西瓜茬后种植稻麦对土壤微生物数量和西瓜枯萎病发生的影响

王夏雯， 余 翔， 乔俊卿， 吴绍军， 孟佳丽， 刘邮洲， 姜若勇

(1.江苏省农业科学院宿迁农科所，宿迁 223831;2.江苏省农业科学院植物保护研究所，南京 210014)

西瓜是中国主要水果作物，栽培面积居世界首位，占世界西瓜栽培总面积的45%。由尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum f.sp.niveum)侵染所致的西瓜枯萎病［1-2］，是危害西瓜生产最严重的病害，中国每年发生面积约2.5×105hm2，重茬地发病率可达30%，严重地块发病率达80%，往往造成大幅减产甚至绝收。近年随着西瓜产业化、规模化进程加快，重茬连作等因素导致西瓜枯萎病日益加剧，成为制约西瓜产业进一步发展的瓶颈。

肖媛元等［3］、吴学宏等［4］研究发现，西瓜与水稻轮作可降低西瓜枯萎病发生率，缓解西瓜连作障碍，逐渐被种植户接受和应用［5］。本课题组发现，西瓜茬后连续种植数年稻麦再种西瓜罕有枯萎病发生。据此，本研究采用选择性培养基培养，可培养微生物计数等方法，初步探究西瓜茬后连续种植1年、2年、3年、4年、5年稻麦对土壤中尖孢镰刀菌等微生物数量和西瓜枯萎病发生的影响及水稻根系分泌物对尖孢镰刀菌生长的影响，从微生态的角度阐释西瓜-稻麦轮作模式对防治西瓜枯萎病的作用机理，为该模式推广应用提供理论支持。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试西瓜品种为京欣1号，水稻品种为宁粳4号，小麦品种为淮麦20。

1.2 试验设计

试验于2009—2014年在宿迁市洋北镇西瓜试验基地进行。试验田位于洋北镇槐树村，面积约5 400 m2，土壤为沙壤土，有机质 3.88%，全氮0.245%，全磷0.132%，全钾4.1%，速效氮310.4 mg/kg，速效磷67.2 mg/kg，速效钾279.3 mg/kg。2009年春季试验田全部种植西瓜，之后各处理分茬次进行稻麦轮作并开展土壤微生物分析和西瓜枯萎病发生情况调查。试验田设T0、T1、T2、T3、T4、T5共6个处理，T0为2009年种植西瓜;T1为2009年西瓜茬后，种植1茬水稻;T2为2009年西瓜茬后，种植2茬水稻1茬小麦;T3为2009年西瓜茬后，种植3茬水稻2茬小麦;T4为2009年西瓜茬后，种植4茬水稻3茬小麦;T5为2009年西瓜茬后，种植5茬水稻4茬小麦。每个处理面积约900 m2，分别平均分割为3个重复小区。西瓜及稻麦种植均为常规栽培。西瓜采用三膜一帘竹拱大棚，于1月上旬穴盘育苗，2月中旬移栽，6月下旬拉秧;水稻于5月上旬播种，7月上旬移栽，10月上中旬收获;小麦于10月上中旬播种，次年6月收获。

1.3 土壤微生物及西瓜枯萎病菌数量调查

用5点采样法，采集T0～T5处理20 cm耕层土壤，用于土壤微生物数量调查。T0处理于2009年西瓜收获后采集，T1～T5处理分别于2010—2014年水稻收获后采集。采用稀释平板法测定土壤细菌、真菌、放线菌以及尖孢镰刀菌的数量。土壤细菌数量测定采用牛肉膏蛋白胨培养基，真菌数量测定采用马丁氏培养基，放线菌数量测定采用改良高氏一号培养基［6］，尖孢镰刀菌数量采用Komada［7］的选择性培养基。

1.4 西瓜枯萎病发病情况调查

T1～T5处理分别于2010—2014年春季再种植西瓜时调查西瓜枯萎病发病率。西瓜株行距为0.4 m×2.0 m，每个处理3次重复。基肥施用优质腐熟有机肥 37.5 t/hm2，45% 硫酸钾型复合肥 450 kg/hm2;追肥施用 45% 硫酸钾型复合肥 300 kg/hm2。西瓜苗移栽后35 d和65 d调查西瓜枯萎病发病率。

发病率 =小区发病株数/小区总株数×100%

1.5 水稻根系分泌物对尖孢镰刀菌孢子萌发的影响调查

将水稻种子用3%次氯酸钠溶液浸泡消毒2 min，无菌水催芽，待根系长出1～2 cm后，按照6棵水稻苗24 ml MS培养液的比例，将水稻移入灭菌MS培养液中，24℃静置培养，每天12 h光照和12 h黑暗，8 d后(水稻2～3叶期)收集MS培养液，用0.22 μm孔径滤膜过滤除菌，4℃保存备用。取25 μl尖孢镰刀菌孢子液(浓度为1 ml 1×106个孢子)加入500 μl上述灭菌的水稻根系分泌物中，26℃静置培养，分别在培养12 h、24 h后观察孢子萌发情况。以MS培养基培养尖孢镰刀菌孢子为空白对照，3次重复。

孢子萌发率=萌发的孢子数/总孢子数×100%

1.6 数据分析

试验数据采用Excel 2003和SPSS 16.0软件进行统计分析，Duncan′s新复极差法分析不同处理间的差异显著性。

2 结果与分析

2.1 西瓜茬后种植稻麦对土壤细菌、真菌、放线菌数量的影响

土壤中可培养微生物数量(表1)显示:种植1茬水稻后，土壤中细菌和放线菌数量显著升高，而真菌数量显著降低。即，细菌数量从西瓜刚收获完的4.50×106CFU/g迅速增加到1.41×107CFU/g，增加达213%;放线菌数量也增加了40%，而真菌数量下降了56%，2年稻麦种植后土壤中微生物数量渐趋稳定。以上结果说明，西瓜茬后种植稻麦对土壤微生态有显著影响。

表1 西瓜茬后稻麦种植茬次对土壤中细菌、真菌、放线菌的影响Table 1 Effect of rice-wheat rotation modes after watermelon season on the amount of culturable microorganisms

2.2 西瓜茬后种植稻麦对土壤西瓜尖孢镰刀菌数量的影响

尖孢镰刀菌的分离培养结果(图1)显示:西瓜种植后，随着稻麦种植年限的增加，土壤样品中尖孢镰刀菌数量总体呈逐渐降低趋势。西瓜种植后当季的土壤中尖孢镰刀菌的数量最高，达到1.8× 103CFU/g。当种植1茬水稻后，土壤中尖孢镰刀菌数量降低到9×102CFU/g。随后T2～T5处理土壤中尖孢镰刀菌数量维持在1×102～4×102CFU/g。以上结果表明，稻麦种植对土壤中尖孢镰刀菌具有抑制作用，且随种植年限的增加抑制效果呈累加效应。

图1 西瓜茬后种植稻麦茬次对土壤尖孢镰刀菌数量的影响Fig.1 Effect of rice-wheat rotation modes after watermelon season on the amount of Fusarium oxysporum

2.3 西瓜茬后稻麦种植茬次对西瓜枯萎病发病率的影响

西瓜枯萎病发病率的调查结果(表2)显示:西瓜茬后种植1茬水稻再种植西瓜，移栽后35 d和65 d西瓜枯萎病田间发病率分别为2.3%和13.7%，随着稻麦种植年限的增加，西瓜枯萎病发病率迅速下降，在连续交替种植5茬水稻、4茬小麦后，再种植西瓜，移栽65 d田间枯萎病发病率仅为1.0%，说明，西瓜茬后连续种植稻麦可有效降低西瓜枯萎病发生率，且种植年限越久效果越好，此结果与土壤中西瓜尖孢镰刀菌数量变化趋势基本一致。

表2 西瓜茬后稻麦种植茬次对西瓜枯萎病发病率的影响Table 2 Effect of rice-wheat rotation modes after watermelon season on the incidence of Fusarium wilt

2.4 水稻根系分泌物对尖刀镰孢菌孢子萌发的影响

水稻根系分泌物对尖孢镰刀菌分生孢子萌发影响的试验结果(表3)显示，尖孢镰刀菌在含水稻根系分泌物的MS培养液和其10倍稀释液中分别培养12 h后，孢子萌发率分别为11.3%和38.0%，与对照相比，孢子萌发抑制率分别为 80.9%和35.7%;尖孢镰刀菌在含水稻根系分泌物的MS培养液和其10倍稀释液中分别培养24 h后，孢子萌发率分别为30.6%和70.7%，与对照相比，孢子萌发抑制率分别为57.7%和2.2%。以上结果表明，水稻根系分泌物能够抑制分生孢子的萌发，这有利于降低土壤中尖孢镰刀菌孢子萌发率，减少病原菌基数，从而控制枯萎病的发生和蔓延。

表3 水稻根系分泌物对西瓜枯萎菌分生孢子萌发的影响Table 3 Effect of the rice root exudates on the germination of F.oxysporum spore

3 讨论

3.1 西瓜茬后种植稻麦对土壤微生物数量的影响

植物微生态学理论认为，植物与存在于体表和体内的微生物群落组成了一个动态平衡的生态系，一旦平衡遭破坏，则发生植物病害［8］。西瓜枯萎病是西瓜种植上常见的一种重要病害，已有报道西瓜根系分泌物能诱集尖孢镰刀菌，促进其生长和繁殖［10］，造成西瓜枯萎病的严重发生。西瓜茬后种植稻麦，不同的生态环境必然对土壤中微生物数量产生影响。本试验结果显示，种植1茬水稻后，细菌数量增加了213%，放线菌数量增加了40%，真菌数量降低了56%。这可能是因为1茬水稻的种植打破了西瓜茬土壤有利于病原菌生存的生态环境，促使有益细菌或拮抗细菌数量显著升高，抑制尖孢镰刀菌的繁殖，导致真菌数量显著降低。而种植稻麦第2年至第5年后，在大幅度降低了土壤尖孢镰刀菌数量后，土壤中各类微生物数量趋向稳定，这可能是因为稻麦栽培建立了与其适应的土壤微生物环境，微生物群落达成了新的动态平衡［9］。

3.2 西瓜茬后种植稻麦对土壤中尖孢镰刀菌和西瓜枯萎病发生的影响

已有研究结果表明，水稻与多种蔬菜作物轮作均可缓解土传病害引起的连作障碍，如李金红等［10］报道，利用水稻和番茄轮作，可有效减少番茄枯萎病的发生。杨祥田等［11］研究发现，草莓和水稻轮作可改善土壤微生物区系，促进草莓增产，减轻草莓枯黄萎病的发生。柯用春等研究发现淹水环境能杀灭西瓜尖孢镰刀菌，减少其在土壤中的数量［12］。本研究结果显示，西瓜茬后连续种植稻麦能显著降低土壤中尖孢镰刀菌的数量，尤其是前2年，土壤中尖孢镰刀菌的数量变化最为明显，第一年降低50.0%，第2年降低77.8%。这可能是由于水稻生长期内的淹水环境抑制了土壤中尖孢镰刀菌的生长和繁殖。

枯萎病发病率调查结果显示，西瓜茬后种植1茬水稻，后茬西瓜的枯萎病发病率降低到13.7%，种植2茬水稻1茬小麦，后茬西瓜的枯萎病发病率降至5.6%，种植3茬水稻2茬小麦，后茬西瓜的枯萎病发病率降至2.1%。因此建议，西瓜茬后连续种植3年稻麦后可再次种植西瓜。

3.3 水稻根系分泌物对尖孢镰刀菌分生孢子萌发的影响

据报道，非寄主作物的根系分泌物会对土传致病菌的萌发、繁殖产生抑制作用［13-18］，本研究结果显示，水稻根系分泌物可以抑制西瓜尖孢镰刀菌分生孢子萌发，这可能是连续种植稻麦后，土壤中尖孢镰刀菌数量降低的另外一个原因。

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