枯草芽孢桿菌與解磷細菌對蘋果園土壤特性及果實品質的影響

李 偉， 王金亭

(聊城大學東昌學院，山東聊城 252000)

通信作者：王金亭，教授，主要從事天然產物的分離提取研究。E-mail：wjtwyq9779@163.com。

中國是蘋果生產大國，栽培面積和產量居世界首位，蘋果已成為產區種植結構調整、農民增收的支柱產業[1-3]。蘋果優勢區域布局規劃(2008—2015年)明確提出環渤海灣和黃土高原為我國兩大蘋果優勢區域，其中環渤海灣和黃土高原分別有53個和69個蘋果重點縣市，兩大優勢區的蘋果種植面積和產量均占我國80%以上，已經成為我國蘋果產業主力[4-5]。隨著人們生活水平的不斷提高，對蘋果品質的改良也提上日程，化學藥劑的使用雖能在一定程度上提高果實品質，但產生的負面影響也不容忽視[6-7]。例如，有報道指出，蘋果生產中廣泛使用膨大劑，導致蘋果口感變淡且不宜貯藏，如食用過量，還可能造成體內由于激素蓄積而引起的病變。因此尋找一種健康環保的改良方式就顯得尤為重要[8-10]。

土壤是蘋果樹生長的基礎，土壤理化性狀的優劣直接影響到樹體生長、果實品質和果園可持續發展[11-13]。土壤酶是反映土壤養分轉化能力與土壤生物活性大小的重要指標，它參與土壤各種代謝過程和能量轉化，是土壤生物化學特征的重要組成部分，在評價土壤肥力、土地利用及環境監測等方面發揮重要作用，可為土壤健康管理提供科學依據[14-15]。土壤微生物是土壤生態系統的重要組成部分，幾乎所有的土壤過程都直接或間接與土壤微生物有關，尤其是一些有益土壤微生物可提高土壤養分的有效性[16-18]。例如，國際上常用解磷細菌來提高土壤有效磷含量，解磷細菌具有低成本、無污染的特點，可明顯提高作物產量和水果品質[19-20]。自Sprengle等1938年將磷確定為植物必需的營養元素以來，研究人員發現磷對于植物的生長發育和新陳代謝具有不可忽視的作用。然而，由于土壤固定作用，施入的磷肥當季利用效率只有5%～10%，土壤中大部分有機磷和無機磷處于植物不能直接吸收利用的形態[21-22]。解磷菌作為將土壤中難溶性化合態磷轉化為植物能夠吸收利用的可溶性磷的特殊微生物功能類群，不僅能在轉化土壤難溶磷和提高磷肥利用率以及促進蘋果生長等方面具有顯著作用，而且能提高土壤有效磷含量、降低磷肥的投入，減少環境污染，具有極好的環保作用，目前多應用于設施蔬菜種植相關的研究中[21-22]。而有益菌枯草芽孢桿菌菌體可合成淀粉酶、蛋白酶等多種酶類，并且具有良好的促進植物生長的作用，目前多應用于飼料及水質的研究。而目前關于枯草芽孢桿菌和解磷細菌對蘋果土壤及果實品質的研究少見報道。在對農戶走訪調查中發現，蘋果種植過程中會產生多種問題，其中樹勢衰弱及蘋果產量下降的問題對農戶影響最為嚴重，因此本研究擬探究這2種菌單施及混施對土壤養分的影響及其對果實品質的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

枯草芽孢桿菌(300億/g)購于聊城百微生物技術有限公司。解磷細菌(菌株鑒定結果為楊氏檸檬酸桿菌，采用牛肉膏蛋白胨液體培養基培養24 h，81億/g)為實驗室分離菌株。

1.2 研究方法

試驗地位于山東農業大學蘋果園基地。蘋果果園栽種品種為紅富士。2015年4月14日隨機選取12株生長狀況相似的植株，3株為空白對照(CK)，9株為試驗處理植株，分別為枯草芽孢桿菌(KC，500 g/株)、解磷細菌(JL，1.5 L/株)、枯草芽孢桿菌和解磷細菌配施(KJ)(250 g/株+750 mL/株)。以樹干為中心，0.5 m為半徑，將表層約15 cm的土壤移開后，將菌劑或菌液均勻撒在土壤表面后，再用土覆蓋。

分別于2015年和2016年9月7日采集土樣及果實樣品，采用4點取樣法對12株果樹采樣，以主干為中心距其 0.5 m 處用土鉆采集15～20 cm層土壤，棄去植物殘體后，取1.0～2.0 kg樣品，混合均勻，無菌密封袋封裝后進行土壤理化性質及微生物數量測定。每株樹體隨機采取足量葉片，洗凈后于65 ℃烘箱烘干，粉碎，過1.5 mm篩，元素分析儀(Element，德國)測定葉片全碳和全氮含量，釩鉬黃吸光光度法[23]測定葉片全磷含量。

1.3 測量指標

土壤樣品風干后過100目篩，參照關松蔭的方法[24]測定土壤酶活性。蔗糖酶活性測定采用3，5-二硝基水楊酸比色法，以24 h后1 g土壤中蘋果糖的毫克數表示；脲酶活性測定采用苯酚鈉比色法，以24 h后1 g土壤中NH3-N的毫克數表示；蛋白酶活性測定采用茚三酮比色法，以24 h后1 g土壤中甘氨酸的微克數表示；磷酸酶活性測定采用苯磷酸二鈉法，以每100 g土的酚毫克數表示。

土壤理化性質參考鮑士旦的《土壤農化分析》[23]，利用pH計測定土壤pH值，有機質采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定；全鉀含量采用火焰光度計法測定；以H2SO4-HClO4消解法測定土壤全磷含量，以鉬銻抗比色法測定土壤速效磷含量；全氮含量采用半微量凱氏定氮法測定，利用AA3型連續流動分析儀測定土壤硝態氮及銨態氮含量。土壤微生物數量用新鮮土壤進行測定，采樣平板計數的方法，細菌、放線菌及真菌數量分別選用牛肉膏蛋白胨培養基、高氏1號培養基及馬丁氏培養基。

同時在取樣的12株樹體中上部，分別于東、南、西、北采集生長狀態適中的蘋果果實樣品各4個，共192個重復，用電子天平測定單果質量；參考曹健康的《果蔬采后生理生化實驗指導》[25]用阿貝折光儀測定可溶性固形物(SSC)含量；采用蒽酮比色法測定果實總可溶性糖含量；可溶性固形物含量采用2WAJ-阿貝折光儀測定；可滴定酸含量采用0.1 mol/L NaOH標準溶液滴定法測定；維生素C含量采用2，6-二氯靛酚滴定法測定；總黃酮含量采用NaNO2-Al(NO3)3分光光度法測定；中心糖和邊糖含量采用阿貝折射儀測定[25]。

1.4 數據分析

用Excel 2007和SPSS 18.0軟件進行數據的統計和分析，所有數據為2年實驗的平均值，LSD法比較各處理間差異顯著性(α=0.05)，用Origin 8.2軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 有益菌對蘋果植株生長特性的影響

由表1可知，有益菌對蘋果植株的生長具有明顯的促進作用，蘋果植株株高、主根長、比葉重均高于對照，均表現為KJ>KC>JL>CK，葉面積指數表現為KJ>JL>KC>CK，在KJ的交叉處理下，蘋果植株株高、根長、比葉重、葉面積指數達到最大，并且顯著高于對照(P<0.05)。從株高、主根長來看，JL和KC差異不顯著，KJ顯著高于CK(P<0.05)，從葉面積指數來看，KJ、JL、KC均顯著高于CK(P<0.05)，并且三者之間差異顯著(P<0.05)。與對照相比，KC、JL和KJ蘋果植株株高分別增加了12.50%、10.09%、26.32%，主根長增加了5.53%、0.43%、22.13%，葉面積指數增加了15.17%、36.29%、81.37%，比葉重增加了29.65%、26.38%、47.49%。

表1 有益菌對蘋果植株生長特性的影響

注：同列不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著。下表同。

2.2 有益菌對蘋果園土壤養分的影響

蘋果土壤適宜在pH值小于7.5的地塊栽培，圖1顯示，施用有益菌均能使果園的原弱堿性土壤的pH值降低，但變化并不顯著，這可能是因為該區土壤具有一定的緩沖作用；土壤有機碳、全氮、全鉀、速效磷、硝態氮、銨態氮和速效鉀含量較CK組均有顯著提高，且在0.05水平上差異顯著，KJ組效果最為顯著，上述各處理均有利于蘋果園土壤養分的提高。土壤pH值表現為KJJL>KC>CK，并且KJ顯著高于CK(P<0.05)；土壤有機碳含量為KJ>KC>JL>CK。

2.3 有益菌對蘋果園土壤酶活性的影響

土壤酶作為土壤組分中最活躍的有機成分之一，是評價土壤肥力高低、生態環境質量優劣的一個重要生物指標，土壤中磷酸酶、脲酶、蛋白酶、蔗糖酶活性提高有利于植物生長。有益菌對蘋果園土壤酶活性的生長具有明顯的促進作用(圖2)，且與對照差異顯著(P<0.05)。蘋果園土壤磷酸酶、脲酶、蛋白酶、蔗糖酶活性均顯著高于對照，表現為KJ>JL>KC>CK，在KJ的交叉處理下，各種酶活性達到最大(P<0.05)。對于磷酸酶活性，不同處理之間差異均顯著(P<0.05)；對于脲酶活性，JL和KJ差異不顯著(P>0.05)，二者顯著高于CK；對于蛋白酶活性，KC和CK差異不顯著(P>0.05)；對于蔗糖酶活性，KJ、JL、KC之間差異不顯著(P>0.05)。與對照相比，KC、JL和KJ磷酸酶活性分別增加了23.07%、65.51%、94.81%，脲酶活性增加了27.88%、74.27%、74.66%，蛋白酶活性增加了15.02%、37.76%、68.92%，蔗糖酶活性增加了80.79%、88.08%、97.68%。

2.4 有益菌對蘋果園土壤微生物數量的影響

由表2可知，蘋果園土壤細菌數量顯著高于對照，表現為KJ>JL>KC>CK，在KJ的交叉處理下，土壤細菌數量達到最大(P<0.05)；土壤真菌和放線菌數量在各處理之間的差異均不顯著，表現為KJ>JL>KC>CK，在KJ的交叉處理下，土壤真菌和放線菌數量達到最大(P<0.05)；而土壤真菌/細菌，CK顯著高于KJ、JL、KC(P<0.05)，KJ、JL、KC土壤真菌/細菌差異不顯著。

2.5 有益菌對蘋果植株養分含量的影響

3)，蘋果植株全碳、全氮、全磷和全鉀含量均高于對照，均表現為KJ>KC>JL>CK，在KJ的交叉處理下，蘋果植株全碳、全氮、全磷和全鉀含量達到最大。對于植株全碳和全鉀含量，各處理之間差異均顯著(P<0.05)；對于植株全氮含量，KJ、KC、JL顯著高于CK(P<0.05)；對于植株全磷含量，KJ、JL、KC與CK之間沒有顯著差異，但總體趨勢增加。與對照相比，KC、JL和KJ，蘋果植株全碳含量分別增加了6.27%、9.88%、13.08%，全氮含量增加了1.21%、1.08%、27.34%，全磷含量增加了 1.92%、3.21%、4.49%，全鉀含量增加了9.71%、36.65%、55.58%。

2.6 有益菌對蘋果營養品質的影響

表2 有益菌對蘋果園土壤微生物數量的影響

果營養品質均高于對照，在KJ的交叉處理下，蘋果營養品質各組分達到最大。果實含水量表現為KJ>KC>JL>CK，其中JL和CK差異不顯著(P>0.05)，顯著低于KJ和KC(P<0.05)；對于可溶性固形物、可滴定酸、維生素C和中心糖含量，其大小依次表現為KJ>JL>KC>CK，KC和CK差異不顯著(P>0.05)，顯著低于JL和KC(P<0.05)；對于總黃酮含量，其大小依次表現為KJ>JL>KC>CK，KJ、JL、KC之間差異不顯著(P>0.05)，顯著低于KJ(P<0.05)；對于邊糖含量，其大小依次表現為KJ>KC>JL>CK，KJ和KC差異不顯著(P>0.05)，二者顯著高于CK(P<0.05)；對于固酸比，CK顯著高于KJ、JL、KC(P<0.05)，KJ、JL差異不顯著(P>0.05)。綜合分析表明，有益菌不僅能提高蘋果果實品質，同時還可提高糖分含量。

表3 不同處理果實品質比較

3 討論與結論

土壤是植物賴以生存的物質基礎，同時又是植物-土壤-微生物生態系統中物質和能量交換的主要場所[26]，植物生命活動所需的水分、無機營養及少量有機物質都是通過根系從土壤中吸收的，而土壤微生物可以將土壤中植物難以直接利用的物質加以分解或轉化，使植物根系更容易吸收利用，從而有利于植物生長發育[16-18]。本研究中有益菌對蘋果的生長特性影響較為明顯，有益菌處理下蘋果生長過程中各指標均有所增加，表明有益菌能夠促進蘋果植株的生長，施用有益菌后，蘋果根系發育較快，表現出較強的生長能力，從而促進蘋果有機物質的合成及產量的提高。蘋果植株的生長發育受葉片光合特性、生理代謝和光合產物代謝的共同影響，葉面積指數是植物冠層生長狀況的指標，葉面積指數大有利于捕獲更多的光能。綜合比較可知，有益菌處理的蘋果通過增加葉面積指數和光合作用進而影響其自身的生長。李雙喜等研究表明，施用有益菌后，小麥葉片葉綠素含量達最高[27]。劉艷研究表明，不同植物源有益菌均不同程度地提高了黃金梨幼樹葉片的凈光合速率，調節了葉片的蒸騰速率[28]，本試驗研究結果與之相一致。

施用有益菌后，土壤真菌及放線菌數量無明顯變化，但細菌數量明顯增多，致真菌/細菌比值降低，且在0.05水平上差異顯著。土壤中真菌數量以及真菌/細菌比值越低，土壤生態系統的穩定程度越高，土壤抑制病害能力越強[29-30]。所以施用有益菌能明顯改良土壤理化性質及降低土壤真菌/細菌比值，更適合微生物生長與繁殖，可以向土壤中分泌更多的酶，表現為磷酸酶活性、脲酶活性、蛋白酶活性、蔗糖酶活性均較對照有顯著提高。且土壤相關酶活性的提高可對土壤速效磷、全氮及銨態氮含量的增加起很大作用。土壤營養成分有明顯改善，土壤養分含量明顯升高，其中氮素升高最為明顯，pH值在一定程度下降，推測可能是有益菌的施用可以促進蘋果優先吸收氮素[29-30]；然而有益菌對磷素沒有明顯的影響，這主要是由于磷素是一種沉積性元素，由母質類型和成土條件決定，在土壤中的存在形式較穩定、不易流失[8，19-20，31-32]。

本試驗證明，有益菌能夠改良土壤質量，進而促進樹體生理代謝，形成了良性的植物-土壤-微生物生態系統，進而提高果實品質。試驗測定的蘋果可溶性固形物含量、中心糖含量、可溶性糖含量、可滴定酸含量、維生素C含量等品質指標均為有力佐證。果園產量和果實品質在很大程度上取決于果園土壤的養分狀況，有益菌施用后，果園土壤養分及結構得到了改善。結構好、養分協調的土壤，有利于果樹根系生長及其對養分的攝取，有利于提高果樹產量和果實品質。有益菌肥效持續緩慢釋放有利于和作物的生理需求達到同步，可有效促進作物營養代謝協調均衡，從而確保其高產優質。對土壤進行生物修復是發展綠色農業的必要措施，本研究結果表明，通過向高齡蘋果園施用有益細菌，可以對土壤進行生物修復，更為可喜的是能夠提高蘋果果實品質。

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