不同覆蓋材料對‘沙田柚’果實品質及果園土壤細菌類型的影響*

崔學宇，李 靜，彭玉嬌，崔婷婷，張麗紅，趙婷婷，侯彥林，賈書剛

（南寧師范大學廣西地標作物大數據工程技術研究中心，南寧師范大學北部灣環境演變與資源利用教育部重點實驗室，南寧師范大學廣西地表過程與智能模擬重點實驗室，廣西 530001）

地面覆蓋是果園地面管理的常用方法[1-2]，有悠久的應用歷史。塑料地膜出現以后，地面覆蓋在我國作物生產中得到了越來越廣泛的應用[3-4]，是農作物生產管理的重要措施。研究表明，地面覆蓋對土壤環境有復雜的影響，影響的差異取決于覆蓋后的氣候條件和覆蓋物的種類[5-7]。地膜是地面覆蓋常用的材料。利用地膜對玉米田覆蓋的研究表明，干燥條件下地膜覆蓋可以保持土壤水分；多雨的條件下，地膜覆蓋可通過增加地表徑流的方法避免發生澇害[8]。在現代栽培模式下，地膜覆蓋是提高玉米、大豆等大田作物產量的重要手段[9-10]。利用地膜覆蓋對園藝作物進行管理也有報道，地膜覆蓋可以優化果樹根系微環境、提高果樹對有機質的利用效率、調節土壤溫度和濕度等理化性質，同時也對土壤中的細菌產生一定影響，進而影響果實品質[11-12]。果樹地面覆蓋的研究在蘋果中較為常見[13-15]，在‘沙田柚’上的研究鮮有報道。基于此，本研究以無覆蓋管理為對照，在‘沙田柚’采收前45 d 鋪設3 種地膜處理，分析覆蓋后‘沙田柚’果實品質及土壤理化性質，同時利用高通量測序的方法對土壤細菌群落結構和多樣性進行研究，以期為‘沙田柚’園的精細管理提供理論和實踐依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗地位于廣西壯族自治區玉林市容縣五一柚場，東經111.33°，北緯22.55°，最高海拔151 m，合計占地約6.67 hm2，約2 000 株樹。供試品種‘沙田柚’樹齡為20～30 年。

1.2 試驗處理

在試驗地北坡選取12 株長勢一致的‘沙田柚’樹，上次施肥距本次覆蓋處理60 d，處理前對土壤基礎數據進行取樣測試，在每株樹樹冠范圍內用5點法取土樣，取土深度為10～20 cm，混合為1 個樣品[16]；各個預處理間土壤基礎理化性質無顯著性差異，其有機質含量為20.98 g/kg、速效鉀含量為211.67 mg/kg、銨態氮含量為45.59 mg/kg、硝態氮含量為62.88 mg/kg、無機磷含量為105.56 mg/kg、pH 值5.35，處理后試驗地累計降雨量25 mm。

2019 年9 月15 日進行覆蓋處理，覆蓋前去除土壤表面雜物，在處理的梯田挖排水溝，具體設置覆蓋處理如下：①反光地膜，濰坊銀黑反光地膜加工廠生產；②防水透氣地膜，杜邦公司生產的特衛強農用地膜，有一定的反光效果；③透明塑料地膜，山東億德塑業生產；④以無覆蓋處理為對照。所有處理均利用地釘固定，樹冠投影范圍內全部鋪設，3 種地膜覆蓋處理的樹體基部均用塑料布包裹嚴實呈裙狀。每處理3 株樹，單株小區。

1.3 樣品采集

2019 年11 月1 日，選擇果樹中間冠層南向、表皮無外傷的果實，每株樹采集果實1.2 kg 左右。土壤樣品取樣工具利用酒精噴灑后灼燒滅菌，取土袋等滅菌后再使用。在每株樹樹冠范圍內用5 點法取土樣，取土深度為10～20 cm，混合為1 個樣品，分為兩部分，一部分進行土壤理化性質測定，另一部分進行土壤細菌多樣性測定。

1.4 試驗方法

1.4.1 果實品質的測定

利用手持糖度儀（FANUOWEI）測定果實可溶性固形物含量，待測果實切開后取赤道附近果肉，利用手持壓汁器取果汁，測定3 次，計算平均值[17]。果實維生素C、蘋果酸、檸檬酸含量委托齊一生物科技（上海）公司利用HPLC 法測試，其他品質指標利用齊一生物科技（上海）生產的試劑盒進行測試。蔗糖含量測定原理：蔗糖水解產物果糖與間苯二酚反應，在480 nm 有特征吸收峰；果糖含量測定原理：果糖與間苯二酚反應，在480 nm 有特征吸收峰；葡糖糖含量測定原理：葡萄糖氧化酶催化葡萄糖氧化，其產物之一的過氧化氫可氧化4-氨基安替比林偶聯酚生成的有色化合物，并在505 nm有特征吸收峰。

1.4.2 土壤細菌多樣性的測定

將采集的土壤樣品利用液氮速凍后，用干冰郵寄，建庫及測序均由諾禾致源微生物有限公司完成。

1.4.3 土壤理化指標的測定

土壤理化指標利用齊一生物科技（上海）生產的試劑盒進行測試。土壤有機質含量測定原理：以硫酸亞鐵為標準液，在585 nm 處比色測定；有效硼含量測定原理：硼與甲亞胺在弱酸條件下反應的產物在420 nm 有特征吸收峰；速效鉀含量測定原理：鉀離子與四苯硼鈉的沉淀產生的濁度，在420 nm 處的濁度和鉀離子濃度呈正比；銨態氮含量測定原理：在強堿性介質中與次酸鹽和苯酚反應產物在625 nm 處有特征吸收峰；硝態氮含量測定原理：濃酸條件下，其與水楊酸反應的產物在410 nm 處有特征吸收峰。

利用便攜式土壤溫度儀檢測土壤溫度，取樣前連續3 d 測定土壤溫度，時間為8：00—18：00，每2 h 測定1 次，計算平均值，利用烘干法檢測土壤含水量。

1.5 數據處理

試驗數據利用Excel 2010 和SPSS 23 軟件進行處理；利用Uparse 軟件[18]完成OTUs 相關分析；利用Qiime 軟件完成樣本復雜度分析和多樣本比較分析，利用R 軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同覆蓋材料對‘沙田柚’果實品質的影響

2.1.1 不同處理對‘沙田柚’果實可溶性糖和可溶性固形物含量的影響

由表1 可知，與對照相比，反光地膜處理顯著提高了‘沙田柚’可溶性糖和可溶性固形物含量；防水透氣地膜處理顯著提高了果糖和可溶性固形物含量，蔗糖、葡萄糖含量也有所提高，但差異均未達顯著水平；透明塑料地膜處理對‘沙田柚’可溶性糖和可溶性固形物含量沒有顯著影響。

表1 不同處理果實可溶性糖和可溶性固形物含量

2.1.2 不同處理對‘沙田柚’果實有機酸含量的影響

由表2 可知，與對照相比，反光地膜和防水透氣地膜處理均顯著提高了‘沙田柚’檸檬酸含量，顯著降低了蘋果酸、抗壞血酸含量；透明塑料地膜處理的有機酸含量均與對照差異不顯著。

表2 不同處理果實有機酸含量 mg/g

2.2 不同覆蓋材料對‘沙田柚’果園土壤細菌的影響

2.2.1 不同處理對‘沙田柚’果園土壤細菌群落多樣性的影響

采用高通量測序法對土壤細菌進行測序，共獲得846 209 條序列，經過質控處理獲得804 726 條有效序列，有效序列占總序列的比率為95.10%。共獲得330 548 312 nt 的堿基數，獲得的OTUs 總數目為21 393 個，得到的物種合計為3 257 種，不同組別獲得物種數為1 421～1 641 種，至少涵蓋了38門48 綱109 目205 科428 屬278 種。不同組別的稀釋曲線趨向平坦（圖1），證明本研究獲得的數據量漸進合理。

圖1 各組別的稀釋曲線

由表3 可知，與對照相比，反光地膜和透明塑料地膜處理降低了土壤細菌的物種數、群落豐富度指數、物種豐富度指數，防水透氣地膜處理提高了土壤細菌的物種數、群落豐富度指數、物種豐富度指數。

表3 不同處理土壤細菌的α多樣性指數

2.2.2 不同處理對‘沙田柚’果園土壤細菌群落結構的影響

不同覆蓋處理后，基于OTUs 水平的PCA 分析如圖2 所示，39.16%的變量可以被解釋，不同處理的樣本分布在不同的象限中，證明了覆蓋處理顯著改變了‘沙田柚’果園土壤細菌的群落結構。

圖2 土壤細菌群落結構的主坐標分析

2.2.3 不同處理對‘沙田柚’果園土壤細菌群落組成的影響

不同地膜覆蓋的‘沙田柚’果園土壤細菌在門分類水平下的相對豐度如圖3 所示。在門分類水平相對豐度前 10 的細菌類群分別為：變形菌門（38.82%～43.38%）、放線菌門（15.80%～26.45%）、酸桿菌門（8.87%～10.79%）、擬桿菌門（5.95%～9.51%）、厚壁菌門（1.65%～12.18%）、綠彎菌門（5.01%～7.79%）、芽單胞菌門（4.13%～5.55%）、未明確分類菌群（0.49%～1.20%）、藍藻門（0.28%～0.99%）、疣微菌門（0.26%～1.36%）。對其具體分析發現，變形菌門和放線菌門是優勢種群，其相對豐度和為59.18%～64.29%。與對照相比，地膜覆蓋處理提高了放線菌門、藍藻門的相對豐度，降低了厚壁菌門的相對豐度。

在屬分類水平對其進行進一步分析，以前10豐度的屬進行作圖，結果如圖4 所示。其主要菌屬（相對豐度＞1%）在覆蓋處理后存在差異，對照樣本中獲得了15 個屬，防水透氣地膜處理的樣本中獲得了14 個屬，透明塑料地膜處理的樣本中獲得了18 個屬，在反光地膜處理的樣本中獲得了14 個屬，其中有6 個屬在所有樣本中的相對豐度均大于1%，這6 個主要菌屬是：Chujaibacter（1.69%～9.80%）、芽單胞菌屬（1.12%～2.39%）、類諾卡氏菌屬（1.31～2.26%）、未明確分類變形菌屬（1.12%～2.70%）、鞘氨醇單胞菌屬（1.43%～2.83%）、布氏桿菌屬（1.67%～2.00%）。

圖3 不同處理‘沙田柚’果園土壤細菌門分類水平的比較

圖4 不同處理‘沙田柚’果園土壤細菌屬分類水平的比較

2.3 不同覆蓋材料對果園土壤理化性質的影響

由表4 可知，地膜處理影響了果園土壤的理化性質。不同的地膜對土壤理化性質的影響不同，與對照相比，覆膜處理均顯著提高了‘沙田柚’果園土壤的含水量。另外，透明塑料地膜顯著提高了土壤溫度；防水透氣地膜顯著降低了土壤有機質、無機磷和有效鉀的含量，可能是由于透氣保水的原因，提高了根系和土壤微生物對養分的利用；反光地膜覆蓋顯著降低了土壤有機質、無機磷和有效鉀的含量。

表4 不同處理‘沙田柚’果園的土壤理化性質

2.4 土壤細菌與環境因子間的關系分析

利用CCA 分析土壤理化性質和細菌門分類水平的關系，結果如圖5 所示。在細菌門分類水平上，77.69%的細菌群落變化可以被測定的土壤環境因子所解釋。土壤含水量、土壤有機質含量、土壤銨態氮含量和土壤無機磷含量是對土壤細菌變化貢獻最大的幾個因素。

圖5 不同處理‘沙田柚’果園的土壤環境因子與細菌門水平的冗余分析

3 討論與結論

地面覆蓋是現代果園管理的重要手段[19]，通過地面覆蓋的方法可以調節土壤的溫濕度、改善土壤結構、優化作物生長的小氣候[20]。在柑橘果實成熟前期，土壤水分對柑橘果實品質有重要的影響[21]。在果實成熟期，適度的干旱可以促進柑橘果實糖、酸的積累，提高柑橘果實品質[22-23]，在‘沙田柚’中的研究表明，過度干旱會造成口感異味等品質的劣變，連續的降雨則會造成果實風味下降、可溶性固形物含量降低、裂果等現象[24]。本研究中，地膜的覆蓋處理同樣改變了土壤的水分含量，2019 年，容縣降雨較少的情況下，經過覆蓋處理，土壤水分含量與對照相比均有顯著提高。因此，在‘沙田柚’果實成熟期，通過地膜覆蓋調節土壤水分提高果實品質是‘沙田柚’果園管理可行的方法。

前人利用不同的覆蓋方式，對棗[25]、蘋果[4]、葡萄[26]等的研究發現，不同的覆蓋材料對果實品質有不同的影響。本研究中，不同的覆蓋材料對果實品質的影響同樣不同，反光地膜和防水透氣地膜都可以提高‘沙田柚’可溶性固形物含量，主要是提高了影響‘沙田柚’品質的重要風味物質可溶性糖和檸檬酸的含量，而透明塑料地膜和對照之間沒有顯著性差異。前人在利用防水透氣地膜在葡萄和柑橘中的研究表明，防水透氣地膜的反光特性可以促進果實著色、降低酸度、提高糖度[27-29]。本研究證明在成熟期可以通過地面覆蓋改善光照的方法提高‘沙田柚’果實品質，反光膜有更好的反光特性，對糖的提高優于防水透氣地膜，在干旱年份光照的改善可能是提高果實品質更好的方法。

覆蓋處理可以改變果園細菌的群落結構[30-31]。本研究中，基于OTUs 水平的主成分分析（PCA）表明覆蓋處理同樣改變了‘沙田柚’果園細菌的群落結構。在門水平對土壤細菌進行進一步分析發現，變形菌門是‘沙田柚’果園土壤最優勢種群，與課題組前期‘沙田柚’果園中的研究結果相似[32]，證明了處于相同生境的樣本細菌類群在一定范圍內具有相似性。對不同菌門的變化趨勢進行分析發現，覆蓋處理后，變形菌門的相對豐度低于對照，這一結果與前人在雷竹林中的研究不同[33]，產生差異的主要原因可能是本研究覆蓋時間短所導致。研究表明，放線菌門的相對豐度可能和有機質、土壤氮呈現負相關[34]，本研究的CCA 結果同樣證明了這一點，放線菌門是本研究的次優菌門，同時覆蓋處理提高了放線菌門的相對豐度，其結果產生的原因可能是覆蓋后有更穩定的土壤環境。酸桿菌門一般具有嗜酸的特點，本研究的所有樣本均為酸性，因此本研究中全本樣本酸桿菌門均有較高的相對豐度[35]。藍藻門群落受到土壤鹽度和含水量的影響[36]，本研究中地膜覆蓋后土壤水分含量的提高可能是藍藻門相對豐度變化的原因。本研究對土壤理化性質的變化進行了研究，發現除銨態氮和pH 值外，覆蓋處理影響了測試的6 個土壤理化指標，說明果實成熟期覆蓋可以給細菌和‘沙田柚’根系提供更穩定的水分條件，促進了‘沙田柚’根系對養分的吸收。