不同樹齡石榴園土壤中微量元素、微生物及土壤酶活性研究

施嫻 孟衡玲 張德剛 陳永川 何芳芳 王田濤

摘要：為了探討云南省蒙自市長(zhǎng)期種植石榴對(duì)土壤中微量元素、微生物量和土壤酶活性的影響，對(duì)不同樹齡（7、13、15、19、30年）不同土層（0～30、30～60 cm）的石榴園土壤中微量元素（Ca、Mg、Cu、Mn）含量、微生物數(shù)量及土壤酶（過(guò)氧化氫酶、蔗糖酶、磷酸酶和脲酶）活性進(jìn)行研究。結(jié)果顯示，隨樹齡增加，土壤中Ca、Cu、Mn含量均表現(xiàn)為先升高后下降再升高的趨勢(shì)，0～30 cm土層中Ca、Cu、Mn含量分別以樹齡15、13、15年最高，以7、7、30年最低，30～60 cm土層中Ca、Cu、Mn含量分別以15、13、30年最高，以19年最低。真菌數(shù)量、蔗糖酶活性、磷酸酶活性和脲酶活性表現(xiàn)出先下降后升高趨勢(shì)，0～30 cm土層中真菌生物量、蔗糖酶活性、磷酸酶活性、脲酶活性均以樹齡30年最高，以13、19、15、19年最低，30～60 cm土層中以樹齡30、7、30、30年最高，以15、13、7、13年最低。在垂直方向上，土壤Cu含量、細(xì)菌數(shù)量、真菌數(shù)量、放線菌數(shù)量和蔗糖酶活性均表現(xiàn)出0～30 cm高于30～60 cm，Ca含量表現(xiàn)為30～60 cm高于0～30 cm。微生物生物量最大的是細(xì)菌，其次是真菌，放線菌數(shù)量最少。樹齡與放線菌生物量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與過(guò)氧化氫酶和脲酶活性呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。研究建議樹齡為7～19年的石榴園應(yīng)該注意增加有機(jī)肥，改善土壤中微生物系統(tǒng)，加強(qiáng)土壤中生化反應(yīng)，改善土壤環(huán)境。

關(guān)鍵詞：石榴園;中微量元素;微生物;土壤酶活性;樹齡

中圖分類號(hào)：S665.406 ??文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2022）08-0215-06

果樹生長(zhǎng)需要從土壤中吸收利用各種礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)，其中中微量元素雖然植物體內(nèi)所占比例極小，但也是植物生長(zhǎng)所必需的元素之一[1]。若某種元素缺乏或元素含量比例失調(diào)，將直接影響果樹生長(zhǎng)和果實(shí)品質(zhì)，造成相應(yīng)的缺素癥，加劇病蟲害的發(fā)生[2-4]。有研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期的果樹生產(chǎn)中，有的土壤微生物系統(tǒng)會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變，引起果樹生長(zhǎng)不良，病蟲害嚴(yán)重，果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)下降[5-6]，其中主要是因?yàn)榧?xì)菌生物量減少，真菌生物量明顯增加，土壤酶活性下降等因素[7-9]。土壤酶是土壤中最活躍的組分，其活性反映可土壤生物活性和生化反應(yīng)程度，而且是評(píng)價(jià)土壤肥力重要指標(biāo)之一[10-12]。土壤中的養(yǎng)分、土壤微生物、土壤酶一起推動(dòng)了土壤環(huán)境中的生化過(guò)程，對(duì)土壤的環(huán)境質(zhì)量起著重要的作用。探索石榴園土壤的時(shí)間及空間的變化，有助于了解土壤及其環(huán)境對(duì)石榴的影響。王理德等認(rèn)為植物的樹齡對(duì)土壤的養(yǎng)分、微生物及酶活性有一定的影響[13-14]。

石榴（Phomopsis punicae Linn.）為石榴科落葉果樹，原產(chǎn)于中亞地區(qū)，在我國(guó)已有2 000多年的栽培歷史，在云南省蒙自市栽種石榴已有730余年的歷史，在20世紀(jì)80年代末得到了大面積推廣[15-16]，到2019年蒙自市石榴樹林面積達(dá)到 8 667 hm2，在全國(guó)8個(gè)栽培區(qū)排第4位，總產(chǎn)量達(dá)到32.5萬(wàn)t，居第2位，總產(chǎn)值達(dá)11億元，成為全國(guó)主要石榴生產(chǎn)區(qū)[17]。蒙自石榴籽粒飽滿、清甜多汁，深受消費(fèi)者的喜愛。但近年來(lái)發(fā)現(xiàn)，蒙自石榴品質(zhì)出現(xiàn)下降[17]、病蟲害加劇等現(xiàn)象[18-19]，這可能是由于長(zhǎng)期施用化肥和激素，造成土壤肥力下降，微生物系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)改變，從而導(dǎo)致石榴園土壤環(huán)境質(zhì)量下降，嚴(yán)重制約了蒙自石榴產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

目前，我國(guó)已對(duì)蘋果[20]、櫻桃[21]、獼猴桃[22]和香梨[23]等果園中土壤養(yǎng)分、微生物及土壤酶活性進(jìn)行了報(bào)道。但是，針對(duì)石榴園土壤中微量元素、微生物及土壤酶活性研究少見。因此，本研究以云南省蒙自市新安所石榴園為例，探討樹齡對(duì)石榴園土壤不同土層中微量元素含量、微生物及土壤酶活性的影響，以期為石榴的科學(xué)樹齡管理、施肥及石榴品質(zhì)的改善提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

蒙自市新安所鎮(zhèn)位于云南省紅河州蒙自市東南部（23°15′～23°21′N、103°24′～103°31′E），屬亞熱帶季風(fēng)氣候類型，年平均氣溫15.5～17.5 ℃，極端最高氣溫33.8 ℃，極端最低氣溫2.9 ℃，無(wú)霜期337 d，年降水量950～1 012 mm，年均日照時(shí)數(shù) 2 234 h。研究區(qū)樹齡已有730余年歷史，本研究選擇同為黏質(zhì)土壤，并且施肥管理狀況較為接近的不同樹齡石榴園作為采樣點(diǎn)。

1.2 樣品采集

2019年1月對(duì)研究區(qū)域全部樹齡石榴的果園作為土壤樣品采集點(diǎn)，其中7年樹齡的石榴園32個(gè)，13年樹齡的石榴園23個(gè)，15年樹齡的石榴園21個(gè)，19年樹齡的石榴園18個(gè)，30年樹齡的石榴園7個(gè)，各樹齡周邊共采集12份非石榴地土壤并混合成1份土樣，以此作為對(duì)照（CK），其中7、13年周邊各采集3份，15、19、30年周邊各采集2份，采集方法和各樹齡土壤樣品一致。每個(gè)果園隨機(jī)選取10株石榴樹，在距離樹干50 cm范圍，分別從東西南北4個(gè)方向采集土壤樣品。采用直徑（Ф）=9 cm的土鉆獲取地表0～60 cm土樣，將土壤分為0～30、30～60 cm等2層進(jìn)行采用，用手選法剔除樣本中肉眼可見的石礫、植物根系雜質(zhì)。2層土壤樣品均先將每株果樹4個(gè)方向采集土壤等量混合，再將同齡果樹土壤樣品等量混合成1個(gè)土壤樣品?；靹蚝蟮孽r土用四分法留取1 kg左右，裝入無(wú)菌袋中，一部分放入4 ℃冰箱中保存，測(cè)定其微生物量;另一部分經(jīng)風(fēng)干磨細(xì)、過(guò)篩，用于測(cè)定土壤微量元素含量和酶活性。

1.3 測(cè)定方法

土壤中Ca、Mg、Cu、Mn含量的測(cè)定采用微波消解-電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-AES）測(cè)定[24]。土壤微生物總生物量主要采用稀釋平板培養(yǎng)法測(cè)定，細(xì)菌采用牛肉膏蛋白胨固體培養(yǎng)基，真菌采用馬鈴薯培養(yǎng)基，放線菌采用高氏一號(hào)瓊脂培養(yǎng)基[25]，結(jié)果以1 g干土所含的微生物數(shù)量表示。土壤脲酶活性采用比色法;磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法;過(guò)氧化氫酶活性采用KMnO4滴定法;蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法[26]測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及繪圖，通過(guò)SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，采用最小顯著差異法（LSD）進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)（α=0.05），采用Pearson’s相關(guān)系數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同樹齡對(duì)石榴園土壤中微量元素的影響

根據(jù)圖1可知，不同樹齡石榴地土壤中Ca和Mn含量（樹齡為15、19年Mn含量除外）隨著土層深度的增加，均表現(xiàn)出增加的趨勢(shì);Cu含量表現(xiàn)為下降趨勢(shì)，Mg含量在0～30 cm和30～60 cm的土層中總體來(lái)看差異不明顯。在0～30、30～60 cm等2個(gè)土層中，Ca含量分別為4 237～13 813、12 118～17 627 mg/kg，變異系數(shù)分別為46.64%、13.86%，均以樹齡15年最高，比CK增加45.54%、45.46%，0～30、30～60 cm的土層中Ca含量分別以7、19年最低。經(jīng)過(guò)方差分析，0～30 cm土層中樹齡為15年的石榴中Ca含量顯著高于CK、7、13、19年（P<0.05）;30～60 cm 土層中15年石榴的Ca含量顯著高于CK，但與其余樹齡未達(dá)顯著差異。2個(gè)土層中Mg含量分別在10.53～39.21、19.61～33.33 mg/kg之間，變異系數(shù)分別為44.14%、22.55%，以樹齡30、19年最高，比CK增加88.60%和66.65%;0～30、30～60 cm土層中Mg含量以15、13年最低，比CK減少49.4%和5.68%;經(jīng)過(guò)方差分析，0～30 cm土層中30年石榴的Mg含量顯著高于CK、7、13、15年，30～60 cm 土層中19年石榴的Mg含量顯著高于其余樹齡。2個(gè)土層中Cu含量分別為0.483 6～1.523、0.230 8～0.769 2 mg/kg，變異系數(shù)為51.13%、60.05%，均以13年含量最高，分別比CK增加2.15、2.33倍，以7、19年最低，比CK增加6.57%、8.31%，經(jīng)過(guò)方差分析，樹齡13年均與CK、7、19年達(dá)顯著差異。Mn在2個(gè)土層中含量分別為2.885～8.397、4.615～15.19 mg/kg，變異系數(shù)為28.89%、45.46%，分別以15、30年最高，比CK增加1.91、2.29倍，以30、19年最低，比CK增加1.33、13.0%，經(jīng)過(guò)方差分析，0～30 cm土層中樹齡15年與CK達(dá)顯著差異，和其他樹齡土壤未達(dá)顯著差異，30～60 cm土層中樹齡30年與其余樹齡土壤均有顯著差異。

2.2 不同樹齡對(duì)石榴園土壤微生物數(shù)量的影響

根據(jù)圖2可知，不同樹齡石榴園土壤中細(xì)菌、放線菌和真菌的數(shù)量隨著土層深度的加深均出現(xiàn)下降的趨勢(shì)，各種微生物主要集中在0～30 cm的土層中。隨著樹齡的增加，各微生物數(shù)量表現(xiàn)出不同的變化趨勢(shì)。細(xì)菌數(shù)量隨著樹齡的增加出現(xiàn)上升趨勢(shì)，其中0～30 cm土層中變異系數(shù)為30.79%，以樹齡30年最高，為4.80×104 CFU/g，以樹齡7年最低，且二者之間差異顯著;30～60 cm土層中變異系數(shù)為33.29%，樹齡19年的細(xì)菌數(shù)量最高，以7年最低，其中樹齡19年的細(xì)菌數(shù)量比CK增加了1.61倍，且顯著高于其余樹齡。放線菌數(shù)量隨著樹齡的增加表現(xiàn)出減少的趨勢(shì)，0～30 cm土層變異系數(shù)15.01%，以7年最高，達(dá)1.598×103 CFU/g，30年最低，比CK減少5.57%，但從方差分析上看，7年與30年無(wú)顯著差異;30～60 cm土層中各樹齡放線菌數(shù)量高于CK，且變異系數(shù)為22.60%，以7年最高，15年最低。真菌數(shù)量隨樹齡增加表現(xiàn)出先下降后上升的趨勢(shì)，0～30 cm土層中真菌數(shù)量除30年樹齡外均低于CK，以13年最低，比CK減少48.7%，與CK達(dá)顯著差異，各樹齡變異系數(shù)為48.21%;30～60 cm土層中除15年樹齡外，其余樹齡均高于CK，15年土層比CK減少24.0%，變異系數(shù)達(dá)92.86%。總體上看，微生物數(shù)量以細(xì)菌為主，其次是真菌，放線菌數(shù)量最少。

2.3 不同樹齡石榴園土壤酶活性的影響

根據(jù)圖3可知，隨樹齡和土層深度的增加，土壤中脲酶、磷酸酶、過(guò)氧化氫酶和蔗糖酶活性均表現(xiàn)出先下降后上升趨勢(shì)，且各樹齡土壤過(guò)氧化氫酶、脲酶（0～30 cm）活性均低于CK。0～30 cm土層土壤過(guò)氧化氫酶活性變異系數(shù)為12.79%，各樹齡以30年最高，達(dá)7.800 mg/kg，以15年最低，比CK減少29.78%，30年與15年差異不顯著;30～60 cm土層變異系數(shù)為10.27%，以樹齡30年最高，達(dá) 7.321 mg/kg，以樹齡19年最低，各處理過(guò)氧化氫酶活性均無(wú)顯著差異。脲酶活性在0～30 cm土層中變異系數(shù)為64.31%，以30年樹齡活性最高，比CK低36.08%，以19年最低，比CK低88.87%，經(jīng)過(guò)方差分析，19年脲酶活性顯著低于其余樹齡處理;30～60 cm土層中各樹齡脲酶活性除13年外均高于CK，以樹齡30年最高，比CK高1.65倍，經(jīng)方差分析，13年與其余樹齡、CK差異顯著。0～30 cm土層中磷酸酶活性變異系數(shù)為54.03%，以30年最高，比CK增加2.65倍，以15年最低，但仍比CK高1.96%，15年與30年顯著差異，但與CK差異不顯著;30～60 cm土層中變異系數(shù)為42.44%，以30最高，比CK高1.19%，以7年最低，比CK低59.05%，經(jīng)過(guò)方差分析，7年與30年和CK達(dá)顯著差異。蔗糖酶活性在0～30 cm土層中的變異系數(shù)為43.02%，除30年樹齡，其余樹齡均低于CK，其中19年蔗糖酶活性最低，比CK低66.59%，與CK和其余處理差異顯著;30～60 cm土層變異系數(shù)為58.50%，以13年處理最低，比CK低65.77%，13年與CK、7年和30年差異顯著，與15、19年差異不顯著。

2.4 不同樹齡石榴園土壤中微量元素含量、微生物數(shù)量、土壤酶活性之間的相關(guān)性

樹齡、微生物數(shù)量和土壤酶活性存在一定線性關(guān)系（表1）。樹齡與中微量元素（Ca、Mg、Cu、Mn）含量、細(xì)菌數(shù)量、真菌數(shù)量和磷酸酶活性、蔗糖酶活性呈正相關(guān)關(guān)系;與過(guò)氧化氫酶和脲酶活性呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。過(guò)氧化氫酶活性與Ca、Mg、Cu含量及細(xì)菌、放線菌數(shù)量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。脲酶活性與Mg、Mn含量和細(xì)菌、放線菌數(shù)量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，磷酸酶活性與放線菌數(shù)量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，蔗糖酶活性與Ca、Cu含量和細(xì)菌數(shù)量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。樹齡與放線菌數(shù)量、Ca含量與Cu含量、脲酶活性與過(guò)氧化氫酶活性、蔗糖酶活性與過(guò)氧化氫酶和脲酶活性呈顯著正相關(guān)關(guān)系，磷酸酶活性與真菌數(shù)量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。綜上，樹齡對(duì)中微量元素、細(xì)菌和真菌影響不明顯，隨樹齡增加，過(guò)氧化氫酶和脲酶活性將出現(xiàn)下降趨勢(shì)。

3 討論與結(jié)論

石榴為多年生果樹，長(zhǎng)時(shí)間生長(zhǎng)在固定地點(diǎn)，有選擇地吸收同一土壤空間內(nèi)的養(yǎng)分，加上不同氣候、土壤和施肥管理，直接影響到果園中土壤養(yǎng)分含量、微生物數(shù)量和土壤酶活性。有研究認(rèn)為，樹齡對(duì)土壤中微量元素含量、微生物含量和土壤酶活性有一定影響，而且不同土層表現(xiàn)不一[22，27]。

本研究發(fā)現(xiàn)，隨樹齡增加，土壤中鈣、鎂、銅和錳含量有一定變化趨勢(shì)。水平方向，在0～30 cm土層中，土壤中鈣含量以15年樹齡最高，鎂含量以30年樹齡最高，銅含量以13年樹齡最高，錳含量以15年樹齡最高;在30～60 cm土層中，土壤中鈣含量以15年樹齡最高，鎂含量以19年樹齡最高，銅含量以13年樹齡最高，錳含量以30年樹齡最高。垂直方向，在同一樹齡下30～60 cm土層中Ca含量高于 0～30 cm土層，Cu含量表現(xiàn)為0～30 cm 土層高于30～60 cm，這一結(jié)果和郝婕等研究國(guó)紅蘋果園土壤中微量元素的周年變化[2]基本一致。整體上看，不同樹齡石榴園中土壤鈣、鎂、銅和錳含量的變異系數(shù)最高的在0～30 cm土層，且Ca和Cu含量偏高，這可能主要受氣候和施肥管理等因素的影響，特別是施肥為主，劉艷紅等研究云南蒙自石榴園施肥情況時(shí)發(fā)現(xiàn)，基肥主要普鈣、尿素和硫酸鉀等化肥，追肥主要以復(fù)合肥、尿素、硝酸鈣、普鈣等為主[28]，因此可能是由于長(zhǎng)時(shí)間施用鈣肥造成土壤中鈣含量偏高，但還需要進(jìn)一步研究。

本研究發(fā)現(xiàn)，隨樹齡的增加，0～30 cm土層以30年最高，7年最低，30～60 cm土層以19年最高，以7年最低，放線菌生物量隨樹齡的增加，表現(xiàn)出下降趨勢(shì)，0～30 cm土層以7年最高，30年最低，30～60 cm土層以7年最高，15年最低，這與張德剛等研究石榴園根區(qū)土壤時(shí)微生物量隨土層增加減少，主要集中0～40 cm的結(jié)論[29]基本一致。同時(shí)，石榴園土壤微生物數(shù)量隨樹齡增加的變化特征和蘋果園[30]、獼猴桃[22]和葡萄園[31]等的基本一致，由大到小表現(xiàn)為細(xì)菌>放線菌>真菌，隨樹齡增加，細(xì)菌數(shù)量/真菌數(shù)量下降，放線菌數(shù)量減少，這可能是由于長(zhǎng)時(shí)間施用化學(xué)肥料造成土壤酸度增加，放線菌生長(zhǎng)受到抑制[32]。

蔗糖酶活性隨土層增加表現(xiàn)出減少趨勢(shì)，這結(jié)果和張德剛等研究石榴園根區(qū)土壤蔗糖酶活性隨土層增加而減少，主要集中在0～40 cm的結(jié)論[29]基本一致。隨樹齡的增加，土壤中脲酶、磷酸酶和蔗糖酶活性表現(xiàn)出先下降后增加的趨勢(shì)，這一結(jié)果和王靜等研究的不同樹齡蘋果和蜜桃土壤活性隨樹齡增加表現(xiàn)出先上升后下降趨勢(shì)[21，33]不一致，這可能是由于土壤酶活性的變化趨勢(shì)是由作物本身與土壤、氣候環(huán)境和施肥等長(zhǎng)期互作和協(xié)同變化的結(jié)果，所以需要進(jìn)一步研究。過(guò)氧化氫酶活性隨著樹齡增加變化不顯著，這結(jié)果和朱海云等研究樹齡對(duì)獼猴桃園過(guò)氧化氫酶活性影響的結(jié)論[22]基本一致。值得注意的是，處理組0～30 cm過(guò)氧化氫酶和脲酶活性均低于CK。

從相關(guān)性分析上看，樹齡與放線菌數(shù)量呈顯著正相關(guān)，Ca含量與Cu含量、脲酶活性與過(guò)氧化氫酶活性、蔗糖酶活性與過(guò)氧化氫酶和脲酶活性呈顯著正相關(guān)，磷酸酶活性與真菌生物量呈極顯著正相關(guān)。說(shuō)明土壤中微量元素含量、微生物數(shù)量和土壤酶活性之間的相關(guān)程度較高。樹齡顯著影響放線菌數(shù)量，但樹齡對(duì)中微量元素含量和細(xì)菌數(shù)量、真菌數(shù)量影響不明顯，隨樹齡增加，過(guò)氧化氫酶和脲酶活性出現(xiàn)下降趨勢(shì)。

總體上看，云南蒙自各樹齡石榴園土壤中Ca、Cu、Mn、Mg含量未出現(xiàn)豐缺的現(xiàn)象，但各樹齡之間相差較大。其中，0～30 cm土層中Ca、Cu、Mn、Mg含量分別以樹齡15、13、15、30年最高，以7、7、30、15年最低，30～60 cm土層中以樹齡15、13、30、19年最高，以19、19、19、13年最低。土壤微生物數(shù)量表現(xiàn)為細(xì)菌>真菌>放線菌，0～30 cm土層中細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量分別以30、30、7年最高，以7、13、30年最低，30～60 cm土層中分別以19、30、7年最高，以7、15、15年最低。0～30 cm土層中過(guò)氧化氫酶、脲酶、磷酸酶和蔗糖酶活性均以30年最高，以15、19、15、19年最低;30～60 cm土層中過(guò)氧化氫酶、脲酶和磷酸酶活性均以30年最高，以19、13、7年最低，蔗糖酶活性以7年最高，13年最低。因此，建議7～19年樹齡的石榴園應(yīng)增施有機(jī)肥料，改善土壤中微生物系統(tǒng)和土壤酶活性，提高土壤生化反應(yīng)，提高土壤環(huán)境質(zhì)量。

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