土壤調理劑配施菌劑對連作壓砂田土壤養分及西瓜生長、產量的影響

李停鋒 李 雯 郭君鈺 顧 欣

(寧夏大學農學院，寧夏銀川 750021)

壓砂西瓜(Citrullus lanatus)是寧夏干旱農作區的特色產業，土壤肥力是決定壓砂西瓜生長、產量的重要因素之一[1]。壓砂作為當地特殊的耕作方式，具有保水、保肥、保溫作用，有利于西瓜的生長、穩產和高產[2]。然而，當地壓砂西瓜長期連作種植，導致其土壤養分下降，植株長勢變弱，嚴重降低了產量，給當地經濟的可持續發展造成了嚴重影響[3]。休田或間作能通過驅動土壤微生物群落組成的變化有效緩解長期連作帶來的土壤質量問題[4]，但會影響當地市場和效益，難以大規模施行。因此，尋求寧夏壓砂西瓜連作田土壤的改良方法對壓砂西瓜產業發展具有重要的意義。

施用有機肥、菌劑或土壤調理劑是促進作物生長、改良土壤肥力的有效辦法[5－7]。有機肥含有各種大量和微量元素，能有效改善土壤理化性狀[8]，其配施菌劑或土壤調理劑能顯著提高植株抗逆性、促進西瓜田間長勢、提高西瓜產量[9－10]。菌劑中含有大量功能菌，如木霉(Trichoderma)對土傳病害的病原菌具有拮抗作用，可阻止病原菌在植物根際中定殖，并能誘導植物合成抗生素、類黃酮等抗性物質，促進植株生長[11－12]；芽孢桿菌(Bacillus)能夠產生次生代謝產物，增強植物對病原菌的防御能力，改善土壤根際環境[13]。許多功能菌有利于植物吸收營養元素，施用于田間可以有效促進作物的生長發育，提高產量[14]。土壤調理劑多由礦物質等原料復配而成[15]，適量施用能夠提高土壤耕性、疏松度和保水能力，有效改善沙質土壤的物理特性，從而改善連作土壤質量，促進植株生長，提高作物產量[16－18]。綜上可知，單施菌劑或土壤調理劑均對土壤養分、植株生長與作物產量起促進作用，但在壓砂田有機肥施用基礎上，對二者配施的復合效應研究較少，尤其是二者配施對壓砂西瓜田土壤養分、植株生長指標及其產量的影響尚未明確。

目前，市場銷售的土壤調理劑、菌劑種類多樣、功效不一，其中，可適用于相應耕作環境和特定作物的土壤調理劑和菌劑才能發揮其功效[19]。寧夏大學農業微生物資源與環境研究團隊前期自主研發了適用于壓砂瓜田土壤改良的土壤調理劑和菌劑。在此基礎上，本研究以寧夏壓砂西瓜核心產區的興仁鎮紅圈子村作為研究區，通過田間試驗和室內分析，明確實際生產條件下土壤調理劑配施菌劑對土壤質量及植株生長發育的綜合影響，確定土壤調理劑與菌劑的最佳配施比例，以期為壓砂田土壤改良及其可持續利用提供理論依據和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于寧夏中衛市沙坡頭區南部興仁鎮紅圈子村，地理位置為105°08′E，37°02′N，地處蒙古高原和黃土高原的過渡地帶、寧夏中部干旱帶核心區，海拔1 740 m，屬大陸性季風氣候，干旱少雨，氣候干燥，年平均降水量不足180 mm，年蒸發量達2 100～2 400 mm，日照充足，全年平均日照長達2 600～2 700 h，光熱資源豐富，生長季節日照時數1 080 h，日照百分率60%以上，無霜期153 d，有效積溫2 529.3℃，晝夜溫差大。主要灌溉水為當地微咸水，pH 值7.56，含全鹽3.29 g·kg－1。

供試地連作年限為10年，土壤為風沙土，肥力較弱，種植前耕層土壤基本理化性質為:土壤容重1.36 g·cm－3，孔隙度48.54%，土壤含水量18.15%，pH 值8.56，含全鹽2.32 g·kg－1、有機質2.48 g·kg－1、全磷0.63 g·kg－1、全氮0.37 g·kg－1、堿解氮32.26 mg·kg－1、速效鉀92.24 mg·kg－1、速效磷2.25 mg·kg－1。

1.2 試驗材料

西瓜品種為榮耀，品種登記號:GDP 西瓜(2018)610850。供試肥料為羊糞有機肥和大量元素水溶肥，羊糞有機肥由寧夏阜康生物科技股份有限公司生產，其中有機質≥38.00%，N＋P2O5＋K2O≥15.00%，內含活性硅、鈣、鎂、鐵；大量元素水溶肥由寧夏潤禾豐生物科技有限公司生產，其中大量元素N ＋P2O5＋K2O≥50.00%；生物復合型菌劑由寧夏大學農學院農業微生物資源與環境團隊研發，濃度為3×108CFU·mL－1的功能菌懸液，稀釋100 倍施用，含哈茨木霉(Trichoderma harzianum)和枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)；寧夏大學農學院農業資源與環境教研室研發的無機型土壤調理劑，主要成分為膨潤土，其pH 值為7.26，全氮含量為0.17 g·kg－1，速效磷含量為5.62 mg·kg－1，速效鉀含量為23.08 mg·kg－1，未檢測出有機質。

1.3 試驗設計

試驗設5 個處理，分別為CK:常規施肥；T1:常規施肥＋菌劑；T2:常規施肥＋200 kg·hm－2土壤調理劑＋菌劑；T3:常規施肥＋300 kg·hm－2土壤調理劑＋菌劑；T4:常規施肥＋400 kg·hm－2土壤調理劑＋菌劑，每處理1 個小區，3 次重復。小區長40 m，每個小區移栽28株瓜苗，行距1.6 m，株距1.4 m。羊糞有機肥為底肥，用量為2 250 kg·hm－2，施用方式為機械條施。土壤調理劑與底肥同期一次性施用，施用方式為穴施，于2019年4月26日施用于土壤耕層。生物復合型菌劑稀釋100 倍液，瓜苗在移栽前經蘸根處理；伸蔓期、開花期和膨瓜期分別根灌菌劑，每次每株用量200 mL，同期追施大量元素水溶肥，共3 次，每次追施150 kg·hm－2。菌劑和大量元素水溶肥施用時間間隔2 h 以上。采用膜下滴灌，灌水量450 m3·hm－2。

1.4 測定項目與方法

1.4.1 土樣采集及理化性質測定 分別于壓砂瓜種植前和收獲期在各小區采取耕層土壤。采用五點取樣法，土樣經室內自然風干，在瑪瑙研缽中磨碎，分別過25 目、100 目尼龍篩，完成后四分法取樣，裝袋密封保存，貼標簽、編號，進行測定。

依據《土壤農化分析》[20]進行樣品檢測。pH 值用PHS－3E 型pH 酸度計(上海儀電科學儀器股份有限公司)測定；全鹽含量用DDS－307 型電導率儀(上海儀電科學儀器股份有限公司)測定；有機質含量采用重鉻酸鉀－硫酸亞鐵滴定法測定；堿解氮含量采用擴散法測定；有效磷含量采用硫酸鉬銻抗比色法測定；速效鉀含量采用FP640 型火焰光度計(上海傲譜分析儀器有限公司)測定；全氮含量采用H2SO4-H2O2消煮蒸餾法測定；全磷含量采用HClO4-H2SO4消化，鉬銻抗比色法測定。

1.4.2 蔓長與莖粗測定 于壓砂西瓜關鍵生育期(幼苗期、伸蔓期、坐果期、膨大期、收獲期)，每重復區隨機選取10 株用于測定主蔓長和莖粗。植株蔓長采用卷尺進行生理株高衡量，為地上莖基部與生長點的距離，精度為0.01 cm；莖粗為近基部最粗處的直徑，用游標卡尺測量，精度為0.01 mm。

1.4.3 根系活力測定 在西瓜收獲期各處理隨機取3 株植株的根系，剪取其尚未木質化的側根及細根采用TTC 法測定根系活力[21]。

1.4.4 西瓜產量測定 西瓜成熟后各小區單獨采收，以3 次重復產量的平均值代表該處理的實際產量。

1.5 數據分析

根據公式計算綜合肥力指數(integrated fertility index，IFI):

式中，IFIi為分肥力系數(i 表示某肥力指標)；X為土壤養分含量測定值，Xa、Xc、Xp分別為土壤養分指標分級標準中的對應值[22]，見表1。

表1 土壤養分指標分級標準Table 1 Grading standards of soil nutrient index

式中，IFIi平均與IFIi最小分別為土壤養分分肥力系數的均值和最小值；n為參與評價土壤肥力指標個數。

采用Excel 2016 軟件整理數據和作圖，采用SPSS 21.0 軟件進行統計分析，對相關性指標進行顯著性檢驗，顯著性水平為P<0.05。

2 結果與分析

2.1 土壤調理劑配施菌劑對壓砂田土壤養分的影響

由表2可知，T4、T3、T2 耕層土壤的pH 值分別較CK 降低0.16、0.21、0.12，而T1 耕層土壤的pH 值與CK 并無明顯差異。這是由于土壤調理劑的pH 值較低，對土壤酸堿度具有一定調節作用，且土壤中微生物活動產生的酸性物質對土壤堿性有中和作用[23]。速效磷是評價土壤供磷的重要指標，與CK 相比，T4、T3、T2 耕層土壤的速效磷含量分別提高72.92%、69.02%、60.00%，而T1 降低13.90%，且隨著土壤調理劑施用量的增加，土壤速效磷含量越高。T4、T3、T2、T1 耕層土壤的堿解氮含量分別較CK 提高25.20%、29.31%、23.44%、2.32%；全氮含量分別提高45.28%、54.72%、23.96%、3.77%；有機質含量分別提高45.60%、53.89%、33.68%、3.11%。表明無論單施菌劑還是土壤調理劑配施菌劑，均能提高土壤堿解氮、全氮與有機質含量。T4、T3、T2、T1 耕層土壤的速效鉀含量分別較CK 提高36.60%、36.56%、26.59%、13.30%，其中T4、T3、T2 與CK 呈顯著性差異，說明土壤調理劑配施菌劑能顯著提高土壤速效鉀含量。

表2 土壤調理劑配施菌劑對壓砂田土壤養分的影響Table 2 Effects of soil conditioner combined with microbial agent on soil nutrients in gravel mulch field

2.2 土壤調理劑配施菌劑對壓砂西瓜主蔓長的影響

由表3可知，壓砂西瓜主蔓長隨生育進程推進呈增加趨勢。在幼苗期，各處理間無顯著差異。在伸蔓期，土壤調理劑配施菌劑較CK 顯著促進了壓砂西瓜主蔓長勢，而單施菌劑對其促進作用未達顯著水平。在成熟期，T2、T3、T4 的主蔓長均較T1、CK 顯著提高，表明土壤調理劑配施菌劑處理的壓砂西瓜主蔓長勢旺盛，更有利于植株生長發育。

表3 土壤調理劑配施菌劑對壓砂西瓜主蔓長的影響Table 3 Effects of soil conditioner combined with microbial agent on the overgrown of watermelon in gravel mulch field/cm

2.3 土壤調理劑配施菌劑對壓砂西瓜莖粗的影響

由表4可知，壓砂西瓜主莖粗于成熟期達到最大值，且各生育期西瓜的莖粗在各處理間表現出一定差異。與CK 相比，幼苗期T1、T2、T3、T4 的主莖粗顯著提高了17.15%～21.90%，但4 個處理間無顯著差異；在伸蔓期和坐果期，4 個處理的主莖粗分別顯著提高了2.78%～28.63%、7.96%～26.19%(除伸蔓期的T1與CK 無顯著差異)，且處理間的差異達到顯著水平；到膨果期和成熟期，T3、T4 的主莖粗分別顯著提高了30.07%～41.13%、22.13%～23.42%，并明顯高于其他兩處理。表明在常規施肥基礎上，單施菌劑在壓砂西瓜生長期內均能促進植株生長，且土壤調理劑配施菌劑處理的效果更佳。

表4 土壤調理劑配施菌劑對壓砂西瓜莖粗的影響Table 4 Effects of soil conditioner combined with microbial agent on the thick stem of watermelon in gravel mulch field/mm

2.4 土壤調理劑配施菌劑對壓砂西瓜根系活力的影響

由圖1可知，T1、T2、T3、T4 的根系活力分別較CK顯著提高10.09%、37.84%、43.44%、44.56%，且T2、T3、T4 均與T1 具有顯著差異，說明單施菌劑及土壤調理劑配施菌劑處理均能顯著提高根系活力，而調理劑配施菌劑效果優于單施菌劑。此外，T2、T3、T4 的根系活力隨著土壤調理劑施用量的增加呈增加趨勢，但無顯著性差異。

圖1 土壤調理劑配施菌劑對壓砂西瓜根系活力的影響Fig.1 Effects of soil conditioner combined with microbial agent on the root vigor of watermelon in gravel mulch field

2.5 土壤調理劑配施菌劑對壓砂西瓜產量及經濟效益的影響

由表5可知，各處理對壓砂西瓜產量的影響不同，產量由大到小依次為T3、T4、T2、T1、CK，其中T3、T4、T2、T1 產量均較CK 顯著增加，以T3、T4 增產效果最佳，分別增產30.56%、29.35%。各處理凈收益由大到小依次為T3、T4、T2、T1、CK，其中T3 的凈收效最佳，且顯著高于其他處理，分別較T4、T2、T1、CK 提高了9.59%、10.41%、37.78%、54.43%。

表5 土壤調理劑配施菌劑對壓砂西瓜產量及經濟效益的影響Table 5 Effects of soil conditioner combined with microbial agent on the yield and economic benefit of watermelon in gravel mulch field

2.6 土壤養分與壓砂西瓜生長指標及產量間的相關分析

由表6可知，土壤養分與壓砂西瓜生長指標及產量間均存在一定相關性。其中土壤全氮、堿解氮、速效鉀、有機質、速效磷含量與壓砂西瓜主蔓長、莖粗、根系活力、產量呈極顯著正相關關系；pH 值與壓砂西瓜主蔓長、莖粗、根系活力、產量呈極顯著負相關關系，這可能是由于當地為鹽堿性土壤，強堿性土壤會腐蝕植物根系組織細胞，抑制根系活力，減弱植株長勢，從而降低植物產量。

表6 土壤養分與壓砂西瓜生長指標及產量間的相關系數Table 6 Correlation coefficients between soil nutrients and the growth index and yield of watermelon in gravel mulch field

2.7 土壤調理劑配施菌劑的土壤肥力指數分析

采用內梅羅指數法計算土壤綜合肥力指數(IFI)，參考全國第二次土壤普查分級標準[22]，對土壤全氮、堿解氮、速效鉀、有機質和速效磷含量以及pH 值各指標進行分級標準化。由表7可知，各處理土壤綜合肥力指數由大到小為T3、T4、T2、T1、CK，分別較種植前土壤綜合肥力指數提高29.38%、28.87%、24.06%、10.79%、7.69%，其中以T3 最佳，表明土壤調理劑配施菌劑能提高土壤肥力；T1、CK 的土壤綜合肥力指數分別為0.786 6、0.764 6，且二者無顯著差異，表明單施用菌劑對土壤肥力的提高無顯著影響。

表7 土壤肥力指數分析表Table 7 Analysis table of soil fertility index

3 討論

寧夏壓砂西瓜種植區屬于西北半干旱鹽堿土區。有研究表明，在鹽堿地施用土壤調理劑可以有效降低土壤pH 值，減少土壤離子毒害作用[24]。本研究結果顯示，在當地常規施肥基礎上，增施菌劑對土壤pH 值無顯著影響，但土壤調理劑配施菌劑均能顯著降低土壤pH 值。這可能是由于土壤調理劑中的鈣離子與土壤堿性物質發生反應，使土壤堿化度顯著降低[25]。本研究表明，土壤調理劑配施菌劑可以有效提高土壤速效磷和速效鉀含量，與魏賽金等[26]研究結果一致。一方面土壤調理劑可通過螯合作用，使土壤中有機陰離子與磷競爭吸附位點，減少土壤對磷鉀的固定，并能有效分解土壤與有機質中難溶態和固定態的磷、鉀元素[27]；另一方面，土壤調理劑與菌劑的配施，有利于改善土壤微生物環境，促進微生物的繁殖與代謝，激發土壤微生物活性，從而提高土壤中解磷菌、解鉀菌對難溶性磷酸鹽和固化鉀的溶解和釋放作用，有利于提高土壤中的養分[28]。土壤氮素、有機質含量對促進作物生長發育、提高作物產量有著重要作用，且與微生物活動密切關系[29]。本研究發現，在常規施肥基礎上增施菌劑可以提高土壤全氮、堿解氮和有機質含量，但效果未達顯著水平。這可能是由于本試驗地為鹽堿土，長期連作導致土壤肥力較低，影響土壤微生物活動。但土壤調理劑配施菌劑各處理均能顯著提高土壤全氮、堿解氮和有機質含量，與王凱等[30]的研究結果一致。這是因為增施土壤調理劑可有效改善土壤耕層理化性質，且土壤調理劑本身疏松多孔，有利于土壤團粒結構及腐殖質形成，能為微生物的生存及活動提供適宜場所，從而促進微生物的繁殖代謝，進一步促進土壤養分的活化，增加了養分的有效性。綜上所述，在常規施肥基礎上，土壤調理劑與菌劑配施可以提高土壤養分含量，二者配施具有加成效應。

主蔓長、根系活力和莖粗是植株長勢的重要指標[31]。本研究結果表明，單施菌劑或土壤調理劑配施菌劑均能促進壓砂西瓜植株長勢，其主蔓長、莖粗、根系活力均高于常規施肥處理，其中土壤調理劑配施菌劑的提高效果更優，這與王志剛等[32]和張宇鵬等[33]的研究結果一致。可能是因為土壤調理劑為微生物在土壤中的生長和代謝活動提供了良好的微環境；功能菌能夠分泌胞外多糖物質，有利于土壤團粒結構的形成，提高了土壤通氣、保水、保肥能力，同時可有效活化土壤與有機肥養分，促進植株根系活力及其對營養物質的吸收[34－35]。且本研究結果表明，土壤調理劑配施菌劑不僅能提高土壤養分，還能與菌劑產生復合反應，促進植株生長，提高壓砂西瓜產量。

鑒于本研究僅為一年的試驗結果，且主要依據土壤養分及壓砂西瓜生長、產量等相關指標，其對土壤的持續性影響及土壤生物學性質還有待開展長期試驗進行驗證。

4 結論

在常規施肥基礎上，土壤調理劑配施菌劑可以降低連作壓砂田土壤pH 值，且對提高土壤速效磷、堿解氮、全氮、速效鉀、有機質含量具有顯著復合作用；土壤調理劑配施菌劑能顯著提高成熟期壓砂西瓜蔓長、株高、根系活力以及壓砂西瓜產量。綜合土壤肥力指數及壓砂西瓜產量和經濟效益，推薦最佳處理為常規施肥＋300 kg·hm－2土壤調理劑＋菌劑。