我国设施农业发展规模较大，日光温室、连栋温室、立架大棚和中小拱棚等设施形式被广泛应用于蔬菜、瓜果和花卉等经济作物的栽培中，为实现瓜菜提早上市和反季节供应提供了良好条件，对促进农户增收发挥了显著作用[1]。经过多年的发展，部分地区的设施农业产业结构较单一，品种更新换代较慢，轮作倒茬率低，加上高强度的肥、水、药投入，使得部分设施农业土壤环境质量下降、养分过剩、农产品商品率变差及土传病虫害加剧等问题愈发普遍[2]。
利用温室热量集中、通风相对不畅的特点，在各类出现连作障碍的瓜菜大棚夏季休闲期，种植一茬非同科作物（禾本科、豆科或生草等）并还田，充分灌水后闷棚进行强还原土壤灭菌处理（Reductive soil disinfestation，RSD），利用高温和厌氧环境的双重作用对土壤中的病虫尤其是好氧致病菌起到抑制和杀灭的效果。这是一种较为简单生态的改良土壤和减轻土传病虫害的方法。蔡祖聪等[3]研究表明，有机物料在还原过程中产生的有害物质如氨气、硫化氢和氧化亚氮等可以杀灭土传病原菌，且这些物质很容易被分解，不会影响下茬作物的生长；王广印等[4]研究发现，土壤pH与尖孢镰刀菌的数量呈负相关，强还原环境能够提高土壤pH，从而抑制该病原菌的生长繁殖；郭晨曦等[5]对多年连作的蔬菜大棚进行强还原土壤灭菌处理后发现，RSD处理增强和提高了下茬番茄和黄瓜的长势及产量。
我国西瓜、甜瓜设施产业发展迅速，在设施农业中占有较大比重[6]。作为陕西甜瓜主产区之一，富平县以设施甜瓜为代表的各类厚皮、薄皮甜瓜种植面积约1 333 hm2，小籽、娇雪、郁金香、博洋和蜂蜜罐等品种畅销省内外，已成为当地的地理标志产品。然而，随着生产技术和市场需求的不断变化，当地部分设施甜瓜因生产管理水平相对滞后，新品种更新较慢，以及连作障碍等因素，出现瓜农销售困难、收入下降现象，同时，甜瓜白粉病、枯萎病、病毒病和根结线虫病等病虫害已成为制约当地甜瓜产业健康发展的重要因素[7]。为此，本文以富平县多年种植甜瓜的日光温室为对象，采用夏玉米秸秆还田+强还原灭菌处理温室土壤，对比分析处理前后土壤的理化性状变化和对下一茬甜瓜生长的影响，旨在为大规模示范推广该技术，促进设施瓜菜绿色发展提供参考。
1 材料与方法
1.1 试验地基本情况
试验地点位于陕西省渭南市富平县留古镇龙瑞祥果蔬种植合作社，其中4号日光温室近5年连续种植甜瓜，白粉病和根结线虫病发生较重。2023和2024年栽培品种均为博洋9号薄皮甜瓜，由天津德瑞特种业有限公司选育。
1.2 试验设计
试验共设3个处理：（1）未进行灌水强还原处理（-RSD），2023年6月甜瓜收获清园后，未进行土壤处理；（2）灌水强还原处理（RSD），甜瓜收获清园后，在6月中旬种植一季夏玉米，播种量45 kg/hm2，待玉米生长50 d左右直接碾压、粉碎还田并旋地；随后大水漫灌至水层在地表积聚2～3 cm，覆盖厚地膜（或旧棚膜），高温闷棚25 d；（3）对照处理（CK），玉米秸秆统一还田后，选择10垄不进行灌水和覆地膜处理。经过冬闲期，于2024年2月全棚统一整地施肥，种植下茬甜瓜。甜瓜采用起垄覆膜栽培方式，于2月末定植，每垄栽2行，每行栽20株，株距40 cm，于6月上旬采收。
1.3 测定项目与方法
1.3.1 土壤指标测定
分别在灌水强还原前后采集不同处理（0，20]、（20，40]和（40，60] cm土层土壤样品，按照常规方法测定（0，20] cm土层的土壤有机质、全氮、硝态氮、铵态氮、速效磷、速效钾含量，pH，电导率（Electrical conductivity，EC），以及（20，40]、（40，60] cm土层的硝态氮、铵态氮含量和EC值。
1.3.2 土壤根结线虫测定
采集甜瓜根系周围耕层土壤样品，送至陕西省植物线虫学重点实验室鉴定根结线虫的形态并统计不同处理的根结线虫数量。利用浅盘法分离根结线虫12 h，将收集到的根结线虫倒入500 mL烧杯中，静置后收集下层线虫悬浮液，装入10 mL样品瓶中，在显微镜下观察其形态并计数[8]；采用分子鉴定技术进行根结线虫种类鉴定。
1.3.3 甜瓜指标测定
2024年6月6—10日，每垄采集成熟甜瓜8个，RSD和CK处理各选择10垄，分别称取甜瓜总重并计算平均单瓜重。采用ATAGO数显式糖度计测定甜瓜的中心含糖量。
1.4 数据处理
采用Excel 2013和SAS 8.0软件进行数据统计与方差分析。
2 结果与分析
2.1 土壤基础指标
由表1可知，与强还原前（-RSD）相比，强还原处理（RSD）和对照处理（CK）（0，20] cm土层的土壤有机质含量均有所提高，但变化不明显；土壤硝态氮含量和EC值则表现为RSD处理明显低于-RSD处理，分别较-RSD降低了42.2%和27.8%，全氮和铵态氮含量变化不明显；RSD处理后，土壤有效磷和速效钾含量分别较-RSD降低了18.5%和12.9%，pH升高了0.47。CK的土壤pH为8.12，较-RSD降低了0.24，EC值为465 μS/cm，较-RSD增加了109 μS/cm。
表1 3个处理（0，20] cm土层的土壤各指标测定结果 |
| 处理 | 有机质/（g/kg） | 全氮/（g/kg） | 硝态氮/（mg/kg） | 铵态氮/（mg/kg） | 有效磷/（mg/kg） | 速效钾/（mg/kg） | pH | EC值/（μS/cm） |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -RSD | 15.26 | 0.962 | 95.51 | 2.49 | 74.4 | 457.34 | 8.36 | 356 |
| RSD | 15.77 | 0.950 | 55.18 | 2.25 | 60.6 | 398.25 | 8.83 | 257 |
| CK | 15.53 | 1.112 | 89.15 | 2.43 | 81.0 | 436.89 | 8.12 | 465 |
由表2可知，与-RSD处理相比，RSD处理（20，40] cm土层的土壤硝态氮含量降低了47.0%；（40，60] cm土层土壤硝态氮含量，以及（20，40]和（40，60] cm土层土壤EC值小幅度下降。
表2 -RSD和RSD处理（20，40]、（40，60] cm土层土壤指标测定结果 |
| 处理 | （20，40] cm | （40，60] cm | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 硝态氮/（mg/kg） | 铵态氮/（mg/kg） | EC值/（μS/cm） | 硝态氮/（mg/kg） | 铵态氮/（mg/kg） | EC值/（μS/cm） | |
| -RSD | 62.88 | 2.53 | 257 | 44.54 | 2.55 | 243 |
| RSD | 33.30 | 2.65 | 228 | 34.13 | 2.25 | 223 |
2.2 土壤根结线虫
不同处理的土壤南方根结线虫数量统计结果见表3，与-RSD处理相比，RSD和CK处理的土壤中南方根结线虫数量明显降低，分别减少了79.6%和34.2%；RSD处理较CK处理土壤中南方根结线虫数量减少了68.9%。三者间差异在0.05水平具有统计学意义。说明灌溉强还原处理可有效抑制土壤中的根结线虫数量增加。
表3 3个处理的土壤中根结线虫数量测定结果 |
| 处理 | 南方根结线虫数量（条/100 g土壤） |
|---|---|
| -RSD | 406±58 a |
| RSD | 83±17 c |
| CK | 267±28 b |
|
2.3 甜瓜单瓜重及糖度
由表4可知，与CK处理相比，RSD处理的样品甜瓜总重量增加了7.3 kg，平均单瓜重增加了0.091 kg，差异无统计学意义（P>0.05）；甜瓜的中心含糖量高于CK处理（P<0.05），较CK处理提高了1.8个百分点。表明灌水强还原处理有利于提高甜瓜的中心含糖量。
表4 强还原处理的甜瓜单瓜重及糖中心含糖量测定结果 |
| 处理 | 样品数量/个 | 总重量/kg | 单瓜重/kg | 中心含糖量/% |
|---|---|---|---|---|
| RSD | 80 | 47.5 | 0.596±0.14 a | 11.1±2.7 a |
| CK | 80 | 40.2 | 0.505±0.16 a | 9.3±2.1 b |
3 结论与讨论
本研究对连续种植甜瓜的日光温室进行夏闲期玉米秸秆还田+灌水强还原处理，结果表明，（0，20] cm土层的土壤有机质含量略有增加，有效磷、速效钾含量及EC值则均呈不同幅度的下降趋势，硝态氮含量在（0，40] cm土层大幅度下降。其原因主要有两个方面：一方面，在充分灌水条件下硝态氮能够淋溶至更深的土层；另一方面，灌水闷棚形成的厌氧强还原土壤环境使硝酸盐发生反硝化作用，以N2和N2O等形式被挥发。除氮素外，磷、钾及其他离子也会随灌水出现一定程度的淋溶，使耕层土壤中的EC值降低，如高晶波等[10]对北方黄土区研究发现，日光温室（0，40] cm以下土层Olsen-P累积量占整个地下4 m土层磷累积量的45.3%。余海英等[11]研究认为，设施土壤的电导率超过500 µS/cm时会对瓜菜的生长造成抑制。本试验灌水强还原前后（0，20] cm土层土壤的EC值由356 µS/cm降至257 µS/cm，而对照处理的土壤EC值反而增加至465 µS/cm，这可能是由于灌溉过程中的水分除了向下淋溶外同时发生横向渗透，对照土壤中产生局部水分，在棚内高温和未覆地膜的情况下，通过土壤毛细作用和水分蒸发作用将下层的盐分离子带至土表。
强还原处理后，耕层土壤的pH有所增加，这与部分学者的研究结果类似[4，12-13]，主要原因是硝酸盐在发生反硝化还原过程中会消耗土壤中的H+；但与此同时，玉米秸秆在厌氧环境高温发酵过程中会产生乙酸、丙酸和丁酸等有机酸类[14-15]，一定程度上缓冲了土壤pH升高带来的不利影响。因此，相比-RSD处理，RSD和CK处理的土壤pH分别出现小幅度升高和降低。根结线虫是设施生产中的土传病害之一，为喜氧生物，吴庆丽等[16]采取不同的光温条件繁殖南方根结线虫，对比发现其繁殖的最适温度在24～28 ℃；陈志杰等[9]研究发现，南方根结线虫在40 ℃以上环境中的生长繁殖会受到抑制。朱佳双[17]研究表明，有机酸是强还原土壤处理过程中产生的有效杀线虫物质。本研究中，与-RSD处理相比，RSD处理的土壤中根结线虫数量显著降低，减少了79.6%，并且改良后的处理显著提高了第二年春季甜瓜的中心含糖量。
综合而言，强还原土壤处理不仅能有效杀灭或抑制土壤中的病原菌，而且能有效修复发生连作障碍的土壤，为瓜菜生长创造良好的土壤环境条件。采用强还原技术处理土壤是一项持续性的工作，一般应至少连续3年在夏闲期进行秸秆覆盖、高温闷棚与灌溉强还原综合技术配套处理。此外，除了玉米秸秆，也可交替种植大豆、紫云英和毛苕子等管理简单的豆科类作物进行还田，在此过程中，须保证鲜秸秆的还田量在22.5～30 t/hm2。本试验仅对强还原前后土壤的基础指标、根结线虫数量及甜瓜的单瓜重和糖度进行了对比分析，在今后的研究中，还需针对土壤微生物多样性变化、瓜类典型土传致病菌，以及强还原过程中土壤温度、水分等的变化开展更加细致深入的研究，为该技术大面积示范推广提供更科学的参考。