王策 郭绍霞 刘润进 程斐 李平 黄婷婷 李敏

摘    要：为了探究生物质炭和丛枝菌根（arbuscular mycorrhizal，AM）真菌对连作甜瓜生长的影响，试验设接种或不接种AM真菌并施用0、1%、2%和4%的生物质炭，共8个处理，测定甜瓜的生长生理指标和土壤理化性质。结果表明，单施用或单接种处理均能提高甜瓜的生长指标。而接种AM真菌并施用生物质炭，能显著增加土壤中细菌和放线菌的数量，提高土壤酶活性，提高甜瓜叶片的净光合速率，从而促进甜瓜植株的生长发育，其中以接种AM真菌加施用2%～4%生物质炭的效果最好，地上部鲜质量分别比对照增加了55.11%和66.09%;地下部鲜质量分别比对照增加了32.98%和43.62%;根长分别比对照增加了57.73%和78.78%。综上所述，接种AM真菌和/或施用生物质炭均可以促进甜瓜的生长并改善土壤环境，接种AM真菌并配合施用2%～4%生物质炭最为经济合理。

关键词：甜瓜;AM真菌;生物质炭;生理指标;连作;土壤理化性质

中图分类号：S652 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2021）07-029-06

Effects of biochar and AMF on muskmelon growth and soil physicochemical properties of continuous cropping soil

WANG Ce1，2， GUO Shaoxia1， LIU Runjin1， CHENG Fei2， LI Ping3， HUANG Tingting3， LI Min1，2

（1. Institute of Mycorrhizal Biotechnology， Qingdao Agricultural University， Qingdao 266109， Shandong， China; 2. College of Horticulture， Qingdao Agricultural University， Qingdao 266109， Shandong， China; 3. Qingdao Academy of Agricultural Sciences， Qingdao 266109， Shandong， China）

Abstract： In order to investigate the effects of biochar and arbuscular mycorrhizal （AM） fungi on the growth of continuous cropping melon， 8 treatments were designed with or without AM fungi inoculation and added 0%， 1%， 2% and 4% biochar. The results showed that single application biochar or single inoculation with AM fungi can improve the growth index of melon. However， inoculation with AM fungi combined with biochar can significantly increase the number of bacteria and actinomycetes in the soil， improve the soil enzyme activity， and improve the net photosynthetic rate of melon leaves， so as to promote the growth and development of melon plants， among which the inoculation combined with 2%-4% biochar has the best effect， and the shoot fresh weight increased by 55.11% and 66.09% compared with the control. The root fresh weight increased by 32.98% and 43.62% compared with the control. The root length increased by 57.73% and 78.78% compared with the control. It is concluded that inoculation with AM fungi and/or application of biochar can promote the growth of melon and improve the soil environment， and the most economical and reasonable was inoculation with AM fungi combined with 2%-4% biochar.

Key words： Muskmelon; Arbuscular mycorrhizal fungi; Biochar; Physiological properties; Continuous cropping; Soil physical and chemical properties

甜瓜（Cucumis melo）在中國各地广泛栽培，是中国最早利用为果品的瓜类，具有较大的经济效益。但由于近年来连年种植甜瓜甚至是种植单一品种，导致土传病害经常发生，连作障碍对甜瓜产量与品质造成严重影响，已成为制约甜瓜产业可持续发展的重要因素[1]。因此，如何保证甜瓜的优质和高产已成为甜瓜生产中亟待解决的问题。

生物质炭（Biochar）拥有巨大的表面积且孔道多，这种特性使其能够改良土壤的理化性质[2]。研究表明，生物质炭可以调节土壤pH，增加田间持水量，增加土壤中大团聚体的比例，提高土壤团聚体稳定性[3]。同时这种特性也能提高土壤的保肥性，增加土壤中营养物质的含量，尤其是碳、磷含量[4]。促进特殊类群土壤微生物的生长栖息，为土壤微生物提供良好的生活环境[5]，进而改变土壤的微观结构与微生态，引起所有与之相关因素的变化，增加土壤中细菌、放线菌的丰度[6]。陈冲等[7]研究结果表明，不同施肥处理均可在不同程度上提高土壤酶活性，其中以施用生物质炭效果最为显著。

丛枝菌根（arbuscular mycorrhizal，AM）真菌是一种广泛存在于农业中的土壤真菌，可与大多数植物结合形成共生体[8]。AM真菌与寄主植物的根结合，增加侧根和不定根的数量，进一步增强根系吸收水分和养分的能力，增强植物抗性并改善植物生长发育状况[9]。AM真菌可显著增强植株光合作用，并促进植株的生长。已有研究表明，接种AM真菌可调节植株中的内源激素含量，还能够改变植物根部周围土壤的理化性质[10]，平衡菌落结构，提高土壤酶活性[11]，增加有益微生物的含量[12]。AM真菌共生还有助于促进植物生长和保护植物免受各种环境胁迫[13]。

目前，生物质炭作为土壤改良制剂已得到广泛应用，AM真菌和生物质炭联合以缓解西瓜、辣椒作物的连作障碍已有相应的研究报道[14-15]，但两者联合缓解甜瓜连作障碍还未见报道。因此，笔者将AM真菌与生物质炭相结合，通过测定甜瓜苗的生长生理指标和土壤理化性质，以期探究AM真菌和生物质炭对缓解甜瓜连作障碍的效应及可能机制，为AM真菌和生物质炭应用于甜瓜生产提供理论依据和技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料

供试AM菌剂：变形球囊霉（Glomus versiforme），由青岛农业大学菌根生物技术研究所繁育，以保存于玉米和三叶草根系中的孢子、菌根根段和沙子等混合物作为接种菌剂。供试生物质炭：原材料为秸秆炭，由北京三聚环保新材料股份有限公司提供。供试甜瓜品种：华创皇冠，由安业园艺科技有限公司提供。连作土壤：潍坊市青州市谭坊镇连作3年的甜瓜大棚土壤。盆栽容器花盆内缘直径为23.50 cm，高度为18.50 cm。

1.2 试验设计

试验依据生物质炭占土壤质量比可分为不施用生物质炭（CK）、1%生物质炭添加量（C1）、2%生物质炭添加量（C2）、4%生物质炭添加量（C3）4个水平，将以上生物质炭与连作甜瓜土壤充分混匀作为栽培用土。只接种AM真菌且不施用生物质炭的处理为M，只添加生物质炭不接种AM真菌的处理用C-M表示，在各生物质炭添加量水平下分别接种AM真菌的处理用C+M表示，共计8个处理，即CK、C1-M、C2-M、C3-M、M、C1+M、C2+M、C3+M。每个处理5次重复，共40株。

1.3 方法

试验于2018年3—6月在青岛农业大学生物楼顶的日光温室内进行。3月15日，将催芽后的甜瓜播种于50孔穴盘中进行育苗，穴盘用75%酒精擦后晾干，每个孔中放入100 mL灭菌基质（基质为V草炭∶V蛭石∶V珍珠岩=2∶1∶1，高压蒸汽灭菌，121 ℃ 2 h）。接种AM真菌的处理，每穴施入15 mL菌剂;不接种AM真菌的处理，每穴施入15 mL灭菌的菌剂及其滤液，以防菌剂中的其他物质造成试验误差。甜瓜幼苗长到3叶1心时，随机选取长势一致的幼苗移栽至装有连作3年甜瓜土壤的花盆中，采用常规方法进行日常管理，移栽30 d后，对甜瓜植株进行生长量、光合作用等相关指标的测定，同时对甜瓜及其根系周围的土壤进行取样与保存。

采用常规方法测定株高、茎粗、地上/地下部鲜质量、根长等生长指标;采用英国PP Systems公司生产的CIRAS-3型便携式光合测定仪测定光合指标;采用常规方法[16]测定相关土壤酶活性指标;采用稀释涂布平板法[17]测定土壤微生物群落数量。

1.4 数据处理

采用SPSS 11.5进行双因素方差分析，采用DPS 7.05软件进行显著性分析（LSD法），采用Excel 2010版本进行图表绘制。

2 结果与分析

2.1 AMF和生物质炭对甜瓜生长量的影响

由表1可知，在未接种AM真菌条件下，随着生物质炭施用量增加，甜瓜茎粗、地上/地下部鲜质量和根长均显著增加;在接种AM真菌条件下，生物质炭处理后甜瓜茎粗、地上/地下部鲜质量和根长均显著高于未施用生物质炭处理。M处理甜瓜茎粗、地上部鲜质量和根长均显著高于CK。在施用2%生物质炭条件下，C2+M处理甜瓜生长量除株高外，其他指标均显著高于C2-M处理。在施用4%生物质炭条件下，C3+M处理甜瓜生长量除地下部鮮质量外，其他指标均显著高于C3-M处理。其中，以C3+M处理甜瓜生长量最高，其株高、茎粗、地上/地下部鲜质量和根长分别比CK增加了36.55%、53.33%、66.09%、43.62%和78.78%。显著性检验表明，单施用生物质炭对甜瓜茎粗、地上部鲜质量、根长均有极显著影响，对株高、地下部鲜质量有显著影响;单接种AM真菌对甜瓜所有生长指标有极显著影响;而二者交互作用只对茎粗影响显著，对其他各指标影响不显著。

2.2 AMF和生物质炭对甜瓜光合作用的影响

由表2可以看出，在未接种AM真菌条件下，C2-M、C3-M处理甜瓜叶片净光合速率、蒸腾速率、气孔导度均显著高于CK，其中以C3-M处理净光合速率最高;在接种AM真菌条件下，C2+M、C3+M处理甜瓜叶片净光合速率、蒸腾速率、气孔导度均显著高于M处理。M处理甜瓜叶片气孔导度显著高于CK。在施用2%生物质炭条件下，C2+M处理甜瓜叶片净光合速率和蒸腾速率均显著高于C2-M处理。在施用4%生物质炭条件下，C3+M处理甜瓜叶片蒸腾速率显著高于C3-M处理。其中，以C3+M处理的甜瓜叶片净光合速率最高，比CK增加了167.81%。显著性检验表明，单施用生物质炭和单接种AM真菌对甜瓜的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度均有极显著影响，两者交互作用对各光合指标影响均不显著。

2.3 AMF和生物质炭对土壤酶活性的影响

由图1可知，在未接种AM真菌条件下，施用生物质炭的连作土壤中蔗糖酶、脲酶和过氧化氢酶活性均高于CK，且随生物质炭施用量的增加，酶活性逐渐增强;在接种AM真菌条件下，施用生物质炭处理的土壤中蔗糖酶、脲酶和过氧化氢酶活性均高于M处理。相同生物质炭施用量下接种AM真菌处理土壤酶活性高于未接种AM真菌处理。在各处理中，以C3+M处理土壤中蔗糖酶、脲酶和过氧化氢酶活性最高。

表3表明，单施用生物质炭对土壤中蔗糖酶、脲酶活性均产生极显著影响，单接种AM真菌对土壤中3种酶的活性均产生极显著影响，而二者交互作用对土壤中3种酶的活性影响均不显著。

2.4 AM真菌和生物质炭对连作土壤微生物含量的影响

由图2可以看出，土壤中细菌、放线菌数量均随生物质炭施用量升高而不断增加，真菌数量随生物质炭施用量升高而不断下降。在相同生物质炭施用量下，接种AM真菌处理土壤中真菌数量显著低于未接种处理，细菌、放线菌数量均显著高于未接种处理。

接种AM真菌处理的菌根侵染率随生物质炭施用量增加而增高，且与未施用生物质炭处理间存在显著差异。其中，C3+M处理的菌根侵染率最高，且显著高于其他生物质炭水平下的侵染率。

由表3可知，单施用生物质炭对土壤中三类微生物数量均产生极显著影响，单接种AM真菌对土壤中细菌和真菌数量均产生极显著影响，而二者交互作用对土壤中三类微生物数量的影响均不显著。

3 讨论与结论

光合作用作为植物体干物质积累的直接来源，其对植物的生长有着直接的影响。净光合速率和蒸腾速率是光合特征的重要参数。本试验结果表明，在未接种AM真菌条件下，随生物质炭施用量增加，甜瓜叶片的净光合速率逐渐增高。这可能是因为施用生物质炭能增加土壤中营养物质的含量并提高土壤保水保肥的能力，从而改善植物的生长环境[18]。接种AM真菌后，甜瓜光合作用增强，其中以4%生物质炭施用量并接种AM真菌处理的甜瓜光合作用效果最显著。这可能是因为AM真菌可以促进植株对水、养分的吸收，增加植物体内叶绿素的含量[19-20]。

土壤酶活性与土壤中营养物质的含量、微生物数量、土壤pH等密切相关[21]。本试验结果表明，在未接种AM真菌条件下，随生物质炭施用量增加，土壤中蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶的活性逐渐增加，以4%生物质炭施用量处理效果最显著。这可能是因为生物质炭较大的孔隙度和表面积增加了土壤孔隙度，调节了土壤pH，增加了土壤有機质含量，改善了土壤酶的生活环境[22-23]。接种AM真菌后，土壤酶活性进一步提高，且以4%生物质炭施用量并接种AM真菌处理的土壤酶活性最高。这可能是因为接种AM真菌能有效提高土壤有机质含量、促进土壤团粒结构的形成、调节土壤的pH值[24]，从而改善土壤酶的生活环境。

本试验结果表明，在未接种AM真菌条件下，随生物质炭施用量增加，细菌和放线菌的数量呈逐渐增加趋势，真菌数量呈逐渐减少趋势。这可能是因为添加生物质炭可为土壤微生物提供栖息场所以及生长代谢所需的营养物质[3]。接种AM真菌后，这种趋势更加明显，而且以接种配合施用4%生物质炭处理的效果最为显著。这可能是因为接种AM真菌可以与土壤中的有害菌产生拮抗效应，并与土壤中的有益菌产生协同效应共同对抗病原体，从而平衡菌落结构[25-26]。

植物生长量能够直观反映植物的生长状况。笔者在本研究中发现，单独施用生物质炭、单独接种以及接种配合施用生物质炭处理均能增加甜瓜植株的生长量。在施用生物质炭而不接种条件下，随生物质炭施用量增加，对植物生长的促进效应也逐渐增强，这可能是因为施用生物质炭增加了土壤肥力，增强了土壤酶活性，增加了根围土壤有益菌的数量，从而改善了土壤环境，增强了植物光合作用，进一步促进植物的生长发育[27]。接种AM真菌后，甜瓜生长量进一步提高，这可能与AM真菌菌丝能与植物根系结合，形成共生体，在土壤中形成菌丝网，扩大根系的吸收面积，直接参与植物体内的水分代谢活动[28]，促进植物对土壤中氮磷钾的吸收[29]，并改善土壤理化性质有关。

综上所述，无论是单独施用生物质炭或单独接种AM真菌均能够减轻连作障碍并促进甜瓜生长，提高土壤酶活性，改善土壤微生物群落结构，且接种AM真菌和施用生物质炭联合效应显著优于单一处理。而在接种条件下，2%和4%生物质炭施用量处理的效果优于其他处理，且二者的净光合速率以及土壤微生物数量等指标没有显著性差异。因此，可以认为，接种和/或施用生物质炭均可以促进甜瓜的生长并改善土壤环境，接种AM真菌并配合施用2%～4%生物质炭最为经济合理。

参考文献

[1] 徐小军，王瑞，张桂兰，等.连作对设施甜瓜生长和光合作用以及养分吸收和产量品质的影响[J].果树学报，2018，35（4）：449-457.

[2] MAJOR J，RONDON M，MOLINA D，et al.Maize yield and nutrition during 4 years after biochar application to a Colombian savanna oxisol[J].Plant and Soil，2010，333：117-128.

[3] 蒋雪洋，张前前，沈浩杰，等.生物质炭对稻田土壤团聚体稳定性和微生物群落的影响[J/OL].土壤学报，2020.[2020-10-07].DOI：10.11766/trxb202005280258.

[4] CORNELISSEN G，KUKULSKA Z，KALAITZIDIS S，et al.Relations between environmental blackcarbon sorption and geochemical sorbent characteristics[J].Environmental Science Technology，2004，38（13）：3632-3640.

[5] 朱红惠，龙良坤，羊宋贞，等.AM真菌对青枯菌和根际细菌群落结构的影响[J].菌物学报，2005，24（1）：137-142.

[6] 刘文辉，梁翔宇，孙小涵，等.生物质炭作为土壤改良剂在农业上的应用研究进展[J].中国资源综合利用，2020，38（6）：108-110.

[7] 陈冲，郭传滨，昝京宜，等.不同施肥处理对植烟土壤关键酶活性及根系活力的影响[J].现代农业科技，2016（23）：18-20.

[8] 孙吉庆，刘润进，李敏.丛枝菌根真菌提高植物抗逆性的效应及其机制研究进展[J].植物生理学报，2012，48（9）：845-852.

[9] 葛诗蓓，姜小春，王羚羽，等.园艺植物丛枝菌根抗非生物胁迫的作用机制研究进展[J].园艺学报，2020，47（9）：1752-1776.

[10] 李亮，蔡柏岩.丛枝菌根真菌缓解连作障碍的研究进展[J].生态学杂志，2016，35（5）：1372-1377.

[11] XUN F F，XIE B M，LIU S S，et al.Effect of plant growth-promoting bacteria （PGPR） and arbuscular mycorrhizal fungi （AMF） inoculation on oats in saline-alkali soil contaminated by petroleum to enhance phytoremediation[J].Environmental Science and Pollution Research，2015，22（1）：598-608.

[12] 罗巧玉，王晓娟，李媛媛，等.AM真菌在植物病虫害生物防治中的作用机制[J].生态学报，2013，33（19）：5997-6005.

[13] 姜朦，杨洪一.丛枝菌根真菌对植物抗非生物胁迫研究进展[J].黑龙江农业科学，2020（9）：117-121.

[14] 刘耀臣，刘润进，李敏，等.丛枝菌根真菌和生物质炭对连作西瓜土壤肥力的影響[J].微生物学通报，2020，47（11）：3811-3821.

[15] 王岩，周鹏，白立伟，等.生物炭和AM真菌配施对连作辣椒生长和土壤养分的影响[J].中国生态农业学报（中英文），2020，28（10）：1600-1608.

[16] 关松荫.土壤酶及其研究法[M].北京：中国农业出版社，1986.

[17] 沈萍，陈向东.微生物学实验[M].北京：高等教育出版社，2007.

[18] 刘易，祁通，孟阿静，等.生物质炭输入对盐胁迫下玉米幼苗生长和光合生理特征的影响[J].华北农学报，2017，32（4）：182-188.

[19] 黄志，许炜萍，郁昉斌，等.接种AMF对弱光环境及盐胁迫下甜瓜光合特性的影响[J].西北植物学报，2018，38（2）：307-315.

[20] 谢晓红.丛枝菌根真菌对弱光及盐胁迫下甜瓜生长和光合作用的影响[D].成都：四川农业大学，2016.

[21] 陆琴，李冬琴.土壤酶及其生态指示作用研究进展[J].安徽农业科学，2020，48（18）：14-17.

[22] 张海晶，王少杰，罗莎莎，等.不同秸秆还田方式对土壤微生物影响的研究进展[J].土壤与作物，2020（2）：150-158.

[23] 韩召强，陈效民，曲成闯，等.生物质炭对黄瓜连作土壤理化性状、酶活性及土壤质量的持续效应[J].植物营养与肥料学报，2018，24（5）：1227-1236.

[24] 罗巧玉，王晓娟，李媛媛，等.AM真菌在植物病虫害生物防治中的作用机制[J].生态学报，2013，33（19）：5997-6005.

[25] 邓建强，谭军，施河丽，等.生物炭对土地整治区土壤微生物调控效应[J].中国烟草学报，2018，24（3）：46-52.

[26] 殷齐琪，毕银丽，马少鹏，等.矿区压实土壤接种AMF对柠条生长的影响模拟试验[J].煤炭学报，2020，45（9）：3253-3261.

[27] 凌宏伟，李小英.生物质炭对大田作物生长的影响研究进展[J].广东农业科学，2018，45（6）：56-62.

[28] 郭雄飞.生物炭和AM真菌对重金属污染下土壤养分及望江南生长的影响[J].草业学报，2018，27（11）：150-161.

[29] YANG Q，RAVNSKOV S，ANDERSEN M N.Nutrient uptake and growth of potato：Arbuscular mycorrhiza symbiosis interacts with quality and quantity of amended biochars[J].Plant Nutrition and Soil Science，2020，183（2）：220-232.