不同土壤调理剂配施对连作压砂田土壤质量及西瓜品质的影响

郭君钰 李停锋 李雯 顾欣 杨娜 李仁英 摆小蓉 张卫平

摘要：针对我国西北地区连作压砂田土壤质量和西瓜品质下降的问题，探索不同土壤调理剂配施对其改良和提升的效果。结果表明，与单施有机肥相比，有机肥分别与矿物类调理剂、复合菌剂配施以及三者复配，均可显著改善连作压砂田的土壤质量，其中有机肥2.25吨/公顷配施矿物类调理剂0.3吨/公顷和复合菌剂为最佳处理，土壤质量综合得分最高，果实中的维生素C、可溶性固形物含量分别提高65.39%和24.81%，有利于西瓜品质提升。

关键词：土壤调理剂；土壤改良；西瓜；品质

压砂田是我国西北干旱地区农民长期种植实践形成的特殊耕作方式，具有增温、蓄水、保墒、抗旱和抗风蚀作用。由于农业生产面临耕地有限、农业集约化和施肥不合理等问题的制约，连作障碍现象在西北经济作物种植上呈现日益严重的趋势。西瓜是压砂田栽培的主要经济作物。然而，长期单一连续种植西瓜或甜瓜等作物，造成土壤养分不均衡，物理、化学和生物学性状恶化，如土壤酶活性和微生物数量降低等，表现为土壤质量下降，果实品质不佳，严重制约了相关产业的良性发展。因此，改善土壤质量，提高作物品质，成为解决西北地区压砂田可持续利用的关键问题。

不同的土壤调理剂对土壤的改良效果存在差异。以农业废弃物为原料、富含有机质的有机肥是目前应用最为广泛的一类土壤调理剂，通常作为田间生产的底肥，对酸性、碱性和多类型土壤都具有改良、培肥效果。功能性复合菌剂是近年来研究和应用的热点。在土壤改良中應用复合菌剂，可提高土壤生物学活性，增加土壤酶活性，优化土壤微生物区系，使根际微生态环境更有利于作物的生长与健康。目前，关于复合菌剂与矿物类调理剂结合施用对压砂田土壤改良的研究较少。压砂田被砂石覆盖，翻地、整地受到限制。当地农民的耕作习惯多以有机肥或农家肥为底肥，一次性施用，以减少劳动消耗。但是，其他土壤调理剂如矿物类调理剂、菌剂及其与有机肥配施等对连作压砂田土壤改良、对西瓜品质影响方面的研究还有待进一步开展。本研究拟通过田间试验，设置有机肥、矿物类调理剂和复合菌剂不同配施的处理，探明不同施用方案对土壤物理性质、化学性质、生物学性质和西瓜品质的影响，旨在为西北地区压砂田土壤改良、提高西瓜品质提供理论依据和技术方案。

1.1 试验地选择

试验地位于宁夏回族自治区中卫市红圈村，连续压砂种植西瓜10年。土壤理化性质如表1。

1.2 试验材料

供试西瓜品种：荣耀。

土壤调理剂及其来源：商品有机肥购自银川农资市场，有机质含量≥38%，养分含量（氮/磷/钾）≥15%。复合菌剂和矿物类调理剂由宁夏大学农业微生物学实验室提供。菌剂浓度为3×106CFU/毫升，含芽孢杆菌和木霉菌。矿物类调理剂，养分含量分别为速效钾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，不含有机质。

1.3 试验设计

试验田面积941平方米，种植瓜苗420株，株距1.40米。移栽前，以有机肥为底肥，一次性机械条施，深度为耕作层，再穴施矿物类调理剂。复合菌剂为瓜苗沾根和随水灌根。灌根时间为伸蔓期、开花期及膨瓜期。试验设置5个处理，每处理28株，每处理3个重复，具体方案见表2（其中菌剂用量为单次灌根用量）。其他田间管理措施与当地保持一致。

1.4 样品采集与测定

土壤样品采集与测定：在底肥施用前、西瓜成熟收获后分别采集0～20厘米土壤样品。土壤容重和田间持水量、孔隙度、含水率采用环刀法和烘干法；土壤pH值采用酸度计法，全盐采用电导率仪检测，有机质用重铬酸钾-硫酸亚铁滴定法，碱解氮用碱解扩散法；有效磷用硫酸钼锑抗比色法测定，速效钾用火焰光度计法，全氮用凯氏定氮法，全磷采用HClO4-H2SO4钼锑抗比色法。土壤蔗糖酶活性用3，5-二硝基水杨酸比色法，过氧化氢酶活性用高锰酸钾滴定法，脲酶活性用苯酚-次氯酸钠比色法，碱性磷酸酶活性用磷酸苯二钠比色法。土壤微生物数量采用稀释平板法分离计数。

西瓜样品的采集与品质测定：每个处理随机采3个成熟西瓜果实，用于测定品质。检测方法：硝酸盐采用水杨酸法；有机酸采用氢氧化钠滴定法；可溶性固形物采用手持式糖度计测定；总维生素C采用2，4-二硝基比色法。

1.5 数据处理与统计分析

试验数据以Excel？2016软件整理、制作图表，用SPSS？21.0软件进行统计和主成分分析。

2.1 不同处理对压砂田土壤物理性质的影响

由图1可知，与单施有机肥相比，单施复合菌剂（T1）处理对土壤含水量、田间持水量无显著影响，但是，可以使土壤容重显著下降，使土壤孔隙度显著增加。随着矿物类调理剂施用量的增加，土壤含水量、田间持水量、孔隙度有不同程度的提高，而土壤容重则呈下降趋势。其中，T3处理的土壤含水量较CK、T1、T2、T4增幅范围为8.03%～39.56%，田间持水量增幅范围为6.64%～85.07%，土壤孔隙度增幅范围为2.01%～9.26%，土壤容重降幅分别为8.98%、3.35%、1.06%、2.09%。

2.2 不同处理对压砂田土壤化学性质的影响

由图2可知，与CK比较，单施菌剂处理对土壤pH值和养分含量均无显著影响。施用不同用量的矿物类调理剂，再配施菌剂，速效磷、碱解氮、速效钾、全氮和有机质的含量不同程度地升高，而pH值则显著降低。其中，T3处理使试验区碱性土壤pH值显著降低，较CK、T1、T2、T4降低的范围为0.60%～2.46%。T3处理的速效磷含量较CK、T1、T2、T4增幅范围为2.31%～72.93%，碱解氮增幅范围为3.29%～29.31%，全氮增幅范围为6.49%～54.72%，速效钾增幅范围为7.91%～36.60%，有机质增幅范围为5.69%～53.89%。

2.3 不同处理对压砂田土壤酶活性的影响

由表3可知，与单施有机肥CK比较，T1单施菌剂处理对土壤酶活性无显著影响。将矿物类调理剂、菌剂与有机肥配施能够不同程度地提高土壤酶活性。在过氧化氢酶活性上，T2、T3和T4显著高于CK和T1，其中T3和T4处于最高的水平。施用不同量的矿物类调理剂，使土壤碱性磷酸酶和脲酶活性均显著增加，但是不同用量的处理之间无显著差异。蔗糖酶活性上，施用矿物类调理剂使其显著高于CK和T1，其中T3处理的酶活最高，较较CK、T1、T2、T4增幅范围为3.57%～12.35%。

2.4 不同处理对压砂田土壤微生物区系的影响

由表4可知，矿质类调理剂和复合菌剂与有机肥配施，对土壤微生物区系有不同的影响。在细菌数量上，菌剂和矿质类调理剂的施用均使其较CK有所提高，而T3处于最高水平，其次是T4处理，分别较CK显著增加了236.57%和171.28%，二者无显著差异。在放线菌数量上，菌剂施用对其无显著影响，而T3和T4的放线菌数量显著高于其他处理，其中T3最高，较CK增加了38.10%。在真菌数量上，T3处理处于最高水平，较CK增加了72.36%。

2.5 不同处理对压砂西瓜品质的影响

西瓜成熟果实的硝酸盐、维生素C、可溶性固形物、有机酸的含量如表5所示，施用土壤调理剂和菌剂可以降低果实硝酸盐和有机酸的含量，提高维生素C和可溶性固形物含量。其中，T3处理的硝酸盐含量较CK、T1、T2、T4降幅范围为8.46%～29.38%，有机质含量降幅范围为13.48%～40.76%，维生素C含量增幅范围为1.85%～65.39%，可溶性固形物含量增幅范围为0.69%～24.81%。

2.6 综合评价

土壤是错综复杂的综合体。为了更明确地对不同用量矿物类调理剂和复合菌剂配施下的土壤综合质量进行评价，对所测的17个土壤指标进行主成分分析。提取两个主成分，如表6，其累积贡献率为93.92%。其中，第一主成分贡献率最大，为86.15%，且二者特征值都大于1。

在主成分得分系数的基础上构建17个指标与每一主成分的得分函数关系式，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。

将标准化数据分别代入以上公式，可以得出17项指标在2个主成分上的得分，基于每一主成分的得分，计算每一个主成分的權重Wn（0.9173，0.0827），得出综合得分模型：F=0.9173F1+0.0827F2，最终获得各处理综合得分，如表8所示。T3和T4的F值排名前二，分别为1.0000和0.8375，其次是T2、T1和CK。？

本试验施用矿物类调理剂和复合菌剂可以提高土壤含水量、田间持水量和孔隙度，降低土壤容重，同时有效提高土壤速效磷、碱解氮、全氮、速效钾、有机质含量。将矿物类调理剂、复合菌剂与有机肥配施，既改善了土壤的物理性质，又因矿物类调理剂本身含有营养元素，复合菌剂中的功能微生物促进土壤中营养物质的矿化和活化，从而显著提高土壤肥力。矿物类调理剂、复合菌剂与有机肥配施能提高土壤过氧化氢酶、碱性磷酸酶、脲酶、蔗糖酶的活性。施用不同用量的矿质类调理剂，与复合菌剂及有机肥配施能不同程度的提高土壤细菌、放线菌和真菌的数量，有利于土壤微生物区系的优化和生物活性的提高。不同用量的矿物类调理剂与复合菌剂和有机肥配施，能不同程度地降低西瓜果实硝酸盐和有机酸的含量，提高维生素C和可溶性固形物含量。基于主成分分析和隶属函数分析对试验各处理进行综合评价，最终可获知T3处理为最佳处理。

综上所述，有机肥、矿物类调理剂与复合菌剂配施，可以有效改善土壤理化性质，提高土壤综合肥力、酶活性和微生物数量，促进西瓜果实品质更佳。最佳处理为，有机肥2.25吨/公顷为底物，配施土壤调理剂0.3吨/公顷和复合菌剂。

基金项目：国家自然科学基金项目（41761054），宁夏重点研发计划项目（2018BBF020042018BBF02019，2018NCZD0083），农业高质量发展和生态保护科技创新示范项目（NGSB-2021-10-01）。

作者简介：郭君钰（1994-），男，硕士在读。从事农业微生物资源与环境研究。

*通讯作者：顾欣（1973-），女，教授，硕士。从事农业微生物资源与环境研究。