崔學(xué)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(xué)廣西地標(biāo)作物大數(shù)據(jù)工程技術(shù)研究中心，南寧師范大學(xué)北部灣環(huán)境演變與資源利用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南寧師范大學(xué)廣西地表過程與智能模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(yīng)用歷史。塑料地膜出現(xiàn)以后，地面覆蓋在我國作物生產(chǎn)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用[3-4]，是農(nóng)作物生產(chǎn)管理的重要措施。研究表明，地面覆蓋對(duì)土壤環(huán)境有復(fù)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(duì)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(fā)生澇害[8]。在現(xiàn)代栽培模式下，地膜覆蓋是提高玉米、大豆等大田作物產(chǎn)量的重要手段[9-10]。利用地膜覆蓋對(duì)園藝作物進(jìn)行管理也有報(bào)道，地膜覆蓋可以優(yōu)化果樹根系微環(huán)境、提高果樹對(duì)有機(jī)質(zhì)的利用效率、調(diào)節(jié)土壤溫度和濕度等理化性質(zhì)，同時(shí)也對(duì)土壤中的細(xì)菌產(chǎn)生一定影響，進(jìn)而影響果實(shí)品質(zhì)[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(bào)道?；诖?，本研究以無覆蓋管理為對(duì)照，在‘沙田柚’采收前45 d 鋪設(shè)3 種地膜處理，分析覆蓋后‘沙田柚’果實(shí)品質(zhì)及土壤理化性質(zhì)，同時(shí)利用高通量測(cè)序的方法對(duì)土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和多樣性進(jìn)行研究，以期為‘沙田柚’園的精細(xì)管理提供理論和實(shí)踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)地位于廣西壯族自治區(qū)玉林市容縣五一柚場(chǎng)，東經(jīng)111.33°，北緯22.55°，最高海拔151 m，合計(jì)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(yàn)處理

在試驗(yàn)地北坡選取12 株長勢(shì)一致的‘沙田柚’樹，上次施肥距本次覆蓋處理60 d，處理前對(duì)土壤基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行取樣測(cè)試，在每株樹樹冠范圍內(nèi)用5點(diǎn)法取土樣，取土深度為10～20 cm，混合為1 個(gè)樣品[16]；各個(gè)預(yù)處理間土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)無顯著性差異，其有機(jī)質(zhì)含量為20.98 g/kg、速效鉀含量為211.67 mg/kg、銨態(tài)氮含量為45.59 mg/kg、硝態(tài)氮含量為62.88 mg/kg、無機(jī)磷含量為105.56 mg/kg、pH 值5.35，處理后試驗(yàn)地累計(jì)降雨量25 mm。

2019 年9 月15 日進(jìn)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(shè)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(chǎn)；②防水透氣地膜，杜邦公司生產(chǎn)的特衛(wèi)強(qiáng)農(nóng)用地膜，有一定的反光效果；③透明塑料地膜，山東億德塑業(yè)生產(chǎn)；④以無覆蓋處理為對(duì)照。所有處理均利用地釘固定，樹冠投影范圍內(nèi)全部鋪設(shè)，3 種地膜覆蓋處理的樹體基部均用塑料布包裹嚴(yán)實(shí)呈裙?fàn)?。每處? 株樹，單株小區(qū)。

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(shí)，每株樹采集果實(shí)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(nèi)用5 點(diǎn)法取土樣，取土深度為10～20 cm，混合為1 個(gè)樣品，分為兩部分，一部分進(jìn)行土壤理化性質(zhì)測(cè)定，另一部分進(jìn)行土壤細(xì)菌多樣性測(cè)定。

1.4 試驗(yàn)方法

1.4.1 果實(shí)品質(zhì)的測(cè)定

利用手持糖度儀（FANUOWEI）測(cè)定果實(shí)可溶性固形物含量，待測(cè)果實(shí)切開后取赤道附近果肉，利用手持壓汁器取果汁，測(cè)定3 次，計(jì)算平均值[17]。果實(shí)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(cè)試，其他品質(zhì)指標(biāo)利用齊一生物科技（上海）生產(chǎn)的試劑盒進(jìn)行測(cè)試。蔗糖含量測(cè)定原理：蔗糖水解產(chǎn)物果糖與間苯二酚反應(yīng)，在480 nm 有特征吸收峰；果糖含量測(cè)定原理：果糖與間苯二酚反應(yīng)，在480 nm 有特征吸收峰；葡糖糖含量測(cè)定原理：葡萄糖氧化酶催化葡萄糖氧化，其產(chǎn)物之一的過氧化氫可氧化4-氨基安替比林偶聯(lián)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(xì)菌多樣性的測(cè)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(cè)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(biāo)的測(cè)定

土壤理化指標(biāo)利用齊一生物科技（上海）生產(chǎn)的試劑盒進(jìn)行測(cè)試。土壤有機(jī)質(zhì)含量測(cè)定原理：以硫酸亞鐵為標(biāo)準(zhǔn)液，在585 nm 處比色測(cè)定；有效硼含量測(cè)定原理：硼與甲亞胺在弱酸條件下反應(yīng)的產(chǎn)物在420 nm 有特征吸收峰；速效鉀含量測(cè)定原理：鉀離子與四苯硼鈉的沉淀產(chǎn)生的濁度，在420 nm 處的濁度和鉀離子濃度呈正比；銨態(tài)氮含量測(cè)定原理：在強(qiáng)堿性介質(zhì)中與次酸鹽和苯酚反應(yīng)產(chǎn)物在625 nm 處有特征吸收峰；硝態(tài)氮含量測(cè)定原理：濃酸條件下，其與水楊酸反應(yīng)的產(chǎn)物在410 nm 處有特征吸收峰。

利用便攜式土壤溫度儀檢測(cè)土壤溫度，取樣前連續(xù)3 d 測(cè)定土壤溫度，時(shí)間為8：00—18：00，每2 h 測(cè)定1 次，計(jì)算平均值，利用烘干法檢測(cè)土壤含水量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)利用Excel 2010 和SPSS 23 軟件進(jìn)行處理；利用Uparse 軟件[18]完成OTUs 相關(guān)分析；利用Qiime 軟件完成樣本復(fù)雜度分析和多樣本比較分析，利用R 軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同覆蓋材料對(duì)‘沙田柚’果實(shí)品質(zhì)的影響

2.1.1 不同處理對(duì)‘沙田柚’果實(shí)可溶性糖和可溶性固形物含量的影響

由表1 可知，與對(duì)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(dá)顯著水平；透明塑料地膜處理對(duì)‘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(shí)可溶性糖和可溶性固形物含量

2.1.2 不同處理對(duì)‘沙田柚’果實(shí)有機(jī)酸含量的影響

由表2 可知，與對(duì)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(jī)酸含量均與對(duì)照差異不顯著。

表2 不同處理果實(shí)有機(jī)酸含量 mg/g

2.2 不同覆蓋材料對(duì)‘沙田柚’果園土壤細(xì)菌的影響

2.2.1 不同處理對(duì)‘沙田柚’果園土壤細(xì)菌群落多樣性的影響

采用高通量測(cè)序法對(duì)土壤細(xì)菌進(jìn)行測(cè)序，共獲得846 209 條序列，經(jīng)過質(zhì)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(shù)，獲得的OTUs 總數(shù)目為21 393 個(gè)，得到的物種合計(jì)為3 257 種，不同組別獲得物種數(shù)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(shù)據(jù)量漸進(jìn)合理。

圖1 各組別的稀釋曲線

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

表3 不同處理土壤細(xì)菌的α多樣性指數(shù)

2.2.2 不同處理對(duì)‘沙田柚’果園土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)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(xì)菌的群落結(jié)構(gòu)。

圖2 土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的主坐標(biāo)分析

2.2.3 不同處理對(duì)‘沙田柚’果園土壤細(xì)菌群落組成的影響

不同地膜覆蓋的‘沙田柚’果園土壤細(xì)菌在門分類水平下的相對(duì)豐度如圖3 所示。在門分類水平相對(duì)豐度前 10 的細(xì)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(lán)藻門（0.28%～0.99%）、疣微菌門（0.26%～1.36%）。對(duì)其具體分析發(fā)現(xiàn)，變形菌門和放線菌門是優(yōu)勢(shì)種群，其相對(duì)豐度和為59.18%～64.29%。與對(duì)照相比，地膜覆蓋處理提高了放線菌門、藍(lán)藻門的相對(duì)豐度，降低了厚壁菌門的相對(duì)豐度。

在屬分類水平對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步分析，以前10豐度的屬進(jìn)行作圖，結(jié)果如圖4 所示。其主要菌屬（相對(duì)豐度＞1%）在覆蓋處理后存在差異，對(duì)照樣本中獲得了15 個(gè)屬，防水透氣地膜處理的樣本中獲得了14 個(gè)屬，透明塑料地膜處理的樣本中獲得了18 個(gè)屬，在反光地膜處理的樣本中獲得了14 個(gè)屬，其中有6 個(gè)屬在所有樣本中的相對(duì)豐度均大于1%，這6 個(gè)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(xì)菌門分類水平的比較

圖4 不同處理‘沙田柚’果園土壤細(xì)菌屬分類水平的比較

2.3 不同覆蓋材料對(duì)果園土壤理化性質(zhì)的影響

由表4 可知，地膜處理影響了果園土壤的理化性質(zhì)。不同的地膜對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響不同，與對(duì)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(jī)質(zhì)、無機(jī)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(duì)養(yǎng)分的利用；反光地膜覆蓋顯著降低了土壤有機(jī)質(zhì)、無機(jī)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(zhì)

2.4 土壤細(xì)菌與環(huán)境因子間的關(guān)系分析

利用CCA 分析土壤理化性質(zhì)和細(xì)菌門分類水平的關(guān)系，結(jié)果如圖5 所示。在細(xì)菌門分類水平上，77.69%的細(xì)菌群落變化可以被測(cè)定的土壤環(huán)境因子所解釋。土壤含水量、土壤有機(jī)質(zhì)含量、土壤銨態(tài)氮含量和土壤無機(jī)磷含量是對(duì)土壤細(xì)菌變化貢獻(xiàn)最大的幾個(gè)因素。

圖5 不同處理‘沙田柚’果園的土壤環(huán)境因子與細(xì)菌門水平的冗余分析

3 討論與結(jié)論

地面覆蓋是現(xiàn)代果園管理的重要手段[19]，通過地面覆蓋的方法可以調(diào)節(jié)土壤的溫濕度、改善土壤結(jié)構(gòu)、優(yōu)化作物生長的小氣候[20]。在柑橘果實(shí)成熟前期，土壤水分對(duì)柑橘果實(shí)品質(zhì)有重要的影響[21]。在果實(shí)成熟期，適度的干旱可以促進(jìn)柑橘果實(shí)糖、酸的積累，提高柑橘果實(shí)品質(zhì)[22-23]，在‘沙田柚’中的研究表明，過度干旱會(huì)造成口感異味等品質(zhì)的劣變，連續(xù)的降雨則會(huì)造成果實(shí)風(fēng)味下降、可溶性固形物含量降低、裂果等現(xiàn)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(jīng)過覆蓋處理，土壤水分含量與對(duì)照相比均有顯著提高。因此，在‘沙田柚’果實(shí)成熟期，通過地膜覆蓋調(diào)節(jié)土壤水分提高果實(shí)品質(zhì)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(duì)棗[25]、蘋果[4]、葡萄[26]等的研究發(fā)現(xiàn)，不同的覆蓋材料對(duì)果實(shí)品質(zhì)有不同的影響。本研究中，不同的覆蓋材料對(duì)果實(shí)品質(zhì)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(zhì)的重要風(fēng)味物質(zhì)可溶性糖和檸檬酸的含量，而透明塑料地膜和對(duì)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(jìn)果實(shí)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(shí)品質(zhì)，反光膜有更好的反光特性，對(duì)糖的提高優(yōu)于防水透氣地膜，在干旱年份光照的改善可能是提高果實(shí)品質(zhì)更好的方法。

覆蓋處理可以改變果園細(xì)菌的群落結(jié)構(gòu)[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(xì)菌的群落結(jié)構(gòu)。在門水平對(duì)土壤細(xì)菌進(jìn)行進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，變形菌門是‘沙田柚’果園土壤最優(yōu)勢(shì)種群，與課題組前期‘沙田柚’果園中的研究結(jié)果相似[32]，證明了處于相同生境的樣本細(xì)菌類群在一定范圍內(nèi)具有相似性。對(duì)不同菌門的變化趨勢(shì)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，覆蓋處理后，變形菌門的相對(duì)豐度低于對(duì)照，這一結(jié)果與前人在雷竹林中的研究不同[33]，產(chǎn)生差異的主要原因可能是本研究覆蓋時(shí)間短所導(dǎo)致。研究表明，放線菌門的相對(duì)豐度可能和有機(jī)質(zhì)、土壤氮呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)[34]，本研究的CCA 結(jié)果同樣證明了這一點(diǎn)，放線菌門是本研究的次優(yōu)菌門，同時(shí)覆蓋處理提高了放線菌門的相對(duì)豐度，其結(jié)果產(chǎn)生的原因可能是覆蓋后有更穩(wěn)定的土壤環(huán)境。酸桿菌門一般具有嗜酸的特點(diǎn)，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(duì)豐度[35]。藍(lán)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(lán)藻門相對(duì)豐度變化的原因。本研究對(duì)土壤理化性質(zhì)的變化進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)除銨態(tài)氮和pH 值外，覆蓋處理影響了測(cè)試的6 個(gè)土壤理化指標(biāo)，說明果實(shí)成熟期覆蓋可以給細(xì)菌和‘沙田柚’根系提供更穩(wěn)定的水分條件，促進(jìn)了‘沙田柚’根系對(duì)養(yǎng)分的吸收。