不同熏蒸方式对连作桃园土壤的影响

高志远，杨淑娜，王朝丽，王智豪，奚昕琰，何 娟，贾惠娟，*

(1.浙江大学 农业与生物技术学院，浙江 杭州 310058； 2.杭州市临平区农业技术推广中心，浙江 杭州 311000)

桃是浙江省的主栽果树之一，种植面积达4万hm。研究表明，桃树连作后存在连作障碍，会出现新植幼苗生长受阻、树势衰老快速、果实品质不良等问题，严重制约桃产业的可持续健康发展。

一般来说，长期连作会导致土壤微生物群落结构破坏，土壤酶活性下降，土壤营养元素含量下降。土壤消毒改良是缓解土壤连作障碍的重要手段。姜伟涛等、王晓芳分别使用棉隆和万寿菊秸秆在盆栽条件下对平邑甜茶连作土壤进行熏蒸，有效改良了土壤环境，并促进了植株生物量的提升；安娜等研究发现，禽畜肥熏蒸可以提升土壤N、P、K等速效养分含量，并形成良好的土壤团粒结构。上述研究证实，化学熏蒸剂和生物熏蒸剂对土壤连作障碍有缓解作用。但是，类似研究多见于保护地或盆栽条件下进行，欠缺大田试验的报道，且不同消毒熏蒸方式的处理效果也缺乏系统对比，在桃树上的类似研究更少。为此，本研究特在大田条件下，以桃园为材料，分别采用生物熏蒸和化学熏蒸方法开展土壤消毒改良试验，以期筛选出适用于老龄桃园土壤改良的消毒材料，以缓解桃树连作障碍，促进浙江省桃产业发展。

1 材料与方法

1.1 试验园地

试验于2020年10月—2021年1月，在位于浙江桃主产区之一的杭州市余杭区的某桃园(30°41′N，119°89′E)进行，该桃园已连作10 a以上。该地属亚热带季风气候，冬夏长、春秋短，温暖湿润，四季分明，光照充足，雨量充沛，年平均气温15.3～16.2 ℃，年平均降水量1 150～1 550 mm。

1.2 试验材料与试验设计

于翻耕后的桃园随机选取3个占地面积1 334 m的长方形地块进行试验。试验地块呈南北向平行分布。

试验共设置3个处理：T1，以茭白秸秆为材料进行生物熏蒸；T2，以鸡粪砻糠为材料进行生物熏蒸，T3，以棉隆为材料进行化学熏蒸。其中，茭白秸秆、鸡粪砻糠购自杭州张堰农业有限公司，棉隆购自浙江省台州市农资股份有限公司。

实施过程：将原有试验地的老龄桃树刨除，用旋耕机深度翻耕，挑除残留树根、石块。按试验设计将相应的材料均匀撒施在土壤表面，茭白秸秆和鸡粪砻糠的用量均为6 kg·m，棉隆用量为60 g·m。材料撒施后，旋耕混匀，用水浇透，覆盖薄膜，密封消毒50 d(2020年10月12日—12月2日)。

1.3 测定方法

于处理前、后分别采集一次土壤样品。去除0～5 cm的表土，多点法采集深度为10～30 cm的土壤样品，拣除杂物后混匀，并分为2部分：一部分，用冰袋低温运输，用于土壤基础理化性质和酶活性测定；一部分，立即用干冰运输，保存于-80 ℃，用于土壤微生物群落多样性检测。

分别参照NT/T 1121.6—2006、NY/T 53—1987、NY/T 1121.7—2014、NY/T 889—2004、NY/T 1121.13—2006、NY/T 1121.13—2006、HJ 802—2016和NY/T 1377—2007规定的方法，测定土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾、交换性钙、交换性镁含量和土壤电导率、pH值。

使用北京索莱宝科技有限公司生产的土壤酶活性检测试剂盒，按照说明书的方法，测定土壤脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶、酸性磷酸酶活性。

土壤真菌与细菌群落多样性检测，委托上海美吉生物医药科技有限公司，在Illumina MiSeq平台上完成，所用引物分别为ITS1F/ITS2R和338F/806R。

1.4 数据分析

土壤微生物群落多样性数据在美吉生物云平台(https：//www.i-sanger.com)上分析。

其他数据在Microsoft Excel 2019软件上进行整理，使用IBM SPSS Statistics 22.0软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对土壤微生物群落的影响

2.1.1 不同处理对土壤真菌群落的影响

各处理下，子囊菌门(Ascomycota)和担子菌门(Basidiomycota)均为优势真菌门类，二者的相对丰度合计占土壤真菌群落的80%以上(表1)。与处理前相比，T2、T3处理后子囊菌门的相对丰度显著(<0.05)提高，而T3处理后担子菌门的相对丰度显著(<0.05)下降。

表1 不同处理对土壤主要真菌相对丰度的影响

在属水平上，与处理前相比：T1处理显著(<0.05)提高了沙蜥属()的相对丰度，而T3处理则显著(<0.05)降低了该属的相对丰度；T1、T2处理显著(<0.05)提高了土壤镰孢菌属()、毛壳菌属()的相对丰度，而T3处理显著(<0.05)降低了这2属真菌的相对丰度；T1、T2和T3均显著(<0.05)提高了青霉属()的相对丰度，显著(<0.05)降低了的相对丰度；T2、T3处理还显著(<0.05)提高了新赤壳属()的相对丰度；T2处理显著(<0.05)提高了篮状菌属()的相对丰度，而T1和T3处理显著(<0.05)降低了该属的相对丰度。

2.1.2 不同消毒处理对土壤细菌群落的影响

从门水平上，土壤细菌群落主要由放线菌门(Actinobacteriota)、变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、酸杆菌门(Acidobacteriota)、厚壁菌门(Firmicutes)组成，其相对丰度合计占比达80%以上(表2)。

表2 不同处理对土壤主要细菌相对丰度的影响

在门水平上，与处理前相比：放菌线门的相对丰度在T2、T3处理后显著(<0.05)升高；变形菌门的相对丰度在T1处理后显著(<0.05)升高，而在T3处理后显著(<0.05)降低；绿弯菌门的相对丰度在T1、T2处理后显著(<0.05)降低；酸杆菌门的相对丰度在T2、T3处后显著(<0.05)降低；厚壁菌门的相对丰度在3个处理后均显著(<0.05)升高。

在科水平上，与处理前相比：微球菌科(Micrococcaceae)的相对丰度在3个处理后均显著(<0.05)升高；微杆菌科(Microbacteriaceae)的相对丰度在T1、T2处理后显著(<0.05)升高；链霉菌科(Streptomycetaceae)和黄色杆菌科(Xanthobacteraceae)的相对丰度在T2、T3处理后显著(<0.05)降低；芽孢杆菌科(Bacillaceae)的相对丰度在T2、T3处理后显著(<0.05)升高；根瘤菌科(Rhizobiaceae)的相对丰度在T1、T2处理后显著(<0.05)升高，在T3处理后显著(<0.05)降低；类芽孢杆菌科(Paenibacillaceae)的相对丰度在T2处理后显著(<0.05)降低，在T3处理后显著(<0.05)升高。

2.1.3 不同处理对土壤微生物群落α-多样性的影响

Shannon指数描述群落的多样性，可反映出土壤微生物群落的异质性。经过3种消毒处理后，土壤真菌、细菌群落的Shannon指数均显著(<0.05)降低(表3、表4)。

表3 不同处理对土壤真菌α-多样性的影响

表4 不同处理对土壤细菌α-多样性的影响

Ace指数反映群落的丰富度情况。与处理前相比，土壤真菌群落的Ace指数在T1处理后显著(<0.05)提高，但在T2、T3处理后显著(<0.05)降低，土壤细菌群落的Ace指数在3种处理后均显著(<0.05)下降。

Heip指数反映群落均匀度。与处理前相比，土壤真菌群落的Heip指数在3种处理后均显著(<0.05)降低，而土壤细菌群落的Heip指数仅在T3处理后显著(<0.05)降低。

2.2 不同处理对土壤酶活性的影响

与处理前相比：T1处理后，土壤脲酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶、过氧化氢酶的活性均显著(<0.05)提高，增幅分别为83.2%、69.6%、33.1%和62.5%(图1)；T2处理后，土壤脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性显著(<0.05)提高，增幅分别为17.2%、23.2%和50.4%，但酸性磷酸酶活性显著(<0.05)降低；T3处理后，土壤脲酶、酸性磷酸酶和过氧化氢酶活性均显著(<0.05)降低，降幅分别为53.1%、65.9%和36.6%，蔗糖酶活性在处理前后无显著变化。

同一处理在消毒前后柱上无相同字母的表示差异显著(P<0.05)。Under the same treatment， bars marked without the same letters indicated significant difference before and after disinfection at P<0.05.图1 不同处理对土壤酶活性的影响Fig.1 Effects of different treatments on soil enzymes activities

2.3 不同处理对土壤理化性质的影响

与处理前相比：T1处理后，土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾、交换性镁、交换性钙的含量均显著(<0.05)提高(表5)；T2处理后，土壤全氮、有效磷、速效钾、交换性钙和交换性镁的含量均显著(<0.05)提高，且交换性钙、交换性镁含量的增幅在3个处理中最高，但土壤有机质含量显著(<0.05)降低；T3处理后，土壤全氮、有效磷、速效钾和交换性镁的含量显著(<0.05)下降。

表5 不同处理对土壤基础理化性质的影响

据研究，最适宜桃树生长的土壤pH值为5.2～6.8。T1、T2处理前，土壤pH值小于这一范围，偏酸性；处理后，这2个处理的土壤pH值提高，土壤酸化问题得到一定程度的缓解，且以T1处理的效果更明显。T3处理后，土壤的pH值反而降低。

与处理前相比，处理后，土壤电导率均得到不同程度的提升，提升幅度从高到低依次为T1(263.0%)>T3(55.2%)>T2(28.8%)。

3 讨论

3.1 不同消毒方式对桃树连作土壤微生物群落的影响

桃树连作后，土壤微生物群落结构恶化，有害菌群占据优势，有益菌的丰度降低。近年来，研究人员采用化学、生物方法进行土壤消毒，探索连作土壤改良技术。王晓芳等在苹果上采用万寿菊进行生物熏蒸，发现土壤真菌减少，细菌/真菌显著提升。张庆华等使用棉隆对连作草莓土壤进行熏蒸，土壤中镰孢菌属、枝顶孢属()和曲霉属()等有害病原菌的相对丰度减少。本研究使用棉隆(T3)进行化学熏蒸和茭白秸秆(T1)、鸡粪砻糠(T2)进行生物熏蒸，对比发现，化学熏蒸显著降低了镰孢菌属的相对丰度，并显著降低了真菌、细菌群落的多样性、丰富度和均匀度；而生物熏蒸则显著提升了镰孢菌属的相对丰度，并显著降低了真菌、细菌的多样性。可见，相比生物熏蒸，化学熏蒸方法对抑制土壤中有害菌的效果更佳(抑制率达73.72%)。鸡粪砻糠和茭白秸秆处理后，镰孢菌属的相对丰度反而提高，可能是因为2种处理向土壤提供了大量有机质，促进了致病菌的生长。

研究发现，沙蜥属与土壤碳源分解相关，青霉属和毛壳菌属可抑制有害病原菌生长，芽孢杆菌科和类芽孢杆菌科是一些土传病害病原菌的有效拮抗菌。本研究发现，2种生物熏蒸提高了青霉属、毛壳菌属等有益菌类的相对丰度，而化学熏蒸对沙蜥属、毛壳菌属等有益真菌存在一定的抑制作用。这表明，生物熏蒸在改善土壤微生物群落上的表现倾向于提升有益微生物丰度，而化学熏蒸因对微生物的抑制作用具有广谱性，反而对一些有益微生物的生长存在负面作用。这与康萍芝等和黎妍妍等的研究结果基本一致。

3.2 不同消毒方式对桃树连作土壤酶活性和基础理化性质的影响

土壤酶由土壤微生物、植物根系和土壤动物分泌产生或由植物残体分解而来，可以将土壤中的氮、磷、碳素转化成植物可以利用的形式，其活性与土壤微生物活力和养分条件密切相关。沈桂花用黑麦草和油菜秸秆对土壤进行生物熏蒸，发现这2种熏蒸材料均可以提升土壤脲酶和蔗糖酶活性，提高土壤全氮、全钾和速效钾等营养元素的含量。本研究发现，2种生物熏蒸处理均显著提高了土壤脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性，且茭白秸秆熏蒸还显著提高了土壤酸性磷酸酶的活性。同时，这2种处理均有利于改善土壤养分条件，其中，茭白秸秆熏蒸对土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾的提升作用更明显，而鸡粪砻糠熏蒸对土壤交换性钙、交换性镁含量的提升作用更突出。可能原因如下：一方面，两种有机物料均可为土壤酶促反应提供底物，从而促进养分的转化和积累；另一方面，这2种处理均有助于促进分泌土壤酶的微生物生长，从而提高土壤酶活性，形成良性循环。导致两者效果差异的原因可能是，茭白秸秆的有机碳含量较高，而鸡粪砻糠富含微量元素。这与王浩等的研究结果相似。

相较于2种生物熏蒸处理，棉隆熏蒸显著抑制了土壤脲酶、酸性磷酸酶和过氧化氢酶活性，且显著降低了土壤全氮、有效磷、速效钾和交换性镁的含量，不利于土壤养分供给。张典利研究表明，使用1，3-二氯丙烯化学消毒后，土壤硝态氮含量下降，并在一定程度上降低了氮素转化相关酶的丰度和活性。曹云等使用棉隆对西瓜连作土壤进行熏蒸，土壤中的尖孢镰孢菌()数量，以及土壤脲酶、蔗糖酶活性均显著降低，与本试验研究结果相似。这可能与化学熏蒸的原理有关，即无选择性地抑制土壤微生物生长，降低其活力，导致土壤酶分泌能力下降，影响土壤养分转化和积累。

桃园长年连作易引起土壤酸化板结，影响植株根系发育，不利于桃树地下部吸收养分，进而影响新植桃苗的生长发育。一般来说，桃树最适宜生长的土壤pH值在5.2～6.8，而试验地块因长年连作呈现偏酸性条件。本研究中，茭白秸秆和鸡粪砻糠处理后，土壤pH值提高，土壤酸化情况有所缓解，但棉隆熏蒸反而使得土壤酸化加重。

综上，本研究表明，生物熏蒸可以提高土壤有益微生物的相对丰度，提高土壤酶活性，增加土壤有机质、全氮和速效养分的含量；化学熏蒸虽可有效抑制有害微生物，但也降低了与养分有效性相关的土壤酶活性，及土壤养分的含量。综合来看，生物熏蒸在改善土壤微生物群落环境和土壤养分方面的效果更优。对比2种生物熏蒸处理，茭白秸秆熏蒸对土壤酶活性和土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾含量的提升幅度更大，改良效果相对更好。后续，可进一步跟踪调查再植桃苗的生长情况，以明确不同土壤消毒方式对桃树连作障碍的缓解效果。