有机物料发酵物对连作苹果园果实品质和产量及土壤微生物的影响*

刘恩太 ，尹承苗，毛志泉

（1 山东农业大学园艺科学与工程学院，作物生物学国家重点实验室，泰安271018）（2 蓬莱市果树工作总站）

我国苹果面积和产量均居世界首位[1-2]，传统优势栽培地区苹果园大部分已进入衰老期，土地资源有限、地域品牌效应等因素使原地重茬栽培在所难免，导致产生苹果连作障碍，树体生长势减弱、果实品质产量降低[3]。连作障碍的发生与微生物群落结构失衡密切相关，合理的土壤微生物群落结构和较高的微生物活性不仅能够减轻连作障碍，还可优化土壤环境[4-6]。目前，克服苹果连作障碍方法主要有：土壤熏蒸，施用有机物料堆肥，接种有益菌，客土，轮作，筛选抗性砧木等[7-10]。有机物料发酵物中含有丰富的生理活性物质[11]，可优化土壤理化环境与微生物区系[8,12-13]，研究有机物料发酵产物防治苹果连作障碍具有重要意义。本研究通过田间试验，探讨有机物料发酵物对连作条件下苹果果实品质、产量及土壤微生物的影响，以期为防控苹果连作障碍提供理论依据和技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料和地点

有机物料发酵物是由鸡粪、羊粪、牛粪、秸秆按6∶1∶1∶2 比例混合后在厌氧条件下充分发酵，春季发酵60 d，夏秋季发酵45 d。发酵物中铵态氮含量0.828 mg/kg，硝态氮含量778.47 mg/kg，速效磷含量76.00 mg/kg，速效钾含量2 345.00 mg/kg。

试验在山东省泰安市岱岳区道朗镇玄家庄村进行。25 年生3 334 m2老苹果园，2008 年12 月刨掉老树，其中，3 000 m2避开原树穴开沟，沟宽80 cm，深60 cm，将表土与底土分开放置，2009 年3月回填，表土填入沟底，底土填入上部，然后定植苗木，作为有机物料发酵物处理园（T）。定植当年7 月和9 月中旬随灌溉水在定植行内浇灌有机物料发酵物，第3 年、第4 年分别在5 月、7 月、9月各月的20 日前后浇灌1 次有机物料发酵物，浓度均为每667 m21.4 m3。其余334 m2常规建园，作为重茬对照（CK1）。同时，在紧邻的麦茬田建新园，面积667 m2，作为正茬对照（CK2）。参照孙海冰等[12]方法，发酵物处理每次浇灌有机物料发酵产物时，2 个对照园追施肥，其氮磷钾含量与发酵物相当。3 个新建园苗木均为嘎拉/M26/平邑甜茶。

1.2 调查内容及方法

苹果园第5 年进入初产期，8 月10 日前后成熟采收，每个处理随机选5 株树，采收全部果实，测定株产，并带回山东农业大学园艺科学与工程学院实验室，测定单果重、纵径、横径，果皮花青苷、类胡萝卜素和叶绿素含量，果肉糖酸组分、硬度、挥发性气体。

每处理选3 株苹果树，在距主干30 cm 处，清除土壤表面杂物，采土样，取样深度为0～30 cm 和30～60 cm，测定土壤微生物及养分含量。

果实硬度用GY-1 型硬度计测定。果皮花青苷含量的测定参照Pirie 等[14]方法，类胡萝卜素、叶绿素含量的测定参照赵世杰等[15]方法。

果肉糖酸组分提取及测定方法：取5 个果实的果肉，切成薄片并混匀，准确称取5 g，加80%酒精15 mL 研磨，75 ℃水浴30 min，然后4 000 r/min离心5 min，取上清液，余下沉淀加入80%酒精10 mL 75 ℃水浴30 min，4 000 r/min 离心5 min，取上清液，提取液于60 ℃条件下蒸干，残渣用5 mL 重蒸水溶解，待测。测定采用高效液相色谱法，分析仪器为美国510 型Waters 高效液相色谱仪。利用N 2000 色谱工作站（Ver.3.30）计算糖酸组分含量，3次重复。

果实挥发性成分的测定参照王海波等[16]方法。取5 个果实的果肉，切成薄片并混匀，称取40 g 样品放于样品瓶中，加入内标物3-壬酮（0.4 mg/mL）5 μL，锡纸密封后将DVB/CAR/PDMS 型萃取纤维头插入瓶中顶空部分，于45 ℃左右水浴萃取30 min。然后将萃取头插入GC 进样口，230 ℃解吸2 min。利用Shimadzu GCMS-QP 2010 气相色谱-质谱联用仪，采用静态顶空气相质谱色谱连用技术测定果实挥发性成分。每处理3 次重复。

挥发性成分的定性方法：未知化合物质谱图经计算机检索同时与NIST05 质谱库相匹配，并结合人工图谱解析及分析确认各种挥发性成分；定量方法：按峰面积归一化法求得各化合物相对质量百分含量，并选择3-壬酮为内标进行精确定量。选取含量大于0.001 μg/g 香气物质为主要香气物质。

土壤养分含量的测定参照鲍士旦[17]方法。参照林先贵[18]方法，测定土壤细菌、真菌和放线菌。

数据利用SPSS 18.0 进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 有机物料发酵物对连作苹果单果重、果形指数和株产的影响

由表1 可知，与重茬对照（CK1）相比，有机物料发酵物处理园（T）单果重增加57.8%，果实纵径和横径分别提高 24.2%、25.0%，株产增加386.5%，与重茬对照的差异均显著，与正茬对照（CK2）差异不显著；三者间果形指数差异不显著。

表1 浇灌有机物料发酵物的连作‘嘎拉’苹果及对照单果重、果实纵横径、果形指数和株产

2.2 有机物料发酵物对连作苹果果实内在品质的影响

由表2 可知，与重茬对照（CK1）相比，有机物料发酵物处理园（T）果皮中花青苷含量和类胡萝卜素含量分别增加386.3%、91.7%，而果实硬度和果皮叶绿素含量分别减少20.3%、58.6%；果实中果糖、葡萄糖、蔗糖含量和总糖含量分别增加60.4%、65.3%、12.7%、48.1%，苹果酸含量减少49.3%，差异均显著。有机物料发酵物处理园蔗糖含量和总糖含量显著高于正茬对照（CK2），其他指标与正茬对照差异不显著。有机物料发酵物处理园和正茬对照果实糖酸比分别为43.82、40.73，在20～60 范围内；重茬对照果实糖酸比为14.95。

表2 浇灌有机物料发酵物的连作‘嘎拉’苹果及对照果实内在品质

2.3 有机物料发酵物对连作苹果果实香气成分的影响

由表3 可知，参考已报道的香气阈值[19-22]，共检测出15 种主要香气物质，有酯类、醛类和醇类3大类物质，以酯类为主，有12 种，‘嘎拉’属于酯香型果实。有机物料发酵物处理园（T）和正茬对照（CK2）12 种酯类香气物质含量均明显高于重茬对照（CK1），而醛类香气物质和醇类香气物质含量明显低于重茬对照。香气值=某种化合物含量/该化合物香气阈值，香气值的常用对数值大于0 的香气成分为特征香气[23]。有机物料发酵物处理园和正茬对照均含有10 种特征香气，其中酯类9 种，醛类1 种。重茬对照含有7 种特征香气，其中酯类5 种，醛类2 种。

表3 浇灌有机物料发酵物的连作‘嘎拉’苹果及对照果实香气成分 ng/g

2.4 有机物料发酵物对连作苹果园土壤养分的影响

由表4 可知，有机物料发酵物处理园（T）土壤有机质含量显著高于正茬对照（CK2），与重茬对照（CK1）差异不显著；3 个处理土壤全氮含量及速效磷含量均无显著差异；速效钾含量以有机物料发酵物处理园最高，正茬对照与重茬对照间无显著差异。

表4 浇灌有机物料发酵物的连作苹果园及对照土壤养分

2.5 有机物料发酵物对连作苹果园土壤微生物的影响

由表5 可知，0～30 cm 土层中，有机物料发酵物处理园（T）和正茬对照（CK2）细菌数量显著高于重茬对照（CK1），真菌数量显著低于重茬对照，细菌/真菌和放线菌/真菌显著高于重茬对照；有机物料发酵物处理园和正茬对照各指标差异均不显著；三者放线菌数量差异不显著。

表5 浇灌有机物料发酵物的连作苹果园及对照土壤微生物 ×105 CFU/g

30～60 cm 土层中，细菌数量表现为有机物料发酵物处理园＞正茬对照＞重茬对照，三者差异显著；放线菌数量三者差异不显著；真菌数量重茬对照显著高于其他2 个处理；细菌/真菌和放线菌/真菌有机物料发酵物处理园和正茬对照均显著高于重茬对照（表5）。

3 小结与讨论

果实色泽是由花青苷、叶绿素、类胡萝卜素等综合作用的结果，果皮中花青苷含量愈高，红色果实着色度愈高[24]。叶绿素对红色形成有一定干扰和屏蔽作用。与重茬园相比，有机物料发酵物提高了苹果果皮中对着色起决定性作用的花青苷含量，而对花青苷色泽呈现有遮蔽作用的叶绿素含量显著降低，进而促进了果实着色，提高了果实外观品质。

贾定贤等[25]研究提出，风味优良的苹果果实，其糖酸比为20～60，偏低者风味偏酸，偏高者风味趋甜。有机物料发酵物处理的果实糖酸比值为43.82，风味优良；重茬果实糖酸比值为14.95，风味偏酸。苹果果实整体香味不仅与单一特征香气成分的种类和含量有直接关系，还与特征香气种类数的多少有关，特征香气物质种类多的果实整体香味更为浓郁[26]。与重茬相比，有机物料发酵物处理后果实增加了4 种酯类特征香气，且酯类特征香气含量均显著高于重茬果实，果实香气品质有效提高。风味物质由糖、酸及香气物质组成，其组成及含量对果实内在品质有着重要影响[27]。因此，有机物料发酵物显著提高了连作条件下果实风味品质。

连作土壤微生物种群结构、数量及比例失调，土传病害加重，某些病原菌微生物数量急剧增加，原有根际微生态平衡被打破[28]。研究表明[10]，不同土层连作土壤风干冻土后再进行土层倒置，连作土壤土层结构发生改变，微生物数量、群落及分布再次被打破。有机物料发酵物中含丰富的生理活性物质，并携带大量有益细菌，可使土壤中细菌数量短时间迅速增加，刘丽英等[11]发现，有机物料发酵物可显著抑制导致苹果连作障碍主要病原真菌的生长繁殖。连作土壤中施用有机物料发酵物，在促进土壤微生物生长繁殖的同时也抑制了有害真菌的生长繁殖，真菌数量显著减少、细菌数量显著增加，优化了微生物区系，细菌/真菌增加，土壤向“细菌型”转变，同时连作土壤理化环境也得到改善[8，12-13]。这种转变有利于苹果植株和果实生长发育。

综上，本文提出的有机物料发酵物有效减少了连作土壤真菌数量，同时细菌数量和细菌/真菌显著增加，苹果果实产量增加、果实品质明显提高，相关指标接近正茬水平。因此，有机物料发酵物可有效减轻苹果连作障碍。