生物有机肥是一种由特定微生物与主要以动植物残体（如动物排泄物）为原料，经过无害化处理后的有机物质组合而成的一种新型肥料，包含较高的有机质和特定功能的微生物^[1]。施用生物有机肥可以改善土壤的物理结构，增强土壤中的微生物活性，提高水分和肥料的利用率，从而使农作物的产量和质量得到改善^[2-3]。虽然化肥在增加农作物产量和收益方面作出了重要贡献，但是，长期大量施用化肥，会对土壤的理化特性、微生物群系产生一定的伤害，导致土壤的酸化、板结，使作物的产量有所降低，造成经济损失^[4]。因此，生物有机肥成为生态农业发展的必然趋势，将会是化肥行业的一个重要发展方向^[5]。石瑜等^[6]的研究表明，施用生物有机肥可以促进甜瓜的生长，提高甜瓜的品质，而且生物有机肥的用量直接影响着甜瓜的产量水平，对甜瓜有显著的增产效果。张俊峰等^[7]在研究使用生物有机肥代替化肥在日光温室栽培黄瓜时发现，生物有机肥可以提高黄瓜茎叶、果实以及根系中的可溶性糖和可溶性蛋白的含量，提高氮、磷、钾肥利用率。郑逊麟等^[8]在研究施用生物有机肥对生菜性状和产量的影响时发现，施用生物有机肥可以改善生菜的性状，使生菜的株高和叶片长度明显增加，从而提高生菜的产量。

甜瓜（Cucumis melo L.）是盛夏消暑的重要水果，其中‘羊角蜜’品种的甜瓜肉质细嫩酥脆，甜度高，口感极佳，含有蛋白质、胡萝卜素等多种营养成分，因此受到众多消费者们的喜爱。连作障碍是近几年我国水果、蔬菜生产中的一个突出问题，在设施栽培条件下尤为明显^[9]。使用生物有机肥可以减少农药和化肥的施用，改善土壤的性质，克服连作障碍，增加产量，保护生态环境^[10]。生物有机肥是一种新型的肥料，有关其在作物栽培方面的应用及研究有很多，但在栽培基质中添加生物有机肥，探讨其在甜瓜栽培方面的研究却鲜有报道。

本试验通过在基质中添加不同量的生物有机肥，研究其对基质理化性质、营养元素积累、酶活性、微生物含量以及对甜瓜植株生长、光合参数、甜瓜果实品质和产量的影响，从而筛选出适宜甜瓜生长的最适生物有机肥添加量，为生物有机肥进一步的合理利用和培育高品质甜瓜提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验供试材料甜瓜为‘羊角蜜’，购自于河南豫艺种业科技发展有限公司。

栽培基质为草炭∶蛭石∶珍珠岩 =1∶1∶1（体积比），购自于信阳市恒源矿业有限公司。

供试生物有机肥为‘豆粕阿维’（N+P₂O₅+K₂O 总养分≥ 5.0%，有机质≥ 45%，有益活性菌 2.0× 10⁸ 个·kg^-1，其中细菌（根瘤菌、固氮菌）1.65× 10⁸ 个·kg^-1，真菌（菌根真菌）3.15×10⁷ 个·kg^-1，其他菌种 1.15×10⁷ 个·kg^-1），购于石家庄市丰硕肥业有限公司。

1.2 试验设计

试验于 2021 年 3—9 月在信阳农林学院智慧园艺实训基地的物联网温室内进行。采用 50 孔穴盘育苗，先对穴盘进行清洗、消毒，然后将栽培基质填入 50 孔的穴盘中，压穴后播种，每穴 1 粒种子。待甜瓜幼苗五叶一心时，挑选长势良好且一致的幼苗移植到装好混配基质的栽培桶（上口径 33.5 cm，下口径 22 cm，高 26 cm）中，定植 1 株·桶^-1，试验共设 5 个处理，每个处理重复 3 次，各处理共移栽 15 株，以不添加生物有机肥为对照（CK），其他各处理（T1、T2、T3、T4）的生物有机肥添加量分别为 6%、12%、18%、24%。定植后，每株每天浇 1/2 Hoadland 营养液 200～500 mL；开花结果期每株每天浇 Hoadland 营养液 1.0～2.5 L。按照有机栽培管理标准进行病虫害防治。

1.3 试验方法

1.3.1 种子处理

将‘羊角蜜’甜瓜种子进行消毒，并使用温汤浸种的方法放入恒温箱中进行催芽处理，加速种子萌发。

1.3.2 基质理化性质

取栽培后的风干基质样品，采用郭世荣^[11]的测定方法，测定基质的容重和总孔隙度等理化性质。用 pH 计测量 pH 值，用电导仪测量 EC 值。

基质中全氮、全磷、全钾的含量使用土壤速测仪进行测定。采取风干基质，制备待测液，用吸管吸取蒸馏水 2 mL 作为空白液，放于第一通道；吸取蒸馏水 2 mL 和 1 滴土壤养分混合标准储备液作为标准液，放于第二通道；吸取 2 mL 的待测液于试管中，在待测液和标准液的试管中分别加入相应试剂，摇匀，分别倒入比色皿中，上机测定。

1.3.3 基质微生物数量

基质微生物数量的测定参照王芳等^[12]的方法，细菌、真菌和放线菌分别采用牛肉膏蛋白胨培养基、马丁氏培养基、改良高氏一号培养基培养。

1.3.4 基质酶活性

基质蔗糖酶活性的测定参照赵雨萌等^[13]的方法，用 3，5-二硝基水杨酸比色法测定；基质脲酶活性的测定参考陈雪梅等^[14]的方法，使用靛酚蓝比色法测定；基质碱性磷酸酶活性和过氧化氢酶活性的测定参照陶梦慧等^[15]的方法，分别使用磷酸苯二钠比色法以及高锰酸钾滴定法测定。

1.3.5 甜瓜生长指标

当甜瓜植株五叶一心时，从每个处理中随机采取 3 株甜瓜，用游标卡尺测量生根点以上 1 cm 处的茎粗，用直尺测量株高，用烘干法测量干重，电子天平测量鲜重，根据公式计算得到壮苗指数和根冠比，使用植物根系扫描仪测定根长和根体积，使用多功能叶面积分析仪测量植物叶面积，根系活力使用氯化三苯基四氮唑（TTC）法测定，用分光光度计进行读数。

1.3.6 光合特性

参照李合生^[16]的方法，测定叶绿素的含量。每组处理分别取新鲜的甜瓜叶片，去掉叶片的中脉，将叶片剪碎，混匀，称取 0.2 g，放入容量瓶中，加混合液浸提液 20 mL，在黑暗条件下存放，待叶片发白时，用浸提试剂将其定容至 25 mL 并摇匀，用分光光度计测定吸光度。

在盛花期，采用 CI-340 便携式光合作用系统测定仪，于 9：00—11：00 测定净光合速率、气孔导度、胞间 CO₂ 浓度和蒸腾速率。

1.3.7 果实品质和产量

甜瓜果实成熟后，使用蒽酮-H₂SO₄ 比色法测定果实中蔗糖、葡萄糖、可溶性总糖和淀粉的含量^[17]； 使用 NY/T2637—2014 的折射仪法测定可溶性固形物含量；使用考马斯亮蓝染色法测定可溶性蛋白含量^[18]；参照李合生^[16]5% 水杨酸-硫酸法测定硝酸盐含量；使用游标卡尺测量果实横径和纵径，并计算出果形指数；使用台秤测定单果重和单株产量。

1.4 数据处理

使用 Excel 2019 进行数据处理并制作图表，使用 SPSS 20.0 对试验数据进行分析。

2 结果与分析

2.1 基质的理化性状

由表1 可知，各处理基质的容重在 0.23～0.29 g·cm^-3 之间，其中处理 T4 的容重最大，相比于 CK 提高了 7.4%，容重最小的是处理 T2，相比于 CK 降低了 14.8%； 各处理总孔隙度在 38%～58% 之间，其中处理 T2 的总孔隙度最大，相比于处理 CK 提高了 38.1%。各处理基质的 pH 值在 5.22～5.89 之间，其中处理 T4 的 pH 值最大，比 CK 高出 12.8%；EC 值在 0.79～1.02 mS·cm^-1 之间，其中处理 T4 的 EC 值最大，比 CK 高出 29.1%。各处理基质中全氮、全磷和全钾的含量呈现出先升后降的趋势。各处理中全氮、全磷和全钾含量最高的均为处理 T2，相比于处理 CK 分别高出 32.5%、13.8% 和 24.0%。综上所述，添加适量的生物有机肥可以改善栽培基质的通气状况和持水状况，提高基质中全氮、全磷、全钾的含量，从而改善基质的营养状况。

注：同一列中的不同小写字母表明有显著性差异（P<0.05）。下同。

2.2 不同生物有机肥添加量对基质微生物数量的影响

由图1 可知，随着生物有机肥用量的增加，基质中微生物数量也随之增加。细菌数量和真菌数量最多的均为处理 T4，比 CK 分别高出了 17.4% 和 35.1%；各施肥处理间放线菌的数量无显著性差异，处理 T4 的放线菌数量比 CK 的放线菌数量高出 14.2%；微生物总量呈现出不断增加的趋势，数量最多的为处理 T4，比 CK 高出 21.9%。综上所述，添加生物有机肥可以增加基质中微生物的数量。

2.3 不同生物有机肥添加量对基质酶活性的影响

由图2 可知，各处理中，处理 T2 的基质酶活性均为最高，其中蔗糖酶活性为 41.34 mg·g^-1· d^-1，比 CK 高出 23.3%； 脲酶活性为 4.07 mg· g^-1·d^-1，比 CK 的高出 25.2%；碱性磷酸酶活性为 1.69 mg·g^-1·d^-1，比 CK 高出 26.6%；过氧化氢酶活性为 4.23 mL·g^-1·d^-1，比 CK 高出 8.7%。综上所述，在基质中添加适量的生物有机肥可以提高基质的酶活性。

2.4 不同生物有机肥添加量对甜瓜生长指标的影响

由表2 可知，生物有机肥添加量不同，甜瓜植株在生长过程中所受的影响也不同。处理 T2 的株高、茎粗以及叶面积均为最大，且均显著高于 CK，相较于 CK 分别提高了 21.6%、10.1% 以及 20.6%。处理 T2 的壮苗指数最大，相比于 CK 增加了 38.7%，处理 T1 和 T3 之间无明显差异。全株鲜重和全株干重在处理 T2 达到最大值，分别比 CK 高出 14.5% 和 33.2%。试验表明，添加适量的生物有机肥能提高甜瓜植株的干物质积累量，有效地促进甜瓜植株的生长。

由图3 可知，随着生物有机肥用量的增加，对甜瓜植株根系的影响呈现出先增后降的趋势。处理 T2 的根长最长，比 CK 高出 26.5%，处理 T3 和 T4 的根长无明显变化。各处理的根体积和根活力均在处理 T2 达到最大，分别比 CK 高出 27.9% 和 21.3%。综上所述，处理 T2 的甜瓜植株根系生长较好，植株生长状况最佳，表明一定量的生物有机肥添加可以促进甜瓜植株根系的生长。

注：不同小写字母有显著性差异（P<0.05）。下同。

2.5 不同生物有机肥添加量对甜瓜光合特性的影响

由图4 可知，随着生物有机肥用量的增加，甜瓜叶片的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和叶绿素总量均呈现先增后降的趋势，且均在处理 T2 时最高，相比于 CK 分别提高了 18.5%、37%、29% 和 25.3%； 胞间 CO₂ 浓度呈现先降后增的趋势，并在处理 T2 时最低，相比于 CK 降低了 16.3%。处理 T1～T4 相比于 CK，净光合速率、气孔导度和蒸腾速率均显著提高，胞间 CO₂ 浓度除 T4 外均显著降低。综上所述，添加一定量的生物有机肥可以改善甜瓜的光合特性，促进植株叶片的光合作用能力，从而促进植株生长。

2.6 不同生物有机肥添加量对甜瓜果实品质和产量的影响

由表3 可知，随着生物有机肥用量的增加，甜瓜果实的蔗糖、葡萄糖、可溶性总糖、可溶性固形物以及可溶性蛋白均呈现先增后减的趋势，并均在处理 T2 达到最大值，且分别比 CK 高出 18.0%、 10.6%、29.8%、7.5% 以及 18.8%；果实淀粉含量呈现先减后增的趋势，在处理 T2 时最小，相比于 CK 降低了 12.6%，处理 T1～T3 均显著低于 CK；果实硝酸盐含量无显著性差异。综上所述，添加一定量的生物有机肥可显著提高甜瓜果实中蔗糖、葡萄糖、可溶性总糖、可溶性固形物以及可溶性蛋白含量，降低淀粉含量，有效地改善了甜瓜果实的品质。

由表4 可知，随着生物有机肥用量的增加，甜瓜果实的横径、纵径、单果重和单株产量均呈现出先上升后下降的趋势，且均在处理 T2 时最高，相比于 CK 分别提高了 19.6%、17.3%、23.5% 和 38.6%；单果重和单株产量在处理 T3 和 T4 之间差异不显著。综上所述，添加一定量的生物有机肥可以促进甜瓜果实横径和纵径的增大，显著提高甜瓜单果重和单株产量。

2.7 甜瓜生长指标和基质特性指标的相关性分析

由表5 可知，甜瓜植株生长指标与基质特性存在不同程度的相关性。容重与茎粗呈显著性负相关；总孔隙度与蔗糖、葡萄糖和可溶性蛋白含量呈显著性正相关；pH 值与株高和茎粗呈显著性正相关；EC 值与茎粗、单果重、可溶性总糖含量呈显著性正相关；微生物总量与叶绿素总量呈显著性正相关；全磷、全钾均与甜瓜植株的株高、茎粗、叶绿素总量、单果重呈显著性正相关；全氮与株高、叶绿素总量、单果重、单株产量、可溶性蛋白含量呈显著性正相关，与茎粗、可溶性总糖含量呈极显著性正相关；蔗糖酶活性与叶面积、根体积呈显著性正相关；脲酶活性与株高、茎粗呈显著性正相关；碱性磷酸酶活性和过氧化氢酶活性与茎粗、根体积呈显著性正相关。

注：* 指在 P<0.05 水平下显著相关，** 指 P<0.01 水平下极显著相关。

3 讨论

生物有机肥中含有功能菌，可以促进土壤中固定养分的释放，能够使土壤中的营养元素更加完整，在农作物上施用生物有机肥，可以提高植株的抗病能力、改善土壤结构、提高产量，也能使作物的品质有所改善^[19]。多年来，我国化肥施用量位居全球第一。长期大量使用化肥，一方面会使土壤呈强酸性，引起土壤板结，降低作物产量，降低肥料利用率，从而对作物品质产生不利影响，另一方面会对地下水造成污染，造成严重的经济损失^[20]。众多研究表明，生物有机肥可以改善土壤结构和通气状况，提高土壤中的有机质含量、微生物数量和酶活性，加速土壤中养分的释放，促进根系对营养物质的吸收，从而促进植株的生长。本试验中，不同生物有机肥添加量对甜瓜植株生长的影响不同，这与于会丽等^[21]在研究生物有机肥对苹果幼苗生长、生理特性以及土壤微生物功能多样性的影响时所得出的结论一致。

3.1 基质的理化性质

基质的总孔隙和通气孔隙对基质的通气性起主要作用，基质的通气性也与基质的容重相关。总孔隙度大，基质较疏松，容纳水和空气的量大，对根系的生长有利，但对植株的固定作用差，总孔隙度过大，保水保肥能力差^[22]。生物有机肥有利于植株根系吸收土壤中的养分，从而使植株良好生长^[23]。李蒙等^[24]在利用生物有机肥处理辣椒幼苗时的研究结果表明，生物有机肥用量为 4% 时，辣椒幼苗生长状况最佳，生物有机肥可以显著改善基质容重和通气性。杨鸿等^[25]的研究表明，生物有机肥能增加玉米土壤中全氮、全磷和全钾的含量，在处理 3（生物有机肥施用量为 7500 kg·hm^-2）时，土壤中全氮、全磷和全钾的含量最高。由本试验结果可知，添加适量的生物有机肥可以改善栽培基质的通气状况和持水状况，增加基质中营养元素的含量，有利于植株根系吸收养分，促进植株的生长。添加过多的生物有机肥，反而会使保水能力和通气性变差。

3.2 不同生物有机肥添加量对基质微生物数量的影响

土壤微生物的多样性在养分循环、有机碳转化和控制土传病害等方面发挥着重要作用，也作为土壤健康的重要指标^[26]。石磊等^[27]在研究生物有机肥对鲜食玉米土壤微生物的影响时表明，生物有机肥能使土壤中细菌和真菌以及放线菌的数量有所增加。苏煜等^[28]的研究表明，生物有机肥可以提高烤烟土壤根系细菌和真菌以及放线菌的数量，在 70% 化肥 + 4500 kg·hm^-2 生物有机肥处理下，微生物数量最多。本试验中，各处理基质的微生物数量均显著高于 CK。由此说明，添加适量的生物有机肥可以增加基质中微生物的数量，改善基质的特性。

3.3 不同生物有机肥添加量对基质酶活性的影响

土壤酶活性可以反映土壤的健康状况，其中过氧化氢酶是一种能将土壤中的废物转化为无害物质的氧化还原酶，蔗糖酶在提高土壤养分含量方面具有重要作用，脲酶参与土壤中物质和能量的转换，碱性磷酸酶能促进土壤中有机磷化合物的水解^[29-30]。施用生物有机肥可以提高土壤中的酶活性，但是过量施用会抑制土壤的酶活性，不利于土壤中营养元素的积累^[31-32]。朱利霞等^[33]的研究表明，化肥减量配施生物有机肥可以显著提高土壤酶活性，其中在生物有机肥提供 20% 的氮处理下，土壤酶活性的含量最高。王国刚等^[34]的研究表明，生物有机肥能显著提高土壤酶活性，在处理 T3（化肥＋ 3000 kg·hm^-2 生物有机肥）时，土壤中的脲酶和磷酸酶的活性最高。本试验中，基质的酶活性均明显增加，且各处理基质的酶活性均高于 CK。由试验结果可知，处理 T2 的基质酶活性适宜甜瓜植株的生长，添加适量的生物有机肥可以促进基质中养分的转化和甜瓜对营养物质的吸收利用。

3.4 不同生物有机肥添加量对甜瓜生长指标的影响

植株的株高和茎粗可以代表植株的生长状况^[35]。植株的全株鲜重和全株干重反映了植株叶片光合作用产物的多少和根吸收产物的多少，是植株生长发育的基础^[36]。根冠比表示植物地上部分和地下部分之间的关系，可以反映植物的生长是否均衡，壮苗指数反映了植物生长的健壮程度，是反映植物质量状况的一个重要指标^[37]。秦立金等^[38]的研究表明，生物有机肥和复合微生物菌剂复配可以增加辣椒的株高和茎粗。高亮^[39]的研究表明，以腐植酸生物有机肥作基肥可以提高黄瓜的株高和全株干重，根活力也明显提高。本试验结果表明，生物有机肥可以促进甜瓜植株的生长，增加同化物的积累，使植株生长健壮。但是添加过多的生物有机肥反而会不利于植株及其根系的生长。

3.5 不同生物有机肥添加量对甜瓜光合特性的影响

叶绿素是一种重要的光合色素，在植物光合作用中发挥着重要的作用^[40]。适当的光合作用强度有利于植物中有机物质的积累，可以提高产品的品质和产量^[41]。曹雪林等^[42]的研究表明，全元生物有机肥可以提高丝瓜叶片中叶绿素的含量，在全元生物有机肥施用量为 18000 kg·hm^-2 时，叶绿素含量最高。张富鑫等^[43]的研究表明，在无机肥施用量不变的条件下，增加生物有机肥的用量，可以提高结球甘蓝功能叶中的叶绿素含量。本试验中，处理 T2 的甜瓜叶片光合色素含量、净光合速率和蒸腾速率最高，气孔导度最大，胞间 CO₂ 浓度最低。由此说明，添加适量的生物有机肥可以提高甜瓜叶片中叶绿素的总量、净光合速率和蒸腾速率，增大气孔导度，增强甜瓜叶片的光合作用，有利于有机物的积累。

3.6 不同生物有机肥添加量对甜瓜果实品质和产量的影响

蔗糖含量通常是衡量果实甜度的重要指标，蔗糖含量高的水果口感更好^[44]。可溶性糖和可溶性蛋白可提高植物的抗性，可溶性蛋白含量和硝酸盐含量是评定果蔬品质和营养价值的重要指标^[45-46]。张佼等^[47] 的研究表明，增施 30% 有机肥＋复合肥处理可以显著提高番茄果实的可溶性蛋白含量。本试验中，甜瓜果实中的蔗糖、可溶性糖、葡萄糖、可溶性固形物、可溶性蛋白含量均在处理 T2 时达到最大值；淀粉含量在处理 T2 时达到最小值。由此说明，添加适宜的生物有机肥有利于果实中糖分的积累，提高植物的抗逆性。

果形指数即果实纵径与横径的比值。任辉丽等^[48]研究表明，施用化肥（常规施肥）＋生物有机肥（2 kg·株^-1）可显著提高枸杞的产量和品质。在本试验中，各处理间的果形指数无显著差异，表明不同的生物有机肥添加量对甜瓜果形指数无显著影响。处理 T1～T4 的甜瓜单果重和单株产量均高于 CK。由此说明，添加生物有机肥可以提高甜瓜果实的产量，为植株的生长发育提供能量，有效促进甜瓜的生长。

4 结论

综上可知，栽培基质中添加一定量的生物有机肥可以改善基质的通气、持水状况，提高基质 pH 值、EC 值，提高基质酶活性及营养元素含量，T2 处理下（即生物有机肥添加量为 12% 时），甜瓜植株的生长状况、光合参数及甜瓜品质和产量均显著优于其他处理，T2 处理是适宜甜瓜栽培的最适生物有机肥添加量，可以在生产上进一步推广使用。

参考文献