土壤調(diào)理劑配施菌劑對連作壓砂田土壤養(yǎng)分及西瓜生長、產(chǎn)量的影響

李停鋒 李 雯 郭君鈺 顧 欣

(寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，寧夏銀川 750021)

壓砂西瓜(Citrullus lanatus)是寧夏干旱農(nóng)作區(qū)的特色產(chǎn)業(yè)，土壤肥力是決定壓砂西瓜生長、產(chǎn)量的重要因素之一[1]。壓砂作為當?shù)靥厥獾母鞣绞?，具有保水、保肥、保溫作用，有利于西瓜的生長、穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn)[2]。然而，當?shù)貕荷拔鞴祥L期連作種植，導(dǎo)致其土壤養(yǎng)分下降，植株長勢變?nèi)?，嚴重降低了產(chǎn)量，給當?shù)亟?jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展造成了嚴重影響[3]。休田或間作能通過驅(qū)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(zhì)量問題[4]，但會影響當?shù)厥袌龊托б?，難以大規(guī)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(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要的意義。

施用有機肥、菌劑或土壤調(diào)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(diào)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(chǎn)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(dǎo)植物合成抗生素、類黃酮等抗性物質(zhì)，促進植株生長[11－12]；芽孢桿菌(Bacillus)能夠產(chǎn)生次生代謝產(chǎn)物，增強植物對病原菌的防御能力，改善土壤根際環(huán)境[13]。許多功能菌有利于植物吸收營養(yǎng)元素，施用于田間可以有效促進作物的生長發(fā)育，提高產(chǎn)量[14]。土壤調(diào)理劑多由礦物質(zhì)等原料復(fù)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(zhì)土壤的物理特性，從而改善連作土壤質(zhì)量，促進植株生長，提高作物產(chǎn)量[16－18]。綜上可知，單施菌劑或土壤調(diào)理劑均對土壤養(yǎng)分、植株生長與作物產(chǎn)量起促進作用，但在壓砂田有機肥施用基礎(chǔ)上，對二者配施的復(fù)合效應(yīng)研究較少，尤其是二者配施對壓砂西瓜田土壤養(yǎng)分、植株生長指標及其產(chǎn)量的影響尚未明確。

目前，市場銷售的土壤調(diào)理劑、菌劑種類多樣、功效不一，其中，可適用于相應(yīng)耕作環(huán)境和特定作物的土壤調(diào)理劑和菌劑才能發(fā)揮其功效[19]。寧夏大學(xué)農(nóng)業(yè)微生物資源與環(huán)境研究團隊前期自主研發(fā)了適用于壓砂瓜田土壤改良的土壤調(diào)理劑和菌劑。在此基礎(chǔ)上，本研究以寧夏壓砂西瓜核心產(chǎn)區(qū)的興仁鎮(zhèn)紅圈子村作為研究區(qū)，通過田間試驗和室內(nèi)分析，明確實際生產(chǎn)條件下土壤調(diào)理劑配施菌劑對土壤質(zhì)量及植株生長發(fā)育的綜合影響，確定土壤調(diào)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(xù)利用提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于寧夏中衛(wèi)市沙坡頭區(qū)南部興仁鎮(zhèn)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(qū)，海拔1 740 m，屬大陸性季風(fēng)氣候，干旱少雨，氣候干燥，年平均降水量不足180 mm，年蒸發(fā)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(jié)日照時數(shù)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?shù)匚⑾趟?，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(fēng)沙土，肥力較弱，種植前耕層土壤基本理化性質(zhì)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(zhì)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(chǎn)，其中有機質(zhì)≥38.00%，N＋P2O5＋K2O≥15.00%，內(nèi)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(chǎn)，其中大量元素N ＋P2O5＋K2O≥50.00%；生物復(fù)合型菌劑由寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院農(nóng)業(yè)微生物資源與環(huán)境團隊研發(fā)，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(xué)農(nóng)學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境教研室研發(fā)的無機型土壤調(diào)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(zhì)。

1.3 試驗設(shè)計

試驗設(shè)5 個處理，分別為CK:常規(guī)施肥；T1:常規(guī)施肥＋菌劑；T2:常規(guī)施肥＋200 kg·hm－2土壤調(diào)理劑＋菌劑；T3:常規(guī)施肥＋300 kg·hm－2土壤調(diào)理劑＋菌劑；T4:常規(guī)施肥＋400 kg·hm－2土壤調(diào)理劑＋菌劑，每處理1 個小區(qū)，3 次重復(fù)。小區(qū)長40 m，每個小區(qū)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(diào)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(fù)合型菌劑稀釋100 倍液，瓜苗在移栽前經(jīng)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(zhì)測定 分別于壓砂瓜種植前和收獲期在各小區(qū)采取耕層土壤。采用五點取樣法，土樣經(jīng)室內(nèi)自然風(fēng)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(jù)《土壤農(nóng)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(xué)儀器股份有限公司)測定；全鹽含量用DDS－307 型電導(dǎo)率儀(上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司)測定；有機質(zhì)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(guān)鍵生育期(幼苗期、伸蔓期、坐果期、膨大期、收獲期)，每重復(fù)區(qū)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(zhì)化的側(cè)根及細根采用TTC 法測定根系活力[21]。

1.4.4 西瓜產(chǎn)量測定 西瓜成熟后各小區(qū)單獨采收，以3 次重復(fù)產(chǎn)量的平均值代表該處理的實際產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

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

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

表1 土壤養(yǎng)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(yǎng)分分肥力系數(shù)的均值和最小值；n為參與評價土壤肥力指標個數(shù)。

采用Excel 2016 軟件整理數(shù)據(jù)和作圖，采用SPSS 21.0 軟件進行統(tǒng)計分析，對相關(guān)性指標進行顯著性檢驗，顯著性水平為P<0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤調(diào)理劑配施菌劑對壓砂田土壤養(yǎng)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(diào)理劑的pH 值較低，對土壤酸堿度具有一定調(diào)節(jié)作用，且土壤中微生物活動產(chǎn)生的酸性物質(zhì)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(diào)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(zhì)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(diào)理劑配施菌劑，均能提高土壤堿解氮、全氮與有機質(zhì)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(diào)理劑配施菌劑能顯著提高土壤速效鉀含量。

表2 土壤調(diào)理劑配施菌劑對壓砂田土壤養(yǎng)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(diào)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(diào)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(diào)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(fā)育。

表3 土壤調(diào)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(diào)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(xiàn)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(guī)施肥基礎(chǔ)上，單施菌劑在壓砂西瓜生長期內(nèi)均能促進植株生長，且土壤調(diào)理劑配施菌劑處理的效果更佳。

表4 土壤調(diào)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(diào)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(diào)理劑配施菌劑處理均能顯著提高根系活力，而調(diào)理劑配施菌劑效果優(yōu)于單施菌劑。此外，T2、T3、T4 的根系活力隨著土壤調(diào)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(diào)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(diào)理劑配施菌劑對壓砂西瓜產(chǎn)量及經(jīng)濟效益的影響

由表5可知，各處理對壓砂西瓜產(chǎn)量的影響不同，產(chǎn)量由大到小依次為T3、T4、T2、T1、CK，其中T3、T4、T2、T1 產(chǎn)量均較CK 顯著增加，以T3、T4 增產(chǎn)效果最佳，分別增產(chǎn)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(diào)理劑配施菌劑對壓砂西瓜產(chǎn)量及經(jīng)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(yǎng)分與壓砂西瓜生長指標及產(chǎn)量間的相關(guān)分析

由表6可知，土壤養(yǎng)分與壓砂西瓜生長指標及產(chǎn)量間均存在一定相關(guān)性。其中土壤全氮、堿解氮、速效鉀、有機質(zhì)、速效磷含量與壓砂西瓜主蔓長、莖粗、根系活力、產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系；pH 值與壓砂西瓜主蔓長、莖粗、根系活力、產(chǎn)量呈極顯著負相關(guān)關(guān)系，這可能是由于當?shù)貫辂}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(chǎn)量。

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

2.7 土壤調(diào)理劑配施菌劑的土壤肥力指數(shù)分析

采用內(nèi)梅羅指數(shù)法計算土壤綜合肥力指數(shù)(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(zhì)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(shù)由大到小為T3、T4、T2、T1、CK，分別較種植前土壤綜合肥力指數(shù)提高29.38%、28.87%、24.06%、10.79%、7.69%，其中以T3 最佳，表明土壤調(diào)理劑配施菌劑能提高土壤肥力；T1、CK 的土壤綜合肥力指數(shù)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(shù)分析表Table 7 Analysis table of soil fertility index

3 討論

寧夏壓砂西瓜種植區(qū)屬于西北半干旱鹽堿土區(qū)。有研究表明，在鹽堿地施用土壤調(diào)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(jié)果顯示，在當?shù)爻Ｒ?guī)施肥基礎(chǔ)上，增施菌劑對土壤pH 值無顯著影響，但土壤調(diào)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(diào)理劑中的鈣離子與土壤堿性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，使土壤堿化度顯著降低[25]。本研究表明，土壤調(diào)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(jié)果一致。一方面土壤調(diào)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(zhì)中難溶態(tài)和固定態(tài)的磷、鉀元素[27]；另一方面，土壤調(diào)理劑與菌劑的配施，有利于改善土壤微生物環(huán)境，促進微生物的繁殖與代謝，激發(fā)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(yǎng)分[28]。土壤氮素、有機質(zhì)含量對促進作物生長發(fā)育、提高作物產(chǎn)量有著重要作用，且與微生物活動密切關(guān)系[29]。本研究發(fā)現(xiàn)，在常規(guī)施肥基礎(chǔ)上增施菌劑可以提高土壤全氮、堿解氮和有機質(zhì)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(dǎo)致土壤肥力較低，影響土壤微生物活動。但土壤調(diào)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(zhì)含量，與王凱等[30]的研究結(jié)果一致。這是因為增施土壤調(diào)理劑可有效改善土壤耕層理化性質(zhì)，且土壤調(diào)理劑本身疏松多孔，有利于土壤團粒結(jié)構(gòu)及腐殖質(zhì)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(yǎng)分的活化，增加了養(yǎng)分的有效性。綜上所述，在常規(guī)施肥基礎(chǔ)上，土壤調(diào)理劑與菌劑配施可以提高土壤養(yǎng)分含量，二者配施具有加成效應(yīng)。

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(jié)果表明，單施菌劑或土壤調(diào)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(guī)施肥處理，其中土壤調(diào)理劑配施菌劑的提高效果更優(yōu)，這與王志剛等[32]和張宇鵬等[33]的研究結(jié)果一致。可能是因為土壤調(diào)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(huán)境；功能菌能夠分泌胞外多糖物質(zhì)，有利于土壤團粒結(jié)構(gòu)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(yǎng)分，促進植株根系活力及其對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收[34－35]。且本研究結(jié)果表明，土壤調(diào)理劑配施菌劑不僅能提高土壤養(yǎng)分，還能與菌劑產(chǎn)生復(fù)合反應(yīng)，促進植株生長，提高壓砂西瓜產(chǎn)量。

鑒于本研究僅為一年的試驗結(jié)果，且主要依據(jù)土壤養(yǎng)分及壓砂西瓜生長、產(chǎn)量等相關(guān)指標，其對土壤的持續(xù)性影響及土壤生物學(xué)性質(zhì)還有待開展長期試驗進行驗證。

4 結(jié)論

在常規(guī)施肥基礎(chǔ)上，土壤調(diào)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(zhì)含量具有顯著復(fù)合作用；土壤調(diào)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(chǎn)量。綜合土壤肥力指數(shù)及壓砂西瓜產(chǎn)量和經(jīng)濟效益，推薦最佳處理為常規(guī)施肥＋300 kg·hm－2土壤調(diào)理劑＋菌劑。