不同树龄石榴园土壤中微量元素、微生物及土壤酶活性研究

施娴 孟衡玲 张德刚 陈永川 何芳芳 王田涛

摘要：为了探讨云南省蒙自市长期种植石榴对土壤中微量元素、微生物量和土壤酶活性的影响，对不同树龄（7、13、15、19、30年）不同土层（0～30、30～60 cm）的石榴园土壤中微量元素（Ca、Mg、Cu、Mn）含量、微生物数量及土壤酶（过氧化氢酶、蔗糖酶、磷酸酶和脲酶）活性进行研究。结果显示，随树龄增加，土壤中Ca、Cu、Mn含量均表现为先升高后下降再升高的趋势，0～30 cm土层中Ca、Cu、Mn含量分别以树龄15、13、15年最高，以7、7、30年最低，30～60 cm土层中Ca、Cu、Mn含量分别以15、13、30年最高，以19年最低。真菌数量、蔗糖酶活性、磷酸酶活性和脲酶活性表现出先下降后升高趋势，0～30 cm土层中真菌生物量、蔗糖酶活性、磷酸酶活性、脲酶活性均以树龄30年最高，以13、19、15、19年最低，30～60 cm土层中以树龄30、7、30、30年最高，以15、13、7、13年最低。在垂直方向上，土壤Cu含量、细菌数量、真菌数量、放线菌数量和蔗糖酶活性均表现出0～30 cm高于30～60 cm，Ca含量表现为30～60 cm高于0～30 cm。微生物生物量最大的是细菌，其次是真菌，放线菌数量最少。树龄与放线菌生物量呈显著正相关关系，与过氧化氢酶和脲酶活性呈负相关关系。研究建议树龄为7～19年的石榴园应该注意增加有机肥，改善土壤中微生物系统，加强土壤中生化反应，改善土壤环境。

关键词：石榴园;中微量元素;微生物;土壤酶活性;树龄

中图分类号：S665.406   文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2022）08-0215-06

果树生长需要从土壤中吸收利用各种矿质营养，其中中微量元素虽然植物体内所占比例极小，但也是植物生长所必需的元素之一[1]。若某种元素缺乏或元素含量比例失調，将直接影响果树生长和果实品质，造成相应的缺素症，加剧病虫害的发生[2-4]。有研究发现，长期的果树生产中，有的土壤微生物系统会发生转变，引起果树生长不良，病虫害严重，果实产量和品质下降[5-6]，其中主要是因为细菌生物量减少，真菌生物量明显增加，土壤酶活性下降等因素[7-9]。土壤酶是土壤中最活跃的组分，其活性反映可土壤生物活性和生化反应程度，而且是评价土壤肥力重要指标之一[10-12]。土壤中的养分、土壤微生物、土壤酶一起推动了土壤环境中的生化过程，对土壤的环境质量起着重要的作用。探索石榴园土壤的时间及空间的变化，有助于了解土壤及其环境对石榴的影响。王理德等认为植物的树龄对土壤的养分、微生物及酶活性有一定的影响[13-14]。

石榴（Phomopsis punicae Linn.）为石榴科落叶果树，原产于中亚地区，在我国已有2 000多年的栽培历史，在云南省蒙自市栽种石榴已有730余年的历史，在20世纪80年代末得到了大面积推广[15-16]，到2019年蒙自市石榴树林面积达到 8 667 hm2，在全国8个栽培区排第4位，总产量达到32.5万t，居第2位，总产值达11亿元，成为全国主要石榴生产区[17]。蒙自石榴籽粒饱满、清甜多汁，深受消费者的喜爱。但近年来发现，蒙自石榴品质出现下降[17]、病虫害加剧等现象[18-19]，这可能是由于长期施用化肥和激素，造成土壤肥力下降，微生物系统发现改变，从而导致石榴园土壤环境质量下降，严重制约了蒙自石榴产业的可持续发展。

目前，我国已对苹果[20]、樱桃[21]、猕猴桃[22]和香梨[23]等果园中土壤养分、微生物及土壤酶活性进行了报道。但是，针对石榴园土壤中微量元素、微生物及土壤酶活性研究少见。因此，本研究以云南省蒙自市新安所石榴园为例，探讨树龄对石榴园土壤不同土层中微量元素含量、微生物及土壤酶活性的影响，以期为石榴的科学树龄管理、施肥及石榴品质的改善提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

蒙自市新安所镇位于云南省红河州蒙自市东南部（23°15′～23°21′N、103°24′～103°31′E），属亚热带季风气候类型，年平均气温15.5～17.5 ℃，极端最高气温33.8 ℃，极端最低气温2.9 ℃，无霜期337 d，年降水量950～1 012 mm，年均日照时数 2 234 h。研究区树龄已有730余年历史，本研究选择同为黏质土壤，并且施肥管理状况较为接近的不同树龄石榴园作为采样点。

1.2 样品采集

2019年1月对研究区域全部树龄石榴的果园作为土壤样品采集点，其中7年树龄的石榴园32个，13年树龄的石榴园23个，15年树龄的石榴园21个，19年树龄的石榴园18个，30年树龄的石榴园7个，各树龄周边共采集12份非石榴地土壤并混合成1份土样，以此作为对照（CK），其中7、13年周边各采集3份，15、19、30年周边各采集2份，采集方法和各树龄土壤样品一致。每个果园随机选取10株石榴树，在距离树干50 cm范围，分别从东西南北4个方向采集土壤样品。采用直径（Ф）=9 cm的土钻获取地表0～60 cm土样，将土壤分为0～30、30～60 cm等2层进行采用，用手选法剔除样本中肉眼可见的石砾、植物根系杂质。2层土壤样品均先将每株果树4个方向采集土壤等量混合，再将同龄果树土壤样品等量混合成1个土壤样品。混匀后的鲜土用四分法留取1 kg左右，装入无菌袋中，一部分放入4 ℃冰箱中保存，测定其微生物量;另一部分经风干磨细、过筛，用于测定土壤微量元素含量和酶活性。

1.3 测定方法

土壤中Ca、Mg、Cu、Mn含量的测定采用微波消解-电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）测定[24]。土壤微生物总生物量主要采用稀释平板培养法测定，细菌采用牛肉膏蛋白胨固体培养基，真菌采用马铃薯培养基，放线菌采用高氏一号琼脂培养基[25]，结果以1 g干土所含的微生物数量表示。土壤脲酶活性采用比色法;磷酸酶活性采用磷酸苯二钠比色法;过氧化氢酶活性采用KMnO4滴定法;蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水杨酸比色法[26]测定。

1.4 数据处理

采用Excel进行数据处理及绘图，通过SPSS 19.0统计软件进行数据分析，采用最小显著差异法（LSD）进行差异显著性检验（α=0.05），采用Pearson’s相关系数进行相关性分析。

2 结果与分析

2.1 不同树龄对石榴园土壤中微量元素的影响

根据图1可知，不同树龄石榴地土壤中Ca和Mn含量（树龄为15、19年Mn含量除外）随着土层深度的增加，均表现出增加的趋势;Cu含量表现为下降趋势，Mg含量在0～30 cm和30～60 cm的土层中总体来看差异不明显。在0～30、30～60 cm等2个土层中，Ca含量分别为4 237～13 813、12 118～17 627 mg/kg，变异系数分别为46.64%、13.86%，均以树龄15年最高，比CK增加45.54%、45.46%，0～30、30～60 cm的土层中Ca含量分别以7、19年最低。经过方差分析，0～30 cm土层中树龄为15年的石榴中Ca含量显著高于CK、7、13、19年（P<0.05）;30～60 cm 土层中15年石榴的Ca含量显著高于CK，但与其余树龄未达显著差异。2个土层中Mg含量分别在10.53～39.21、19.61～33.33 mg/kg之间，变异系数分别为44.14%、22.55%，以树龄30、19年最高，比CK增加88.60%和66.65%;0～30、30～60 cm土层中Mg含量以15、13年最低，比CK减少49.4%和5.68%;经过方差分析，0～30 cm土层中30年石榴的Mg含量显著高于CK、7、13、15年，30～60 cm 土层中19年石榴的Mg含量显著高于其余树龄。2个土层中Cu含量分别为0.483 6～1.523、0.230 8～0.769 2 mg/kg，变异系数为51.13%、60.05%，均以13年含量最高，分别比CK增加2.15、2.33倍，以7、19年最低，比CK增加6.57%、8.31%，经过方差分析，树龄13年均与CK、7、19年达显著差异。Mn在2个土层中含量分别为2.885～8.397、4.615～15.19 mg/kg，变异系数为28.89%、45.46%，分别以15、30年最高，比CK增加1.91、2.29倍，以30、19年最低，比CK增加1.33、13.0%，经过方差分析，0～30 cm土层中树龄15年与CK达显著差异，和其他树龄土壤未达显著差异，30～60 cm土层中树龄30年与其余树龄土壤均有显著差异。

2.2 不同树龄对石榴园土壤微生物数量的影响

根据图2可知，不同树龄石榴园土壤中细菌、放线菌和真菌的数量随着土层深度的加深均出现下降的趋势，各种微生物主要集中在0～30 cm的土层中。随着树龄的增加，各微生物数量表现出不同的变化趋势。细菌数量随着树龄的增加出现上升趋势，其中0～30 cm土层中变异系数为30.79%，以树龄30年最高，为4.80×104 CFU/g，以树龄7年最低，且二者之间差异显著;30～60 cm土层中变异系数为33.29%，树龄19年的细菌数量最高，以7年最低，其中树龄19年的细菌数量比CK增加了1.61倍，且显著高于其余树龄。放线菌数量随着树龄的增加表现出减少的趋势，0～30 cm土层变异系数15.01%，以7年最高，达1.598×103 CFU/g，30年最低，比CK减少5.57%，但从方差分析上看，7年与30年无显著差异;30～60 cm土层中各树龄放线菌数量高于CK，且变异系数为22.60%，以7年最高，15年最低。真菌数量随树龄增加表现出先下降后上升的趋势，0～30 cm土层中真菌数量除30年树龄外均低于CK，以13年最低，比CK减少48.7%，与CK达显著差异，各树龄变异系数为48.21%;30～60 cm土层中除15年树龄外，其余树龄均高于CK，15年土层比CK减少24.0%，变异系数达92.86%。总体上看，微生物数量以细菌为主，其次是真菌，放线菌数量最少。

2.3 不同树龄石榴园土壤酶活性的影响

根据图3可知，随树龄和土层深度的增加，土壤中脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶和蔗糖酶活性均表现出先下降后上升趋势，且各树龄土壤过氧化氢酶、脲酶（0～30 cm）活性均低于CK。0～30 cm土层土壤过氧化氢酶活性变异系数为12.79%，各树龄以30年最高，达7.800 mg/kg，以15年最低，比CK减少29.78%，30年与15年差异不显著;30～60 cm土层变异系数为10.27%，以树龄30年最高，达 7.321 mg/kg，以树龄19年最低，各处理过氧化氢酶活性均无显著差异。脲酶活性在0～30 cm土层中变异系数为64.31%，以30年树龄活性最高，比CK低36.08%，以19年最低，比CK低88.87%，经过方差分析，19年脲酶活性显著低于其余树龄处理;30～60 cm土层中各树龄脲酶活性除13年外均高于CK，以树龄30年最高，比CK高1.65倍，经方差分析，13年与其余树龄、CK差异显著。0～30 cm土层中磷酸酶活性变异系数为54.03%，以30年最高，比CK增加2.65倍，以15年最低，但仍比CK高1.96%，15年與30年显著差异，但与CK差异不显著;30～60 cm土层中变异系数为42.44%，以30最高，比CK高1.19%，以7年最低，比CK低59.05%，经过方差分析，7年与30年和CK达显著差异。蔗糖酶活性在0～30 cm土层中的变异系数为43.02%，除30年树龄，其余树龄均低于CK，其中19年蔗糖酶活性最低，比CK低66.59%，与CK和其余处理差异显著;30～60 cm土层变异系数为58.50%，以13年处理最低，比CK低65.77%，13年与CK、7年和30年差异显著，与15、19年差异不显著。

2.4 不同树龄石榴园土壤中微量元素含量、微生物数量、土壤酶活性之间的相关性

树龄、微生物数量和土壤酶活性存在一定线性关系（表1）。树龄与中微量元素（Ca、Mg、Cu、Mn）含量、细菌数量、真菌数量和磷酸酶活性、蔗糖酶活性呈正相关关系;与过氧化氢酶和脲酶活性呈负相关关系。过氧化氢酶活性与Ca、Mg、Cu含量及细菌、放线菌数量呈负相关关系。脲酶活性与Mg、Mn含量和细菌、放线菌数量呈负相关关系，磷酸酶活性与放线菌数量呈负相关关系，蔗糖酶活性与Ca、Cu含量和细菌数量呈负相关关系。树龄与放线菌数量、Ca含量与Cu含量、脲酶活性与过氧化氢酶活性、蔗糖酶活性与过氧化氢酶和脲酶活性呈显著正相关关系，磷酸酶活性与真菌数量呈极显著正相关关系。综上，树龄对中微量元素、细菌和真菌影响不明显，随树龄增加，过氧化氢酶和脲酶活性将出现下降趋势。

3 讨论与结论

石榴为多年生果树，长时间生长在固定地点，有选择地吸收同一土壤空间内的养分，加上不同气候、土壤和施肥管理，直接影响到果园中土壤养分含量、微生物数量和土壤酶活性。有研究认为，树龄对土壤中微量元素含量、微生物含量和土壤酶活性有一定影响，而且不同土层表现不一[22，27]。

本研究发现，随树龄增加，土壤中钙、镁、铜和锰含量有一定变化趋势。水平方向，在0～30 cm土层中，土壤中钙含量以15年树龄最高，镁含量以30年树龄最高，铜含量以13年树龄最高，锰含量以15年树龄最高;在30～60 cm土层中，土壤中钙含量以15年树龄最高，镁含量以19年树龄最高，铜含量以13年树龄最高，锰含量以30年树龄最高。垂直方向，在同一树龄下30～60 cm土层中Ca含量高于 0～30 cm土层，Cu含量表现为0～30 cm 土层高于30～60 cm，这一结果和郝婕等研究国红苹果园土壤中微量元素的周年变化[2]基本一致。整体上看，不同树龄石榴园中土壤钙、镁、铜和锰含量的变异系数最高的在0～30 cm土层，且Ca和Cu含量偏高，这可能主要受气候和施肥管理等因素的影响，特别是施肥为主，劉艳红等研究云南蒙自石榴园施肥情况时发现，基肥主要普钙、尿素和硫酸钾等化肥，追肥主要以复合肥、尿素、硝酸钙、普钙等为主[28]，因此可能是由于长时间施用钙肥造成土壤中钙含量偏高，但还需要进一步研究。

本研究发现，随树龄的增加，0～30 cm土层以30年最高，7年最低，30～60 cm土层以19年最高，以7年最低，放线菌生物量随树龄的增加，表现出下降趋势，0～30 cm土层以7年最高，30年最低，30～60 cm土层以7年最高，15年最低，这与张德刚等研究石榴园根区土壤时微生物量随土层增加减少，主要集中0～40 cm的结论[29]基本一致。同时，石榴园土壤微生物数量随树龄增加的变化特征和苹果园[30]、猕猴桃[22]和葡萄园[31]等的基本一致，由大到小表现为细菌>放线菌>真菌，随树龄增加，细菌数量/真菌数量下降，放线菌数量减少，这可能是由于长时间施用化学肥料造成土壤酸度增加，放线菌生长受到抑制[32]。

蔗糖酶活性随土层增加表现出减少趋势，这结果和张德刚等研究石榴园根区土壤蔗糖酶活性随土层增加而减少，主要集中在0～40 cm的结论[29]基本一致。随树龄的增加，土壤中脲酶、磷酸酶和蔗糖酶活性表现出先下降后增加的趋势，这一结果和王静等研究的不同树龄苹果和蜜桃土壤活性随树龄增加表现出先上升后下降趋势[21，33]不一致，这可能是由于土壤酶活性的变化趋势是由作物本身与土壤、气候环境和施肥等长期互作和协同变化的结果，所以需要进一步研究。过氧化氢酶活性随着树龄增加变化不显著，这结果和朱海云等研究树龄对猕猴桃园过氧化氢酶活性影响的结论[22]基本一致。值得注意的是，处理组0～30 cm过氧化氢酶和脲酶活性均低于CK。

从相关性分析上看，树龄与放线菌数量呈显著正相关，Ca含量与Cu含量、脲酶活性与过氧化氢酶活性、蔗糖酶活性与过氧化氢酶和脲酶活性呈显著正相关，磷酸酶活性与真菌生物量呈极显著正相关。说明土壤中微量元素含量、微生物数量和土壤酶活性之间的相关程度较高。树龄显著影响放线菌数量，但树龄对中微量元素含量和细菌数量、真菌数量影响不明显，随树龄增加，过氧化氢酶和脲酶活性出现下降趋势。

总体上看，云南蒙自各树龄石榴园土壤中Ca、Cu、Mn、Mg含量未出现丰缺的现象，但各树龄之间相差较大。其中，0～30 cm土层中Ca、Cu、Mn、Mg含量分别以树龄15、13、15、30年最高，以7、7、30、15年最低，30～60 cm土层中以树龄15、13、30、19年最高，以19、19、19、13年最低。土壤微生物数量表现为细菌>真菌>放线菌，0～30 cm土层中细菌、真菌和放线菌数量分别以30、30、7年最高，以7、13、30年最低，30～60 cm土层中分别以19、30、7年最高，以7、15、15年最低。0～30 cm土层中过氧化氢酶、脲酶、磷酸酶和蔗糖酶活性均以30年最高，以15、19、15、19年最低;30～60 cm土层中过氧化氢酶、脲酶和磷酸酶活性均以30年最高，以19、13、7年最低，蔗糖酶活性以7年最高，13年最低。因此，建议7～19年树龄的石榴园应增施有机肥料，改善土壤中微生物系统和土壤酶活性，提高土壤生化反应，提高土壤环境质量。

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