Effects of Different Earthworms on Continuous Cropping Obstacles in Watermelon-Earthworm Co-culture Pattern
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摘要:目的 为了探索种养模式下，不同品种蚯蚓对连作土壤微生态及西瓜长势的影响，阐释蚯蚓防控西瓜连作障碍机制。方法 基于连作6 a的西瓜设施大棚，以连作障碍成因为切入点，设置不投放蚯蚓（CK）、投放0.6 kg m−2赤子爱胜蚓（T1）、投放0.6 kg m−2威廉环毛蚓（T2）3个处理，监测不同时期土壤微生态、西瓜长势的变化动态，并分析它们之间的相关性。结果 与CK相比，西瓜移栽前，T1、T2增加了土壤总养分（23.92% ~ 31.90%）、有效养分（10.67% ~ 13.70%）的含量；西瓜种植季，T1、T2显著降低土壤的pH（2.03% ~ 8.25%）、总酚酸（23.98% ~ 60.80%）、容重（3.79% ~ 5.39%）、西瓜枯萎病病原菌的数量（22.93% ~ 59.18%），显著提高了细菌数量、土壤细菌/真菌比值，显著降低了西瓜枯萎病的发病率（10.00%以上），促进了主蔓生长（增加了71.43%以上）。而与T1相比，T2能更好的改善土壤微生态环境，降低连作障碍的发生。结论 蚯蚓能显著改善土壤微生态，促进西瓜生长，从而缓解连作障碍，而且土壤微生态、西瓜长势均与土壤微生物密切相关。Abstract:Objective Continuous cropping resulted in soil microbial deterioration and serious soil-borne diseases. Earthworms could improve soil quality, however, there are few studies on the effect of earthworms to alleviate continuous cropping obstacles. This study determined how earthworms affected soil microecology and watermelon growth and the underlying mechanisms in the watermelon-earthworm co-culture pattern.Method Based on a six-year watermelon continuous cropping system, three treatments were selected: no earthworms (CK), inoculated Eisenia fetida with 0.6 kg m−2(T1), inoculated Pheretima guillemi with 0.6 kg m−2 (T2). The changes of soil microecology nutrients, physicochemical properties, allelochemicals, microorganisms, and watermelon growth in different periods were monitored, and the correlation between them was analyzed.Result The results showed that soil total nutrients and available nutrients of T1 and T2 were significantly higher than CK (23.92%-31.90%, 10.67%-13.70%, respectively) at the transplanting period of watermelon seedlings. Compared with CK, T1 and T2 significantly reduced soil pH (2.03%-8.25%), total phenolic acid (23.98%-60.80%), bulk density (3.79%-5.39%), the number of F. oxysporum f. sp. niveum (22.93%-59.18%), and significantly increased the number of bacteria and the ratio of bacteria to fungi. At the same time, T1 and T2 significantly promoted the growth of watermelon (the incidence of Fusarium wilt was reduced by more than 10.00%, and the length of the main vine was increased by more than 71.43%) compared with CK. Compared with T1, T2 was more effective in alleviating continuous cropping obstacles. Correlation analysis showed that soil microorganisms were the primary factor for earthworms to alleviate watermelon continuous cropping obstacles.Conclusion Earthworms significantly improve soil microecology and promote the growth of watermelon, which will alleviate continuous cropping obstacles. Moreover, soil microecology and watermelon growth are closely related to soil microorganisms.
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【研究意义】我国是西瓜种植和消费大国，随着农业发展的集约化和专业化，设施连作栽培现象普遍，西瓜连作障碍严重。而连作障碍的成因复杂，主要体现为土壤微生态恶化，如养分的非均衡性消耗、理化性质劣变、土壤微生物群落结构改变、自毒物质积累等，导致土传病害频发、大幅减产[1-2]，而土壤微生态复杂，各因素间相互作用加剧了连作障碍的发生[3-4]。目前，连作障碍的防控措施主要有培育抗病品种、农业措施（轮作、施肥、暴晒、嫁接）、化学防治等，但均有一定的局限性[5-6]。蚯蚓被称为土壤生态系统的工程师，在促进养分循环、调控土壤生态、促进植物生长等方面具有重要影响[7-8]，其在土壤中的数量一直被人们用于表征土壤环境健康的重要指标[9]，因此蚯蚓具有防控连作障碍的巨大潜能。西瓜－蚯蚓种养模式为实际生产中西瓜连作障碍的防控提供了一个新思路，同时为土壤保育提供了新途径。【前人研究进展】以往的研究表明，蚯蚓粪中的微生物能抑制病原真菌，抑制效果与蚯蚓粪加入量正相关[10]。蚯蚓堆肥显著抑制了番茄、黄瓜、西瓜枯萎病的发病率、提升了壮苗指数、改善了蔬果品质[11-13]。现有研究主要集中在蚯蚓堆肥及蚯蚓粪生物肥料的开发和应用探索[14-16]，仅有部分盆栽试验表明蚯蚓能有效降低草莓、西瓜枯萎病发病率[17-19]。【研究切入点】西瓜连作导致土壤微生态恶变，土传病害严重。目前利用蚯蚓防控连作障碍的研究处于初期阶段，连作障碍成因复杂，蚯蚓-西瓜种养模式下，蚯蚓防控连作障碍的机制及关键因素尚不明确。【拟解决的关键问题】本研究在前期筛选的蚯蚓投放密度的基础上，以连作障碍的成因（土壤微生态）及表征连作障碍防控效果的西瓜长势指标为切入点，选择表居型蚯蚓赤爱胜蚓（Eisenia fetida）、上食下居型蚯蚓威廉环毛蚓（Pheretima guillemi）两种不同生态类型的蚯蚓为供试蚯蚓，以连作6 a的设施大棚为试验基地，研究不同生态类型蚯蚓对连作障碍的影响。监测不同时期土壤微生态（养分、理化、自毒物质、微生物）、西瓜长势（枯萎病发病率、主蔓长）的变化动态，探索蚯蚓－西瓜种养模式下，蚯蚓防控连作障碍的机制及关键土壤因素，为西瓜连作障碍的防治及推广应用提供依据。
1. 材料与方法
1.1 试验区概况：
试验在农业部上海耕地保育观测实验站长期定位试验基地进行，基地位于上海市奉贤区（30°53′419″ N， 121°23′158″ E），年平均气温15.6℃, 年平均降雨量约1178.2 mm。试验基地为设施连栋大棚，大棚内设置了多个独立试验小区（长5.0 m，宽4.5 m），四周用水泥垄和防渗膜隔开。2014年4月起，每年种植2季西瓜，分别于4月、9月上旬移栽定植， 6月、11月中下旬采收。2020年11月蚯蚓试验开始时，土壤pH 7.92、有机质17.61 g kg–1、全氮1.43 g kg–1、全磷1.53 g kg–1、全钾21.93 g kg–1 、速效氮123.39 mg kg–1、速效磷53.93 mg kg–1、速效钾499.03 mg kg–1。
1.2 试验设计
试验自2020年11月开始至2021年6月结束。2020年11月西瓜采收后，移除试验小区内瓜秧及西瓜残体，每个小区表施有机肥50 kg，覆盖25 kg高温堆制水稻秸秆（秸秆长度约7 cm），设置不投放蚯蚓（CK）、投放赤子爱胜蚓（Eisenia fetida）0.6 kg m–2（T1）、投放威廉环毛蚓（Pheretima guillemi）0.6 kg m–2（T2）3个处理，每个处理3个重复，3 d监测1次的土壤含水量，调节浇水量维持土壤含水量20 ~ 25%，养殖蚯蚓培肥土壤。2021年4月上旬移栽西瓜，西瓜移栽后40天后每个小区开沟追施25 kg有机肥，6月中下旬采收西瓜。试验过程中分别在西瓜移栽前及西瓜移栽后的伸蔓期、盛花期、盛果期采用5点法采集耕作层（0 ~ 20 cm）土壤，测定土壤养分、理化、微生物指标，并调查试验小区西瓜枯萎病的发病率及西瓜蔓长。
供试蚯蚓：以单体重分别为0.25 ~ 0.3 g、2 ~ 3.5 g的赤子爱胜蚓和威廉环毛蚓为试验蚯蚓，其中表居型赤子爱胜蚓、上食下居型威廉环毛蚓分别代表优良的养殖品种、广泛存在的野生品种，两种生态类型的蚯蚓均具有较好的代表性。
供试西瓜：早春红玉（Citrullus lanatus），采用吊蔓种植，幼苗苗龄为30 d，于3 ~ 4片真叶时选取叶片宽厚无损、色浓健壮的苗移栽定植。
供试有机肥： pH 8.98、水分含量29.46%、有机质412.2 g kg–1、全氮19.89 g kg–1、全磷7.95 g kg–1、全钾25.88 g kg–1。
供试水稻秸秆：全氮3.47 g kg–1、全磷2.42 g kg–1、全钾17.15 g kg–1。
1.3 测定方法
土壤指标测定：pH采用电位法（水土比2.5∶1）、土壤含水量（Soil water content）采用质量法、全氮（Total nitrogen, TN）采用凯氏定氮法、全磷（Total phosphorus, TP）采用酸溶－钼锑抗比色法、全钾（Total potassium, TK）采用氢氧化钠熔融－火焰光度计法、碱解氮（Available nitrogen, AN）采用凯氏定氮法、有效磷（Available phosphorus, AP）采用钼锑抗比色法、有效钾（Available potassium, AK）采用火焰光度计法、有机质（Soil organic matter, SOM）采用重铬酸钾容量法、阳离子交换量（Cation exchange capacity, CEC）采用乙酸铵法、水溶性总盐（Total soluble salts, TSS）采用重量法、容重（Soil bulk density, SBD）采用环刀法[20]测定。总酚酸（Total phenolic Acid, TPA）采用比色法测定[21]。细菌（Bacteria）、真菌（Fungi））、尖孢镰刀菌西瓜专化型（F. oxysporum f. sp. niveum，FON）采用荧光定量PCR法测定[22-23]。
西瓜生长指标测定: 主蔓长（Vine length, VL）采用米尺测量；西瓜枯萎病发病率（Fusarium wilt incidence, FWI）：统计西瓜枯萎病（枯萎叶片数 ≥ 50%）发病株数，以发病植株占总株数的百分比表示。
1.4 数据处理
试验数据结果均以平均值 ± 标准差来表示，采用Excel 2007和SPSS 18.0统计软件进行分析。其中，差异显著性采用单因素方差分析（ANOVA）检验、Duncan多重比较法比较，显著水平为0.05；相关性采用双变量 Pearson、spearman相关系数法分析。
2. 结果与分析
2.1 不同处理对西瓜连作土壤养分的影响
不同处理显著的改变了土壤养分含量（表1），试验不同时期， T1、T2各养分含量均高于CK，3个试验处理其养分的变化动态均呈倒N字形。西瓜移栽前，与CK相比，T1、T2 显著的提升了土壤的养分含量，其中总养分（全氮 + 全磷 + 全钾 + 有机质）提升了23.92% ~ 31.90%、有效养分（碱解氮 + 有效磷 + 有效钾）提升了10.67% ~ 13.70%；与T1相比，T2显著的增加了碱解氮、有机质含量。与CK相比，T1、T2在伸蔓期，显著增加土壤全钾、碱解氮、有效磷、有效钾和有机质的含量； 在盛花期、盛果期，显著提升土壤碱解氮、有效钾的含量。因西瓜长势不同，不同处理养分的变化趋势不同，但土壤养分的变化动态显示投放蚯蚓的T1、T2较CK均能提升养分的含量，而与T1相比，T2能更好的提高土壤的养分含量。
表 1 不同处理土壤养分含量的变化Table 1. Soil nutrient dynamics of different treatments时期
Period处理
Treatment全氮（g kg–1）
TN全磷（g kg–1）
TP全钾（g kg–1）
TK碱解氮（mg kg–1）
AN有效磷（mg kg–1）
AP有效钾（mg kg–1）
AK有机质（g kg–1）
SOM移栽前 CK 1.46 ± 0.01 b 1.55 ± 0.07 b 23.25 ± 0.35 bc 127.02 ± 0.7 e 54.02 ± 5.64 d 505.00 ± 7.07 c 17.81 ± 0.14 d T1 1.53 ± 0.01 a 1.65 ± 0.06 a 29.25 ± 0.35 a 141.58 ± 3.13 c 68.77 ± 7.65 bc 550.00 ± 14.14 a 22.55 ± 0.35 b T2 1.56 ± 0.01 a 1.71 ± 0.06 a 31.49 ± 0.01 a 150.82 ± 2.33 b 70.32 ± 3.70 b 560.00 ± 28.28 a 23.82 ± 0.45 a 伸蔓期 CK 1.47 ± 0.03 b 1.52 ± 0.16 b 21.64 ± 0.82 c 122.38 ± 5.02 e 53.32 ± 1.27 d 501.33 ± 15.28 c 17.74 ± 0.05 d T1 1.49 ± 0.02 b 1.57 ± 0.03 ab 24.67 ± 1.61 b 135.04 ± 6.85 d 61.57 ± 2.51 c 546.67 ± 20.82 a 20.43 ± 1.04 c T2 1.51 ± 0.04 ab 1.61 ± 0.1 ab 26.33 ± 1.26 b 144.28 ± 2.93 c 64.15 ± 2.41 c 548.00 ± 19.70 a 21.24 ± 0.36 c 盛花期 CK 1.50 ± 0.01 ab 1.52 ± 0.01 b 25.76 ± 0.78 b 133.15 ± 5.56 d 70.55 ± 1,00 b 518.51 ± 17.68 b 18.15 ± 0.35 d T1 1.53 ± 0.01 a 1.59 ± 0.01 ab 29.65 ± 0.21 a 155.24 ± 2.1 b 76.54 ± 1.36 b 551.50 ± 7.78 a 21.10 ± 0.85 c T2 1.56 ± 0.01 a 1.64 ± 0.03 a 33.15 ± 0.21 a 162.12 ± 9.31 a 82.72 ± 2.64 a 560.00 ± 14.14 a 22.01 ± 0.43 b 盛果期 CK 1.50 ± 0.01 ab 1.51 ± 0.01 b 23.75 ± 0.35 bc 129.57 ± 3.74 de 67.38 ± 2.60 c 505.00 ± 21.21 c 17.71 ± 0.14 d T1 1.51 ± 0.05 ab 1.51 ± 0.03 b 24.92 ± 0.30 b 148.45 ± 3.66 c 70.49 ± 4.66 b 512.50 ± 0.71 b 18.45 ± 0.21 d T2 1.52 ± 0.04 a 1.53 ± 0.01 b 26.75 ± 0.81 ab 150.79 ± 7.77 bc 73.62 ± 4.59 b 515.00 ± 12.73 b 18.65 ± 0.21 d 注：CK: 不投放蚯蚓; T1: 投放赤子爱胜蚓0.6 kg m–2; T2投放威廉环毛蚓0.6 kg m–2。表中数据为 3 个数值的平均值 ± 标准差。同列数据后不同字母表示处理间差异显著（P < 0.05）。下同。 2.2 不同处理对西瓜连作土壤理化性质、总酚酸的影响
不同蚯蚓对连作土壤理化性质和总酚酸的影响如表2所示。投放蚯蚓试验组T1、T2显著降低了土壤pH、总酚酸、容重（P < 0.05）。整个试验过程中T1、T2的pH值、容重比CK分别下降了2.03% ~ 8.25%，3.79% ~ 5.39%；而CK的pH值、容重相对稳定，分别为7.90 ~ 7.94、1.32 g.cm–3 ~ 1.30 g cm–3，不同时期的差异不显著。土壤酚酸为西瓜连作障碍的化感物质，与土传病害及西瓜生长密切相关，与CK相比，T1、T2的总酚酸在移栽前、伸蔓期、盛花期、盛果期分别下降了23.98% ~ 33.82%、28.92% ~ 37.50%、37.77% ~ 44.39%、49.83 ~ 60.80%，不同处理间差异显著（P < 0.05）。而与CK相比，T1、T2的水溶性总盐在西瓜移栽前差异显著（P < 0.05）、阳离子交换量在盛果期差异显著（P < 0.05），其它时期差异均不显著。
表 2 不同处理土壤理化性质、总酚酸含量的变化Table 2. Dynamics of physicochemical properties and total phenolic acids under different treatments时期
Period处理
TreatmentpH 水溶性总盐（%）
TSS阳离子交换量（cmol kg–1）
CEC总酚酸（mg g–1）
TPA容重（g cm–3）
SBD移栽前 CK 7.90 ± 0.04 a 0.17 ± 0.05 c 14.30 ± 0.63 d 52.46 ± 3.34 c 1.32 ± 0.01 a T1 7.74 ± 0.14 b 0.13 ± 0.00 d 14.97 ± 0.99 d 39.88 ± 0.38 d 1.27 ± 0.01 b T2 7.5 ± 0.05 cd 0.13 ± 0.02 d 16.99 ± 0.44 c 34.72 ± 0.77 f 1.25 ± 0.01 bc 伸蔓期 CK 7.92 ± 0.07 a 0.17 ± 0.01 c 16.97 ± 0.79 c 55.42 ± 0.56 b 1.30 ± 0.01 a T1 7.62 ± 0.04 bc 0.16 ± 0.01 c 18.75 ± 1.87 c 39.39 ± 0.56 d 1.25 ± 0.02 bc T2 7.58 ± 0.12 c 0.15 ± 0.03 cd 18.28 ± 1.20 c 34.64 ± 2.06 f 1.24 ± 0.01 bc 盛花期 CK 7.91 ± 0.02 a 0.20 ± 0.01 bc 17.11 ± 0.94 c 58.96 ± 1.25 b 1.30 ± 0.01 a T1 7.59 ± 0.06 c 0.16 ± 0.03 c 18.36 ± 0.83 c 36.69 ± 0.71 d 1.25 ± 0.01 bc T2 7.42 ± 0.06 de 0.17 ± 0.01 c 19.06 ± 0.11 c 32.79 ± 1.48 e 1.23 ± 0.01 cd 盛果期 CK 7.94 ± 0.03 a 0.27 ± 0.02 a 18.27 ± 0.97 c 67.07 ± 1.62 a 1.30 ± 0.01 a T1 7.62 ± 0.01 bc 0.23 ± 0.05 ab 23.48 ± 0.71 b 33.65 ± 1.39 e 1.24 ± 0.01 cd T2 7.29 ± 0.01 e 0.21 ± 0.05 bc 28.34 ± 2.11 a 26.29 ± 2.18 g 1.23 ± 0.01 d 2.3 不同处理对西瓜连作土壤微生物数量的影响
投放蚯蚓显著的改变了土壤细菌、真菌、西瓜枯萎病病原菌数量（表3），随着试验的推进，同一处理细菌、真菌、病原菌的数量均呈现上升趋势，不同处理间细菌差异显著（P < 0.05），而T1与T2之间真菌、病原菌差异均不显著。与CK相比，T1、T2的西瓜枯萎病病原菌数量在西瓜移栽前、伸蔓期、盛花期、盛果期分别下降了35.56% ~ 46.67%、22.93% ~ 29.30%、48.81% ~ 50.00% 、57.82% ~ 59.18%。T1、 T2细菌与真菌的比值范围分别为358.52 ~ 526.76、549.75 ~ 766.41，显著高于CK（176.20 ~ 202.02）。盛花期土壤病原菌、细菌、真菌数量明显增加，说明追加有机肥能显著增加土壤微生物的总量，而蚯蚓能促进有机物的转化，进一步提升细菌/真菌比值。
表 3 不同处理土壤细菌、真菌及西瓜枯萎病病原菌的变化Table 3. Dynamics of soil bacteria, fungi and F. oxysporum f. sp. niveum under different treatments时期
Period处理
Treatment病原菌
FON
x104 Copies g–1细菌
Bacteria
x109 Copies g–1真菌
Fungi
x107 Copies g–1细菌/真菌比值
Ratio of
Bacteria to Fungi移栽前 CK 1.35 ± 0.04 b 6.8 ± 0.18 g 3.84 ± 0.73 b 177.08 T1 0.87 ± 0.05 d 8.88 ± 0.72 f 2.29 ± 0.35 cd 358.52 T2 0.72 ± 0.04 d 10.83 ± 0.68 e 1.97 ± 0.17 d 549.75 伸蔓期 CK 1.57 ± 0.06 b 6.96 ± 0.29 g 3.95 ± 0.29 b 176.20 T1 1.21 ± 0.04 c 10.36 ± 0.71 e 2.45 ± 1.53 c 422.86 T2 1.11 ± 0.03 c 13.65 ± 0.89 d 2.03 ± 0.27 d 672.41 盛花期 CK 2.52 ± 0.06 a 10.02 ± 0.59 e 4.96 ± 0.67 a 202.02 T1 1.26 ± 0.06 c 14.96 ± 1.29 cd 2.84 ± 0.39 bc 526.76 T2 1.29 ± 0.02 bc 19.85 ± 1.46 b 2.59 ± 0.34 c 766.41 盛果期 CK 2.94 ± 0.06 a 10.4 ± 0.64 e 5.17 ± 0.74 a 201.16 T1 1.24 ± 0.04 c 16.38 ± 0.73 c 3.35 ± 0.56 b 488.96 T2 1.20 ± 0.03 c 22.39 ± 2.41 a 2.93 ± 0.14 b 764.16 2.4 不同处理对西瓜枯萎病发病率、长势的影响
本研究中以西瓜枯萎病的发病率、主蔓长表征西瓜连作障碍的防控效果。枯萎病为西瓜连作障碍的主要病害，如图1a所示，投放蚯蚓能显著降低西瓜枯萎病的发病率。伸蔓期CK、T1、T2的发病率分别为18.18 %、16.36%、9.09%，到西瓜花期时CK、T1、T2 3个处理枯萎病的发病率显著的增加，较伸蔓期分别上升了27.27%、12.78%、12.73%。到盛果期时，CK发病率迅速上升至69.09%。西瓜种植季T1、T2西瓜枯萎病的发病率较CK降低了10.00 ~ 63.16%。主蔓长与西瓜植株的生物量显著正相关，非破坏试验中可较客观的反应西瓜的长势，其变化动态如图1b所示， T1、T2西瓜的主蔓长显著高于CK。与CK相比，伸蔓期、盛花期、盛果期T1、T2主蔓长比CK分别增长71.43% ~ 84.31%、90.88% ~ 266.38%、73.95% ~ 110.36%，且T2的西瓜主蔓长显著高于T1（P < 0.05）。
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图 1 不同处理西瓜枯萎病发病率（a）及西瓜植株蔓长（b）的变化Figure 1. Dynamics of the incidence of Fusarium wilt (a) and vine length (b) under different treatments2.5 不同处理西瓜长势与土壤微生态因子的相关性
以西瓜长势（主蔓长、枯萎病防病率）指标表征连作障碍防控效果，西瓜－蚯蚓种养模式下，西瓜长势指标与土壤理化性质、微生物等的相关性如表4所示，病原菌的数量对发病率的影响最显著。枯萎病的发病率与病原菌及真菌的数量呈显著正相关（P < 0.01），同时总酚酸也显著影响着发病率（P < 0.05）。西瓜主蔓长与阳离子交换量、细菌数量显著正相关（P < 0.01），与土壤氮素、有机质显著正相关（P < 0.05），而与土壤总酚酸显著负相关（P < 0.05）。相关性分析结果显示：西瓜－蚯蚓种养模式下，蚯蚓防控西瓜连作障碍的关键因素为土壤微生物，同时化感物质（总酚酸）、土壤肥力水平（氮素、有机质、阳离子交换量）也显著影响着连作障碍的防控效果。
表 4 西瓜-蚯蚓种养模式下，西瓜生长指标与土壤微生态因子的相关性性Table 4. Correlation analysis between watermelon growth indicators and soil factors相关性系数
CoefficientpH 全氮
TN全磷
TP全钾
TK碱解氮
AV有效磷
AP有效钾
AK有机质
SOM水溶性
总盐
TSS阳离子
交换量
CEC总酚酸
TPA容重
SBD病原菌
FON细菌
Bacteria真菌
Fungi发病率 Pearson 0.533 −0.097 −0.528 −0.277 −0.322 0.11 −0.497 −0.548 0.569 −0.065 0.704* 0.578 0.891** −0.221 0.820** Spearman 0.427 0.076 −0.664 −0.167 −0.1 0.383 −0.333 −0.583 0.529 0.233 0.670* 0.352 0.819** 0.05 0.817** 主蔓长 Pearson −0.605 0.731* −0.17 0.264 0.674* 0.577 0.184 0.720* 0.531 0.894** −0.687* −0.164 −0.525 0.833** −0.073 Spearman −0.536 0.715* −0.05 0.417 0.667* 0.539 0.1 0.683* 0.529 0.900** −0.667* −0.217 −0.596 0.917** 0.033 注：**和*分别表示 P < 0.01 和 P < 0.05 水平显著相关。 3. 讨论
西瓜移栽前，投放蚯蚓试验组其土壤经过4个月的培肥，土壤表面有大量的新鲜蚓粪。投放赤子爱胜蚓的试验组，其土壤里有大量的幼蚓存在，说明蚯蚓生长良好。试验结束时土壤表面的新鲜蚓粪有所减少，说明蚯蚓活动或者数量减少，这可能与气温较高、西瓜种植期供水减少相关。因本试验为小型田间试验，无法准确统计蚯蚓的数量及重量，但前期的盆栽试验已证实蚯蚓能很好的适应西瓜－蚯蚓种养环境[18]。本研究中，与CK相比，西瓜移栽前，土壤的养分水平显著提升。西瓜移栽后土壤养分的变化与西瓜长势相关，但投放蚯蚓的试验组显著提升了碱解氮、有效钾的含量，说明蚯蚓能促进有机物腐解，增加养分有效性，这与其他研究人员的研究结果相似[18,24-25]。在有机物质丰富（西瓜移栽前、盛花期）时，与赤子爱胜蚓相比，威廉环毛蚓显著的提升了土壤碱解氮、有机质的含量，加快了养分的转化，这可能与两种生态类型的蚯蚓的体内酶、微生物及取食偏好相关[26-27]。本研究中西瓜长势与土壤微生态的相关性系数及西瓜对氮、磷、钾的平均吸收比例（N∶P2O5∶K2O为1.0∶0.3∶1.2）[28]，均显示全磷出现了轻微积累，生产中可通过调整养分的比例，消除养分非均衡性消耗的影响。
本研究结果显示：投放蚯蚓试验组显著降低了土壤pH值、总酚酸、容重。已有研究表明，蚯蚓的活动能增加基质中氮循环细菌的活跃度，使铵态氮和硝态氮浓度相对平衡，pH向中性趋近；蚯蚓活动也增加土壤有机物的含量和稳定性团聚体的占比，降低土壤容重[29-30]；同时蚯蚓活动亦促进了酚酸的降解[31]，与本研究结论一致。说明投放蚯蚓能显著改善土壤理化性质，同时与赤子爱胜蚓处理相比，威廉环毛蚓处理显著降低了土壤总酚酸的含量，与盆栽试验结论一致[18]。
以往研究结果表明，土壤微生物数量对其发挥生态功能具有重要作用，某种微生物的数量往往是决定其功能的关键[32-34]。土壤中细菌与真菌的比重被作为土壤质量的重要生物指标，细菌比重大的土壤其质量更好、肥力水平更高、真菌类土传病害更少[35]。蚯蚓活动促进了有机物质从植物源向微生物源转化，显著调控着土壤微生物的活性和总量[27,36]。蚯蚓原位堆肥可以提高土壤肥力和增加土壤微生物数量，同时降低番茄连作障病原菌的数量[12,16]，本研究结果亦显示蚯蚓能增加土壤微生物的数量，显著降低真菌、病原菌的比重，从而降低了西瓜枯萎病的发病率。土壤细菌/真菌比值增加，与有机肥、秸秆的施用有关，蚯蚓能促进有机物质碎片化、腐植酸化，更利于细菌的繁殖[36-37]。
本研究中试验基地的西瓜已连作6年，枯萎病严重，盛果期对照组枯萎病的发病率达到69.09%，测产已没有意义，因此以西瓜主蔓长、枯萎病的发病率表征西瓜连作障碍的防控效果。相关性分析结果表明：西瓜-蚯蚓种养模式下，土壤微生物（病原菌、细菌、真菌）对长势指标的影响最显著（P < 0.01），同时化感物质（总酚酸）、土壤肥力水平（氮素、有机质、阳离子交换量）也显著影响着连作障碍的防控效果（P < 0.05）。以往的研究亦证实盐渍化、酚酸类自毒物质、病原菌及真菌的数量[38-41]与连作障碍严重程度正相关。本研究中有机肥、秸秆的施用降低土壤盐分累积的进程，增加了土壤有机质的含量，蚯蚓的活动直接或间接影响土壤微生物数量和群体结构（细菌/真菌比值），同时通过土壤微生物影响土壤肥力水平、理化性质以及化感物质的含量，从而减缓土壤连作障碍的发生。
4. 结论
（1）西瓜移栽前，蚯蚓显著提升了土壤的养分水平。西瓜移栽后土壤养分的变化因西瓜长势不同，变化趋势不尽相同，但投放蚯蚓显著提升了碱解氮、有效钾的含量，说明蚯蚓能增加土壤养分有效性，促进西瓜的生长。
（2）蚯蚓显著降低了土壤（碱性）pH值、总酚酸、容重，提升了阳离子交换量，显著改善了土壤理化性质。
（3）蚯蚓能增加土壤微生物的数量，显著降低真菌、病原菌的比重，从而降低了西瓜枯萎病的发病率。
（4）相关性分析结果表明：西瓜－蚯蚓种养模式下，土壤微生物（病原菌、细菌、真菌）对长势指标的影响最显著（P < 0.01），蚯蚓影响连作障碍的关键因素为土壤微生物。
（5）蚯蚓的活动直接或间接影响土壤微生物数量和群体结构（细菌/真菌比值），同时通过土壤微生物影响土壤肥力水平、理化性质以及化感物质的含量，从而减缓土壤连作障碍的发生。与赤爱胜蚓相比，威廉环毛蚓能更好的防控西瓜连作障碍。
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图 1 不同处理西瓜枯萎病发病率（a）及西瓜植株蔓长（b）的变化
Figure 1. Dynamics of the incidence of Fusarium wilt (a) and vine length (b) under different treatments
表 1 不同处理土壤养分含量的变化
Table 1 Soil nutrient dynamics of different treatments
时期
Period处理
Treatment全氮（g kg–1）
TN全磷（g kg–1）
TP全钾（g kg–1）
TK碱解氮（mg kg–1）
AN有效磷（mg kg–1）
AP有效钾（mg kg–1）
AK有机质（g kg–1）
SOM移栽前 CK 1.46 ± 0.01 b 1.55 ± 0.07 b 23.25 ± 0.35 bc 127.02 ± 0.7 e 54.02 ± 5.64 d 505.00 ± 7.07 c 17.81 ± 0.14 d T1 1.53 ± 0.01 a 1.65 ± 0.06 a 29.25 ± 0.35 a 141.58 ± 3.13 c 68.77 ± 7.65 bc 550.00 ± 14.14 a 22.55 ± 0.35 b T2 1.56 ± 0.01 a 1.71 ± 0.06 a 31.49 ± 0.01 a 150.82 ± 2.33 b 70.32 ± 3.70 b 560.00 ± 28.28 a 23.82 ± 0.45 a 伸蔓期 CK 1.47 ± 0.03 b 1.52 ± 0.16 b 21.64 ± 0.82 c 122.38 ± 5.02 e 53.32 ± 1.27 d 501.33 ± 15.28 c 17.74 ± 0.05 d T1 1.49 ± 0.02 b 1.57 ± 0.03 ab 24.67 ± 1.61 b 135.04 ± 6.85 d 61.57 ± 2.51 c 546.67 ± 20.82 a 20.43 ± 1.04 c T2 1.51 ± 0.04 ab 1.61 ± 0.1 ab 26.33 ± 1.26 b 144.28 ± 2.93 c 64.15 ± 2.41 c 548.00 ± 19.70 a 21.24 ± 0.36 c 盛花期 CK 1.50 ± 0.01 ab 1.52 ± 0.01 b 25.76 ± 0.78 b 133.15 ± 5.56 d 70.55 ± 1,00 b 518.51 ± 17.68 b 18.15 ± 0.35 d T1 1.53 ± 0.01 a 1.59 ± 0.01 ab 29.65 ± 0.21 a 155.24 ± 2.1 b 76.54 ± 1.36 b 551.50 ± 7.78 a 21.10 ± 0.85 c T2 1.56 ± 0.01 a 1.64 ± 0.03 a 33.15 ± 0.21 a 162.12 ± 9.31 a 82.72 ± 2.64 a 560.00 ± 14.14 a 22.01 ± 0.43 b 盛果期 CK 1.50 ± 0.01 ab 1.51 ± 0.01 b 23.75 ± 0.35 bc 129.57 ± 3.74 de 67.38 ± 2.60 c 505.00 ± 21.21 c 17.71 ± 0.14 d T1 1.51 ± 0.05 ab 1.51 ± 0.03 b 24.92 ± 0.30 b 148.45 ± 3.66 c 70.49 ± 4.66 b 512.50 ± 0.71 b 18.45 ± 0.21 d T2 1.52 ± 0.04 a 1.53 ± 0.01 b 26.75 ± 0.81 ab 150.79 ± 7.77 bc 73.62 ± 4.59 b 515.00 ± 12.73 b 18.65 ± 0.21 d 注：CK: 不投放蚯蚓; T1: 投放赤子爱胜蚓0.6 kg m–2; T2投放威廉环毛蚓0.6 kg m–2。表中数据为 3 个数值的平均值 ± 标准差。同列数据后不同字母表示处理间差异显著（P < 0.05）。下同。 
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表 2 不同处理土壤理化性质、总酚酸含量的变化
Table 2 Dynamics of physicochemical properties and total phenolic acids under different treatments
时期
Period处理
TreatmentpH 水溶性总盐（%）
TSS阳离子交换量（cmol kg–1）
CEC总酚酸（mg g–1）
TPA容重（g cm–3）
SBD移栽前 CK 7.90 ± 0.04 a 0.17 ± 0.05 c 14.30 ± 0.63 d 52.46 ± 3.34 c 1.32 ± 0.01 a T1 7.74 ± 0.14 b 0.13 ± 0.00 d 14.97 ± 0.99 d 39.88 ± 0.38 d 1.27 ± 0.01 b T2 7.5 ± 0.05 cd 0.13 ± 0.02 d 16.99 ± 0.44 c 34.72 ± 0.77 f 1.25 ± 0.01 bc 伸蔓期 CK 7.92 ± 0.07 a 0.17 ± 0.01 c 16.97 ± 0.79 c 55.42 ± 0.56 b 1.30 ± 0.01 a T1 7.62 ± 0.04 bc 0.16 ± 0.01 c 18.75 ± 1.87 c 39.39 ± 0.56 d 1.25 ± 0.02 bc T2 7.58 ± 0.12 c 0.15 ± 0.03 cd 18.28 ± 1.20 c 34.64 ± 2.06 f 1.24 ± 0.01 bc 盛花期 CK 7.91 ± 0.02 a 0.20 ± 0.01 bc 17.11 ± 0.94 c 58.96 ± 1.25 b 1.30 ± 0.01 a T1 7.59 ± 0.06 c 0.16 ± 0.03 c 18.36 ± 0.83 c 36.69 ± 0.71 d 1.25 ± 0.01 bc T2 7.42 ± 0.06 de 0.17 ± 0.01 c 19.06 ± 0.11 c 32.79 ± 1.48 e 1.23 ± 0.01 cd 盛果期 CK 7.94 ± 0.03 a 0.27 ± 0.02 a 18.27 ± 0.97 c 67.07 ± 1.62 a 1.30 ± 0.01 a T1 7.62 ± 0.01 bc 0.23 ± 0.05 ab 23.48 ± 0.71 b 33.65 ± 1.39 e 1.24 ± 0.01 cd T2 7.29 ± 0.01 e 0.21 ± 0.05 bc 28.34 ± 2.11 a 26.29 ± 2.18 g 1.23 ± 0.01 d
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表 3 不同处理土壤细菌、真菌及西瓜枯萎病病原菌的变化
Table 3 Dynamics of soil bacteria, fungi and F. oxysporum f. sp. niveum under different treatments
时期
Period处理
Treatment病原菌
FON
x104 Copies g–1细菌
Bacteria
x109 Copies g–1真菌
Fungi
x107 Copies g–1细菌/真菌比值
Ratio of
Bacteria to Fungi移栽前 CK 1.35 ± 0.04 b 6.8 ± 0.18 g 3.84 ± 0.73 b 177.08 T1 0.87 ± 0.05 d 8.88 ± 0.72 f 2.29 ± 0.35 cd 358.52 T2 0.72 ± 0.04 d 10.83 ± 0.68 e 1.97 ± 0.17 d 549.75 伸蔓期 CK 1.57 ± 0.06 b 6.96 ± 0.29 g 3.95 ± 0.29 b 176.20 T1 1.21 ± 0.04 c 10.36 ± 0.71 e 2.45 ± 1.53 c 422.86 T2 1.11 ± 0.03 c 13.65 ± 0.89 d 2.03 ± 0.27 d 672.41 盛花期 CK 2.52 ± 0.06 a 10.02 ± 0.59 e 4.96 ± 0.67 a 202.02 T1 1.26 ± 0.06 c 14.96 ± 1.29 cd 2.84 ± 0.39 bc 526.76 T2 1.29 ± 0.02 bc 19.85 ± 1.46 b 2.59 ± 0.34 c 766.41 盛果期 CK 2.94 ± 0.06 a 10.4 ± 0.64 e 5.17 ± 0.74 a 201.16 T1 1.24 ± 0.04 c 16.38 ± 0.73 c 3.35 ± 0.56 b 488.96 T2 1.20 ± 0.03 c 22.39 ± 2.41 a 2.93 ± 0.14 b 764.16
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表 4 西瓜-蚯蚓种养模式下，西瓜生长指标与土壤微生态因子的相关性性
Table 4 Correlation analysis between watermelon growth indicators and soil factors
相关性系数
CoefficientpH 全氮
TN全磷
TP全钾
TK碱解氮
AV有效磷
AP有效钾
AK有机质
SOM水溶性
总盐
TSS阳离子
交换量
CEC总酚酸
TPA容重
SBD病原菌
FON细菌
Bacteria真菌
Fungi发病率 Pearson 0.533 −0.097 −0.528 −0.277 −0.322 0.11 −0.497 −0.548 0.569 −0.065 0.704* 0.578 0.891** −0.221 0.820** Spearman 0.427 0.076 −0.664 −0.167 −0.1 0.383 −0.333 −0.583 0.529 0.233 0.670* 0.352 0.819** 0.05 0.817** 主蔓长 Pearson −0.605 0.731* −0.17 0.264 0.674* 0.577 0.184 0.720* 0.531 0.894** −0.687* −0.164 −0.525 0.833** −0.073 Spearman −0.536 0.715* −0.05 0.417 0.667* 0.539 0.1 0.683* 0.529 0.900** −0.667* −0.217 −0.596 0.917** 0.033 注：**和*分别表示 P < 0.01 和 P < 0.05 水平显著相关。
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