáng)，單株產(chǎn)量增加6.41%[21]。夏秀波等[22]研究表明，大蔥伴生可顯著增強(qiáng)番茄植株的光合能力，生長(zhǎng)量明顯增加 。大蔥、大蒜伴生黃瓜能夠提高土壤養(yǎng)分，增強(qiáng)土壤酶活性，黃瓜植株的莖粗、節(jié)數(shù)、葉面積等顯著增加，生長(zhǎng)勢(shì)增強(qiáng)[23]。筆者以綠豆、苜蓿、蘿卜、芥菜、茴香、茼蒿、蒜苗作為伴生植物，播種于黃瓜行間，研究不同伴生植物對(duì)黃瓜根系環(huán)境、生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響，并在此基礎(chǔ)上篩選出適宜的設(shè)施黃瓜伴生植物，為改善設(shè)施土壤環(huán)境、減輕連作障礙、實(shí)現(xiàn)設(shè)施黃瓜優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)提供技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料試驗(yàn)于2020年在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝實(shí)驗(yàn)站大拱棚內(nèi)進(jìn)行，該棚內(nèi)連續(xù)黃瓜種植8年。供試材料為‘津綠30號(hào)’黃瓜，伴生植物分別為T1綠豆、T2苜蓿、T3蘿卜、T4芥菜、T5茴香、T6茼蒿、T7蒜苗，以黃瓜單作栽培為對(duì)照(CK)。供試土壤堿解氮144.1 mg/kg，速效磷 210.0 mg/kg，速效鉀 274.8 mg/kg，有機(jī)質(zhì)25.2 g/kg，pH 7.1，EC 0.37 mS/cm。

1.2 試驗(yàn)方法2020年8月23日采用大小行定植，大行距70 cm、小行距50 cm、株距30 cm。定植后7 d，在壟間條播伴生植物，常規(guī)管理。11月5日拉秧。分別于10月15日(結(jié)果盛期)和拉秧后取樣測(cè)定。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1生長(zhǎng)量與產(chǎn)量。拉秧前(11月1日)用直尺測(cè)定植株生長(zhǎng)量，按照龔建華等[24]的方法計(jì)算葉面積。9月20日開始采收，稱重法測(cè)定單果重，11月5日拉秧，按小區(qū)計(jì)產(chǎn)，統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量。

1.3.2土壤電導(dǎo)率和pH。用取土器取0～20 cm土層中的土，自然風(fēng)干后粉碎過(guò)篩，按土∶水=1∶5測(cè)定土壤電導(dǎo)率和pH[25]。

1.3.3土壤微生物的分離和培養(yǎng)。結(jié)果盛期和拉秧后，取0～20 cm土層黃瓜和伴生植物之間的根區(qū)土，一部分自然風(fēng)干用于土壤養(yǎng)分的測(cè)定，其余部分-20 ℃貯藏，用于測(cè)定土壤微生物數(shù)量。

采用平板稀釋法進(jìn)行微生物的分離和培養(yǎng)[26]。首先將土壤溶液進(jìn)行梯度稀釋，細(xì)菌用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基，放線菌用改良高氏1號(hào)培養(yǎng)基，真菌用馬丁氏培養(yǎng)基，分別篩選出不同微生物的合適濃度，之后按照菌落形成單位進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，重復(fù)3次，取平均值。

1.3.4土壤養(yǎng)分。土樣自然風(fēng)干后過(guò)20目篩，用重鉻酸鉀容量法測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)含量，堿解擴(kuò)散法測(cè)定堿解氮含量，碳酸氫鈉浸提-鑰銻抗比色法測(cè)定有效磷含量，火焰分光光度法測(cè)定速效鉀含量[27]。

1.3.5根系活力與吸收面積。在結(jié)果盛期取黃瓜完整根系，用氯化三苯基四氮唑(TTC)法測(cè)定根系活力[28]，甲烯藍(lán)法測(cè)定根系吸收面積和活躍吸收面積[29]。

1.4 數(shù)據(jù)處理利用Microsoft excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的整理與作圖，用DPS軟件進(jìn)行單因素方差分析，Duncan檢驗(yàn)法對(duì)顯著性差異(P<0.05)進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 伴生植物對(duì)大棚黃瓜根區(qū)土壤養(yǎng)分的影響從表1可以看出，與CK相比，T1和T4處理的根區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量與CK差異不顯著，其他植物伴生黃瓜的土壤有機(jī)質(zhì)含量均有不同程度的降低。堿解氮含量以T1處理最高，T3、T4和T7處理其次，T2、T5、T6略低，但均顯著高于CK。各處理相比，T7處理的速效磷含量最高，且顯著高于CK，T5其次，但與CK差異不顯著，T1～T4和T6處理的速效磷含量顯著低于CK。T3、T4、T5、T6和T7處理的土壤速效鉀含量依次降低，但均顯著高于CK，T1和T2處理顯著低于CK?？梢?jiàn)，苜蓿、蒜苗、蘿卜和芥菜作為大棚黃瓜的伴生植物可顯著提高土壤速效氮、速效磷、速效鉀含量，為黃瓜的生長(zhǎng)和產(chǎn)量提供了營(yíng)養(yǎng)基礎(chǔ)。

表1 伴生植物對(duì)大棚黃瓜根區(qū)土壤養(yǎng)分含量的影響Table 1 Effects of accompanying plants on soil nutrient content of cucumber root zone in greenhouse

2.2 伴生植物對(duì)大棚黃瓜根區(qū)土壤微生物的影響土壤微生物是反映土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)，多數(shù)情況下，土壤微生物數(shù)量和多樣性與植物抗土傳病害的能力呈正相關(guān)[30]。黃瓜結(jié)果盛期測(cè)定，T7處理的細(xì)菌數(shù)量最高，T4其次，且顯著高于CK，T1、T3、T6處理的細(xì)菌數(shù)量較低，顯著低于CK，T2處理與CK差異不顯著(圖1)。真菌數(shù)量以T6和T1處理較高，顯著高于CK；T4處理最低，且顯著低于CK，其他各處理與CK差異不顯著。T3和T4處理的放線菌數(shù)量較多，且顯著高于CK，T1、T2和T6較低，顯著低于CK，T5、T7處理與CK差異不顯著。說(shuō)明蘿卜和芥菜作為伴生植物能夠優(yōu)化黃瓜根區(qū)土壤微生物群落，土壤質(zhì)量有所改善。

注：不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)。 Note：Different lowercase letters indicated significant difference between different treatments(P<0.05).圖1 伴生植物對(duì)大棚黃瓜根區(qū)土壤微生物數(shù)量的影響Fig.1 Effect of accompanying plants on the number of soil microorganisms in the root zone of cucumber in greenhouse

2.3 伴生植物對(duì)大棚黃瓜根系活力與吸收面積的影響由圖2可知，T1、T3、T4、T7處理的根系活力分別比CK高51.3%、128.7%、110.9%和77.4%，T2、T5和T6處理與CK差異不顯著，說(shuō)明綠豆、蘿卜、芥菜、蒜苗作為伴生植物能夠顯著提高設(shè)施黃瓜的根系活力。根系總吸收面積以T3最高，比CK高11.02%，T7最低，比CK低9.95%，其他處理與CK差異不顯著；各處理的活躍吸收面積與CK相比差異不顯著。

注：不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)。 Note：Different lowercase letters indicated significant difference between different treatments(P<0.05).圖2 伴生植物對(duì)大棚黃瓜根系活力和吸收面積的影響Fig.2 Effect of accompanying plants on root activity and absorption area of cucumber in greenhouse

2.4 伴生植物對(duì)大棚黃瓜生長(zhǎng)與產(chǎn)量的影響在黃瓜結(jié)果盛期測(cè)定，各處理黃瓜的株高差異不大，但葉面積T7最大，T2和T4較小，且顯著低于CK，其他處理與CK差異不顯著(圖3)。由表2可知，T4處理的黃瓜單株結(jié)瓜數(shù)最多，T3其次，T1最低。單果質(zhì)量以T4、T6和T7較高，且顯著高于CK；T1、T2較低，且顯著低于CK，其他處理與CK差異不顯著。T4、T6和T3處理產(chǎn)量分別較CK增產(chǎn)17.5%、7.1%和4.5%，T5處理與CK差異不顯著，其他處理產(chǎn)量均顯著低于CK，其中以T1處理的產(chǎn)量最低。表明芥菜、蘿卜和茼蒿作為伴生植物能顯著提高大棚黃瓜的產(chǎn)量。

注：不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)。 Note：Different lowercase letters indicated significant difference between different treatments(P<0.05).圖3 伴生植物對(duì)大棚黃瓜生長(zhǎng)的影響Fig.3 Effect of accompanying plants on cucumber growth in greenhouse

表2 伴生植物對(duì)大棚黃瓜產(chǎn)量的影響Table 2 Effect of accompanying plants on cucumber yield in greenhouse

3 結(jié)論與討論

大棚蔬菜連年種植，對(duì)土壤中的養(yǎng)分吸收單一，從而導(dǎo)致元素失衡，有機(jī)質(zhì)含量貧瘠[31]。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)黃瓜與大蔥進(jìn)行輪作時(shí)，土壤中的有機(jī)質(zhì)和有效磷含量均明顯增加[32]。伴生蒜、小麥和箭舌豌豆處理能夠顯著提高土壤堿解氮和有效磷含量，改善黃瓜土壤耕層環(huán)境[33]。該試驗(yàn)土壤養(yǎng)分分析表明，與黃瓜單作相比，伴生栽培后土壤有機(jī)質(zhì)含量無(wú)顯著變化，而苜蓿、蒜苗、蘿卜和芥菜伴生栽培黃瓜可分別顯著提高土壤速效氮、速效磷、速效鉀含量，改善土壤養(yǎng)分平衡，保持較好的土壤肥力。

土壤微生物與土壤質(zhì)量息息相關(guān)[34]，不同微生物可反映不同的土壤狀況。土壤中的真菌主要為侵染植物的病原菌，而細(xì)菌、放線菌數(shù)量越多越能抑制有害微生物的產(chǎn)生，大麥、小麥伴生番茄能夠顯著提高細(xì)菌和放線菌數(shù)量，顯著降低真菌數(shù)量[18]。采用不同的分蘗洋蔥與黃瓜套作，可不同程度地改善土壤中微生物的變化，洋蔥的化感潛力越強(qiáng)，改善效果越好[35]。該試驗(yàn)結(jié)果表明，芥菜、蒜苗伴生黃瓜能顯著提高細(xì)菌數(shù)量，蘿卜、芥菜能顯著提高放線菌數(shù)量，降低真菌數(shù)量。這說(shuō)明植物伴生可改善根區(qū)土壤的微生物數(shù)量，但不同作物的效應(yīng)機(jī)制不同，其中蒜苗、蘿卜和芥菜伴生黃瓜對(duì)土壤微生物的改善效果最好。

根系的生長(zhǎng)情況和活力水平直接影響地上部的生長(zhǎng)和營(yíng)養(yǎng)狀況及產(chǎn)量水平[36]，根系活力越強(qiáng)，吸收的水分和養(yǎng)分越多，相對(duì)應(yīng)的產(chǎn)量也會(huì)越高。研究表明，大蔥伴生甜瓜能顯著提高根系活力和總根表面，促進(jìn)養(yǎng)分和水分的吸收，增加產(chǎn)量[36]。小麥伴生黃瓜可以增加黃瓜的單株產(chǎn)量，總產(chǎn)量明顯高于黃瓜單生栽培[21，37]。該試驗(yàn)結(jié)果表明，蘿卜、芥菜、蒜苗和綠豆伴生下的根系活力明顯高于單作，且蘿卜伴生下的根系總吸收面積顯著大于黃瓜單作。此外，蒜苗伴生栽培黃瓜的長(zhǎng)勢(shì)明顯優(yōu)于黃瓜單作，但產(chǎn)量顯著低于黃瓜單作，蘿卜、芥菜和茼蒿伴生下的黃瓜單株結(jié)果數(shù)增加，總產(chǎn)量顯著高于黃瓜單作。

蘿卜、芥菜能夠平衡土壤養(yǎng)分，改善土壤生態(tài)環(huán)境，提高根系活力，增加大棚黃瓜產(chǎn)量，可初步確定為大棚黃瓜的伴生植物。