不同微生物菌劑處理對(duì)哈密瓜品質(zhì)及土壤養(yǎng)分和酶活性的影響

馬鳳捷，蔡立群，2，3*，劉垠霖，孟巧霞，武 均，2，師偉杰，陳曉龍

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅干旱生境作物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730070；3.甘肅省節(jié)水農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心，甘肅 蘭州 730070；4.甘肅星碩生物科技有限公司，甘肅 張掖 734000）

哈密瓜（CucumismeloL.）是新疆主要名特優(yōu)水果之一，口味獨(dú)特，受大眾喜愛，是農(nóng)民和創(chuàng)業(yè)者增收效益的主要產(chǎn)業(yè)。由于吐魯番地區(qū)晝夜溫差大，日照長(zhǎng)，一年種植兩茬，隨著種植規(guī)模的逐漸增加，哈密瓜種植土壤出現(xiàn)養(yǎng)分不均衡、病蟲害加重、微生物群落被破壞等現(xiàn)象［1］；哈密瓜出現(xiàn)裂瓜、網(wǎng)紋不全、糖度低、酸度高等問題［1］。根據(jù)在吐魯番、哈密等地區(qū)的農(nóng)戶調(diào)查發(fā)現(xiàn)，嚴(yán)重的連作障礙已成為哈密瓜產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要限制因素。

微生物菌劑能夠改善土壤環(huán)境，促進(jìn)植物生長(zhǎng)，改良瓜果品質(zhì)，提高植株抗病蟲能力［2］。菌劑施入加速土壤微生物活動(dòng)，改善根系土壤微環(huán)境，促進(jìn)有機(jī)質(zhì)的礦化［2］；微生物菌劑還能夠提高化肥利用效率，減少肥料使用量，減少肥料浪費(fèi)和潛在環(huán)境污染［2］。長(zhǎng)期連作導(dǎo)致土壤肥力下降、有益微生物減少和病原真菌的增加［3］，不同秸稈還田土壤有機(jī)質(zhì)含量提高12.8%，土壤微生物數(shù)量提高了30.1%，隨微生物數(shù)量增加，土壤酶活性增強(qiáng)［4］；施用微生物肥料可預(yù)防土傳病害、改善根際土壤真菌群落豐度和多樣性，增加大量有益真菌［5］。毛殼菌肥能夠使黃瓜增產(chǎn)21.85%，提高了黃瓜可溶性糖、可溶性蛋白、維生素C含量，顯著改善黃瓜產(chǎn)量和品質(zhì)［6］；李星星等［7］研究發(fā)現(xiàn)施用F01復(fù)合微生物菌劑能夠提高薯塊的產(chǎn)量，增加淀粉的含量，緩解馬鈴薯連作障礙的問題。唐小付等［8］以不同種植年限的設(shè)施甜瓜土壤為研究對(duì)象，土壤中細(xì)菌和放線菌數(shù)量呈逐漸降低趨勢(shì)，而真菌數(shù)量先增加后降低，細(xì)菌多樣性和豐富度降低，微生物群落多樣性變化是甜瓜連作障礙的主要限制因素之一。施用微生物菌肥對(duì)番茄莖粗等生長(zhǎng)指標(biāo)都有所提高，尤其在0.3、0.6 kg/m2時(shí)，對(duì)番茄生長(zhǎng)作用最明顯；施用微生物肥用量為0.9 kg/m2時(shí)坐果數(shù)和單瓜重最大，分別較常規(guī)施肥處理提高了42.86%、36.36%［9］。

綜上可見，施用微生物菌肥能夠克服作物連作障礙，不僅有利于哈密瓜產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，也能改善土壤微生態(tài)環(huán)境。為解決哈密瓜連作障礙，本試驗(yàn)以連作3年哈密瓜種植土壤為研究對(duì)象，在哈密瓜苗期通過有機(jī)肥配施不同微生物菌劑，探討微生物菌劑施用對(duì)哈密瓜連作土壤養(yǎng)分特征、酶活性的影響效果和對(duì)哈密瓜品質(zhì)的作用效果，明確了微生物菌劑能緩解哈密瓜連作障礙問題，為后期哈密瓜配方施肥提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2019年7～10月在吐魯番市鄯善縣魯克沁鎮(zhèn)（89°36′48″E、42°47′43″N）進(jìn)行。海拔-65.8 m，溫帶大陸性氣候，夏季氣溫29～44℃，冬季氣溫-18～12℃，無霜期224 d，日照約3000 h，晝夜溫差范圍在14～25℃之間，年均降水量25 mm［10］。試驗(yàn)區(qū)為砂壤土，試驗(yàn)地選擇3年連續(xù)種植哈密瓜的土壤，施肥、灌溉等管理?xiàng)l件一致，是我國(guó)優(yōu)良哈密瓜和葡萄等的主產(chǎn)地之一，基本理化性質(zhì)見表1。

表1 土壤基本理化性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)有一個(gè)試驗(yàn)樣地，試驗(yàn)樣地分5個(gè)處理，每個(gè)處理種植哈密瓜60株，每個(gè)處理中哈密瓜單株施肥方式見表2；試驗(yàn)樣地各處理前期施肥方式均一致，種植前施有機(jī)肥75 kg（有機(jī)質(zhì)含量≥45%，N+P2O5+K2O≥5%），氮磷鉀復(fù)合肥20 kg（15-15-15）。1#、12#和D74菌 劑 由 陜西博秦生物工程有限公司提供；12#菌劑是密旋鏈霉菌，有效菌數(shù)量50億/g；D74菌劑是婁徹式鏈霉菌，有效菌數(shù)量大于20億/g；1#菌劑是玫瑰黃鏈霉菌，有效菌數(shù)量大于20億/g；有機(jī)肥由甘肅星碩生物科技有限公司提供，有機(jī)質(zhì)含量≥45%，N+P2O5+K2O≥5%；在2019年7月2日哈密瓜苗期施菌劑，采樣時(shí)期分別為開花期、果實(shí)膨大期、收獲期，不同處理及其施肥說明如表2。

試驗(yàn)小區(qū)進(jìn)行翻土起壟，壟寬120 cm，每 2個(gè)壟之間距離為 60 cm，壟高約 30 cm，壟長(zhǎng)1500 cm，每條壟種植 2 行哈密瓜，行距約60 cm，哈密瓜間距50 cm。本試驗(yàn)共分為5個(gè)1500 cm×120 cm的小區(qū)，1個(gè)小區(qū)設(shè)定為一個(gè)處理。

表2 不同處理及其施用方法說明

1.3 樣品采集

土壤樣品：于哈密瓜開花期（2019-08-02）、果實(shí)膨大期（2019-08-26）、成熟期（2019-09-16），按“S”形方法取樣，采用5點(diǎn)混合采樣法采取0～20、20～40 cm土壤樣品（避開施肥帶），每個(gè)處理采集3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)由5個(gè)點(diǎn)混合而成。裝入無菌塑料袋，密封保存帶回實(shí)驗(yàn)室。

瓜樣品采集：于哈密瓜成熟期（2019-09-16），每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)采摘3個(gè)，相當(dāng)于每個(gè)處理隨機(jī)采摘9個(gè)表面完整、無損傷和病蟲害的哈密瓜，帶回實(shí)驗(yàn)室，共計(jì)30個(gè)哈密瓜，進(jìn)行各指標(biāo)的測(cè)定。

1.4 樣品的分析測(cè)定

土壤樣品：帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干，去除枯枝落葉等雜物，研磨過0.25 mm篩，密封保存，用于土壤養(yǎng)分和酶活性的測(cè)定。土壤pH、有機(jī)碳、全氮、有效磷、速效鉀均采用鮑士旦等［11］的測(cè)定方法。土壤過氧化氫酶采用高錳酸鉀滴定法［12］；土壤蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法［12］；脲酶活性采用靛酚藍(lán)比色法［12］；堿性磷酸酶采用以磷酸苯二鈉為基質(zhì)的測(cè)定方法［12］；硝酸還原酶采用2，4-二硝基酚比色法［12］。

品質(zhì)指標(biāo)的測(cè)定：哈密瓜單瓜重采用百分天平測(cè)定；硬度采用硬度計(jì)測(cè)定；維生素C含量采用2，6-二氯靛酚滴定法測(cè)定［11］；芯糖和邊糖用PRO-101型糖度計(jì)測(cè)定；總酸度采用氫氧化鈉滴定法測(cè)定［13］。

1.5 數(shù)據(jù)整理與分析

用Excel 2001制表，并用SPSS 22.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。不同處理間各項(xiàng)指標(biāo)的差異顯著性采用單因素方差分析（Duncan）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同微生物菌劑處理對(duì)哈密瓜品質(zhì)的影響

從表3可以看出，施用微生物菌劑的哈密瓜中，單瓜重、芯糖、維生素C均高于對(duì)照處理；施用1#菌劑，單瓜重顯著高于其他處理（P<0.05），較對(duì)照處理，單瓜重提高27.11%，芯糖含量提高9.7%。施用12#菌劑，芯糖含量較對(duì)照提高了6.60%。施用D74菌劑，邊糖、維生素C含量顯著高于其他處理，較對(duì)照，芯糖含量提高了11.23%，邊糖含量提高了18.92%，維生素C提高了57.78%。施用12#和D74混合菌劑維生素C較對(duì)照提高了48.07%。微生物菌劑降低了哈密瓜硬度（除T2）和總酸度。

表3 不同微生物菌劑處理對(duì)哈密瓜品質(zhì)的影響

2.2 不同微生物菌劑處理對(duì)哈密瓜土壤養(yǎng)分特征的影響

從表4可以看出，0～20 cm表層土壤pH低于20～40 cm，總體上0～20 cm表層土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀含量略高于20～40 cm。0～20和20～40 cm各施肥處理間的變化趨勢(shì)基本一致。開花期，微生物菌劑處理pH顯著低于對(duì)照，降低范圍為0.35%～1.74%；土壤全氮、有效磷含量顯著高于對(duì)照處理，分別提高了125%～195%、17.01%～144.08%；速效鉀含量在不同處理間無顯著差異。果實(shí)膨大期，土壤pH、有機(jī)質(zhì)、全氮和速效鉀在不同處理下無顯著差異；有效磷含量混合菌劑處理較對(duì)照提高了37.59%，其他處理間無顯著差異。成熟期，有效磷和速效鉀在不同處理間無顯著差異；微生物菌劑處理下pH、有機(jī)質(zhì)含量低于對(duì)照處理，分別降低了2.4%～3.49%、10.39%～25.15%，全氮含量高于對(duì)照處理，提高了13.33%～30.00%。

2.3 不同微生物菌劑處理對(duì)哈密瓜土壤酶活性的影響

從表5可以看出，不同微生物菌劑處理間土壤酶活性差異顯著（P<0.05），0～20 cm表層土壤過氧化氫酶活性略低于20～40 cm，脲酶、蔗糖酶、堿性磷酸酶、硝酸還原酶0～20 cm表層土壤略高于20～40 cm。過氧化氫酶活性隨施入菌劑的時(shí)間呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢(shì)，生長(zhǎng)后期酶活性最高，不同處理間差異顯著，施菌劑處理酶活性高于對(duì)照處理。脲酶活性隨施入菌劑的時(shí)間呈現(xiàn)逐漸升高趨勢(shì)，生長(zhǎng)后期酶活性最高，開花期，T4處理顯著高于其他處理，較對(duì)照提高了109.34%，果實(shí)膨大期各處理間無顯著差異，成熟期，T4處理活性最高，較對(duì)照提高了62.40%。蔗糖酶活性隨施入菌劑的時(shí)間呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢(shì)，開花期各處理間差異顯著，果實(shí)膨大期和收獲期處理間無顯著差異。堿性磷酸酶活性隨施入菌劑的時(shí)間呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，開花期和果實(shí)膨大期，T4處理均顯著高于其他處理，分別較對(duì)照提高了261.47%、105.93%，成熟期各菌劑處理間無顯著差異。硝酸還原酶活性隨施入菌劑的時(shí)間呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，3個(gè)時(shí)期各處理間差異變化顯著，施菌劑處理酶活性高于對(duì)照處理。

2.4 不同微生物菌劑處理各指標(biāo)間的相關(guān)性

土壤養(yǎng)分特征、酶活性和哈密瓜品質(zhì)指標(biāo)間Pearson相關(guān)性分析結(jié)果如表6所示，品質(zhì)指標(biāo)中，單瓜重與過氧化氫酶、脲酶、蔗糖酶、堿性磷酸酶呈顯著正相關(guān)，與硝酸還原酶呈負(fù)相關(guān)；芯糖與全氮、過氧化氫酶、脲酶、堿性磷酸酶顯著正相關(guān)，與pH呈顯著負(fù)相關(guān)；硬度和硝酸還原酶活性呈顯著負(fù)相關(guān)；總酸度與pH呈正相關(guān)，與土壤養(yǎng)分、土壤酶活性（除硝酸還原酶）呈負(fù)相關(guān)；維生素C與全氮、過氧化氫酶、堿性磷酸酶、單瓜重、芯糖、邊糖呈顯著正相關(guān)。土壤pH與土壤養(yǎng)分和酶活性均呈負(fù)相關(guān)；有機(jī)質(zhì)和過氧化氫酶、脲酶呈顯著負(fù)相關(guān)；全氮與硝酸還原酶、過氧化氫酶呈顯著正相關(guān)，有效磷與速效鉀呈顯著正相關(guān)；速效鉀與過氧化氫酶呈顯著正相關(guān)。

表4 不同微生物菌劑處理對(duì)哈密瓜土壤養(yǎng)分的影響

表5 不同微生物菌劑處理對(duì)哈密瓜土壤酶活性的影響

C素生維1度酸總糖邊糖芯0.485-0.750**-0.552*0.571*-0.494 0.816**性關(guān)相的間標(biāo)指各理處劑菌物生微同不6表度硬重瓜單酸酶原硝還性酶酸堿磷酶糖蔗酶脲氧酶過氫化0.779**0.516*0.463 0.613*0.529*0.755**0.345-0.115-0.057 0.406 0.530*-0.039 0.524*0.587*0.643**-0.776**0.15-0.414 0.135-0.108-0.462-0.099 0.719**0.600*0.101 0.571*0.630*0.411 0.289 0.743**-0.037 0.127 0.393 0.067 0.077-0.745**-0.181 0.039-0.688**-0.673**-0.442-0.623*-0.353 0.762**0.291 0.694**0.404 0.555*0.496鉀效速0.521*0.139 0.295 0.185 0.466 0.164-0.248 0.351 0.199-0.491 0.245磷效有氮全質(zhì)機(jī)有pH 1 pH 0.741**質(zhì)機(jī)有-0.201-0.554*氮全0.446-0.013-0.271磷效有0.633*0.564*-0.24-0.449鉀效速0.565*0.322-0.845**-0.589*酶氫化氧過0.152 0.341-0.847**-0.623*酶脲-0.047 0.459-0.31-0.491酶糖蔗0.037 0.431-0.464-0.569*酶酸磷性堿0.283 0.653**-0.114-0.276酶原還酸硝0.354 0.478-0.13-0.505重瓜單-0.084-0.424 0.112 0.261度硬0.534*0.392-0.171-0.545*糖芯0.404 0.359 0.092-0.14糖邊-0.361-0.566*0.32 0.671**度酸總0.594*0.352-0.169-0.452 C素生維。著顯平P<0.01水示；** 表著顯平P<0.05水示：* 表注

3 討論

微生物菌劑不僅調(diào)控土壤微生物活動(dòng)，還能改善瓜果品質(zhì)，哈密瓜品質(zhì)包括哈密瓜大小和口感。本試驗(yàn)中，施用微生物菌劑的土壤，哈密瓜單瓜重顯著高于對(duì)照；馬美蘭等［14］研究表明，施生物有機(jī)肥，甜瓜橫徑、縱徑、單瓜重均有一定程度的增加，因此，施菌肥能夠提高甜瓜產(chǎn)量。哈密瓜營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)包括糖度、酸度、維生素C、可溶性蛋白等；微生物菌劑和有機(jī)肥中含有大量能促進(jìn)植物光合作用和合成自身糖類和維生素C的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)［15］；本試驗(yàn)中，施用微生物菌劑處理的哈密瓜，其糖度和維生素C含量均顯著高于對(duì)照，硬度和總酸度顯著低于對(duì)照，這與大部分學(xué)者研究結(jié)果一致，石瑜等［16］研究表明，生物有機(jī)肥施用提高了甜瓜可溶性固形物和維生素C含量，微生物菌劑能夠改善哈密瓜營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)，提高哈密瓜產(chǎn)量。與不施肥相比，施生物有機(jī)肥促進(jìn)枸杞增產(chǎn)38.01%～86.88%，百粒重增加6.47%～18.65%，可溶性固形物含量提高3.96%～10.37%，多糖含量提高8.57%～19.05%，維生素C含量提高5.69%～17.08%。年收益增長(zhǎng)4萬～10萬元/hm2［17］。

微生物菌劑和有機(jī)肥中含有大量微生物和營(yíng)養(yǎng)元素，微生物能夠進(jìn)一步活化土壤營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，提高了土壤有機(jī)質(zhì)和速效養(yǎng)分含量；本試驗(yàn)中，根系分泌有機(jī)酸等物質(zhì)導(dǎo)致0～20 cm表層土壤pH低于20～40 cm；0～20 cm表層土壤養(yǎng)分含量大于20～40 cm；4種施菌劑處理均在一定程度上增加土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀、全氮含量，這與胡誠(chéng)等［18］、哈雪姣等［19］研究結(jié)果一致，但4種不同菌劑處理間的差異不顯著，很難從養(yǎng)分釋放方面判斷菌劑的應(yīng)用效果。長(zhǎng)期施用微生物有機(jī)肥能夠改善土壤微環(huán)境，增加植株根系活力［20］，有利于養(yǎng)分的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)，促進(jìn)植株的生長(zhǎng)，提高土壤肥力。施用生物有機(jī)肥能夠降低枸杞生長(zhǎng)土壤pH值和全鹽含量，顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)和堿解氮、有效磷、速效鉀養(yǎng)分含量［17］。

土壤酶是土壤的重要組成部分，土壤酶來源于土壤微生物活動(dòng)、動(dòng)植物殘?bào)w分解等過程［21］，參與土壤的各種生化反應(yīng)，土壤酶活性的高低與土壤微生物活動(dòng)密切相關(guān)，反映土壤養(yǎng)分礦化和腐熟能力的強(qiáng)弱［22］。土壤酶活性與土壤施肥措施、肥力狀況、通氣透水性能密切相關(guān)［23-24］，由于表層土壤水肥氣熱良好，根系分布在0～20 cm，微生物活動(dòng)頻繁，因此0～20 cm表層土壤酶活性高于20～40 cm。隨著土層加深，哈密瓜土壤脲酶、蔗糖酶、堿性磷酸酶、硝酸還原酶活性均降低，過氧化氫酶活性增強(qiáng)。這與杜靜靜［25］研究結(jié)論一致，研究同一土層中，隨著施菌劑時(shí)間增長(zhǎng)，哈密瓜生長(zhǎng)旺盛，根系微生物活動(dòng)強(qiáng)烈，過氧化氫酶、堿性磷酸酶、硝酸還原酶呈先降低后增加的趨勢(shì)，土壤脲酶、蔗糖酶呈逐漸升高的趨勢(shì)，土壤酶活性與土壤有機(jī)質(zhì)含量及其微生物活動(dòng)關(guān)系緊密［26］；在長(zhǎng)期種植哈密瓜土壤中，由于根毛脫落物分解和根系分泌物質(zhì)殘留和積累，使得土壤微生物種群以及自身的毒害作用發(fā)生了變化，引起土壤酶活性降低；本試驗(yàn)施用不同微生物菌劑，加速微生物活動(dòng)，一定程度地增加了土壤酶活性，更有利于哈密瓜的生長(zhǎng)。4種菌劑處理土壤酶活性差異顯著，總體數(shù)據(jù)分析，混合菌劑處理下脲酶、蔗糖酶、堿性磷酸酶、硝酸還原酶在不同生育時(shí)期酶活性均最高；單一菌劑處理酶活性低于混合菌劑相互作用，12#和D74菌劑間相互促進(jìn)，提高土壤酶活性，改善土壤微環(huán)境。

進(jìn)一步分析不同菌劑處理對(duì)哈密瓜品質(zhì)、酶活性、土壤養(yǎng)分特征的影響，本試驗(yàn)將品質(zhì)指標(biāo)、養(yǎng)分指標(biāo)、酶活性做Pearson相關(guān)性分析，得出單瓜重、糖度、維生素C與土壤有機(jī)質(zhì)、養(yǎng)分指標(biāo)和脲酶等酶活性指標(biāo)均呈顯著正相關(guān)，哈密瓜硬度和總酸度與土壤養(yǎng)分和酶活性呈顯著負(fù)相關(guān)，表明土壤養(yǎng)分的增加在一定程度上改善哈密瓜營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和產(chǎn)量。微生物菌劑配施有機(jī)肥可以提高土壤有機(jī)質(zhì)含量和速效養(yǎng)分含量，改善土壤肥力，緩解哈密瓜連作障礙，提高哈密瓜產(chǎn)量。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)連作土壤中施用微生物菌劑后，哈密瓜糖度、維生素C、單瓜重均顯著高于對(duì)照，果實(shí)硬度、總酸度顯著低于對(duì)照；施微生物菌劑處理的土壤，在開花期、果實(shí)膨大期、成熟期3個(gè)生長(zhǎng)時(shí)期土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷含量顯著高于對(duì)照，速效鉀變化不顯著；0～20 cm表層土壤酶活性高于20～40 cm，施菌劑土壤酶活性顯著高于對(duì)照，不同微生物菌劑間差異顯著。哈密瓜品質(zhì)和土壤有機(jī)質(zhì)養(yǎng)分及其酶活性的相關(guān)性分析表明，單瓜重、糖度、維生素C 與土壤有機(jī)質(zhì)、養(yǎng)分指標(biāo)和脲酶等酶活性指標(biāo)均呈顯著正相關(guān)，哈密瓜硬度和總酸度與土壤養(yǎng)分和酶活性呈顯著負(fù)相關(guān)。4種微生物菌劑處理中，12#和D74混合菌劑對(duì)土壤酶活性和養(yǎng)分含量影響大于其他處理，混合菌劑對(duì)改善本試驗(yàn)土壤環(huán)境效果最好，顯著提高了哈密瓜產(chǎn)量和品質(zhì)。