氨基多糖對連作西瓜生長與土壤環(huán)境的影響

戚嘉琦 王瑋 仲秀娟 孫玉東 吳傳萬 陳伯清

摘 要：針對西瓜連作障礙問題，研究了不同濃度下2種分子質(zhì)量的氨基多糖對連作西瓜生物學(xué)與土壤環(huán)境的影響。利用盆栽試驗，分析不同肥料1（甲殼素）和肥料2（氨基多糖水溶肥）對連作西瓜生長和土壤養(yǎng)分、酶活性及微生物群落的影響。結(jié)果表明，肥料1和肥料2對西瓜生長和土壤環(huán)境均有一定影響。在肥料1施用量為3 g·kg-1時的綜合效果最佳，西瓜平均株高為157.67 cm、干質(zhì)量為11.00 g、蔗糖酶活性為18.08 mg·g-1·24 h-1、脲酶活性為0.93 mg·g-1·24 h-1、真菌數(shù)量為30.67×104 cfu·g-1、細菌數(shù)量為47.33×105 cfu·g-1。與對照相比，西瓜的株高和干質(zhì)量分別提高60.02%、139.71%，蔗糖酶活性增加62.35%、脲酶活性增加29.98%、真菌數(shù)量減少36.54%、細菌數(shù)量增加2.8倍。綜上所述，施用3 g·kg-1肥料1有利于促進西瓜生長、提高土壤酶活性、改善土壤微生物群落結(jié)構(gòu)。研究結(jié)果可為緩解西瓜連作障礙提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：西瓜;連作障礙;甲殼素;氨基多糖;生長;土壤環(huán)境

中圖分類號：S651+S344.4 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1673-2871（2021）02-018-005

Effects of aminopolysaccharide on growth and soil environment of continuous cropping watermelon influence

QI Jiaqi1，2， WANG Wei2， ZHONG Xiujuan2， SUN Yudong2， WU Chuanwan2， CHEN Boqing1

（1. College of Life Science and Food Engineering， Huaiyin Institute of Technology， Huaian 223002， Jiangsu， China; 2. Huaiyin Agricultural Science Research Institute in Xuhuai Area， Jiangsu Province， Huaian 223001， Jiangsu， China）

Abstract： To study the continuous cropping obstacles of watermelon， the effects of two molecular weight amino polysaccharides at different concentrations on biology and soil environment of watermelon continuous cropping. The pot experiment was carried out， the effects of the Fertilizer 1（Chitin） and the Fertilizer 2（Amino polysaccharide water-soluble fertilizer） at different concentrations on the growth and soil nutrients were investigated， enzyme activity and microbial community of continuous cropping watermelon were observed.The results showed that the watermelon growth and soil environment were certain affected by Fertilizer 1 and the Fertilizer 2. When treated by 3 g·kg-1 Fertilizer 1， the comprehensive effect was the best， the plant average length of watermelon plant was 157.67 cm， the dry plant weight was 11.00 g， sucrase activity was 18.08 mg·g-1·24h-1， urease activity was 0.93 mg·g-1·24h-1， the number of fungus was 30.67×104 cfu·g-1 and the number of bacteria was 47.33×105 cfu·g-1. Compared with the control group， the watermelon plant length， dry plant weight， the sucrase activity ，urease activity and the number of bacteria increased by 60.02% ， 139.71%， 62.35%29.98% and 2.8 times， respectively， while the number of fungus decreased by 36.54% In conclusion， application of 3g·kg-1 fertilizer 1 was beneficial to promote the growth of watermelon， improve soil enzyme activity， improve soil microbial community structure， which provided a theoretical basis for relieving the continuous cropping obstacles of watermelon.

Key words： Watermelon; Continuous cropping obstacle; Chitin; Aminopolysaccharide; Growth; Soill environment

西瓜是最受人們喜愛的水果之一，目前我國是世界上西瓜產(chǎn)量最大的國家，產(chǎn)量基本占世界總產(chǎn)量的67%以上。隨著西瓜產(chǎn)業(yè)不斷壯大，土壤連作障礙作為影響西瓜產(chǎn)量和品質(zhì)的最主要因素之一，嚴重妨礙西瓜產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展[1]。連作障礙是指在同一塊土壤上，在正常的栽培管理模式下連年栽培相同或相近的作物，出現(xiàn)病蟲危害、生長減緩和質(zhì)量產(chǎn)量變低等情況[2]。

克服西瓜連作障礙的主要方法有輪作和嫁接等，除此之外，氨基多糖也是一種可緩解連作障礙的土壤添加劑[3]。氨基多糖是世界上一種廣泛存在且豐富的資源，主要以幾丁質(zhì)（甲殼素）和脫乙酰幾丁質(zhì)的形式存在于自然界中[4]。甲殼素屬于氨基多糖，又稱為幾丁聚糖，是一種天然的高分子多糖。主要存在于蟹和蝦的外殼中，低等生物以及真菌的細胞壁中也有存在，是自然界中唯一帶正電荷的堿性多糖[5]。許多研究表明，氨基多糖可以緩解土壤連作障礙、改善土壤養(yǎng)分狀況、提高土壤肥力、抑制有害病菌繁殖、促進生長、提高產(chǎn)量、改善品質(zhì)、增強抗逆性和延長保鮮期等[6]。

氨基多糖作為一種土壤改良劑應(yīng)用于作物生產(chǎn)中具有顯著的經(jīng)濟效益[3]。近年來關(guān)于氨基多糖的研究較多，主要集中在其對作物生長狀況及產(chǎn)量品質(zhì)的影響，而關(guān)于氨基多糖在連作西瓜生長和土壤環(huán)境方面的研究較少。為了明確氨基多糖在西瓜生長發(fā)育及克服連作障礙方面的作用，進行了不同濃度2種分子質(zhì)量氨基多糖對連作西瓜的生長及連作土壤的養(yǎng)分、酶活性和根際微生物等方面的研究，為緩解西瓜連作障礙和指導(dǎo)連作西瓜土壤施用氨基多糖肥料提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與處理

供試材料為‘蘇夢6號西瓜品種的穴盤苗，由江蘇徐淮地區(qū)淮陰農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所提供。2種分子質(zhì)量氨基多糖：肥料1（甲殼素，相對分子質(zhì)量為100萬左右，由青島中農(nóng)新生物科技有限公司提供）和肥料2（氨基多糖水溶肥，質(zhì)量濃度≥20 g·L-1，相對分子質(zhì)量為10萬～50萬，由江蘇雙林海洋生物藥業(yè)有限公司生產(chǎn)提供）。

1.2 試驗設(shè)計

試驗共設(shè)9個處理：1 g·kg-1肥料1（T1）;3 g·kg-1肥料1（T2）;5 g·kg-1肥料1（T3）;7 g·kg-1肥料1（T4）;50 mL·L-1肥料2 （T5）;75 mL·L-1肥料2（T6）;100 mL·L-1肥料2（T7）;125 mL·L-1肥料2（T8）;空白對照（CK）。對照組和處理組在同一大棚內(nèi)，施肥、澆水等田間管理都為常規(guī)管理。

1.3 方法

試驗于2019年7月至8月在淮安市農(nóng)科院基地日光大棚中進行。采用盆栽的種植模式，取農(nóng)科院6 a（年）以上西瓜連作土壤，采用5點取樣法，在每個取樣點上取樣，耕層挖30 cm深，從下往上取適量土壤，將所有土樣混合裝袋帶回。1個盆內(nèi)栽1株西瓜苗，盆外口徑為19 cm。每盆裝土量為2 kg，每個處理重復(fù)栽10盆，盆間距為15 cm。移栽前施肥量為每盆用5 g復(fù)合肥和40 g有機肥。選取長勢相近、健壯的西瓜苗于2019年7月1日進行移栽。肥料1于移栽前施入;肥料2于2019年7月15日對西瓜苗葉面均勻噴施，對照組和肥料1組采用等量清水噴施。

處理30 d后，每個處理隨機選取3株具有代表性西瓜苗測定生長狀況。土壤采用混合取樣法，土壤采樣時間為2019年8月1日，處理中每個盆取200 g土，共取2 000 g混勻。清理土壤后，一部分風(fēng)干1 mm過篩，以測土壤理化性質(zhì);一部分保存4 ℃和-80 ℃，以測土壤酶活性和土壤微生物。

1.4 測定項目與方法

1.4.1 植株生長狀況 西瓜苗處理30 d后，用量尺測量西瓜的株高;在恒溫培養(yǎng)箱中105 ℃條件下烘干0.5 h，再80 ℃條件下烘干2 h至恒質(zhì)量，最后稱質(zhì)量，以統(tǒng)計地上部與地下部干質(zhì)量。

1.4.2 土壤養(yǎng)分測定 土壤有機質(zhì)含量采用重鉻酸鉀—外加熱法測定（農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 1121.6—2006）;土壤有效磷含量采用NaHCO3—鉬銻抗比色法測定（農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 1121.7—2014）;土壤速效鉀含量采用醋酸銨浸提—火焰光度法測定（農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 889—2004）;土壤EC值采用Mettler Toledo電導(dǎo)率儀測定[7];堿解氮含量采用NaOH堿解—擴散法測定（農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 1121.24—2012）。土壤pH值按土水體積比1∶5浸提后采用Sartorius pH計PB-10測定（農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 1121.2—2006）。土壤蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定，以1 g土24 h產(chǎn)生的葡萄糖mg數(shù)表示[8]。土壤脲酶活性采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法測定，以1 g土24 h產(chǎn)生的NH3-N mg數(shù)表示[8]。

1.4.3 土壤微生物測定 真菌、細菌、放線菌數(shù)量采用稀釋平板計數(shù)法測定[9]。分離真菌時采用改良馬丁氏培養(yǎng)基（每300 mL培養(yǎng)基中加入3%（w）重鉻酸鉀1 mL以抑制細菌和霉菌生長）[9]。分離細菌時采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基[9]。分離放線菌時采用高氏一號培養(yǎng)基（每1 000 mL培養(yǎng)基中加入1%（w）孟加拉紅水溶液3.3 mL和1%（w）鏈霉素3 mL）[9]。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

本實驗數(shù)據(jù)采用IBM SPSS Statistics 23和Excel 2019處理和分析，用鄧肯法進行顯著性差異分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 對西瓜生長的影響

2.1.1 對西瓜苗株高的影響 從圖1-A得知，各處理西瓜苗株高均高于對照，處理為3 g·kg-1肥料1時，株高達最大值，且西瓜苗株高呈現(xiàn)出隨肥料2濃度增加而遞增的趨勢。在肥料1處理中，添加量為3 g·kg-1、5 g·kg-1、7 g·kg-1時，株高均顯著高于對照，分別較對照提高了68.20%、60.02%、65.71%;在肥料2處理中，添加量為125 mL·L-1時，株高達最高水平且顯著高于對照，添加量為50 mL·L-1、75 mL·L-1、100 mL·L-1時分別比對照提高26.60%、28.55%、32.62%。

2.1.2 對西瓜苗干質(zhì)量的影響 從圖1-B看出，各處理西瓜苗干質(zhì)量均高于對照，且處理為3 g·kg-1肥料1時，西瓜苗干質(zhì)量達最大值。在肥料1處理中，各處理西瓜苗干質(zhì)量分別較對照提高22.04%、139.71%、98.71%、124.14%，添加量為3 g·kg-1、7 g·kg-1時，西瓜苗干質(zhì)量顯著高于對照;在肥料2處理中，各處理西瓜苗干質(zhì)量分別比對照提高81.46%、56.08%、124.19%、135.73%，添加量為100 mL·L-1、125 mL·L-1時，西瓜苗干質(zhì)量顯著高于對照，且添加量為125 mL·L-1時達最高水平。說明適宜的肥料1和肥料2處理可以提高西瓜苗干物質(zhì)含量。

2.2 對土壤理化性狀的影響

2.2.1 土壤pH及EC值 由圖2-A可見，除T4處理土壤pH值超過7，其他處理土壤均為酸性，且各處理間土壤pH值差異不顯著。據(jù)研究，隨著連作年限增加，土壤的pH值逐漸減小，有酸化的趨勢。施用肥料1和2均可以緩解土壤酸化過程。各處理土壤EC值均顯著低于對照（圖2-B）。相關(guān)研究表明，電導(dǎo)率與土壤中的可溶性鹽含量相關(guān)，隨著連作，可溶性鹽在土壤中累積，土壤電導(dǎo)率也隨之提高。

2.2.2 土壤理化性狀 由圖3可以看出，各處理土壤有機質(zhì)含量均與對照無顯著差異，且除T1處理土壤有機質(zhì)含量略高于對照外，其他處理土壤有機質(zhì)含量均低于對照。這一現(xiàn)象的產(chǎn)生可能與有機物質(zhì)分解速度相關(guān)。與對照相比，各處理土壤中堿解氮含量均降低，除T1、T3、T4、T7處理外，其他處理堿解氮含量均顯著低于對照。除T1處理土壤有效磷含量略高于對照外，其他處理土壤有效磷含量均低于對照，且除T1、T3和T4處理外，其他處理土壤有效磷含量均顯著低于對照。各處理土壤速效鉀含量均低于對照，但差異不顯著?？梢姡┯梅柿?或肥料2可以促進植物對養(yǎng)分的吸收，增強植物光合作用。

2.3 對土壤酶活性的影響

2.3.1 對土壤蔗糖酶活性的影響 從圖4可看出，各處理西瓜土壤蔗糖酶活性均高于對照，且肥料2的處理中，土壤蔗糖酶活性隨肥料濃度增大呈現(xiàn)先遞增后遞降趨勢。在肥料1處理中，各處理土壤蔗糖酶活性分別較對照增加2.97%、62.35%、49.22%和55.83%，添加量為3 g·kg-1時，蔗糖酶活性達到最大值。在肥料2處理中，各處理土壤蔗糖酶活性較對照分別增加16.75%、68.88%、58.00%和26.74%，添加量為75 mL·L-1時，蔗糖酶活性達到最大值。

2.3.2 對土壤脲酶活性的影響 從圖5可以看出，各處理西瓜土壤脲酶均高于對照，但差異不顯著，各處理隨2種肥料施用量增大均呈現(xiàn)先遞增后遞降趨勢。在肥料1處理中，各處理土壤土壤脲酶活性分別較對照增加4.35%、29.98%、37.76%和19.45%，添加量為5 g·kg-1時，土壤脲酶活性達到最大值。在肥料2處理中，添加量為100 mL·L-1時，土壤脲酶活性達到最大值。表明適宜施用量的肥料1和2可以提高土壤酶活性，促進土壤中有機質(zhì)的分解。

2.4 對根際微生物的影響

由表1可以看出，肥料1各處理與對照相比，細菌數(shù)量均顯著提高，且隨肥料施用量遞增，呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，施用量為3 g·kg-1時，細菌數(shù)量達到最大值47.33×105 cfu·g-1;肥料2各處理與對照相比，除100 mL·L-1處理外，其他處理細菌數(shù)量均顯著提高，添加量為50 mL·L-1時，細菌數(shù)量達到最大值41.1×105 cfu·g-1。

在肥料1處理中，施用量為1 g·kg-1、3 g·kg-1時，真菌數(shù)量與對照相比顯著下降，施用量為3 g·kg-1時，下降幅度最大，其他施用量處理下真菌數(shù)量稍有增加，與對照相比差異不顯著;在肥料2處理中，各處理的真菌數(shù)量均較對照有所下降，均與對照差異不顯著。

在肥料1處理中，各處理放線菌數(shù)量均比對照提高，但與對照均無顯著差異;在肥料2處理中，添加量為50 mL·L-1時放線菌數(shù)量增幅最大，差異最為顯著。

3 討論與結(jié)論

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，氨基多糖是一種作物生長調(diào)節(jié)劑，許多研究表明氨基多糖對作物生長具有促進作用。試驗表明，適宜濃度的氨基多糖可以提高西瓜苗的干質(zhì)量和株高，這與孫明偉[10]等對草莓的研究結(jié)果、芮法富等[5]對大棚黃瓜的研究結(jié)果一致，這可能是因為氨基多糖中含有大量的N元素，對植物合成蛋白質(zhì)具有重要的作用，從而促進植物生長。

在土壤連作栽培中，土壤鹽漬化、酸化是一個嚴重問題，可導(dǎo)致土壤肥力下降、土壤板結(jié)等現(xiàn)象，其成因復(fù)雜[1，11]。土壤酸化不僅是由于大棚連作土壤得不到雨水淋洗，還因為微生物代謝活動產(chǎn)生酸性物質(zhì)和根系分泌酸性物質(zhì)[12]。土壤鹽漬化不僅影響根系吸收水分，同時影響微生物生存[13]。施用適宜濃度的氨基多糖在一定程度上可以緩解土壤酸化和鹽漬化問題，這與高瑞杰等[6]研究結(jié)果相似。

土壤養(yǎng)分受很多因素影響，如受微生物、水分、土壤酸堿度等影響。使用肥料1和肥料2均降低了土壤中速效氮和速效鉀含量，這可能與土壤微生物促進了土壤中氮的轉(zhuǎn)化有關(guān)，還可能與高溫以及水分淋洗中銨態(tài)氮的揮發(fā)有關(guān)。與對照相比，除T2處理有效磷含量略有升高外，其他處理土壤中有效磷含量都有所降低。表明肥料1或肥料2都可以促進植物吸收利用土壤中有效養(yǎng)分。土壤中養(yǎng)分的變化情況與植物代謝之間的關(guān)系還需進一步研究。

土壤酶參與土壤中動植物體、微生物體發(fā)生的一系列化學(xué)反應(yīng)，從而影響?zhàn)B分的轉(zhuǎn)化率[14]。土壤酶活性是判斷土壤肥力的重要指標(biāo)之一[15]。土壤蔗糖酶又稱為轉(zhuǎn)化酶，其活性可以用來表現(xiàn)土壤生物化學(xué)強度與地力水平[6]。施用肥料1和肥料2均可提高土壤中蔗糖酶和脲酶活性，這與劉鑫慧等[16]和王艷芳等[17]研究結(jié)果一致。

土壤中微生物群落結(jié)構(gòu)的變化反映了土壤生態(tài)系統(tǒng)的變化，包括土壤的生態(tài)機制以及土壤脅迫情況等[18]。隨著連作年限增加，土壤中病原菌不斷積累，有益微生物逐漸減少，微生物生存環(huán)境不斷惡化。使用氨基多糖后細菌豐度增加，而真菌豐度有少部分數(shù)量增加，大部分數(shù)量被抑制，可能是由于受到復(fù)雜的土壤環(huán)境影響，這與陳冬輝[19]和王世明[20]的研究結(jié)果一致。施用氨基多糖通過改善土壤微生物生存環(huán)境，在一定程度上緩解西瓜連作障礙。

綜上所述，通過施用適宜濃度的氨基多糖可以促進西瓜幼苗生長，促進植株對土壤養(yǎng)分的吸收，提高土壤蔗糖酶和脲酶活性，抑制真菌生長，改善土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，進而使西瓜土壤連作障礙得到一定程度的緩解。

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