程云飛，李炳韻，胡英宏，趙 艷，阮云澤，張曉波，王蓓蓓，呂烈武

（1. 海南大學 熱帶作物學院，?？?570208; 2. 海南大學 旅游學院，?？?570208;3. 海南省土壤肥料總站，?？?570208）

菠蘿(Ananas comosus)作為地位僅次于香蕉的熱帶水果，在我國主要分布于廣東、海南、廣西、云南、福建及臺灣省等地區(qū)[1]，海南島條件優(yōu)越，菠蘿的種植面積為1.67萬hm2，占全國的20.4%，產(chǎn)量44萬t，占全國的21.94%，是中國的第二大菠蘿產(chǎn)區(qū)[2]。近幾年來，隨著菠蘿產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，菠蘿種植面積不斷增加，為追求高產(chǎn)，海南省菠蘿主要以連作種植模式為主。目前，己有學者對連作菠蘿土壤理化性質(zhì)進行了研究，結(jié)果表明，海南菠蘿園土壤酸化嚴重，氮、磷、鉀養(yǎng)分不平衡，土壤有機質(zhì)含量呈下降趨勢，導致菠蘿園土壤地力退化嚴重[3-6]。由此可見，菠蘿園連作障礙問題已成為限制菠蘿生產(chǎn)的重要因素。針對連作障礙的產(chǎn)生機理研究，國內(nèi)外學者主要對果樹、蔬菜等作物進行了研究，發(fā)現(xiàn)連作障礙主要由土壤養(yǎng)分不平衡、土壤微生物環(huán)境失衡及自毒作用等幾個方面引起[7-12]。其中，土壤微生物和土壤養(yǎng)分之間密切相關，土壤養(yǎng)分可作為表征土壤肥力的指標，而土壤微生物數(shù)量分布可以敏感地反映土壤肥力變化，可作為評價土壤肥力水平的生物學指標，直接影響土壤養(yǎng)分的有效性和肥力狀況[13]。連作障礙的發(fā)生與根際微生態(tài)失衡有關，連作將使微生物多樣性水平降低，造成細菌型土壤向真菌型土壤轉(zhuǎn)化，最終表現(xiàn)為連作障礙[14-15]。劉亞鋒等[16]發(fā)現(xiàn)，黃瓜連作可減少土壤中可培養(yǎng)微生物數(shù)量，其中，細菌數(shù)量明顯減少，真菌的種類和數(shù)量都有很大的變化；黃玉茜等[17]研究花生連作時發(fā)現(xiàn)，隨著連作年限的增加，花生根際和非根際土壤中細菌、放線菌數(shù)量明顯減少，而真菌數(shù)量明顯增加；雷娟利等[18]的研究結(jié)果表明，不同蔬菜品種和不同的連作年限導致土壤中細菌種類的組成也發(fā)生了明顯的變化；SHEN等[19]研究發(fā)現(xiàn)，香蕉連作年限與枯萎病發(fā)病率正相關，而與產(chǎn)量呈負相關，土壤微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯變化，尤其以真菌更明顯。由此可見，連作造成土壤中一些功能細菌的種類和數(shù)量發(fā)生了相應的變化。因此，研究不同連作年限菠蘿園土壤微生物數(shù)量的變化情況，對菠蘿園土壤肥力衰退研究具有重要意義。

目前，國內(nèi)外學者主要對海南省菠蘿園主產(chǎn)區(qū)土壤養(yǎng)分狀況進行了研究，而對于不同連作年限菠蘿園土壤養(yǎng)分與可培養(yǎng)微生物數(shù)量的相關性研究未見報道。因此，為進一步了解海南主產(chǎn)區(qū)瓊海市菠蘿園生產(chǎn)現(xiàn)狀，實現(xiàn)菠蘿高產(chǎn)高效生產(chǎn)，本研究以海南省主產(chǎn)區(qū)瓊海市不同連作年限菠蘿園土壤為研究對象，分析不同連作年限菠蘿園土壤養(yǎng)分與可培養(yǎng)微生物數(shù)量指標的變化，旨在了解土壤養(yǎng)分與可培養(yǎng)微生物數(shù)量之間的關系，以期為連作菠蘿園合理施肥及土壤生態(tài)環(huán)境的改善提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試土壤土壤樣品取自海南省瓊海市主產(chǎn)區(qū)菠蘿園。瓊海市位于海南島東部（110°7′～110°40′E，18°59′～19°29′N），屬于熱帶季風氣候區(qū)，溫差小，年平均氣溫23～25 ℃，年降雨量2 000～2 500 mm，雨量充沛，雨季旱季分明[20]。供試土壤類型主要是花崗巖發(fā)育的磚紅壤。

選取連作年限為4、6、8、10、12 a的菠蘿園土壤為研究對象，調(diào)研區(qū)域平均施肥量為N 900 kg·hm-2、P2O5770 kg·hm-2、K2O 1 250 kg·hm-2，常規(guī)管理。于2019年7月～ 8月取樣，取樣土層深度為0～20 cm，對角線5點取樣，分別混勻后取500 g土樣裝袋，注明采集時間與地點，帶回實驗室，一部分土壤樣品用于可培養(yǎng)微生物數(shù)量的測定，一部分土壤樣品自然風干，過篩處理后用于土壤養(yǎng)分指標的測定，每個處理3 次重復。

1.2 土壤養(yǎng)分指標的測定采用重鉻酸鉀容量法—外加熱法測定土壤有機質(zhì)，堿解擴散法測定土壤堿解氮，鹽酸－氟化銨法測定土壤速效磷，乙酸銨提取-火焰光度計法測定速效鉀，乙酸銨浸提－原子吸收分 光光度法測定交換性鈣和交換性鎂，水浸提電位法測定土壤pH[21]。

1.3 土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量的測定采用稀釋平板培養(yǎng)法[22]測定土壤可培養(yǎng)細菌、真菌、放線菌數(shù)量。細菌采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基，30 ℃培養(yǎng)24 h；真菌采用孟加拉紅培養(yǎng)基，28 ℃培養(yǎng)72 h；放線菌采用高氏一號培養(yǎng)基，28 ℃培養(yǎng)72 h。然后，計數(shù)平板上形成的菌落數(shù)，菌落數(shù)計算公式如下：

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析土壤養(yǎng)分等級評價：綜合第二次全國土壤普查養(yǎng)分分級標準和前人對菠蘿園養(yǎng)分評級標準[5-6]，對調(diào)查采樣地塊養(yǎng)分狀況進行單個測定指標一般性等級評價。具體的土壤養(yǎng)分分級標準見表1。

表1 菠蘿園土壤養(yǎng)分豐缺劃分標準Tab. 1 Classification standards for soil nutrients in pineapple orchards

pH＞ 8.5強堿性，pH7.5～8.5堿性，pH6.5～7.5中性，pH5.5～6.5弱酸性，pH4.5～5.5酸性，pH＜ 4.5強酸性。

利用Microsoft Excel 2010，IBM SPSS Statistics V21和Canoco5軟件進行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析和作圖。采用Duncan方法分析樣品之間的差異性（P＜0.05）。采用冗余分析（RDA）研究土壤樣品可培養(yǎng)微生物數(shù)量和養(yǎng)分指標之間的相關性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同連作年限菠蘿園土壤養(yǎng)分含量的變化從表2可以看出，隨著連作年限的延長，土壤有機質(zhì)含量呈下降趨勢，其中，連作4 a的菠蘿園土壤有機質(zhì)含量最高，為10.87 g·kg-1，與連作12年菠蘿園相比，差異顯著（P＜0.05）；不同連作年限菠蘿園土壤堿解氮含量在52.50～147.00 mg·kg-1之間，隨著連作年限的延長也呈下降的趨勢，其中連作4年土壤堿解氮含量最高，與連作6、8、10、12 a相比，差異顯著（P＜0.05）；土壤速效磷含量在126.64～166.29 mg·kg-1之間，連作4、6、8、10 a土壤速效磷含量呈現(xiàn)上升的趨勢，到連作12 a時土壤速效磷含量呈下降趨勢；土壤速效鉀含量呈先下降再升高的趨勢，連作4、6、8、12 a之間差異顯著（P＜0.05），連作6 a和連作10 a之間差異不顯著（P＞0.05）；土壤pH4.35～5.44，呈先升高后降低的趨勢；土壤交換性鈣、鎂含量則在連作8 a、10 a土壤中積累量最多。

表2 不同連作年限菠蘿園土壤養(yǎng)分含量的變化Tab. 2 Changes of soil nutrient content in the pineapple orchards with different continuous cropping years

2.2 不同連作年限菠蘿園土壤養(yǎng)分分級評價從表3中可以看出，不同連作年限土壤pH呈酸性或強酸性。不同連作年限土壤有機質(zhì)、堿解氮、交換性鈣鎂含量隨著年限的延長呈現(xiàn)缺乏與極缺乏水平，而土壤速效鉀含量呈現(xiàn)較缺乏與中等水平，土壤的速效磷含量均達到豐富水平，未出現(xiàn)缺乏水平。

表3 不同連作年限菠蘿園土壤養(yǎng)分評價情況Tab. 3 Evaluation of soil nutrients in the pineapple orchards with different continuous cropping years

2.3 連作年限對菠蘿園土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量的影響采用平板計數(shù)法對不同連作年限菠蘿園土壤可培養(yǎng)微生物進行測定，結(jié)果見圖1～圖3。

圖1 不同連作年限下菠蘿土壤細菌數(shù)量的變化注：不同字母表示不同處理間差異顯著（P ＜ 0.05）。下同。Fig. 1 Changes in the number of soil bacteria in the pineapple orchards for different continuous cropping years.Note: Different lowercase letters mean significant difference among treatments (P ＜ 0.05), similarly hereinafter.

圖3 不同連作年限下菠蘿土壤放線菌數(shù)量的變化Fig. 3 Changes in the number of soil actinomycetes in the pineapple orchards for different continuous cropping years

由圖1可知，菠蘿園土壤可培養(yǎng)細菌數(shù)量隨連作年限的增加呈現(xiàn)逐年下降的趨勢，連作4 a可培養(yǎng)細菌最多，達到50.21×104CFU·g-1（干土），連作12 a最低，只有12.71×104CFU·g-1（干土）。方差分析表明，菠蘿園連作4 a的土壤，可培養(yǎng)細菌數(shù)量與連作6、8、10、12 a的差異達顯著水平(P＜0.05)，連作6、8 a之間差異不顯著。由圖2可以看出，菠蘿園土壤的可培養(yǎng)真菌數(shù)量為2.64×103CFU·g-1～7.54×103CFU·g-1。不同連作年限的菠蘿園土壤可培養(yǎng)真菌數(shù)量的變化趨勢與細菌的變化趨勢相反。隨著連作年限的增加，土壤中真菌的數(shù)量呈現(xiàn)上升的趨勢。方差分析表明，菠蘿園連作4 a的土壤可培養(yǎng)真菌數(shù)量與連作8、10、12 a 土壤達到顯著差異(P＜0.05)。

圖2 不同連作年限下菠蘿土壤真菌數(shù)量的變化Fig. 2 Changes in the number of soil fungi in the pineapple orchards for different continuous cropping years.

由圖3可知，隨著連作年限的增加，土壤中放線菌可培養(yǎng)數(shù)量在連作4、6、8、10、12 a內(nèi)呈下降的趨勢，且在8 a后數(shù)量顯著下降。方差分析結(jié)果表明，8、10、12 a的可培養(yǎng)放線菌數(shù)量差異不顯著（P＞0.05）。

2.4 土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量與土壤養(yǎng)分指標相關性分析 利用冗余分析法分析不同連作年限菠蘿園土壤養(yǎng)分與可培養(yǎng)微生物數(shù)量之間的關系(圖4)，位于第二象限的可培養(yǎng)細菌數(shù)量主要受土壤速效磷與pH的影響，且呈正相關，與土壤速效鉀、有機質(zhì)及堿解氮呈負相關。位于第四象限的可培養(yǎng)真菌數(shù)量和位于第一象限的可培養(yǎng)放線菌數(shù)量與土壤堿解氮、有機質(zhì)、速效鉀呈正相關，并主要受土壤堿解氮、速效鉀的影響。從圖4中還可以看出，相同的環(huán)境因子在不同的土壤中也存在差異，連作8、10 a的菠蘿園土壤樣品主要分布在第三象限，說明其主要與土壤速效磷、pH含量有關，且呈正相關。連作4、6 a的菠蘿園土壤樣品主要分布在第一象限和第四象限，與土壤速效磷、有機質(zhì)和堿解氮含量呈正相關。連作12年的菠蘿園土壤在第二象限，其與土壤環(huán)境因子的相關性差于其他土壤樣品。

圖4 不同連作年限菠蘿園土壤養(yǎng)分與可培養(yǎng)微生物數(shù)量的冗余分析（RDA）OM：有機質(zhì)；AP：速效磷；AK：速效鉀；AN：堿解氮；Bacteria：細菌；Fungus：真菌；Actinomycetes：放線菌Fig. 4 RDA analysis of soil culturable microorganisms and soil nutrients in the pineapple orchards for different continuous cropping years OM: Organic matter; AP: Available phosphorus; AK:Available potassium; AN: Alkali-hydrolyzed nitrogen.

3 討 論

3.1 連作年限對菠蘿園土壤養(yǎng)分含量的影響本研究結(jié)果表明，隨著連作年限的延長，土壤有機質(zhì)、堿解氮和速效鉀含量呈現(xiàn)下降趨勢，這與前人的研究結(jié)果相一致[3,6]，而土壤有機質(zhì)含量是土壤肥力的重要指標，造成土壤有機質(zhì)下降的原因可能是由于菠蘿園長期連作，農(nóng)戶有機肥投入少及化肥的施用量過大造成土壤養(yǎng)分耗竭，導致土壤的有機物隨著年限的增加越來越少[23]。堿解氮含量下降的原因可能是因為研究區(qū)域土壤質(zhì)地為砂質(zhì)土，而氮在土壤中的轉(zhuǎn)化和移動性較強，在海南高溫多雨條件下，肥料氮可能隨著雨水流失或者通過反硝化作用轉(zhuǎn)化損失到空氣中，從而導致土壤堿解氮含量越來越少；鉀素是菠蘿生長需求量最大的養(yǎng)分[24]，在研究區(qū)域內(nèi)可能是由于農(nóng)戶施肥時鉀供應不足，從而加劇了土壤鉀素的耗竭，造成了土壤速效鉀含量降低。土壤中速效磷的含量隨著連作年限的延長呈現(xiàn)上升趨勢，出現(xiàn)明顯的富集現(xiàn)象，這一結(jié)論與鄧陽春等[25]的研究結(jié)果一致，可能是因為研究區(qū)域長期施用15-15-15復合肥，而菠蘿對磷的需求量低于氮鉀，在加上磷元素在土壤中較難移動，易固定[26]，因此隨著年限的增加土壤中積累了大量的磷素，為了提高磷的生物有效性，需要根據(jù)菠蘿養(yǎng)分需求特征控制磷肥的供應量，減少土壤對磷的固定。本研究結(jié)果還表明，隨著年限的延長土壤pH值則呈現(xiàn)降低的趨勢，范圍在4.35～5.44之間，可能是由于菠蘿長期連作過程中，單一施用化肥造成了土壤酸化[27]。

3.2 連作年限對菠蘿園土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量的影響本研究結(jié)果表明，隨著連作年限的增加，土壤細菌、放線菌數(shù)量逐漸減少，土壤真菌數(shù)量逐漸增加，菠蘿連作土壤從“細菌型”轉(zhuǎn)換成“真菌型”。這一結(jié)論與李瓊芳[28]、李靜怡等[29]的研究結(jié)果相一致。LARKIN[30]在研究中發(fā)現(xiàn)，連作土豆土壤細菌和放線菌數(shù)量減少，真菌數(shù)量增加，李凱等[31]發(fā)現(xiàn)，連作西瓜土壤細菌和放線菌數(shù)量減少，真菌數(shù)量增加，土壤微生物環(huán)境失衡的狀態(tài)會嚴重威脅西瓜的品質(zhì)和產(chǎn)量，這與本研究結(jié)論基本相符。

3.3 連作菠蘿土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量與土壤養(yǎng)分指標相關性分析土壤微生物參與土壤反應過程，主要通過改善土壤的理化性質(zhì)等來影響土壤的肥力，土壤微生物的數(shù)量在一定程度上反映了土壤的肥力水平[32]。冗余分析結(jié)果表明，可培養(yǎng)細菌數(shù)量主要受速效磷與pH的影響，劉平靜等[33]的研究結(jié)果表明，小麥土壤的pH對土壤細菌群落的影響性強，這與本研究結(jié)果基本相一致?？膳囵B(yǎng)真菌與放線菌數(shù)量與堿解氮、有機質(zhì)和速效鉀含量呈正相關，并主要受堿解氮與速效鉀含量影響，這一結(jié)論與齊文娟等[34]的研究結(jié)果相一致。

目前，海南瓊海連作菠蘿園土壤速效磷出現(xiàn)了明顯的富集，土壤有機質(zhì)、堿解氮含量隨著連作年限的延長逐漸減少，可培養(yǎng)真菌數(shù)量逐漸增加，菠蘿易發(fā)生病害、生長不良。為了使海南菠蘿園土壤養(yǎng)分及土壤微生物群落結(jié)構(gòu)平衡，應嚴格控制化肥的施用，加大有機肥投入，從而提高菠蘿園土壤肥力。