不同微生物菌劑對(duì)旱砂田西瓜生長和微生物區(qū)系的影響

摘要：為解決連作旱砂田西瓜植株生長性能、產(chǎn)量品質(zhì)、根際微生物數(shù)量下降的問題，以隴科12號(hào)為指示品種，設(shè)置常規(guī)施肥、常規(guī)施肥+西瓜專用菌劑、常規(guī)施肥+激活土壤專用菌劑、常規(guī)施肥+膠質(zhì)芽孢桿菌、常規(guī)施肥+枯草芽孢桿菌、常規(guī)施肥+地衣芽孢桿菌、常規(guī)施肥+金寶貝微生物菌劑共7個(gè)處理，研究了不同微生物菌劑對(duì)旱砂田西瓜出苗與成活率、干物質(zhì)積累、產(chǎn)量品質(zhì)和根際微生物區(qū)系的影響。結(jié)果表明，與對(duì)照常規(guī)施肥相比，盡管施用微生物菌劑對(duì)西瓜果實(shí)的含糖量無顯著影響，但除常規(guī)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(chǎn)量，促進(jìn)干物質(zhì)積累，增加西瓜根區(qū)微生物數(shù)量。其中以常規(guī)施肥+地衣芽孢桿菌處理的西瓜出苗率、成活率和產(chǎn)量最高，與對(duì)照常規(guī)施肥比較，出苗率顯著提高7百分點(diǎn)；成活率顯著提高了14%；產(chǎn)量顯著提高了35.98%。團(tuán)棵期和開花坐果期的干物質(zhì)積累量也較對(duì)照分別顯著增加了28.30%和24.01%，干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量和轉(zhuǎn)運(yùn)率分別顯著增加了3.98倍和3.01倍，根區(qū)細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量分別顯著增加61.07%、84.84%、85.31%。因此，生產(chǎn)上可以常規(guī)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(huán)境，提高作物產(chǎn)量。

關(guān)鍵詞：微生物菌劑；砂田西瓜；產(chǎn)量；品質(zhì)；土壤微生物

中圖分類號(hào)：S651" " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " " " 文章編號(hào)：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(qū)耕地以旱地為主，年平均降水量僅180～350 mm，蒸發(fā)量卻在1 500～2 000 mm，且地力薄弱［1 ］。為適應(yīng)西北生態(tài)環(huán)境特點(diǎn)，廣大勞動(dòng)人民在長期生產(chǎn)實(shí)踐過程中不斷總結(jié)創(chuàng)新，形成一種特殊的保護(hù)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(zhì)疏松、耕性和透氣性好、風(fēng)化程度低、富含多種礦物營養(yǎng)，已成為當(dāng)?shù)匚鞴系闹饕耘喾绞剑? - 3 ］。2008年，僅寧夏中衛(wèi)地區(qū)砂田西瓜連片種植面積已達(dá)6.7萬hm2，銷售總額突破7.2億元［4 ］。由于巨大的經(jīng)濟(jì)效益，砂田西瓜種植面積逐漸擴(kuò)大，且種植模式單一［2， 4 ］。在長期連年種植過程中，一方面對(duì)特定土壤養(yǎng)分的消耗造成了養(yǎng)分比例失調(diào)，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(yīng)調(diào)節(jié)機(jī)制，有益菌群數(shù)量下降，有害菌群或病原菌數(shù)量增加，導(dǎo)致土壤微生物區(qū)系變化，土傳病害日趨嚴(yán)重，嚴(yán)重制約了砂田西瓜的可持續(xù)發(fā)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(fā)病率為34.5%～58.4%，連作3年后西瓜發(fā)病率高達(dá)60%以上［9 ］。通過與其他作物輪作倒茬或間作套種能夠調(diào)節(jié)土壤微生物環(huán)境，可以減輕連作帶來的土壤質(zhì)量及土傳病害問題［4， 6 - 7， 10 ］。但這在一定程度上會(huì)影響到西瓜產(chǎn)業(yè)的市場經(jīng)濟(jì)效益，難以大規(guī)模實(shí)施。因此，尋求連作土壤的改良方法對(duì)旱砂田西瓜產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

施用微生物菌劑是促進(jìn)作物生長、保障作物產(chǎn)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(fā)酵活性物質(zhì)，能夠在根區(qū)土壤中繁殖形成有利于作物生長的微生物優(yōu)勢(shì)菌群，來調(diào)節(jié)根際營養(yǎng)環(huán)境，改善和恢復(fù)土壤微生態(tài)平衡，以提高土壤肥力、改善土壤結(jié)構(gòu)［13 ］。同時(shí)，微生物菌劑可以直接或通過產(chǎn)生次級(jí)代謝產(chǎn)物間接作用于宿主植物，促進(jìn)宿主植物的生長發(fā)育，提高宿主植物的抗性［14 ］。韋建玉等［15 ］研究發(fā)現(xiàn)，增施微生物菌肥可提高植煙土壤的基本養(yǎng)分，增加土壤細(xì)菌、放線菌、總菌數(shù)及固氮菌、解磷菌、解鉀菌數(shù)量。大量研究表明，與常規(guī)施肥處理相比，施用微生物菌肥可以提升土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、硝態(tài)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(chǎn)品的維生素C和可溶性固形物含量，提高果實(shí)品質(zhì)［16 -19 ］。此外，有關(guān)多年連作西瓜的研究發(fā)現(xiàn)，施用微生物菌劑能夠通過改善土壤微環(huán)境、提高土壤綜合肥力有效降低連作障礙或枯萎病發(fā)病率，提高其產(chǎn)量和品質(zhì)［3， 12， 19 - 20 ］。因此，施用微生物菌劑是防治作物連作障礙發(fā)生、增加作物產(chǎn)量、提高產(chǎn)品品質(zhì)、保障經(jīng)濟(jì)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(yīng)作物和栽培環(huán)境下的菌劑才能最大程度地發(fā)揮其功效［3 ］。因此，我們針對(duì)旱砂田西瓜，開展了6種不同微生物菌劑對(duì)其發(fā)芽和成活率、干物質(zhì)積累、產(chǎn)量品質(zhì)及根際微生物區(qū)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(xù)生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1" "材料與方法

1.1" "材料

指示西瓜品種為隴科12號(hào)。

供試微生物菌劑為：西瓜專用菌劑（粉劑，有效活菌數(shù)≥200億/g，含西瓜專用配方復(fù)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(shù)≥200億/g，含芽孢桿菌群、乳酸菌群、曲霉菌群、5406菌群等）、膠質(zhì)芽孢桿菌（粉劑，有效活菌數(shù)≥100億/g）、枯草芽孢桿菌（粉劑，有效活菌數(shù)≥300億/g）、地衣芽孢桿菌（粉劑，有效活菌數(shù)≥300億/g）、金寶貝微生物菌劑（顆粒劑，有效活菌數(shù)≥1億/g，含固氮菌、解磷菌和解鉀菌）。

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

1.2" "試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)置7種不同施肥處理：常規(guī)施肥（CK）、常規(guī)施肥+西瓜專用菌劑（M1）、常規(guī)施肥+激活土壤專用菌劑（M2）、常規(guī)施肥+膠質(zhì)芽孢桿菌（M3）、常規(guī)施肥+枯草芽孢桿菌（M4）、常規(guī)施肥+地衣芽孢桿菌（M5）、常規(guī)施肥+ 金寶貝微生物菌劑（M6）。3次重復(fù)，小區(qū)面積32 m2。于2021年4月中旬在皋蘭縣九合鎮(zhèn)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(jī)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(shí)膨大期隨補(bǔ)灌注入西瓜根部，補(bǔ)灌水量為3 kg/株。

1.3" "測定指標(biāo)及方法

1.3.1" " 出苗率和成活率" " 在西瓜“2葉1心”時(shí)按小區(qū)調(diào)查全苗，統(tǒng)計(jì)出苗率和成活率。

1.3.2" " 西瓜植株干物質(zhì)測定" " 分別在西瓜團(tuán)棵期、開花坐果期和成熟期每小區(qū)隨機(jī)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(shí)含糖量和產(chǎn)量測定" " 每小區(qū)隨機(jī)取5～10個(gè)成熟果實(shí)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(qū)隨機(jī)選10個(gè)果實(shí)稱量單瓜重，統(tǒng)計(jì)每小區(qū)西瓜數(shù)，計(jì)算產(chǎn)量。

1.3.4" " 土壤微生物數(shù)量測定" " 西瓜果實(shí)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(jì)數(shù)法測定真菌、細(xì)菌和放線菌的數(shù)量。其中，真菌采用馬?。∕artin）培養(yǎng)基，在 25 ℃恒溫箱中培養(yǎng)5 d后進(jìn)行記數(shù)；細(xì)菌采用營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基，在 28 ℃恒溫箱中培養(yǎng) 3 d后進(jìn)行記數(shù)；放線菌采用改良高氏Ⅰ號(hào)培養(yǎng)基，在 28 ℃恒溫箱中培養(yǎng) 7 d后進(jìn)行記數(shù)［21 ］。

1.4" "數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 軟件（version 22.0，SPSS Institute Ltd，USA）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，不同處理間的差異采用Duncan’s檢驗(yàn)（P ＜ 0.05）評(píng)價(jià)。所有圖形均由Origin Pro. 9.0 （OriginLab Institute Inc. USA）繪制。

2" "結(jié)果與分析

2.1" "不同微生物菌劑對(duì)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(fā)現(xiàn)，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(dá)到了97%以上，較CK分別提高了5、7、7、6百分點(diǎn)，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(diǎn)，差異不顯著。

對(duì)比不同處理下西瓜的成活率（圖1-b）發(fā)現(xiàn)，除激活土壤專用菌劑（M2）對(duì)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(dá)到92%，較CK顯著提高了14%。

2.2" "不同微生物菌劑對(duì)壓砂田西瓜干物質(zhì)積累及轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

干物質(zhì)積累量是作物營養(yǎng)生長狀況的直接反映。在團(tuán)棵期，西瓜苗期生長結(jié)束即將進(jìn)入營養(yǎng)生長旺期，這時(shí)期處理M5、M6的西瓜植株干物質(zhì)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(yǎng)生長最旺期，除處理M2外，其余菌劑處理的植株干物質(zhì)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(yǎng)生長向生殖生長的轉(zhuǎn)移，干物質(zhì)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(zhì)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(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量及轉(zhuǎn)運(yùn)率，其中以處理M4、M5、M6的西瓜干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量較CK顯著提高了3.76、3.98、3.68倍。轉(zhuǎn)運(yùn)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(duì)旱砂田西瓜產(chǎn)量和果實(shí)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(chǎn)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(chǎn)16.89%、23.71%、35.98%、25.30%，其中以處理M5產(chǎn)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(duì)旱砂田西瓜根區(qū)微生物區(qū)系的影響

觀察不同處理下西瓜果實(shí)膨大期根際微生物區(qū)系變化，結(jié)果（表3）表明，發(fā)現(xiàn)菌劑處理不同程度地增加了西瓜根區(qū)的微生物數(shù)量。其中，處理M1、M5、M6增加土壤細(xì)菌數(shù)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(duì)土壤真菌數(shù)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(duì)西瓜根際放線菌數(shù)量的增加效果顯著，且以M5、M6處理效果較好，土壤放線菌數(shù)量較CK分別顯著提高了85.31%、88.32%。

3" "討論與結(jié)論

試驗(yàn)結(jié)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(duì)土傳病害的良好防治效果降低了植株病害的發(fā)生率［20， 22 - 23 ］。周通等［24 ］研究報(bào)道，地衣芽孢桿菌被認(rèn)為是芽孢桿菌屬中最具有生防應(yīng)用價(jià)值的菌種之一，它能通過與病原菌的空間和營養(yǎng)競爭優(yōu)勢(shì)，分泌幾丁質(zhì)、抗菌蛋白、脂肽類抗生素等抗菌物質(zhì)，誘發(fā)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(fā)生。干物質(zhì)的積累和運(yùn)轉(zhuǎn)是維持植株各器官正常生長發(fā)育、保障作物高產(chǎn)的重要影響因素［25 - 26 ］。施用微生物菌劑均能促進(jìn)西瓜全生育期植株干物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)量和轉(zhuǎn)運(yùn)率；同時(shí)，其單瓜重和產(chǎn)量均高于常規(guī)施肥處理，其中以地衣芽孢桿菌增產(chǎn)效果最優(yōu)。這與王睿豪［27 ］在小粒黑豆中的研究結(jié)果相似。大量研究發(fā)現(xiàn)，增施微生物菌劑有助于增加園藝作物果實(shí)中的可溶性固形物或可溶性糖含量［16 - 19 ］，這與本試驗(yàn)結(jié)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(shù)量，從而促進(jìn)果實(shí)可溶性固形物的增加［19 ］。另外，施用微生物菌劑被認(rèn)為是改善作物根際微生物群落結(jié)構(gòu)、促進(jìn)作物健康生長的有效方法［4， 13， 15， 19 ］。本試驗(yàn)結(jié)果也表明，增施膠質(zhì)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(duì)照均能顯著增加西瓜根際細(xì)菌、真菌和放線菌的數(shù)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(jìn)西瓜生長、提高西瓜產(chǎn)量和品質(zhì)，且有利于改善旱砂田土壤微生物區(qū)系，其中以地衣芽孢桿菌的效果最佳，與常規(guī)施肥相比，常規(guī)施肥添加地衣芽孢桿菌后出苗率顯著提高7百分點(diǎn)；成活率顯著提高14%；產(chǎn)量顯著提高35.98%；團(tuán)棵期和開花坐果期的干物質(zhì)積累量分別顯著增加28.30%和29.01%，干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率分別顯著增加3.98倍和3.01倍，根區(qū)細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量分別顯著增加61.07%、84.89%、85.31%。

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收稿日期：2022 -" 07 -" 04

基金項(xiàng)目：甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2021GAAS09）；國家西甜瓜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系土壤與養(yǎng)分管理崗位項(xiàng)目（CARS-26）；國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)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(shù)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(dǎo)師，主要從事作物水肥高效利用和節(jié)水高產(chǎn)栽培理論與技術(shù)研究工作。Email： mazhming@163.com。