石灰配施微生物菌剂对大豆套种西瓜产量和红壤肥力的影响

柳开楼，李 浩，张景云，胡丹丹，宋惠洁，胡志华

（1.江西省红壤及种质资源研究所/国家红壤改良工程技术研究中心，南昌 331717；2.河南科技学院资源与环境学院，河南 新乡 453003；3.江西省农业科学院蔬菜花卉研究所，南昌 330200）

红壤旱地大豆种植效益较低［1］，但是由于大豆具有较强的固氮能力［2，3］，其对土壤改良和培肥具有重要作用，所以将其他作物与大豆套种是红壤地区改良培肥和提升种植效益的重要途径［4-6］。有研究表明，大豆套种玉米的增收效果显著［7，8］。近年来，随着种植结构的调整，红壤旱地上西瓜种植发展迅速，然而由于西瓜单作过程中盲目施肥不利于红壤培肥和改良［9，10］。因此，充分利用大豆的固氮作用，在大豆中套种西瓜实现增产增收的目的。目前关于红壤培肥改良的技术主要集中在大豆和其他作物间作上［11］，而关于大豆套种西瓜的培肥改良技术还缺乏深入探讨。本研究以石灰和微生物菌剂为措施，研究其对土壤肥力质量和大豆套种西瓜产量的影响，并分析土壤肥力质量与作物产量的相关关系，以期为红壤旱地大豆套种西瓜模式的增产增收提供合理的培肥技术。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

田间试验设在江西省南昌市进贤县张公镇小蒋村（116°20′24″E、28°15′30″N）。该地区属中亚热带季风气候，年均降雨量1 537 mm，年蒸发量1 100 mm；年均气温18.5 ℃，最冷月（1 月）平均气温为4.6 ℃，最热月（7 月）平均气温为29.8 ℃；典型的丘岗地形，海拔高度25～30 m，坡度5°；土壤类型为第四纪红黏土，试验前耕层土壤pH 为5.2，土壤有机质含量为17.9 g/kg，土壤氮、磷、钾的速效养分含量分别为85、6、75 mg/kg。

1.2 试验材料

供试大豆品种为浙鲜16，西瓜品种为赣抗10号。供试微生物菌剂由扬州绿源生物化工有限公司生产，颗粒剂，有效活菌数（枯草芽孢杆菌+巨大芽孢杆菌）≥5 亿CFU/g。

1.3 试验设计

共设4个处理：CK，常规施肥对照；L，在常规施肥基础上配施石灰；M，在常规施肥基础上配施微生物菌剂；L+M，在常规施肥基础上配施石灰和微生物菌剂。每个处理设3次重复，每小区面积35 m2（5 m×7 m）。

种植方式为大豆套种西瓜。大豆的播种和收获时间分别为4月10日和6月20日，播种量为7.5 kg/hm2，采用条播方式进行，行距为20 cm；在大豆采摘后期（6 月10 日）套种西瓜苗，西瓜的株行距为2.5 m×1.0 m。鲜食大豆N、P2O5、K2O 施用量分别为60、30、35 kg/hm2，西瓜N、P2O5、K2O 施用量分别为135、90、105 kg/hm2。石灰用量为750 kg/hm2。各处理氮肥中基肥和追肥比例均为50%，磷肥、石灰和微生物菌剂全部基施，钾肥中基肥和追肥的比例分别为40%和60%。大豆播种时将微生物菌剂按照40 kg/hm2的用量均匀撒施到大豆的播种沟内，而西瓜移栽先撒施微生物菌剂于西瓜苗洞内（菌剂用量为10 g/穴），之后放入西瓜苗并培土。

1.4 测定指标

在鲜食大豆和西瓜成熟后及时采摘，测定各处理中鲜食大豆和西瓜的实际产量。

西瓜收获后采集耕层土壤样品，测定土壤pH 及有机质、全氮、速效氮、速效磷、速效钾等含量，并采用Fuzzy 方法计算土壤综合肥力质量指数［12］。

数据处理采用Excel 2003 软件，统计分析采用SAS 9.1 软件，采用LSD法对处理间差异显著性进行分析（P＜0.05），采用Origin 8.5 制图。

2 结果与分析

2.1 配施石灰和微生物菌剂对鲜食大豆和西瓜产量的影响

在红壤旱地上，与常规施肥对照相比，配施石灰和微生物菌剂显著提高了鲜食大豆和西瓜产量（P＜0.05）（图2）。与CK 相比，L、M、L+M 处理的鲜食大豆产量分别提高了18.40%、22.45%和32.96%，西瓜产量也分别增加了15.20%、27.20%和41.37%。同时，L+M处理的西瓜产量显著高于L和M处理（P＜0.05）。

图1 不同处理下红壤旱地鲜食大豆西瓜产量变化

2.2 配施石灰和微生物菌剂对土壤肥力的影响

在红壤旱地上，除了土壤有机质外，石灰和微生物菌剂对土壤pH 和氮、磷、钾的速效养分含量有显著影响（P＜0.05）（表1），且所有处理中，L+M 处理的土壤pH 和速效氮、速效磷、速效钾含量均高于其他处 理。与CK 相比，L 和L+M 处理 的土壤pH 分 别提高0.48 和0.68 个单位，而M 处理 的土壤pH 则与CK无显著差异。与CK 相比，土壤速效氮、速效磷、速效钾含量在L 处理下分别提高了20.81%、7.84%和6.52%，在M 处理下分别提高了33.08%、22.15%和15.21%，在L+M 处理下分别提高了43.49%、48.21%和23.91%。

表1 不同处理下红壤旱地土壤肥力变化

2.3 配施石灰和微生物菌剂对土壤综合肥力质量指数的影响

如图2所示，配施石灰和微生物菌剂显著提升了红壤旱地的综合肥力质量指数（P＜0.05）。与CK 相比，L、M 和L+M 处理的土壤综合肥力指数分别提高了11.22%、16.10%和32.23%，同时，在所有处理中，L+M处理的综合肥力指数显著高于其他处理（P＜0.05）。

图2 不同处理下红壤旱地综合肥力指数变化

2.4 红壤旱地综合肥力指数与鲜食大豆和西瓜产量的相关关系

由图3 可知，土壤综合肥力质量指数与鲜食大豆和西瓜产量均呈显著的正相关关系（P＜0.05）。进一步通过线性拟合方程发现，当土壤综合肥力质量指数提高0.1 个单位，鲜食大豆和西瓜产量分别提高了3.00、3.67 t/hm2。

图3 土壤综合肥力质量指数与鲜食大豆和西瓜产量的相关关系

3 讨论

在红壤旱地上，配施石灰是改良土壤酸化的主要措施［13，14］。有研究表明，施用石灰可以显著提高红壤旱地玉米产量［15-17］，而长期不施用石灰条件下，作物产量明显降低［18，19］。在大豆套种西瓜模式下，本研究也证明配施石灰是提升作物产量的重要措施。同时，针对红壤肥力贫瘠的特点，本研究进一步发现，配施石灰+微生物菌剂可以进一步提升作物产量。这主要与微生物菌剂能够促进大豆和西瓜的根系定植有关［20-22］，研究也表明，微生物菌剂对作物根系的促生效果比较明显［23］。此外，由于大豆和西瓜均属于不耐连作的作物，二者长期套种容易发生土传病害［24-26］，而合理施用微生物菌剂则可以有效缓减西瓜等作物的青枯病。也有研究表明，通过缓解土壤酸化也可以提升作物的抗病能力［10］。然而，由于微生物菌剂的效果受施用时土壤温湿度的影响较大［27］，关于石灰配施微生物菌剂对大豆西瓜增产的效果还有待进一步研究。

在红壤旱地大豆套种西瓜模式中，配施石灰和微生物菌剂可以显著改良土壤酸化，提升土壤氮、磷、钾的速效养分含量。长期定位试验表明，合理配施石灰可显著提高土壤速效钾含量［28］。微生物菌剂主要是通过增加微生物活性和代谢能力，形成有利于土壤速效氮、速效磷、速效钾的活化环境［29］。但是，需要注意的是，石灰和微生物菌剂均不具备提升土壤有机质含量的效果，因此，在后续的红壤改良中，建议进一步结合有机肥施用来显著提升土壤有机质含量。此外，进一步结合线性方程发现，当土壤综合肥力质量指数提升0.1 个单位，鲜食大豆和西瓜产量分别提高了3.00 和3.67 t/hm2。这与很多研究结果相似［30］，提升红壤的质量指数可以显著提高鲜食大豆产量，但作物产量的提升幅度差异较大，原因主要与作物品种、土壤类型和气候条件等因素有关。

4 小结

在红壤旱地上，配施石灰和微生物菌剂可以显著提升大豆套种西瓜模式的作物产量（P＜0.05），并显著改善土壤速效氮、速效磷、速效钾养分的供应状况（P＜0.05），从而增加土壤综合肥力质量指数。同时，土壤综合肥力质量指数与鲜食大豆和西瓜产量均存在显著的正相关关系（P＜0.05），在综合肥力指数较低的条件下（小于0.5），综合肥力指数每增加0.1 个单位，鲜食大豆和西瓜产量分别提高了3.00和3.67 t/hm2。