不同土壤調理劑配施對連作壓砂田土壤質量及西瓜品質的影響

郭君鈺 李停鋒 李雯 顧欣 楊娜 李仁英 擺小蓉 張衛平

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

關鍵詞：土壤調理劑；土壤改良；西瓜；品質

壓砂田是我國西北干旱地區農民長期種植實踐形成的特殊耕作方式，具有增溫、蓄水、保墑、抗旱和抗風蝕作用。由于農業生產面臨耕地有限、農業集約化和施肥不合理等問題的制約，連作障礙現象在西北經濟作物種植上呈現日益嚴重的趨勢。西瓜是壓砂田栽培的主要經濟作物。然而，長期單一連續種植西瓜或甜瓜等作物，造成土壤養分不均衡，物理、化學和生物學性狀惡化，如土壤酶活性和微生物數量降低等，表現為土壤質量下降，果實品質不佳，嚴重制約了相關產業的良性發展。因此，改善土壤質量，提高作物品質，成為解決西北地區壓砂田可持續利用的關鍵問題。

不同的土壤調理劑對土壤的改良效果存在差異。以農業廢棄物為原料、富含有機質的有機肥是目前應用最為廣泛的一類土壤調理劑，通常作為田間生產的底肥，對酸性、堿性和多類型土壤都具有改良、培肥效果。功能性復合菌劑是近年來研究和應用的熱點。在土壤改良中應用復合菌劑，可提高土壤生物學活性，增加土壤酶活性，優化土壤微生物區系，使根際微生態環境更有利于作物的生長與健康。目前，關于復合菌劑與礦物類調理劑結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。當地農民的耕作習慣多以有機肥或農家肥為底肥，一次性施用，以減少勞動消耗。但是，其他土壤調理劑如礦物類調理劑、菌劑及其與有機肥配施等對連作壓砂田土壤改良、對西瓜品質影響方面的研究還有待進一步開展。本研究擬通過田間試驗，設置有機肥、礦物類調理劑和復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、化學性質、生物學性質和西瓜品質的影響，旨在為西北地區壓砂田土壤改良、提高西瓜品質提供理論依據和技術方案。

1.1 試驗地選擇

試驗地位于寧夏回族自治區中衛市紅圈村，連續壓砂種植西瓜10年。土壤理化性質如表1。

1.2 試驗材料

供試西瓜品種：榮耀。

土壤調理劑及其來源：商品有機肥購自銀川農資市場，有機質含量≥38%，養分含量（氮/磷/鉀）≥15%。復合菌劑和礦物類調理劑由寧夏大學農業微生物學實驗室提供。菌劑濃度為3×106CFU/毫升，含芽孢桿菌和木霉菌。礦物類調理劑，養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，不含有機質。

1.3 試驗設計

試驗田面積941平方米，種植瓜苗420株，株距1.40米。移栽前，以有機肥為底肥，一次性機械條施，深度為耕作層，再穴施礦物類調理劑。復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。試驗設置5個處理，每處理28株，每處理3個重復，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地保持一致。

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、含水率采用環刀法和烘干法；土壤pH值采用酸度計法，全鹽采用電導率儀檢測，有機質用重鉻酸鉀-硫酸亞鐵滴定法，堿解氮用堿解擴散法；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。土壤微生物數量采用稀釋平板法分離計數。

西瓜樣品的采集與品質測定：每個處理隨機采3個成熟西瓜果實，用于測定品質。檢測方法：硝酸鹽采用水楊酸法；有機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 數據處理與統計分析

試驗數據以Excel？2016軟件整理、制作圖表，用SPSS？21.0軟件進行統計和主成分分析。

2.1 不同處理對壓砂田土壤物理性質的影響

由圖1可知，與單施有機肥相比，單施復合菌劑（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性質的影響

由圖2可知，與CK比較，單施菌劑處理對土壤pH值和養分含量均無顯著影響。施用不同用量的礦物類調理劑，再配施菌劑，速效磷、堿解氮、速效鉀、全氮和有機質的含量不同程度地升高，而pH值則顯著降低。其中，T3處理使試驗區堿性土壤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%，有機質增幅范圍為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。將礦物類調理劑、菌劑與有機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系的影響

由表4可知，礦質類調理劑和復合菌劑與有機肥配施，對土壤微生物區系有不同的影響。在細菌數量上，菌劑和礦質類調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。在放線菌數量上，菌劑施用對其無顯著影響，而T3和T4的放線菌數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的影響

西瓜成熟果實的硝酸鹽、維生素C、可溶性固形物、有機酸的含量如表5所示，施用土壤調理劑和菌劑可以降低果實硝酸鹽和有機酸的含量，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%，有機質含量降幅范圍為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

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

在主成分得分系數的基礎上構建17個指標與每一主成分的得分函數關系式，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。

將標準化數據分別代入以上公式，可以得出17項指標在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。？

本試驗施用礦物類調理劑和復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、有機質含量。將礦物類調理劑、復合菌劑與有機肥配施，既改善了土壤的物理性質，又因礦物類調理劑本身含有營養元素，復合菌劑中的功能微生物促進土壤中營養物質的礦化和活化，從而顯著提高土壤肥力。礦物類調理劑、復合菌劑與有機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類調理劑，與復合菌劑及有機肥配施能不同程度的提高土壤細菌、放線菌和真菌的數量，有利于土壤微生物區系的優化和生物活性的提高。不同用量的礦物類調理劑與復合菌劑和有機肥配施，能不同程度地降低西瓜果實硝酸鹽和有機酸的含量，提高維生素C和可溶性固形物含量。基于主成分分析和隸屬函數分析對試驗各處理進行綜合評價，最終可獲知T3處理為最佳處理。

綜上所述，有機肥、礦物類調理劑與復合菌劑配施，可以有效改善土壤理化性質，提高土壤綜合肥力、酶活性和微生物數量，促進西瓜果實品質更佳。最佳處理為，有機肥2.25噸/公頃為底物，配施土壤調理劑0.3噸/公頃和復合菌劑。

基金項目：國家自然科學基金項目（41761054），寧夏重點研發計劃項目（2018BBF020042018BBF02019，2018NCZD0083），農業高質量發展和生態保護科技創新示范項目（NGSB-2021-10-01）。

作者簡介：郭君鈺（1994-），男，碩士在讀。從事農業微生物資源與環境研究。

*通訊作者：顧欣（1973-），女，教授，碩士。從事農業微生物資源與環境研究。