戚嘉琦 王玮 仲秀娟 孙玉东 吴传万 陈伯清

摘 要：針对西瓜连作障碍问题，研究了不同浓度下2种分子质量的氨基多糖对连作西瓜生物学与土壤环境的影响。利用盆栽试验，分析不同肥料1（甲壳素）和肥料2（氨基多糖水溶肥）对连作西瓜生长和土壤养分、酶活性及微生物群落的影响。结果表明，肥料1和肥料2对西瓜生长和土壤环境均有一定影响。在肥料1施用量为3 g·kg-1时的综合效果最佳，西瓜平均株高为157.67 cm、干质量为11.00 g、蔗糖酶活性为18.08 mg·g-1·24 h-1、脲酶活性为0.93 mg·g-1·24 h-1、真菌数量为30.67×104 cfu·g-1、细菌数量为47.33×105 cfu·g-1。与对照相比，西瓜的株高和干质量分别提高60.02%、139.71%，蔗糖酶活性增加62.35%、脲酶活性增加29.98%、真菌数量减少36.54%、细菌数量增加2.8倍。综上所述，施用3 g·kg-1肥料1有利于促进西瓜生长、提高土壤酶活性、改善土壤微生物群落结构。研究结果可为缓解西瓜连作障碍提供理论依据。

关键词：西瓜;连作障碍;甲壳素;氨基多糖;生长;土壤环境

中图分类号：S651+S344.4 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2021）02-018-005

Effects of aminopolysaccharide on growth and soil environment of continuous cropping watermelon influence

QI Jiaqi1，2， WANG Wei2， ZHONG Xiujuan2， SUN Yudong2， WU Chuanwan2， CHEN Boqing1

（1. College of Life Science and Food Engineering， Huaiyin Institute of Technology， Huaian 223002， Jiangsu， China; 2. Huaiyin Agricultural Science Research Institute in Xuhuai Area， Jiangsu Province， Huaian 223001， Jiangsu， China）

Abstract： To study the continuous cropping obstacles of watermelon， the effects of two molecular weight amino polysaccharides at different concentrations on biology and soil environment of watermelon continuous cropping. The pot experiment was carried out， the effects of the Fertilizer 1（Chitin） and the Fertilizer 2（Amino polysaccharide water-soluble fertilizer） at different concentrations on the growth and soil nutrients were investigated， enzyme activity and microbial community of continuous cropping watermelon were observed.The results showed that the watermelon growth and soil environment were certain affected by Fertilizer 1 and the Fertilizer 2. When treated by 3 g·kg-1 Fertilizer 1， the comprehensive effect was the best， the plant average length of watermelon plant was 157.67 cm， the dry plant weight was 11.00 g， sucrase activity was 18.08 mg·g-1·24h-1， urease activity was 0.93 mg·g-1·24h-1， the number of fungus was 30.67×104 cfu·g-1 and the number of bacteria was 47.33×105 cfu·g-1. Compared with the control group， the watermelon plant length， dry plant weight， the sucrase activity ，urease activity and the number of bacteria increased by 60.02% ， 139.71%， 62.35%29.98% and 2.8 times， respectively， while the number of fungus decreased by 36.54% In conclusion， application of 3g·kg-1 fertilizer 1 was beneficial to promote the growth of watermelon， improve soil enzyme activity， improve soil microbial community structure， which provided a theoretical basis for relieving the continuous cropping obstacles of watermelon.

Key words： Watermelon; Continuous cropping obstacle; Chitin; Aminopolysaccharide; Growth; Soill environment

西瓜是最受人们喜爱的水果之一，目前我国是世界上西瓜产量最大的国家，产量基本占世界总产量的67%以上。随着西瓜产业不断壮大，土壤连作障碍作为影响西瓜产量和品质的最主要因素之一，严重妨碍西瓜产业的健康发展[1]。连作障碍是指在同一块土壤上，在正常的栽培管理模式下连年栽培相同或相近的作物，出现病虫危害、生长减缓和质量产量变低等情况[2]。

克服西瓜连作障碍的主要方法有轮作和嫁接等，除此之外，氨基多糖也是一种可缓解连作障碍的土壤添加剂[3]。氨基多糖是世界上一种广泛存在且丰富的资源，主要以几丁质（甲壳素）和脱乙酰几丁质的形式存在于自然界中[4]。甲壳素属于氨基多糖，又称为几丁聚糖，是一种天然的高分子多糖。主要存在于蟹和虾的外壳中，低等生物以及真菌的细胞壁中也有存在，是自然界中唯一带正电荷的碱性多糖[5]。许多研究表明，氨基多糖可以缓解土壤连作障碍、改善土壤养分状况、提高土壤肥力、抑制有害病菌繁殖、促进生长、提高产量、改善品质、增强抗逆性和延长保鲜期等[6]。

氨基多糖作为一种土壤改良剂应用于作物生产中具有显著的经济效益[3]。近年来关于氨基多糖的研究较多，主要集中在其对作物生长状况及产量品质的影响，而关于氨基多糖在连作西瓜生长和土壤环境方面的研究较少。为了明确氨基多糖在西瓜生长发育及克服连作障碍方面的作用，进行了不同浓度2种分子质量氨基多糖对连作西瓜的生长及连作土壤的养分、酶活性和根际微生物等方面的研究，为缓解西瓜连作障碍和指导连作西瓜土壤施用氨基多糖肥料提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与处理

供试材料为‘苏梦6号西瓜品种的穴盘苗，由江苏徐淮地区淮阴农业科学研究所提供。2种分子质量氨基多糖：肥料1（甲壳素，相对分子质量为100万左右，由青岛中农新生物科技有限公司提供）和肥料2（氨基多糖水溶肥，质量浓度≥20 g·L-1，相对分子质量为10万～50万，由江苏双林海洋生物药业有限公司生产提供）。

1.2 试验设计

试验共设9个处理：1 g·kg-1肥料1（T1）;3 g·kg-1肥料1（T2）;5 g·kg-1肥料1（T3）;7 g·kg-1肥料1（T4）;50 mL·L-1肥料2 （T5）;75 mL·L-1肥料2（T6）;100 mL·L-1肥料2（T7）;125 mL·L-1肥料2（T8）;空白对照（CK）。对照组和处理组在同一大棚内，施肥、浇水等田间管理都为常规管理。

1.3 方法

试验于2019年7月至8月在淮安市农科院基地日光大棚中进行。采用盆栽的种植模式，取农科院6 a（年）以上西瓜连作土壤，采用5点取样法，在每个取样点上取样，耕层挖30 cm深，从下往上取适量土壤，将所有土样混合装袋带回。1个盆内栽1株西瓜苗，盆外口径为19 cm。每盆装土量为2 kg，每个处理重复栽10盆，盆间距为15 cm。移栽前施肥量为每盆用5 g复合肥和40 g有机肥。选取长势相近、健壮的西瓜苗于2019年7月1日进行移栽。肥料1于移栽前施入;肥料2于2019年7月15日对西瓜苗叶面均匀喷施，对照组和肥料1组采用等量清水喷施。

处理30 d后，每个处理随机选取3株具有代表性西瓜苗测定生长状况。土壤采用混合取样法，土壤采样时间为2019年8月1日，处理中每个盆取200 g土，共取2 000 g混匀。清理土壤后，一部分风干1 mm过筛，以测土壤理化性质;一部分保存4 ℃和-80 ℃，以测土壤酶活性和土壤微生物。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 植株生长状况 西瓜苗处理30 d后，用量尺测量西瓜的株高;在恒温培养箱中105 ℃条件下烘干0.5 h，再80 ℃条件下烘干2 h至恒质量，最后称质量，以统计地上部与地下部干质量。

1.4.2 土壤养分测定 土壤有机质含量采用重铬酸钾—外加热法测定（農业行业标准NY/T 1121.6—2006）;土壤有效磷含量采用NaHCO3—钼锑抗比色法测定（农业行业标准NY/T 1121.7—2014）;土壤速效钾含量采用醋酸铵浸提—火焰光度法测定（农业行业标准NY/T 889—2004）;土壤EC值采用Mettler Toledo电导率仪测定[7];碱解氮含量采用NaOH碱解—扩散法测定（农业行业标准NY/T 1121.24—2012）。土壤pH值按土水体积比1∶5浸提后采用Sartorius pH计PB-10测定（农业行业标准NY/T 1121.2—2006）。土壤蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水杨酸比色法测定，以1 g土24 h产生的葡萄糖mg数表示[8]。土壤脲酶活性采用苯酚钠-次氯酸钠比色法测定，以1 g土24 h产生的NH3-N mg数表示[8]。

1.4.3 土壤微生物测定 真菌、细菌、放线菌数量采用稀释平板计数法测定[9]。分离真菌时采用改良马丁氏培养基（每300 mL培养基中加入3%（w）重铬酸钾1 mL以抑制细菌和霉菌生长）[9]。分离细菌时采用牛肉膏蛋白胨培养基[9]。分离放线菌时采用高氏一号培养基（每1 000 mL培养基中加入1%（w）孟加拉红水溶液3.3 mL和1%（w）链霉素3 mL）[9]。

1.5 数据统计与分析

本实验数据采用IBM SPSS Statistics 23和Excel 2019处理和分析，用邓肯法进行显著性差异分析。

2 结果与分析

2.1 对西瓜生长的影响

2.1.1 对西瓜苗株高的影响 从图1-A得知，各处理西瓜苗株高均高于对照，处理为3 g·kg-1肥料1时，株高达最大值，且西瓜苗株高呈现出随肥料2浓度增加而递增的趋势。在肥料1处理中，添加量为3 g·kg-1、5 g·kg-1、7 g·kg-1时，株高均显著高于对照，分别较对照提高了68.20%、60.02%、65.71%;在肥料2处理中，添加量为125 mL·L-1时，株高达最高水平且显著高于对照，添加量为50 mL·L-1、75 mL·L-1、100 mL·L-1时分别比对照提高26.60%、28.55%、32.62%。

2.1.2 对西瓜苗干质量的影响 从图1-B看出，各处理西瓜苗干质量均高于对照，且处理为3 g·kg-1肥料1时，西瓜苗干质量达最大值。在肥料1处理中，各处理西瓜苗干质量分别较对照提高22.04%、139.71%、98.71%、124.14%，添加量为3 g·kg-1、7 g·kg-1时，西瓜苗干质量显著高于对照;在肥料2处理中，各处理西瓜苗干质量分别比对照提高81.46%、56.08%、124.19%、135.73%，添加量为100 mL·L-1、125 mL·L-1时，西瓜苗干质量显著高于对照，且添加量为125 mL·L-1时达最高水平。说明适宜的肥料1和肥料2处理可以提高西瓜苗干物质含量。

2.2 对土壤理化性状的影响

2.2.1 土壤pH及EC值 由图2-A可见，除T4处理土壤pH值超过7，其他处理土壤均为酸性，且各处理间土壤pH值差异不显著。据研究，随着连作年限增加，土壤的pH值逐渐减小，有酸化的趋势。施用肥料1和2均可以缓解土壤酸化过程。各处理土壤EC值均显著低于对照（图2-B）。相关研究表明，电导率与土壤中的可溶性盐含量相关，随着连作，可溶性盐在土壤中累积，土壤电导率也随之提高。

2.2.2 土壤理化性状 由图3可以看出，各处理土壤有机质含量均与对照无显著差异，且除T1处理土壤有机质含量略高于对照外，其他处理土壤有机质含量均低于对照。这一现象的产生可能与有机物质分解速度相关。与对照相比，各处理土壤中碱解氮含量均降低，除T1、T3、T4、T7处理外，其他处理碱解氮含量均显著低于对照。除T1处理土壤有效磷含量略高于对照外，其他处理土壤有效磷含量均低于对照，且除T1、T3和T4处理外，其他处理土壤有效磷含量均显著低于对照。各处理土壤速效钾含量均低于对照，但差异不显著。可见，施用肥料1或肥料2可以促进植物对养分的吸收，增强植物光合作用。

2.3 对土壤酶活性的影响

2.3.1 对土壤蔗糖酶活性的影响 从图4可看出，各处理西瓜土壤蔗糖酶活性均高于对照，且肥料2的处理中，土壤蔗糖酶活性随肥料浓度增大呈现先递增后递降趋势。在肥料1处理中，各处理土壤蔗糖酶活性分别较对照增加2.97%、62.35%、49.22%和55.83%，添加量为3 g·kg-1时，蔗糖酶活性达到最大值。在肥料2处理中，各处理土壤蔗糖酶活性较对照分别增加16.75%、68.88%、58.00%和26.74%，添加量为75 mL·L-1时，蔗糖酶活性达到最大值。

2.3.2 对土壤脲酶活性的影响 从图5可以看出，各处理西瓜土壤脲酶均高于对照，但差异不显著，各处理随2种肥料施用量增大均呈现先递增后递降趋势。在肥料1处理中，各处理土壤土壤脲酶活性分别较对照增加4.35%、29.98%、37.76%和19.45%，添加量为5 g·kg-1时，土壤脲酶活性达到最大值。在肥料2处理中，添加量为100 mL·L-1时，土壤脲酶活性达到最大值。表明适宜施用量的肥料1和2可以提高土壤酶活性，促进土壤中有机质的分解。

2.4 对根际微生物的影响

由表1可以看出，肥料1各处理与对照相比，细菌数量均显著提高，且随肥料施用量递增，呈现先上升后下降的趋势，施用量为3 g·kg-1时，细菌数量达到最大值47.33×105 cfu·g-1;肥料2各处理与对照相比，除100 mL·L-1处理外，其他处理细菌数量均显著提高，添加量为50 mL·L-1时，细菌数量达到最大值41.1×105 cfu·g-1。

在肥料1处理中，施用量为1 g·kg-1、3 g·kg-1时，真菌数量与对照相比显著下降，施用量为3 g·kg-1时，下降幅度最大，其他施用量处理下真菌数量稍有增加，与对照相比差异不显著;在肥料2处理中，各处理的真菌数量均较对照有所下降，均与对照差异不显著。

在肥料1处理中，各处理放线菌数量均比对照提高，但与对照均无显著差异;在肥料2处理中，添加量为50 mL·L-1时放线菌数量增幅最大，差异最为显著。

3 讨论与结论

在农业生產上，氨基多糖是一种作物生长调节剂，许多研究表明氨基多糖对作物生长具有促进作用。试验表明，适宜浓度的氨基多糖可以提高西瓜苗的干质量和株高，这与孙明伟[10]等对草莓的研究结果、芮法富等[5]对大棚黄瓜的研究结果一致，这可能是因为氨基多糖中含有大量的N元素，对植物合成蛋白质具有重要的作用，从而促进植物生长。

在土壤连作栽培中，土壤盐渍化、酸化是一个严重问题，可导致土壤肥力下降、土壤板结等现象，其成因复杂[1，11]。土壤酸化不仅是由于大棚连作土壤得不到雨水淋洗，还因为微生物代谢活动产生酸性物质和根系分泌酸性物质[12]。土壤盐渍化不仅影响根系吸收水分，同时影响微生物生存[13]。施用适宜浓度的氨基多糖在一定程度上可以缓解土壤酸化和盐渍化问题，这与高瑞杰等[6]研究结果相似。

土壤养分受很多因素影响，如受微生物、水分、土壤酸碱度等影响。使用肥料1和肥料2均降低了土壤中速效氮和速效钾含量，这可能与土壤微生物促进了土壤中氮的转化有关，还可能与高温以及水分淋洗中铵态氮的挥发有关。与对照相比，除T2处理有效磷含量略有升高外，其他处理土壤中有效磷含量都有所降低。表明肥料1或肥料2都可以促进植物吸收利用土壤中有效养分。土壤中养分的变化情况与植物代谢之间的关系还需进一步研究。

土壤酶参与土壤中动植物体、微生物体发生的一系列化学反应，从而影响养分的转化率[14]。土壤酶活性是判断土壤肥力的重要指标之一[15]。土壤蔗糖酶又称为转化酶，其活性可以用来表现土壤生物化学强度与地力水平[6]。施用肥料1和肥料2均可提高土壤中蔗糖酶和脲酶活性，这与刘鑫慧等[16]和王艳芳等[17]研究结果一致。

土壤中微生物群落结构的变化反映了土壤生态系统的变化，包括土壤的生态机制以及土壤胁迫情况等[18]。随着连作年限增加，土壤中病原菌不断积累，有益微生物逐渐减少，微生物生存环境不断恶化。使用氨基多糖后细菌丰度增加，而真菌丰度有少部分数量增加，大部分数量被抑制，可能是由于受到复杂的土壤环境影响，这与陈冬辉[19]和王世明[20]的研究结果一致。施用氨基多糖通过改善土壤微生物生存环境，在一定程度上缓解西瓜连作障碍。

综上所述，通过施用适宜浓度的氨基多糖可以促进西瓜幼苗生长，促进植株对土壤养分的吸收，提高土壤蔗糖酶和脲酶活性，抑制真菌生长，改善土壤微生物群落结构，进而使西瓜土壤连作障碍得到一定程度的缓解。

参考文献

[1] 孟佳丽，吴绍军，余翔，等.不同类型砧木对西瓜连作障碍消减的影响[J].西北农业学报，2019，28（7）：1110-1118.

[2] 黄春生，熊明.连作障碍的产生原因及改善途径[J].上海蔬菜，2010（5）：62-64.

[3] 蒋小姝，莫海涛，苏海佳，等.甲壳素及壳聚糖在农业领域方面的应用[J].中国农学通报，2013，29（6）：170-174.

[4] 文廷刚，杜小凤，吴传万，等.不同分子量氨基多糖对西瓜产量和品质的影响[J].江西农业学报，2015，27（3）：36-39.

[5] 芮法富，孙明伟，李将，等.甲壳素对大棚连作黄瓜品质和产量的影响[J].中国果菜，2018，38（10）：29-32.

[6] 高瑞杰，劉金凤，谭启玲，等.甲壳素对土壤养分及番茄品质的影响[J].山东农业科学，2005（4）：50-52.

[7] 王巧环，任玉芬，孟龄，等.元素分析仪同时测定土壤中全氮和有机碳[J].分析试验室，2013，32（10）：41-45.

[8] 殷陶刚，李玉泽.土壤酶活性影响因素及测定方法的研究进展[J].矿产勘查，2019，10（6）：1523-1528.

[9] 董宏鑫，时铭泽.土壤微生物分离与测定[J].吉林农业，2018（20）：72.

[10] 孙明伟，邹永洲，芮法富，等.甲壳素对克服日光温室草莓连作障碍的效果研究[J].中国果菜，2019，39（2）：23-26.

[11] 童有为，陈淡飞.温室土壤次生盐渍化的形成和治理途径研究[J].园艺学报，1991，18（2）：1591-62.

[12] 黄武，牟海燕，梁煊，等.土壤酸化的防护与治理研究进展[J].四川化工，2019，22（5）：9-13.

[13] 尹力初.合理施肥防止土壤盐渍化[J].湖南农业，2019（11）：18.

[14] 童川，胡振，沈仁豪.不同淋溶过程下土壤酶活性变化特征研究[J].安徽农学通报，2019，25（13）：123-125.

[15] BURNS R G.International conference：enzymes in the environment：activity，ecology and applications[J].Soil Biology and Biochemistry，2000，32（13）：1815.

[16] 刘鑫慧，王晋民.芹菜连作土壤养分及酶活性变化研究[J].青海农林科技，2019（2）：1-4.

[17] 王艳芳，付风云，李家家，等.甲壳素对连作条件下平邑甜茶幼苗生长及土壤环境的影响[J].生态学报，2016，36（19）： 6218-6225.

[18] 任天志.持续农业中的土壤生物指标研究[J].中国农业科学，2000，33（1）：71-78.

[19] 陈冬辉.马铃薯连作栽培对土壤微生物多样性的影响[J].河南农业，2019（28）：10-11.

[20] 王世明.甲壳素改善土壤微生物增加物种多样性[J].中国果业信息，2019，36（2）：51.