不同種植年限蘋果園根際土壤養分、pH 及微生物的相關性

黃晶淼，劉國鑫，劉佩杭，王金鑫，盧威成，索相敏

（1.河北省農林科學院石家莊果樹研究所，河北石家莊050061；2.河北農業大學植物保護學院，河北保定071000）

蘋果在世界經濟作物中占有重要的地位，我國的蘋果產量和面積均居世界第1 位。但是，長期種植單一果樹會造成連作障礙（或稱忌地現象），進而減弱樹勢，影響果樹產量、果品質量和經濟效益等[1]。人們將引起果樹連作障礙的病因分為2 類：一類是不適宜的土壤pH、過剩或缺乏的土壤養分、土壤污染及不當的栽培方式等非生物因素；另一類是土壤中的真菌、放線菌等對植物生長發育具有多方面調節作用的生物因素[2-4]。

土壤養分、pH 與土壤微生物之間相互影響，構成土壤這一動態變化的復合體[5]。不同樹種、土壤肥力、土壤結構以及不同的栽培管理方式等都會直接影響土壤微生物的構成和數量。而土壤微生物作為土壤中最活躍的成分，反過來又在土壤營養和能量的循環、交換過程中起著重要作用，對土壤肥力的維持和改善造成一定影響[6-7]。

行唐縣地處太行山淺山丘陵區與華北平原交匯地帶，屬暖溫帶半濕潤季風性氣候，適宜種植蘋果。蘋果產業在行唐縣經濟中占有重要地位。目前，該縣50%以上的蘋果園為老齡果園，面臨著更新換代。

本研究選取行唐縣賈洛營村種植年限分別為5、14、23 a 的3 個蘋果園為研究對象，對根際土壤養分、pH 和微生物含量進行了調查，旨在明確長期種植單一果樹與土壤養分、pH 和微生物之間的關系，為科學施肥、改善老齡蘋果園土壤環境以及減輕連作障礙提供科學依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試土壤采自行唐縣賈洛營村3 個蘋果園，種植年限分別為5、14、23 a。果園為沙壤土，主栽品種為短枝富士和紅星，常規管理。

1.2 試驗方法

2017 年6 月，采用五點取樣法選取樣區，于樣區樹冠外緣30 cm 處選取2 點，采集0～40 cm 土層的土壤，混合均勻，帶回實驗室置于密封袋，于4 ℃冷藏保存。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 土壤養分含量測定 有機質含量采用高溫外加熱重鉻酸鉀氧化- 容量法測定；全氮含量采用凱氏定氮法測定；銨態氮含量采用2 mol/LKCl 浸提-靛酚藍比色法測定；硝態氮含量采用雙波長紫外分光光度法測定；速效磷含量采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定；速效鉀含量采用乙酸銨浸提-火焰光度計法測定；土壤pH 采用pH 計法測定[8]。

1.3.2 土壤微生物分析 細菌采用牛肉膏蛋白胨瓊脂培養基在37 ℃條件下倒置培養2～3 d；放線菌采用重鉻酸鉀改良高氏瓊脂培養基在28 ℃條件下倒置培養4～5 d；真菌采用鏈霉素- 馬丁氏孟加拉紅瓊脂培養基在28 ℃條件下倒置培養4～5 d。然后，采用稀釋平板分離法對土壤細菌、真菌、放線菌進行分離與測定[9]。

1.3.3 土壤微生物多樣性的測定 選用Shannon-Wiener 指數（H）分析微生物的多樣性特征。

其中，Pi是第i個屬相對豐富度，Ni為屬i的單菌落數量，N為土樣的總單菌落數量。

1.3.4 土壤營養指數的測定 以我國肥沃土壤中微生物總數的平均值1.60×107cfu/g 為評價標準，探討不同種植年限蘋果園的土壤營養指數。

其中，Ci為實測土壤微生物平均值，Coi為1.60×107cfu/g。

1.4 數據分析

采用Excel 2003 軟件對試驗數據進行處理，采用SPSS 26.0 軟件進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 不同種植年限蘋果園根際土壤養分含量變化

土壤有機質含量是反映土壤肥力的一項重要指標，也是土壤質量演化趨勢的標志之一。從表1可以看出，隨著蘋果園種植年限的延長，土壤有機質含量呈顯著上升趨勢，其中，5 年生樹根際土壤有機質含量最低，為6.95 g/kg，14、23 年生樹有機質含量分別為 7.24、11.12 g/kg。

表1 不同種植年限根際土壤養分含量

隨著種植年限的延長，果園土壤速效磷含量呈現顯著增長趨勢。磷素含量隨年限延長出現大量累積，說明該地果園普遍存在磷肥過量施用的現象，而23 a 果園土壤磷素含量較高，可能與果樹衰老其吸收功能降低有關。

不同種植年限蘋果園土壤全氮含量間差異均不顯著；土壤中銨態氮、速效鉀含量均隨種植年限延長呈波動性上升趨勢，均以14 a 果園的含量最高，23 a 果園略有下降；土壤硝態氮含量隨種植年限延長呈波動性下降趨勢，14 a 果園的含量最低，23 a 果園又略有增高；14、23 a 果園土壤的速效磷和速效鉀含量相較于5 年生樹均為較豐富狀態，但是磷鉀比在0.28～0.61 范圍內，與適宜磷鉀比0.125 相比，處于偏高水平，再次說明當地果園磷肥施用過量。

隨著蘋果園種植年限的延長，土壤pH 值呈顯著性下降趨勢，其中，23 a 老齡蘋果園土壤酸度最大（pH＝5.49），這可能與根系分泌物如有機酸的長期積累有關。

2.2 不同種植年限蘋果園根際土壤微生物的變化

表2 不同種植年限根際土壤微生物量

從表2 可以看出，不同樹齡蘋果園微生物總量表現為5 a＞14 a＞23 a。隨著蘋果園種植年限的延長，細菌、真菌數量呈逐漸上升趨勢，放線菌數量呈顯著下降趨勢；3 個不同樹齡蘋果園土壤微生物均表現為真菌數量最少，而5、14 a 果園土壤中放線菌數量占絕對優勢，細菌數量次之；23 a 果園表現正相反。以真菌的相對量為標準，計算各類微生物占比情況，結果表明，隨著種植年限的延長，真菌所占比例趨于上升趨勢。

2.3 土壤營養指數和微生物多樣性指數的變化

從表3 可以看出，隨著種植年限的延長，土壤營養指數呈下降趨勢，微生物多樣性指數逐漸上升。其中，5 年生樹齡的土壤營養指數最高，為0.22，14 年生和23 年生樹的營養指數分別為0.20和0.18；5 年生樹的微生物多樣性指數最低，為0.66，14 年生和23 年生樹的微生物多樣性指數分別為0.79 和0.81。微生物多樣性指數與微生物總量變化規律不一致，微生物總量高的土壤，其微生物多樣性不一定高，可能是因為有些土壤養分雖然較為豐富，但是僅有利于某類微生物生長，而不適宜其他類微生物生存，從而致使微生物總量較高，但微生物多樣性指數不高。

表3 不同種植年限土壤營養指數和微生物多樣性指數

2.4 土壤養分、pH 與土壤微生物的相關性分析

土壤微生物數量在一定程度上可以反映土壤養分的水平。從表4 可以看出，土壤中細菌、真菌與土壤有機質、全氮、銨態氮、速效磷和速效鉀均呈正相關，與硝態氮、pH 均呈負相關。其中，細菌數量與速效磷的相關系數為0.959，與硝態氮的相關系數為-0.957，均達到顯著水平（P≤0.05）；真菌數量與速效磷、速效鉀的相關系數分別為0.917 和0.920，與硝態氮的相關系數為-0.985，也均達到顯著水平（P≤0.05）；土壤中放線菌與土壤養分的相關關系與真菌和細菌正好相反，即與土壤有機質、全氮、銨態氮、速效磷和速效鉀均呈負相關，與硝態氮、pH均呈正相關，其中，與速效磷的相關系數為-0.985，與硝態氮、pH 的相關系數分別為0.917、0.912，均達到顯著水平（P≤0.05）。

表4 土壤養分、pH 與土壤微生物的相關性分析

3 結論與討論

果園長期種植單一作物會引起土壤肥力改變。胥繼東等[10]在對渭北旱塬不同樹齡蘋果園營養狀況演化趨勢的研究中發現，果園20 cm 以下土壤中有機質含量隨樹齡增加而呈急劇減少趨勢。本研究中，土壤營養指數隨著種植年限的延長呈下降趨勢，土壤營養指數與土壤肥力呈正相關，與已有研究結果一致[11-12]。但土壤有機質含量隨樹齡的增長呈顯著性上升趨勢，這可能與5 年生樹處于旺盛生長期，養分需求大，而23 年生樹的果園枯枝落葉的積累造成土壤有機質含量增高，加之果園主習慣施用大量有機肥有關[13-14]。另外，隨著種植年限的延長土壤速效磷含量呈顯著上升趨勢，且磷鉀比遠遠超出適宜標準（0.125），這可能與磷肥施用過量，且23 年生樹果園樹體衰老其吸收功能明顯降低有關。應適當降低磷肥施用量、提高鉀肥施用量，調節土壤磷鉀比。

隨著蘋果園種植年限的延長，土壤pH 值呈顯著下降趨勢，且均超出蘋果生長的最適宜范圍（pH值為5.6～6.7）。其中，23 年生樹蘋果園的土壤呈酸性（pH 值為 5.49），pH 值顯著小于 5 年生樹蘋果園（7.59），這可能與有機酸等根系分泌物不斷積累，導致土壤逐漸酸化有關[15]。調節果園土壤pH 值、提高養分含量，是當前老齡果園土壤管理需要采取的重要措施。

土壤是動態變化的pH- 養分- 微生物復合體，土壤養分及土壤pH 的變化，改變了土壤微生物的生存環境[16]。本研究表明，隨著種植年限的延長，微生物生存環境發生了變化，促進了細菌和真菌的生長，抑制了放線菌的生存，致使微生物多樣性指數呈上升趨勢。有文獻報道[17-18]，果園長期種植單一作物，會使植物根系分泌物積累，從而誘導土壤真菌數量增加，并且增加的大部分真菌是引起連作障礙的致病菌，不同地區引起連作障礙的有害真菌種類有所不同。有報道顯示，引起蘋果園連作障礙的主要有害真菌屬有柱孢屬、鐮孢屬、絲核屬、疫霉屬和腐霉屬等[19]。本研究中，隨著種植年限的延長，真菌數量呈顯著上升趨勢，并且真菌所占比例持續升高，這與以往研究結果一致[20]，但是引起行唐縣蘋果園連作障礙的有害真菌種類還有待進一步研究確定。

果園土壤營養指數降低、土壤酸化、微生物總量減少、真菌百分含量增高等均是土壤質量退化的標志。應該根據不同種植年限果園的土壤特點，對果園進行合理管理。本研究中，對于行唐縣老齡蘋果園應適當減少磷肥施用量、降低土壤磷鉀比、減緩土壤酸化速度，改善蘋果園土壤微生態環境，提高蘋果園土壤肥力，減輕連作障礙的影響。