APP下载

沼液代替化肥对甜瓜生长及土壤微生物的影响

2021-09-13王礼伟,汪国莲,王宏宝,周刚,赵晨,王萍,蒋守华

南方农业学报 2021年9期
关键词:土壤微生物沼液甜瓜

王礼伟,汪国莲,王宏宝,周刚,赵晨,王萍,蒋守华

摘要:【目的】研究不同沼液施用量代替化肥運筹甜瓜对植株生长、果实品质及土壤微生物的影响,为甜瓜生产减肥减药提供理论依据。【方法】设化肥处理(CK)与沼液处理,其中CK施用复合肥600 kg/ha,T1、T2、T3和T4处理沼液总施用量分别为100、140、180和220 t/ha,各沼液处理均按照基肥与果实膨大肥的比例为1∶1进行运筹。在甜瓜的生长特定期测定株高、茎粗、病害指数、叶绿素含量和植物器官干重,以及果实品质和土壤微生物多样性。【结果】沼液在基肥用量为70~110 t/ha时,甜瓜的株高和茎粗与CK施用效果无明显差异;T4处理的甜瓜植株叶绿素SPAD值最高(86.61),而T3和T4处理的病害指数最低(14.06);除T1处理外,其他沼液组干物质积累量与CK均无显著差异(P>0.05),T3处理的干物质积累量最高(240.66 g);T4处理的果实可溶性总糖含量和糖酸比最高,分别为9.71%和88.27,与CK存在显著差异(P<0.05)。沼液处理土壤的变形菌门(Proteobacteria)相对丰度均低于CK,且随着沼液施用量增加相对丰度不断减少;T3处理土壤的放线菌门(Actinobacteria)相对丰度最高(10.08%),芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)和厚壁菌门(Firmicutes)相对丰度最低,分别为2.92%和2.23%。真菌中T3处理的子囊菌门(Ascomycota)相对丰度最高(81.19%),而T3和T4处理的担子菌门(Basidiomycota)和被孢霉门(Mortierellomycota)相对丰度明显低于CK及T1和T2处理。同时,T3处理土壤的细菌Chao1指数和Shannon指数均高于其他处理,真菌的Chao1指数低于CK、T1和T4处理,而Shannon指数最低。【结论】沼液总施用量在180 t/ha(基肥90 t/ha,果实膨大肥90 t/ha)条件下能促进甜瓜植株生长和干物质积累,提升果实品质,并提高细菌的丰富度和多样性,同时降低真菌的多样性,可在甜瓜实际生产中推广施用。

关键词: 沼液;化肥;甜瓜;生长;土壤微生物

中图分类号:S154.36                       文献标志码: A 文章编号:2095-1191(2021)09-2498-09

Effects of applying biogas slurry instead of chemical fertilizer on the growth of melon and soil microorganism

WANG Li-wei1, WANG Guo-lian1, WANG Hong-bao1, ZHOU Gang1,

ZHAO Chen1, WANG Ping2, JIANG Shou-hua1,3*

(1Huaiyin Institute of Agricultural Sciences in Xuhuai District of Jiangsu Province,Huaian, Jiangsu  223001,China; 2Animal Husbandry and Veterinary Service Station of Matou Town in Huaiyin District of Huaian City,

Huaian,Jiangsu  211600, China; 3Key Laboratory of Ecological Agricultural Biotechnology Around Hongze

Lake in Jiangsu Province, Huaian, Jiangsu  223399, China)

Abstract:【Objective】The effects of different biogas slurry application rates instead of chemical fertilizer on plant growth,fruit quality and soil microorganisms were studied to provide scientific theoretical basis for melon production with reducing chemical fertilizers and pesticides. 【Method】In this experiment, chemical fertilizer group(CK) and biogas slurry groups were set up,the CK group was treated with the compound fertilizer of 600 kg/ha,the application amounts of biogas slurry in T1,T2,T3 and T4 groups were 100,140,180 and 220 t/ha respectively,the basal fertilizer and fruit expansion fertilizer in the ratio of 1∶1 of each group. The plant height, stem diameter,disease index,chlorophyll content,dry weight of plant organs,fruit quality of melon and the diversity of soil microbial were measured regularly. 【Result】When the amount of base fertilizer was 70 t/ha between 110 t/ha,there was no obvious difference in plant height and stem diameter. The chlorophyll content of T4 group was the highest,the SPAD value was 86.61,and the disease index of T3 and T4 groups was the lowest, which were both 14.06. Except for T1 group,there was no significant difference in dry matter accumulation between biogas slurry groups and CK group(P>0.05),the highest dry material accumulation in T3 group was 240.66 g. The T4 group had the highest soluble sugar content and the ratio of sugar and acid,which were 9.71% and 88.27 respectively, and there were significant differences with CK group(P<0.05). The relative abundance of Proteobacteria in the biogas slurry groups were lower than that of CK group,with the increase of biogas slurry dosage, the relative abundance decreased. The relative abundance of Actinobacteria in T3 group was the highest(10.08%) and the Gemmatimonadetes and Firmicutes was the lowest (2.92% and 2.23% respectively). The highest relative abundance of Ascomycota in T3 group was 81.19%,while the Basidiomycota and Mortierellomycota in T3 and T4 groups was lower than that in CK and T1 and T2 groups. Moreover,the Chao1 index and Shannon index of bacteria in T3 group were higher than those in other groups,while the Chao1 index of fungi were lower than those in CK,T1 and T4 groups, and Shannon index was the lowest. 【Conclusion】Biogas slurry can promote plant growth and dry matter accumulation under the condition of 180 t/ha(base fertilizer 90 t/ha,fruit expansion fertilizer 90 t/ha),the fruit quality are improved significantly,the richness and diversity of bacteria are increased and the diversity of fungi is decreased. This method can be promoted in melon plantation.

Key words: biogas slurry; fertilizer; melon; growth; soil microorganism

Foundation item:Development Project of Key Laboratory for Crop and Animal Integrated Farming of Ministry of Agriculture and Rural Affairs(202004); Project of Jiangsu Key Laboratory of Ecological Agriculture Biotechnology Around Hongze Lake(17HZHL021); Scientific Research and Development Fund Project of Huaian Academy of Agricultural Sciences(HYN201920)

0 引言

【研究意义】化肥的长期施用会导致自身利用率低、土壤富营养化、环境污染及生产成本增加等问题(黄昌勇和徐建明,2010;刘金山等,2015),而沼液作为一种绿色生物肥料,富含氮、磷、钾、有机质、生长激素和吲哚乙酸等物质,能改善土壤结构,促进土壤优势菌群的生长富集(Lü et al.,2011)。我国作为甜瓜最大的生產国家,淮安市2018年甜瓜总产量为1.9万t,播种面积达673.3 ha(淮安市统计局和国家统计局淮安调查队,2019)。研究沼液代替化肥对甜瓜生长及土壤微生物的影响,对促进甜瓜产业经济健康持续发展具有重要意义。【前人研究进展】作为一种喜肥作物,目前关于甜瓜施肥研究主要集中在化肥用量、配施及氮磷钾耦合等方面。在常规化肥施用方面,黄庆等(2000)研究发现以每公顷施氮300 kg,且氮磷钾比例为1∶0.5∶1的甜瓜产量和品质最佳;李立昆等(2010)通过不同施氮水平处理,发现甜瓜产量随施氮量增加呈先升高后下降的变化趋势,施氮量为116.25 kg/ha时产量最高,继续增加施氮量产量反而减少。柯用春等(2015)研究喷施不同浓度有机硅肥对热带地区甜瓜产量和品质的影响,建议使用叶面喷施有机硅肥的稀释倍数为伸蔓期600倍、其他时期300倍。叶林等(2015)通过探讨氮磷钾肥的主效因子效应、单因子效应和互作效应,以及边际产量和最佳施肥量,发现磷元素是影响甜瓜产量的重要因子。牛聪聪等(2019)利用尿素配合木霉菌剂对甜瓜进行联合施肥,发现施氮量减少50%能保证甜瓜果实的品质和产量。王小娟等(2019)研究不同钾水平下厚皮甜瓜生育后期氮磷钾吸收及利用特征,发现钾水平为9 mmol/L时,有利于氮磷钾养分吸收利用,实现经济效益最大化。沼液作为肥料,更偏向于在稻麦、蔬菜和瓜果等植物生长及产质量,土壤、大气及重金属污染等方面的影响研究(Serdjuk et al.,2018;Gao et al.,2019;何方伟等,2020)。贾亮亮等(2017)对番茄进行沼液追施和叶面喷施2个因素的裂区试验,发现适当的施用比例能实现番茄生长、增产和品质的改善。邵文奇等(2017)研究发现,在沼液总施用量600 t/ha(基肥∶追肥=1∶1)的条件下,可增加水稻总穗数,提高水稻产量,且籽粒中重金属含量未见增加。高旭(2019)采用养分平衡法通过沼液取代化肥,发现沼液组和化肥组甜瓜的根、茎、叶、果实干物质量和养分含量及携出量均无显著差异,证明沼液水肥一体化可完全取代化肥追施。【本研究切入点】关于沼液代替化肥的研究主要集中在水稻、玉米和果蔬等作物上(Serdjuk et al.,2018;孙小妹等,2019;周阳等,2020),而沼液减少或代替化肥运筹甜瓜的用量和方式相关研究报道较少,尤其在土壤微生物相互作用方面鲜见报道。【拟解决的关键问题】在甜瓜的基肥期和果实膨大期分别施用不同量沼液,研究沼液对甜瓜生长指标、果实品质及根系土壤微生物的影响,探索沼液代替化肥施用甜瓜最佳的运筹方式,为甜瓜生产的减肥减药提供理论依据。

1 材料与方法

1. 1 试验地概况

试验地位于淮安市淮阴区马头镇泗河村王玉强土地耕作服务合作社甜瓜种植基地温室,长110 m,宽6 m,种植行距1.2 m,株距0.8 m。该地区属温暖而较湿润气候,年日照时数1911.5 h,年平均气温15.6 ℃。供试土质为水稻茬口土壤,土壤基本理化性质见表1。

1. 2 试验材料

供试甜瓜品种为黄金蜜7920,由淮安市农业科学研究院蔬菜中心育苗,在2020年2月4日定植,4月25号开始采收,5月10日采收结束。供试沼液来自周边某规模化养猪场,经一级发酵池和二级发酵池发酵产生,基本理化性质见表1,其他肥料为复合型微生物肥料(N-P2O5-K2O≥5.0%)和硫酸钾型复合肥(水溶性K2O≥52%,粉末结晶状)。

1. 3 试验方法

1. 3. 1 试验设计 根据营养元素守恒,结合基地常规化肥施用量,初步估算沼液代替化肥施用量(高志奎和李明,2006)。试验设5个处理:对照(CK),化肥组,硫酸钾型复合肥600 kg/ha(基肥300 kg/ha,果实膨大肥300 kg/ha);T1处理,沼液总施用量100 t/ha(基肥50 t/ha,果实膨大肥50 t/ha);T2处理,沼液总施用量140 t/ha(基肥70 t/ha,果实膨大肥70 t/ha);T3处理,沼液总施用量180 t/ha(基肥90 t/ha,果实膨大肥90 t/ha);T4处理,沼液总施用量220 t/ha(基肥110 t/ha,果实膨大肥110 t/ha)。所有处理均配合施用复合型微生物肥料(7500 kg/ha),基肥于定植前7 d施用。每个试验小区面积19.2 m2(6.0 m×3.2 m),共计16株。每处理重复3次,完全随机排列,小区边用2行保护行隔开。试验植物样品采用等距取样法采集,土壤采集植物根际部位。小区其余田间管理按常规进行。

1. 3. 2 甜瓜植株农艺性状和生理指标测定 每个处理在伸蔓期、开花期及果实膨大期随机取6株测定生长和生理指标。株高用皮卷尺测定,茎粗用游标卡尺测定;病情指数采用农作物病害损失率估算方法测定(杨凌峰和易红娟,2014);叶绿素含量使用叶绿素SPAD 502测定仪测定;根、茎、叶和果实采用烘干法测定干物质质量。

1. 3. 3 甜瓜果实品质测定 在果实成熟期选取第3穗成熟果测定各项品质指标。可溶性总糖含量采用蒽酮法测定,可溶性固形物含量采用折光计测定,可滴定酸含量采用NaOH酸碱滴定法测定;硬度采用GY-1型硬度测定仪测定。

1. 3. 4 土壤总DNA提取 使用MoBio Power Soil? DNA Isolation Kit试剂盒提取样本总DNA,用1%琼脂糖凝胶电泳检测和分光光度法(260 nm/280 nm光密度比)进行质量检测,取获得的DNA样品检测后,于-80 ℃保存以备后续试验使用。

1. 3. 5 特异区域扩增及测序 微生物多样性检测选取细菌16S rDNA V3~V4区与真菌rDNA ITS2区,DNA样本送至南京集思慧远生物科技有限公司,细菌16S rDNA V3~V4扩增引物为338F(5'-ACTCCT ACGGGAGGCAGCA-3')和806R(5'-GGACTACHV GGGTWTCTAAT-3');真菌ITS rDNA ITS2扩增引物为ITS3F-(5'-GCATCGATGAAGAACGCAGC-3')和 ITS4R(5'-TCCTCCGCTTATTGATATGC-3')(Essel et al.,2018)。PCR反应体系(25 ?L):2×EasyTaq PCR Super Mix(Transgen Bio,Inc)10 ?L,正、反向引物各1 ?L,加入DNA总量10 ng,最后加ddH2O补足至25 ?L。扩增程序:94 ℃预变性5 min;94 ℃ 30 s,55 ℃ 30 s,72 ℃ 60 s,进行35个循环;72 ℃延伸8 min。利用Illumina Novaseq PE250高通量测序平台测序。

1. 4 统计分析

采用Excel 2017进行生物统计学分析,SPSS 20.0对试验组各项指标结果进行单因素方差分析(One-way ANOVA),使用最小显著差数法(LSD)分析各相关变量。

微生物群落分析中,下机数据经QIIME(v1.8.0)过滤、拼接和去除嵌合体,去除碱基质量分值低于20、碱基模糊、引物错配或测序长度小于150 bp的序列。根据Barcodes归类各处理组序列信息聚类为用于物种分类的操作分类单元(Operational taxonomic units,OTU),OTU相似性设置为97%。对比Silva数据库(细菌)或Unite数据库(真菌),得到每个OTU对应的物种分类信息(Segata et al.,2011),再利用QIIME(v1.8.0)进行阿尔法(Alpha多样性分析)(Caporaso et al.,2010)。利用统计学方法,观察样本在不同分类水平下的群落结构并利用R语言包可视化展现(Cole et al.,2009)。

2 结果与分析

2. 1 沼液代替化肥对甜瓜株高和茎粗的影响

由图1可知,株高方面,在甜瓜伸蔓期,T2和T3处理株高(分别为38.63和39.14 cm)显著高于T1和T4处理(P<0.05,下同),说明沼液在基肥70 t/ha时已满足甜瓜株高生长,早期少量或过量沼液反而抑制株高发育;在开花期,T3处理株高最高(65.49 cm),较CK高1.88 cm,但二者间无显著差异(P>0.05,下同);在果实膨大期,仅有T1处理的株高低于CK,其中T3处理株高最高(85.43 cm),较CK高4.67%。茎粗方面,仅有T1处理在果实膨大期与T3、T4处理和CK存在显著差异,而伸蔓期和开花期的各处理茎粗均无显著差异。因此,基肥期沼液用量在70~110 t/ha(T2~T4处理)时,甜瓜的株高和茎粗指标与化肥组(CK)施用效果相当。

2. 2 沼液代替化肥对甜瓜植株叶绿素合成和降低病害指数的促进作用

由图2-A可知,随着沼液施用量的增加,甜瓜植株叶绿素SPAD值逐渐提高,T2~T4处理的叶绿素含量显著高于CK,其中T4处理的叶绿素SPAD值为86.61,较CK提高23.11%,说明沼液在基肥70 t/ha时已能够有效促进甜瓜植株叶绿素合成。高施用量的沼液能显著降低甜瓜植株的病害指数,T3和T4处理的病害指数均为14.06,而T1处理植株的病害指数显著高于CK(图2-B),说明低施用量的沼液反而更容易引起甜瓜植物病害。

2. 3 沼液代替化肥对甜瓜各器官干物质积累的影响

由图3可知,不同处理对甜瓜各器官干物质积累量影响有所不同,果实的干物质积累量占比最大,其次为叶、茎及根。T3处理各器官干物质积累量最高(240.66 g),分别较CK和T1处理提高3.81%和32.04%,且与T1、T2和T4处理存在顯著差异,其果实的干物质积累量也最高,为149.46 g。T4处理高施用量反而抑制果实的生长发育,果实干物质量积累为128.58 g,较CK降低10.20%。因此,过低或过高的沼液施用量均不利于甜瓜器官干物质的积累,尤其对果实干物质影响更显著。

2. 4 沼液代替化肥对甜瓜果实品质的提升作用

从表2可看出,沼液施用量越高,甜瓜果实的可溶性总糖、可溶性固形物含量、糖酸比及硬度越高,其中T4处理的果实可溶性总糖、可溶性固形物含量和糖酸比分别较CK显著提高8.73%、14.50%和18.61%;沼液处理组的果实可滴定酸含量均低于CK。表明沼液能提升甜瓜的果实品质。

2. 5 沼液代替化肥对土壤根际细菌和真菌群落结构的影响

通过高通量测序后,在细菌门中共获得20个确定类群和未确定类群,其中主要确定的细菌门有变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、绿弯菌门(Chloroflexi)、放线菌门(Actinobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、浮霉菌门(Planctomycetes)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、厚壁菌门(Firmicutes)、异常球菌—栖热菌门(Deinococcus-Thermus)、疣微菌门(Verrucomicrobia)和装甲菌门(Armatimonadetes)等。其中变形菌门的相对丰度最高,为43.72%~46.44%,随着沼液施用量的增加,施用沼液处理的土壤变形菌门相对丰度不断下降,均低于CK。T3处理土壤的放线菌门、Rokubacteria、硝化螺旋菌门(Nitrospirae)、拟杆菌门、BRC1和Cyanobacteria的相对丰度均最高,分别为10.08%、0.38%、0.31%、0.21%、0.19%和0.17%,且Rokubacteria的相对丰度是CK的2.26倍,而芽单胞菌门和厚壁菌门相对丰度最低,分别为2.92%和2.23%(图4-A)。

在真菌门中共获得8个确定类群和未确定类群,其中确定的真菌门分别是子囊菌门(Ascomycota)、担子菌门(Basidiomycota)、被孢霉门(Mortierellomycota)、罗兹菌门(Rozellomycota)、壶菌门(Chytridiomycota)、毛霉门(Mucoromycota)、球囊菌门(Glomeromycota)和油壶菌门(Olpidiomycota)。T3和T4处理土壤的子囊菌门均高于CK,且T3处理的相对丰度最高(81.19%),较CK提高21.58%;T3和T4处理的担子菌门和被孢霉门相对丰度明显低于CK及T1和T2处理,说明高施用量的沼液促进子囊菌门发育,抑制担子菌门和被孢霉门的发育。T2和T3处理的罗兹菌门相对丰度明显低于CK及T1和T4处理,且T2处理的罗兹菌门相对丰度仅为0.004%。T2、T3和T4处理的球囊菌门和油壶菌门相对丰度均为0(图4-B)。

2. 6 土壤根际细菌和真菌群落的Alpha多样性

Chao1指数反映样品群落物种的丰富度,Shannon指数则反映群落物种的多样性。结果(表3)显示,在细菌方面,T3处理土壤的Chao1指数和Shannon指数均最高,分别较CK提高7.61%和3.10%,说明T3处理能有效提高样品群落的丰富度,增加群落物种的多样性;在真菌方面,CK土壤的Chao1指数最高,T2处理土壤的Chao1指数最低,而T3处理土壤的Shannon指数最低,说明低施用量的沼液降低真菌的丰富度和多样性。

3 讨论

3. 1 沼液代替化肥对甜瓜植株生长发育的影响

适宜的沼液养分浓度及用量能促进植物的生长发育,提高果实的生长品质,不适宜浓度及用量反而抑制作物的生长发育,沼液中的氨气、酚类、硫化氢和较高的化学需氧量(COD)等均可能使植物根系缺氧死亡、植株生长发育迟缓等(Gao et al.,2019)。本研究中,沼液在甜瓜不同生长周期对其株高和茎粗均有不同影响,与化肥组相比,在伸蔓期较低或较高浓度沼液均抑制植株的生长,在沼液基肥用量90 t/ha条件下,株高最高为39.14 cm,而沼液基肥用量为90和110 t/ha时的茎粗最高;在果实膨大期,较高浓度的沼液并不能持续促进植株生长,在沼液总施用量为220 t/ha时,株高为84.11 cm,较T3处理低1.32 cm,与苗硕成等(2015)的研究结果相似,两者沼液中全氮含量接近。吴治国等(2015)研究发现,与传统化肥组相比,在沼液作为底肥(52.5 t/ha),灌根2次(0.25 kg/根·次)的处理条件下,能增加甜瓜子蔓长度、直径、叶面积及叶绿素含量,并提高单瓜重和单株瓜重,含糖量也增加2.9%。高旭(2019)根据养分平衡法设计不同施氮量的化肥组和沼液组进行甜瓜产量与品质比较,沼液代替组和沼液减量组的可溶性总糖含量、可溶性固形物含量及糖酸比较常规化肥组显著提高,但单果质量和产量无显著差异。本研究结果与上述前人研究结果存在部分差异,本研究中,较低浓度沼液处理的可溶性总糖含量最低(7.31%),显著低于CK,而CK的可滴定酸含量最高(0.12%),存在差异的原因可能与甜瓜品种、种植管理方式、沼液营养成分及土壤性质等存在一定的关系。在疾病防治上,沼液较高施用量能明显降低植物病害指数,Cao等(2016)在西瓜上施用沼液,发现其对枯萎病有显著抑制作用,病害指数较空白处理组降低36.4%,本研究结果与其具有一致性,T3和T4处理的甜瓜病害指数最低,均为14.06,进一步说明高浓度的沼液能有效抑制甜瓜的常见疾病。而在施用方式方面,何梅等(2018)通过叶面喷施75%的沼液处理,能提高甜瓜叶片的叶绿素含量、果实品质及产量,进一步说明沼液对甜瓜生长具有促进改善作用。

3. 2 沼液代替化肥对土壤微生物群落结构和多样性的调控

土壤微生物丰富性和多样性是表现土壤质量变化的敏感指标,相关研究表明土壤微生物参与了90%左右的土壤反应过程(O'Donnell et al.,2002)。通过施用生物肥料能明显调控植物根系土壤的细菌群落,如增加有益菌变形菌门、拟杆菌门、芽单胞菌门和厚壁菌门的丰富度,但对细菌的多样性无显著影响(Wang et al.,2019)。本研究中,各处理对甜瓜土壤细菌相对丰度影响较小,在相对丰度≥5.00%的菌门中,变形菌门的相对丰度最高,包括常见的大肠杆菌、沙门氏菌、假单胞菌、弯曲菌属和幽门螺杆菌等,也有自由生活的种群,如根瘤菌属等可固氮的细菌,从而能适应各种复杂的土壤环境(Yu et al.,2018)。变形菌门在不同处理下相对丰度为43.72%~46.44%,以CK的相对丰度最高,且CK在植株不同生长阶段株高、茎粗及各器官干物质积累量均与T3处理无显著差异,也进一步说明T3处理代替化肥的施用效果,能较好地促进甜瓜生长发育,且不影响甜瓜的产量。拟杆菌门的相对丰度仅次于变形菌门,在一定程度上(除T1处理外)随着沼液施用量的增加,其相对丰度不断增加,T4处理的相对丰度最高(14.83%),而其Shannon指数最低,进一步说明细菌多样性与丰度的反相关关系(卞方圆等,2018)。绿弯菌门能在绿体微囊中通过光合作用产生大量的能量,在其他植物根际土壤中发现较少,本研究中沼液总施用量≥140 t/ha时,随着沼液用量的增加,叶绿素含量不断增加;Chen等(2020)通过连续6年对水稻施用沼液后,发现绿弯菌门、变形菌门及酸杆菌门是优势菌门,进一步提出了利用沼液代替化肥可改善土壤质量、提高土壤肥力和平衡养分的观点。放线菌门作为广泛分布于土壤中的腐生菌种类,具有结构丰富、生理活性多样等特点,还能产生胞外酶和次生代谢产物,在维持稳态系统中具有重要的地位(Singh and Dubey,2018)。本研究中,隨着沼液施用量的增加,放线菌门相对丰度不断增加,但T4处理的相对丰度有所下降,说明与化肥组相比,沼液施用能增加放线菌门的相对丰度,但较高施用量反而抑制放线菌门的生长,与Xu等(2019)在水稻—油菜轮作模式下运筹沼液发现沼液BS组与常规化学肥料组相比,BS组放线菌的相对丰度反而降低27.7%的结论存在差异,有待进一步研究。以嗜酸为特征的酸杆菌门,在土壤中能保持土壤适宜的酸碱度,是土壤中主要的菌群之一。酸杆菌门在T1处理的相对丰度与CK相近,并随着沼液施用量的增加,相对丰度减少,说明较低施用量不能避免土壤的酸化,而较高施用量沼液抑制酸杆菌门的生长发育,从而减少土壤酸化,与朱荣玮(2019)、Tang等(2019)在沿海地区杨树林和稻麦农田灌溉沼液导致pH变化的研究结果存在异同。同时,沼液中的腐殖酸和纤维素等,通过改善土壤结构和增加有机质从而进一步促进微生物Alpha多样性(Xu et al.,2013)。

真菌作为土壤中数量仅次于细菌的微生物,既有益生菌,又有致病菌。本研究中,不同处理对真菌相对丰度影响差异明显。子囊菌门在各试验处理中的占比最大,且T3处理最高,也说明了真菌在土传病防控、有机物和腐殖质的形成与分解、氨化和硝化作用等的促进效果。但较高浓度的沼液均抑制担子菌门和被孢霉门的生长,与杨子峰等(2017)利用沼液运筹西兰花耕作土壤引起主要真菌减少55.03%的效果具有高度一致性,也进一步解释了在T3和T4处理条件下病害指数下降的原因。

4 结论

沼液施用能改善甜瓜生长条件,在运筹用量基肥90 t/ha、果实膨大肥90 t/ha的条件下,能促进植株生长和干物质积累,提升果实品质,并提高土壤放线菌门等细菌的相对丰度及Chao1指数和Shannon指数,同时提高真菌中子囊菌门的相对丰度,降低真菌的Chao1指数和Shannon指数,可在甜瓜实际生产中推广施用。

参考文献:

卞方圆,钟哲科,张小平,杨传宝,苏文会. 2018. 毛竹和伴矿景天对重金属污染土壤的修复作用和对微生物群落的影响[J]. 林业科学,54(8):106-116. [Bian F Y,Zhong Z K,Zhang X P,Yang C B,Su W H. 2018. Remediation of heavy metal contaminated soil by Moso bamboo(Phyllostachys edulis) intercropping with Sedum plumbizinci-cola and the impact on microbial community structure[J]. Scientia Silvae Sinicae,54(8):106-116.] doi:10.11707/j.1001-7488.20180812.

高旭. 2019. 沼液水肥一体化替代化肥施用对温室作物和土壤性质的效应[D]. 杨凌:西北农林科技大学. [Gao X. 2019. Effects of integrated application of biogas slurry water and fertilizer instead of chemical fertilizer on greenhouse crops and soil properties[D]. Yangling:Northwest A & F University.]

高志奎,李明. 2006. 蔬菜栽培学各论[M]. 北京:中国农业科学技术出版社. [Gao Z K,Li M. 2006. Vegetable cultivation[M]. Beijing:China Agricultural Science and Technology Press.]

何方伟,崔宏浩,王文华,朱青,陈正刚,张钦,张爱华,姚单君,况胜剑,杨俐苹,杨秀海. 2020. 酒糟沼液与化肥配施对白菜产量、品质和氮肥利用效率的影响[J]. 河南农业科学,49(7):93-100. [He F W,Cui H H,Wang W H,Zhu Q,Chen Z G,Zhang Q,Zhang A H,Yao D J,Kuang S J,Yang L P,Yang X H. 2020. Effects of vinasse biogas slurry combined with chemical fertilizer on yield,quality and nitrogen utilization of Chinese cabbage[J]. Journal of Henan Agricultural Sciences,49(7):93-100.] doi:10.15933/j.cnki.1004-3268.2020.07.013.

何梅,江铮,许建,宋兵伟,陈远良. 2018. 沼液叶面喷施对设施甜瓜产量和植株生理的影响[J]. 中国农学通报,34(11):24-28. [He M,Jiang Z,Xu J,Song B W,Chen Y L. 2018. Effect of biogas slurry spraying on yield and plant physiology of greenhouse melon[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin,34(11):24-28.]

淮安市统计局,国家统计局淮安调查队. 2019. 淮安统计年鉴[M]. 北京:中国统计出版社. [Huaian Municipal Bureau of Statistics,Huaian Investigation Team of National Bureau of Statistics. 2019. Huaian statistical yearbook[M]. Beijing:China Statistics Press.]

黃昌勇,徐建明. 2010. 土壤学[M]. 第3版. 北京:中国农业出版社. [Huang C Y,Xu J M. 2010. Pedology[M]. The 3rd Edition. Beijing:China Agriculture Press.]

黄庆,孙映波,谢汝升,马曼庄,张壮塔. 2000. 不同氮素水平对厚皮甜瓜品质和产量的影响[J]. 广东农业科学,(3):34-35. [Huang Q,Sun Y B,Xie R S,Ma M Z,Zhang Z T. 2000. Effects of different nitrogen levels on quality and yield of muskmelon[J]. Guangdong Agricultural Scien-ces,(3):34-35.] doi:10.3969/j.issn.1004-874X.2000.03. 015.

贾亮亮,赵京奇,杨晨璐,刘兰清,陈建伟,杨改河,任广鑫. 2017. 追施沼肥对番茄生长、产量和品质的影响[J]. 西北农业学报,26(6):897-905. [Jia L L,Zhao J Q,Yang C L,Liu L Q,Chen J W,Yang G H,Ren G X. 2017. Effects of topdressing biogas fertilizer growth,yield and quality of tomato[J]. Acta Agriculturae Boreali-Occidentalis Sinica,26(6):897-905.] doi:10.7606/j.issn.1004-1389.2017.06.013.

柯用春,曹明,杨小锋,黄植,宋利强,刘莹. 2015. 喷施不同浓度有机硅肥对热带地区甜瓜产量和品质的影响[J]. 南方农业学报,46(1):53-57. [Ke Y C,Cao M,Yang X F,Huang Z,Song L Q,Liu Y. 2015. Effects of spraying different concentrations of organic silicon fertilizer on yield and quality of tropical melon[J]. Journal of Southern Agriculture,46(1):53-57.] doi:10.3969/j:issn.2095-1191. 2015.1.53.

李立昆,李玉红,司立征,程智慧,陈明月. 2010. 不同施氮水平对厚皮甜瓜生长发育和产量品质的影响[J]. 西北农业学报,19(3):150-153. [Li L K,Li Y H,Si L Z,Cheng Z H,Chen M Y. 2010. Effects of different nitrogen levels on growth and development,yield and quality of muskmelon[J]. Acta Agriculturae Boreali-Occidentalis Sinica,19(3):150-153.] doi:10.7606/j.issn.1004-1389.2010.03. 032.

刘金山,戴健,刘洋,郭雄,王朝辉. 2015. 过量施氮对旱地土壤碳、氮及供氮能力的影响[J]. 植物营养与肥料学报,21(1):112-120. [Liu J S,Dai J,Liu Y,Guo X,Wang C H. 2015. Effects of excessive nitrogen fertilization on soil organic carbon and nitrogen and nitrogen supply capacity in dryland[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers,21(1):112-120.] doi:10.11674/zwyf.2015.0112.

苗硕成,李英民,葛长城,刘兆勇,吕云鹏. 2015. 沼渣沼液在甜瓜生产中的基施试验[J]. 安徽农学通报,(19):57-58. [Miao S C,Li Y M,Ge C C,Liu Z Y,Lü Y P. 2015. Application of biogas residue and biogas slurry in muskme-lon production[J]. Anhui Agricultural Science Bulletin,(19):57-58.] doi: 10.3969/j.issn.1007-7731.2015.19.023.

牛聰聪,耿国明,于雷,解群杰,廖晶晶,齐红岩. 2019. 尿素配施木霉菌剂提高甜瓜产量、品质及土壤微生物功能多样性[J]. 植物营养与肥料学报,25(4):620-629. [Niu C C,Geng G M,Yu L,Xie Q J,Liao J J,Qi H Y. 2019. Reducing fertilizer input combined with application of tri-choderma to increase yield, quality of melon and soil microbial functional diversity[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers,25(4):620-629.] doi:10.11674/zwyf. 18137.

邵文奇,纪力,孙春梅,姜晓剑,文廷刚,唐金陵,章安康. 2017. 不同沼液施用量对水稻生长、产量及重金属含量的影响[J]. 浙江农业学报,29(12):1963-1969. [Shao W Q,Ji L,Sun C M,Jiang X J,Wen T G,Tang J L,Zhang A K. 2017. Effects of application rate of biogas slurry on rice growth,grain yield and heavy metals content of rice[J]. Acta Agriculturae Zhejiangensis,29(12):1963-1969.] doi:10.3969/j.issn.1004-1524.2017.12.02.

孙小妹,陈思瑾,李翊华,高海宁,李金霞,陈年来. 2019. 叶面喷施沼液对玉米叶片光合特性及产量的影响[J]. 甘肃农业大学学报,54(5):60-67. [Sun X M,Chen S J,Li Y H,Gao H N,Li J X,Chen N L. 2019. Effects of biogas slurry spraying on leaf photosynthetic characteristics of maize[J]. Journal of Gansu Agricultural University,54(5):60-67.] doi:10.13432/j.cnki.jgsau.2019.05.008.

王小娟,陈健晓,伍壮生,李雪峤,张文,吴月燕,廖道龙,高芳华. 2019. 不同钾水平下厚皮甜瓜生育后期氮磷钾吸收及利用特征[J]. 热带作物学报,40(6):1046-1054. [Wang X J,Chen J X,Wu Z S,Li X Q,Zhang W,Wu Y Y,Liao D L,Gao F H. 2019. The characteristics of nitrogen,phosphorus and potassium uptake and utilization at different potassium levels at late growth stages of muskmelon[J]. Chinese Journal of Tropical Crops,40(6):1046-1054.] doi:10.3969/j.issn.1000-2561.2019.06.002.

吴治国,金龙,汪国锋. 2015. 沼液肥对大棚薄皮甜瓜产量品质的影响[J]. 中国园艺文摘,(10):38-40. [Wu Z G,Jin L,Wang G F. 2015. Effect of biogas slurry fertilizer on yield and quality of muskmelon in greenhouse[J]. Chinese Horticulture Abstracts,(10):38-40.] doi:10.3969/j.issn. 1672-0873.2015.10.012.

杨凌峰,易红娟. 2014. 农作物病害损失率估算方法探讨[J]. 植物保护,40(3):127-129. [Yang L F,Yi H J. 2014. Discussion on estimation method of crop disease loss rate[J]. Plant Protection,40(3):127-129.] doi:10.3969/j.issn. 0529-1542.2014.03.022.

杨子峰,陈伟强,王伟,李婉怡,何贤彪,杨祥田. 2017. 沼液施用对西兰花耕作土壤微生物特性的影响[J]. 中国农学通报,33(29):112-115. [Yang Z F,Chen W Q,Wang W,Li W Y,He X B,Yang X T. 2017. Effects of biogas slu-rry on soil microbial characteristics of broccoli[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin,33(29):112-115.]

叶林,李建设,张光弟,高艳明. 2015. 氮磷钾耦合效应对日光温室厚皮甜瓜产量的影响[J]. 北方园艺,(6):50-54. [Ye L,Li J S,Zhang G D,Gao Y M. 2015. Effect of nitrogen phosphorus potassium coupling on the yield of muskme-lon in solar greenhouse[J]. Northern Horticulture,(6):50-54.] doi:10.11937/bfyy.201506014.

周阳,黄旭,赵海燕,郑青松,吴田乡,梁永红,刘清秀,罗朝晖,管永祥. 2020. 麦秸秆和沼液配施对水稻苗期生长和土壤微生物的调控[J]. 土壤学报,57(2):479-489. [Zhou Y,Huang X,Zhao H Y,Zheng Q S,Wu T X,Liang Y H,Liu Q X,Luo Z H,Guan Y X. 2020. Regulation of wheat straw and biogas slurry application on rice seedling growth and soil microorganism[J]. Acta Pedologica Sinica,57(2):479-489.] doi:10.11766/trxb20190 5060077.

朱榮玮. 2019. 施用沼液和生物炭对土壤团聚体有机碳及其微生物多样性的影响[D]. 南京:南京林业大学. [Zhu R W. 2019. Effects of biogas slurry and biochar on soil aggregate organic carbon and microbial diversity[D]. Nanjing:Nanjing Forestry University.]

Cao Y,Wang J D,Wu H S,Yan S H,Guo D J,Wang G F,Ma Y. 2016. Soil chemical and microbial responses to biogas slurry amendment and its effect on Fusarium wilt suppression[J]. Applied Soil Ecology,107:116-123. doi:10.1016/j.apsoil.2016.05.010.

Caporaso J,Kuczynski J,Stombaugh J,Bittinger K,Bushmanl F D. 2010. QIIME allows integration and analysis of high-throughput community sequencing data[J]. Nature Me-thods,7:335-336. doi:10.1038/nmeth.f.303.

Chen Z M,Wang Q,Ma J W,Chapman S,Zou P,Ye J,Yu Q G,Sun W C,Lin H,Jiang L N. 2020. Soil microbial activity and community composition as influenced by application of pig biogas slurry in paddy field in southeast China[J]. Paddy and Water Environment,18(1):15-25. doi:10.1007/s10333-019-00761-y.

Cole J R,Wang Q,Cardenas E,Fish J,Chai B,Farris R J,Kulam-Syed-Mohideen A S,McGarrell D M,Marsh T,Garrity G M,Tiedje J M. 2009. The ribosomal database project:Improved alignments and new tools for rRNA analysis[J]. Nucleic Acids Research,37:D141-D145. doi:10.1093/nar/gkn879.

Essel E,Li L L,Deng C C,Xie J H,Zhang R Z,Luo Z Z,Cai L Q. 2018. Evaluation of bacterial and fungal diversity in a long-term spring wheat-field pea rotation field under different tillage practices[J]. Canadian Journal of Soil Science,98(4):619-637. doi:10.1139/CJSS-2017-0155.

Gao M X,Wang D M,Wang Y H,Wang X J,Feng Y Z. 2019. Opportunities and challenges for biogas development:A review in 2013-2018[J]. Current Pollution Reports,5(1):25-35. doi:10.1007/s40726-019-00106-7.

Lü W L,Wu J,Gou S Z,Yang G,Wang L,Chen J. 2011. The research of biogas slurry on yield and safety[J]. Applied Mechanics & Materials,(71-78):3142-3146. doi:10.4028/ www.scientific.net/AMM.71-78.3142.

O'Donnell A G,Seasman M,Macrae A,Waite I,Davies J T. 2002. Plants and fertilisers as drivers of change in microbial community structure and function in soils[J]. Plant and Soil,232(1):135-145. doi:10.1023/A:1010394221 729.

Segata N,Izard J,Waldron L,Gevers D,Miropolsky L,Garrett W S,Huttenhower C. 2011. Metagenomic biomarker discovery and explanation[J]. Genome Biology,12(6):R60. doi:10.1186/gb-2011-12-6-r60.

Serdjuk M,Bodmer U,Hülsbergen K J. 2018. Integration of biogas production into organic arable farming systems: Crop yield response and economic effects[J]. Organic Agri-culture,8(4):301-314. doi:10.1007/s13165-017-0196-4.

Singh R,Dubey A K. 2018. Diversity and applications of endophytic actinobacteria of plants in special and other ecological niches[J]. Frontiers in Microbiology,9:1767. doi: 10.3389/fmicb.2018.01767.

Tang Y F,Wen G L,Li P P,Cheng D,Han J G. 2019. Effects of biogas slurry application on crop production and soil properties in a rice-wheat rotation on coastal reclaimed farmland[J]. Water,Air & Soil Pollution,230(3):1-13. doi:10.1007/s11270-019-4102-4.

Wang M,Li S S,Chen S B,Meng N,Li X Y,Zheng H,Zhao C M,Wang D. 2019. Manipulation of the rhizosphere bacterial community by biofertilizers is associated with mitigation of cadmium phytotoxicity[J]. Science of the Total Environment,649:413-421. doi:10.1016/j.scitotenv. 2018.08.174.

Xu C M,Tian Y,Sun Y X,Dong L M. 2013. Effects of biogas slurry irrigation on growth,photosynthesis,and nutrient status of Perilla frutescens seedlings[J]. Communications in Soil Science and Plant Analysis,44(22):3381-3390. doi:10.1080/00103624.2013.847447.

Xu M,Xian Y,Wu J,Gu Y F,Yang G,Zhang X H,Peng H,Yu X Y,Xiao Y L,Li L. 2019. Effect of biogas slurry addition on soil properties,yields,and bacterial composition in the rice-rape rotation ecosystem over 3 years[J]. Journal of Soils and Sediments,19(5):2534-2542. doi:10. 1007/s11368-019-02258-x.

Yu D L,Wen Z G,Li X M,Song X J,Wu H J,Yang P L,Lin W X. 2018. Effects of straw return on bacterial communities in a wheat-maize rotation system in the North China Plain[J]. PLoS One,13(6):e0198087. doi:10.1371/journal.pone.0198087.

(責任编辑 罗 丽)

猜你喜欢

土壤微生物沼液甜瓜
沼肥在种植业上的综合利用技术
基于PCR—DGGE的间作油茶林土壤细菌多样性
基于PCR—DGGE的间作油茶林土壤细菌多样性
我喜欢吃甜瓜
沼液喂猪有讲究
沼液在蔬菜上的应用及其注意事项
甜瓜有多重