不同樹齡沙田柚果園土壤肥力、葉片養分和土壤細菌群落的特征

彭玉嬌 崔學宇 邵元元 楊艷麗 杜瀟 賈書剛 劉書田 區燕麗

摘要：?通過分析不同樹齡沙田柚果園土壤肥力和果樹葉片營養成分的變化，以期為沙田柚果園精準施肥管理提供理論依據。選擇廣西壯族自治區玉林市容縣12個不同樹齡的沙田柚果園，對沙田柚果園土壤肥力指標及果樹葉片營養成分含量進行測定，利用高通量測序技術對土壤細菌群落進行測序。結果表明，12個沙田柚果園土壤呈酸性，pH值、有機質含量、土壤全氮含量隨著沙田柚樹齡的增加而增加，不同樹齡沙田柚果園土壤之間的土壤有效鎂含量、有效硫含量和有效硼含量沒有顯著差異，樹齡≥21年的沙田柚果園土壤全鉀含量和交換性鈣含量最高;不同樹齡沙田柚果樹葉片氮含量無顯著差異，5～10年樹齡沙田柚果樹葉片磷含量、鉀含量、硫含量最高，≥21年樹齡沙田柚果樹葉片鈣含量最高，11～15年樹齡沙田柚果樹葉片鎂含量和硼含量最高。共獲得15 903個操作分類單元（OTUs），沙田柚果園土壤中細菌至少涵蓋31個門、42個綱、101個目、180個科、347個屬、222個種。在門水平上分析可知，變形菌門、放線菌門和綠彎菌門是優勢菌門，隨著沙田柚栽培時間的增加，放線菌門的相對豐度持續提高，酸桿菌門、疣微菌門的相對豐度持續降低。沙田柚果園土壤肥力隨樹齡變化明顯，樹齡、土壤因子改變了沙田柚栽培果園土壤中細菌的群落結構。

關鍵詞：?沙田柚;樹齡;土壤;葉片營養;高通量測序

中圖分類號：?S666.3??文獻標識碼：?A??文章編號：?1000-4440（2021）02-0348-07

Abstract：?The changes of soil fertility， leaf mineral nutrients contents in orchards of Shatian pomelo with different tree ages were analyzed to provide theoretical basis for accurate fertilizing management in orchards of Shatian pomelo. 12 Shatian pomelo orchards with different tree ages were selected in Rong County of Yuling City in Guangxi Zhuang Autonomous Region to determine the soil fertility indices and leaf nutrients contents in orchards of Shatian pomelo. Meanwhile， high-throughput sequencing technique was adopted to sequence the soil bacterial community. The results showed that， soils of 12 orchards were acidic， pH value， organic matter content and soil total N content increased with the increasing of tree ages. There were no significant differences in available Mg content， available S content and available B content between soils of Shatian pomelo orchards with different tree ages. The contents of total K and interchangeable Ca were the highest in orchards with the tree age of more than 21 years. There was no significant difference in leaf N content between Shatian pomelo trees with different ages. The contents of P， K and S in leaves of Shatian pomelo were the highest in the group with the tree ages of five to ten years， the content of Ca in leaves of Shatian pomelo was the highest in the group with more than 21 years tree age， and the contents of Mg and B in leaves of Shatian pomelo were the highest in the group with 11-15 years tree age.A total of 15 903 operational taxonomic units （OTUs） were obtained in this study， including at least 31 phyla， 42 classes， 101 orders， 180 families， 347 genera and 222 species of bacteria in soils of Shatian pomelo orchards. Proteobacteria， Actinobacteria and Chloroflexi were the dominant phyla at the phylum level. With the increase of cultivation time of Shatian pomelo， the relative abundance of Actinobacteria increased persistently， while the relative abundance of Acidobacteria and Verrucomicrobia continued to decrease. The soil fertility of Shatian pomelo orchards changed with the tree ages obviously. Therefore， the bacterial community structure of Shatian pomelo orchards was changed by tree ages and soil factors.

Key words：?Citrus grandis var. shatinyu;tree-age;soil;leaf nutrient;high throughput sequencing

沙田柚（Citrus grandis var. shatinyu）原產于廣西容縣，是中國傳統的栽培名柚[1]，2004年，國家質檢總局批準了容縣對沙田柚原產地的地域保護申請。由于沙田柚種植有較高的經濟效益，因而沙田柚種植業得到了容縣政府的大力推廣，容縣政府網站上的相關數據顯示，截至2019年，容縣沙田柚栽培面積超過14 000 hm2，產量達到2.2×105 t，產值超過1.8×109元，是容縣農民重要的收入來源。由于容縣政府對沙田柚種植的大力支持，對于0.33 hm2連片的果園給予一定的補貼，近年來沙田柚種植面積迅速增加。在這一背景下，如何“提質增效”是沙田柚種植的關鍵問題。種植多年生果樹的土壤普遍存在退化的問題[2]，在果樹管理上，農戶經常施用的肥料中氮、磷含量普遍較高，中微量元素施用量不足[3]。合理的果園施肥管理對于維持果園土壤健康和提高果實品質有重要作用[4]。由于果樹有種植年限過長的特點，土壤細菌和果樹之間的相互作用造成果樹栽培微生態改變，會導致果園地力衰退[5]，因此有必要對沙田柚種植土壤進行調查，從而為解決沙田柚果園施肥的合理化提供理論和數據支持。

研究發現，果樹樹齡影響著果園的土壤養分和葉片營養[6-7]，對琯溪蜜柚果園的研究發現，土壤肥力隨樹齡增長的變化明顯，不同元素含量在不同樹齡葉片中不同[2]。對庫爾勒香梨果園的研究發現，不同樹齡果園土壤有不同的營養狀態，因此推薦的施肥量不同[8]。對葡萄果園的研究發現，樹齡同樣影響著果園可利用的土壤營養元素含量[9]。對寧夏枸杞、香榧的研究發現，種植年限影響了土壤細菌的群落結構[5，10]。

目前，容縣沙田柚果園的土壤養分狀況仍然未知，土壤養分、葉片營養及土壤細菌群落和沙田柚果樹樹齡的關系并不清晰。因此，本研究通過測定不同樹齡沙田柚果園土壤肥力、葉片營養和土壤細菌多樣性，以期為沙田柚果園精細管理和精準施肥提供理論依據。

1?材料與方法

1.1?試驗設計

2019年12月初，于沙田柚收獲后且未施冬肥前，在廣西壯族自治區容縣沙田柚種植核心區域自良鎮“沙田柚王國”范圍內選擇不同樹齡（5～10年、11～15年、16～20年、21年及以上，分別用A、B、C、D表示）的果樹園12個，每個果園選擇長勢均一的沙田柚果樹，采集土壤及果樹葉片樣本，每個果園選3株果樹，取樣區域基本涵蓋容縣沙田柚栽培核心區域。

1.2?樣本采集

1.2.1?土壤樣本的采集?在選取的沙田柚果樹樹冠范圍內，采集遠離施肥點的樣本（沙田柚11月初收獲，收獲前未施肥，即本研究所選果園在2個月內均未施肥），去除表面雜物后，每株果樹沿“S”形路線取5個點，采集深度為0～30 cm，3株果樹合計采集15個點的樣本，將15個點的樣本充分混合后作為1個樣本，等量分為4份備用。

1.2.2?葉片樣本的采集?在采集土壤樣本的同時采集葉片樣本，按照東、南、西、北方向取營養枝條上第3張大小均一、無病蟲害的葉片，每株果樹采集20張葉片，每個果園共采集3株果樹的60張葉片作為1個樣本備用。

1.3?測定項目和方法

委托上海齊一生物科技有限公司完成土壤及葉片相關指標的測定。所有土壤指標檢測均參照中華人民共和國農業行業標準《土壤檢測》（2006）完成，其中pH值的檢測方法參照NY/T1121.2-2006《土壤檢測?第2部分：土壤pH值的測定》，有機質含量的檢測方法參照NY/T1121.6-2006《土壤檢測?第6部分：土壤有機質的測定》，交換性鈣、鎂含量的檢測方法參照NY/T1121.13-2006《土壤檢測?第13部分：土壤交換性鈣和鎂的測定》，有效硼含量的檢測方法參照NY/T1121.8-2006《土壤檢測?第8部分：土壤有效硼的測定》，全磷含量的檢測方法參照NY/T88-1988《土壤全磷測定法》，全鉀含量的檢測方法參照LY/T1234-2015《森林土壤鉀的測定》。沙田柚葉片的檢測方法參照NT/T 2017-2011《植物中氮、磷、鉀的測定》及LY/T 1270-1999《森林植物與森林枯枝落葉層全硅、鐵、鋁、鈣、鎂、鉀、鈉、磷、硫、錳、銅、鋅的測定》，土壤細菌16S rDNA的V4區域的高通量測序委托北京諾禾致源科技股份有限公司完成。

1.4?數據處理方法

用Excel 2007錄入基礎數據，用SPSS 23軟件進行計算。

2?結果與分析

2.1?不同樹齡沙田柚果園土壤肥力的差異

由表1可知，12個沙田柚果園的pH值為3.42～6.45，平均值為5.03，所有果園均呈酸性，有機質含量為17.60～48.80 g/kg，平均值為29.68 g/kg;隨著沙田柚果樹樹齡的增加，土壤pH值、土壤有機質含量有增加的趨勢。

由表2可知，12個沙田柚果園土壤中全氮含量為1.14～2.33 g/kg，平均值為1.88 g/kg，土壤中全氮含量隨著樹齡的增加而增加;土壤中全磷含量為0.05～0.44 g/kg，平均值為0.17 g/kg，在樹齡為16～20年的沙田柚果園土壤中全磷最低;土壤中全鉀含量為5.32～20.30 g/kg，平均值為13.97 g/kg。沙田柚果園土壤中交換性鈣、有效鎂含量隨著果園種植年限的增加而增加，各樹齡沙田柚果園土壤中有效鎂、有效硫、有效硼含量差異沒有達到顯著水平。各樹齡沙田柚果園土壤中交換性鈣含量為0.30～2.55 g/kg，平均值為1.35 g/kg;各樹齡沙田柚果園土壤中有效鎂含量為0.19～0.37 g/kg，平均值為0.28 g/kg;各樹齡沙田柚果園土壤中有效硫含量為0.035～0.089 g/kg，平均值為0.070 g/kg;各樹齡沙田柚果園土壤中有效硼含量為0.31～2.57 mg/kg，平均值為0.99 mg/kg。

2.2?不同樹齡沙田柚葉片營養元素含量的差異

由表3可以看出，沙田柚葉片氮含量為1.95%～3.04%，平均值為2.38%;葉片磷含量為0.07%～0.15%，平均值為0.11%;葉片鉀含量為1.01%～2.26%，平均值為1.63%。葉片氮含量在不同樹齡沙田柚之間的差異沒有達到顯著水平，葉片磷含量整體上隨著種植年限的增加而降低，葉片鉀含量在樹齡為16～20年的沙田柚中最低。沙田柚葉片鈣含量為20.40～62.00 g/kg，平均值為42.57 g/kg，且葉片鈣含量隨著樹齡的增加而增加;沙田柚葉片鎂含量為1.55～4.15 g/kg，平均值為2.74 g/kg，其中11～15年樹齡沙田柚的葉片鎂含量最高;沙田柚葉片硫含量為3.55～7.05 g/kg，平均值為4.71 g/kg，大致隨著樹齡的增加而下降;沙田柚葉片硼含量為41.40～173.00 mg/kg，平均值為104.63 mg/kg。

2.3?不同樹齡沙田柚果園土壤細菌群落多樣性的差異

本研究共獲得965 720條序列，其中有效序列數907 625條，有效序列數量占比為93.98%。獲得的堿基數合計為366 083 764 nt，平均G+C含量為56.84%，所有樣本的操作分類單元（OTUs）數合計為15 903個，這些OTUs至少涵蓋31個門、42個綱、101個目、180個科、347個屬、222個種。不同樹齡沙田柚果園土壤的細菌α多樣性指數見表4，可以看出，細菌物種覆蓋率均≥98.5%，證明本研究的測序量可準確反映不同樣本的細菌多樣性，土壤細菌的物種數、群落豐富度指數和物種豐富度指數均以16～20年樹齡的沙田柚果園土壤最高。

2.4?不同樹齡沙田柚果園土壤細菌群落結構的差異

基于OTUs水平的主成分分析（PCA）結果見圖1，其中PC1、PC2共解釋了42.14%的變量，不同樹齡的4組樣本分別處于不同象限中，證明種植年限顯著改變了土壤細菌的群落結構。

2.5?不同樹齡沙田柚果園土壤的細菌群落組成

由圖2可以看出，在土壤細菌門分類水平上，相對豐度排名前10的類群分別是變形菌門（Proteobacteria）（相對豐度為29.72%～43.12%）、放線菌門（Actinobacteria）（相對豐度為12.18%～26.43%）、綠彎菌門（Chloroflexi）（相對豐度為8.43%～21.22%）、酸桿菌門（Acidobacteria）（相對豐度為8.10%～16.85%）、擬桿菌門（Bacteroidetes）（相對豐度為1.86%～6.46%）、厚壁菌門（Firmicutes）（相對豐度為1.93%～4.44%）、硝化螺旋菌門（Nitrospirae）（相對豐度為0.91%～2.51%）、芽單胞菌門（Gemmatimonadetes）（相對豐度為1.42%～3.98%）、Latescibacteria（暫無中文名）（相對豐度為0.28%～1.00%）和疣微菌門（Verrucomicrobia）（相對豐度為0.04%～1.40%）。其中變形菌門、放線菌門和綠彎菌門是優勢菌門，這3個菌門的相對豐度之和為64.06%～77.39%。對相對豐度排名前10的菌門進行具體分析發現，隨著沙田柚栽培時間的增加，放線菌門的相對豐度持續提高，酸桿菌門、疣微菌門的相對豐度持續降低。

由圖3可以看出，在土壤細菌目分類水平上，相對豐度排名前10的類群分別是纖線桿菌目（Ktedonobacterales）（相對豐度為5.37%～18.19%）、黃單胞菌目（Xanthomonadales）（相對豐度為3.27%～10.22%）、根瘤菌目（Rhizobiales）（相對豐度為6.88%～9.87%）、弗蘭克氏目（Frankiales）（相對豐度為3.60%～7.38%）、酸桿菌目（Acidobacteriales）（相對豐度為1.68%～7.01%）、未知的α-變形菌（unidentified_alphaproteobacteria，未鑒定到目水平）（相對豐度為5.59%～7.62%）、棒狀菌目（Corynebacteriales）（相對豐度為0.50%～3.76%）、黏球菌目（Myxococcales）（相對豐度為1.13%～2.89%）、梭菌目（Clostridiales）（相對豐度為0.72%～1.53%）和硝化螺旋菌目（Nitrospirales）（相對豐度為0.90%～2.52%） 。隨著栽培時間的增加，根瘤菌目、酸桿菌目的相對豐度持續降低，弗蘭克氏目和棒狀菌目的相對豐度持續提高。

對不同樣本中的主要菌屬（相對豐度>1%）進行分析，如圖4所示，在土壤細菌屬分類水平上，相對豐度排名前10的細菌類群，在樹齡為5～10年的沙田柚果園土壤中主要有7個菌屬，在樹齡為11～15年的沙田柚果園土壤中主要有8個菌屬，在樹齡為16～20年的沙田柚果園土壤中主要有6個菌屬，在樹齡大于21年的沙田柚果園土壤中主要有7個菌屬。有3個屬的菌群在所有沙田柚果園土壤中均為主要菌屬，這3個屬分別是Chujaibacter（暫無中文名）（相對豐度為1.97%～9.41%）、熱酸菌屬（Acidothermus）（相對豐度為3.47%～5.78%）和布氏桿菌屬（Bryobacter）（相對豐度為2.02%～3.11%）。

3?討論

本研究在廣西壯族自治區玉林市容縣沙田柚核心種植區自良鎮進行樣品采集，并對沙田柚果園土壤養分進行了分析。有研究發現，pH值顯著影響了作物對養分的利用[11-12]。曹勝等[13]研究發現，適合柑橘類水果生長的pH值為5.50～6.50，在本研究中，沙田柚栽培土壤的pH值均呈酸性，隨著樹齡的增加，土壤pH值呈現增大趨勢，說明容縣的果農對沙田柚的種植管理普遍存在有針對性地改良土壤pH值的情況，可能是生產上施用石灰造成的。土壤有機質含量是衡量土壤養分的一個重要指標[14-15]，參考土壤養分標準[2]，容縣沙田柚果園土壤有機質含量較高，產生這一結果的原因是容縣政府大力推廣有機肥替代化肥的項目，對果農有直接的肥料補貼。對容縣沙田柚果園土壤的交換性鈣、有效鎂含量進行調查發現，交換性鈣、有效鎂含量同樣隨著種植年限的增加而增加，這一結果可能與前人大量報道土壤交換性鈣、有效鎂缺乏限制了柑橘品質的提升[3，16]后果農近年來在施肥過程中更有意識地提高中微量元素肥料的用量有關。

葉片營養是樹體營養的一個重要表現[17]。在本研究中，果實采摘后不同樹齡沙田柚果樹葉片氮含量沒有顯著差異。低樹齡沙田柚果樹的葉片磷、鉀含量最高，葉片鈣、鎂、硼含量最低，這一結果可能與不同樹齡沙田柚根系吸收養分后的運輸差異有關，高樹齡果樹木質部電導率的降低，使養分運輸能力與低樹齡果樹間產生了差異[18-19]。果樹的葉片營養直接影響了果樹的光合能力，進而影響果樹的生長和果實的品質[20-23]。參照雷靖等[2]關于柚類葉片營養的標準，本研究中沙田柚果樹葉片氮、磷和鎂元素普遍缺乏，應在采摘后適當補充。

對沙田柚果園土壤細菌的研究發現，種植年限可以顯著改變土壤細菌的群落結構。對土壤細菌多樣性的分析發現，16～20年樹齡沙田柚果園土壤中細菌多樣性最高，而樹齡高于20年的果園土壤中細菌多樣性出現下降，但是該果園土壤中有機質含量最豐富，因此應該采用深翻、加松土劑等方式對果園土壤進行恢復。低樹齡果園土壤中細菌多樣性同樣低于其他樹齡果園，對于這些果園，應該加強有機肥的施用，提高土壤養分含量。對沙田柚栽培土壤細菌群落組成的研究發現，變形菌門、放線菌門和綠彎菌門是沙田柚栽培土壤的優勢菌門，這一結果與前人關于單一沙田柚果園土壤的研究結果類似[24]。

4?結論

廣西壯族自治區玉林市容縣沙田柚果園土壤的整體pH值呈酸性，隨著樹齡的增加，pH值、有機質含量呈現增大趨勢。容縣沙田柚果園土壤主要養分含量隨著樹齡的增加整體呈現增大趨勢，沙田柚果樹葉片營養成分對沙田柚果園土壤肥力的反饋結果較為復雜，仍需進一步研究。不同樹齡果園土壤的細菌群落結構和多樣性存在差異，16～20年樹齡果園土壤細菌多樣性指數最高，變形菌門、放線菌門和綠彎菌門是沙田柚栽培土壤的優勢菌門。此外，細菌門的豐富度受到土壤理化性質的影響。

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（責任編輯：徐?艷）