不同微生物菌劑對旱砂田西瓜生長和微生物區系的影響

摘要：為解決連作旱砂田西瓜植株生長性能、產量品質、根際微生物數量下降的問題，以隴科12號為指示品種，設置常規施肥、常規施肥+西瓜專用菌劑、常規施肥+激活土壤專用菌劑、常規施肥+膠質芽孢桿菌、常規施肥+枯草芽孢桿菌、常規施肥+地衣芽孢桿菌、常規施肥+金寶貝微生物菌劑共7個處理，研究了不同微生物菌劑對旱砂田西瓜出苗與成活率、干物質積累、產量品質和根際微生物區系的影響。結果表明，與對照常規施肥相比，盡管施用微生物菌劑對西瓜果實的含糖量無顯著影響，但除常規施肥+激活土壤專用菌劑外，其他微生物菌劑的施用均可以提高西瓜成活率和產量，促進干物質積累，增加西瓜根區微生物數量。其中以常規施肥+地衣芽孢桿菌處理的西瓜出苗率、成活率和產量最高，與對照常規施肥比較，出苗率顯著提高7百分點；成活率顯著提高了14%；產量顯著提高了35.98%。團棵期和開花坐果期的干物質積累量也較對照分別顯著增加了28.30%和24.01%，干物質轉運量和轉運率分別顯著增加了3.98倍和3.01倍，根區細菌、真菌和放線菌數量分別顯著增加61.07%、84.84%、85.31%。因此，生產上可以常規施肥+地衣芽孢桿菌作為最佳施肥方案，有助于改善旱砂田西瓜根際微生物環境，提高作物產量。

關鍵詞：微生物菌劑；砂田西瓜；產量；品質；土壤微生物

中圖分類號：S651" " " " " " " 文獻標志碼：A" " " " " " " 文章編號：2097-2172（2022）01-0057-05

doi：10.3969/j.issn.2097-2172.2022.01.011

Effects of Microbial Fertilizer on Growth and Microbial Flora of

Watermelon in Gravel Mulch Field

DU Shaoping 1， TANG Chaonan 1， MA Zhongming 2， XUE Liang 3， QI Yonghong 4， ZHANG Junfeng 1， KUAI Jialin 1

（1. Institute of Vegetables， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou Gansu 730070， China; 2. Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou Gansu 730070， China; 3. Institute of Soil， Fertilizer and Water-saving Agricultural， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou Gansu 730070， China; 4. Institute of Plant Protection， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou Gansu 730070， China）

Abstract： In order to solve the problems of watermelon（Citrullus lanatus） plant growth performance， yield quality and rhizosphere microorganism decline in the continuous cropping gravel mulch field. Longke12 was used as the test cultivar and 7 treatments were set up with conventional fertilization（CK）， conventional fertilization + watermelon special microbial agent （M1）， conventional fertilization+activated soil special microbial agent（M2）， conventional fertilization+Bacillus mucilaginosus（M3）， conventional fertilization+Bacillus subtilis（M4）， conventional fertilization+Bacillus licheniformis（M5）， conventional fertilization+Gymboree microbial agent（M6）. Based on the local conventional fertilization， the emergence and survival rate， dry matter accumulation， yield quality and rhizosphere microflora of watermelon in a field mulched with gravel were studied. The results showed that compared with CK， although the application of microbial agent had no significant effect on the sugar content of watermelon fruit. However， except M2， the application of other microbial agents could increase the survival rate of watermelon， promote dry matter accumulation， increase yield and the number of microorganisms in watermelon root zone. Among them， the emergence rate， survival rate and yield of watermelon treated with M5 were the highest， which were significantly increased by 7% 14% and 35.98% compared with CK， respectively. In addition， compared with CK the dry matter accumulation in the cluster period， flowering and fruiting period， dry matter translocation volume and translocation rate， were significantly increased by 28.30%， 24.01%， 3.98 times and 3.01 times， respectively， and the number of bacteria， fungi and actinomycetes in the root zone were also significantly increased by 61.07%， 84.84% and 85.31%， respectively. Therefore， conventional fertilization+Bacillus licheniformis（M5） as the best fertilization scheme can help to improve the rhizosphere microbial environment of watermelon ingravel mulch field and to increase crop yield.

Key words： Microbial agent; Watermelon in gravel mulch field; Yield; Quality; Soil microorganism

我國西北地區耕地以旱地為主，年平均降水量僅180～350 mm，蒸發量卻在1 500～2 000 mm，且地力薄弱［1 ］。為適應西北生態環境特點，廣大勞動人民在長期生產實踐過程中不斷總結創新，形成一種特殊的保護性耕作方式，即壓砂栽培。壓砂田具有良好的增濕、保墑、保肥和保溫效用，且土質疏松、耕性和透氣性好、風化程度低、富含多種礦物營養，已成為當地西瓜的主要栽培方式［1 - 3 ］。2008年，僅寧夏中衛地區砂田西瓜連片種植面積已達6.7萬hm2，銷售總額突破7.2億元［4 ］。由于巨大的經濟效益，砂田西瓜種植面積逐漸擴大，且種植模式單一［2， 4 ］。在長期連年種植過程中，一方面對特定土壤養分的消耗造成了養分比例失調，使得土壤理化性狀惡化，土壤酶活性下降；另一方面由于缺乏相應調節機制，有益菌群數量下降，有害菌群或病原菌數量增加，導致土壤微生物區系變化，土傳病害日趨嚴重，嚴重制約了砂田西瓜的可持續發展［4 - 8 ］。有研究表明，在健康土壤上種植西瓜，病株率小于1.2%，連作1年西瓜的病株率增加到11.0%～25.8%，連作2年西瓜發病率為34.5%～58.4%，連作3年后西瓜發病率高達60%以上［9 ］。通過與其他作物輪作倒茬或間作套種能夠調節土壤微生物環境，可以減輕連作帶來的土壤質量及土傳病害問題［4， 6 - 7， 10 ］。但這在一定程度上會影響到西瓜產業的市場經濟效益，難以大規模實施。因此，尋求連作土壤的改良方法對旱砂田西瓜產業的可持續發展具有重要意義。

施用微生物菌劑是促進作物生長、保障作物產量、提高土壤肥力、克服連作障礙的有效措" " 施［4， 10 - 12 ］。微生物菌劑含有大量的有益活菌及多種天然發酵活性物質，能夠在根區土壤中繁殖形成有利于作物生長的微生物優勢菌群，來調節根際營養環境，改善和恢復土壤微生態平衡，以提高土壤肥力、改善土壤結構［13 ］。同時，微生物菌劑可以直接或通過產生次級代謝產物間接作用于宿主植物，促進宿主植物的生長發育，提高宿主植物的抗性［14 ］。韋建玉等［15 ］研究發現，增施微生物菌肥可提高植煙土壤的基本養分，增加土壤細菌、放線菌、總菌數及固氮菌、解磷菌、解鉀菌數量。大量研究表明，與常規施肥處理相比，施用微生物菌肥可以提升土壤有機質、全氮、全磷、全鉀、硝態氮、速效磷、速效鉀，降低土壤pH［13 - 14， 16 ］，增加青椒、番茄、黃瓜、西瓜等園藝產品的維生素C和可溶性固形物含量，提高果實品質［16 -19 ］。此外，有關多年連作西瓜的研究發現，施用微生物菌劑能夠通過改善土壤微環境、提高土壤綜合肥力有效降低連作障礙或枯萎病發病率，提高其產量和品質［3， 12， 19 - 20 ］。因此，施用微生物菌劑是防治作物連作障礙發生、增加作物產量、提高產品品質、保障經濟收益的有效措施。

目前，市場銷售的微生物菌劑種類繁多，且功效不一，但只有適用于相應作物和栽培環境下的菌劑才能最大程度地發揮其功效［3 ］。因此，我們針對旱砂田西瓜，開展了6種不同微生物菌劑對其發芽和成活率、干物質積累、產量品質及根際微生物區系的影響研究，以確定最佳微生物菌劑，為旱砂田西瓜的可持續生產提供理論依據。

1" "材料與方法

1.1" "材料

指示西瓜品種為隴科12號。

供試微生物菌劑為：西瓜專用菌劑（粉劑，有效活菌數≥200億/g，含西瓜專用配方復合益生菌、抗病因子、生長因子等）、激活土壤專用菌（粉劑，有效活菌數≥200億/g，含芽孢桿菌群、乳酸菌群、曲霉菌群、5406菌群等）、膠質芽孢桿菌（粉劑，有效活菌數≥100億/g）、枯草芽孢桿菌（粉劑，有效活菌數≥300億/g）、地衣芽孢桿菌（粉劑，有效活菌數≥300億/g）、金寶貝微生物菌劑（顆粒劑，有效活菌數≥1億/g，含固氮菌、解磷菌和解鉀菌）。

供試肥料有牛糞（有機質31.3%、全氮1.5%、全磷1.3%、全鉀2.2%，皋蘭縣騰達養殖專業合作社提供）、磷酸二銨（N 18%、P2O5 46%，美國嘉吉磷肥工業集團有限公司）、尿素（N 46%，甘肅劉家峽化工集團有限責任公司）、硫酸鉀（K2O 52%，國投新疆羅布泊鉀鹽有限責任公司）。

1.2" "試驗方法

試驗采用隨機區組設計，設置7種不同施肥處理：常規施肥（CK）、常規施肥+西瓜專用菌劑（M1）、常規施肥+激活土壤專用菌劑（M2）、常規施肥+膠質芽孢桿菌（M3）、常規施肥+枯草芽孢桿菌（M4）、常規施肥+地衣芽孢桿菌（M5）、常規施肥+ 金寶貝微生物菌劑（M6）。3次重復，小區面積32 m2。于2021年4月中旬在皋蘭縣九合鎮三坪村播種，7月中下旬收獲，采用寬窄行“品”字形栽培模式，窄行0.6 m、寬行0.9 m，株距55 cm。

全生育期施肥量為：牛糞22.5 t/hm2、N 110 kg/hm2、P2O5 90 kg/hm2、K2O 130 kg/hm2，其中有機肥100%、氮肥的30%、磷肥100%、鉀肥的50%與微生物菌劑混合，并添加微生物菌劑4 kg/t，拌勻后作基肥在瓜行條施；氮肥的70% 、鉀肥的50%在果實膨大期隨補灌注入西瓜根部，補灌水量為3 kg/株。

1.3" "測定指標及方法

1.3.1" " 出苗率和成活率" " 在西瓜“2葉1心”時按小區調查全苗，統計出苗率和成活率。

1.3.2" " 西瓜植株干物質測定" " 分別在西瓜團棵期、開花坐果期和成熟期每小區隨機選取具有代表性的植株 5株，烘干后測定其干重。

1.3.3" " 西瓜果實含糖量和產量測定" " 每小區隨機取5～10個成熟果實縱剖后，在剖面中心略偏陽面取瓜瓤，擠汁后用手持式折光儀測定中心糖含量，另外在近中果皮1 cm處取寬0.5 cm的瓜瓤測定邊緣糖含量。收獲后每小區隨機選10個果實稱量單瓜重，統計每小區西瓜數，計算產量。

1.3.4" " 土壤微生物數量測定" " 西瓜果實膨大期用不銹鋼取土器采集0～15 cm 土層土樣，采用稀釋平板計數法測定真菌、細菌和放線菌的數量。其中，真菌采用馬丁（Martin）培養基，在 25 ℃恒溫箱中培養5 d后進行記數；細菌采用營養瓊脂培養基，在 28 ℃恒溫箱中培養 3 d后進行記數；放線菌采用改良高氏Ⅰ號培養基，在 28 ℃恒溫箱中培養 7 d后進行記數［21 ］。

1.4" "數據處理

采用SPSS 軟件（version 22.0，SPSS Institute Ltd，USA）進行統計分析，不同處理間的差異采用Duncan’s檢驗（P ＜ 0.05）評價。所有圖形均由Origin Pro. 9.0 （OriginLab Institute Inc. USA）繪制。

2" "結果與分析

2.1" "不同微生物菌劑對旱砂田西瓜出苗率和成活率的影響

比較不同處理下西瓜的出苗率（圖1-a）發現，施用微生物菌劑能夠明顯提高西瓜出苗率，且不同微生物菌劑處理間存在較大差異。其中，處理M1、M4、M5、M6的西瓜出苗率達到了97%以上，較CK分別提高了5、7、7、6百分點，均與CK差異顯著；而處理M2和M3的出苗率僅較CK提高了3百分點，差異不顯著。

對比不同處理下西瓜的成活率（圖1-b）發現，除激活土壤專用菌劑（M2）對西瓜成活率影響不大外，其他生物菌劑的施用明顯提高了西瓜成活率。其中，處理M1、M3和M4的成活率分別較CK提高了9%、4%、8%，差異不顯著；處理M5和M6的西瓜成活率均達到92%，較CK顯著提高了14%。

2.2" "不同微生物菌劑對壓砂田西瓜干物質積累及轉運的影響

干物質積累量是作物營養生長狀況的直接反映。在團棵期，西瓜苗期生長結束即將進入營養生長旺期，這時期處理M5、M6的西瓜植株干物質積累量較CK分別顯著提高了28.30%、23.51%。開花坐果期是西瓜營養生長最旺期，除處理M2外，其余菌劑處理的植株干物質積累量均顯著高于CK，M1、M3、M4、M5、M6分別增加了25.12%、23.57%、24.69%、24.26%、26.17%。至成熟期，隨著西瓜生長中心由營養生長向生殖生長的轉移，干物質積累量均不同程度降低，除處理M2外，其余菌劑處理的干物質積累量仍在CK水平之上，但各菌肥處理與CK間差異不顯著（表1）。此外，不同菌劑處理均不同程度提高了西瓜干物質轉運量及轉運率，其中以處理M4、M5、M6的西瓜干物質轉運量較CK顯著提高了3.76、3.98、3.68倍。轉運率較CK顯著提高了和2.82、3.01、2.71倍。

2.3" "不同微生物菌劑對旱砂田西瓜產量和果實含糖量的影響

從表2可知，與未施用微生物菌劑處理相比，施用不同菌劑后西瓜單瓜重和產量均有所增加。其中，單瓜重以處理M5最大，較CK提高16.85%，差異顯著；其次是M3，較CK提高11.72%，差異顯著。受單瓜重、成活率和坐果率的綜合影響，處理M3、M4、M5、M6較CK分別增產16.89%、23.71%、35.98%、25.30%，其中以處理M5產量最高，為32 138.02 kg/hm2。此外，不同菌劑處理雖然不同程度地提高了西瓜中心糖、邊緣糖含量，但幅度不大。

2.4" "不同微生物菌劑對旱砂田西瓜根區微生物區系的影響

觀察不同處理下西瓜果實膨大期根際微生物區系變化，結果（表3）表明，發現菌劑處理不同程度地增加了西瓜根區的微生物數量。其中，處理M1、M5、M6增加土壤細菌數量的效果顯著，較CK分別顯著增加了62.25%、61.07%、61.41%；處理M3、M4、M5、M6對土壤真菌數量效果顯著，較CK分別增加了84.11%、106.11%、84.84%、83.13%。除M2處理外，其他微生物菌劑處理對西瓜根際放線菌數量的增加效果顯著，且以M5、M6處理效果較好，土壤放線菌數量較CK分別顯著提高了85.31%、88.32%。

3" "討論與結論

試驗結果表明，增施微生物菌劑可以提高西瓜的出苗率和成活率，并且以地衣芽孢桿菌和金寶貝微生物菌劑的效果更為顯著。這可能是由于微生物菌劑對土傳病害的良好防治效果降低了植株病害的發生率［20， 22 - 23 ］。周通等［24 ］研究報道，地衣芽孢桿菌被認為是芽孢桿菌屬中最具有生防應用價值的菌種之一，它能通過與病原菌的空間和營養競爭優勢，分泌幾丁質、抗菌蛋白、脂肽類抗生素等抗菌物質，誘發植物自身的抗病潛能，以及促生作用直接或間接減少植物病害的發生。干物質的積累和運轉是維持植株各器官正常生長發育、保障作物高產的重要影響因素［25 - 26 ］。施用微生物菌劑均能促進西瓜全生育期植株干物質的轉運量和轉運率；同時，其單瓜重和產量均高于常規施肥處理，其中以地衣芽孢桿菌增產效果最優。這與王睿豪［27 ］在小粒黑豆中的研究結果相似。大量研究發現，增施微生物菌劑有助于增加園藝作物果實中的可溶性固形物或可溶性糖含量［16 - 19 ］，這與本試驗結果相一致。其原因可能是由于微生物菌劑增加了植物根際以多酚類、羧酸類化合物為碳源的微生物數量，從而促進果實可溶性固形物的增加［19 ］。另外，施用微生物菌劑被認為是改善作物根際微生物群落結構、促進作物健康生長的有效方法［4， 13， 15， 19 ］。本試驗結果也表明，增施膠質芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌和金寶貝微生物菌劑較對照均能顯著增加西瓜根際細菌、真菌和放線菌的數量。

綜上所述，施用枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌或金寶貝微生物菌劑可顯著促進西瓜生長、提高西瓜產量和品質，且有利于改善旱砂田土壤微生物區系，其中以地衣芽孢桿菌的效果最佳，與常規施肥相比，常規施肥添加地衣芽孢桿菌后出苗率顯著提高7百分點；成活率顯著提高14%；產量顯著提高35.98%；團棵期和開花坐果期的干物質積累量分別顯著增加28.30%和29.01%，干物質轉運率分別顯著增加3.98倍和3.01倍，根區細菌、真菌和放線菌數量分別顯著增加61.07%、84.89%、85.31%。

參考文獻：

［1］ 吳宏亮." 寧夏中部干旱區砂石覆蓋對土壤水熱特性及西瓜生長發育的影響［D］." 北京：中國農業大學，2013.

［2］ 李停鋒，李" "雯，郭君鈺，等." 生物有機肥對連作壓砂田土壤肥力及西瓜品質的影響［J］." 中國土壤與肥料，2020（5）：109-116.

［3］ 李停鋒，李" "雯，郭君鈺，等." 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［J］." "核農學報，2021，35（8）：1923-1930.

［4］ 王志強，王興祥，劉聲鋒，等." 砂田西瓜連作障礙研究進展［J］." 中國瓜菜，2019，32（7）：1-6.

［5］ 張冬明，鄭道君，曾建華，等." 西瓜連作對土壤主要微生物數量、酶活性及果實品質的影響［J］." 北方園藝，2017（4）：155-158.

［6］ 賀" "婧，王建宇，王" "菲." 西瓜連作及倒茬對壓砂地土壤酶活性的影響［J］." 江蘇農業科學，2017，45（6）：294-296.

［7］ 王克海." 西瓜連作障礙及克服措施分析［J］." 中國果菜，2019，39（3）：64-66.

［8］ 王春燕，李曉煒，張雯莉，等." 壓砂西瓜連作土壤生物學特性和理化性質變化［J］." 蘭州大學學報（自然科學版），2021，57（5）：659-674.

［9］ 耿源濛." 壓砂地西瓜連作障礙的微生物修復［D］." 銀川：寧夏大學，2016.

［10］ 魏曉明，趙銀平，楊瑞平." 設施西瓜連作障礙及防治措施研究進展［J］." 中國瓜菜，2016，29（9）：1-5.

［11］ 郭秀珠，黃品湖，馮惠英，等." 微生物肥在西瓜上的試驗效應［J］." 浙江農業科學，2005（2）：97-98.

［12］ 解" "靜，楊鳳麗，陳麗萍，等." 施用不同微生物菌肥對設施連作西瓜農藝性狀的影響［J］." 浙江農業科學，2014（11）：1709-1711.

［13］ 宋" "曉，陳" "莉，李建芬，等." 增施微生物菌劑對設施土壤理化性質及微生物的影響［J］." 安徽農業科學，2021，49（21）：169-171.

［14］ 何" "嘉，馬婷慧，白小軍，等." 微生物菌劑對枸杞生長發育、產量品質及土壤養分的影響［J］." 江蘇農業科學，2021，49（14）：149-154.

［15］ 韋建玉，王" "政，黃崇峻，等." 增施微生物菌肥對植煙土壤理化性質及微生物量的影響［J］." 貴州農業科學，2018，46（11）：57-61.

［16］ 李晶晶，劉" "聰，王鑫鑫，等." 微生物菌劑對青椒生長、品質和土壤養分狀況的影響［J］." 北方園藝，2021（13）：1-10.

［17］ 王麗麗，朱詩君，狄" "蕊，等." 微生物菌肥菌劑對番茄生長發育和產量品質的影響［J］." 土壤與作物，2022，11（1）：88-95.

［18］ 郭曉冬，譚雪蓮." 放線菌制劑對大棚黃瓜土壤微生物區系及酶活性的影響［J］." 甘肅農業科技，2020（1）：1-8.

［19］ 于會麗，徐國益，路緒強，等." 微生物菌劑對連作西瓜土壤微環境及果實品質的影響［J］." 果樹學報，2020，37（7）：1025-1035.

［20］ 王夏雯，吳紹軍，孟佳麗，等." 2種類型微生物肥料對連作西瓜枯萎病的防治效果研究［J］." 江西農業科學，2019，31（11）：23-28.

［21］ 張迎春，頡建明，李" "靜，等." 生物有機肥部分替代化肥對萵筍及土壤理化性質和微生物的影響［J］." 水土保持學報，2019，33（4）：196-205.

［22］ 謝東鋒，王國強，謝" "榮，等." 不同微生物菌肥處理連作土壤對黃瓜生長及防御性酶的影響［J］." 福建農業學報，2018，33（7）：696-701.

［23］ 馬二磊，黃蕓萍，臧全宇，等." 4種微生物菌劑對多年連作甜瓜土壤理化性質的影響［J］." 浙江農業科學，2021，62（6）：1129-1132.

［24］ 周" "通，徐永平，王麗麗，等." 地衣芽孢桿菌在植物病害生物防治中的應用［J］." 生物資源，2017，39（2）：85-92.

［25］ 高玉紅，王文英，劉喜存，等." 肥水耦合對西瓜苗期植株干物積累、膨瓜速度及產量的影響［J］." 中國瓜菜，2016，29（4）：27-30.

［26］ 仝" "錦，孫" "敏，任愛霞，等." 高產小麥品種植株干物質積累運轉、土壤耗水與產量的關系［J］." 中國農業科學，2020，53（17）：3467-3478.

［27］ 王睿豪." 微生物菌肥對小粒黑豆生長發育及生理特性的影響［D］." 楊凌：西北農林科技大學，2017.

收稿日期：2022 -" 07 -" 04

基金項目：甘肅省農業科學院重點研發計劃（2021GAAS09）；國家西甜瓜產業技術體系土壤與養分管理崗位項目（CARS-26）；國家重點研發計劃（2018YFD0201304）。

作者簡介：杜少平（1979 — ），男，甘肅靜寧人，研究員，主要從事西甜瓜水肥高效利用技術研究工作。Email：" dushaoping2007 @163.com。

通信作者：馬忠明（1963 — ），男，甘肅民勤人，研究員，博士生導師，主要從事作物水肥高效利用和節水高產栽培理論與技術研究工作。Email： mazhming@163.com。