王斌強，何紹浪，林小兵，黃尚書，王馨悅，劉艷琴，黃欠如，成艷紅

（1 江西省紅壤及種質資源研究所，國家紅壤改良工程技術研究中心，江西省紅壤耕地保育重點實驗室，農業(yè)農村部江西耕地保育科學觀測試驗站，南昌330046）（2 吉安市農業(yè)農村產業(yè)發(fā)展服務中心）

井岡蜜柚是指在吉安市生產栽培的蜜柚產品 的統(tǒng)稱，是獨具“井岡”地方特色的優(yōu)勢品牌，主要包括金沙柚、金蘭柚和桃溪蜜柚等品種[1]。據(jù)統(tǒng)計，2018 年吉安市井岡蜜柚栽培總面積達2.66 萬hm2，總產量約4.5 萬t，已成為帶動農業(yè)增效、農民增收的優(yōu)勢產業(yè)[2]。近年來，隨著農業(yè)技術的發(fā)展和人們生活水平的提高，以及產業(yè)結構調整的市場需求，蜜柚產業(yè)的發(fā)展速度和規(guī)模不斷加快和擴大，但蜜柚產量還有較大增長空間[1]。蜜柚產量和品質是影響其栽培經濟效益的關鍵，而果園土壤肥力的高低直接影響果樹產量及果實品質[3-4]。因此，摸清蜜柚園土壤肥力狀況是蜜柚產業(yè)可持續(xù)發(fā)展的基礎。

土壤微生物因其在土壤中能量和養(yǎng)分循環(huán)等生化過程中起著重要的調控作用[5]，其表征的土壤生物肥力是土壤質量或土壤健康中最為關鍵的部分[6]。土壤微生物數(shù)量和群落結構不但受地理位置、氣候條件及土壤類型等自然因素影響，還受土壤理化性質的影響[7]。我國果園普遍存在土壤有機質含量低、土地貧瘠等問題[8-9]，加上不同果園栽培管理技術各異，不同的耕作、施肥方式導致土壤理化性質改變進而影響微生物群落結構[10-11]。然而，當前對井岡蜜柚果園土壤的研究多集中在外源有機肥施用等農藝措施的培肥、增產效果等方面[12]，對蜜柚園不同土層土壤氮、磷、鉀等養(yǎng)分含量現(xiàn)狀分析以及土壤微生物群落的組成、多樣性角度的調查研究鮮有報道[13]。因此，本研究以吉安市井岡蜜柚主產地13 個蜜柚園為研究對象，測定0～20 cm 和20～40 cm 土層土壤理化性質，評價土壤綜合肥力質量，同時利用高通量測序方法分析研究土壤微生物群落，比較不同土層土壤微生物組成差異，明確影響井岡蜜柚園土壤微生物群落結構的主要驅動因子，旨在尋求人工調節(jié)果園土壤微環(huán)境的方法，為井岡蜜柚果園的科學精準施肥和推進當?shù)毓麡I(yè)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

選取江西省吉安市青原區(qū)、吉州區(qū)、永新縣和安福縣4 個井岡蜜柚主產縣（區(qū)）13 個有代表性的蜜柚園（表1）進行土壤樣品采集。采樣時間為2021年10 月，采樣區(qū)果園樹齡均為6～7 年，土壤類型均為第四紀淺變質巖發(fā)育的紅壤土。采用“S”形采樣法每個果園隨機選取長勢一致的5 株樹，每個采樣點避開當年施肥點位置，沿樹冠滴水線向外推10 cm，挖1 個深度45 cm 左右的垂直剖面，在該剖面分別采集0～20 cm 和20～40 cm 土層土壤樣品。將5 株樹下取的土壤等量混合，剔除樹根、雜草、石塊等雜物，充分混合均勻后，按四分法取土壤樣品500 g 左右，此為1 個土壤樣品。采集的土樣一部分自然風干磨碎過篩，用于測定土壤基本理化性質；另一部分土樣密封保存于4 ℃冰箱中，用于測定土壤可溶性有機碳、微生物生物量碳含量和土壤微生物群落結構。

表1 供試果園情況

1.2 試驗方法

1.2.1 土壤理化性質測定

土壤有機質含量、陽離子交換量、pH 值和土壤堿解氮、有效磷、速效鉀含量等理化性質采用常規(guī)分析方法測定[14]。

土壤可溶性有機碳含量采用水浸提法提取，按水土比5∶1 充分搖勻分散后恒溫（25 ℃）振蕩30 min 后，以4 000 r/min 離心10 min，取上清液用0.45μm 微孔濾膜（水相）抽濾，濾液采用TOC 分析儀（Vario TOC cube，德國）測定[14]；土壤微生物生物量碳含量采用氯仿熏蒸-硫酸鉀浸提法測定[15]。

1.2.2 土壤微生物群落結構測定

采用Soil DNA Kit 試劑盒（OMEGA 公司，美國）提取土壤DNA。細菌樣品測序引物是515F/907R，引物序列為515F（5＇-GTGCCAGCMGCCGCGG-3＇）、907R（5＇-CCGTCAATTCMTTRAGTTT-3＇）。真菌樣品測序引物是ITS1F/ITS1R，引物序列為ITS1F（5＇-CTTGGTCATTTAGAGGAAGTAA-3＇），ITS1R（5＇-GCTGCGTTCTTCATCGATGC-3＇）[16]。土壤微生物總DNA 提取和測序服務委托上海派森諾生物科技有限公司完成。

1.2.3 土壤肥力綜合指數(shù)計算

采用變異系數(shù)法計算各指標權重，并根據(jù)各評價指標隸屬度函數(shù)，計算其隸屬度值，其中陽離子交換量和有機質、堿解氮、有效磷、速效鉀含量采用S 型隸屬度函數(shù)，pH 值屬于拋物線型隸屬度函數(shù)[17-18]，然后根據(jù)模糊數(shù)學中的加乘法原則計算各樣點土壤肥力綜合指數(shù)（Integrated Fertility Index，IFI），計算公式如下。

式中，IFI 為土壤肥力綜合指數(shù)，Wi為指標權重，Ni為指標隸屬度。將IFI 值按照一級土壤（IFI＞0.8）、二級土壤（0.6＜IFI＜0.8）、三級土壤（0.4＜IFI＜0.6）、四級土壤（0.2＜IFI＜0.4）、五級土壤（IFI＜0.2）對取樣區(qū)果園土壤肥力劃分等級[19]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2016 軟件進行前期處理。用R 語言統(tǒng)計軟件（www.r-project.org，R 3.5.3）對土壤理化性質和土壤微生物數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。根據(jù)OUT（操作分類單元）表的結果，得到樣品的物種組成比例情況。方差分析采用R 語言程序包vegan完成，并通過Tukey HSD 檢驗法對各不同采樣層進行差異顯著性檢驗（P＜0.05），相關性分析（Pearson相關系數(shù)）采用R 語言程序包Hmisc、corrplot 和Performance analytics 完成。微生物所有制圖通過R語言軟件程序包ggplot 2 完成，其他圖片采用Origin 8.1 完成。

2 結果與分析

2.1 土壤肥力描述性分析

參照《江西紅壤》土壤養(yǎng)分等級標準及相關文獻[18,20]，將有機質、堿解氮、有效磷、速效鉀含量均劃分為6 個等級，即一級為很高，二級為高，三級為中等，四級為缺乏，五級為很缺乏，六級為極缺乏；土壤pH 值分為6 個級別，陽離子交換量劃分為高、中、低3 級（表2）。

表2 土壤養(yǎng)分等級分級標準

采樣區(qū)土壤肥力指標統(tǒng)計特征如表3 所示，0～20 cm 和20～40 cm 土層土壤pH 值平均值分別為4.68 和4.63，土壤均呈酸性。土壤陽離子交換量可以直接反映土壤的保肥、供肥性能和緩沖能力。采樣區(qū)0～20 cm 和20～40 cm 土層土壤陽離子交換量平均值均低于10 cmol/kg，屬于低水平，說明采樣區(qū)土壤保持養(yǎng)分能力和酸堿緩沖能力較弱。0～20 cm 土層土壤有機質含量平均為22.37 g/kg，20～40 cm 土層平均為17.69 g/kg，說明采樣區(qū)0～20 cm 和20～40 cm 土層土壤有機質含量屬中等及以下水平，尤其是20～40 cm 土層土壤有機質含量平均小于20 g/kg，處于缺乏水平。土壤有效磷、速效鉀含量在0～20 cm 和20～40 cm 土層分別呈一級和二級標準，均屬于豐富水平，而堿解氮含量整體較為缺乏（四級和五級）。

表3 土壤肥力指標統(tǒng)計特征

參照土壤學研究中變異系數(shù)（CV）的劃定[21-22]，除了土壤pH 值為弱變異（CV≤10%）外，0～20 cm和20～40 cm 土層土壤堿解氮、有效磷、速效鉀含量以及陽離子交換量、有機質含量均呈中度變異強度（10%＜CV＜100%）（表3）。以上結果表明，采樣果園0～20 cm 土層土壤養(yǎng)分含量整體高于20～40 cm 土層土壤，且空間分布不均衡。

土壤可溶性有機碳和微生物生物量碳是活性有機碳的重要組成，是土壤中有效性較高、易被土壤微生物分解礦化、對植物養(yǎng)分供應有直接作用的有機碳，是反映土壤生物肥力指標之一，因此將其列為計算土壤綜合肥力指數(shù)的指標。采用主成分分析法，確定了包含可溶性有機碳含量和微生物生物量碳含量等8 項參評肥力指標的權重（表3），并結合隸屬度函數(shù)計算得到各采樣區(qū)土壤的IFI，結果表明，采樣區(qū)0～20 cm 和20～40 cm 土層土壤IFI平均值分別為0.44 和0.40，變異系數(shù)分別為23.80%和25.45%，土壤綜合肥力總體處于三級（0.4＜IFI＜0.6），屬中等偏下水平。

土壤肥力綜合指數(shù)與各肥力因子的相關性分析結果表明（表4），土壤有機質含量、微生物生物量碳含量、可溶性有機碳含量與土壤肥力綜合指數(shù)均呈顯著正相關，說明有機質、微生物生物量碳、可溶性有機碳含量是土壤肥力的主要貢獻指標。另外，土壤有機質含量與堿解氮、可溶性有機碳含量均呈顯著正相關，堿解氮含量與微生物生物量碳含量呈顯著正相關；土壤pH 值與有機質含量呈顯著負相關，說明隨著土壤pH 值升高有利于有機質分解。

表4 各項肥力指標之間的相關系數(shù)及指標權重

2.2 土壤微生物群落結構特征

2.2.1 土壤微生物α多樣性空間分布特征

Chao1 指數(shù)和Observed species 反映微生物群落的豐富度，數(shù)值越高表明物種的豐富度越高；Shannon 指數(shù)和Simpson 指數(shù)反映群落物種多樣性和均勻度，還可以評估優(yōu)勢種在群落中的地位和作用。基于高通量測序結果，采樣區(qū)蜜柚園0～20 cm土層土壤細菌OUT 平均數(shù)量（3 390）顯著高于20～40 cm 土層（3 056）。土壤細菌群落結構α多樣性如圖1所示，0～20 cm 土層土壤Chao1指數(shù)和Observed species 平均值均高于20～40 cm 土層土壤，而Shannon指數(shù)和Simpson指數(shù)平均值在2 個土層間無顯著差異。土壤真菌群落結構α多樣性與細菌的結果一致。

圖1 土壤微生物α多樣性指數(shù)

2.2.2 土壤微生物群落結構特征

土壤微生物群落結構如圖2 所示，0～20 cm 土層土壤細菌群落結構在門水平共獲得了15 個類群，所有樣品細菌群落結構在門水平上都以變形菌門（Proteobacteria）、酸桿菌門（Acidobacteria）、綠彎菌門（Chloroflexis）、放線菌門（Actinobacteria）和浮霉菌門（Planctomycetes）為優(yōu)勢類群，占比分別為23.09%～38.67%、12.52%～27.56%、8.23%～29.15%、9.94%～19.98%和3.45%～5.77%，其相對豐度之和占土壤細菌總量的79.12%～91.41%。20～40 cm 土層土壤細菌群落結構在門水平共獲得14 個類群，所有樣品細菌群落結構在門水平上都以變形菌門、酸桿菌門、綠彎菌門、放線菌門和擬桿菌門（Bacteroidetes）為優(yōu)勢類群，占比分別為25.19%～34.46%、10.16%～30.44%、6.49%～27.46%、8.30%～17.60%和1.77%～15.38%，其相對豐度之和占土壤細菌總量的75.73%～89.38%。相比0～20 cm 土層，20～40 cm 土層土壤中變形菌門顯著（P＜0.05）增加2.74%，綠彎菌門和放線菌門分別顯著減少0.43%和1.82%。

圖2 細菌門水平群落結構特征

采樣區(qū)0～20 cm 和20～40 cm 土層土壤真菌群落結構在門水平共獲得12 個類群（未列出），所有樣品真菌群落結構在門水平上都以子囊菌門（Ascomycota）、擔子菌門（Basidiomycota）、被孢霉門（Mortierellomycota）和毛霉菌門（Mucoromycota）為優(yōu)勢類群（圖3），其相對豐度之和分別占土壤真菌總量的66.30%～91.94%和54.64%～93.37%，均以子囊菌門占比最高，分別為52.13%～83.47%和41.78%～81.25%。4 個優(yōu)勢真菌類群的相對豐度在0～20、20～40 cm 土層土壤間均無顯著差異。

圖3 真菌門水平群落結構特征

2.3 土壤理化性質對土壤微生物的影響

冗余分析（RDA）表明（圖4、圖5），土壤pH 值、有機質含量、可溶性有機碳含量等是采樣區(qū)果園0～20 cm 和20～40 cm 土層土壤細菌群落結構分異的關鍵驅動因子，而土壤真菌群落結構除了受pH 值、有機質含量、可溶性有機碳含量影響外，土壤速效鉀、堿解氮、有效磷等養(yǎng)分含量也是影響其變異的主要因子。

圖4 果園土壤中門水平細菌群落與土壤理化性質的冗余分析結果

圖5 果園土壤中門水平真菌群落與土壤理化性質的冗余分析結果

3 討論

土壤肥力是土壤的本質屬性，不僅受土壤養(yǎng)分、植物吸收能力和植物生長的環(huán)境條件等單因子的影響，各因子的協(xié)調程度是影響其高低的重要因素[23-24]。采樣區(qū)蜜柚園0～20 cm 和20～40 cm 土層土壤pH 值平均值分別為4.68 和4.63，變異系數(shù)均較低，分別為6.80%和7.27%，說明采樣區(qū)不同果園的土壤pH 值較為接近，都呈酸性。而土壤pH值與有機質含量呈顯著負相關，說明在酸性土壤條件下隨著pH 值的升高更有利于有機質的分解，同時在pH 值較低的土壤中磷酸鹽離子容易形成不溶化合物[25]，不利于植物吸收利用，果農為了獲得高產而大量施用磷肥，這可能是采樣區(qū)域土壤磷含量豐富的原因。因此，對于井岡蜜柚果園酸性較高的土壤應注重酸化改良，可以適量施用堿性改良劑進行土壤改良。有機質含量是反映區(qū)域坡耕地土壤質量的關鍵指標之一[18,26]。采樣果園土壤中有機質含量整體呈中下水平，尤其是20～40 cm 土層土壤有機質含量更低，有機質含量有待提高。采樣區(qū)果園土壤有機質含量與堿解氮含量呈顯著正相關，這與前人研究結果類似，有機質缺乏的區(qū)域，土壤氮含量也缺乏[25]，加之土壤中的氮容易被轉換，因此建議根據(jù)采樣區(qū)果園土壤的供氮水平、果樹品種的需肥特點等，適量增施氮肥。0～20 cm 和20～40 cm 土層土壤綜合肥力等級均為三級，綜合肥力處于中等偏下水平。通過分析可知，有機質、微生物生物量碳和可溶性有機碳這3 項指標是反映該采樣區(qū)域果園土壤肥力的關鍵指標，因此采樣區(qū)土壤肥力提升應主要依靠增施有機肥，并要有針對性地開展相應的平衡施肥措施，多方面提高土壤有機質含量和質量，增加土壤的養(yǎng)分供給能力，實現(xiàn)土壤養(yǎng)分平衡。同時，采樣區(qū)果園0～20 cm 土層土壤理化性質普遍優(yōu)于20～40 cm 土層，應注重深層土壤的培肥改良。

土壤微生物在改善土壤結構[27-28]、培肥土壤[29]等方面發(fā)揮了重要作用，是土壤質量的重要指標之一[30]。采樣區(qū)蜜柚園土壤細菌和真菌群落結構組成特征基本相似，細菌均以變形菌門、酸桿菌門、綠彎菌門、放線菌門為主要菌門；真菌主要以子囊菌門、擔子菌門、被孢霉門和毛霉菌門為優(yōu)勢類群。結果表明上述微生物是土壤中較為常見的細菌和真菌類群[31-32]，但是0～20 cm 和20～40 cm 土層土壤的優(yōu)勢細菌相對豐度略有不同，其原因可能是與土壤理化性質的差異有關。冗余分析結果表明，土壤pH 值、有機質含量、陽離子交換量、堿解氮含量、有效磷含量等土壤環(huán)境因子與細菌、真菌群落結構具有較好的相關性，但是，驅動采樣區(qū)蜜柚園不同土層土壤細菌、真菌群落結構產生分異的主導因子并不相同。如驅動0～20 cm 土層土壤細菌群落結構分異的關鍵因子為土壤陽離子交換量，其次為pH 值和有機質含量；而20～40 cm 土層為土壤有機質含量，其次為有效磷含量。驅動0～20 cm 土層土壤真菌群落結構分異的關鍵因子為土壤pH 值和有機質、速效鉀、堿解氮含量，而20～40 cm 土層為土壤pH 值和有機質含量?？梢钥闯?，土壤有機質含量在不同土層土壤細菌、真菌群落結構分異中均發(fā)揮了關鍵作用，這是因為豐富的碳源有效性誘導微生物群落結構發(fā)生變化，從而改變了微生物多樣性[11]。同時，土壤pH 值、陽離子交換量、可溶性有機碳含量等土壤環(huán)境因子是土壤肥力的重要表征[33]，也是影響土壤微生物群落結構變化的關鍵因子[34-35]。不同土層土壤變形菌門、綠彎菌門和放線菌門等優(yōu)勢細菌相對豐度產生的差異可能和土壤理化性質有關[36]，不同土層土壤有效磷、速效鉀和堿解氮等速效養(yǎng)分的含量差異間接影響土壤微生物群落結構。同時，土壤微生物不僅是土壤養(yǎng)分轉化與循環(huán)的動力，其本身也是土壤養(yǎng)分的儲存庫[37]，土壤養(yǎng)分狀況差異以及與參與其轉化微生物間的相互作用還需進一步研究。今后希望通過檢測細菌、真菌等微生物群落組成了解果園土壤環(huán)境的狀態(tài)及質量，并利用施肥、耕作等農藝措施，改變土壤菌群組成，從而改善土壤環(huán)境及樹體長勢，并進一步建立微生物群落組成與果實產量及品質的關系，為井岡蜜柚園的科學精準施肥和推進當?shù)毓麡I(yè)發(fā)展提供有益的參考。

4 結論

采樣區(qū)蜜柚園土壤綜合肥力中等，均呈酸性，堿解氮、有效磷、速效鉀含量空間變異性較大；基于高通量測序結果表明，采樣區(qū)果園0～20 cm 土層土壤細菌和真菌的物種豐富度均高于20～40 cm 土層土壤，0～20 cm 土層土壤細菌的多樣性和均勻度略高于20～40 cm 土層土壤，真菌的多樣性和均勻度結果則相反，但土層間差異不顯著；冗余分析表明，土壤pH 值、有機質含量、可溶性有機碳含量是采樣區(qū)果園0～20 cm 和20～40 cm 土層土壤細菌群落結構分異的關鍵驅動因子，而土壤真菌群落結構除了受pH 值、有機質含量、可溶性有機碳含量影響外，土壤速效鉀、堿解氮、有效磷等養(yǎng)分含量也是影響其變異的主要因子。因此，井岡蜜柚園應注重土壤酸化調控和有機肥的施用，并根據(jù)不同園區(qū)土壤養(yǎng)分狀況適當調整氮、磷、鉀素的投入比例，同時注重果園亞表層土壤的培肥。