不同土壤調(diào)理劑配施對連作壓砂田土壤質(zhì)量及西瓜品質(zhì)的影響

郭君鈺 李停鋒 李雯 顧欣 楊娜 李仁英 擺小蓉 張衛(wèi)平

摘要：針對我國西北地區(qū)連作壓砂田土壤質(zhì)量和西瓜品質(zhì)下降的問題，探索不同土壤調(diào)理劑配施對其改良和提升的效果。結(jié)果表明，與單施有機(jī)肥相比，有機(jī)肥分別與礦物類調(diào)理劑、復(fù)合菌劑配施以及三者復(fù)配，均可顯著改善連作壓砂田的土壤質(zhì)量，其中有機(jī)肥2.25噸/公頃配施礦物類調(diào)理劑0.3噸/公頃和復(fù)合菌劑為最佳處理，土壤質(zhì)量綜合得分最高，果實(shí)中的維生素C、可溶性固形物含量分別提高65.39%和24.81%，有利于西瓜品質(zhì)提升。

關(guān)鍵詞：土壤調(diào)理劑；土壤改良；西瓜；品質(zhì)

壓砂田是我國西北干旱地區(qū)農(nóng)民長期種植實(shí)踐形成的特殊耕作方式，具有增溫、蓄水、保墑、抗旱和抗風(fēng)蝕作用。由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨耕地有限、農(nóng)業(yè)集約化和施肥不合理等問題的制約，連作障礙現(xiàn)象在西北經(jīng)濟(jì)作物種植上呈現(xiàn)日益嚴(yán)重的趨勢。西瓜是壓砂田栽培的主要經(jīng)濟(jì)作物。然而，長期單一連續(xù)種植西瓜或甜瓜等作物，造成土壤養(yǎng)分不均衡，物理、化學(xué)和生物學(xué)性狀惡化，如土壤酶活性和微生物數(shù)量降低等，表現(xiàn)為土壤質(zhì)量下降，果實(shí)品質(zhì)不佳，嚴(yán)重制約了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展。因此，改善土壤質(zhì)量，提高作物品質(zhì)，成為解決西北地區(qū)壓砂田可持續(xù)利用的關(guān)鍵問題。

不同的土壤調(diào)理劑對土壤的改良效果存在差異。以農(nóng)業(yè)廢棄物為原料、富含有機(jī)質(zhì)的有機(jī)肥是目前應(yīng)用最為廣泛的一類土壤調(diào)理劑，通常作為田間生產(chǎn)的底肥，對酸性、堿性和多類型土壤都具有改良、培肥效果。功能性復(fù)合菌劑是近年來研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)。在土壤改良中應(yīng)用復(fù)合菌劑，可提高土壤生物學(xué)活性，增加土壤酶活性，優(yōu)化土壤微生物區(qū)系，使根際微生態(tài)環(huán)境更有利于作物的生長與健康。目前，關(guān)于復(fù)合菌劑與礦物類調(diào)理劑結(jié)合施用對壓砂田土壤改良的研究較少。壓砂田被砂石覆蓋，翻地、整地受到限制。當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的耕作習(xí)慣多以有機(jī)肥或農(nóng)家肥為底肥，一次性施用，以減少勞動消耗。但是，其他土壤調(diào)理劑如礦物類調(diào)理劑、菌劑及其與有機(jī)肥配施等對連作壓砂田土壤改良、對西瓜品質(zhì)影響方面的研究還有待進(jìn)一步開展。本研究擬通過田間試驗(yàn)，設(shè)置有機(jī)肥、礦物類調(diào)理劑和復(fù)合菌劑不同配施的處理，探明不同施用方案對土壤物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、生物學(xué)性質(zhì)和西瓜品質(zhì)的影響，旨在為西北地區(qū)壓砂田土壤改良、提高西瓜品質(zhì)提供理論依據(jù)和技術(shù)方案。

1.1 試驗(yàn)地選擇

試驗(yàn)地位于寧夏回族自治區(qū)中衛(wèi)市紅圈村，連續(xù)壓砂種植西瓜10年。土壤理化性質(zhì)如表1。

1.2 試驗(yàn)材料

供試西瓜品種：榮耀。

土壤調(diào)理劑及其來源：商品有機(jī)肥購自銀川農(nóng)資市場，有機(jī)質(zhì)含量≥38%，養(yǎng)分含量（氮/磷/鉀）≥15%。復(fù)合菌劑和礦物類調(diào)理劑由寧夏大學(xué)農(nóng)業(yè)微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室提供。菌劑濃度為3×106CFU/毫升，含芽孢桿菌和木霉菌。礦物類調(diào)理劑，養(yǎng)分含量分別為速效鉀23.08毫克/公斤，速效磷1.62毫克/公斤，全氮0.17克/公斤，pH值7.26，不含有機(jī)質(zhì)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計

試驗(yàn)田面積941平方米，種植瓜苗420株，株距1.40米。移栽前，以有機(jī)肥為底肥，一次性機(jī)械條施，深度為耕作層，再穴施礦物類調(diào)理劑。復(fù)合菌劑為瓜苗沾根和隨水灌根。灌根時間為伸蔓期、開花期及膨瓜期。試驗(yàn)設(shè)置5個處理，每處理28株，每處理3個重復(fù)，具體方案見表2（其中菌劑用量為單次灌根用量）。其他田間管理措施與當(dāng)?shù)乇３忠恢隆?/p>

1.4 樣品采集與測定

土壤樣品采集與測定：在底肥施用前、西瓜成熟收獲后分別采集0～20厘米土壤樣品。土壤容重和田間持水量、孔隙度、含水率采用環(huán)刀法和烘干法；土壤pH值采用酸度計法，全鹽采用電導(dǎo)率儀檢測，有機(jī)質(zhì)用重鉻酸鉀-硫酸亞鐵滴定法，堿解氮用堿解擴(kuò)散法；有效磷用硫酸鉬銻抗比色法測定，速效鉀用火焰光度計法，全氮用凱氏定氮法，全磷采用HClO4-H2SO4鉬銻抗比色法。土壤蔗糖酶活性用3，5-二硝基水楊酸比色法，過氧化氫酶活性用高錳酸鉀滴定法，脲酶活性用苯酚-次氯酸鈉比色法，堿性磷酸酶活性用磷酸苯二鈉比色法。土壤微生物數(shù)量采用稀釋平板法分離計數(shù)。

西瓜樣品的采集與品質(zhì)測定：每個處理隨機(jī)采3個成熟西瓜果實(shí)，用于測定品質(zhì)。檢測方法：硝酸鹽采用水楊酸法；有機(jī)酸采用氫氧化鈉滴定法；可溶性固形物采用手持式糖度計測定；總維生素C采用2，4-二硝基比色法。

1.5 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)以Excel？2016軟件整理、制作圖表，用SPSS？21.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計和主成分分析。

2.1 不同處理對壓砂田土壤物理性質(zhì)的影響

由圖1可知，與單施有機(jī)肥相比，單施復(fù)合菌劑（T1）處理對土壤含水量、田間持水量無顯著影響，但是，可以使土壤容重顯著下降，使土壤孔隙度顯著增加。隨著礦物類調(diào)理劑施用量的增加，土壤含水量、田間持水量、孔隙度有不同程度的提高，而土壤容重則呈下降趨勢。其中，T3處理的土壤含水量較CK、T1、T2、T4增幅范圍為8.03%～39.56%，田間持水量增幅范圍為6.64%～85.07%，土壤孔隙度增幅范圍為2.01%～9.26%，土壤容重降幅分別為8.98%、3.35%、1.06%、2.09%。

2.2 不同處理對壓砂田土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

由圖2可知，與CK比較，單施菌劑處理對土壤pH值和養(yǎng)分含量均無顯著影響。施用不同用量的礦物類調(diào)理劑，再配施菌劑，速效磷、堿解氮、速效鉀、全氮和有機(jī)質(zhì)的含量不同程度地升高，而pH值則顯著降低。其中，T3處理使試驗(yàn)區(qū)堿性土壤pH值顯著降低，較CK、T1、T2、T4降低的范圍為0.60%～2.46%。T3處理的速效磷含量較CK、T1、T2、T4增幅范圍為2.31%～72.93%，堿解氮增幅范圍為3.29%～29.31%，全氮增幅范圍為6.49%～54.72%，速效鉀增幅范圍為7.91%～36.60%，有機(jī)質(zhì)增幅范圍為5.69%～53.89%。

2.3 不同處理對壓砂田土壤酶活性的影響

由表3可知，與單施有機(jī)肥CK比較，T1單施菌劑處理對土壤酶活性無顯著影響。將礦物類調(diào)理劑、菌劑與有機(jī)肥配施能夠不同程度地提高土壤酶活性。在過氧化氫酶活性上，T2、T3和T4顯著高于CK和T1，其中T3和T4處于最高的水平。施用不同量的礦物類調(diào)理劑，使土壤堿性磷酸酶和脲酶活性均顯著增加，但是不同用量的處理之間無顯著差異。蔗糖酶活性上，施用礦物類調(diào)理劑使其顯著高于CK和T1，其中T3處理的酶活最高，較較CK、T1、T2、T4增幅范圍為3.57%～12.35%。

2.4 不同處理對壓砂田土壤微生物區(qū)系的影響

由表4可知，礦質(zhì)類調(diào)理劑和復(fù)合菌劑與有機(jī)肥配施，對土壤微生物區(qū)系有不同的影響。在細(xì)菌數(shù)量上，菌劑和礦質(zhì)類調(diào)理劑的施用均使其較CK有所提高，而T3處于最高水平，其次是T4處理，分別較CK顯著增加了236.57%和171.28%，二者無顯著差異。在放線菌數(shù)量上，菌劑施用對其無顯著影響，而T3和T4的放線菌數(shù)量顯著高于其他處理，其中T3最高，較CK增加了38.10%。在真菌數(shù)量上，T3處理處于最高水平，較CK增加了72.36%。

2.5 不同處理對壓砂西瓜品質(zhì)的影響

西瓜成熟果實(shí)的硝酸鹽、維生素C、可溶性固形物、有機(jī)酸的含量如表5所示，施用土壤調(diào)理劑和菌劑可以降低果實(shí)硝酸鹽和有機(jī)酸的含量，提高維生素C和可溶性固形物含量。其中，T3處理的硝酸鹽含量較CK、T1、T2、T4降幅范圍為8.46%～29.38%，有機(jī)質(zhì)含量降幅范圍為13.48%～40.76%，維生素C含量增幅范圍為1.85%～65.39%，可溶性固形物含量增幅范圍為0.69%～24.81%。

2.6 綜合評價

土壤是錯綜復(fù)雜的綜合體。為了更明確地對不同用量礦物類調(diào)理劑和復(fù)合菌劑配施下的土壤綜合質(zhì)量進(jìn)行評價，對所測的17個土壤指標(biāo)進(jìn)行主成分分析。提取兩個主成分，如表6，其累積貢獻(xiàn)率為93.92%。其中，第一主成分貢獻(xiàn)率最大，為86.15%，且二者特征值都大于1。

在主成分得分系數(shù)的基礎(chǔ)上構(gòu)建17個指標(biāo)與每一主成分的得分函數(shù)關(guān)系式，如表7所示。

F1=0.2506x1+0.2558x2+ 0.2561x3+……0.2584x15+ 0.2584x16+0.2582x17；

F2=-0.2132x1-0.1688x2-0.1224x3+……+0.0061x15-0.0557x16-0.0017x17。

將標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)分別代入以上公式，可以得出17項(xiàng)指標(biāo)在2個主成分上的得分，基于每一主成分的得分，計算每一個主成分的權(quán)重Wn（0.9173，0.0827），得出綜合得分模型：F=0.9173F1+0.0827F2，最終獲得各處理綜合得分，如表8所示。T3和T4的F值排名前二，分別為1.0000和0.8375，其次是T2、T1和CK。？

本試驗(yàn)施用礦物類調(diào)理劑和復(fù)合菌劑可以提高土壤含水量、田間持水量和孔隙度，降低土壤容重，同時有效提高土壤速效磷、堿解氮、全氮、速效鉀、有機(jī)質(zhì)含量。將礦物類調(diào)理劑、復(fù)合菌劑與有機(jī)肥配施，既改善了土壤的物理性質(zhì)，又因礦物類調(diào)理劑本身含有營養(yǎng)元素，復(fù)合菌劑中的功能微生物促進(jìn)土壤中營養(yǎng)物質(zhì)的礦化和活化，從而顯著提高土壤肥力。礦物類調(diào)理劑、復(fù)合菌劑與有機(jī)肥配施能提高土壤過氧化氫酶、堿性磷酸酶、脲酶、蔗糖酶的活性。施用不同用量的礦質(zhì)類調(diào)理劑，與復(fù)合菌劑及有機(jī)肥配施能不同程度的提高土壤細(xì)菌、放線菌和真菌的數(shù)量，有利于土壤微生物區(qū)系的優(yōu)化和生物活性的提高。不同用量的礦物類調(diào)理劑與復(fù)合菌劑和有機(jī)肥配施，能不同程度地降低西瓜果實(shí)硝酸鹽和有機(jī)酸的含量，提高維生素C和可溶性固形物含量?；谥鞒煞址治龊碗`屬函數(shù)分析對試驗(yàn)各處理進(jìn)行綜合評價，最終可獲知T3處理為最佳處理。

綜上所述，有機(jī)肥、礦物類調(diào)理劑與復(fù)合菌劑配施，可以有效改善土壤理化性質(zhì)，提高土壤綜合肥力、酶活性和微生物數(shù)量，促進(jìn)西瓜果實(shí)品質(zhì)更佳。最佳處理為，有機(jī)肥2.25噸/公頃為底物，配施土壤調(diào)理劑0.3噸/公頃和復(fù)合菌劑。

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41761054），寧夏重點(diǎn)研發(fā)計劃項(xiàng)目（2018BBF020042018BBF02019，2018NCZD0083），農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展和生態(tài)保護(hù)科技創(chuàng)新示范項(xiàng)目（NGSB-2021-10-01）。

作者簡介：郭君鈺（1994-），男，碩士在讀。從事農(nóng)業(yè)微生物資源與環(huán)境研究。

*通訊作者：顧欣（1973-），女，教授，碩士。從事農(nóng)業(yè)微生物資源與環(huán)境研究。