不同微生物菌剂处理对哈密瓜品质及土壤养分和酶活性的影响

马凤捷，蔡立群，2，3*，刘垠霖，孟巧霞，武 均，2，师伟杰，陈晓龙

（1.甘肃农业大学资源与环境学院，甘肃 兰州 730070；2.甘肃干旱生境作物重点实验室，甘肃 兰州 730070；3.甘肃省节水农业工程技术研究中心，甘肃 兰州 730070；4.甘肃星硕生物科技有限公司，甘肃 张掖 734000）

哈密瓜（CucumismeloL.）是新疆主要名特优水果之一，口味独特，受大众喜爱，是农民和创业者增收效益的主要产业。由于吐鲁番地区昼夜温差大，日照长，一年种植两茬，随着种植规模的逐渐增加，哈密瓜种植土壤出现养分不均衡、病虫害加重、微生物群落被破坏等现象［1］；哈密瓜出现裂瓜、网纹不全、糖度低、酸度高等问题［1］。根据在吐鲁番、哈密等地区的农户调查发现，严重的连作障碍已成为哈密瓜产业发展的主要限制因素。

微生物菌剂能够改善土壤环境，促进植物生长，改良瓜果品质，提高植株抗病虫能力［2］。菌剂施入加速土壤微生物活动，改善根系土壤微环境，促进有机质的矿化［2］；微生物菌剂还能够提高化肥利用效率，减少肥料使用量，减少肥料浪费和潜在环境污染［2］。长期连作导致土壤肥力下降、有益微生物减少和病原真菌的增加［3］，不同秸秆还田土壤有机质含量提高12.8%，土壤微生物数量提高了30.1%，随微生物数量增加，土壤酶活性增强［4］；施用微生物肥料可预防土传病害、改善根际土壤真菌群落丰度和多样性，增加大量有益真菌［5］。毛壳菌肥能够使黄瓜增产21.85%，提高了黄瓜可溶性糖、可溶性蛋白、维生素C含量，显著改善黄瓜产量和品质［6］；李星星等［7］研究发现施用F01复合微生物菌剂能够提高薯块的产量，增加淀粉的含量，缓解马铃薯连作障碍的问题。唐小付等［8］以不同种植年限的设施甜瓜土壤为研究对象，土壤中细菌和放线菌数量呈逐渐降低趋势，而真菌数量先增加后降低，细菌多样性和丰富度降低，微生物群落多样性变化是甜瓜连作障碍的主要限制因素之一。施用微生物菌肥对番茄茎粗等生长指标都有所提高，尤其在0.3、0.6 kg/m2时，对番茄生长作用最明显；施用微生物肥用量为0.9 kg/m2时坐果数和单瓜重最大，分别较常规施肥处理提高了42.86%、36.36%［9］。

综上可见，施用微生物菌肥能够克服作物连作障碍，不仅有利于哈密瓜产业可持续发展，也能改善土壤微生态环境。为解决哈密瓜连作障碍，本试验以连作3年哈密瓜种植土壤为研究对象，在哈密瓜苗期通过有机肥配施不同微生物菌剂，探讨微生物菌剂施用对哈密瓜连作土壤养分特征、酶活性的影响效果和对哈密瓜品质的作用效果，明确了微生物菌剂能缓解哈密瓜连作障碍问题，为后期哈密瓜配方施肥提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2019年7～10月在吐鲁番市鄯善县鲁克沁镇（89°36′48″E、42°47′43″N）进行。海拔-65.8 m，温带大陆性气候，夏季气温29～44℃，冬季气温-18～12℃，无霜期224 d，日照约3000 h，昼夜温差范围在14～25℃之间，年均降水量25 mm［10］。试验区为砂壤土，试验地选择3年连续种植哈密瓜的土壤，施肥、灌溉等管理条件一致，是我国优良哈密瓜和葡萄等的主产地之一，基本理化性质见表1。

表1 土壤基本理化性质

1.2 试验设计

本试验有一个试验样地，试验样地分5个处理，每个处理种植哈密瓜60株，每个处理中哈密瓜单株施肥方式见表2；试验样地各处理前期施肥方式均一致，种植前施有机肥75 kg（有机质含量≥45%，N+P2O5+K2O≥5%），氮磷钾复合肥20 kg（15-15-15）。1#、12#和D74菌 剂 由 陕西博秦生物工程有限公司提供；12#菌剂是密旋链霉菌，有效菌数量50亿/g；D74菌剂是娄彻式链霉菌，有效菌数量大于20亿/g；1#菌剂是玫瑰黄链霉菌，有效菌数量大于20亿/g；有机肥由甘肃星硕生物科技有限公司提供，有机质含量≥45%，N+P2O5+K2O≥5%；在2019年7月2日哈密瓜苗期施菌剂，采样时期分别为开花期、果实膨大期、收获期，不同处理及其施肥说明如表2。

试验小区进行翻土起垄，垄宽120 cm，每 2个垄之间距离为 60 cm，垄高约 30 cm，垄长1500 cm，每条垄种植 2 行哈密瓜，行距约60 cm，哈密瓜间距50 cm。本试验共分为5个1500 cm×120 cm的小区，1个小区设定为一个处理。

表2 不同处理及其施用方法说明

1.3 样品采集

土壤样品：于哈密瓜开花期（2019-08-02）、果实膨大期（2019-08-26）、成熟期（2019-09-16），按“S”形方法取样，采用5点混合采样法采取0～20、20～40 cm土壤样品（避开施肥带），每个处理采集3个重复，每个重复由5个点混合而成。装入无菌塑料袋，密封保存带回实验室。

瓜样品采集：于哈密瓜成熟期（2019-09-16），每个处理3个重复，每个重复采摘3个，相当于每个处理随机采摘9个表面完整、无损伤和病虫害的哈密瓜，带回实验室，共计30个哈密瓜，进行各指标的测定。

1.4 样品的分析测定

土壤样品：带回实验室风干，去除枯枝落叶等杂物，研磨过0.25 mm筛，密封保存，用于土壤养分和酶活性的测定。土壤pH、有机碳、全氮、有效磷、速效钾均采用鲍士旦等［11］的测定方法。土壤过氧化氢酶采用高锰酸钾滴定法［12］；土壤蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水杨酸比色法［12］；脲酶活性采用靛酚蓝比色法［12］；碱性磷酸酶采用以磷酸苯二钠为基质的测定方法［12］；硝酸还原酶采用2，4-二硝基酚比色法［12］。

品质指标的测定：哈密瓜单瓜重采用百分天平测定；硬度采用硬度计测定；维生素C含量采用2，6-二氯靛酚滴定法测定［11］；芯糖和边糖用PRO-101型糖度计测定；总酸度采用氢氧化钠滴定法测定［13］。

1.5 数据整理与分析

用Excel 2001制表，并用SPSS 22.0软件进行统计分析。不同处理间各项指标的差异显著性采用单因素方差分析（Duncan）。

2 结果与分析

2.1 不同微生物菌剂处理对哈密瓜品质的影响

从表3可以看出，施用微生物菌剂的哈密瓜中，单瓜重、芯糖、维生素C均高于对照处理；施用1#菌剂，单瓜重显著高于其他处理（P<0.05），较对照处理，单瓜重提高27.11%，芯糖含量提高9.7%。施用12#菌剂，芯糖含量较对照提高了6.60%。施用D74菌剂，边糖、维生素C含量显著高于其他处理，较对照，芯糖含量提高了11.23%，边糖含量提高了18.92%，维生素C提高了57.78%。施用12#和D74混合菌剂维生素C较对照提高了48.07%。微生物菌剂降低了哈密瓜硬度（除T2）和总酸度。

表3 不同微生物菌剂处理对哈密瓜品质的影响

2.2 不同微生物菌剂处理对哈密瓜土壤养分特征的影响

从表4可以看出，0～20 cm表层土壤pH低于20～40 cm，总体上0～20 cm表层土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾含量略高于20～40 cm。0～20和20～40 cm各施肥处理间的变化趋势基本一致。开花期，微生物菌剂处理pH显著低于对照，降低范围为0.35%～1.74%；土壤全氮、有效磷含量显著高于对照处理，分别提高了125%～195%、17.01%～144.08%；速效钾含量在不同处理间无显著差异。果实膨大期，土壤pH、有机质、全氮和速效钾在不同处理下无显著差异；有效磷含量混合菌剂处理较对照提高了37.59%，其他处理间无显著差异。成熟期，有效磷和速效钾在不同处理间无显著差异；微生物菌剂处理下pH、有机质含量低于对照处理，分别降低了2.4%～3.49%、10.39%～25.15%，全氮含量高于对照处理，提高了13.33%～30.00%。

2.3 不同微生物菌剂处理对哈密瓜土壤酶活性的影响

从表5可以看出，不同微生物菌剂处理间土壤酶活性差异显著（P<0.05），0～20 cm表层土壤过氧化氢酶活性略低于20～40 cm，脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶、硝酸还原酶0～20 cm表层土壤略高于20～40 cm。过氧化氢酶活性随施入菌剂的时间呈现先降低后增加的趋势，生长后期酶活性最高，不同处理间差异显著，施菌剂处理酶活性高于对照处理。脲酶活性随施入菌剂的时间呈现逐渐升高趋势，生长后期酶活性最高，开花期，T4处理显著高于其他处理，较对照提高了109.34%，果实膨大期各处理间无显著差异，成熟期，T4处理活性最高，较对照提高了62.40%。蔗糖酶活性随施入菌剂的时间呈现逐渐升高的趋势，开花期各处理间差异显著，果实膨大期和收获期处理间无显著差异。碱性磷酸酶活性随施入菌剂的时间呈现先增加后降低的趋势，开花期和果实膨大期，T4处理均显著高于其他处理，分别较对照提高了261.47%、105.93%，成熟期各菌剂处理间无显著差异。硝酸还原酶活性随施入菌剂的时间呈现先增加后降低的趋势，3个时期各处理间差异变化显著，施菌剂处理酶活性高于对照处理。

2.4 不同微生物菌剂处理各指标间的相关性

土壤养分特征、酶活性和哈密瓜品质指标间Pearson相关性分析结果如表6所示，品质指标中，单瓜重与过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶呈显著正相关，与硝酸还原酶呈负相关；芯糖与全氮、过氧化氢酶、脲酶、碱性磷酸酶显著正相关，与pH呈显著负相关；硬度和硝酸还原酶活性呈显著负相关；总酸度与pH呈正相关，与土壤养分、土壤酶活性（除硝酸还原酶）呈负相关；维生素C与全氮、过氧化氢酶、碱性磷酸酶、单瓜重、芯糖、边糖呈显著正相关。土壤pH与土壤养分和酶活性均呈负相关；有机质和过氧化氢酶、脲酶呈显著负相关；全氮与硝酸还原酶、过氧化氢酶呈显著正相关，有效磷与速效钾呈显著正相关；速效钾与过氧化氢酶呈显著正相关。

表4 不同微生物菌剂处理对哈密瓜土壤养分的影响

表5 不同微生物菌剂处理对哈密瓜土壤酶活性的影响

C素生维1度酸总糖边糖芯0.485-0.750**-0.552*0.571*-0.494 0.816**性关相的间标指各理处剂菌物生微同不6表度硬重瓜单酸酶原硝还性酶酸碱磷酶糖蔗酶脲氧酶过氢化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钾效速0.521*0.139 0.295 0.185 0.466 0.164-0.248 0.351 0.199-0.491 0.245磷效有氮全质机有pH 1 pH 0.741**质机有-0.201-0.554*氮全0.446-0.013-0.271磷效有0.633*0.564*-0.24-0.449钾效速0.565*0.322-0.845**-0.589*酶氢化氧过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*酶酸磷性碱0.283 0.653**-0.114-0.276酶原还酸硝0.354 0.478-0.13-0.505重瓜单-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糖边-0.361-0.566*0.32 0.671**度酸总0.594*0.352-0.169-0.452 C素生维。著显平P<0.01水示；** 表著显平P<0.05水示：* 表注

3 讨论

微生物菌剂不仅调控土壤微生物活动，还能改善瓜果品质，哈密瓜品质包括哈密瓜大小和口感。本试验中，施用微生物菌剂的土壤，哈密瓜单瓜重显著高于对照；马美兰等［14］研究表明，施生物有机肥，甜瓜横径、纵径、单瓜重均有一定程度的增加，因此，施菌肥能够提高甜瓜产量。哈密瓜营养品质包括糖度、酸度、维生素C、可溶性蛋白等；微生物菌剂和有机肥中含有大量能促进植物光合作用和合成自身糖类和维生素C的营养物质［15］；本试验中，施用微生物菌剂处理的哈密瓜，其糖度和维生素C含量均显著高于对照，硬度和总酸度显著低于对照，这与大部分学者研究结果一致，石瑜等［16］研究表明，生物有机肥施用提高了甜瓜可溶性固形物和维生素C含量，微生物菌剂能够改善哈密瓜营养品质，提高哈密瓜产量。与不施肥相比，施生物有机肥促进枸杞增产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%，维生素C含量提高5.69%～17.08%。年收益增长4万～10万元/hm2［17］。

微生物菌剂和有机肥中含有大量微生物和营养元素，微生物能够进一步活化土壤营养物质，提高了土壤有机质和速效养分含量；本试验中，根系分泌有机酸等物质导致0～20 cm表层土壤pH低于20～40 cm；0～20 cm表层土壤养分含量大于20～40 cm；4种施菌剂处理均在一定程度上增加土壤有机质、有效磷、速效钾、全氮含量，这与胡诚等［18］、哈雪姣等［19］研究结果一致，但4种不同菌剂处理间的差异不显著，很难从养分释放方面判断菌剂的应用效果。长期施用微生物有机肥能够改善土壤微环境，增加植株根系活力［20］，有利于养分的吸收转运，促进植株的生长，提高土壤肥力。施用生物有机肥能够降低枸杞生长土壤pH值和全盐含量，显著提高土壤有机质和碱解氮、有效磷、速效钾养分含量［17］。

土壤酶是土壤的重要组成部分，土壤酶来源于土壤微生物活动、动植物残体分解等过程［21］，参与土壤的各种生化反应，土壤酶活性的高低与土壤微生物活动密切相关，反映土壤养分矿化和腐熟能力的强弱［22］。土壤酶活性与土壤施肥措施、肥力状况、通气透水性能密切相关［23-24］，由于表层土壤水肥气热良好，根系分布在0～20 cm，微生物活动频繁，因此0～20 cm表层土壤酶活性高于20～40 cm。随着土层加深，哈密瓜土壤脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶、硝酸还原酶活性均降低，过氧化氢酶活性增强。这与杜静静［25］研究结论一致，研究同一土层中，随着施菌剂时间增长，哈密瓜生长旺盛，根系微生物活动强烈，过氧化氢酶、碱性磷酸酶、硝酸还原酶呈先降低后增加的趋势，土壤脲酶、蔗糖酶呈逐渐升高的趋势，土壤酶活性与土壤有机质含量及其微生物活动关系紧密［26］；在长期种植哈密瓜土壤中，由于根毛脱落物分解和根系分泌物质残留和积累，使得土壤微生物种群以及自身的毒害作用发生了变化，引起土壤酶活性降低；本试验施用不同微生物菌剂，加速微生物活动，一定程度地增加了土壤酶活性，更有利于哈密瓜的生长。4种菌剂处理土壤酶活性差异显著，总体数据分析，混合菌剂处理下脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶、硝酸还原酶在不同生育时期酶活性均最高；单一菌剂处理酶活性低于混合菌剂相互作用，12#和D74菌剂间相互促进，提高土壤酶活性，改善土壤微环境。

进一步分析不同菌剂处理对哈密瓜品质、酶活性、土壤养分特征的影响，本试验将品质指标、养分指标、酶活性做Pearson相关性分析，得出单瓜重、糖度、维生素C与土壤有机质、养分指标和脲酶等酶活性指标均呈显著正相关，哈密瓜硬度和总酸度与土壤养分和酶活性呈显著负相关，表明土壤养分的增加在一定程度上改善哈密瓜营养品质和产量。微生物菌剂配施有机肥可以提高土壤有机质含量和速效养分含量，改善土壤肥力，缓解哈密瓜连作障碍，提高哈密瓜产量。

4 结论

本试验连作土壤中施用微生物菌剂后，哈密瓜糖度、维生素C、单瓜重均显著高于对照，果实硬度、总酸度显著低于对照；施微生物菌剂处理的土壤，在开花期、果实膨大期、成熟期3个生长时期土壤有机质、全氮、有效磷含量显著高于对照，速效钾变化不显著；0～20 cm表层土壤酶活性高于20～40 cm，施菌剂土壤酶活性显著高于对照，不同微生物菌剂间差异显著。哈密瓜品质和土壤有机质养分及其酶活性的相关性分析表明，单瓜重、糖度、维生素C 与土壤有机质、养分指标和脲酶等酶活性指标均呈显著正相关，哈密瓜硬度和总酸度与土壤养分和酶活性呈显著负相关。4种微生物菌剂处理中，12#和D74混合菌剂对土壤酶活性和养分含量影响大于其他处理，混合菌剂对改善本试验土壤环境效果最好，显著提高了哈密瓜产量和品质。