楊熠路，胡 楓，倪照君，黃 霄，侍 婷，田傳正，盧炫羽，高志紅

（南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，江蘇 210095）

覆蓋栽培是一種現(xiàn)代果園省力化地面管理措施，具有調(diào)節(jié)土壤水分、調(diào)節(jié)土壤微生態(tài)環(huán)境、提高土壤供肥能力、改善果園小氣候、增加果樹根系生長量、調(diào)節(jié)土壤酸堿度、提高產(chǎn)量和品質(zhì)等多項優(yōu)點[1-2]。覆蓋栽培對果園土壤有最直接的影響，它能顯著提升果園土壤含水量，減少地表徑流和蒸發(fā)，從而調(diào)節(jié)土壤溫濕度，保持土壤物理結(jié)構(gòu)，此外還對抑制雜草生長具有顯著效果[3]，而土壤中環(huán)境的微小變化就會改變土壤的性質(zhì)和多樣性[4]。

土壤微生物作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組分之一，在土壤生物化學(xué)反應(yīng)過程中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用，例如有機(jī)質(zhì)的分解、腐殖質(zhì)的形成、養(yǎng)分間的相互轉(zhuǎn)化與循環(huán)[5]，所以土壤中的微生物多樣性可作為衡量土壤質(zhì)量狀況的指標(biāo)之一。已有不少研究證明[6-8]，土壤物理化學(xué)性質(zhì)改變后，土壤中微生物的生長、代謝和繁殖均會受到不同程度的影響。果園實施覆蓋后，土壤理化狀況顯著改善[6]，促進(jìn)微生物的群落組成結(jié)構(gòu)以及多樣性發(fā)生改變，增強(qiáng)土壤酶活性[9]，從而對整個果園生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)轉(zhuǎn)換及能量循環(huán)產(chǎn)生作用，最終對地上部植株的生長和發(fā)育產(chǎn)生一定的影響。

目前關(guān)于覆蓋栽培對果園效益的影響已有不少研究，但多集中于蘋果。覆蓋栽培能改變樹體冠層內(nèi)微氣候，進(jìn)而影響果實糖酸比等內(nèi)在品質(zhì)和果實著色等外觀品質(zhì)[10]。已有研究表明，果樹在覆蓋栽培下單果重和可溶性固形物、可溶性糖、有機(jī)酸含量有顯著提升[11]。本文以江蘇省南京地區(qū)桃園為主要研究對象，研究地布覆蓋條件下桃園中土壤理化特性、土壤細(xì)菌群落組成以及果實品質(zhì)發(fā)生的變化，旨在為當(dāng)?shù)靥覙湓耘噙^程中地布覆蓋的應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于南京農(nóng)業(yè)大學(xué)白馬基地（江蘇省南京市溧水區(qū)）桃園中進(jìn)行，試驗地屬典型的亞熱帶季風(fēng)氣候，夏季炎熱多雨，冬季溫暖干燥，平均年降水量1 200 mm。試驗所選用的桃樹為4 年生‘中油金銘’，種植朝向為南北行向，行株距5 m×3 m，樹形采用開心形。

1.2 試驗設(shè)計

試驗為單因素設(shè)計，將大面積桃園分為地布覆蓋和不覆蓋2種處理。采取隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，以1 行9 株桃樹作為1 次重復(fù)，每處理重復(fù)3 次。地布覆蓋方法：用寬0.8 m、厚0.2 mm 的黑色塑料地布覆蓋于樹干兩側(cè)，主要是覆蓋樹盤，行間生草。不同處理之間留出保護(hù)行，無需添加額外肥料。每周對不覆蓋組進(jìn)行1 次雜草清理以保證處理效果，其他田間管理措施一致。另外本研究的地布覆蓋和不覆蓋處理的時間是長期的，只是在測定相關(guān)果實品質(zhì)指標(biāo)時在特定的時期進(jìn)行，所以土壤環(huán)境的改變是在考慮范圍之內(nèi)的。

1.3 采集與處理

果實成熟期（6 月24 日），在2種處理中各選擇3 株生長狀況接近的桃樹，在樹的東、南、西、北冠層中隨機(jī)采摘4個果實，做好標(biāo)記后迅速帶回實驗室進(jìn)行試驗。

經(jīng)過6個月的地布覆蓋處理后（9 月9 日），采取五點采樣法，用土鉆在桃樹的根部附近鉆取深度為0～20 cm 的土壤樣品，并充分混勻，除去石塊、植物殘體等雜質(zhì)，將土樣裝入無菌袋，存放在冰盒中運至實驗室，-80 ℃低溫貯藏，用于土壤微生物DNA 的提取和檢測。每次采樣前后，使用濃度為75%的酒精對取土所用土鉆進(jìn)行消毒，以防止土樣被雜質(zhì)污染。

1.4 指標(biāo)測定

果實品質(zhì)測定：采用紫外分光法[12]測定果實維生素C 含量，采用蒽酮比色法[12]測定果實可溶性糖含量，采用酸堿滴定法[13]測定果實可滴定酸含量，果實可溶性固形物含量的測定使用PocketPAL-1 手持糖度計（精度：0.01Brix）進(jìn)行[14]。用百分之一電子天平（精度：0.01 g）稱量單果重，用MNT-150T游標(biāo)卡尺（精度：0.1 mm）測量果實縱橫徑，計算果形指數(shù)，用GY-4 硬度計測定果實硬度。

土壤性質(zhì)測定：參照《土壤農(nóng)化分析》[15]，采用凱氏常量定氮法測定土樣的全氮含量，采用電感耦合等離子體光譜儀（ICP）測定土壤的全磷、全鉀以及其他微量元素含量，采用重鉻酸鉀經(jīng)典油浴法進(jìn)行有機(jī)質(zhì)含量的測定。使用Solarbio 土壤蔗糖酶活性檢測試劑盒測定蔗糖酶活性，使用Solarbio脲酶活性檢測試劑盒測定脲酶活性，使用Solarbio過氧化氫含量檢測試劑盒測定過氧化氫酶活性，使用Solarbio 土壤酸性磷酸酶活性檢測試劑盒測定酸性磷酸酶活性。每樣品測定3 次，取平均值。

土壤微生物總DNA 提取及16S rRNA 基因高通量測序：土壤細(xì)菌16S rRNA 的測定由南京集思慧遠(yuǎn)公司進(jìn)行，采用 OMEGA 試劑盒 E.Z.N.ATM Mag-Bind Soil DNA Kit 的試劑盒提取。依據(jù)barcode，獲得樣品的有效序列，接著根據(jù)PEreads 之間的嵌套將成對的reads 拼接成序列，然后過濾reads 以控制質(zhì)量，最后獲得了每個樣品的高質(zhì)量序列，將嵌合體從Usearch Uchime 中去除。根據(jù)序列開頭和結(jié)尾處的barcode 和引物區(qū)分樣品，并確定序列方向；使用PANDAseq 軟件[16]將成對reads 拼接成一條序列，最小重疊長度為10 bp；設(shè)0.2 為拼接序列重疊區(qū)域允許的最大錯配比以篩選不匹配序列；使用Prinseq 軟件[17]過濾出read 尾部質(zhì)量值低于20 的堿基，過濾掉N 長度占序列總長5%的序列；使用Usearch 軟件[18]，結(jié)合Uchime 和denovo 消除其中的嵌合體。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2003 進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，采用SPSS 17.0進(jìn)行方差分析，用Duncan’s 新復(fù)極差法對數(shù)據(jù)進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 園藝地布覆蓋對桃園土壤養(yǎng)分的影響

2.1.1 園藝地布覆蓋對桃園土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響

土壤有機(jī)質(zhì)是指土壤中所有含碳有機(jī)化合物。作為影響土壤肥力的主要因素之一，它為土壤肥力提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，不僅對土壤的理化性質(zhì)有巨大影響，對土壤的生物學(xué)特性也發(fā)揮著重要作用[19]。在2種不同土壤管理措施下，桃園土壤中有機(jī)質(zhì)含量如表1 所示，地布覆蓋處理提高了0～20 cm 土層中的土壤有機(jī)質(zhì)含量，與不覆蓋處理相比差異顯著。

表1 園藝地布覆蓋對土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響

2.1.2 園藝地布覆蓋對桃園土壤營養(yǎng)元素的影響

由表2 可知，在2種不同的土壤管理措施下桃園0～20 cm 土層中土壤全氮、全磷、全鉀等含量存在差異。地布覆蓋處理中，雖然土壤的全氮含量顯著低于不覆蓋處理，但其全磷、全鉀的含量分別提高5%和9%，差異達(dá)顯著水平。可見地布覆蓋處理下土壤全氮含量沒有提高，但全磷、全鉀含量均顯著增加。土壤中錳、銅、鋅含量受覆蓋處理影響顯著，分別較不覆蓋處理提高了15%、15%、32%。可見地布覆蓋對保持土壤微量元素的作用非常明顯。

表2 園藝地布覆蓋對土壤氮磷鉀及微量元素含量的影響

2.2 園藝地布覆蓋對土壤酶活性的影響

土壤酶對植株根系的生長發(fā)育有重要的生理作用[20]。由表3 可知，地布覆蓋處理下，土壤中過氧化氫酶、蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸酶活性均有顯著提高，其中以蔗糖酶活性增強(qiáng)最為明顯，較不覆蓋處理提高205%。地布覆蓋處理下土壤中各種酶活性的提高，表明地布覆蓋能對桃樹根系的生長和吸收作用起到促進(jìn)和改善的效果，對桃樹的生長和發(fā)育也有益處。

表3 園藝地布覆蓋對土壤酶活性的影響 mg/g

2.3 園藝地布覆蓋對桃樹根際微生物的影響

2.3.1 園藝地布覆蓋對桃樹根際土壤微生物豐富度的影響

OTU 豐度是反映土壤樣品中微生物豐富程度的重要指標(biāo)之一。經(jīng)OTU 聚類分析后得到2個處理各樣品在不同OTU 的豐度信息。如表4 所示，地布覆蓋處理下桃樹根際土壤中的細(xì)菌OTU 數(shù)要明顯高于不覆蓋處理，這表明地布覆蓋處理能夠增加土壤細(xì)菌豐富度。

表4 桃樹根際土壤細(xì)菌OTU 聚類分析

2.3.2 園藝地布覆蓋對桃樹根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響

Alpha 多樣性是對樣品物種多樣性的分析[21]，其中包含2個要素：樣品物種組成的豐富度和均勻度，通常用Observed species 指數(shù)、Chao1 指數(shù)、Shannon指數(shù)、Simpson 指數(shù)和PD whole tree 指數(shù)等指數(shù)來評估樣本的物種多樣性。從表5 中可以看出，地布覆蓋處理樣品的Chao1 指數(shù)和Observed species 指數(shù)均高于不覆蓋處理，這表明地布覆蓋能夠增加土壤微生物群落中的物種數(shù)量；但是，覆蓋處理樣品中的Shannon 指數(shù)和Simpson 指數(shù)卻低于對照，說明地布覆蓋下微生物分配均勻度有所下降。

表5 桃樹根際土壤細(xì)菌Alpha 多樣性統(tǒng)計

Beta 多樣性比較了不同樣品之間的微生物群落組成。根據(jù)樣本的 OTU 豐度信息，分別計算Weighted Unifrac[22]、Unweighted Unifrac[23-24]和Bray Curtis 距離，評估不同樣品之間微生物群落結(jié)構(gòu)差異。地布覆蓋處理下Weighted Unifrac 距離（圖1-a）和Bray Curtis 距離（圖1-c）均顯著小于不覆蓋處理，而Unweighted Unifrac 距離（圖1-b）卻是地布覆蓋處理較大，這表明2個處理的土壤微生物群落存在明顯差異，土壤中的稀有微生物物種豐度在地布覆蓋時顯著提高，但物種均勻程度有所降低。

圖1 桃樹根際土壤微生物Beta_diversity 組間差異箱形圖

2.3.3 園藝地布覆蓋對桃樹根際土壤細(xì)菌群落組成及相對豐度的影響

圖2 顯示了園藝地布覆蓋與不覆蓋處理中土壤細(xì)菌在門水平下的相對豐度情況。地布覆蓋下土壤中細(xì)菌的優(yōu)勢類群為變形菌門（Protecbacteria），相對豐度高達(dá)97%；而在不覆蓋處理中，變形菌門同樣為主要土壤細(xì)菌類群，其余主要優(yōu)勢細(xì)菌類群有放線菌門（Actinbacteria）和藍(lán)細(xì)菌（Cyanobacteria）。

圖2 樣品在門（Phylum）水平下的物種豐度柱狀圖

從綱水平（圖3）分析，地布覆蓋處理下土壤中優(yōu)勢菌群為γ變形菌綱（Gammaproteobacteria）和α變形菌綱（Alphaproteobacteria），其中γ變形菌綱的相對豐度達(dá)到88%；而不覆蓋處理中則以γ變形菌綱、α變形菌綱、放線菌綱（Actinobacteria）和生氧光細(xì)菌（Oxyphotobacteria）占優(yōu)勢。

圖3 樣品在綱（Class）水平下的物種豐度柱狀圖

從屬水平（圖4）分析，地布覆蓋處理下土壤細(xì)菌屬主要有Curvibacter、Aquabacterinm、Sphingomonas、Undibacterium、Phyllobacterium、Pelomonas，其中Curvibacter相對豐度為56%；而不覆蓋處理中優(yōu)勢屬主要是Curvibacter、Aquabacterinm、Sphingomonas、Undibacterium、Phyllobacterium、Rhodococcus、Pelomonas、Microbacterium，微生物在屬分布上更加均勻。

圖4 樣品在屬（Genus）水平下的物種豐度柱狀圖

2.3.4 園藝地布覆蓋處理下桃樹根際微生物表型預(yù)測

BugBase 是16S 微生物高水平表型（high-level phenotypes）預(yù)測的程序包[25]。對2個處理的樣本進(jìn)行BugBase 表型預(yù)測分析，結(jié)果如圖5 所示。革蘭氏陰性細(xì)菌是相對豐度最高的細(xì)菌類型，而桃園土壤中厭氧細(xì)菌的相對豐度極低。地布覆蓋處理下，好氧細(xì)菌、移動元件、兼性厭氧細(xì)菌、革蘭氏陰性細(xì)菌、潛在致病性細(xì)菌和氧化脅迫耐受性細(xì)菌相對豐度較不覆蓋處理均有所上升，而厭氧細(xì)菌、生物膜形成細(xì)菌和革蘭氏陽性細(xì)菌相對豐度則較低。

圖5 桃樹根際土壤微生物BugBase 表型豐度柱狀圖

2.4 園藝地布覆蓋對桃果實品質(zhì)的影響

由表6 可知，地布覆蓋處理桃單果重（204.66 g）顯著高于不覆蓋處理（182.33 g），增幅為12%，說明地布覆蓋處理可顯著提高桃單果重；但地布覆蓋處理后果實硬度和果形指數(shù)并沒有發(fā)生顯著變化。

表6 園藝地布覆蓋對桃果實物理性狀的影響

由表7 可知，地布覆蓋處理下果實可溶性糖、可滴定酸、維生素C 含量均高于不覆蓋處理，差異均達(dá)到顯著水平，果實糖酸比也有顯著提高，其中，維生素C 是果品抗氧化特性的指標(biāo)，地布覆蓋處理較不覆蓋處理高41.35%；果實可溶性固形物含量受地布覆蓋影響并不明顯。綜上所述，在桃園鋪設(shè)黑色地布能夠提高果實品質(zhì)，改善果實風(fēng)味。

表7 園藝地布覆蓋對桃果實營養(yǎng)成分含量的影響

3 討論與結(jié)論

土壤肥力是影響桃樹生長發(fā)育的重要因素之一，適宜的土壤耕作管理制度能夠促進(jìn)土壤肥力持續(xù)提高。研究表明，地布覆蓋對促進(jìn)土壤理化性質(zhì)的改善[26]、土壤微生物活性的提高、有機(jī)物的加速分解、土壤酶活性的增加有很大作用[27]，進(jìn)而加速土壤中營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，提高土壤速效養(yǎng)分含量[28]。不同的覆蓋管理方式也會引起土壤容重和孔隙度的不同變化，影響土壤有機(jī)質(zhì)、腐殖質(zhì)、微生物數(shù)量[29]。

園藝地布覆蓋能夠改善桃園根際土壤的理化性質(zhì)[30]。李發(fā)康等[30]認(rèn)為，地布覆蓋能使土壤有機(jī)質(zhì)更好地積累，推進(jìn)了土壤中微生物的生命活動與腐殖質(zhì)的形成過程。在地布覆蓋條件下，地表徑流帶來的土壤養(yǎng)分流失被削弱，使得土壤更好地保持了水分和有機(jī)質(zhì)[31]，從而使得土壤元素比不覆蓋更為豐富。本試驗結(jié)果表明，與不覆蓋相比，地布覆蓋下土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著提高，這與多數(shù)研究結(jié)果相一致。羅珠珠等[32]研究表明，微生物分解作用的產(chǎn)物對一些含磷難溶物起到了溶解作用，并促使鉀素從黏土礦物中的釋放。在本試驗中，覆蓋處理中土壤磷素、鉀素及銅、錳、鋅等微量元素均顯著高于不覆蓋處理，進(jìn)一步說明了地布覆蓋有利于土壤養(yǎng)分元素含量的提高。究其原因，地布覆蓋給予土壤中的微生物生命活動以良好的環(huán)境條件，加速了微生物對土壤有機(jī)物質(zhì)的分解進(jìn)程[30]，同時微生物分解過程中生成的有機(jī)酸等代謝物能夠促進(jìn)各類礦物分解，使得磷、鉀、銅、鋅等元素得以從礦物中釋放出來[33]。與此同時，地布覆蓋下土壤全氮含量顯著下降，這與前人研究不一致[34]，這可能是因為地布覆蓋促進(jìn)了桃樹根部對氮元素的吸收，使得土壤氮含量有所降低。

土壤酶活性受土壤微生物以及溫度等非生物環(huán)境因素的影響[35]。孫冰潔等[36]發(fā)現(xiàn)，相對水勢高的土壤中細(xì)菌的活性高。劉子涵等[37]認(rèn)為，土壤水分條件是影響微生物多樣性的直接因素。在本試驗中，地布覆蓋下桃樹根際土壤過氧化氫酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶和脲酶活性均顯著升高，極有可能是地布覆蓋下的土壤長期處于適宜的溫度和濕度中，改善了微生物生存和繁殖的環(huán)境，也有利于土壤酶類進(jìn)行反應(yīng)，加速土壤營養(yǎng)的轉(zhuǎn)化[38]。

土壤理化性質(zhì)的變化是細(xì)菌群落動態(tài)的驅(qū)動因素[39]。地布覆蓋改變了土壤理化性質(zhì)及物理結(jié)構(gòu)，同時也改變了土壤微生物群落結(jié)構(gòu)。在門水平，地布覆蓋處理相比于不覆蓋處理變形菌門的相對豐度有明顯提高，而放線菌門相對豐度則明顯下降；在綱水平上，γ 變形菌綱為地布覆蓋下土壤中優(yōu)勢最強(qiáng)的菌門，α 變形菌綱、放線菌綱及其他門的細(xì)菌相較于不覆蓋均有所削弱。綜合土壤的理化性質(zhì)結(jié)果來看，作為優(yōu)勢菌門的變形菌門細(xì)菌相對豐度與土壤磷、鉀及微量元素含量呈正相關(guān)，這與張建峰等[40]研究結(jié)果相一致。同時，變形菌門相對豐度與土壤過氧化氫酶、脲酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶活性均呈顯著正相關(guān)，這是因為變形菌是土壤中最主要的細(xì)菌種類，土壤中的代謝活動多數(shù)由變形菌完成[41]，豐富的變形菌有利于土壤中動植物殘體的分解與腐殖質(zhì)的形成。與之截然相反的是，放線菌門的相對豐度與土壤有機(jī)質(zhì)和酶活性呈負(fù)相關(guān)，這與劉子涵等[37]和翟婉璐等[42]的研究成果不一致。這可能是因為放線菌適宜生長在中性偏堿性土壤中[43]，而覆蓋條件下微生物活性高，二氧化碳釋放速率加快，加上土壤交換酸的增加[44]，使得土壤酸堿度降低，不利于放線菌的生長。

地布覆蓋下土壤細(xì)菌種類趨于單一，多樣性有所下降，這可能是因為優(yōu)勢菌種的生長更為適宜，抑制了其他菌種的生長。另一方面，地布覆蓋抑制了一些植物病原菌的出現(xiàn)，降低了植株感病的風(fēng)險。從BugBase 表型分析結(jié)果來看，地布覆蓋下桃樹根際土壤中好氧菌的相對豐度顯著上升，而厭氧菌則有所下降，這可能說明地布覆蓋對土壤通氣狀況有所改善，改善了土壤的物理結(jié)構(gòu)，有利于桃樹根系的呼吸作用。

果實產(chǎn)量的高低及品質(zhì)的優(yōu)劣一般由品種、氣候、栽培管理措施等條件決定，合理的果園管理模式能夠改良土壤狀況，培肥地力，改善微生物生存狀況，增加其群落結(jié)構(gòu)及多樣性，促進(jìn)植物根系對水分和養(yǎng)分的吸收，從而提高果實產(chǎn)量和品質(zhì)。李宏建等[45]、曹欣冉等[46]和周江濤等[47]在蘋果園的地布覆蓋研究結(jié)果中均表明，地布覆蓋時蘋果果實單果重、可溶性固形物含量、固酸比等指標(biāo)皆顯著優(yōu)于不覆蓋。從試驗結(jié)果上看，桃果實單果重、可溶性糖含量及維生素C 含量在地布覆蓋條件下有所提高，這與前人研究結(jié)果一致[45,48]。雖然地布覆蓋顯著提高了果實可溶性糖含量及糖酸比，但在可溶性固形物指標(biāo)上卻未見顯著差異，這與周江濤等[47]研究結(jié)果不符，原因有待進(jìn)一步試驗驗證。此外，在果實硬度、果形指數(shù)上2個處理間未見顯著差異，這有待更多樣本試驗的探索?？傮w來說，地布覆蓋促進(jìn)了桃果實可溶性糖的合成，提高了桃果實品質(zhì)與風(fēng)味。

綜上所述，地布覆蓋可以在一定程度上改善土壤的理化性質(zhì)，提高土壤微生物活性，并改善果實的品質(zhì)。然而，在地布覆蓋對桃果實品質(zhì)作用的機(jī)理上，本研究沒有考慮其他因素，如光照等，可能會有一定的局限性。為此應(yīng)開展更全面、綜合性更強(qiáng)的覆蓋研究。