不同施肥和树形处理对设施果桑果实品质及土壤微生物功能多样性的影响

董朝霞 于 翠* 莫荣利 朱志贤 胡兴明

(1.湖北省农业科学院经济作物研究所，武汉 430064；2.湖北省农业科学院，武汉 430064)

桑树是我国的传统经济树种，早在5000多年前，我国就开始栽桑养蚕、缫丝织绸。一直以来，桑树栽培多是以高产优质桑叶为目的，近些年桑葚作为一种特色水果，越来越受到人们的欢迎，以产桑葚为主的果桑栽培日益增加。桑椹营养丰富，酸甜可口，含有黄酮类、酚类、白藜芦醇等多种活性物质，除鲜食外，还可用来制作桑葚干、桑葚饮料、桑葚酱、桑葚酒等产品[1]。随着对桑葚需求的增加，提升桑椹产量和品质成为果桑产业亟需解决的问题，合理的栽培管理措施有利于果实产量和品质的提高，施肥措施和树形修剪又是其中最重要的环节。

果桑施肥多是沿用叶用桑的施肥措施，大量施用化肥以促进叶片的生长，这不仅造成了资源的浪费，还使土壤有机质含量下降，土壤板结酸化，土壤微生物活性降低，病虫害多发，不利于作物对养分的吸收利用和果桑产业的可持续发展[2]。关于果桑施肥相关的研究也有少量报道。于翠等[3]报道在露地栽培条件下，优化施肥可减少化肥的施用量，改善土壤理化性质，提高果桑叶片光合作用及果实品质，韩传明等[4]研究表明适当增加施肥量可使桑葚单果重、株产量以及可溶性固形物的含量显著增加，赵佩等[5]证实有机肥和速效氮、磷、钾肥配施可有效提高果叶兼用型桑树的桑叶和桑果产量和品质。由此可见改进施肥措施有利于果实产量和品质的提高。

另外，良好的光照体系、合理的枝条群体结构对于果树的优质丰产至关重要。张启等[6]在对杨梅的研究中发现合理的整形修剪可促进着色、提早成熟、改进果实品质；樱桃的“Y”字形树形可增加栽植密度，进而使产量提高[7]；对李树的研究表明自然开心形树体结构合理、树形饱满、光能利用率强，果实品质好、产量高[8]。目前，关于果桑整形修剪方式的研究还很少，一般是采用传统的叶桑树形养成方式[9-10]。

科学合理的施肥措施和树形管理，能够达到改良土壤、提高果实产量和品质的作用。另外桑葚成熟期短，不易保鲜，采用设施栽培可使桑葚的成熟期提前，增加桑葚的市场供应时间，但是设施条件下对于果桑施肥和树形管理技术的相关研究未见报道。本研究基于以上背景，以粤椹大10果桑园为研究对象，在设施栽培条件下，研究不同施肥措施以及不同树形对果实品质及土壤环境的影响，探讨适宜设施果桑栽培的合理施肥方式及树形模式，为果桑栽培管理提供支持。

1 材料与方法

1.1 试验设计

粤椹大10，2017年春栽植于湖北省农业科学院经济作物研究所桑树种质资源圃的钢拱塑料大棚内，栽植密度为行株距3.5 m×1.0 m，约200株/667 m2。试验设置3种施肥处理和3种树形处理，每一小区设置为66.7 m2，每个处理3次重复。施肥处理分别为常规施肥、减量施肥和组合施肥，树形处理分别为“一”字形树形、“Y”字形树形和自然开心形，不同施肥处理的树形均为自然开心形，不同树形处理的施肥方式均为常规施肥，本试验共设置5个实验处理，具体实验处理的施肥及修剪方式见表1。供试复合肥、尿素、有机肥、硫酸钾镁及微量元素肥料来自湖北宜化集团有限责任公司。全年肥料分3次施入，冬季施有机肥，春季发芽前施40%无机肥料，夏阀后施60%无机肥料。2019年结果期，采集青果期、色变期、红果期、初熟期和全熟期桑葚果实，用于果实品质的鉴定。同时采集根际土壤样品，用于土壤微生物碳代谢功能鉴定以及土壤养分含量的测定。

表1 粤椹大10在设施栽培条件下的不同施肥及不同树形处理

1.2 可溶性糖、可滴定酸及维生素C检测

采用蒽酮比色法测定桑葚可溶性糖含量[11]。称取0.1 g桑葚鲜样，加1 mL水进行研磨匀浆，沸水浴10 min，冷却后，8 000 g常温离心10 min，取上清液定容至10 mL备用。取50 μL待测液与蒽酮试剂(0.1 g蒽酮溶于100 mL 98%浓硫酸)混合，置于95 ℃水浴10 min，冷却至室温后，取200 μL至96孔板中，于620 nm处读取吸光值，同时绘制标准曲线，根据所测样品的吸光值及标准曲线计算样品可溶性糖含量。

采用氢氧化钠滴定法测定桑葚可滴定酸含量[11]。称取0.5 g桑葚鲜样于研钵中，加入少量石英砂研磨成匀浆，用蒸馏水洗入50 mL三角瓶中，加蒸馏水约30 mL，置于80 ℃恒温水浴中浸提30 min，期间搅拌数次。取出冷却，过滤入50 mL容量瓶中，并用蒸馏水冲洗残渣2～3次，合并滤液，用蒸馏水定容至50 mL，充分混匀待测。用移液管吸取5～10 mL样品提取液于50 mL三角瓶中，加入酚酞指示剂3～5滴，用0.1 mol/L氢氧化钠标准液滴定至出现微红色，30 s不褪色为滴定终点，记录所消耗溶液的体积，重复3次，取平均值。以酒石酸计，折算系数为0.075，根据公式计算样品可滴定酸含量。

采用邻二氮菲分光光度法测定桑葚维生素C含量。称取0.1 g桑葚鲜样于研钵中，加入1 mL 50 g/L三氯乙酸溶液进行冰浴匀浆，8 000 g，4 ℃离心20 min，取上清待测。取40 μL待测液，50 μL 0.4%磷酸-乙醇溶液，25 μL 5 g/L BP-乙醇溶液，50 μL 0.3 g/L FeCl3-乙醇溶液，50 μL蒸馏水，混合摇匀后，室温静置15 min，于534 nm下测定吸光值。根据标准曲线和公式计算维生素C含量。

1.3 土壤微生物碳代谢功能多样性测定

试验采用Biolog微生态(BIOLOG Eco PlateTM)技术研究土壤微生物功能多样性。具体步骤如下：5 g土壤加入45 mL灭菌生理盐水(0.85%)中，在摇床上振荡15 min，转速150 r/min，静置30 min，然后将土壤样品稀释至10-3倍，用排枪吸取稀释液至96孔Biolog Eco板中(150 μL/孔)，最后将接种好的板子置于28 ℃恒温培养，每隔24 h于Biolog读数器上读取D(590 nm)值，培养时间共168 h。

微平板中溶液吸光值平均单孔颜色变化率(Average well color density, AWCD)用于描述土壤微生物代谢活性，计算方法如下：AWCD=∑(Ci-Ri)/n，式中Ci为每个有培养基孔的光密度值，Ri为对照孔的光密度值，n为培养基孔数，Biolog Eco板n值为31。

1.4 土壤采集及土壤养分含量的检测

桑葚收获后，采用五点取样法，取0～20 cm的土样，烘干过筛后，采用碱解扩散法测定土壤碱解氮含量，土壤速效磷含量测定用钼锑比色法，土壤速效钾含量测定采用火焰光度计法，土壤有机质含量测定用重铬酸钾容量法[12]。

1.5 数据处理

用软件SPSS 23.0进行数据统计分析，用软件origin 2018进行作图。

2 结果与分析

2.1 不同施肥和树形处理对土壤养分含量的影响

土壤养分在很大程度上决定了桑葚产量的高低和品质的优劣，本研究对不同处理条件下土壤碱解氮、速效磷、速效钾及有机质含量进行了检测。本研究结果显示(图1)，组合施肥处理土壤碱解氮、速效钾、速效磷和有机质含量均显著高于常规施肥处理和减量施肥处理(P<0.05)，常规施肥处理土壤的碱解氮和速效钾均显著高于减量施肥处理(P<0.05)，减量施肥处理土壤有机质含量高于常规施肥处理(P<0.05)，但二者之间的速效磷含量无显著差异，这说明组合施肥方案有利于土壤各种养分含量的提高，改良土壤。在不同树形处理实验中，“一”字形处理土壤速效钾和有机质含量高于其他两种树形处理，且差异达显著水平(P<0.05)；“Y”字形处理土壤碱解氮显著高于于其他两种树形处理，而3个处理的土壤速效磷含量无显著差异。

图1 不同施肥和树形修剪条件下土壤养分含量

2.2 不同施肥和树形处理对土壤微生物碳代谢功能多样性的影响

通过检测biolog微平板的吸光度值获得的平均单孔颜色变化率(AWCD)是表征微生物群落碳源利用能力的一个重要指标，反映了土壤微生物的活性。结果显示(图2)，随着培养时间的延长，AWCD值整体呈上升趋势，在48 h之前上升较慢，之后快速升高，在144 h时达到最大值。不同处理的最终AWCD值呈现差异，在不同施肥处理中，组合施肥处理最高，其次是减量施肥，常规施肥最低，彼此之间呈显著差异(P<0.05)。在不同树形处理中，自然开心形处理显著高于“Y”字形和“一”字形树形处理(P<0.05)，“Y”字形和“一”字形处理之间无显著差异。

图2 AWCD值随培养时间的变化规律

土壤微生物对不同类型碳源的利用能力可以反映其碳代谢的多样性，进而表征土壤微生物的多样性和群落结构差异。本研究中组合施肥处理对氨基酸类、糖类、聚合物类和羧酸类碳源的利用能力显著高于常规施肥和减量施肥处理(P<0.05)；常规施肥处理对胺类和其他混合物类碳源的利用率最高，其次是组合施肥处理，减量施肥处理最低，且差异达显著水平(P<0.05)。在树形实验中，自然开心形处理和“Y”字形处理对糖类、羧酸类、聚合物类碳源的利用率无显著差异，但是二者均高于“一”字形处理，差异达显著水平(P<0.05)；自然开心形处理对氨基酸类和胺类碳源的利用能力最高(图3)。以上说明不同施肥和树形处理条件下土壤微生物种群结构存在差异。

图3 不同施肥和树形处理土壤微生物碳源利用能力比较

2.3 不同施肥和树形处理对桑葚品质的影响

设置不同的施肥和树形处理，最终是为了探索出一套使桑葚品质更优的设施果桑栽培方案。我们检测了每个处理桑葚发育过程中5个不同时期(青果期、色变期、红果期、初熟期、全熟期)果实可溶性糖、可滴定酸和维生素C的含量。结果显示(图4)，随着发育期的延长，可溶性糖和维生素C含量持续增高，在果实全熟时达到最高值，可滴定酸呈相反的变化趋势。在不同的施肥处理中，在果实全熟期，组合施肥处理果实可溶性糖和维生素C含量最高，其次是常规施肥处理，减量施肥处理最低，且差异均达显著水平(P<0.05)，可滴定酸含量呈完全相反的趋势。在不同的树形处理中，“Y”字形和“一”字形处理果实的三个指标无显著差异，但是二者的可溶性糖和维生素C含量显著高于自然开心形处理(P<0.05)，而可滴定酸含量显著低于自然开心形处理(P<0.05)。并且与自然开心形相比，“Y”字形和“一”字形处理果实的可溶性糖和维生素C含量在果实初熟期就达到较高水平。

图4 不同施肥和树形处理桑葚可溶性糖、可滴定酸和维生素C含量

糖酸比是桑葚品质评价的核心指标[13]。我们比较了不同处理果实的糖酸比(图5)，果实全熟期，每个处理的果实糖酸比达最高值，组合施肥处理果实糖酸比显著高于常规施肥和减量施肥处理(P<0.05)，“Y”字形和“一”字形处理果实糖酸比显著高于自然开心形处理(P<0.05)。另外，在果实初熟期，组合施肥处理“Y”字形树形处理的果实糖酸比(分别为12.9和17.7)也已达到较高水平。结合上述果实不同成熟期可溶性糖和维生素C含量，可以判断组合施肥和“Y”字形树形有利于果实可溶性糖和维生素C的快速和大量积累，提高糖酸比，提升果实品质。

图5 不同施肥和树形处理桑葚糖酸比

3 结论与讨论

大量研究表明，科学施肥是果树优质丰产的基础，肥料种类、施肥量等都可影响果实产量和品质，有机肥与化肥的配合施用可以起到改良土壤、提高土壤肥力，改善果实品质的作用[14-16]，钾镁肥及硅、锌等微量元素肥的配合施用可显著提高果实产量及外在和内在品质[17-19]。本研究结果显示，设施栽培条件下，与常规施肥和减量施肥相比，组合施肥处理(减少化学肥料，增施有机肥和微量元素肥)土壤有机质、速效氮磷钾含量均显著提高，土壤微生物碳源利用能力增加，桑葚可溶性糖含量、维生素C含量，以及糖酸比都显著提高，可滴定酸含量降低，这与前人研究的陆地栽培结果一致[3]。

树体结构影响到枝条的空间分布和光照利用率，是果树优质丰产的基础，适宜的树形模式可以改善叶片光合特性，提高果实产量和品质[20-21]。多年来果桑的整形修剪和树形模式一般是借鉴叶用桑，近年来随着对桑葚需求的加大以及观光采摘的兴起，选择适宜的树形尤为重要。江莉等[21]报道设施栽培条件下，“巨峰”葡萄“一”字形树形能显著提高植株叶片光合特性和果实糖酸比，改善果实品质，刘珠琴等的研究表明樱桃“Y”字形树形树体低，栽植密度大，产量高，并且可增加站立采摘率[7]。本研究中，设施果桑的“Y”字形和“一”字形处理果实的可溶性糖、维生素C含量、糖酸比与常规树形处理(自然开心形)相比显著提高，而可滴定酸含量显著降低，并且“Y”字形树形有利于果实可溶性糖和维生素C的快速和大量积累，提高糖酸比，促进果实成熟、提升果实品质。

综上所述，在设施果桑栽培中，增施有机肥和微量元素肥料，减少化肥施用量，采用合理的树形模式(“Y”字形)，有利于改善土壤理化性状和微生物群落结构，有利于桑葚品质的提高。