馬 陽，張立宏，張 培，蘇美榮，劉淑橋，劉勝藍，李旭光*

（1．河北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，河北 保定 071000；2．石家莊市鹿泉區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，河北 石家莊 050200；3．河北省耕地質(zhì)量監(jiān)測保護中心，河北 石家莊 050051）

設(shè)施栽培在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)重要地位，設(shè)施蔬菜作為農(nóng)業(yè)設(shè)施栽培發(fā)展的代表產(chǎn)業(yè)，其生產(chǎn)面積、產(chǎn)值、經(jīng)濟價值分別占全國蔬菜的20%、35%、60%［1］。隨著社會生活水平的提高，我國設(shè)施蔬菜栽培迅速發(fā)展，由于經(jīng)濟和技術(shù)的原因，連作成為設(shè)施栽培的常態(tài)［2］。設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中過度施用化肥問題普遍存在，導(dǎo)致蔬菜硝酸鹽累積，肥料利用率降低，菜地土壤肥力下降，土壤出現(xiàn)次生鹽漬化、微生態(tài)環(huán)境失衡，從而影響蔬菜正常生長，并且降低其產(chǎn)量和品質(zhì)［3-5］。

隨著我國養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)化水平的提高，大量畜禽糞便的不合理利用阻礙了畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，嚴重污染了周圍環(huán)境［6］。而畜禽糞便中富含有機質(zhì)、氮、磷、鉀等作物所需營養(yǎng)，在土壤中易被礦化成為植物能夠利用的營養(yǎng)元素，可提高植物生長速率，糞肥用作底物或部分培養(yǎng)基，可實現(xiàn)畜禽糞便減量化、資源化［7-8］?；屎陀袡C肥合理配施可改善設(shè)施菜田土壤板結(jié)、酸化、養(yǎng)分流失等狀況，提高土壤肥力以及農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)［9-10］。研究表明，有機無機配施能激發(fā)土壤微生物活性，促進氮轉(zhuǎn)化和固定，根據(jù)作物需氮量減少化肥用量，從而減少氮損失，保證蔬菜產(chǎn)量［11-13］。土壤調(diào)理劑在提升次生鹽漬化土壤肥力、降低鹽脅迫程度、促進黃瓜植株生長發(fā)育和增產(chǎn)提質(zhì)方面具有顯著效果［14］。

目前設(shè)施蔬菜施用肥料以無機肥為主，針對設(shè)施甜瓜連續(xù)種植中存在的化肥農(nóng)藥過量施用、土壤性質(zhì)惡化、微生態(tài)菌群失衡等問題，本研究以設(shè)施甜瓜為研究對象，研究腐熟羊糞、土壤調(diào)理劑和生物有機肥對土壤理化性質(zhì)、細菌多樣性，甜瓜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，為河北省設(shè)施甜瓜生產(chǎn)中土壤環(huán)境改善提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗于2020年2月6日至7月20日在河北省石家莊市鹿泉區(qū)石井鄉(xiāng)石井村禾晟合作社（114°18′E，38°05′N）設(shè)施大棚進行。供試甜瓜品種為金樓蘭，供試肥料及其他材料為腐熟羊糞、金正大土壤調(diào)理劑I型（pH 8～10、N≥3.0%、P2O5≥3.0%、CaO≥15.0%、MgO≥3.0%）、生物有機肥（有機 質(zhì)≥40%、N+P2O5+K2O≥5.0%、菌 種≥2.0億·g-1）、微動力生物菌劑、平衡復(fù)合肥（17-17-17）、生根膨果王菌劑（稀土型全水溶生物菌 肥，菌 種≥0.20億·g-1、有 機 質(zhì)≥20%、N+P2O5+K2O≥8.0%、稀土黃腐酸鉀≥38%）。供試土壤為壤質(zhì)潮褐土，基本理化性狀見表1。

表1 供試土壤基本理化性狀

1.2 試驗設(shè)計

試驗共設(shè)計4個基肥處理：T1，生物有機肥；T2，腐熟羊糞；T3，生物有機肥+土壤調(diào)理劑；T4，腐熟羊糞+土壤調(diào)理劑。這些調(diào)理物質(zhì)的用量均按照產(chǎn)品的推薦用量使用。試驗選擇種植年限為5年的棚室，每個處理重復(fù)3次，隨機區(qū)組排列。根據(jù)各處理施肥要求進行提前混勻，于2月6日施肥后進行旋耕（表2），于3月8日進行定植、澆水，密度為27000株·hm-2。

表2 試驗處理及不同基肥措施的底肥施用量

本試驗各處理只有基肥不同，后面的追肥保持一致：于3月8日追施微動力生物菌劑45 kg·hm-2；于4月20日追施微動力生物菌劑45 kg·hm-2、平衡復(fù)合肥（17-17-17）150 kg·hm-2；于5月11日追施生根膨果王菌劑300 kg·hm-2；于5月20日追施生根膨果王菌劑300 kg·hm-2。其他田間病蟲草害防治和栽培管理等技術(shù)措施按照當?shù)貙嶋H生產(chǎn)水平統(tǒng)一管理。6月11日開始采收，7月20日拉秧。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 土壤理化性質(zhì)測定

于試驗布置前和甜瓜成熟期采集0～20 cm土層土壤，自然風(fēng)干后過篩，采用電位法測定土壤pH；油浴加熱重鉻酸鉀氧化-容量法測定有機質(zhì)；凱氏定氮法測定全氮；碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定有效磷；乙酸銨提取-火焰光度法測定速效鉀；電導(dǎo)法測定水溶性鹽總量［15］。

1.3.2 土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量測定

成熟期采集0～20 cm土層土壤放到無菌袋中，將采集的土樣低溫保存運至實驗室，4℃冷藏保存。采用稀釋涂布平板法測定微生物數(shù)量，其中細菌培養(yǎng)采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基，真菌培養(yǎng)采用馬丁氏培養(yǎng)基，放線菌培養(yǎng)采用改良高氏一號培養(yǎng)基［16］。

1.3.3 土壤微生物多樣性分析

于成熟期采集0～20 cm土層土壤放到無菌袋中，采用干冰冷藏運輸、 80℃冰箱保存。委托北京百邁客生物科技有限公司進行微生物多樣性分析，基于Illumina Miseq測序平臺，采用雙末端測序法對細菌的16S rDNA基因的V3～V4區(qū)進行擴增及測序。通過對Reads拼接過濾，在97%的相似水平下將序列分成不同的操作分類單元OTU，并進行物種注釋及豐度分析，揭示各處理樣品的物種構(gòu)成；進一步進行Alpha多樣性分析、Beta多樣性分析和顯著物種差異分析等。

1.3.4 甜瓜產(chǎn)量及糖度測定

果實成熟后，每個小區(qū)選取具有代表性甜瓜果實5個，根據(jù)小區(qū)面積折算產(chǎn)量，采用PAL-1型數(shù)顯折射儀（日本愛拓）測定果實糖度Brix值。

1.4 統(tǒng)計分析

通過Excel 2016和SPSS 21.0對數(shù)據(jù)進行單因素方差分析，采用鄧肯法（Duncan）進行檢驗差異顯著性（P＜0.05）分析。采用Mothur 1.30進行Alpha多樣性分析，QIIME進行Beta多樣性分析。利用R語言計算物種和環(huán)境因子的皮爾森相關(guān)系數(shù)，采用Canoco 5.0進行冗余分析（RDA）并作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 基肥措施對甜瓜產(chǎn)量和糖度的影響

由表3可知，不同基肥措施下的甜瓜果實產(chǎn)量為T3＞T4＞T1＞T2，其 中T3較T1、T2處 理 顯 著 增產(chǎn)4.60%、5.81%，T4較T2處理顯著增產(chǎn)4.07%，而T3和T4、T1和T2處理間均無顯著差異。與T4比，T1、T2和T3處理的甜瓜糖度Brix值分別提高4.84%、1.33%和5.75%，其 中T1、T3與T4間 差異達顯著水平，T1、T2和T3間差異不顯著。以上表明生物有機肥配施土壤調(diào)理劑、腐熟羊糞配施土壤調(diào)理劑均能顯著增加甜瓜產(chǎn)量；與施羊糞（T2、T4）相比，土壤增施生物有機肥平均可促進果實糖度提高4.60%。

表3 不同基肥措施下的甜瓜產(chǎn)量和糖度

2.2 基肥措施對土壤理化性質(zhì)的影響

由表4可知，不同基肥措施水溶性鹽總量較試驗前降低9.13%～39.80%，但差異不顯著；與T4相比，T1、T2和T3的土壤pH分別顯著提高1.97%、2.27%和2.14%；試驗前后各處理土壤有機質(zhì)無顯著差異；T2土壤全氮分別較T1和T4顯著增加32.92%和25.62%；與T1相比，T2和T4的有效磷分別顯著提高23.86%和29.07%；與T1相比，T2、T3和T4的速效鉀含量分別顯著提高36.41%、29.95%和57.65%，與試驗前相比，T4顯著提高土壤速效鉀35.03%。與試驗前相比，各基肥措施試驗后土壤pH提高0.34%～2.62%，其中T1、T2、T3達顯著水平；各處理土壤容重平均降低2.61%～9.12%，其中T4達顯著水平；T2、T3和T4速效鉀平均分別提高16.84%、11.30%和35.03%，其中T4與試驗前土壤速效鉀間達顯著水平；試驗前土壤有機質(zhì)、全氮和有效磷與試驗后各處理平均含量變化差異不明顯。以上表明，土壤增施生物有機肥、腐熟羊糞和土壤調(diào)理劑可提高表層土壤pH，有效降低土壤容重和水溶性鹽總量，試驗前后土壤有機質(zhì)、全氮和有效磷差異不大。

表4 不同基肥措施下的0～20 cm土壤理化性質(zhì)

2.3 基肥措施對土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量的影響

由表5可知，不同基肥措施表層土壤可培養(yǎng)微生物、細菌、真菌數(shù)量、細菌/真菌均為T4＞T2＞T3＞T1，放線菌數(shù)量為T4＞T3＞T1＞T2。T4的土壤可培養(yǎng)微生物總數(shù)、細菌數(shù)、細菌/真菌較其他處理分別顯著提高10.88%～19.89%、10.55%～21.07%、7.30%～9.95%，T4真菌數(shù)較T1顯著提高10.78%，其他各處理間差異均不顯著。與試驗前相比，試驗后土壤可培養(yǎng)微生物、細菌、放線菌數(shù)量分別提高9.10%、9.35%、5.17%，細菌/真菌顯著提高11.93%，真菌數(shù)量降低6.80%，其中T4的微生物、細菌數(shù)量與試驗前差異達顯著水平。說明土壤增施生物有機肥、腐熟羊糞、土壤調(diào)理劑可改善表層土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量，降低土壤真菌數(shù)，其中T4處理改善土壤微生態(tài)的效果最佳。

表5 不同基肥措施下的土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量

2.4 基肥措施對土壤細菌群落Alpha多樣性的影響

對土壤樣品中16S rDNA基因的V3～V4區(qū)進行測序，共獲得細菌有效序列368497個，這些序列在97%的相似性水平上被劃分為1226～1322個OTU，土壤細菌文庫覆蓋率99%。不同基肥措施土壤細菌多樣性Chao1和ACE指數(shù)反映出T3和T4處理的物種豐度明顯高于T1和T2，其中T3和T4間、T1和T2間的物種豐度差異不大。Shannon指 數(shù) 表 現(xiàn) 出T4＞T3＞T2＞T1，Shannon和Simpson指數(shù)反映出T4和T3的物種多樣性最高，其次是T2，T1的物種多樣性最低。以上表明，土壤施生物有機肥配合土壤調(diào)理劑、施腐熟羊糞配合土壤調(diào)理劑明顯提高了表層土壤的細菌群落多樣性。

表6 不同基肥措施下的土壤細菌群落Alpha多樣性指數(shù)

2.5 基肥措施對土壤細菌群落豐度及組成的影響

圖1表明，當測序量超過30000條時，整個曲線趨于平緩，表明該測序文庫已經(jīng)達飽和。不同處理用不同顏色表示，不同顏色圖形之間交疊部分數(shù)字為2個處理之間共有的特征個數(shù)（OTU數(shù)目）。不同基肥措施處理的共有細菌OTU數(shù)量為1100，與T1相比，T2、T3、T4的特異性細菌OTU數(shù)量分別為97、102、100，與T2相比，T1、T3、T4的特異性細菌OTU數(shù)量分別為117、104、115，說明與T1和T2相比，T3、T4的特異性細菌OTU數(shù)量較多。

圖1 不同基肥措施下的土壤細菌群落高通量測序文庫稀釋曲線及韋恩圖

由圖2可知，在門水平（圖2左）下，不同基肥措施處理相對豐度最高的菌門為變形菌門（Proteobacteria）占28.60%～36.09%，隨后依次是酸桿菌門（Acidobacteria）占12.98%～27.30%、綠彎菌門（Chloroflexi）占8.23%～14.82%、放線菌門（Actinobacteria）占7.81%～9.33%、芽單胞菌門（Gemmatimonadetes）占7.13%～9.46%、擬桿菌門（Bacteroidetes）占2.53%～9.79%、浮霉菌門（Planctomycetes）占0.80%～4.08%、Patescibacteria占0.50%～7.88%，低于4.0%的有己科河菌門（Rokubacteria）、硝化螺旋菌門（Nitrospirae）和其他。與T1相比，T2、T3、T4的 變 形 菌 門（Proteobacteria）、酸 桿 菌門（Acidobacteria）、己 科 河 菌 門（Rokubacteria）、硝化螺旋菌門（Nitrospirae）的豐度增加，綠彎菌門（Chloroflexi）、擬 桿 菌 門（Bacteroidetes）、Patescibacteria的豐度降低。在綱水平（圖2右）下，不同基肥措施處理相對豐度較高的有γ-變形菌綱（Gammaproteobacteria）占14.36%～16.90%，α-變 形 菌 綱（Alphaproteobacteria）占4.86%～14.64%，Subgroup_6占4.26%～16.98%，芽 單 胞菌 綱（Gemmatimonadetes）占6.20%～8.26%，δ-變 形 菌 綱（Deltaproteobacteria）占5.73%～7.09%，擬桿菌綱（Bacteroidia）占2.45%～9.62%，Blastocatellia_Subgroup_4占3.27%～4.44%，酸微菌 綱（Acidimicrobiia）占2.48%～5.14%，低 于4%的有厭氧繩菌綱（Anaerolineae）、KD4-96和其他。與T1相比，T2、T3、T4的α-變形菌綱（Alphaproteobacteria）、Subgroup_6、Blastocatellia_Subgroup_4、酸微菌綱（Acidimicrobiia）豐度增加，γ-變形菌綱（Gammaproteobacteria）、擬桿菌綱（Bacteroidia）、厭氧繩菌綱（Anaerolineae）、KD4-96豐度降低。變形菌門含有豐富的固氮細菌，放線菌門和擬桿菌門多為致病細菌，硝化螺旋菌門可將亞硝酸鹽氧化成硝酸鹽，表明土壤施生物有機肥配合調(diào)理劑、施腐熟羊糞配合調(diào)理劑均可增強土壤固氮能力，提升土壤抵御外來病原體的能力。

圖2 門和綱水平上最大豐度排名前10的物種相對豐度

2.6 部分環(huán)境因子與主要細菌群落間的關(guān)系

采用冗余分析（RDA）表明（圖3），2個主要軸特征值分別為60.6%和28.46%，相關(guān)系數(shù)為0，RDA分析結(jié)果可信。不同基肥措施細菌群落變化差異明顯，T1、T4處理在第一排序軸的正端，T2與T3在第一排序軸的負端；T1和T2處理在第二排序軸的正端，T3和T4處理在第二排序軸的負端。第一軸排序與土壤有機質(zhì)、全氮和水溶性鹽含量均呈負相關(guān)。土壤水溶性鹽總量、有機質(zhì)、速效鉀均與細菌群落中硝化螺旋菌門（Nitrospirae）、變形菌門（Proteobacteria）、己科河菌門（Rokubacteria）、酸桿菌門（Acidobacteria）呈正相關(guān)，與Patescibacteria、綠彎菌門（Chloroflexi）、擬桿菌門（Bacteroidetes）呈負相關(guān)；此外，土壤全氮和水溶性鹽含量還與芽單胞菌門（Gemmatimonadetes）呈正相關(guān)，與放線菌門（Actinobacteria）、浮霉菌門（Planctomycetes）呈負相關(guān)。

圖3 不同基肥措施部分環(huán)境因子與主要細菌群落（門水平）的冗余分析

3 討論與結(jié)論

因連作種植、過量施用化肥造成的土壤微生態(tài)失衡、次生鹽漬化已成為制約設(shè)施甜瓜生產(chǎn)的突出問題，通過施用生物有機肥、腐熟糞肥、土壤調(diào)理劑可改良土壤環(huán)境［17-18］。本研究表明，土壤增施生物有機肥、腐熟羊糞和土壤調(diào)理劑可提高表層土壤pH 0.34%～2.62%，有效降低土壤容重和水溶性鹽總量2.61%～9.12%和9.13%～39.80%，提高可培養(yǎng)微生物總數(shù)9.10%，降低土壤真菌數(shù)6.80%。其中T4（腐熟羊糞60 m3·hm-2+調(diào)理劑）提高了土壤有機質(zhì)、有效磷、速效鉀含量，增加了土壤微生物、細菌、放線菌數(shù)量，降低了土壤容重的效果最佳，T1（生物有機肥30 t·hm-2）降低土壤水溶性鹽總量、真菌數(shù)的效果最佳。較T1相比，T4分別顯著提高了土壤有效磷、速效鉀、微生物數(shù)、細菌數(shù)、細 菌/真 菌29.07%、57.65%、20.82%、21.07%、11.93%，降低土壤容重6.68%，增產(chǎn)2.87%，甜瓜糖度差異不顯著。表明施用腐熟羊糞配合土壤調(diào)理劑較單施生物有機肥更能改善土壤理化性質(zhì)，平衡土壤微生態(tài)，進而促進甜瓜增產(chǎn)。

劉曉月等［19］在研究中發(fā)現(xiàn)，土壤調(diào)理劑由多種天然礦物質(zhì)組成，并添加將礦物質(zhì)與土壤相互激活的有機活性成分，可改善土壤pH，有機肥施入土壤，有機官能團加強了對H+和Al3+的吸附作用，有機肥礦化過程中發(fā)生有機陰離子脫羧基化，并且釋放堿性物質(zhì)（鈣、鎂等），致使土壤pH上升［20-21］；連作和不合理施肥會引起土壤細菌數(shù)量下降、真菌數(shù)量上升，土壤從“細菌型”向“真菌型”轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致土壤性質(zhì)和土壤微生物多樣性改變，使碳、氮、磷養(yǎng)分循環(huán)受阻，土壤中有益細菌豐度降低、病原真菌豐度和病害程度增加［22-23］。鄭立偉［24］和曲成闖等［17］研究表明，設(shè)施蔬菜連作使土壤供肥能力下降、養(yǎng)分失調(diào)，微生物群落結(jié)構(gòu)趨向于真菌化狀態(tài)，生物有機肥含有較多的有機質(zhì)和活性微生物，肥效持續(xù)時間長，能有效提高土壤養(yǎng)分含量及土壤細菌數(shù)量，對真菌數(shù)量產(chǎn)生抑制作用，同時促進作物生長。張蕾等［25］、孫瑤等［26］在研究中得出，土壤調(diào)理劑可以通過改善土壤結(jié)構(gòu)，平衡土壤酸堿性，使土質(zhì)疏松，利于土壤微生物對土壤中氮素的固持作用，提升土壤肥力，增加土壤微生物數(shù)量，降低鹽脅迫程度，促進設(shè)施蔬菜生長發(fā)育和增產(chǎn)提質(zhì)。

本研究中，生物有機肥配施調(diào)理劑和腐熟羊糞配施調(diào)理劑土壤細菌物種豐度和多樣性均較單施生物有機肥和腐熟羊糞高。與T1（生物有機肥）相比，T2、T3、T4的變形菌門（Proteobacteria）、酸桿菌門（Acidobacteria）、己科河菌門（Rokubacteria）、硝化螺旋菌門（Nitrospirae）豐度增加，綠彎菌門（Chloroflexi）、擬桿菌門（Bacteroidetes）、Patescibacteria豐度降低，表明各處理均可增強土壤固氮能力，也可提升土壤抵御外來病原體的能力，其中T4處理效果更佳，土壤微生物多樣性最豐富。RDA分析表明，土壤有機質(zhì)、全氮、水溶性鹽總量均與微生物多樣性關(guān)系密切?；舫康龋?7］研究也發(fā)現(xiàn)土壤養(yǎng)分和水溶性鹽含量是影響土壤細菌群落的重要土壤因子。土壤調(diào)理劑中的天然礦物、酵母殘渣可改善土壤結(jié)構(gòu)，平衡酸堿性，提高保水保肥能力，降低土壤鹽漬化，有利于微生物生長；有機肥和腐熟糞肥為土壤微生物生長發(fā)育提供營養(yǎng)，促進有機質(zhì)分解，增加和平衡土壤養(yǎng)分含量［28-29］。

綜上所述，生物有機肥、腐熟羊糞和調(diào)理劑均可不同程度提高表層土壤微生物數(shù)量，改善微生物群落結(jié)構(gòu)的多樣性和豐富度，提升表層土壤養(yǎng)分含量。土壤施腐熟羊糞配施土壤調(diào)理劑處理的效果最佳，在生產(chǎn)中建議推薦使用。