園藝地布覆蓋對桃園土壤和桃果實品質的影響*

楊熠路，胡 楓，倪照君，黃 霄，侍 婷，田傳正，盧炫羽，高志紅

（南京農業大學園藝學院，江蘇 210095）

覆蓋栽培是一種現代果園省力化地面管理措施，具有調節土壤水分、調節土壤微生態環境、提高土壤供肥能力、改善果園小氣候、增加果樹根系生長量、調節土壤酸堿度、提高產量和品質等多項優點[1-2]。覆蓋栽培對果園土壤有最直接的影響，它能顯著提升果園土壤含水量，減少地表徑流和蒸發，從而調節土壤溫濕度，保持土壤物理結構，此外還對抑制雜草生長具有顯著效果[3]，而土壤中環境的微小變化就會改變土壤的性質和多樣性[4]。

土壤微生物作為陸地生態系統的重要組分之一，在土壤生物化學反應過程中發揮著關鍵的作用，例如有機質的分解、腐殖質的形成、養分間的相互轉化與循環[5]，所以土壤中的微生物多樣性可作為衡量土壤質量狀況的指標之一。已有不少研究證明[6-8]，土壤物理化學性質改變后，土壤中微生物的生長、代謝和繁殖均會受到不同程度的影響。果園實施覆蓋后，土壤理化狀況顯著改善[6]，促進微生物的群落組成結構以及多樣性發生改變，增強土壤酶活性[9]，從而對整個果園生態系統的物質轉換及能量循環產生作用，最終對地上部植株的生長和發育產生一定的影響。

目前關于覆蓋栽培對果園效益的影響已有不少研究，但多集中于蘋果。覆蓋栽培能改變樹體冠層內微氣候，進而影響果實糖酸比等內在品質和果實著色等外觀品質[10]。已有研究表明，果樹在覆蓋栽培下單果重和可溶性固形物、可溶性糖、有機酸含量有顯著提升[11]。本文以江蘇省南京地區桃園為主要研究對象，研究地布覆蓋條件下桃園中土壤理化特性、土壤細菌群落組成以及果實品質發生的變化，旨在為當地桃樹栽培過程中地布覆蓋的應用提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于南京農業大學白馬基地（江蘇省南京市溧水區）桃園中進行，試驗地屬典型的亞熱帶季風氣候，夏季炎熱多雨，冬季溫暖干燥，平均年降水量1 200 mm。試驗所選用的桃樹為4 年生‘中油金銘’，種植朝向為南北行向，行株距5 m×3 m，樹形采用開心形。

1.2 試驗設計

試驗為單因素設計，將大面積桃園分為地布覆蓋和不覆蓋2種處理。采取隨機區組設計，以1 行9 株桃樹作為1 次重復，每處理重復3 次。地布覆蓋方法：用寬0.8 m、厚0.2 mm 的黑色塑料地布覆蓋于樹干兩側，主要是覆蓋樹盤，行間生草。不同處理之間留出保護行，無需添加額外肥料。每周對不覆蓋組進行1 次雜草清理以保證處理效果，其他田間管理措施一致。另外本研究的地布覆蓋和不覆蓋處理的時間是長期的，只是在測定相關果實品質指標時在特定的時期進行，所以土壤環境的改變是在考慮范圍之內的。

1.3 采集與處理

果實成熟期（6 月24 日），在2種處理中各選擇3 株生長狀況接近的桃樹，在樹的東、南、西、北冠層中隨機采摘4個果實，做好標記后迅速帶回實驗室進行試驗。

經過6個月的地布覆蓋處理后（9 月9 日），采取五點采樣法，用土鉆在桃樹的根部附近鉆取深度為0～20 cm 的土壤樣品，并充分混勻，除去石塊、植物殘體等雜質，將土樣裝入無菌袋，存放在冰盒中運至實驗室，-80 ℃低溫貯藏，用于土壤微生物DNA 的提取和檢測。每次采樣前后，使用濃度為75%的酒精對取土所用土鉆進行消毒，以防止土樣被雜質污染。

1.4 指標測定

果實品質測定：采用紫外分光法[12]測定果實維生素C 含量，采用蒽酮比色法[12]測定果實可溶性糖含量，采用酸堿滴定法[13]測定果實可滴定酸含量，果實可溶性固形物含量的測定使用PocketPAL-1 手持糖度計（精度：0.01Brix）進行[14]。用百分之一電子天平（精度：0.01 g）稱量單果重，用MNT-150T游標卡尺（精度：0.1 mm）測量果實縱橫徑，計算果形指數，用GY-4 硬度計測定果實硬度。

土壤性質測定：參照《土壤農化分析》[15]，采用凱氏常量定氮法測定土樣的全氮含量，采用電感耦合等離子體光譜儀（ICP）測定土壤的全磷、全鉀以及其他微量元素含量，采用重鉻酸鉀經典油浴法進行有機質含量的測定。使用Solarbio 土壤蔗糖酶活性檢測試劑盒測定蔗糖酶活性，使用Solarbio脲酶活性檢測試劑盒測定脲酶活性，使用Solarbio過氧化氫含量檢測試劑盒測定過氧化氫酶活性，使用Solarbio 土壤酸性磷酸酶活性檢測試劑盒測定酸性磷酸酶活性。每樣品測定3 次，取平均值。

土壤微生物總DNA 提取及16S rRNA 基因高通量測序：土壤細菌16S rRNA 的測定由南京集思慧遠公司進行，采用 OMEGA 試劑盒 E.Z.N.ATM Mag-Bind Soil DNA Kit 的試劑盒提取。依據barcode，獲得樣品的有效序列，接著根據PEreads 之間的嵌套將成對的reads 拼接成序列，然后過濾reads 以控制質量，最后獲得了每個樣品的高質量序列，將嵌合體從Usearch Uchime 中去除。根據序列開頭和結尾處的barcode 和引物區分樣品，并確定序列方向；使用PANDAseq 軟件[16]將成對reads 拼接成一條序列，最小重疊長度為10 bp；設0.2 為拼接序列重疊區域允許的最大錯配比以篩選不匹配序列；使用Prinseq 軟件[17]過濾出read 尾部質量值低于20 的堿基，過濾掉N 長度占序列總長5%的序列；使用Usearch 軟件[18]，結合Uchime 和denovo 消除其中的嵌合體。

1.5 數據分析

采用Excel 2003 進行數據統計，采用SPSS 17.0進行方差分析，用Duncan’s 新復極差法對數據進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 園藝地布覆蓋對桃園土壤養分的影響

2.1.1 園藝地布覆蓋對桃園土壤有機質含量的影響

土壤有機質是指土壤中所有含碳有機化合物。作為影響土壤肥力的主要因素之一，它為土壤肥力提供了物質基礎，不僅對土壤的理化性質有巨大影響，對土壤的生物學特性也發揮著重要作用[19]。在2種不同土壤管理措施下，桃園土壤中有機質含量如表1 所示，地布覆蓋處理提高了0～20 cm 土層中的土壤有機質含量，與不覆蓋處理相比差異顯著。

表1 園藝地布覆蓋對土壤有機質含量的影響

2.1.2 園藝地布覆蓋對桃園土壤營養元素的影響

由表2 可知，在2種不同的土壤管理措施下桃園0～20 cm 土層中土壤全氮、全磷、全鉀等含量存在差異。地布覆蓋處理中，雖然土壤的全氮含量顯著低于不覆蓋處理，但其全磷、全鉀的含量分別提高5%和9%，差異達顯著水平。可見地布覆蓋處理下土壤全氮含量沒有提高，但全磷、全鉀含量均顯著增加。土壤中錳、銅、鋅含量受覆蓋處理影響顯著，分別較不覆蓋處理提高了15%、15%、32%。可見地布覆蓋對保持土壤微量元素的作用非常明顯。

表2 園藝地布覆蓋對土壤氮磷鉀及微量元素含量的影響

2.2 園藝地布覆蓋對土壤酶活性的影響

土壤酶對植株根系的生長發育有重要的生理作用[20]。由表3 可知，地布覆蓋處理下，土壤中過氧化氫酶、蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸酶活性均有顯著提高，其中以蔗糖酶活性增強最為明顯，較不覆蓋處理提高205%。地布覆蓋處理下土壤中各種酶活性的提高，表明地布覆蓋能對桃樹根系的生長和吸收作用起到促進和改善的效果，對桃樹的生長和發育也有益處。

表3 園藝地布覆蓋對土壤酶活性的影響 mg/g

2.3 園藝地布覆蓋對桃樹根際微生物的影響

2.3.1 園藝地布覆蓋對桃樹根際土壤微生物豐富度的影響

OTU 豐度是反映土壤樣品中微生物豐富程度的重要指標之一。經OTU 聚類分析后得到2個處理各樣品在不同OTU 的豐度信息。如表4 所示，地布覆蓋處理下桃樹根際土壤中的細菌OTU 數要明顯高于不覆蓋處理，這表明地布覆蓋處理能夠增加土壤細菌豐富度。

表4 桃樹根際土壤細菌OTU 聚類分析

2.3.2 園藝地布覆蓋對桃樹根際土壤細菌群落結構的影響

Alpha 多樣性是對樣品物種多樣性的分析[21]，其中包含2個要素：樣品物種組成的豐富度和均勻度，通常用Observed species 指數、Chao1 指數、Shannon指數、Simpson 指數和PD whole tree 指數等指數來評估樣本的物種多樣性。從表5 中可以看出，地布覆蓋處理樣品的Chao1 指數和Observed species 指數均高于不覆蓋處理，這表明地布覆蓋能夠增加土壤微生物群落中的物種數量；但是，覆蓋處理樣品中的Shannon 指數和Simpson 指數卻低于對照，說明地布覆蓋下微生物分配均勻度有所下降。

表5 桃樹根際土壤細菌Alpha 多樣性統計

Beta 多樣性比較了不同樣品之間的微生物群落組成。根據樣本的 OTU 豐度信息，分別計算Weighted Unifrac[22]、Unweighted Unifrac[23-24]和Bray Curtis 距離，評估不同樣品之間微生物群落結構差異。地布覆蓋處理下Weighted Unifrac 距離（圖1-a）和Bray Curtis 距離（圖1-c）均顯著小于不覆蓋處理，而Unweighted Unifrac 距離（圖1-b）卻是地布覆蓋處理較大，這表明2個處理的土壤微生物群落存在明顯差異，土壤中的稀有微生物物種豐度在地布覆蓋時顯著提高，但物種均勻程度有所降低。

圖1 桃樹根際土壤微生物Beta_diversity 組間差異箱形圖

2.3.3 園藝地布覆蓋對桃樹根際土壤細菌群落組成及相對豐度的影響

圖2 顯示了園藝地布覆蓋與不覆蓋處理中土壤細菌在門水平下的相對豐度情況。地布覆蓋下土壤中細菌的優勢類群為變形菌門（Protecbacteria），相對豐度高達97%；而在不覆蓋處理中，變形菌門同樣為主要土壤細菌類群，其余主要優勢細菌類群有放線菌門（Actinbacteria）和藍細菌（Cyanobacteria）。

圖2 樣品在門（Phylum）水平下的物種豐度柱狀圖

從綱水平（圖3）分析，地布覆蓋處理下土壤中優勢菌群為γ變形菌綱（Gammaproteobacteria）和α變形菌綱（Alphaproteobacteria），其中γ變形菌綱的相對豐度達到88%；而不覆蓋處理中則以γ變形菌綱、α變形菌綱、放線菌綱（Actinobacteria）和生氧光細菌（Oxyphotobacteria）占優勢。

圖3 樣品在綱（Class）水平下的物種豐度柱狀圖

從屬水平（圖4）分析，地布覆蓋處理下土壤細菌屬主要有Curvibacter、Aquabacterinm、Sphingomonas、Undibacterium、Phyllobacterium、Pelomonas，其中Curvibacter相對豐度為56%；而不覆蓋處理中優勢屬主要是Curvibacter、Aquabacterinm、Sphingomonas、Undibacterium、Phyllobacterium、Rhodococcus、Pelomonas、Microbacterium，微生物在屬分布上更加均勻。

圖4 樣品在屬（Genus）水平下的物種豐度柱狀圖

2.3.4 園藝地布覆蓋處理下桃樹根際微生物表型預測

BugBase 是16S 微生物高水平表型（high-level phenotypes）預測的程序包[25]。對2個處理的樣本進行BugBase 表型預測分析，結果如圖5 所示。革蘭氏陰性細菌是相對豐度最高的細菌類型，而桃園土壤中厭氧細菌的相對豐度極低。地布覆蓋處理下，好氧細菌、移動元件、兼性厭氧細菌、革蘭氏陰性細菌、潛在致病性細菌和氧化脅迫耐受性細菌相對豐度較不覆蓋處理均有所上升，而厭氧細菌、生物膜形成細菌和革蘭氏陽性細菌相對豐度則較低。

圖5 桃樹根際土壤微生物BugBase 表型豐度柱狀圖

2.4 園藝地布覆蓋對桃果實品質的影響

由表6 可知，地布覆蓋處理桃單果重（204.66 g）顯著高于不覆蓋處理（182.33 g），增幅為12%，說明地布覆蓋處理可顯著提高桃單果重；但地布覆蓋處理后果實硬度和果形指數并沒有發生顯著變化。

表6 園藝地布覆蓋對桃果實物理性狀的影響

由表7 可知，地布覆蓋處理下果實可溶性糖、可滴定酸、維生素C 含量均高于不覆蓋處理，差異均達到顯著水平，果實糖酸比也有顯著提高，其中，維生素C 是果品抗氧化特性的指標，地布覆蓋處理較不覆蓋處理高41.35%；果實可溶性固形物含量受地布覆蓋影響并不明顯。綜上所述，在桃園鋪設黑色地布能夠提高果實品質，改善果實風味。

表7 園藝地布覆蓋對桃果實營養成分含量的影響

3 討論與結論

土壤肥力是影響桃樹生長發育的重要因素之一，適宜的土壤耕作管理制度能夠促進土壤肥力持續提高。研究表明，地布覆蓋對促進土壤理化性質的改善[26]、土壤微生物活性的提高、有機物的加速分解、土壤酶活性的增加有很大作用[27]，進而加速土壤中營養物質的轉化，提高土壤速效養分含量[28]。不同的覆蓋管理方式也會引起土壤容重和孔隙度的不同變化，影響土壤有機質、腐殖質、微生物數量[29]。

園藝地布覆蓋能夠改善桃園根際土壤的理化性質[30]。李發康等[30]認為，地布覆蓋能使土壤有機質更好地積累，推進了土壤中微生物的生命活動與腐殖質的形成過程。在地布覆蓋條件下，地表徑流帶來的土壤養分流失被削弱，使得土壤更好地保持了水分和有機質[31]，從而使得土壤元素比不覆蓋更為豐富。本試驗結果表明，與不覆蓋相比，地布覆蓋下土壤有機質含量顯著提高，這與多數研究結果相一致。羅珠珠等[32]研究表明，微生物分解作用的產物對一些含磷難溶物起到了溶解作用，并促使鉀素從黏土礦物中的釋放。在本試驗中，覆蓋處理中土壤磷素、鉀素及銅、錳、鋅等微量元素均顯著高于不覆蓋處理，進一步說明了地布覆蓋有利于土壤養分元素含量的提高。究其原因，地布覆蓋給予土壤中的微生物生命活動以良好的環境條件，加速了微生物對土壤有機物質的分解進程[30]，同時微生物分解過程中生成的有機酸等代謝物能夠促進各類礦物分解，使得磷、鉀、銅、鋅等元素得以從礦物中釋放出來[33]。與此同時，地布覆蓋下土壤全氮含量顯著下降，這與前人研究不一致[34]，這可能是因為地布覆蓋促進了桃樹根部對氮元素的吸收，使得土壤氮含量有所降低。

土壤酶活性受土壤微生物以及溫度等非生物環境因素的影響[35]。孫冰潔等[36]發現，相對水勢高的土壤中細菌的活性高。劉子涵等[37]認為，土壤水分條件是影響微生物多樣性的直接因素。在本試驗中，地布覆蓋下桃樹根際土壤過氧化氫酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶和脲酶活性均顯著升高，極有可能是地布覆蓋下的土壤長期處于適宜的溫度和濕度中，改善了微生物生存和繁殖的環境，也有利于土壤酶類進行反應，加速土壤營養的轉化[38]。

土壤理化性質的變化是細菌群落動態的驅動因素[39]。地布覆蓋改變了土壤理化性質及物理結構，同時也改變了土壤微生物群落結構。在門水平，地布覆蓋處理相比于不覆蓋處理變形菌門的相對豐度有明顯提高，而放線菌門相對豐度則明顯下降；在綱水平上，γ 變形菌綱為地布覆蓋下土壤中優勢最強的菌門，α 變形菌綱、放線菌綱及其他門的細菌相較于不覆蓋均有所削弱。綜合土壤的理化性質結果來看，作為優勢菌門的變形菌門細菌相對豐度與土壤磷、鉀及微量元素含量呈正相關，這與張建峰等[40]研究結果相一致。同時，變形菌門相對豐度與土壤過氧化氫酶、脲酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶活性均呈顯著正相關，這是因為變形菌是土壤中最主要的細菌種類，土壤中的代謝活動多數由變形菌完成[41]，豐富的變形菌有利于土壤中動植物殘體的分解與腐殖質的形成。與之截然相反的是，放線菌門的相對豐度與土壤有機質和酶活性呈負相關，這與劉子涵等[37]和翟婉璐等[42]的研究成果不一致。這可能是因為放線菌適宜生長在中性偏堿性土壤中[43]，而覆蓋條件下微生物活性高，二氧化碳釋放速率加快，加上土壤交換酸的增加[44]，使得土壤酸堿度降低，不利于放線菌的生長。

地布覆蓋下土壤細菌種類趨于單一，多樣性有所下降，這可能是因為優勢菌種的生長更為適宜，抑制了其他菌種的生長。另一方面，地布覆蓋抑制了一些植物病原菌的出現，降低了植株感病的風險。從BugBase 表型分析結果來看，地布覆蓋下桃樹根際土壤中好氧菌的相對豐度顯著上升，而厭氧菌則有所下降，這可能說明地布覆蓋對土壤通氣狀況有所改善，改善了土壤的物理結構，有利于桃樹根系的呼吸作用。

果實產量的高低及品質的優劣一般由品種、氣候、栽培管理措施等條件決定，合理的果園管理模式能夠改良土壤狀況，培肥地力，改善微生物生存狀況，增加其群落結構及多樣性，促進植物根系對水分和養分的吸收，從而提高果實產量和品質。李宏建等[45]、曹欣冉等[46]和周江濤等[47]在蘋果園的地布覆蓋研究結果中均表明，地布覆蓋時蘋果果實單果重、可溶性固形物含量、固酸比等指標皆顯著優于不覆蓋。從試驗結果上看，桃果實單果重、可溶性糖含量及維生素C 含量在地布覆蓋條件下有所提高，這與前人研究結果一致[45,48]。雖然地布覆蓋顯著提高了果實可溶性糖含量及糖酸比，但在可溶性固形物指標上卻未見顯著差異，這與周江濤等[47]研究結果不符，原因有待進一步試驗驗證。此外，在果實硬度、果形指數上2個處理間未見顯著差異，這有待更多樣本試驗的探索。總體來說，地布覆蓋促進了桃果實可溶性糖的合成，提高了桃果實品質與風味。

綜上所述，地布覆蓋可以在一定程度上改善土壤的理化性質，提高土壤微生物活性，并改善果實的品質。然而，在地布覆蓋對桃果實品質作用的機理上，本研究沒有考慮其他因素，如光照等，可能會有一定的局限性。為此應開展更全面、綜合性更強的覆蓋研究。