菌肥与生物炭配施对设施西瓜生长及土壤理化性质的影响

摘    要：为明确生物炭与微生物菌肥合理配施的最佳用量，以双抗8号西瓜为试材，以常规施肥为对照，在常规施肥基础上设4个菌肥与生物炭配施处理（AB₀：单施菌肥；AB₁：菌肥+ 2000 kg·hm^-2生物炭；AB₂：菌肥+3000 kg·hm^-2生物炭；AB₃：菌肥+4000 kg·hm^-2生物炭），比较不同处理对根区土壤理化性质和西瓜长势、品质、产量及抗性等方面的影响。结果表明，与对照相比，菌肥配施中量生物炭（AB₂）可显著降低土壤容重、显著提高土壤有机质和有效养分含量、降低pH值；西瓜的长势和抗病性随生物炭配施量的增加呈先提高后降低的趋势，AB₂处理表现最优，西瓜茎粗和蔓长分别较对照显著提高28.57%和28.09%，枯萎病防效为51.20%；AB2处理果实的品质和产量也均高于其他处理，维生素C含量和中心、边部可溶性固形物含量分别比对照显著提高17.06%、15.38%、23.32%，产量为2 968.45 kg·667 m^-2，增产率达31.54%。综上，可将3000 kg·hm^-2生物炭作为菌肥最佳配施量应用于当地实际生产。

关键词：西瓜；设施栽培；微生物菌肥；生物炭

中图分类号：S651 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2023）05-072-06

Effects of bacterial fertilizer combined with biochar on watermelon growth and soil physical and chemical properties in greenhouse

ZHANG Man HAO Kexing ZHANG Huan HOU Dongying HOU Fuen ZHANG Tao

（1. College of Agricultural Economics and Management， Shanxi Agricultural University， Taiyuan 030006， Shanxi， China; 2. Linyi County Weather Bureau， Linyi 044100， Shanxi， China）

Abstract： In order to determine the optimal amount of biochar and microbial bacterial fertilizer， Shuangkang No. 8 watermelon was used as the test material， and conventional fertilization was used as the control. Four other treatments （AB₀： single application of bacterial fertilizer; AB₁： bacterial fertilizer + 2000 kg·hm-2 biochar; AB₂： bacterial fertilizer + 3000 kg·hm-2 biochar; AB3：bacterial fertilizer + 4000 kg·hm^-2 biochar） were set up to compare the physicochemical properties of root zone soil and the growth， quality， yield and resistance of watermelon. The results showed that compared with the control， the bacterial fertilizer combined with medium amount of biochar （AB₂） could significantly reduce the soil bulk density， significantly increase the content of soil organic matter and available nutrients， and reduce the pH value. The growth vigor and disease resistance of watermelon increased first and then decreased with the increase of the amount of biochar， and AB₂ treatment was the best. The stem diameter and vine length of watermelon were significantly increased by 28.57% and 28.09% respectively compared with the control， and the control effect of fusarium wilt was 51.20%. The quality and yield of watermelon in AB₂ treatment were also better than those in other treatments. The content of vitamin C and the content of central and marginal soluble solids were significantly increased by 17.06%， 15.38% and 23.32% compared with the control. The yield was 2 968.45 kg·667m^-2， with an increase rate of 31.54%. In conclusion， 3000 kg·hm-2 biochar can be used as the optimal amount of bacterial fertilizer for local actual production.

Key words： Watermelon; Greenhouse cultivation; Microbial fertilizer; Biochar

西瓜为葫芦科、西瓜属一年生藤本植物，富含矿物质、维生素和多种氨基酸，可清热解暑，是消夏解渴之佳品，深受大众喜爱，在果蔬生产和消费中占据重要的地位，有较高的市场价值。我国西瓜年产量超6000万t[1]，占全球西瓜总产量的60%以上，西瓜产业对于带动地方经济发展具有重要意义[2]。设施栽培为现代瓜果蔬菜的主要高效发展模式，栽培面积逐年迅速增加，但由于设施内土壤集约化程度高，常常处于高蒸发、低淋洗等非自然环境下，且常年种植单一，导致土壤出现不同程度的板结盐化、微生物群落结构异常、养分失衡，土壤逐年恶化，连作障碍问题愈发凸显。为追求高产和优质，瓜农在生产中盲目大量施用化肥，导致生产成本提高、肥料利用率下降，我国北方设施土壤氮肥利用率仅为24%，磷肥利用率为8%[3]。高施肥量和低养分利用率进一步加速了土壤退化，形成恶性循环，严重威胁生态环境安全，不符合农业可持续发展的要求。有研究表明，大量施用化肥降低了土壤生物多样性[4]，为实现化肥零增长目标，利用替代肥替代部分化肥是设施产业发展的必然趋势[5]。

生物炭是生物质原料在无氧或低氧条件下经热裂解产生的富碳难溶性炭化物，细密多孔、比表面积大、具有极强的吸附性能，含有较多的含氧活性基团。生物炭所固有的这些性质，决定其施入土壤可提高土壤保水保肥性能、调节土壤温度、改良土壤团粒结构、吸附农残和重金属等污染物，且能够补充土壤中的矿物质养分，增强作物长势，近年来被广泛应用于农业生产各个领域[6]。有研究表明，施加5%生物质炭，可显著降低多种蔬菜的硝酸盐含量，提高维生素C含量，降低重金属Cd在蔬菜可食用部分的富集量[7]；以生物炭基质代替常规基质栽培草莓，可有效提高草莓品质，显著促进草莓生长[8]；生物炭用于改良盐渍土，促进了土壤中Na+的淋洗，其释放的矿物质养分提高了作物对Ca2+、K+、Mg2+等矿物元素的吸收，抑制玉米的盐分胁迫氧化应激反应，提高光合作用效率，促进盐渍土玉米生产[9]等。微生物肥料在我国的研究和生产已经有50多年的历史，市场上常见的微生物肥料按其功能大致可分为微生物菌肥和微生物菌剂两大类[10]。微生物菌肥富含大量有益菌株和适量有机质，施入土壤可显著提高土壤养分含量[11]，改善土壤微环境，提高根际微生物活性，促进植株生长。合理使用微生物菌肥可降低化肥使用量，王明友等[12]研究结果显示，低用量化肥配施微生物菌肥可显著提高设施黄瓜的产量和品质，较对照（单施草炭基质）增产43.3%，大幅提升经济效益。施用微生物菌肥可有效拮抗西瓜根区病原菌，缓解病原菌对西瓜根系的侵染[13]，即外源菌肥增强了作物体内的抗病防御体系，进而提高西瓜对细菌性枯萎病的抗性。大量试验表明，微生物菌肥对提高作物产量和品质、增强作物抗性、缓解连作障碍有很大的应用潜力[14]。但菌肥受土壤温度、湿度、土壤理化性质等外部因素的影响较大，且不同菌肥所含的菌种不同，施入土壤后的影响作用机制不同，产生的效果也不尽相同，因此在实际生产中肥效并不稳定。

笔者利用生物炭和菌肥的互补特性，将生物炭与菌肥配施，生物炭的多孔结构和巨大的比表面积为微生物提供更多的生存空间，提高了菌肥的生物活性；适量的生物炭可提升土壤有机质含量，而菌肥中的菌种赖以生存的基础是有足够的有机质，因此可将生物炭作为菌肥的增效载体共同促进作物的生长[15]。目前，多数研究主要集中在单一生物炭或单一微生物菌肥对作物生长的影响方面，但在施用生物菌肥的基础上，再配施不同比例的生物炭在设施西瓜上的应用鲜有报道。笔者以山西晋中设施西瓜为研究对象，设置不同生物炭施用量与微生物菌肥配施，研究不同配施比例对设施西瓜生长、品质、产量和根区土壤理化性质的影响，明确生物炭配施的最佳用量，以期为确定晋中地区的生物炭与微生物菌肥合理配施提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2021年3月在山西农业大学东阳试验示范基地进行，该地处于山西省中部，年均气温约9.8 ℃，属暖温带半湿润区，年降水量在420～480 mm。基础土样取自试验大棚内深0～30 cm区域，S型多点取样，混匀后带回实验室待自然风干过筛后测定。试区土壤类型为黏土，pH值为8.46、有机质含量（w，后同）21.97 g·kg^-1、全氮含量1.61 g·kg^-1、有效磷含量58.96 mg·kg^-1、速效钾含量215.32 mg·kg^-1。

1.2 材料

试验所用西瓜品种为双抗8号，为山西农业大学生命科学学院提供的抗性较强的中熟品种；微生物菌肥选用中国农业科学院原子能利用研究所研制的“加加旺”，其有益菌（细黄链霉菌）含量≥2.0亿个·g^-1，有机质含量≥35%；供试生物炭为竹炭，由河南立泽环保科技有限公司生产。

1.3 试验设计

试验共设5个处理组：常规施肥（CK，牛粪6 m³·667 m^-2 + 三元复合肥40 kg·667 m^-2）；然后在常规施肥的基础上配施菌肥和生物炭，即单施菌肥处理（AB₀）；菌肥 + 2000 kg·hm^-2 生物炭配施处理（AB₁）；菌肥 + 3000 kg·hm^-2生物炭配施处理（AB₂）；菌肥 + 4000 kg·hm^-2生物炭配施处理（AB₃）。其中菌肥配施量一定，以商品推荐量1500 kg·hm^-2施加，每个处理3次重复，共15个小区随机区组排列，小区面积为20 m²（6 m×3.33 m）。