甘卓亭,張蓓蓓,張掌權,周 旗,鄭 暉

1 寶雞文理學院,陜西省災害監(jiān)測與機理模擬重點實驗室，寶雞 721013 2 寶雞文理學院,渭河流域資源環(huán)境與生態(tài)文明研究所，寶雞 721013

渭北塬區(qū)不同齡蘋果園土壤微生物空間分布特征

甘卓亭1,2,*,張蓓蓓1,2,張掌權1,周 旗1,2,鄭 暉1,2

1 寶雞文理學院,陜西省災害監(jiān)測與機理模擬重點實驗室，寶雞 721013 2 寶雞文理學院,渭河流域資源環(huán)境與生態(tài)文明研究所，寶雞 721013

以渭北塬區(qū)塬面5、10、15和20齡蘋果園為對象，距樹干1.0、1.5、2.0 m處用土鉆法分層采集0—30 cm土樣，稀釋平板法測定土壤微生物數量，平行測定土壤有機碳、總氮和總磷，分析不同齡果園土壤微生物的空間分布狀況及其與土壤碳、氮、磷的關系。結果表明：土壤真菌數量隨樹齡增大而增加，齡間差異顯著(P<0.05)；與對照農田相比，各齡果園放線菌數量及5齡和20齡果園細菌數量偏低，10齡和15齡果園細菌數量偏高；各齡果園土壤真菌、細菌和放線菌數量均隨深度增加而減小。就相同深度土層而言，真菌數量隨果園年限增大而增加，細菌則以10齡和15齡果園較多，同深度土層的放線菌齡間差異隨深度增加而減小。在沿樹干向外的徑向水平方向上，真菌數量隨果園年限的增加相應增多；10齡和15齡果園土壤細菌和放線菌高于5齡果園和20齡果園。5齡果園土壤總氮有沿樹干向外、沿表層向下逐步降低的趨勢，果園從5齡經10齡到15齡，其“高氮點”則逐步向外、向下移動。塬區(qū)果園土壤C∶N比偏低。

土壤微生物；空間分布；渭北旱塬

土壤微生物在果園生態(tài)系統(tǒng)中的作用不可忽視，決定和推動著果園生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)和能量流動[1-2]。渭北黃土高塬果區(qū)是我國重要的優(yōu)質蘋果種植區(qū)，自20世紀80年代開始蘋果種植以來，果園種植面積逐年擴大，果園已成為本區(qū)主要的農用地類型。果園種植方式具有結構相對單一、長期定向施肥、頻繁管理干預和“雙高”(高投入和高收獲)生產等特點，致使不同齡果園間土壤肥力和質量存在差異，形成了不同的土壤微生物生境條件，從而導致不同齡果園間土壤微生物種類組成、數量水平和空間分布狀況的差異。土壤微生物差異又對果園土壤理化性狀及土壤肥力的維持與改善產生反饋作用[3]，影響果園產量和果實品質。

土壤微生物與果園連作障礙的關系也是退化果園改造需要重點關注的問題。以蘋果為寄主的微生物經過多年繁衍和積累，如細菌、真菌、線蟲和昆蟲等會殘留于土壤或植物殘體中[4]。Slykhuis[5]從51個蘋果園土壤中分離出77種真菌和26種細菌，發(fā)現其中部分微生物會抑制蘋果樹的生長。蘋果連作時根系線蟲會增加，而線蟲會破壞果樹根系，如楊興洪等[6]發(fā)現草地腐線蟲對蘋果忌地起著重要作用。

因此，從維系果業(yè)的可持續(xù)發(fā)展、防止土壤質量退化以及退化果園改造等目標出發(fā)，需要掌握在長期果園種植條件下土壤微生物變化動態(tài)和趨勢。本研究通過對渭北旱塬王東溝流域不同齡果園土壤微生物特征的調查，探索不同齡果園間土壤微生物的數量水平和空間分布及其變化特征，以期為該地區(qū)的果園土壤質量診斷提供參考，為果園土壤生態(tài)修復和果業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供依據。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于渭北旱塬王東溝試區(qū)(107°40′30″—107°42′30″ E, 35°12′16″—35°16′00″ N)，總面積8.3 km2，主要地形單元為塬面和溝壑。年均降水量為584 mm，年均溫9. 1 ℃，無霜期171 d，≥10 ℃積溫3029 ℃，屬暖溫帶半濕潤大陸性氣候，地帶性土壤類型為粘黑壚土，母質為深厚的中壤質馬蘭黃土。區(qū)內水土流失嚴重，全流域僅塬面尚保存有較完整的黑壚土剖面，梁頂和梁坡等梁狀地類的粘化層侵蝕殆盡，已無明顯剖面發(fā)育，稱為黃墡土。自20世紀80年代初部分農田改建蘋果園后，果園面積不斷擴大，果業(yè)的規(guī)模效益也逐步顯現，更促進了果園面積的繼續(xù)擴張，流域現已形成了以果業(yè)為主的農、果二元型種植結構。

1.2 采樣方法與處理

塬面分別選取品種(富士)相同、種植密度(3 m×4 m)一致、管理措施相近的5、10、15、20齡果園各3塊為樣地，對應于果園的幼齡期、初果期、盛果期和衰老期。除20齡果園分布較遠外(與鄰近樣地果園相距約2 km)，其余果園集中在塬面5 km2范圍內。本區(qū)果園農家肥施用量較少，而化肥以根冠外圍溝施為主。測量各樣地內全部果樹胸徑，取最接近胸徑四分位數的3個分割點位置(也即第25、50、75百分位數)的果樹為樣樹。以樣樹為中心，沿樹干半徑方向1.0、1.5、2.0 m處設置取土點[7]，采用Ф=9 cm土鉆按10 cm分層取土，取樣深度30 cm。農田對照(Control Check，CK)選取塬面冬小麥地，對角線設置采樣點，3重復。采樣時間為2013年5月下旬(蘋果花期)。

用手選法揀去土樣中肉眼可辯的根茬、石礫、植物根系和碎屑，再分成兩份，其中一份過2 mm篩，裝入無菌自封袋中，冰盒中保存及時送回實驗室用于微生物培養(yǎng)，另一份土壤樣品經風干、研磨、過篩處理備土壤養(yǎng)分測定。

1.3 測定項目和方法

1.3.1 土壤微生物測定

土壤微生物數量用稀釋平板計數法，稱取土樣10.0 g，置于盛有90 mL無菌水的250 mL三角瓶中，振蕩30 min，靜置數分鐘，取1 mL土壤懸液于裝有9 mL無菌水的試管中，充分混勻，再取1 mL土壤懸液于裝有9 mL無菌水的試管中，充分混勻，反復稀釋5次。然后吸取不同稀釋度的菌懸液各0.1 mL至培養(yǎng)基已凝固的培養(yǎng)皿中，用刮產涂布均勻。將接種后的培養(yǎng)皿倒置放入溫箱中培養(yǎng)，細菌放入37 ℃溫箱中培養(yǎng)2—3 d，放線菌放入28 ℃溫箱中培養(yǎng)3—5 d，真菌則放入25 ℃溫箱中培養(yǎng)3—5 d，測定時設3個重復。細菌用牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基，放線菌用改良高氏1號培養(yǎng)基，真菌用馬丁氏孟加拉紅瓊脂培養(yǎng)基[8-9]。本研究中土壤微生物量僅為真菌、細菌和放線菌3種可培養(yǎng)微生物類群的總量。

1.3.2 土壤養(yǎng)分測定

稱取經預處理的干土樣0.5 g，加H2O2和濃硫酸，消化爐消解，定容至100 mL，取上清液用連續(xù)流動分析儀(Flowsys Ⅲ)的總氮(TN)、總磷(TP)模塊分別測定。土壤有機碳(SOC)用LiquiTOCⅡ(Elementar Analysensysteme GmbH，德國)測定[7]。

1.4 數據統(tǒng)計分析

經Excel整理后，采用SPSS17.0統(tǒng)計軟件包進行統(tǒng)計分析，用Origin7.5軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同齡果園土壤微生物數量特征

塬面5、10、15和20齡果園土壤真菌數量分別為13×104、22×104、30×104、35×104cfu/g，表現出隨著樹齡增加而增多，各齡果園間差異顯著(P<0.05)，15齡果園與對照麥地的真菌數量水平接近(圖1)；與對照麥地相比，果園土壤放線菌數量均偏低，特別是幼齡期果園(5齡)和衰老期果園(20齡)最低，分別為7.1×104、7.4×104cfu/g，而初果期(10齡)和盛果期(15齡)果園相對偏高，分別為8.6×104、8.9×104cfu/g，但仍然低于對照塬面冬小麥地的9.5×104cfu/g，5齡和15齡間差異顯著(圖1)；與放線菌類似，塬面幼齡期果園(5齡)和衰老期果園(20齡)的土壤細菌數量最低，分別為167×104、151×104cfu/g，而初果期(10齡)和盛果期(20齡)果園相對偏高，分別為269×104、265×104cfu/g，與塬面冬小麥地對照203×104cfu/g相比，10齡和15齡果園偏高，而5齡和20齡偏低，且均達到顯著水平(圖1)。果園土壤三大類微生物數量組成以細菌類為主，其次是真菌，放線菌最少，不同齡果園三大類微生物總量變化趨勢取決細菌類變化，這與田稼等[10]的研究結果一致。

圖1 不同齡果園土壤真菌、細菌和放線菌數量Fig.1 Population of bacteria, actinomycete, fungi and total microorganisms in soil of different age orchards注：不同字母表示差異達到5%顯著水平，下同。

2.2 不同齡果園土壤微生物垂直分布特征

在試驗研究深度0—30 cm土層范圍內，塬面各齡果園(5、10、15、20齡)的土壤真菌、細菌和放線菌的數量均表現為隨深度增加而減小的趨勢，與對照麥地的土壤真菌、細菌和放線菌數量的垂直分布趨勢一致(圖2)。土壤真菌在相同土層深度上一般有隨果園年限的增加而增大的趨勢，在0—10 cm土層中，5、10、15齡果園分別為18×104、24×104、33×104cfu/g及對照麥地40×104cfu/g間差異顯著，而20齡果園39×104cfu/g與15齡和對照麥地間差異未達顯著水平；在10—20 cm土層中幼齡期果園(5齡)、初果期果園(10齡)分別為12×104、21×104cfu/g和大齡果園(15齡和20齡分別為30×104、34×104cfu/g)間差異顯著，15齡和20齡果園間及其與對照麥地(30×104cfu/g)間均無顯著差異；20—30 cm土層中，5齡果園為8×104cfu/g，顯著低于其他各齡果園，20齡果園為31×104cfu/g則顯著高于其他各齡果園，10齡和15齡果園分別為22×104、26×104cfu/g，與對照麥地19×104cfu/g接近(圖2)。與真菌的垂直分布不同，土壤細菌在相同土層深度上不同齡果園間并未隨果園年限的同向遞變，而是有單峰型變化的趨勢，以10齡和15齡果園較高水平，5齡和20齡果園較低水平，對照麥地介于兩水平之間(圖2)。在0—10 cm土層中，幼齡期果園(5齡)土壤放線菌為9.4×104cfu/g，與其它齡果園及對照麥地存在顯著差異，在10—20 cm和20—30 cm土層上齡間差異不明顯，土壤放線菌整體表現出齡間差異隨深度增加而趨于減小(圖2)。3種主要土壤微生物總量變化趨勢因細菌數量組成優(yōu)勢而表現出與其較類似的垂直分布特征(圖2)。

圖2 不同齡果園土壤真菌、細菌和放線菌垂直分布Fig.2 Vertical distribution characterics of bacterias, actinomycetes, fungus and total microorganisms in soil of different age orchards

2.3 不同齡果園土壤微生物水平分布特征

在以樹干為中心的徑向水平方向上，就種植年限較長的10、15和20齡果園而言，真菌數量在1.5 m采樣點處較多，分別為26×104、33×104、37×104cfu/g，2.0 m處均有所下降，分布為18×104、27×104、35×104cfu/g，但不同年限果園的降幅有一定差異，其中以10齡果園降幅最大，達31%，15齡和20齡果園降幅逐步減小，分別為18%和5%。處于幼齡期的5齡果園土壤真菌數量在徑向水平方向上變化較??；總體看，在水平方向上各齡果園的對應取樣點(1.0、1.5、2.0 m)處真菌數量隨著種植年限的增大均相應增多(圖3)。各齡果園的土壤細菌數量在徑向水平方向上1.0 m處采樣點均最低，在1.5、2.0 m處相對一致且均高于1.0 m處；總體看，處于盛果期(10齡和15齡)果園水平方向上對應取樣點(1.0、1.5、2.0 m)處細菌數量高于幼齡期5齡果園和衰老期20齡果園(圖3)。在徑向水平方向上幼齡期5齡果園和衰老期20齡果園的放線菌變化較小，而盛果期(10齡和15齡)果園在近樹干1.0 m處放線菌數量高于1.5 m和2.0 m處；總體看，不同齡果園放線菌數量的水平分布與土壤細菌變化類似，盛果期果園的放線菌數量多于幼齡期和衰老期果園(圖3)。由于果園土壤中3種微生物數量以細菌的絕對量最大，因此土壤生物總量主要取決于細菌數量，其徑向水平變化特征也與細菌的水平變化特征相似(圖3)。

圖3 不同齡果園土壤真菌、細菌和放線菌水平分布Fig.3 Horizontal distribution characterics of bacteria, actinomycete, fungi and total microorganisms in soil of different age orchards

3 討論

3.1 不同齡果園土壤微生物數量構成

土壤微生物類群劃分有多種分類標準，其中較為常用是根據微生物的形態(tài)將其分為細菌、放線菌和真菌三大類群。渭北塬區(qū)果園土壤三大微生物類群的數量組成(表1)總體上表現為以細菌為主，超過75%，其次為真菌，放線菌最少，這與該區(qū)麥地土壤微生物類群數量組成基本接近。隨著種植年限的增加，三大微生物類群在數量組成呈現出不同的變化趨勢，如真菌數量組成逐步增大，細菌則從5齡到10齡增加，其后下降，而放線菌在5齡和20齡相對較較高(表1)。三大微生物類群數量組成在土層中也有著不同的分布變化特點，放線菌基本表現出隨土層加深相對數量減小，除5齡果園外真菌在調查深度內則隨土層加深而增加，細菌數量變化與土層關系不明顯，但20齡果園在總體降低的同時，還隨土層加深而減少(表1)。一般而言，潮濕的環(huán)境有利于細菌的生長繁殖，而干旱的土壤環(huán)境更有利于真菌的生長發(fā)育，干旱環(huán)境也適宜放線菌的生長繁殖，但生長相對較慢且(與其他微生物)競爭力不強。在渭北塬區(qū)長期種植的果園，土壤均有旱化趨勢，這為真菌的生長繁殖提供的較為有利外部環(huán)境，而不利于細菌的生長繁殖。因此，在水資源不足的渭北旱塬區(qū)，果樹耗水量大，土壤水分長期處于負平衡，隨著果園種植年限的增加，勢必導致真菌相對數量增加和細菌相對數量的減少。

李智衛(wèi)等[11]對位于山東半島不同種植年限蘋果園三大類微生物數量研究結果顯示隨著種植年限的延長，細菌和放線菌的含量降低，真菌的百分含量增高，而常顯波等[12]在該地區(qū)研究結果顯示不同種植年限蘋果園土壤隨種植年限的增加真菌增多和放線菌減少。上述山東半島的試驗結果表明土壤細菌的變化與種植年限的關系存在不確定性，而真菌則均隨種植年限的增加而增大，這與渭北塬區(qū)的試驗結果基本一致。兩地區(qū)土壤放線菌隨種植年限的變化不一致，在渭北塬區(qū)5齡幼齡期果園和20齡衰老期果園相對較較高，而山東半島則隨年限增加放線菌的含量降低，具有一定程度的區(qū)域差異。

研究認為土壤中治病真菌類微生物種類和數量隨著連作年限的增加而增加，引起微生物區(qū)系的變化，是連作障礙的原因之一。作物連作會使得植物病原真菌富集，加劇植物根部病害的發(fā)生，影響作物正常的生長發(fā)育[13-14]。在渭北果區(qū)，隨著果園面積的逐年擴張，適合果園種植的農用地基本被果園替代，而早期果園正處退化階段，本區(qū)果業(yè)的發(fā)展面臨著老果園的合理改造問題。因此，如何消除土壤真菌增加引起的再植障礙將對本區(qū)果業(yè)的持續(xù)發(fā)展至關重要。

3.2 不同齡果園土壤微生物與土壤TN、TP、SOC關系

土壤微生物一方面對土壤有機質起分解作用，參與碳、氮、磷等元素轉化，使有機物質轉化成有效養(yǎng)分，是土壤有機質和土壤養(yǎng)分轉化與循環(huán)的動力，另一方面土壤微生物自身含有一定數量的C、N、P和S，可作為土壤中植物有效養(yǎng)分的儲備庫，對土壤中的無機營養(yǎng)元素起固持和保蓄作用[15]。土壤微生物與土壤養(yǎng)分之間存在機理上的相關性，然而土壤微生物數量還受到土壤的理化性質、土壤植被狀況以及人類活動等多種因素的綜合影響。大量研究也表明不同齡果園間土壤環(huán)境存在較大差異[16- 18]。從試驗結果來看(表2)，5齡果園土壤總氮在水平方向和垂直方向的變動較大，有沿樹干向外，沿表層向下逐步降低的趨勢，10齡果園與其它齡果園相比水平方向和垂直方向以偏低為主，而15齡有一定程度的恢復，20齡果園則有所下降，產生上述現象原因可能與當地果園在幼齡期套中豆科作物和三葉草，增加了表層土壤氮，以及果園的環(huán)溝施肥有關。果園從5齡經10齡到15齡，其“高氮點”則逐步向外、向下移動，這種現象與果園的環(huán)溝施肥有一定關系。總體上(表2)土壤總磷表現為隨著種植年限的增加呈現下降的趨勢，層間差異則以下層高，表層低為主要特征，這與大部分研究中土壤磷的變化規(guī)律相符。果園土壤有機碳的齡間變化主要為10齡和15齡較高，而5齡和20齡偏低，層間差異在表現為表層高于下層(表2)。

表1 果園土壤微生物數量構成Table 1 Quantitative composition of soil microorganisms in different age apple orchards

表2 不同齡果園土壤TN、TP和SOC空間分布狀況Table 2 Spatial Distribution of TN、TP and SOC in different age apple orchards

土壤C∶N是土壤質量的敏感指標[19]，低C∶N可以加快微生物分解和氮的礦化速率, 而高C∶N對土壤微生物的活動能力有一定的限制作用[20]。我國蘋果園一般土壤氮偏高，而有機碳含量不足，以及管理措施不合理，造成了土壤C∶N失調[21-22]。關于土壤C∶N比的適宜范圍，Aber[23]和Wardle[24]認為土壤微生物利用高 C∶N 比的碳源時，其生長受氮素限制，C∶N<30時微生物生長受碳素的限制，葛順峰等認為土壤C∶N 比處于21—23之間有利于植株生長和氮素的利用率[22]。渭北塬區(qū)果園土壤C∶N比(表2)相對于上述標準均偏低，這可能與本地偏施氮肥，致土壤氮含量偏高有關，另外果園修剪、清園摘果等果園農藝措施減小園地的枯枝落葉回落，土壤腐殖質含量降低，形成了果園土壤碳量較低的狀況。因此，從提高土壤C∶N比要求看，適度減少施氮量，增加土壤有機肥施用量，或者采用秸稈覆蓋、幼齡果園作物套種、大齡果園生草等果園農藝管理措施，將有利于本區(qū)果園土壤養(yǎng)分環(huán)境的改善。

總體來看土壤三大類微生物與總氮的相關性較為密切，不同齡果園中5、15、20齡相關系數均達到顯著水平以上，而10齡果園土壤微生物數量與總氮相關性不強(表3)。微生物與土壤有機碳和土壤總磷的相關性較低。幼齡期5齡果園和衰老期20齡果園微生物數量與土壤C∶N相關系數均達在顯著水平，而初果期10齡果園和盛果期15齡果園的相關性不強(表3)。不同類群的土壤微生物與土壤C、N、P的相關性具有差異，真菌更易受土壤C、N、P的影響，其次為放線菌(表3)，這也與這兩類微生物在數量組成較大，類群穩(wěn)定性更易受到環(huán)境變化的影響所致?？傊寥牢⑸锶箢惾号c土壤C、N、P的相關性較為復雜，在總體表現出一定的關聯性的同時，也反映出不同果園階段的差異性，從而表明土壤微生物的數量多少并不僅取決于土壤養(yǎng)分元素，而是果園各個階段的多種因素綜合作用的結果。

表3 不同齡果園土壤微生物與土壤TN、TP、SOC的相關系數Table 3 Correlation coefficients between soil microorganisms and TN,TP and SOC in different age apple orchards

4 結論

(1)塬面果園隨著樹齡增加，土壤真菌數量也隨之增加，各齡果園間差異顯著，15齡果園與對照麥地的真菌數量水平接近；果園土壤放線菌數量均偏低；土壤細菌10齡和15齡果園偏高，5齡和20齡偏低。

(2)塬面各齡果園土壤真菌、細菌和放線菌的數量均表現為隨深度增加而減小的趨勢。土壤真菌在相同土層深度上一般有隨果園年限的增加而增大的趨勢；土壤細菌在相同土層深度以10齡和15齡果園較高，5齡和20齡果園較低。土壤放線菌整體表現出齡間差異隨深度增加而趨于減小。

(3)在水平方向上各齡果園真菌數量隨著種植年限的增大均相應增多；在徑向水平方向上盛果期果園土壤細菌和放線菌高于幼齡期5齡果園和衰老期20齡果園。

(4)5齡果園土壤總氮有沿樹干向外，沿表層向下逐步降低的趨勢，果園從5齡經10齡到15齡，其“高氮點”則逐步向外、向下移動。渭北塬區(qū)果園土壤C∶N比偏低。

[1] 胡亞林, 汪思龍, 顏紹馗. 影響土壤微生物活性與群落結構因素研究進展. 土壤通報, 2006, 37(1): 170- 176.

[2] Doran J W, Parkin T B. Defining and assessing soil quality // Doran J W, Coleman D C, Bezdicek D F, Stewart B A, eds. Defining Soil Quality for a Sustainable Environment. Madison: SSSA Special Publication, 1994.

[3] Duraisamy P, Mani A K. Effect of iron and molybdenumon yield and nutrition of horsegram in a red loamy sand soil. Indian Journal of Dryland Agricultural Research and Development, 2001, 16(2): 115- 119.

[4] 薛曉敏, 王金政, 張安寧, 路超. 果樹再植障礙的研究進展. 中國農學通報, 2009, 25(1): 147- 151.

[5] Slykhuis J T. Testing orchard soils for treatments to control apple replant problems in British Columbia, Canada. Acta Horticulturae, 1988, 233: 67- 74.

[6] 楊興洪, 羅新書. 果樹再植問題研究進展. 果樹科學, 1991, 8(4): 239- 244.

[7] 甘卓亭, 張掌權, 陳靜, 劉文兆, 周正朝. 黃土塬區(qū)蘋果園土壤有機碳分布特征. 生態(tài)學報, 2010, 30(8): 2135- 2140.

[8] 李振高, 駱永明, 騰應. 土壤與環(huán)境微生物研究法. 北京: 科學出版社, 2008.

[9] 趙斌, 何紹江. 微生物學實驗. 北京: 科學出版社, 2002.

[10] 田稼, 孫超, 楊明琰, 張曉琦. 黃土高原不同樹齡蘋果園土壤微生物、養(yǎng)分及pH的相關性. 西北農業(yè)學報, 2012, 21(7): 138- 141, 148- 148.

[11] 李智衛(wèi), 王超, 陳偉, 束懷瑞. 不同樹齡蘋果園土壤微生物生態(tài)特征研究. 土壤通報, 2011, 42(2): 302- 306

[12] 常顯波, 劉舉, 韓京龍, 蘇宏. 不同種植年限蘋果園土壤理化性質及微生物數量. 安徽農業(yè)科學, 2007, 35(5): 1423- 1423, 1426- 1426.

[13] Guan G, Tu S X, Yang J C, Zhang J F, Yang L. A field study on effects of nitrogen fertilization modes on nutrient uptake, crop yield and soil biological properties in rice-wheat rotation system. Agricultural Sciences in China, 2011, 10(8): 1254- 1261.

[14] 吳宏亮, 康建宏, 陳阜, 許強, 張海林, 趙亞慧. 不同輪作模式對砂田土壤微生物區(qū)系及理化性狀的影響. 中國生態(tài)農業(yè)學報, 2013, 21(6): 674- 680.

[15] 姚槐應, 黃昌勇. 土壤微生物生態(tài)學及其實驗技術. 北京: 科學出版社, 2006.

[16] 楊雨林, 郭勝利, 馬玉紅, 車升國, 孫文藝. 黃土高原溝壑區(qū)不同年限蘋果園土壤碳、氮、磷變化特征. 植物營養(yǎng)與肥料學報, 2008, 14(4): 685- 691.

[17] 薛萐, 劉國彬, 張超, 張昌盛. 黃土丘陵區(qū)營造果園后土壤質量效應分析. 中國農業(yè)科學, 2011, 44(15): 3154- 3161.

[18] 鄒養(yǎng)軍, 陳金星, 馬鋒旺, 折小鋒, 黨志明, 屈軍濤. 渭北旱塬不同種植年限蘋果園土壤水分的變化特征. 干旱地區(qū)農業(yè)研究, 2011, 29(1): 41- 43, 47- 47.

[19] Liu M, Li Z P, Zhang T L, Jiang C Y, Che Y P. Discrepancy in response of rice yield and soil fertility to long- term chemical fertilization and organic amendments in paddy soils cultivated from infertile upland in subtropical China. Agricultural Sciences in China, 2011, 10(2): 259- 266.

[20] Springob G, Kirchmann H. Bulk soil C to N ratio as a simple measure of net N mineralization from stabilized soil organic matter in sandy arable soils. Soil Biology and Biochemistry, 2003, 35(4): 629- 632.

[21] 束懷瑞. 我國果樹業(yè)生產現狀和待研究的問題. 中國工程科學, 2003, 5(2): 45- 48.

[22] 葛順峰, 許海港, 季萌萌, 姜遠茂. 土壤碳氮比對平邑甜茶幼苗生長和碳氮分配的影響. 植物生態(tài)學報, 2013, 37(10): 942- 949.

[23] Aber J D. Nitrogen cycling and nitrogen saturation in temperate forest ecosystems. Trends in Ecology and Evolution, 1992, 7(7): 220- 223.

[24] Wardle D A. A comparative assessment of factors which influence microbial biomass carbon and nitrogen level in soil. Biological Review, 1992, 67(3): 321- 358.

Spatial distribution of soil microorganisms in apple orchards of different ages on the Weibei rainfed tableland of the Loess Plateau, China

GAN Zhuoting1,2,*, ZHANG Beibei1,2, ZHANG Zhangquan1, ZHOU Qi1,2, ZHENG Hui1,2

1KeyLaboratoryofDisasterSurveyandMechanismSimulationofShaanxiProvince,BaojiUniversityofArtsandSciences,Baoji721013,China

2InstitutionofWeiRiverBasin′sResourceEnvironmentandEcologicalCivilization,BaojiUniversityofArtsandSciences,Baoji721013,China

Soil microorganisms are vital for orchard ecosystems, as they determine and promote the material cycle and energy flow. The Weibei Loess Plateau is one of the main regions producing high-quality apples since the 1980s. The planting structure of apple orchards has following characteristics: simple and long-term fertilizer, high quality management, and “double high” (high investment and high harvest) production, which results in different soil fertility and quality in orchards of different ages, leading to different habitat conditions for microorganisms. Consequently, different aged orchards have different soil microbial species composition, quality, and spatial distributions. Yet, differences in soil microorganism parameters affect apple yield and quality, because of their involvement in maintaining and improving the feedback effect on soil properties and fertility in orchards. To maintain sustainable development, prevent soil quality degradation, and reform orchard degradation, it is essential to understand the long-term dynamics and trends of microorganisms in orchards. This work investigated the spatial distribution of soil microorganisms in different apple orchards of different ages (5, 10, 15, and 20 years old) on the Weibei rainfed tableland of the Loess Plateau. Soil samples were first collected from the 0—30cm soil layer at root radial distances of 1.0, 1.5, and 2.0 m away from the main tree trunk using a soil coring method. Soil total nitrogen (TN), soil total phosphorus (TP), and soil organic carbon (SOC) were then determined using the Flowsys III and Liqui TOC II analyzer. Relationships between soil microorganisms and soil nutrients (i.e., TN, TP, and SOC) were also analyzed. The results showed that the soil fungal population increased with increasing apple orchard age. There were significant differences in soil fungal population among orchard ages, at theP=0.05 level. The soil actinomycete population in orchards of all ages and soil bacterial population in 5-year and 20-year old apple orchards was lower than that in agricultural fields (control check). In comparison, the soil bacterial population in 10-year and 15-year old apple orchards was higher than that in the agricultural field. Fungal, actinomycete and bacterial populations decreased with increasing soil depth. At the same soil depth, the soil fungal population increased with increasing orchards age, with the soil bacterial population in 10-year and 15-year old apple orchards being higher than that in 5-year and 20-year old orchards. Soil actinomycete populations declined with the increasing in soil depth in all ages of apple orchards. In the radial horizontal direction, the soil fungal population in all apple orchards increased with age, while the soil bacterial population during the full fruit bearing period (10 and 15-years old) was higher than that in 5-year and 20-year old orchards, with soil actinomycetes exhibiting the same trend. The TP in 5-year old apple orchards declined outward from the apple trunk and downward from the topsoil. The “High spot of TN” moved outward from the apple trunk and downward from the topsoil for 5-year to 15-year old apple orchards. The soil C∶N ratio was low in apple orchards on the Weibei rainfed tableland of the Loess Plateau.

soil microorganisms; spatial distribution; Weibei rainfed tableland

國家“十一五”科技支撐計劃資助項目(2006BAD09B09)；陜西省教育廳自然科學專項(2010JK402)；寶雞文理學院重點項目(ZK1041，ZK0846)

2014- 02- 16;

日期:2015- 04- 14

10.5846/stxb201402160268

*通訊作者Corresponding author.E-mail: ztgan73@126.com

甘卓亭,張蓓蓓,張掌權,周旗,鄭暉.渭北塬區(qū)不同齡蘋果園土壤微生物空間分布特征.生態(tài)學報,2015,35(21):6965- 6973.

Gan Z T, Zhang B B, Zhang Z Q, Zhou Q, Zheng H.Spatial distribution of soil microorganisms in apple orchards of different ages on the Weibei rainfed tableland of the Loess Plateau, China.Acta Ecologica Sinica,2015,35(21):6965- 6973.