不同種植年限蘋果園根際土壤養(yǎng)分、pH 及微生物的相關(guān)性

黃晶淼，劉國鑫，劉佩杭，王金鑫，盧威成，索相敏

（1.河北省農(nóng)林科學(xué)院石家莊果樹研究所，河北石家莊050061；2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護學(xué)院，河北保定071000）

蘋果在世界經(jīng)濟作物中占有重要的地位，我國的蘋果產(chǎn)量和面積均居世界第1 位。但是，長期種植單一果樹會造成連作障礙（或稱忌地現(xiàn)象），進而減弱樹勢，影響果樹產(chǎn)量、果品質(zhì)量和經(jīng)濟效益等[1]。人們將引起果樹連作障礙的病因分為2 類：一類是不適宜的土壤pH、過?；蛉狈Φ耐寥鲤B(yǎng)分、土壤污染及不當?shù)脑耘喾绞降确巧镆蛩?；另一類是土壤中的真菌、放線菌等對植物生長發(fā)育具有多方面調(diào)節(jié)作用的生物因素[2-4]。

土壤養(yǎng)分、pH 與土壤微生物之間相互影響，構(gòu)成土壤這一動態(tài)變化的復(fù)合體[5]。不同樹種、土壤肥力、土壤結(jié)構(gòu)以及不同的栽培管理方式等都會直接影響土壤微生物的構(gòu)成和數(shù)量。而土壤微生物作為土壤中最活躍的成分，反過來又在土壤營養(yǎng)和能量的循環(huán)、交換過程中起著重要作用，對土壤肥力的維持和改善造成一定影響[6-7]。

行唐縣地處太行山淺山丘陵區(qū)與華北平原交匯地帶，屬暖溫帶半濕潤季風性氣候，適宜種植蘋果。蘋果產(chǎn)業(yè)在行唐縣經(jīng)濟中占有重要地位。目前，該縣50%以上的蘋果園為老齡果園，面臨著更新?lián)Q代。

本研究選取行唐縣賈洛營村種植年限分別為5、14、23 a 的3 個蘋果園為研究對象，對根際土壤養(yǎng)分、pH 和微生物含量進行了調(diào)查，旨在明確長期種植單一果樹與土壤養(yǎng)分、pH 和微生物之間的關(guān)系，為科學(xué)施肥、改善老齡蘋果園土壤環(huán)境以及減輕連作障礙提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試土壤采自行唐縣賈洛營村3 個蘋果園，種植年限分別為5、14、23 a。果園為沙壤土，主栽品種為短枝富士和紅星，常規(guī)管理。

1.2 試驗方法

2017 年6 月，采用五點取樣法選取樣區(qū)，于樣區(qū)樹冠外緣30 cm 處選取2 點，采集0～40 cm 土層的土壤，混合均勻，帶回實驗室置于密封袋，于4 ℃冷藏保存。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 土壤養(yǎng)分含量測定 有機質(zhì)含量采用高溫外加熱重鉻酸鉀氧化- 容量法測定；全氮含量采用凱氏定氮法測定；銨態(tài)氮含量采用2 mol/LKCl 浸提-靛酚藍比色法測定；硝態(tài)氮含量采用雙波長紫外分光光度法測定；速效磷含量采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定；速效鉀含量采用乙酸銨浸提-火焰光度計法測定；土壤pH 采用pH 計法測定[8]。

1.3.2 土壤微生物分析 細菌采用牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基在37 ℃條件下倒置培養(yǎng)2～3 d；放線菌采用重鉻酸鉀改良高氏瓊脂培養(yǎng)基在28 ℃條件下倒置培養(yǎng)4～5 d；真菌采用鏈霉素- 馬丁氏孟加拉紅瓊脂培養(yǎng)基在28 ℃條件下倒置培養(yǎng)4～5 d。然后，采用稀釋平板分離法對土壤細菌、真菌、放線菌進行分離與測定[9]。

1.3.3 土壤微生物多樣性的測定 選用Shannon-Wiener 指數(shù)（H）分析微生物的多樣性特征。

其中，Pi是第i個屬相對豐富度，Ni為屬i的單菌落數(shù)量，N為土樣的總單菌落數(shù)量。

1.3.4 土壤營養(yǎng)指數(shù)的測定 以我國肥沃土壤中微生物總數(shù)的平均值1.60×107cfu/g 為評價標準，探討不同種植年限蘋果園的土壤營養(yǎng)指數(shù)。

其中，Ci為實測土壤微生物平均值，Coi為1.60×107cfu/g。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2003 軟件對試驗數(shù)據(jù)進行處理，采用SPSS 26.0 軟件進行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種植年限蘋果園根際土壤養(yǎng)分含量變化

土壤有機質(zhì)含量是反映土壤肥力的一項重要指標，也是土壤質(zhì)量演化趨勢的標志之一。從表1可以看出，隨著蘋果園種植年限的延長，土壤有機質(zhì)含量呈顯著上升趨勢，其中，5 年生樹根際土壤有機質(zhì)含量最低，為6.95 g/kg，14、23 年生樹有機質(zhì)含量分別為 7.24、11.12 g/kg。

表1 不同種植年限根際土壤養(yǎng)分含量

隨著種植年限的延長，果園土壤速效磷含量呈現(xiàn)顯著增長趨勢。磷素含量隨年限延長出現(xiàn)大量累積，說明該地果園普遍存在磷肥過量施用的現(xiàn)象，而23 a 果園土壤磷素含量較高，可能與果樹衰老其吸收功能降低有關(guān)。

不同種植年限蘋果園土壤全氮含量間差異均不顯著；土壤中銨態(tài)氮、速效鉀含量均隨種植年限延長呈波動性上升趨勢，均以14 a 果園的含量最高，23 a 果園略有下降；土壤硝態(tài)氮含量隨種植年限延長呈波動性下降趨勢，14 a 果園的含量最低，23 a 果園又略有增高；14、23 a 果園土壤的速效磷和速效鉀含量相較于5 年生樹均為較豐富狀態(tài)，但是磷鉀比在0.28～0.61 范圍內(nèi)，與適宜磷鉀比0.125 相比，處于偏高水平，再次說明當?shù)毓麍@磷肥施用過量。

隨著蘋果園種植年限的延長，土壤pH 值呈顯著性下降趨勢，其中，23 a 老齡蘋果園土壤酸度最大（pH＝5.49），這可能與根系分泌物如有機酸的長期積累有關(guān)。

2.2 不同種植年限蘋果園根際土壤微生物的變化

表2 不同種植年限根際土壤微生物量

從表2 可以看出，不同樹齡蘋果園微生物總量表現(xiàn)為5 a＞14 a＞23 a。隨著蘋果園種植年限的延長，細菌、真菌數(shù)量呈逐漸上升趨勢，放線菌數(shù)量呈顯著下降趨勢；3 個不同樹齡蘋果園土壤微生物均表現(xiàn)為真菌數(shù)量最少，而5、14 a 果園土壤中放線菌數(shù)量占絕對優(yōu)勢，細菌數(shù)量次之；23 a 果園表現(xiàn)正相反。以真菌的相對量為標準，計算各類微生物占比情況，結(jié)果表明，隨著種植年限的延長，真菌所占比例趨于上升趨勢。

2.3 土壤營養(yǎng)指數(shù)和微生物多樣性指數(shù)的變化

從表3 可以看出，隨著種植年限的延長，土壤營養(yǎng)指數(shù)呈下降趨勢，微生物多樣性指數(shù)逐漸上升。其中，5 年生樹齡的土壤營養(yǎng)指數(shù)最高，為0.22，14 年生和23 年生樹的營養(yǎng)指數(shù)分別為0.20和0.18；5 年生樹的微生物多樣性指數(shù)最低，為0.66，14 年生和23 年生樹的微生物多樣性指數(shù)分別為0.79 和0.81。微生物多樣性指數(shù)與微生物總量變化規(guī)律不一致，微生物總量高的土壤，其微生物多樣性不一定高，可能是因為有些土壤養(yǎng)分雖然較為豐富，但是僅有利于某類微生物生長，而不適宜其他類微生物生存，從而致使微生物總量較高，但微生物多樣性指數(shù)不高。

表3 不同種植年限土壤營養(yǎng)指數(shù)和微生物多樣性指數(shù)

2.4 土壤養(yǎng)分、pH 與土壤微生物的相關(guān)性分析

土壤微生物數(shù)量在一定程度上可以反映土壤養(yǎng)分的水平。從表4 可以看出，土壤中細菌、真菌與土壤有機質(zhì)、全氮、銨態(tài)氮、速效磷和速效鉀均呈正相關(guān)，與硝態(tài)氮、pH 均呈負相關(guān)。其中，細菌數(shù)量與速效磷的相關(guān)系數(shù)為0.959，與硝態(tài)氮的相關(guān)系數(shù)為-0.957，均達到顯著水平（P≤0.05）；真菌數(shù)量與速效磷、速效鉀的相關(guān)系數(shù)分別為0.917 和0.920，與硝態(tài)氮的相關(guān)系數(shù)為-0.985，也均達到顯著水平（P≤0.05）；土壤中放線菌與土壤養(yǎng)分的相關(guān)關(guān)系與真菌和細菌正好相反，即與土壤有機質(zhì)、全氮、銨態(tài)氮、速效磷和速效鉀均呈負相關(guān)，與硝態(tài)氮、pH均呈正相關(guān)，其中，與速效磷的相關(guān)系數(shù)為-0.985，與硝態(tài)氮、pH 的相關(guān)系數(shù)分別為0.917、0.912，均達到顯著水平（P≤0.05）。

表4 土壤養(yǎng)分、pH 與土壤微生物的相關(guān)性分析

3 結(jié)論與討論

果園長期種植單一作物會引起土壤肥力改變。胥繼東等[10]在對渭北旱塬不同樹齡蘋果園營養(yǎng)狀況演化趨勢的研究中發(fā)現(xiàn)，果園20 cm 以下土壤中有機質(zhì)含量隨樹齡增加而呈急劇減少趨勢。本研究中，土壤營養(yǎng)指數(shù)隨著種植年限的延長呈下降趨勢，土壤營養(yǎng)指數(shù)與土壤肥力呈正相關(guān)，與已有研究結(jié)果一致[11-12]。但土壤有機質(zhì)含量隨樹齡的增長呈顯著性上升趨勢，這可能與5 年生樹處于旺盛生長期，養(yǎng)分需求大，而23 年生樹的果園枯枝落葉的積累造成土壤有機質(zhì)含量增高，加之果園主習慣施用大量有機肥有關(guān)[13-14]。另外，隨著種植年限的延長土壤速效磷含量呈顯著上升趨勢，且磷鉀比遠遠超出適宜標準（0.125），這可能與磷肥施用過量，且23 年生樹果園樹體衰老其吸收功能明顯降低有關(guān)。應(yīng)適當降低磷肥施用量、提高鉀肥施用量，調(diào)節(jié)土壤磷鉀比。

隨著蘋果園種植年限的延長，土壤pH 值呈顯著下降趨勢，且均超出蘋果生長的最適宜范圍（pH值為5.6～6.7）。其中，23 年生樹蘋果園的土壤呈酸性（pH 值為 5.49），pH 值顯著小于 5 年生樹蘋果園（7.59），這可能與有機酸等根系分泌物不斷積累，導(dǎo)致土壤逐漸酸化有關(guān)[15]。調(diào)節(jié)果園土壤pH 值、提高養(yǎng)分含量，是當前老齡果園土壤管理需要采取的重要措施。

土壤是動態(tài)變化的pH- 養(yǎng)分- 微生物復(fù)合體，土壤養(yǎng)分及土壤pH 的變化，改變了土壤微生物的生存環(huán)境[16]。本研究表明，隨著種植年限的延長，微生物生存環(huán)境發(fā)生了變化，促進了細菌和真菌的生長，抑制了放線菌的生存，致使微生物多樣性指數(shù)呈上升趨勢。有文獻報道[17-18]，果園長期種植單一作物，會使植物根系分泌物積累，從而誘導(dǎo)土壤真菌數(shù)量增加，并且增加的大部分真菌是引起連作障礙的致病菌，不同地區(qū)引起連作障礙的有害真菌種類有所不同。有報道顯示，引起蘋果園連作障礙的主要有害真菌屬有柱孢屬、鐮孢屬、絲核屬、疫霉屬和腐霉屬等[19]。本研究中，隨著種植年限的延長，真菌數(shù)量呈顯著上升趨勢，并且真菌所占比例持續(xù)升高，這與以往研究結(jié)果一致[20]，但是引起行唐縣蘋果園連作障礙的有害真菌種類還有待進一步研究確定。

果園土壤營養(yǎng)指數(shù)降低、土壤酸化、微生物總量減少、真菌百分含量增高等均是土壤質(zhì)量退化的標志。應(yīng)該根據(jù)不同種植年限果園的土壤特點，對果園進行合理管理。本研究中，對于行唐縣老齡蘋果園應(yīng)適當減少磷肥施用量、降低土壤磷鉀比、減緩?fù)寥浪峄俣?，改善蘋果園土壤微生態(tài)環(huán)境，提高蘋果園土壤肥力，減輕連作障礙的影響。