紅寶石梨園土壤微生物群落與養(yǎng)分對低分子有機酸的響應

邵微 徐國益 于會麗 謝寧 高登濤 司鵬 吳國良

摘要：【目的】從梨土壤養(yǎng)分與微生物群落方面，探究紅寶石梨樹土壤養(yǎng)分與微生物群落應對低分子有機酸的變化規(guī)律，并分析梨樹土壤微生物群落與養(yǎng)分吸收及果實品質(zhì)之間的關系?！痉椒ā恳允┯玫租浄蕿閷φ眨O置5%與10%的蘋果酸（LM與HM）、檸檬酸（LC與HC）、草酸（LO與HO）與氮磷鉀肥配施為處理，測定梨樹土壤養(yǎng)分與微生物群落功能多樣性等指標?！窘Y果】與對照相比，低分子有機酸處理降低了梨園土壤EC值，檸檬酸與草酸顯著降低了梨園土壤pH，而檸檬酸與LO處理顯著降低了有機質(zhì)含量。LC顯著降低了土壤硝態(tài)氮含量，而LO則顯著升高了土壤銨態(tài)氮含量。與對照相比，低分子有機酸顯著降低了0～20 cm土層土壤有效P含量，而LM顯著升高＞20～40 cm土層速效K含量。另外，低分子有機酸顯著改變了梨樹土壤微生物群落多樣性指數(shù)與碳源利用特征，其中HM顯著升高0～20 cm土層多樣性指數(shù)，而LO則顯著降低了羧酸類與氨基酸類的利用強度。相關分析表明，0～20 cm土層微生物群落與果實維生素C含量、果實氮磷鉀含量、產(chǎn)量等呈負顯著相關，而＞20～40 cm土層微生物群落與單果質(zhì)量、果實色澤、果實鉀含量以及葉片氮含量呈正顯著相關?！窘Y論】蘋果酸、檸檬酸及草酸與氮磷鉀配施改變了梨園土壤養(yǎng)分含量與微生物群落碳特征，與0～20 cm土層相比，＞20～40 cm土層微生物群落在梨樹養(yǎng)分吸收與果實品質(zhì)提升方面發(fā)揮著更為重要的作用。

關鍵詞：梨樹；低分子有機酸；土壤養(yǎng)分；土壤微生物功能多樣性；相關分析

中圖分類號：S661.2 文獻標志碼：A 文章編號：1009-9980（2023）03-0481-13

梨樹作為我國第三大水果樹種，產(chǎn)量與品質(zhì)已成為影響梨產(chǎn)區(qū)農(nóng)戶收入的重要因素[1-2]。而長期不合理施肥導致梨園土壤板結、酸化及鹽漬化等問題加劇，進而降低肥料利用率[2-4]，引發(fā)樹體養(yǎng)分失調(diào)、產(chǎn)量與品質(zhì)的下降[5]。土壤健康與果樹植株健康是果業(yè)可持續(xù)發(fā)展的基礎[6]，其中土壤健康參與維持水果生產(chǎn)與提供生態(tài)系統(tǒng)等服務功能，影響果樹養(yǎng)分吸收與果實品質(zhì)的提升[7]。因此，在守護土壤健康的前提下，改善梨園土壤環(huán)境與微生物群落結構是提升梨樹養(yǎng)分利用率與果實品質(zhì)的有效途徑。

低分子有機酸（Low molecular weight organicacid， LMWOAs）作為根際常見分泌物[8]，通過直接影響根系微環(huán)境以驅動根際微生物群落的改變，促進某些難溶性礦質(zhì)養(yǎng)分的溶解，進而提高其在根際養(yǎng)分有效態(tài)含量[9- 10]。LMWOAs 具有較強的螯合力，易與多種金屬離子形成復合物進而促進植物對金屬離子的吸收[10]。另外，LMWOAs作為微生物碳源，能夠吸引中性和有益微生物趨向根際，并促進益生菌在根際的定殖與增殖，以避免病原菌的入侵[11]：有益微生物參與固氮、溶解及螯合礦質(zhì)元素，分解與轉化有機物等以改善根際養(yǎng)分環(huán)境[12-14]；此外，有益微生物產(chǎn)生抗生素、水解酶及揮發(fā)性物質(zhì)，直接抑制病原體生長與毒力[15]，并通過營養(yǎng)與空間競爭間接抑制病原體[16]；有益菌能夠在根部誘導植物系統(tǒng)抗性，從而增強植物對干旱、溫度、鹽及重金屬等的耐受力[17]。因此，LMWOAs具有提升土壤養(yǎng)分環(huán)境與改善土壤微生物群落的潛能，目前其在果樹上應用較少[18]，而對梨園土壤質(zhì)量的改良等方面的研究暫未有報道。

本研究在紅寶石梨樹栽培條件下，研究不同質(zhì)量分數(shù)蘋果酸、檸檬酸及草酸對梨樹土壤微生物群落及養(yǎng)分的影響，探討LMWOAs 對梨樹土壤微生物群落及養(yǎng)分的作用效果及其與梨果實品質(zhì)之間的關系，從土壤方向解析LMWOAs 對梨果實品質(zhì)的作用機制，為新型果樹專用水溶肥的研發(fā)以及果業(yè)綠色高效發(fā)展提供理論依據(jù)與技術支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗地基本情況

試驗在中國農(nóng)業(yè)科學院鄭州果樹研究所國家園藝種質(zhì)資源庫梨分庫（34°42′47″N，113°41′49″E）進行。該地區(qū)屬于黃河流域，年平均降水量約為542.15 mm。

1.2 供試材料

供試土壤：表層土壤pH 為7.16，有機質(zhì)含量（w，后同）0.93%，有效磷含量131.80 mg· kg-1，有效鉀含量241.02 mg· kg-1，銨態(tài)氮含量10.25 mg· kg-1，硝態(tài)氮含量14.85 mg·kg-1。

供試低分子有機酸：蘋果酸、檸檬酸及草酸的純度≥ 98.0%，購于阿法埃莎（Alfa Aesar）化學有限公司。

供試肥料：施用氮磷鉀肥由尿素、硝酸鉀及磷酸二氫鉀組成，依據(jù)梨樹產(chǎn)量設定全年施肥量（kg·hm-2）為N（367.5）-P2O5 （247.5）-K2O（315）。

供試作物：5 年生紅寶石[Bayuehong （hybrid cultivar）×Suli（Pyrus bretschneideri）]梨樹。

1.3 試驗處理

2019 年選取長勢一致供試梨樹（4 m×1 m）為試驗材料。試驗設置7 個處理（如表1），包括對照（氮磷鉀肥）、LM（氮磷鉀肥+蘋果酸5%）、HM（氮磷鉀肥+蘋果酸10%）、LC（氮磷鉀肥+檸檬酸5%）、HC（氮磷鉀肥+檸檬酸10%）、LO（氮磷鉀肥+草酸5%）和HO（氮磷鉀肥+草酸10%）。其中，5%與10%是指LMWOAs質(zhì)量占LMWOAs與全年施肥量總質(zhì)量的比值（LMWOAs與氮磷鉀肥直接混合稱樣），用量分別為84.72、178.86 kg·hm-2。每個處理設置4 個重復小區(qū)，每個小區(qū)4 株樹，小區(qū)之間間隔2 株梨樹，各小區(qū)完全隨機排列。按照梨樹需肥規(guī)律，分別在萌芽期（4 月11 日）、第1 次膨大期（5 月5 日）、第2 次膨大期（6 月14 日）及采摘前20 d（8 月2 日）4 個時期施肥，以施肥槍施入樹冠2/3 深度20 cm 處，其他栽培與病蟲害等相關田間管理均保持一致。2019 年9 月4 日每個重復小區(qū)隨機選擇3 株梨樹，避開施肥區(qū)域采用五點采樣法采集每株樹冠投影2/3 處0～20 cm土層與＞20～40 cm 土層土壤，各層土壤樣品混合。

每個小區(qū)土壤混成1 個樣，因此每個處理相同土層有4 個重復土樣。所采集土壤冰上保存送至實驗室，一部分土壤樣品自然風干用于測定土壤養(yǎng)分指標，另一部分存于-80 ℃用于微生物功能多樣性的測定。

1.4 測定項目與方法

1.4.1 土壤養(yǎng)分、pH 及EC 指標的測定 用CleverChem 380（德國）間斷化學分析儀進行土壤硝態(tài)氮與銨態(tài)氮的測定[19]；以中性NH4OAc浸提土壤溶液后上原子吸收測定土壤速效鉀含量[19]；以0.5 mol · L- 1NaHCO3 （pH 8.5）浸提土壤溶液，并用分光光度法測定有效磷含量[19]；采用水土比例為2.5∶1 的水浸提-電位法測定土壤pH[20]；土壤與超純水1∶5 混合后，用電導率儀測定土壤EC 值[20]。用碳氮分析儀（Primacs100，Skalar，Breda，Netherlands）測定土壤中的總碳（TC）與無機碳（IC）含量。土壤有機質(zhì)（SOM）=1.724×（TC?IC）。

1.4.2 微生物功能多樣性指數(shù)的測定與計算 將相當于1 g 風干土的新鮮土樣以土水質(zhì)量比1∶100用0.85%滅菌NaCl 溶液稀釋，28 ℃ 200 r · min-1 振蕩20 min，4 ℃靜置30 min，每孔取上清液150 μL加入Bio-Eco 微孔板中。25 ℃培養(yǎng)168 h，每24 h用Biolog 自動讀取儀1 次，并計算微生物功能多樣性指數(shù)[21-23]。平均吸光度AWCD值、McIntosh 指數(shù)（U）、Shannon-Wiener 指數(shù)（H）、Simpson 指數(shù)（D）、Pielou 指數(shù)（E）及豐富度指數(shù)S 分別表示微生物群落的利用碳源整體能力、均一性、多樣性、優(yōu)勢度、均勻度以及利用的碳源的總數(shù)。選取72 h 進行數(shù)據(jù)分析微生物功能多樣性指數(shù)與碳源利用強度。根據(jù)31 種碳源化學性質(zhì)的不同，分為聚合物、碳水化合物、酚類、羧酸、氨基酸及胺類6 類碳源，分別計算每一類碳源的平均吸光度，用于表示微生物對于六大碳源的利用強度，以評估不同處理特異性代謝碳源活性[24-25]。

1.4.3 果實品質(zhì)與養(yǎng)分含量的測定 可溶性固形物含量采用手持式數(shù)字折光儀（PR-101；ATAGO）測定；可溶性糖含量使用蒽酮法測定[26]；維生素C（Vc）含量采用2，6-二氯酚靛酚法測定[27]；可滴定酸（TitratableAcid，TA）含量采用NaOH滴定法測定[20]。L、a、b、C與h°值均采用便捷式色差儀（CR-400，Konica Minolta，日本）測定。葉片與果實氮磷鉀含量采用H2SO4-H2O2消煮[20]。葉片與果實氮含量采用全自動間斷化學分析儀（Clever Chem 380，德國）測定；葉片與果實中的磷含量采用鉬藍比色法測定；葉片與果實鉀含量采用原子吸收（AAS ZEEnit 700P，Jena，德國）測定。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2007 進行數(shù)據(jù)處理；SPSS22.0 進行單因素方差分析，以p＜0.05 作為顯著性的標準；主成分分析法（principal component analysis，PCA）采用Canoco 4.5 分析與作圖。

2 結果與分析

2.1 不同LMWOAs對梨土壤pH、EC的影響

不同LMWOAs處理下梨樹土壤pH、EC及有機質(zhì)含量列于圖1。LMWOAs處理降低了梨樹0～20 cm土壤pH，其中HM、檸檬酸（LC與HC）與草酸（LO與HO）處理較對照顯著降低，而LM則與對照無顯著差異。而在＞20～40 cm土壤中：檸檬酸與草酸較對照顯著降低，而蘋果酸處理（LM與HM）與對照之間無顯著差異，其中HM較對照升高。LMWOAs處理降低了土壤EC 值，其中HM、檸檬酸與草酸較對照顯著降低，而LM與對照之間無顯著差異。比較不同LMWOAs低濃度與高濃度處理對土壤EC的影響可知，檸檬酸與草酸的高濃度處理土壤EC值較低濃度有所提升，而LM較HM升高了土壤EC值。與對照相比，LMWOAs處理均降低了0～20 cm土層土壤有機質(zhì)含量，蘋果酸、檸檬酸以及LO較對照顯著降低，其中蘋果酸處理（LM與HM）較對照下降幅度最大，分別降低49.44%與36.52%。在＞20～40 cm 土層：檸檬酸與LO 處理土壤有機質(zhì)含量較對照顯著下降，而蘋果酸與HO處理較對照升高，其中HM與HO較對照顯著升高35.90%與34.62%。

2.2 不同LMWOAs對梨土壤養(yǎng)分含量的影響

不同LMWOAs處理梨樹土壤養(yǎng)分變化列于圖2。檸檬酸處理較對照降低了0～20 cm 土壤硝態(tài)氮含量，其中LC較對照顯著降低34.28%，而蘋果酸與草酸低濃度處理（LM與LO）高于高濃度處理（HM與HO）。HM與LC 顯著降低了＞20～40 cm 土壤硝態(tài)氮含量，較對照降低54.46%與44.22%，HC顯著低于LM，而HC與HO顯著高于LC 及LO。與對照相比，LMWOAs處理均提高了土壤銨態(tài)氮含量，其中0～20 cm 草酸處理（LO 與HO）較對照顯著提高49.37%與54.54%，而＞20～40 cm 土層LO 較對照顯著升高51.84%。與對照相比，LMWOAs顯著降低了0～20 cm土層土壤有效P 含量，其中檸檬酸處理（LC與HC）較對照減低44.26%與41.93%。LM與HO較對照顯著提高＞20～40 cm 土層土壤有效P，分別升高31.31%與25.18%，而檸檬酸較對照降低，其中HC較對照顯著降低31.67%。與對照相比，LMWOAs顯著降低了0～20 cm 土層土壤速效K 含量，其中HM、檸檬酸及草酸較對照顯著降低。蘋果酸較對照提高了＞20～40 cm 土壤速效K含量，其中LM較對照顯著升高37.23%。而檸檬酸與草酸較對照降低了＞20～40 cm 土壤速效K 含量，其中HC、LO 及HO較對照顯著降低35.60%、38.28%及43.61%。與低濃度LMWOAs相比，高濃度LMWOAs降低了0～40 cm土壤速效K含量。

2.3 不同LMWOAs對梨土壤微生物群落的影響

各LMWOAs處理梨樹土壤微生物功能多樣性指數(shù)列于表1。檸檬酸處理（LC 與HC）與LO 較對照提高了土壤均勻度指數(shù)E，其中在0～20 cm 土層HC較對照顯著提高。HM、檸檬酸以及草酸較對照提高了0～20 cm 土層土壤微生物優(yōu)勢度指數(shù)D值，其中HM、LC、草酸較對照顯著升高。在＞20～40 cm土層：LO較對照顯著降低了D值，而其他處理與對照之間無顯著差異。與對照相比，LMWOAs升高了0～20 cm 土壤微生物多樣性指數(shù)H值，其中HM、檸檬酸及HO較對照顯著升高，而LMWOAs降低了＞20～40 cm 土壤微生物多樣性指數(shù)H值，其中草酸處理（LO 與HO）較對照顯著下降。在0～20 cm，LMWOAs處理與對照的土壤微生物群落均一指數(shù)U無顯著差異，其中HC與LO較LM顯著升高。在＞20～40 cm，檸檬酸與草酸較對照降低，其中LC、HC及LO較對照顯著升高，而蘋果酸與對照之間無顯著差異。HM較對照顯著升高了0～20 cm 土壤微生物豐富度指數(shù)S，而其他處理與對照無顯著差異。LO較對照顯著降低了＞20～40 cm土壤豐富度指數(shù)S 值，而其他處理與對照無顯著差異。

不同LMWOAs處理下梨樹土壤微生物群落碳源利用呈現(xiàn)多樣性，選取第一主成分與第二主成分進行作圖（圖3），PC1 與PC2 分別為57.8%與8.9%。相同土層土樣成簇，土層差異主要表現(xiàn)在PC1 上，其中0～20 cm土層土樣分布在第2、3 象限，而＞20～40 cm土層土樣分布在第1、3及4象限。LM與對照處理微生物群落碳源代謝相似，因此，在0～20 cm 與＞20～40 cm土層中2 個處理均為相近。LMWOAs添加量的差異主要表現(xiàn)在PC2 上，其中檸檬酸與草酸低濃度處理在PC2 上的得分高于高濃度。

不同LMWOAs處理對微生物群落碳源利用強度的情況列于圖4。0～20 cm土層中：HM處理下微生物群落對聚合物的利用強度最高，顯著高于LM與HO，其中LM較對照顯著降低。HC處理下微生物群落對碳水化合物的利用強度最高，且顯著高于對照、LM及LC。LMWOAs處理土壤微生物群落對酚類的利用與對照之間無顯著差異，而LO 顯著高于其他LMWOAs 處理。各LMWOAs 處理（除LM外）升高了氨基酸類利用率，其中HM、LO較對照顯著升高。HC 較對照顯著升高了胺類的利用率，而LM顯著降低了對胺類的利用率。＞20～40 cm土層中：各處理之間在聚合物的利用強度上無顯著性差異，其中草酸處理較對照降低。HM較對照顯著升高了碳水化合物的利用強度，而LC較對照顯著降低了碳水化合物的利用強度。LMWOAs處理與對照在酚類的利用強度上無顯著性差異，而HM較LO顯著升高。與對照相比，LMWOAs處理顯著降低了土壤微生物群落對羧酸類物質(zhì)的利用率，其中LO 最低。與對照相比，草酸降低了土壤微生物對氨基酸的利用強度，其中LO 較對照顯著降低。各處理對胺類的利用率無顯著差異。

2.4 LMWOAs處理下微生物群落與土壤養(yǎng)分、微生物群落之間的關系

梨樹土壤微生物群落與土壤養(yǎng)分之間的相關性分析列于表2。0～20 cm 土層的微生物群落與土壤養(yǎng)分含量均呈顯著負相關，而＞20～40 cm土層微生物群落（除E 外）與有機質(zhì)、速效K含量呈顯著正相關，與銨態(tài)氮含量呈顯著負相關。

0～20 cm：pH 與碳水化合物的利用強度呈顯著負相關，系數(shù)為-0.52。EC 與氨基酸的利用強度、awcd 呈顯著負相關，而與指數(shù)D 呈極顯著負相關（r = -0.60），硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量分別與指數(shù)D 及聚合物利用強度呈顯著負相關，系數(shù)分別為-0.47與-0.48。速效K含量與碳水化合物及氨基酸類利用強度呈顯著負相關，與指數(shù)D及H呈極顯著負相關（r = -0.73 與-0.66）。

＞20～40 cm：pH 與碳水化合物、酚類利用強度呈顯著正相關（r = 0.69 與0.49），與微生物指數(shù)U、S及awcd 呈顯著正相關，與E呈顯著負相關。有機質(zhì)含量與碳水化合物、羧酸類及氨基酸類的利用強度呈顯著正相關，與微生物指數(shù)（除E 外）呈顯著正相關。銨態(tài)氮含量與聚合物、羧酸類及氨基酸類利用強度呈顯著負相關，與指數(shù)D、H及S 呈顯著負相關（系數(shù)分別為-0.58、-0.59 及-0.51）。速效K含量與六大碳源（除胺類外）均呈顯著正相關，其中與聚合物、酚類及氨基酸類呈極顯著正相關，系數(shù)分別為0.59、0.62 及0.59。速效K 含量與微生物群落指數(shù)（除E外）呈顯著正相關。

比較不同土層土壤養(yǎng)分含量與微生物群落之間的關系發(fā)現(xiàn)，＞20～40 cm土層微生物群落與養(yǎng)分的關系更為緊密，而速效鉀含量與0～20 cm 土層微生物群落指數(shù)的關系均為顯著負相關，與＞20～40 cm土層微生物群落的關系呈顯著正相關。

梨樹0～20 cm 土層微生物群落與果實品質(zhì)及養(yǎng)分含量之間的關系如表3 所示。聚合物利用強度與Vc 含量呈極顯著負相關（r = -0.61），與果皮著色L 與b 呈顯著正相關。碳水化合物利用強度與可溶性糖含量、果實N含量、果實K含量呈顯著負相關，與可滴定酸含量呈極顯著正關。酚類利用強度與果實N含量呈顯著負相關。氨基酸利用強度與Vc 含量及果實氮含量呈顯著負相關，系數(shù)分別為-0.46 與-0.58。胺類利用強度與可溶性固形物、Vc、果實K、果實P 含量以及公頃產(chǎn)量呈顯著負相關，與可滴定酸含量呈顯著正相關。微生物指數(shù)E與果品著色a、葉片P 含量呈顯著正相關，與果皮著色H°呈顯著負相關。指數(shù)U與可溶性糖、Vc、果實N、果實K 含量呈顯著負相關，與可滴定酸含量呈顯著正相關。指數(shù)S 與葉片P 含量呈顯著負相關。awcd 與可溶性糖、Vc、果實N、果實K 含量呈顯著負相關。

梨樹＞20～40 cm 土層微生物群落與果實品質(zhì)及養(yǎng)分含量之間的關系如表4 所示。聚合物利用強度與單果質(zhì)量呈顯著正相關，系數(shù)分別為0.49 與0.45。碳水化合物與葉片N含量呈顯著正相關。羧酸類利用強度與果實著色指數(shù)H°、L 及b 呈顯著正相關，系數(shù)分別為0.54、0.51 及0.56。果實K含量與微生物群落呈顯著正相關，其中與聚合物、氨基酸類利用強度的相關系數(shù)分別為0.45 與0.65，與微生物群落指數(shù)D、H、U、S 及awcd 呈顯著正相關，系數(shù)分別為0.65、0.46、0.51、0.49、0.48 及0.53。

3 討論

3.1 LMWOAs改變梨園土壤養(yǎng)分吸收

LMWOAs作為植物根際常見的分泌物，與植物養(yǎng)分的吸收密切相關，原因是改變根系周圍pH，提升某些難溶性養(yǎng)分的溶解度[9-10]，通過其較強的螯合力，與多種金屬離子形成復合物進而促進植物對金屬離子的吸收[10]。

pH 作為影響土壤礦質(zhì)元素有效態(tài)的因素之一，作用于植物養(yǎng)分吸收與利用[28]。筆者在本研究中發(fā)現(xiàn)，草酸與檸檬酸顯著降低了梨樹土壤pH，而蘋果酸對土壤pH 的影響與土層深度及添加量有關。有機物添加后，土壤氮循環(huán)涉及的硝化作用會導致土壤pH值的下降，這與本研究結果保持一致，即HO顯著降低了土壤pH，而HO在＞20～40 cm 土壤中硝態(tài)氮含量高于對照[29-30]。另外，蘋果酸與氮磷鉀復配降低了葡萄根際土壤pH[31]。而諸多文獻表明，有機酸的添加提高了土壤pH，可能是由于有機酸添加后土壤微生物群落在降解羧酸的同時，消耗了H+并釋放出OH-與CO2[32-34]。土壤電導率EC為評價土壤鹽漬化的重要指標[35]，而LMWOAs 則降低了梨園土壤EC 值，其中5%檸檬酸與草酸處理EC值顯著降低。而蘋果酸則升高了葡萄根際土壤EC 值，其中5%蘋果酸處理顯著高于對照與10%蘋果酸處理[31]。

LMWOAs作為碳氮代謝偶聯(lián)的樞紐，與植物氮素代謝相關。蘋果酸作為固氮菌呼吸的重要能量來源，為氮固定提供了大量的碳骨架[36-38]。氮礦化受土壤中有機質(zhì)降解控制[39]，而根際有機酸為微生物群落提供了大量能量，以生產(chǎn)催化有機物分解的胞外酶[40]。另外，有機酸的累積有助于土壤有機質(zhì)從礦化物中的釋放，進而進一步加速了氮素礦化[41]。因此蘋果酸、檸檬酸及草酸提高了土壤銨態(tài)氮的含量，同時5%蘋果酸提高了土壤硝態(tài)氮的含量。

速效磷含量影響著植物對磷的攝取[42]，Wang等[43]發(fā)現(xiàn)低分子質(zhì)量有機酸能夠同時增強無機磷（Pi）與有機磷（Po）釋放到土壤中。根際產(chǎn)生蘋果酸、檸檬酸以及草酸等，用于溶解微溶性磷酸巖中的磷元素，而比較各有機酸的溶磷效率發(fā)現(xiàn)，草酸＞檸檬酸＞蘋果酸[44]。因此，10%草酸處理顯著提高了＞20～40 cm 土層速效磷含量。植物根際分泌的蘋果酸與土壤中磷含量密切相關，土壤磷缺乏時構樹、桑樹、諸葛菜以及歐洲油菜根際蘋果酸分泌量較低磷與磷含量豐富狀態(tài)下顯著升高[45]。因此，5%蘋果酸處理下梨樹土壤有效磷含量較對照顯著升高。

5%蘋果酸促進了梨樹對鉀元素的吸收，而檸檬酸與草酸阻礙了梨樹對鉀的吸收。在葡萄上的研究也發(fā)現(xiàn)了蘋果酸與氮磷鉀復配有助于葡萄對于鉀的吸收[31]。而高濃度草酸易與土壤中金屬離子發(fā)生化學反應，形成草酸鈣等沉淀[46]，降低了金屬離子的移動性，進而造成土壤板結等現(xiàn)象，最終抑制植物對于鉀元素的吸收。

3.2 LMWOAs改變梨園土壤微生物群落

LMWOAs作為植物根際常見的一類根際分泌物，對根際微生物群落有篩選作用[11，17，47-49]，而LMWOAs與氮磷鉀復配顯著改變了梨樹土壤微生物群落特征。而5%草酸與氮磷鉀復配降低了梨樹土壤微生物群落的多樣性指數(shù)與豐富度。Li 等[50]在研究草酸對富多環(huán)芳烴土壤微生物群落的影響時發(fā)現(xiàn)，草酸處理降低了土壤細菌群落的多樣性指數(shù)。Ma等[51]發(fā)現(xiàn)10 mmol·kg-1草酸與蘋果酸均能顯著升高富鉻土壤微生物群落多樣性指數(shù)。

3.3 LMWOAs處理下微生物群落與土壤養(yǎng)分、微生物群落之間的關系

筆者在本研究中發(fā)現(xiàn)梨樹＞20～40 cm 土層微生物群落與土壤養(yǎng)分及果實品質(zhì)密切相關。這可能與梨樹根的分布相關，在研究梨樹施肥與其根系發(fā)育時，發(fā)現(xiàn)梨樹根系在土壤中扎根較深，更易于吸收深層土壤的養(yǎng)分[52]。李宏等[53]在研究庫爾勒香梨時發(fā)現(xiàn)，與0～20 cm土層相比，＞20～40 cm土層吸收根與疏導根的根長密度明顯增加。伍從成等[54]研究發(fā)現(xiàn)，梨樹根尖數(shù)量隨著土壤的垂直深度的增加呈先增加后減少的趨勢，其中30～60 cm土層深度的根尖分布最多。因此，在本研究中＞20～40 cm土層土壤與梨果實品質(zhì)之間關系更為密切。

鉀肥與根際微生物群落的多樣性密切相關，Wei 等[55]發(fā)現(xiàn)葡萄根際土壤的速效鉀含量作用于細菌群落結構，與Chloroflexi、Rokubacteria 及Nitrospirae等呈顯著負相關。筆者在研究蘋果酸與葡萄果實品質(zhì)關系時發(fā)現(xiàn)[31]，蘋果酸處理下根際微生物群落的差異擁有提升葡萄果實品質(zhì)的潛質(zhì)，即葡萄根際Woeseiaceae、Bacillaceae 含量與果實鉀及可溶性糖含量呈顯著正相關。

4 結論

LMWOAs與氮磷鉀復配顯著影響紅寶石梨園土壤有效態(tài)養(yǎng)分含量與微生物群落，其中5%蘋果酸與氮磷鉀肥復配明顯改善了梨樹土壤養(yǎng)分環(huán)境。另外，LMWOAs與氮磷鉀肥配施下梨園土壤微生物群落與梨養(yǎng)分含量及果實品質(zhì)之間密切相關。與0～20 cm 土層相比，＞20～40 cm 土層梨園土壤微生物群落在梨樹養(yǎng)分吸收與果實品質(zhì)提升方面發(fā)揮更為重要的作用。

參考文獻References：

[1] 周江濤，趙德英，陳艷輝，康國棟，程存剛. 我國梨生產(chǎn)布局變

動分析[J]. 中國果樹，2021（4）：92-97.

ZHOU Jiangtao，ZHAO Deying，CHEN Yanhui，KANG

Guodong，CHENG Cungang. Empirical analysis of pear spatial

distribution variation in China[J]. China Fruits，2021（4）：92-97.

[2] 于會麗，司鵬，邵微，徐國益，喬憲生，王玉紅，楊曉靜. 海藻酸

水溶肥對梨樹生長與果實產(chǎn)量及品質(zhì)的影響[J]. 果樹學報，

2019，36（5）：603-611.

YU Huili，SI Peng，SHAO Wei，XU Guoyi，QIAO Xiansheng，

WANG Yuhong，YANG Xiaojing. Effect of water soluble alginic

acid fertilizer on the growth，yield and quality of pear[J]. Journal

of Fruit Science，2019，36（5）：603-611.

[3] 盧樹昌，陳清，張福鎖，賈文竹. 河北果園主分布區(qū)土壤磷素

投入特點及磷負荷風險分析[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學，2008，41（10）：

3149-3157.

LU Shuchang，CHEN Qing，ZHANG Fusuo，JIAWenzhu. Characteristics

of soil phosphorus input and phosphorus load risk in

majororchards region of Hebei[J]. Scientia Agricultura Sinica，

2008，41（10）：3149-3157.

[4] 董彩霞，姜海波，趙靜文，徐陽春. 我國主要梨園施肥現(xiàn)狀分

析[J]. 土壤，2012，44（5）：754-761.

DONG Caixia，JIANG Haibo，ZHAO Jingwen，XU Yangchun.

Current fertilization in pear orchards in China[J]. Soils，2012，44

（5）：754-761.

[5] 丁邦新，劉雪艷，何雪菲，陳波浪，柴仲平.‘庫爾勒香梨園測

土配方推薦施肥研究[J]. 果樹學報，2019，36（8）：1020-1028.

DING Bangxin，LIU Xueyan，HE Xuefei，CHEN Bolang，CHAI

Zhongping. Recommendation of fertilization for‘Kuerlexiangli

pear orchards based on soil testing[J]. Journal of Fruit Science，

2019，36（8）：1020-1028.

[6] 王厚臣，史作安，梁美霞，武成偉，孫岳東. 果園土壤健康狀態(tài)

與蘋果健康栽培[J]. 落葉果樹，2019，51（2）：63-64.

WANG Houchen，SHI Zuoan，LIANG Meixia，WU Chengwei，

SUN Yuedong. Soil health status of orchard and healthy apple

cultivation[J]. Deciduous Fruits，2019，51（2）：63-64.

[7] 張江周，李寶深. 提升集約化香蕉園土壤健康水平的根層調(diào)

控策略與途徑[J]. 土壤通報，2021，52（2）：398-407.

ZHANG Jiangzhou，LI Baoshen. Root-zone management strategies

to improve soil health in an intensive banana orchard[J].

Chinese Journal of Soil Science，2021，52（2）：398-407.

[8] UBEYNARAYANA N，JEYAKUMAR P，BISHOP P，PEREIRA

RC，ANDERSON C W. Effect of soil cadmium on root organic

acid secretion by forage crops[J]. Environmental Pollution，

2021，268：115839.

[9] 韓振海，沈雋，王倩. 園藝植物根際營養(yǎng)學的研究：文獻述評[J].

園藝學報，1993，20（2）：116-122.

HAN Zhenhai，SHEN Jun，WANG Qian. Studies on rhizosphere

nutrition of horticultural crops：literature review[J]. Acta Horticulturae

Sinica，1993，20（2）：116-122.

[10] 許衡，楊和生，徐英，毛志泉，束懷瑞. 果樹根際微域環(huán)境的研

究進展[J]. 山東農(nóng)業(yè)大學學報（自然科學版），2004，35（3）：

476-480.

XU Heng，YANG Hesheng，XU Ying，MAO Zhiquan，SU

Huairui. Research progress on rhizosphere environment of fruit

trees[J]. Journal of Shandong Agricultural University （Natural

Science Edition），2004，35（3）：476-480.

[11] YUAN J，RAZA W，SHEN Q R. Root exudates dominate the

colonization of pathogen and plant growth-promoting rhizobacteria[

J]. Root Biology，2018，52：167-180.

[12] MEENA V S，BAHADUR I，MAURYA B R，KUMAR A，MEENA

R K，MEENA S K，VERMA J P. Potassium-solubilizing microorganism

in evergreen agriculture：An overview[M]. New

Delhi：Springer，2016.

[13] S?NCHEZ ? J，OSPINA D A，MONTOYA S. Compost supplementation

with nutrients and microorganisms in composting process[

J].Waste Management，2017，69：136-153.

[14] FERY S D. Mycorrhizal fungi as mediators of soil organic matter

dynamics[J]. Annual Review of Ecology，Evolution，and Systematics，

2019，50（1）：237-259.

[15] RAZA W，LING N，LIU D Y，WEI Z，HUANG Q W，SHEN Q

R. Volatile organic compounds produced by Pseudomonas fluorescens

WR-1 restrict the growth and virulence traits of Ralstonia

solanacearum[J]. Microbiological Research，2016，192：103-113.

[16] DANIEL V D L，SAFIYH T，S?BASTIEN M，JORG S，LISA

M，RICHARD F I，ALISTAIR R，XIAO W，WEI Z，NELE W，

JACO V，LEE N. Poplar and its bacterial endophytes：Coexistence

and harmony[J]. Critical Reviews in Plant Sciences，2009，

28（5）：346-358.

[17] LAKSHMANAN V，KITTO S L，CAPLAN J L，HSUEH Y H，

KEARNS D B，WU Y S，BAIS H P. Microbe-associated molecular

patterns-triggered root responses mediate beneficial rhizobacterial

recruitment in Arabidopsis[J]. Plant Physiology，2012，160

（3）：1642-1661.

[18] 邵微，徐國益，于會麗，高登濤，劉遠，司鵬. 低分子有機酸水溶

肥提升梨葉片光合、養(yǎng)分吸收及果實品質(zhì)[J]. 果樹學報，2022，

39（6）：992-1003.

SHAO Wei，XU Guoyi，YU Huili，GAO Dengtao，LIU Yuan，SI

Peng. Low molecular weight organic acid water-soluble fertilizer

improves leaf photosynthesis and fruit quality of pear[J]. Journal

of Fruit Science，2022，39（6）：992-1003.

[19] 鮑士旦. 土壤農(nóng)化分析[M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2000.

BAO Shidan. Soil agrochemical analysis[M]. Beijing：China Agricultural

Press，2000.

[20] 魯如坤. 土壤農(nóng)業(yè)化學分析方法[M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)科技出

版社，2000.

LU Rukun. Method of soil agrochemical analysis[M]. Beijing：

Chinese Agricultural Science and Technology Press，2000.

[21] 司鵬，邵微，于會麗，喬憲生，高登濤，王志強，楊健. 櫻桃大苗

培育過程中土壤微生物功能多樣性與酶活性的變化[J]. 生態(tài)

與農(nóng)村環(huán)境學報，2016，32（4）：609-614.

SI Peng，SHAO Wei，YU Huili，QIAO Xiansheng，GAO Dengtao，

WANG Zhiqiang，YANG Jian. Changes in microbial functional

diversity andenzyme activity in soil during cherry sapling

cultivation[J]. Journal of Ecology and Rural Environment，2016，

32（4）：609-614.

[22] 司鵬，邵微，于會麗，喬憲生，楊曉靜，高登濤，王志強. 小分子

有機物對土壤酶活性及微生物多樣性的影響[J]. 中國土壤與

肥料，2019（2）：75-82.

SI Peng，SHAO Wei，YU Huili，QIAO Xiansheng，YANG Xiaojing，

GAO Dengtao，WANG Zhiqiang. Response of microbial

communities and enzyme activities to soil amendment with lowmolecular-

weight organic substances [J]. Soil and Fertilizer Sciences

in China，2019（2）：75-82.

[23] 邵微，于會麗，張培基，徐國益，喬憲生，高登濤，王志強，田鵬，

司鵬. 不同落葉果樹根際微生物群落代謝與組成的差異性研

究[J]. 果樹學報，2020，37（9）：1371-1383.

SHAO Wei，YU Huili，ZHANG Peiji，XU Guoyi，QIAO Xiansheng，

GAO Dengtao，WANG Zhiqiang，TIAN Peng，SI Peng.

Differences in metabolism and composition of microbial communities

in rhizosphere soil with different deciduous fruit trees[J].

Journal of Fruit Science，2020，37（9）：1371-1383.

[24] JIANG Z，LI P，WANG Y H，LI B，WANG Y X. Effects of roxarsone

on the functional diversity of soil microbial community[J].

International Biodeterioration & Biodegradation，2013，76：32-35.

[25] WU L K，LI Z，LI J F，KHAN M A，HUANG W M，ZHANG Z

Y，LIN W X. Assessment of shifts in microbial community

structure and catabolic diversity in response to Rehmannia glutinosa

monoculture[J]. Applied Soil Ecology，2013，67：1-9.

[26] 王學奎，黃見良. 植物生理生化實驗原理與技術[M]. 北京：高

等教育出版社，2015.

WANG Xuekui，HUANG Jianliang. Principles and techniques

of plant physiological biochemical experiment[M]. Beijing：

Higher Education Press，2015.

[27] 曹建康，姜微波，趙玉梅. 果蔬采后生理生化實驗指導[M]. 北

京：中國輕工業(yè)出版社，2007.

CAO Jiankang，JIANG Weibo，ZHAO Yumei. Physiological and

biochemical experiment guidance after fruit and vegetable harvest[

M]. Beijing：China Light Industry Press，2007.

[28] GONDAL A H，HUSSAIN I，IJAZ A B，ZAFAR A，CH B I，ZAFAR

H，SOHAIL M D，KHAN A A，NIAZI H，YOUSAF H，

USAMA M，TOUSEEF M，TARIQ M. Influence of soil pH and

microbes on mineral solubility and plant nutrition：A review[J].

International Journal of Agriculture and Biological Sciences，

2021，5（1）：71-81.

[29] MARSCHNER B，NOBLE A D. Chemical and biological processes

leading to the neutralization of acidity in soil incubated

with litter materials[J]. Soil Biology and Biochemistry，2000，32

（6）：805-813.

[30] YAN F，SCHUBERT S. Soil pH changes after application of

plant shoot materials of faba bean and wheat[J]. Plant and Soil，

2000，220（1/2）：279-287.

[31] SI P，SHAO W，YU H L，XU G Y，DU G Q. Differences in microbial

communities stimulated by Malic acid have the potential

to improve nutrient absorption and fruit quality of grapes[J].

Frontiers in Microbiology，2022，13：850807.

[32] GRAMSS G，VOIGT K D，BUBLITZ F，BERGMANN H. Increased

solubility of （heavy） metals in soil during microbial

transformations of sucrose and casein amendments[J]. Journal of

Basic Microbiology，2003，43（6）：483-498.

[33] SHI S J，RICHARDSON A E，OCALLAGHAN M，DEANGELIS

K M，JONES E E，STEWART A，F(xiàn)IRESTONE M K，CONDRON

L M. Effects of selected root exudate components on soil

bacterial communities[J]. FEMS Microbiology Ecology，2011，

77（3）：600-610.

[34] LIU Y，EVANS S E，F(xiàn)RIESEN M L，TIEMANN L K. Root exudates

shift how N mineralization and N fixation contribute to the

plant- available N supply in low fertility soils[J]. Soil Biology

and Biochemistry，2022，165：108541.

[35] 周林虎，王昊宇，張秉來，祁兆鑫，曹榮泰，范延彬，孫生海，劉宇

平. 硫酸鹽漬土表觀電導率與水分、鹽分及粒徑關系研究[J].

干旱區(qū)研究，2021，38（4）：1020-1030.

ZHOU Linhu，WANG Haoyu，ZHANG Binglai，QI Zhaoxin，

CAO Rongtai，F(xiàn)AN Yanbin，SUN Shenghai，LIU Yuping. The

relationship between ECaof sulfate saline soil and moisture content，

salt content，and particle size[J]. Arid Zone Research，2021，

38（4）：1020-1030.

[36] ROSENDAHL L，VANCE C P，PEDERSEN W B. Products of

dark CO2 fixation in pea root nodules support bacteroid metabolism[

J]. Plant Physiology，1990，93（1）：12-19.

[37] VANCE C P，HEICHEL G H. Carbon in N2 fixation：Limitation

or exquisite adaptation[J]. Annual Review of Plant Biology，

1991，42（1）：373-390.

[38] SCHULZE J，TESFAYE M，LITJENS R H M G，BUCCIARELLI

B，TREPP G，MILLER S，SAMAC D，ALLAN D，VANCE C

P. Malate plays a central role in plant nutrition[J]. Plant and Soil，

2002，247（1）：133-139.

[39] HENNERON L，KARDOL P，WARDLE D A，CROS C，F(xiàn)ONTAINE

S. Rhizosphere control of soil nitrogen cycling：A key

component of plant economic strategies[J]. New Phytologist，

2020，228（4）：1269-1282.

[40] CHENG W X，KUZYAKOV Y. Root effects on soil organic matter

decomposition[M]//ZOBEL R W，WRIGHT S F. Roots and

Soil Management：Interactions between Roots and the Soil. ASACSSA-

SSA，2005：119-143.

[41] KEILUWEIT M，BOUGOURE J J，NICO P S，PETT-RIDGE J，

WEBER P K，KLEBER M. Mineral protection of soil carbon

counteracted by root exudates[J]. Nature Climate Change，2015，

5（6）：588-595.

[42] 李軍，袁亮，趙秉強，李燕婷，溫延臣，李偉，林治安. 磷肥中腐

植酸添加比例對玉米產(chǎn)量、磷素吸收及土壤速效磷含量的影

響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學報，2017，23（3）：641-648.

LI Jun，YUAN Liang，ZHAO Bingqiang，LI Yanting，WEN

Yanchen，LI Wei，LIN Zhian. Effect of adding humic acid to

phosphorous fertilizer on maize yield and phosphorus uptake

and soil available phosphorus content[J]. Journal of Plant Nutrition

and Fertilizer，2017，23（3）：641-648.

[43] WANG Y Z，CHEN X，WHALEN J K，CAO Y H，QUAN Z，

LU C Y，SHI Y. Kinetics of inorganic and organic phosphorus

release influenced by low molecular weight organic acids in calcareous，

neutral and acidic soils[J]. Journal of Plant Nutrition

and Soil Science，2015，178（4）：555-566.

[44] DE OLIVEIRA M G，MURTA H M，VALADARES R V，DA

SILVEIRA W B，DA SILVA I R，COSTA M D. Oxalic acid is

more efficient than sulfuric acid for rock phosphate solubilization[

J]. Minerals Engineering，2020，155：106458.

[45] WU Y Y，ZHAO K. Root-exuded malic acid versus chlorophyll

fluorescence parameters in four plant species under different

phosphorus levels[J]. Journal of Soil Science and Plant Nutrition，

2013，13（3）：604-610.

[46] 孫榕. 高表面活性磷灰石材料應用于吸附草酸和硝基苯的研

究[D]. 南京：南京農(nóng)業(yè)大學，2009.

SUN Rong. The study of the application of apatite materials with

high surface activity to adsorb oxalic acid and nitrobenzene[D].

Nanjing：Nanjing Agricultural University，2009.

[47] BERENDSEN R L，PIETERSE C M J，BAKKER P A H M. The

rhizosphere microbiome and plant health[J]. Trends in Plant Science，

2012，17（8）：478-486.

[48] CHEN Y，CAO S G，CHAI Y R，CLARDY J，KOLTER R，GUO

J H，LOSICK R. A Bacillus subtilis sensor kinase involved in

triggering biofilm formation on the roots of tomato plants[J].

Molecular Microbiology，2012，85（3）：418-430.

[49] BEAUREGARD P B，CHAI Y R，VLAMAKIS H，LOSICK R，

KOLTER R. Bacillus subtilis biofilm induction by plant polysaccharides[

J]. Proceedings of the National Academy of Sciences，

2013，110（17）：E1621-E1630.

[50] LI X N，SONG Y，WANG F，BIAN Y R，JIANG X. Combined

effects of maize straw biochar and oxalic acid on the dissipation

of polycyclic aromatic hydrocarbons and microbial community

structures in soil：A mechanistic study[J]. Journal of Hazardous

Materials，2019，364：325-331.

[51] MA H，LI X D，HOU S Y，PENG D H，WANG Y，XU F，XU H.

The activation and extraction systems using organic acids and

Lentinus edodes to remediate cadmium contaminated soil[J]. Environmental

Pollution，2019，255：113252.

[52] 邱玉玲. 三年施肥對梨園土壤和葉果氮磷鉀及產(chǎn)量品質(zhì)的影

響[D]. 重慶：西南大學，2021.

QIU Yuling. Impacts of three- year fertilizations on nitrogen，

phosphorus and potassium in soil，leaves and fruits，and fruit

yield and quality in pear orchards[D]. Chongqing：Southwest

University，2021.

[53] 李宏，程平，鄭朝暉，郭光華，楊嬋. 庫爾勒香梨根系空間分布

特征[J]. 西北農(nóng)業(yè)學報，2012，21（12）：97-104.

LI Hong，CHENG Ping，ZHENG Chaohui，GUO Guanghua，

YANG Chan. Spatial distribution characteristics of root of Korla

Fragrant pear tree[J]. Acta Agriculturae Boreali-Occidentalis Sinica，

2012，21（12）：97-104.

[54] 伍從成，姜海波，趙靜文，范學山，董彩霞，沈其榮，徐陽春. 連

續(xù)5 年施用生物有機肥對梨樹根系形態(tài)及分布的影響[J]. 南

京農(nóng)業(yè)大學學報，2017，40（3）：473-480.

WU Congcheng，JIANG Haibo，ZHAO Jingwen，F(xiàn)AN Xueshan，

DONG Caixia，SHEN Qirong，XU Yangchun. Effect of continuous

application of bio- organic fertilizer for five years on morphology

and distribution of pear root[J]. Journal of Nanjing Agricultural

University，2017，40（3）：473-480.

[55] WEI M M，LIU X C，HE Y H，XU X L，WU Z S，YU K，

ZHENG X. Biochar inoculated with Pseudomonas putida improves

grape （Vitis vinifera L.） fruit quality and alters bacterial

diversity[J]. Rhizosphere，2020，16：100261.