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甜瓜是色、香、味俱佳且商品价值较高的畅销水果，种植周期短、效益高，且具有明显的区域优势[1]。由于前些年甜瓜栽培生产中化肥投入量较大，导致土壤盐渍化、酸化加重，造成土壤板结，土壤肥力减弱，耕作质量下降[2]。因此，要提高甜瓜的产量及品质，不仅要选育优良品种，还要提高种植甜瓜的土壤质量。
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蚯蚓粪是蚯蚓降解有机废弃物的产物，作为一种新型的有机肥料，具有养分全面、通水透气性良好、稳定性高的特点[3]，并且含有大量的有益微生物和植物生长调节剂，不仅能够提高土壤养分，而且能够改善土壤结构[4-5]。蚯蚓粪在改良土壤方面已有大量研究，例如乔力盘·阿不力米提等[6]研究了蚯蚓粪在改良土壤中的作用，单颖等[7]研究了蚯蚓粪对土壤理化性质及肥力的影响，李彦霈等[8] 研究了不同量的蚯蚓粪对土壤团聚体及有机碳的影响，以上研究均表明蚯蚓粪对土壤改良具有积极作用。此外，也有研究表明，施用蚯蚓粪还能减少化肥投入，提高作物产量、品质[9-10]。目前市面上的土壤改良剂种类繁多，大致可分为天然改良剂、人工合成改良剂、生物改良剂 3 类。虽然土壤改良剂也能够改善土壤的理化性质，影响作物的生长和发育，但单一施用土壤改良剂并不能有效地改善土壤质地和结构，需要与有机肥等肥料配合施用才能达到较好的改良土壤的效果[11]。许多学者对蚯蚓粪配施不同改良剂也做了相关研究，结果表明，蚯蚓粪复配硼钼调理剂可有效降低土壤容重[12]，配施生物质炭提升了土壤有机碳含量、促进作物生长[13-14]；配施椰糠能有效改善土壤盐渍化[15]。由此可见，蚯蚓粪配施不同土壤改良剂对提升土壤质量有一定效果。
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本研究针对在甜瓜种植生产中，采用蚯蚓粪配施当地常用土壤改良剂（沸石与生物炭）、新型人工合成改良剂（聚丙烯酰胺，简称 PAM）来改善土壤质量，通过对比不同配施处理对甜瓜产量、品质及土壤养分、理化性质的影响，确定较适宜的施用措施，以期为甜瓜高效生产及土壤改良提供技术参考依据。
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1 材料与方法
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1.1 供试地点
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本试验在北京市大兴区长子营镇农业科技成果展示基地大棚内开展，大棚长 60 m、宽 8 m。试验区域位于 39°40′15.67″ N，116°32′25.48″E，属于温带大陆性暖湿季风气候，年平均气温为 11.6℃、年均降水量为 400 mm，供试土壤类型为壤土，土壤基础理化性质如表1 所示。
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1.2 供试材料
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供试甜瓜品种为‘江淮蜜 7 号’，属于厚皮网纹甜瓜，由安徽江淮园艺种业股份有限公司选育。供试蚯蚓粪来源于北京大环鑫蚯蚓养殖场，以牛粪为原料，经蚯蚓处理 60 d，其有机质含量为 25.5%。生物炭、沸石均来源于北京世纪大德科技环保有限公司；PAM 来源于天津致远化学试剂公司；商品有机肥来源于北京一特有机肥厂，其有机质含量为 40%； 复合肥来源于北京绿得利工贸有限公司，其 N-P2O5-K2O 含量为 15-15-15；水溶肥来源于北京富特森农业科技有限公司，其 N-P2O5-K2O 含量为 16-8-34。
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1.3 试验设计与方法
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1.3.1 试验设计
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本试验以蚯蚓粪为基础，设计单施蚯蚓粪、蚯蚓粪配施生物炭与沸石、蚯蚓粪配施 PAM、蚯蚓粪配施生物炭与沸石及 PAM 处理，以不施肥 （CK）和农户常规施肥（CF）作为对照，总计 6 个处理，每个处理重复 3 次，总计 18 个小区，每个小区面积为 24 m2，具体设计见表2。
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1.3.2 田间管理
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本试验于 2021 年 3—6 月开展，甜瓜定植密度为 18000 株 /hm2，底肥按照试验设计施用，每个处理基施 NPK 复合肥，用量为 525 kg/hm2。追施肥料为水溶肥，分别在坐果期、果实膨大期、果实成熟期各追施 1 次，每次追施量为 120 kg/hm2。花期采取蜜蜂授粉，灌溉方式为滴灌。
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1.3.3 项目指标测定方法
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甜瓜成熟后，按照试验小区进行取样，每个小区随机取样 15 个，测定其产量。然后测定每个小区瓜样的可溶性总糖、可溶性固形物、可滴定酸、维生素 C、番茄红素、β-胡萝卜素等品质指标含量，分别采用蒽酮比色法、可溶性固形物测定仪检测法、酸碱滴定法、2，6-二氯靛酚滴定法、高效液相色谱法进行测定。
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甜瓜收获后，按照“S”形土壤采样法，每小区布设 5 个点位，每个点位取 0～20 cm 土层的土壤样品，以试验小区为单位进行混合土样，测定其有机质、全氮、速效钾、有效磷、pH、容重、电导率（EC 值）、阳离子交换量（CEC 值）、总盐分等指标，测定方法分别采用重铬酸钾-容量法、凯氏定氮法、火焰光度法、钼蓝比色法、酸度计、环刀法、电导率仪测定法、乙酰胺离心法、平衡法。
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1.3.4 数据处理
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试验数据采用 Excel 2019 和 SPSS 21.0进行处理及统计分析。
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2 结果与分析
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2.1 蚯蚓粪配施不同土壤改良剂对甜瓜产量的影响
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根据图1、图2 可知，蚯蚓粪配施不同土壤改良剂对甜瓜产量的影响差异未达到显著水平，以 T4 的单瓜重和折合产量最高，分别为 1.34 kg、 23539.65 kg/hm2，比 CF 高出 5.95%，但 T1、T2 及 T3 的产量均低于 CF。可见，对比农户常规施用措施，选择蚯蚓粪需同时配施生物炭、沸石及 PAM 才能达到有效提高甜瓜产量的目的。
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图1 蚯蚓粪配施不同土壤改良剂对甜瓜单瓜重的影响
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注：小写字母不同表示处理间差异显著（P<0.05）。下同。
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图2 蚯蚓粪配施不同土壤改良剂对甜瓜产量的影响
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2.2 蚯蚓粪配施不同土壤改良剂对甜瓜品质的影响
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糖度和酸度是评价甜瓜品质的重要指标，直接影响着甜瓜品质[16]。由表3 可以看出，蚯蚓粪配施不同改良剂对甜瓜糖分影响不同，以 T2 处理的可溶性总糖含量和可溶性固形物含量最高，分别为 78.79 mg/g、18.73%，相对于 CF 提高了 11.14%、6.24%，达到显著性差异；蚯蚓粪配施不同改良剂处理的可滴定酸含量均低于 CF，以 T4 最低，为 0.12%，降低了 25%。由此可见，蚯蚓粪配施生物炭、沸石可提高甜瓜的糖度，增加配施 PAM 可有效降低其酸度。
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注：小写字母不同表示处理间差异显著（P<0.05）。下同。
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维生素 C 是甜瓜的主要营养物质之一，其含量影响着甜瓜的品质[17]。类胡萝卜素是形成橘色哈密瓜果肉颜色的主要色素类物质，番茄红素作为重要的天然类胡萝卜素，是决定西瓜果实品质的重要因素之一[18-19]。图3、图4、图5 分别显示了蚯蚓粪配施不同改良剂对甜瓜维生素 C、番茄红素、类胡萝卜素的影响。其中 T2、T3、T4 的维生素 C 含量显著高于其他处理，以 T4 最高，达到 16.17 mg/100 g，比 CF 高出 15.77%；T3 的番茄红素含量显著高于其他处理，达到 0.25 µg/g，比 CF 高出 40%，T2含量最低，仅为 0.11 µg/g，其他处理间差异不显著； 就类胡萝卜素结果而言，除 T2 外，其他处理差异不显著，但以 T3 含量最高，达到 8.46 µg/g，比 CF 高出 8.86%。由此可见，蚯蚓粪配施生物炭、沸石及 PAM 可显著提高甜瓜的维生素 C 含量，配施 PAM 能够有效促进番茄红素和类胡萝卜素的合成。
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图3 蚯蚓粪配施不同改良剂对甜瓜维生素 C 的影响
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图4 蚯蚓粪配施不同改良剂对甜瓜番茄红素的影响
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图5 蚯蚓粪配施不同改良剂对甜瓜类胡萝卜素的影响
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2.3 蚯蚓粪配施不同改良剂对土壤养分的影响
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施用蚯蚓粪和土壤改良剂不仅可以改善土壤理化性质，也可提高土壤养分[20-21]。由表4可知，蚯蚓粪配施不同土壤改良剂的各处理间养分最高含量为 T4，其有机质、全氮、有效磷、速效钾含量分别为 27.08 g/kg、2.64 g/kg、403.61 mg/kg、 302.02 mg/kg，且全氮、有效磷、速效钾含量均高于 CF。有机质含量以 CF 为最高，为 28.61g/kg，但与 T4 的差异不显著。此外，各处理的全氮、有效磷、速效钾含量结果差异性并未达到显著水平。可见，蚯蚓粪配施不同改良剂能提升一定的土壤养分，以搭配生物炭、沸石及 PAM 处理表现较优。
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2.4 蚯蚓粪配施不同改良剂对土壤理化性质的影响
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根据表5 可以看出，蚯蚓粪配施不同土壤改良剂对土壤 EC 值、CEC 值及总盐分的影响结果。其中各处理的 EC 值相较于 CK 均有不同程度下降，以 T2 最低，为 341.33 µS/cm，下降了 41.55%，与其他处理差异显著；各处理的 CEC 值大小依次为 T2>T3>T4>CF>T1>CK，其中 T2 显著高于 CK 与 T1，分别高出 20.43%、9.78%，但与其他处理差异不显著；各处理的土壤总盐分以 T2 最低，为 1.30 g/kg，比 CK 降低了 34.01%，但与 T4、CF 差异不显著。由以上结果可知，蚯蚓粪配施生物炭和沸石对于降低土壤盐分、提高土壤保水保肥能力有显著效果。
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表6 结果显示，各处理的土壤容重，与 CK、 CF 相比均有下降，其中 T3 降幅为 9.35%，与其他处理差异显著；各处理的 pH 值范围为 7.50～7.87，与基础土壤相比均有不同程度下降，而且各处理间 pH 值均低于 CK、CF；T3、T4 处理土壤质地属于砂质黏壤土，其余处理为砂质黏土。由此可见，蚯蚓粪配施不同改良剂能够调节土壤酸碱度，其中配施 PAM 能够有效改善土壤质地，降低土壤容重。
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3 结论与讨论
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本研究结果得出，蚯蚓粪配施生物炭、沸石及 PAM 可提高甜瓜产量和维生素 C 含量，降低其酸度；而配施生物炭、沸石可增加甜瓜的糖分；配施 PAM 可有效提高番茄红素和类胡萝卜素含量。一方面，这一结果印证了前人提出蚯蚓粪本身含有大量矿物质元素、有机质、激素及生长素类物质，利于有机物的生成与积累，为甜瓜产量形成和品质提升奠定基础的结论[22-23]；另一方面，由于不同土壤改良剂的作用机理有所不同，导致对作物产量和品质也产生了不同的影响。在蚯蚓粪配施的基础上，生物炭、沸石及 PAM 同时施用不仅能提高作物产量，而且促进了维生素 C 的合成，拟制酸性物质的产生；生物炭与沸石混施能够促进植物体内糖分的合成；PAM 作为高分子土壤改良剂，可以有效促进植物体内类胡萝卜素的合成，从而也提高了植物番茄红素的含量。因此，建议根据种植甜瓜的功能性需求选择适宜的配施土壤改良剂。
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从土壤养分结果来看，蚯蚓粪配施生物炭、沸石及 PAM 处理的全氮、有效磷、速效钾含量最高，有机质含量略低于常规处理。这与许多学者提出蚯蚓粪可以提高土壤中速效养分含量[24-25]，生物炭与沸石对提升土壤养分有积极作用[26]，PAM 能够降低氮素、磷素及钾素的流失、提高养分利用率[27] 的结论一致。此外，由于商品有机肥比蚯蚓粪的有机质含量高，导致本研究处理的有机质含量比常规施肥略低，但两者未有显著性差异。因此，从提高土壤养分方面，建议可选择蚯蚓粪配施生物炭、沸石及 PAM 的方法。
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依据土壤理化性质的结果得出，蚯蚓粪配施生物炭和沸石能够有效降低土壤 EC 值和总盐分、提高 CEC 值，这一结果说明生物炭和沸石能够有效降低土壤中的盐分，提高土壤保水保肥能力，这与前人研究结果一致[28-29]；配施 PAM 的土壤容重较低、土壤质地较好，这与陈义群等[30]研究指出的 PAM 能够有效改善土壤结构、降低土壤容重的结论一致。但要注意的是，与其他处理相比，配施 PAM 处理的土壤 EC 值和盐分相对较高，这可能与 PAM 具有较好的保水保肥能力，会在土壤表层形成一层保护膜，拟制水分的蒸发，进而影响了土壤中的盐分含量有关。陆绍娟等[31]研究也指出，土壤对 PAM 的吸附受土壤质地、矿物组成、溶解盐组成、有机物组成及其含量、pH 值等因素的影响。因而，为中和不同改良剂之间对土壤理化性质的影响，达到综合治理土壤的目的，建议选择蚯蚓粪配施生物炭、沸石及 PAM 的方案。
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综上结果，蚯蚓粪配施生物炭、沸石及 PAM 对甜瓜产量、维生素 C 含量及土壤理化性质的影响效果整体表现较优，配施生物炭、沸石能适当提高甜瓜的糖分；配施 PAM 可有效提高番茄红素和类胡萝卜素含量。因此，建议在甜瓜栽培生产中，根据种植作物功能需要及土壤质量情况可选择蚯蚓粪与不同土壤改良剂配施进行土壤改良。
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摘要
蚯蚓粪作为新型有机肥料对于土壤改良有一定的积极作用。以甜瓜为供试作物，分析对比单施蚯蚓粪 （T1）、蚯蚓粪配施生物炭与沸石（T2）、蚯蚓粪配施聚丙烯酰胺（PAM）（T3）、蚯蚓粪配施生物炭与沸石及 PAM（T4） 处理对甜瓜产量、品质及土壤理化性质的影响。结果表明，与其他处理相比，蚯蚓粪配施生物炭与沸石及 PAM 处理的甜瓜的产量、维生素 C 含量及土壤养分含量最高，分别达到 23539.65 kg/hm2 、16.17 mg/100 g、有机质 27.08 g/kg、全氮 2.64 g/kg、有效磷 403.61 mg/kg、速效钾 302.02 mg/kg，且可滴定酸含量较低，为 0.12%；此外，可溶性固形物与含量最高的 T2 处理差异不显著，类胡萝卜素与含量最高的 T3 处理差异不显著。由此可见，采用蚯蚓粪配施生物炭、沸石及 PAM 的土壤改良措施对提高甜瓜品质、改善土壤种植环境具有一定的促进作用。
Abstract
As a new organic fertilizer，vermicompost had a positive effect on soil improvement．Melon was used as the test crop，the effects of treatments of earthworm manure alone（T1），earthworm manure combined with biochar and zeolite（T2），earthworm manure combined with PAM（T3），earthworm manure combined with biochar，zeolite and PAM（T4）on yield，quality of melon and soil physical and chemical properties were analyzed and compared．The results showed that compared with other treatments，the yield，vitamin C content，soil organic matter，total nitrogen，available phosphorus and available potassium of T4 treatment were the highest，reaching 23539.65 kg/hm2 ，16.17 mg/100 g，organic matter 27.08 g/kg，total nitrogen 2.64 g/kg，available phosphorus 403.61 mg/kg and available potassium 302.02 mg/kg， respectively，and the titratable acid content was low，being 0.12%. In addition，there was no significant difference in the soluble solids between T4 and T2 treatment with the highest content，and the difference in carotenoid between T4 and T3 treatment with the highest content was not significant. In conclusion，soil improvement measures of using vermicompost combined with biochar，zeolite and PAM had a positive effect on improving the quality of melon and improving the soil planting environment.