园艺地布覆盖对桃园土壤和桃果实品质的影响*

杨熠路，胡 枫，倪照君，黄 霄，侍 婷，田传正，卢炫羽，高志红

（南京农业大学园艺学院，江苏 210095）

覆盖栽培是一种现代果园省力化地面管理措施，具有调节土壤水分、调节土壤微生态环境、提高土壤供肥能力、改善果园小气候、增加果树根系生长量、调节土壤酸碱度、提高产量和品质等多项优点[1-2]。覆盖栽培对果园土壤有最直接的影响，它能显著提升果园土壤含水量，减少地表径流和蒸发，从而调节土壤温湿度，保持土壤物理结构，此外还对抑制杂草生长具有显著效果[3]，而土壤中环境的微小变化就会改变土壤的性质和多样性[4]。

土壤微生物作为陆地生态系统的重要组分之一，在土壤生物化学反应过程中发挥着关键的作用，例如有机质的分解、腐殖质的形成、养分间的相互转化与循环[5]，所以土壤中的微生物多样性可作为衡量土壤质量状况的指标之一。已有不少研究证明[6-8]，土壤物理化学性质改变后，土壤中微生物的生长、代谢和繁殖均会受到不同程度的影响。果园实施覆盖后，土壤理化状况显著改善[6]，促进微生物的群落组成结构以及多样性发生改变，增强土壤酶活性[9]，从而对整个果园生态系统的物质转换及能量循环产生作用，最终对地上部植株的生长和发育产生一定的影响。

目前关于覆盖栽培对果园效益的影响已有不少研究，但多集中于苹果。覆盖栽培能改变树体冠层内微气候，进而影响果实糖酸比等内在品质和果实着色等外观品质[10]。已有研究表明，果树在覆盖栽培下单果重和可溶性固形物、可溶性糖、有机酸含量有显著提升[11]。本文以江苏省南京地区桃园为主要研究对象，研究地布覆盖条件下桃园中土壤理化特性、土壤细菌群落组成以及果实品质发生的变化，旨在为当地桃树栽培过程中地布覆盖的应用提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于南京农业大学白马基地（江苏省南京市溧水区）桃园中进行，试验地属典型的亚热带季风气候，夏季炎热多雨，冬季温暖干燥，平均年降水量1 200 mm。试验所选用的桃树为4 年生‘中油金铭’，种植朝向为南北行向，行株距5 m×3 m，树形采用开心形。

1.2 试验设计

试验为单因素设计，将大面积桃园分为地布覆盖和不覆盖2种处理。采取随机区组设计，以1 行9 株桃树作为1 次重复，每处理重复3 次。地布覆盖方法：用宽0.8 m、厚0.2 mm 的黑色塑料地布覆盖于树干两侧，主要是覆盖树盘，行间生草。不同处理之间留出保护行，无需添加额外肥料。每周对不覆盖组进行1 次杂草清理以保证处理效果，其他田间管理措施一致。另外本研究的地布覆盖和不覆盖处理的时间是长期的，只是在测定相关果实品质指标时在特定的时期进行，所以土壤环境的改变是在考虑范围之内的。

1.3 采集与处理

果实成熟期（6 月24 日），在2种处理中各选择3 株生长状况接近的桃树，在树的东、南、西、北冠层中随机采摘4个果实，做好标记后迅速带回实验室进行试验。

经过6个月的地布覆盖处理后（9 月9 日），采取五点采样法，用土钻在桃树的根部附近钻取深度为0～20 cm 的土壤样品，并充分混匀，除去石块、植物残体等杂质，将土样装入无菌袋，存放在冰盒中运至实验室，-80 ℃低温贮藏，用于土壤微生物DNA 的提取和检测。每次采样前后，使用浓度为75%的酒精对取土所用土钻进行消毒，以防止土样被杂质污染。

1.4 指标测定

果实品质测定：采用紫外分光法[12]测定果实维生素C 含量，采用蒽酮比色法[12]测定果实可溶性糖含量，采用酸碱滴定法[13]测定果实可滴定酸含量，果实可溶性固形物含量的测定使用PocketPAL-1 手持糖度计（精度：0.01Brix）进行[14]。用百分之一电子天平（精度：0.01 g）称量单果重，用MNT-150T游标卡尺（精度：0.1 mm）测量果实纵横径，计算果形指数，用GY-4 硬度计测定果实硬度。

土壤性质测定：参照《土壤农化分析》[15]，采用凯氏常量定氮法测定土样的全氮含量，采用电感耦合等离子体光谱仪（ICP）测定土壤的全磷、全钾以及其他微量元素含量，采用重铬酸钾经典油浴法进行有机质含量的测定。使用Solarbio 土壤蔗糖酶活性检测试剂盒测定蔗糖酶活性，使用Solarbio脲酶活性检测试剂盒测定脲酶活性，使用Solarbio过氧化氢含量检测试剂盒测定过氧化氢酶活性，使用Solarbio 土壤酸性磷酸酶活性检测试剂盒测定酸性磷酸酶活性。每样品测定3 次，取平均值。

土壤微生物总DNA 提取及16S rRNA 基因高通量测序：土壤细菌16S rRNA 的测定由南京集思慧远公司进行，采用 OMEGA 试剂盒 E.Z.N.ATM Mag-Bind Soil DNA Kit 的试剂盒提取。依据barcode，获得样品的有效序列，接着根据PEreads 之间的嵌套将成对的reads 拼接成序列，然后过滤reads 以控制质量，最后获得了每个样品的高质量序列，将嵌合体从Usearch Uchime 中去除。根据序列开头和结尾处的barcode 和引物区分样品，并确定序列方向；使用PANDAseq 软件[16]将成对reads 拼接成一条序列，最小重叠长度为10 bp；设0.2 为拼接序列重叠区域允许的最大错配比以筛选不匹配序列；使用Prinseq 软件[17]过滤出read 尾部质量值低于20 的碱基，过滤掉N 长度占序列总长5%的序列；使用Usearch 软件[18]，结合Uchime 和denovo 消除其中的嵌合体。

1.5 数据分析

采用Excel 2003 进行数据统计，采用SPSS 17.0进行方差分析，用Duncan’s 新复极差法对数据进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 园艺地布覆盖对桃园土壤养分的影响

2.1.1 园艺地布覆盖对桃园土壤有机质含量的影响

土壤有机质是指土壤中所有含碳有机化合物。作为影响土壤肥力的主要因素之一，它为土壤肥力提供了物质基础，不仅对土壤的理化性质有巨大影响，对土壤的生物学特性也发挥着重要作用[19]。在2种不同土壤管理措施下，桃园土壤中有机质含量如表1 所示，地布覆盖处理提高了0～20 cm 土层中的土壤有机质含量，与不覆盖处理相比差异显著。

表1 园艺地布覆盖对土壤有机质含量的影响

2.1.2 园艺地布覆盖对桃园土壤营养元素的影响

由表2 可知，在2种不同的土壤管理措施下桃园0～20 cm 土层中土壤全氮、全磷、全钾等含量存在差异。地布覆盖处理中，虽然土壤的全氮含量显著低于不覆盖处理，但其全磷、全钾的含量分别提高5%和9%，差异达显著水平。可见地布覆盖处理下土壤全氮含量没有提高，但全磷、全钾含量均显著增加。土壤中锰、铜、锌含量受覆盖处理影响显著，分别较不覆盖处理提高了15%、15%、32%。可见地布覆盖对保持土壤微量元素的作用非常明显。

表2 园艺地布覆盖对土壤氮磷钾及微量元素含量的影响

2.2 园艺地布覆盖对土壤酶活性的影响

土壤酶对植株根系的生长发育有重要的生理作用[20]。由表3 可知，地布覆盖处理下，土壤中过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸酶活性均有显著提高，其中以蔗糖酶活性增强最为明显，较不覆盖处理提高205%。地布覆盖处理下土壤中各种酶活性的提高，表明地布覆盖能对桃树根系的生长和吸收作用起到促进和改善的效果，对桃树的生长和发育也有益处。

表3 园艺地布覆盖对土壤酶活性的影响 mg/g

2.3 园艺地布覆盖对桃树根际微生物的影响

2.3.1 园艺地布覆盖对桃树根际土壤微生物丰富度的影响

OTU 丰度是反映土壤样品中微生物丰富程度的重要指标之一。经OTU 聚类分析后得到2个处理各样品在不同OTU 的丰度信息。如表4 所示，地布覆盖处理下桃树根际土壤中的细菌OTU 数要明显高于不覆盖处理，这表明地布覆盖处理能够增加土壤细菌丰富度。

表4 桃树根际土壤细菌OTU 聚类分析

2.3.2 园艺地布覆盖对桃树根际土壤细菌群落结构的影响

Alpha 多样性是对样品物种多样性的分析[21]，其中包含2个要素：样品物种组成的丰富度和均匀度，通常用Observed species 指数、Chao1 指数、Shannon指数、Simpson 指数和PD whole tree 指数等指数来评估样本的物种多样性。从表5 中可以看出，地布覆盖处理样品的Chao1 指数和Observed species 指数均高于不覆盖处理，这表明地布覆盖能够增加土壤微生物群落中的物种数量；但是，覆盖处理样品中的Shannon 指数和Simpson 指数却低于对照，说明地布覆盖下微生物分配均匀度有所下降。

表5 桃树根际土壤细菌Alpha 多样性统计

Beta 多样性比较了不同样品之间的微生物群落组成。根据样本的 OTU 丰度信息，分别计算Weighted Unifrac[22]、Unweighted Unifrac[23-24]和Bray Curtis 距离，评估不同样品之间微生物群落结构差异。地布覆盖处理下Weighted Unifrac 距离（图1-a）和Bray Curtis 距离（图1-c）均显著小于不覆盖处理，而Unweighted Unifrac 距离（图1-b）却是地布覆盖处理较大，这表明2个处理的土壤微生物群落存在明显差异，土壤中的稀有微生物物种丰度在地布覆盖时显著提高，但物种均匀程度有所降低。

图1 桃树根际土壤微生物Beta_diversity 组间差异箱形图

2.3.3 园艺地布覆盖对桃树根际土壤细菌群落组成及相对丰度的影响

图2 显示了园艺地布覆盖与不覆盖处理中土壤细菌在门水平下的相对丰度情况。地布覆盖下土壤中细菌的优势类群为变形菌门（Protecbacteria），相对丰度高达97%；而在不覆盖处理中，变形菌门同样为主要土壤细菌类群，其余主要优势细菌类群有放线菌门（Actinbacteria）和蓝细菌（Cyanobacteria）。

图2 样品在门（Phylum）水平下的物种丰度柱状图

从纲水平（图3）分析，地布覆盖处理下土壤中优势菌群为γ变形菌纲（Gammaproteobacteria）和α变形菌纲（Alphaproteobacteria），其中γ变形菌纲的相对丰度达到88%；而不覆盖处理中则以γ变形菌纲、α变形菌纲、放线菌纲（Actinobacteria）和生氧光细菌（Oxyphotobacteria）占优势。

图3 样品在纲（Class）水平下的物种丰度柱状图

从属水平（图4）分析，地布覆盖处理下土壤细菌属主要有Curvibacter、Aquabacterinm、Sphingomonas、Undibacterium、Phyllobacterium、Pelomonas，其中Curvibacter相对丰度为56%；而不覆盖处理中优势属主要是Curvibacter、Aquabacterinm、Sphingomonas、Undibacterium、Phyllobacterium、Rhodococcus、Pelomonas、Microbacterium，微生物在属分布上更加均匀。

图4 样品在属（Genus）水平下的物种丰度柱状图

2.3.4 园艺地布覆盖处理下桃树根际微生物表型预测

BugBase 是16S 微生物高水平表型（high-level phenotypes）预测的程序包[25]。对2个处理的样本进行BugBase 表型预测分析，结果如图5 所示。革兰氏阴性细菌是相对丰度最高的细菌类型，而桃园土壤中厌氧细菌的相对丰度极低。地布覆盖处理下，好氧细菌、移动元件、兼性厌氧细菌、革兰氏阴性细菌、潜在致病性细菌和氧化胁迫耐受性细菌相对丰度较不覆盖处理均有所上升，而厌氧细菌、生物膜形成细菌和革兰氏阳性细菌相对丰度则较低。

图5 桃树根际土壤微生物BugBase 表型丰度柱状图

2.4 园艺地布覆盖对桃果实品质的影响

由表6 可知，地布覆盖处理桃单果重（204.66 g）显著高于不覆盖处理（182.33 g），增幅为12%，说明地布覆盖处理可显著提高桃单果重；但地布覆盖处理后果实硬度和果形指数并没有发生显著变化。

表6 园艺地布覆盖对桃果实物理性状的影响

由表7 可知，地布覆盖处理下果实可溶性糖、可滴定酸、维生素C 含量均高于不覆盖处理，差异均达到显著水平，果实糖酸比也有显著提高，其中，维生素C 是果品抗氧化特性的指标，地布覆盖处理较不覆盖处理高41.35%；果实可溶性固形物含量受地布覆盖影响并不明显。综上所述，在桃园铺设黑色地布能够提高果实品质，改善果实风味。

表7 园艺地布覆盖对桃果实营养成分含量的影响

3 讨论与结论

土壤肥力是影响桃树生长发育的重要因素之一，适宜的土壤耕作管理制度能够促进土壤肥力持续提高。研究表明，地布覆盖对促进土壤理化性质的改善[26]、土壤微生物活性的提高、有机物的加速分解、土壤酶活性的增加有很大作用[27]，进而加速土壤中营养物质的转化，提高土壤速效养分含量[28]。不同的覆盖管理方式也会引起土壤容重和孔隙度的不同变化，影响土壤有机质、腐殖质、微生物数量[29]。

园艺地布覆盖能够改善桃园根际土壤的理化性质[30]。李发康等[30]认为，地布覆盖能使土壤有机质更好地积累，推进了土壤中微生物的生命活动与腐殖质的形成过程。在地布覆盖条件下，地表径流带来的土壤养分流失被削弱，使得土壤更好地保持了水分和有机质[31]，从而使得土壤元素比不覆盖更为丰富。本试验结果表明，与不覆盖相比，地布覆盖下土壤有机质含量显著提高，这与多数研究结果相一致。罗珠珠等[32]研究表明，微生物分解作用的产物对一些含磷难溶物起到了溶解作用，并促使钾素从黏土矿物中的释放。在本试验中，覆盖处理中土壤磷素、钾素及铜、锰、锌等微量元素均显著高于不覆盖处理，进一步说明了地布覆盖有利于土壤养分元素含量的提高。究其原因，地布覆盖给予土壤中的微生物生命活动以良好的环境条件，加速了微生物对土壤有机物质的分解进程[30]，同时微生物分解过程中生成的有机酸等代谢物能够促进各类矿物分解，使得磷、钾、铜、锌等元素得以从矿物中释放出来[33]。与此同时，地布覆盖下土壤全氮含量显著下降，这与前人研究不一致[34]，这可能是因为地布覆盖促进了桃树根部对氮元素的吸收，使得土壤氮含量有所降低。

土壤酶活性受土壤微生物以及温度等非生物环境因素的影响[35]。孙冰洁等[36]发现，相对水势高的土壤中细菌的活性高。刘子涵等[37]认为，土壤水分条件是影响微生物多样性的直接因素。在本试验中，地布覆盖下桃树根际土壤过氧化氢酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶和脲酶活性均显著升高，极有可能是地布覆盖下的土壤长期处于适宜的温度和湿度中，改善了微生物生存和繁殖的环境，也有利于土壤酶类进行反应，加速土壤营养的转化[38]。

土壤理化性质的变化是细菌群落动态的驱动因素[39]。地布覆盖改变了土壤理化性质及物理结构，同时也改变了土壤微生物群落结构。在门水平，地布覆盖处理相比于不覆盖处理变形菌门的相对丰度有明显提高，而放线菌门相对丰度则明显下降；在纲水平上，γ 变形菌纲为地布覆盖下土壤中优势最强的菌门，α 变形菌纲、放线菌纲及其他门的细菌相较于不覆盖均有所削弱。综合土壤的理化性质结果来看，作为优势菌门的变形菌门细菌相对丰度与土壤磷、钾及微量元素含量呈正相关，这与张建峰等[40]研究结果相一致。同时，变形菌门相对丰度与土壤过氧化氢酶、脲酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶活性均呈显著正相关，这是因为变形菌是土壤中最主要的细菌种类，土壤中的代谢活动多数由变形菌完成[41]，丰富的变形菌有利于土壤中动植物残体的分解与腐殖质的形成。与之截然相反的是，放线菌门的相对丰度与土壤有机质和酶活性呈负相关，这与刘子涵等[37]和翟婉璐等[42]的研究成果不一致。这可能是因为放线菌适宜生长在中性偏碱性土壤中[43]，而覆盖条件下微生物活性高，二氧化碳释放速率加快，加上土壤交换酸的增加[44]，使得土壤酸碱度降低，不利于放线菌的生长。

地布覆盖下土壤细菌种类趋于单一，多样性有所下降，这可能是因为优势菌种的生长更为适宜，抑制了其他菌种的生长。另一方面，地布覆盖抑制了一些植物病原菌的出现，降低了植株感病的风险。从BugBase 表型分析结果来看，地布覆盖下桃树根际土壤中好氧菌的相对丰度显著上升，而厌氧菌则有所下降，这可能说明地布覆盖对土壤通气状况有所改善，改善了土壤的物理结构，有利于桃树根系的呼吸作用。

果实产量的高低及品质的优劣一般由品种、气候、栽培管理措施等条件决定，合理的果园管理模式能够改良土壤状况，培肥地力，改善微生物生存状况，增加其群落结构及多样性，促进植物根系对水分和养分的吸收，从而提高果实产量和品质。李宏建等[45]、曹欣冉等[46]和周江涛等[47]在苹果园的地布覆盖研究结果中均表明，地布覆盖时苹果果实单果重、可溶性固形物含量、固酸比等指标皆显著优于不覆盖。从试验结果上看，桃果实单果重、可溶性糖含量及维生素C 含量在地布覆盖条件下有所提高，这与前人研究结果一致[45,48]。虽然地布覆盖显著提高了果实可溶性糖含量及糖酸比，但在可溶性固形物指标上却未见显著差异，这与周江涛等[47]研究结果不符，原因有待进一步试验验证。此外，在果实硬度、果形指数上2个处理间未见显著差异，这有待更多样本试验的探索。总体来说，地布覆盖促进了桃果实可溶性糖的合成，提高了桃果实品质与风味。

综上所述，地布覆盖可以在一定程度上改善土壤的理化性质，提高土壤微生物活性，并改善果实的品质。然而，在地布覆盖对桃果实品质作用的机理上，本研究没有考虑其他因素，如光照等，可能会有一定的局限性。为此应开展更全面、综合性更强的覆盖研究。