石灰配施微生物菌劑對大豆套種西瓜產(chǎn)量和紅壤肥力的影響

柳開樓，李 浩，張景云，胡丹丹，宋惠潔，胡志華

（1.江西省紅壤及種質(zhì)資源研究所/國家紅壤改良工程技術(shù)研究中心，南昌 331717；2.河南科技學(xué)院資源與環(huán)境學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453003；3.江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所，南昌 330200）

紅壤旱地大豆種植效益較低［1］，但是由于大豆具有較強(qiáng)的固氮能力［2，3］，其對土壤改良和培肥具有重要作用，所以將其他作物與大豆套種是紅壤地區(qū)改良培肥和提升種植效益的重要途徑［4-6］。有研究表明，大豆套種玉米的增收效果顯著［7，8］。近年來，隨著種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整，紅壤旱地上西瓜種植發(fā)展迅速，然而由于西瓜單作過程中盲目施肥不利于紅壤培肥和改良［9，10］。因此，充分利用大豆的固氮作用，在大豆中套種西瓜實現(xiàn)增產(chǎn)增收的目的。目前關(guān)于紅壤培肥改良的技術(shù)主要集中在大豆和其他作物間作上［11］，而關(guān)于大豆套種西瓜的培肥改良技術(shù)還缺乏深入探討。本研究以石灰和微生物菌劑為措施，研究其對土壤肥力質(zhì)量和大豆套種西瓜產(chǎn)量的影響，并分析土壤肥力質(zhì)量與作物產(chǎn)量的相關(guān)關(guān)系，以期為紅壤旱地大豆套種西瓜模式的增產(chǎn)增收提供合理的培肥技術(shù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

田間試驗設(shè)在江西省南昌市進(jìn)賢縣張公鎮(zhèn)小蔣村（116°20′24″E、28°15′30″N）。該地區(qū)屬中亞熱帶季風(fēng)氣候，年均降雨量1 537 mm，年蒸發(fā)量1 100 mm；年均氣溫18.5 ℃，最冷月（1 月）平均氣溫為4.6 ℃，最熱月（7 月）平均氣溫為29.8 ℃；典型的丘崗地形，海拔高度25～30 m，坡度5°；土壤類型為第四紀(jì)紅黏土，試驗前耕層土壤pH 為5.2，土壤有機(jī)質(zhì)含量為17.9 g/kg，土壤氮、磷、鉀的速效養(yǎng)分含量分別為85、6、75 mg/kg。

1.2 試驗材料

供試大豆品種為浙鮮16，西瓜品種為贛抗10號。供試微生物菌劑由揚(yáng)州綠源生物化工有限公司生產(chǎn)，顆粒劑，有效活菌數(shù)（枯草芽孢桿菌+巨大芽孢桿菌）≥5 億CFU/g。

1.3 試驗設(shè)計

共設(shè)4個處理：CK，常規(guī)施肥對照；L，在常規(guī)施肥基礎(chǔ)上配施石灰；M，在常規(guī)施肥基礎(chǔ)上配施微生物菌劑；L+M，在常規(guī)施肥基礎(chǔ)上配施石灰和微生物菌劑。每個處理設(shè)3次重復(fù)，每小區(qū)面積35 m2（5 m×7 m）。

種植方式為大豆套種西瓜。大豆的播種和收獲時間分別為4月10日和6月20日，播種量為7.5 kg/hm2，采用條播方式進(jìn)行，行距為20 cm；在大豆采摘后期（6 月10 日）套種西瓜苗，西瓜的株行距為2.5 m×1.0 m。鮮食大豆N、P2O5、K2O 施用量分別為60、30、35 kg/hm2，西瓜N、P2O5、K2O 施用量分別為135、90、105 kg/hm2。石灰用量為750 kg/hm2。各處理氮肥中基肥和追肥比例均為50%，磷肥、石灰和微生物菌劑全部基施，鉀肥中基肥和追肥的比例分別為40%和60%。大豆播種時將微生物菌劑按照40 kg/hm2的用量均勻撒施到大豆的播種溝內(nèi)，而西瓜移栽先撒施微生物菌劑于西瓜苗洞內(nèi)（菌劑用量為10 g/穴），之后放入西瓜苗并培土。

1.4 測定指標(biāo)

在鮮食大豆和西瓜成熟后及時采摘，測定各處理中鮮食大豆和西瓜的實際產(chǎn)量。

西瓜收獲后采集耕層土壤樣品，測定土壤pH 及有機(jī)質(zhì)、全氮、速效氮、速效磷、速效鉀等含量，并采用Fuzzy 方法計算土壤綜合肥力質(zhì)量指數(shù)［12］。

數(shù)據(jù)處理采用Excel 2003 軟件，統(tǒng)計分析采用SAS 9.1 軟件，采用LSD法對處理間差異顯著性進(jìn)行分析（P＜0.05），采用Origin 8.5 制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 配施石灰和微生物菌劑對鮮食大豆和西瓜產(chǎn)量的影響

在紅壤旱地上，與常規(guī)施肥對照相比，配施石灰和微生物菌劑顯著提高了鮮食大豆和西瓜產(chǎn)量（P＜0.05）（圖2）。與CK 相比，L、M、L+M 處理的鮮食大豆產(chǎn)量分別提高了18.40%、22.45%和32.96%，西瓜產(chǎn)量也分別增加了15.20%、27.20%和41.37%。同時，L+M處理的西瓜產(chǎn)量顯著高于L和M處理（P＜0.05）。

圖1 不同處理下紅壤旱地鮮食大豆西瓜產(chǎn)量變化

2.2 配施石灰和微生物菌劑對土壤肥力的影響

在紅壤旱地上，除了土壤有機(jī)質(zhì)外，石灰和微生物菌劑對土壤pH 和氮、磷、鉀的速效養(yǎng)分含量有顯著影響（P＜0.05）（表1），且所有處理中，L+M 處理的土壤pH 和速效氮、速效磷、速效鉀含量均高于其他處 理。與CK 相比，L 和L+M 處理 的土壤pH 分 別提高0.48 和0.68 個單位，而M 處理 的土壤pH 則與CK無顯著差異。與CK 相比，土壤速效氮、速效磷、速效鉀含量在L 處理下分別提高了20.81%、7.84%和6.52%，在M 處理下分別提高了33.08%、22.15%和15.21%，在L+M 處理下分別提高了43.49%、48.21%和23.91%。

表1 不同處理下紅壤旱地土壤肥力變化

2.3 配施石灰和微生物菌劑對土壤綜合肥力質(zhì)量指數(shù)的影響

如圖2所示，配施石灰和微生物菌劑顯著提升了紅壤旱地的綜合肥力質(zhì)量指數(shù)（P＜0.05）。與CK 相比，L、M 和L+M 處理的土壤綜合肥力指數(shù)分別提高了11.22%、16.10%和32.23%，同時，在所有處理中，L+M處理的綜合肥力指數(shù)顯著高于其他處理（P＜0.05）。

圖2 不同處理下紅壤旱地綜合肥力指數(shù)變化

2.4 紅壤旱地綜合肥力指數(shù)與鮮食大豆和西瓜產(chǎn)量的相關(guān)關(guān)系

由圖3 可知，土壤綜合肥力質(zhì)量指數(shù)與鮮食大豆和西瓜產(chǎn)量均呈顯著的正相關(guān)關(guān)系（P＜0.05）。進(jìn)一步通過線性擬合方程發(fā)現(xiàn)，當(dāng)土壤綜合肥力質(zhì)量指數(shù)提高0.1 個單位，鮮食大豆和西瓜產(chǎn)量分別提高了3.00、3.67 t/hm2。

圖3 土壤綜合肥力質(zhì)量指數(shù)與鮮食大豆和西瓜產(chǎn)量的相關(guān)關(guān)系

3 討論

在紅壤旱地上，配施石灰是改良土壤酸化的主要措施［13，14］。有研究表明，施用石灰可以顯著提高紅壤旱地玉米產(chǎn)量［15-17］，而長期不施用石灰條件下，作物產(chǎn)量明顯降低［18，19］。在大豆套種西瓜模式下，本研究也證明配施石灰是提升作物產(chǎn)量的重要措施。同時，針對紅壤肥力貧瘠的特點，本研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，配施石灰+微生物菌劑可以進(jìn)一步提升作物產(chǎn)量。這主要與微生物菌劑能夠促進(jìn)大豆和西瓜的根系定植有關(guān)［20-22］，研究也表明，微生物菌劑對作物根系的促生效果比較明顯［23］。此外，由于大豆和西瓜均屬于不耐連作的作物，二者長期套種容易發(fā)生土傳病害［24-26］，而合理施用微生物菌劑則可以有效緩減西瓜等作物的青枯病。也有研究表明，通過緩解土壤酸化也可以提升作物的抗病能力［10］。然而，由于微生物菌劑的效果受施用時土壤溫濕度的影響較大［27］，關(guān)于石灰配施微生物菌劑對大豆西瓜增產(chǎn)的效果還有待進(jìn)一步研究。

在紅壤旱地大豆套種西瓜模式中，配施石灰和微生物菌劑可以顯著改良土壤酸化，提升土壤氮、磷、鉀的速效養(yǎng)分含量。長期定位試驗表明，合理配施石灰可顯著提高土壤速效鉀含量［28］。微生物菌劑主要是通過增加微生物活性和代謝能力，形成有利于土壤速效氮、速效磷、速效鉀的活化環(huán)境［29］。但是，需要注意的是，石灰和微生物菌劑均不具備提升土壤有機(jī)質(zhì)含量的效果，因此，在后續(xù)的紅壤改良中，建議進(jìn)一步結(jié)合有機(jī)肥施用來顯著提升土壤有機(jī)質(zhì)含量。此外，進(jìn)一步結(jié)合線性方程發(fā)現(xiàn)，當(dāng)土壤綜合肥力質(zhì)量指數(shù)提升0.1 個單位，鮮食大豆和西瓜產(chǎn)量分別提高了3.00 和3.67 t/hm2。這與很多研究結(jié)果相似［30］，提升紅壤的質(zhì)量指數(shù)可以顯著提高鮮食大豆產(chǎn)量，但作物產(chǎn)量的提升幅度差異較大，原因主要與作物品種、土壤類型和氣候條件等因素有關(guān)。

4 小結(jié)

在紅壤旱地上，配施石灰和微生物菌劑可以顯著提升大豆套種西瓜模式的作物產(chǎn)量（P＜0.05），并顯著改善土壤速效氮、速效磷、速效鉀養(yǎng)分的供應(yīng)狀況（P＜0.05），從而增加土壤綜合肥力質(zhì)量指數(shù)。同時，土壤綜合肥力質(zhì)量指數(shù)與鮮食大豆和西瓜產(chǎn)量均存在顯著的正相關(guān)關(guān)系（P＜0.05），在綜合肥力指數(shù)較低的條件下（小于0.5），綜合肥力指數(shù)每增加0.1 個單位，鮮食大豆和西瓜產(chǎn)量分別提高了3.00和3.67 t/hm2。