有機(jī)物料發(fā)酵物對連作蘋果園果實(shí)品質(zhì)和產(chǎn)量及土壤微生物的影響*

劉恩太 ，尹承苗，毛志泉

（1 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院，作物生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，泰安271018）（2 蓬萊市果樹工作總站）

我國蘋果面積和產(chǎn)量均居世界首位[1-2]，傳統(tǒng)優(yōu)勢栽培地區(qū)蘋果園大部分已進(jìn)入衰老期，土地資源有限、地域品牌效應(yīng)等因素使原地重茬栽培在所難免，導(dǎo)致產(chǎn)生蘋果連作障礙，樹體生長勢減弱、果實(shí)品質(zhì)產(chǎn)量降低[3]。連作障礙的發(fā)生與微生物群落結(jié)構(gòu)失衡密切相關(guān)，合理的土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和較高的微生物活性不僅能夠減輕連作障礙，還可優(yōu)化土壤環(huán)境[4-6]。目前，克服蘋果連作障礙方法主要有：土壤熏蒸，施用有機(jī)物料堆肥，接種有益菌，客土，輪作，篩選抗性砧木等[7-10]。有機(jī)物料發(fā)酵物中含有豐富的生理活性物質(zhì)[11]，可優(yōu)化土壤理化環(huán)境與微生物區(qū)系[8,12-13]，研究有機(jī)物料發(fā)酵產(chǎn)物防治蘋果連作障礙具有重要意義。本研究通過田間試驗(yàn)，探討有機(jī)物料發(fā)酵物對連作條件下蘋果果實(shí)品質(zhì)、產(chǎn)量及土壤微生物的影響，以期為防控蘋果連作障礙提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料和地點(diǎn)

有機(jī)物料發(fā)酵物是由雞糞、羊糞、牛糞、秸稈按6∶1∶1∶2 比例混合后在厭氧條件下充分發(fā)酵，春季發(fā)酵60 d，夏秋季發(fā)酵45 d。發(fā)酵物中銨態(tài)氮含量0.828 mg/kg，硝態(tài)氮含量778.47 mg/kg，速效磷含量76.00 mg/kg，速效鉀含量2 345.00 mg/kg。

試驗(yàn)在山東省泰安市岱岳區(qū)道朗鎮(zhèn)玄家莊村進(jìn)行。25 年生3 334 m2老蘋果園，2008 年12 月刨掉老樹，其中，3 000 m2避開原樹穴開溝，溝寬80 cm，深60 cm，將表土與底土分開放置，2009 年3月回填，表土填入溝底，底土填入上部，然后定植苗木，作為有機(jī)物料發(fā)酵物處理園（T）。定植當(dāng)年7 月和9 月中旬隨灌溉水在定植行內(nèi)澆灌有機(jī)物料發(fā)酵物，第3 年、第4 年分別在5 月、7 月、9月各月的20 日前后澆灌1 次有機(jī)物料發(fā)酵物，濃度均為每667 m21.4 m3。其余334 m2常規(guī)建園，作為重茬對照（CK1）。同時，在緊鄰的麥茬田建新園，面積667 m2，作為正茬對照（CK2）。參照孫海冰等[12]方法，發(fā)酵物處理每次澆灌有機(jī)物料發(fā)酵產(chǎn)物時，2 個對照園追施肥，其氮磷鉀含量與發(fā)酵物相當(dāng)。3 個新建園苗木均為嘎拉/M26/平邑甜茶。

1.2 調(diào)查內(nèi)容及方法

蘋果園第5 年進(jìn)入初產(chǎn)期，8 月10 日前后成熟采收，每個處理隨機(jī)選5 株樹，采收全部果實(shí)，測定株產(chǎn)，并帶回山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)室，測定單果重、縱徑、橫徑，果皮花青苷、類胡蘿卜素和葉綠素含量，果肉糖酸組分、硬度、揮發(fā)性氣體。

每處理選3 株蘋果樹，在距主干30 cm 處，清除土壤表面雜物，采土樣，取樣深度為0～30 cm 和30～60 cm，測定土壤微生物及養(yǎng)分含量。

果實(shí)硬度用GY-1 型硬度計(jì)測定。果皮花青苷含量的測定參照Pirie 等[14]方法，類胡蘿卜素、葉綠素含量的測定參照趙世杰等[15]方法。

果肉糖酸組分提取及測定方法：取5 個果實(shí)的果肉，切成薄片并混勻，準(zhǔn)確稱取5 g，加80%酒精15 mL 研磨，75 ℃水浴30 min，然后4 000 r/min離心5 min，取上清液，余下沉淀加入80%酒精10 mL 75 ℃水浴30 min，4 000 r/min 離心5 min，取上清液，提取液于60 ℃條件下蒸干，殘?jiān)? mL 重蒸水溶解，待測。測定采用高效液相色譜法，分析儀器為美國510 型Waters 高效液相色譜儀。利用N 2000 色譜工作站（Ver.3.30）計(jì)算糖酸組分含量，3次重復(fù)。

果實(shí)揮發(fā)性成分的測定參照王海波等[16]方法。取5 個果實(shí)的果肉，切成薄片并混勻，稱取40 g 樣品放于樣品瓶中，加入內(nèi)標(biāo)物3-壬酮（0.4 mg/mL）5 μL，錫紙密封后將DVB/CAR/PDMS 型萃取纖維頭插入瓶中頂空部分，于45 ℃左右水浴萃取30 min。然后將萃取頭插入GC 進(jìn)樣口，230 ℃解吸2 min。利用Shimadzu GCMS-QP 2010 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，采用靜態(tài)頂空氣相質(zhì)譜色譜連用技術(shù)測定果實(shí)揮發(fā)性成分。每處理3 次重復(fù)。

揮發(fā)性成分的定性方法：未知化合物質(zhì)譜圖經(jīng)計(jì)算機(jī)檢索同時與NIST05 質(zhì)譜庫相匹配，并結(jié)合人工圖譜解析及分析確認(rèn)各種揮發(fā)性成分；定量方法：按峰面積歸一化法求得各化合物相對質(zhì)量百分含量，并選擇3-壬酮為內(nèi)標(biāo)進(jìn)行精確定量。選取含量大于0.001 μg/g 香氣物質(zhì)為主要香氣物質(zhì)。

土壤養(yǎng)分含量的測定參照鮑士旦[17]方法。參照林先貴[18]方法，測定土壤細(xì)菌、真菌和放線菌。

數(shù)據(jù)利用SPSS 18.0 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)物料發(fā)酵物對連作蘋果單果重、果形指數(shù)和株產(chǎn)的影響

由表1 可知，與重茬對照（CK1）相比，有機(jī)物料發(fā)酵物處理園（T）單果重增加57.8%，果實(shí)縱徑和橫徑分別提高 24.2%、25.0%，株產(chǎn)增加386.5%，與重茬對照的差異均顯著，與正茬對照（CK2）差異不顯著；三者間果形指數(shù)差異不顯著。

表1 澆灌有機(jī)物料發(fā)酵物的連作‘嘎拉’蘋果及對照單果重、果實(shí)縱橫徑、果形指數(shù)和株產(chǎn)

2.2 有機(jī)物料發(fā)酵物對連作蘋果果實(shí)內(nèi)在品質(zhì)的影響

由表2 可知，與重茬對照（CK1）相比，有機(jī)物料發(fā)酵物處理園（T）果皮中花青苷含量和類胡蘿卜素含量分別增加386.3%、91.7%，而果實(shí)硬度和果皮葉綠素含量分別減少20.3%、58.6%；果實(shí)中果糖、葡萄糖、蔗糖含量和總糖含量分別增加60.4%、65.3%、12.7%、48.1%，蘋果酸含量減少49.3%，差異均顯著。有機(jī)物料發(fā)酵物處理園蔗糖含量和總糖含量顯著高于正茬對照（CK2），其他指標(biāo)與正茬對照差異不顯著。有機(jī)物料發(fā)酵物處理園和正茬對照果實(shí)糖酸比分別為43.82、40.73，在20～60 范圍內(nèi)；重茬對照果實(shí)糖酸比為14.95。

表2 澆灌有機(jī)物料發(fā)酵物的連作‘嘎拉’蘋果及對照果實(shí)內(nèi)在品質(zhì)

2.3 有機(jī)物料發(fā)酵物對連作蘋果果實(shí)香氣成分的影響

由表3 可知，參考已報(bào)道的香氣閾值[19-22]，共檢測出15 種主要香氣物質(zhì)，有酯類、醛類和醇類3大類物質(zhì)，以酯類為主，有12 種，‘嘎拉’屬于酯香型果實(shí)。有機(jī)物料發(fā)酵物處理園（T）和正茬對照（CK2）12 種酯類香氣物質(zhì)含量均明顯高于重茬對照（CK1），而醛類香氣物質(zhì)和醇類香氣物質(zhì)含量明顯低于重茬對照。香氣值=某種化合物含量/該化合物香氣閾值，香氣值的常用對數(shù)值大于0 的香氣成分為特征香氣[23]。有機(jī)物料發(fā)酵物處理園和正茬對照均含有10 種特征香氣，其中酯類9 種，醛類1 種。重茬對照含有7 種特征香氣，其中酯類5 種，醛類2 種。

表3 澆灌有機(jī)物料發(fā)酵物的連作‘嘎拉’蘋果及對照果實(shí)香氣成分 ng/g

2.4 有機(jī)物料發(fā)酵物對連作蘋果園土壤養(yǎng)分的影響

由表4 可知，有機(jī)物料發(fā)酵物處理園（T）土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著高于正茬對照（CK2），與重茬對照（CK1）差異不顯著；3 個處理土壤全氮含量及速效磷含量均無顯著差異；速效鉀含量以有機(jī)物料發(fā)酵物處理園最高，正茬對照與重茬對照間無顯著差異。

表4 澆灌有機(jī)物料發(fā)酵物的連作蘋果園及對照土壤養(yǎng)分

2.5 有機(jī)物料發(fā)酵物對連作蘋果園土壤微生物的影響

由表5 可知，0～30 cm 土層中，有機(jī)物料發(fā)酵物處理園（T）和正茬對照（CK2）細(xì)菌數(shù)量顯著高于重茬對照（CK1），真菌數(shù)量顯著低于重茬對照，細(xì)菌/真菌和放線菌/真菌顯著高于重茬對照；有機(jī)物料發(fā)酵物處理園和正茬對照各指標(biāo)差異均不顯著；三者放線菌數(shù)量差異不顯著。

表5 澆灌有機(jī)物料發(fā)酵物的連作蘋果園及對照土壤微生物 ×105 CFU/g

30～60 cm 土層中，細(xì)菌數(shù)量表現(xiàn)為有機(jī)物料發(fā)酵物處理園＞正茬對照＞重茬對照，三者差異顯著；放線菌數(shù)量三者差異不顯著；真菌數(shù)量重茬對照顯著高于其他2 個處理；細(xì)菌/真菌和放線菌/真菌有機(jī)物料發(fā)酵物處理園和正茬對照均顯著高于重茬對照（表5）。

3 小結(jié)與討論

果實(shí)色澤是由花青苷、葉綠素、類胡蘿卜素等綜合作用的結(jié)果，果皮中花青苷含量愈高，紅色果實(shí)著色度愈高[24]。葉綠素對紅色形成有一定干擾和屏蔽作用。與重茬園相比，有機(jī)物料發(fā)酵物提高了蘋果果皮中對著色起決定性作用的花青苷含量，而對花青苷色澤呈現(xiàn)有遮蔽作用的葉綠素含量顯著降低，進(jìn)而促進(jìn)了果實(shí)著色，提高了果實(shí)外觀品質(zhì)。

賈定賢等[25]研究提出，風(fēng)味優(yōu)良的蘋果果實(shí)，其糖酸比為20～60，偏低者風(fēng)味偏酸，偏高者風(fēng)味趨甜。有機(jī)物料發(fā)酵物處理的果實(shí)糖酸比值為43.82，風(fēng)味優(yōu)良；重茬果實(shí)糖酸比值為14.95，風(fēng)味偏酸。蘋果果實(shí)整體香味不僅與單一特征香氣成分的種類和含量有直接關(guān)系，還與特征香氣種類數(shù)的多少有關(guān)，特征香氣物質(zhì)種類多的果實(shí)整體香味更為濃郁[26]。與重茬相比，有機(jī)物料發(fā)酵物處理后果實(shí)增加了4 種酯類特征香氣，且酯類特征香氣含量均顯著高于重茬果實(shí)，果實(shí)香氣品質(zhì)有效提高。風(fēng)味物質(zhì)由糖、酸及香氣物質(zhì)組成，其組成及含量對果實(shí)內(nèi)在品質(zhì)有著重要影響[27]。因此，有機(jī)物料發(fā)酵物顯著提高了連作條件下果實(shí)風(fēng)味品質(zhì)。

連作土壤微生物種群結(jié)構(gòu)、數(shù)量及比例失調(diào)，土傳病害加重，某些病原菌微生物數(shù)量急劇增加，原有根際微生態(tài)平衡被打破[28]。研究表明[10]，不同土層連作土壤風(fēng)干凍土后再進(jìn)行土層倒置，連作土壤土層結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，微生物數(shù)量、群落及分布再次被打破。有機(jī)物料發(fā)酵物中含豐富的生理活性物質(zhì)，并攜帶大量有益細(xì)菌，可使土壤中細(xì)菌數(shù)量短時間迅速增加，劉麗英等[11]發(fā)現(xiàn)，有機(jī)物料發(fā)酵物可顯著抑制導(dǎo)致蘋果連作障礙主要病原真菌的生長繁殖。連作土壤中施用有機(jī)物料發(fā)酵物，在促進(jìn)土壤微生物生長繁殖的同時也抑制了有害真菌的生長繁殖，真菌數(shù)量顯著減少、細(xì)菌數(shù)量顯著增加，優(yōu)化了微生物區(qū)系，細(xì)菌/真菌增加，土壤向“細(xì)菌型”轉(zhuǎn)變，同時連作土壤理化環(huán)境也得到改善[8，12-13]。這種轉(zhuǎn)變有利于蘋果植株和果實(shí)生長發(fā)育。

綜上，本文提出的有機(jī)物料發(fā)酵物有效減少了連作土壤真菌數(shù)量，同時細(xì)菌數(shù)量和細(xì)菌/真菌顯著增加，蘋果果實(shí)產(chǎn)量增加、果實(shí)品質(zhì)明顯提高，相關(guān)指標(biāo)接近正茬水平。因此，有機(jī)物料發(fā)酵物可有效減輕蘋果連作障礙。