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摘要：本研究旨在探究不同覆盖模式对“紫金黄脆”桃园土壤环境和桃（Prunus
persica）果实品质的影响。三个处理分别为：黑色地膜覆盖（BF）和生草覆盖处理（HV：毛苕子和RG：黑麦草）。结果表明，生草覆盖处理，尤其是HV通过提高氮相关的指标显著改善了土壤养分状况。BF处理的土壤全磷和有效磷含量高于HV和RG处理。在幼果期，HV处理的变形菌门（Proteobacteria）相对丰度最高（33.49%），其次是RG（25.62%），最后是BF（22.38%）。生草覆盖还促进了植株生长，提高果实含糖量、糖相关组分以及糖酸比，并降低酸含量。本研究结果表明，生草覆盖可以通过改善土壤肥力、细菌多样性和丰富度来促进植株生长并提高果实品质。
关键词：桃园；生草覆盖；土壤养分；微生物群落；果实品质
文 章 信 息
译名：同覆盖方式对桃园土壤环境和果实品质的影响
发表时间：2024年3月13日
期刊IF：4.4 (2023)
第一单位：甘肃农业大学园艺学院
通讯单位：甘肃农业大学园艺学院
文 章 亮 点
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文 章 简 介
1 研究意义
我国是世界上桃 (Prunus persica [L.] Batsch)的主要生产国，年产值达1502万吨，但与其他国家相比，我国在桃栽培和管理模式方面面临着许多问题。果农沿袭传统的耕作理念，对果园长期实施清耕管理，导致土壤肥力降低，果园生态环境恶化，果实品质和产量直接和间接降低。果园土壤管理方法主要包括全面耕作和覆盖。尽管研究已经报道了覆盖措施对土壤微生物群落结构的影响，但微生物对土壤环境变化的响应以及这些变化如何进一步影响土壤质量和果树生长仍不清楚。此外，果园的长期覆盖措施如何影响土壤微生物群落结构的特征，以及这些措施对果园土壤质量改善和果实品质的影响也尚待深入研究。因此，本研究旨在通过多年定位试验，结合土壤环境因素，揭示不同多年覆盖措施下土壤微生物群落结构的特征，综合评价覆盖措施对果园土壤质量改善及其对果实品质的影响。2 研究方法
2.1试验地概况
本试验于2016年9月至2022年10月在江苏省农业科学院果树研究所的桃园进行（东经118°87′，北纬32°03′，海拔11米)。年降水量1000~1100
mm，年平均气温15.7°C，年积温约4800°C（以0°C为基准温度），全年平均日照时数1900
h，无霜期220~240天。在试验期间，桃园不施用化肥。每年10月初，在穴中施用有机肥（菜籽饼），施用量为2
kg/棵（菜籽饼的有机质、硝态氮、全氮、总磷和全钾分别为：204
g·kg-1、2.88
g·kg−1、58.77
g·kg-2、3.31
g·kg-3和6.62
g·kg-1）。即每年在树干两侧各挖30
cm深坑，并在坑中施入有机肥（每个坑1
kg），施肥点沿桃树行距主干30
cm。2.2试验材料
试验材料为“紫金黄脆”（Prunus
persica cv.）。桃树于2017年种植，株距2米，行距5米。生草覆盖为黑麦草（Lolium
perenne L.）和毛苕子（Vicia
villosa）组成。2.3地面管理
2016年秋季，试验地采用完全随机区组设计进行了植草。试验设计了三种处理，分别为：黑地膜覆盖（BF）、毛苕子覆盖（HV）和黑麦草覆盖（RG）。地膜在桃树两侧各覆盖4.5米的宽度。首次毛苕子覆盖于2016年9月末至10月初进行。由于地膜的老化和损坏，2020年3月重新铺设了地膜，并一直维持至2022年试验结束。在播种毛苕子前，使用旋耕机对试验地桃树行间及行内进行了翻耕，播种量为7.50
g/m2（即5 kg/亩）。黑麦草覆盖的播种方式与毛苕子相同，播种量也相同。在生长期间，两种草覆盖均未进行刈割（生长至40
cm高）。次年4月初，使用割草机对桃树行下的草进行刈割。每年6月，当两种生长的草开始枯萎时，使用割灌机对试验地内的草进行刈割，随后用黑麦草和毛苕子覆盖土壤表面。2.4取样方法
于2022年果实收获期(
2017年至2022年每年9月)后、幼果期(
S1 , 4月30日)、成熟果期(
S2 , 6月30日)和果实收获期(
S3、9月30日)后采集土壤样品。在每个阶段，从每块地行间10-20
cm处随机收集五个土芯，然后混合成复合样品。从收集的样本中去除石头和植物残留物。然后将土壤样品通过2
mm的筛子筛分，分为三部分。第一组子样本风干，用于测定土壤的理化性质。第二组子样本保存在4℃的冰箱中，用于测定微生物生物量碳和氮。第三组子样本保存在-80℃的冰箱中进行冷冻保存，用于微生物DNA提取和群落分析。3 结果与讨论
3.1不同覆盖措施对土壤理化性质和矿物质含量的影响
在果实生育期内,全氮(
TN )和速效氮(
AN )呈下降趋势，但生草覆盖处理(
HV和RG)的TN和AN含量均高于BF处理。HV中TN和AN含量显著高于RG，但在收获期(
S3 ) 后两者差异不显著(Fig.1a
, b)。溶解性有机氮(
DON )和溶解性全氮(
DTN )含量总体呈上升趋势，但DON主要在幼果期(
S1 )和果实成熟期(
S2 )的BF中显著较高。与HV和RG相比，BF的DON在S2和S1期分别增加了14.53
- 86.67 % ( HV )和53.30 - 53.52 % ( RG )(Fig.1c, d）。HV处理的DTN、NO3--N和NH4+ - N含量在各时期均显著高于 BF和RG处理,其中NO3--N在幼果期显著较高(Fig.1e,
f）。RG处理下的微生物氮(
MN )和微生物碳(
MC ,除S1期外)均显著高于BF和HV(Fig.1g
, j)。S1和S3阶段的有机质含量(
SOM )在HV和RG处理下显著高于BF处理。与BF相比，HV和RG处理下SOM含量分别增加了45.32
%和45.78
% ( S1 )和61.72
%和89.51
% ( S3 ) (Fig.1h )。BF、HV和RG处理下p
H值波动范围分别为6.15
~ 6.34、6.26
~ 6.59和6.63
~ 6.85，生草覆盖处理下p
H值略有升高(Fig.1k
)。生草覆盖(
HV和RG)下的土壤全钾(
TK )和速效钾(
AK )均高于BF。与BF处理相比，RG和HV的AK 含量在S3阶段显著增加，增幅分别为52.16
%和40.68
% (Fig.1m, o )。BF处理的速效磷(
AP )在三个阶段均显著高于生草覆盖处理，在S1和S2阶段，BF处理的全磷(
TP )也显著高于生草覆盖处理(Fig.1l
, n)。3.2 不同覆盖处理对土壤细菌群落的影响
3.2.1 覆盖处理对土壤细菌丰度和组成的影响
在BF、HV和RG处理中，相对丰度前5位的菌门分别为变形菌门(20.40
~ 33.49 % )、酸杆菌门(10.95
~ 17.73 % )、拟杆菌门(7.99
~ 20.17 % )、疣微菌门(，10.43
~ 13.46 % )、放线菌门(
3.89 ~ 10.67 % )。在S1阶段，变形菌门(
Proteobacteria )的相对丰度在HV处理下显著较高(
33.49 % )，其次是RG
( 25.62 % )和BF
( 22.38 % )。在S2阶段，BF处理下的变形菌门(
Proteobacteria )丰度显著降低(Fig.2a)。相对丰度在BF、HV和RG处理中的组成不同，相对丰度前5的细菌属分别为RB41、Sphingomonas、Candidatus-Udaeobacter、Terrimonas和Tepidisphaera
(Fig.2b)，RB41的相对丰度在HV处理下最低。在S1阶段，HV处理下Sphingomonas的相对丰度显著高于RG和BF，而BF处理下的Sphingomonas丰度在S3阶段时显著高于HV和RG。![]()
3.2.2 细菌群落多样性分析
S2阶段生草覆盖下土壤细菌的多样性和丰富度显著增加，而在S1阶段增加不显著，在S3阶段降低(Fig.2c
)。通过主成分分析(
PCA )和主坐标分析(
PCoA )发现三个处理之间存在显著差异(Fig.2d
, e)，PCA1和PCA2分别解释了44.57
%和11.35
% (Fig.2d )，而PCo
A1和PCo
A2分别解释了40.10
%和11.76
% (Fig.2e )。3.3 覆盖处理对桃树生长和果实品质的影响
3.3.1 覆盖处理对桃树生长和叶片矿质元素含量的影响
HV和BF处理下的桃树生长优于RG处理。树高、冠幅、侧枝长和树径在HV和BF处理间无显著差异，但在HV或BF与RG处理间存在显著差异。在2种生草覆盖处理中，HV处理对桃树生长的促进作用优于RG处理(Fig.3)。![]()
HV处理的叶片TN含量在不同时期均表现出先降低后升高的趋势，而全磷(
TP )和全钾(
TK )含量则表现出相反的趋势。RG处理下叶片的TN和TP呈逐渐增加的趋势，而TK含量呈先降低后增加的趋势。与BF相比，HV显著促进了S1阶段TN的积累，显著降低了TK含量，而RG显著增加了叶片TK含量，显著降低了叶片TN和TP含量。与BF相比，HV显著促进了TN、TK和TP的积累，而RG在S2阶段显著促进了TK和TP含量的增加(Table
1)。3.3.2 覆盖处理对桃果实品质的影响
果实表型表明，BF和生草覆盖处理的桃果实品质存在显著差异。而单果重、长度、宽度和侧径均表现出HV
> BF > RG的趋势 (Fig.4a,Table 2)。RG处理下果实的a
*值显著高于其他处理。相比之下，RG处理下果实的h
*值显著低于其他处理。结果表明，RG和BF处理促进了桃的着色，其中RG的效果更好，而HV处理对桃的着色效果较差(Table
2)。各处理下的果实品质均存在显著差异。HV处理提高了果实总糖含量和糖组分但降低了总酸含量，表现为较高的糖酸比(Fig.4b
- d)。在S1阶段，HV处理的蔗糖、葡萄糖、果糖、山梨醇、总糖、奎尼酸、柠檬酸和总酸含量显著低于RG和BF处理。RG对果实糖分积累的总体影响不显著，但奎宁酸、柠檬酸和总酸含量较高。在S2阶段，HV处理的葡萄糖、果糖、奎宁酸和总酸含量仍显著低于其他处理。但蔗糖、山梨醇和柠檬酸含量有所增加，糖酸比最高。RG处理的葡萄糖、果糖和奎尼酸含量最高，且显著高于HV和BF处理。在同一株系中，RG处理下的蔗糖、山梨醇和糖酸比显著低于其他两个处理。BF和HV处理提高了果实的总糖含量和糖组分，降低了总酸含量(Fig.4b
- d)。3.4 土壤理化性质与土壤微生物群落的相关性分析
采用冗余分析(
RDA )在属水平上评估了不同处理中环境因子与微生物菌群之间的关系。在不同时期的生草覆盖处理下，大部分理化因子之间存在显著的相关性，尤其是与氮素养分相关的区域。Terrimonas与TN、AN、SOM、DOC、MC呈显著正相关。Sphingomonas与AP呈显著正相关，与TK、AK、SOM、pH呈显著负相关。此外，Candidatus-Udaeobacter和Tepidisphaera与SOM、MC、MN之间存在显著的负相关关系。RB41与DOC呈显著负相关(Fig.5a
)。3.5 土壤理化性质与果实品质的相关性分析
葡萄糖（Glu）和果糖（Fru）含量与土壤总钾（TK）含量呈显著正相关，但与AN、NO3--N、NH4+-N和DTN呈显著负相关。果实蔗糖（Suc）和山梨醇（Sor）与土壤AN、NO3--N、NH4+-N和DTN呈显著正相关。总糖（TS）与溶解有机氮（DON）呈正相关，但与MC、MN和pH值呈显著负相关。果实的奎尼酸（Qui）含量与AN、NO3--N、NH4+-N和DTN呈显著负相关性。相比之下，柠檬酸（Cit）含量与NO3--N、NH4+-N和DTN呈显著正相关。果实总酸与AK、AN和NH4+-N呈显著负相关(Fig.5b)。4 讨论
4.1覆盖措施对土壤特性、微生物群落和养分的影响
HV和RG处理使S1和S3阶段的土壤有机质分别显著增加了45.32%和45.78%、61.72%和89.51%。这种现象归因于在生草覆盖下产生的枯落物进入土壤并在土壤中不断分解和转化。此外，氮是土壤理化性质生长发育过程中的重要因素，因为它增强了微生物多样性利用碳源的能力，从而促进了微生物碳生物量的增加。在三个阶段中，与BF处理相比，两种生草覆盖处理中TN、AN、MN、DOC和MC的含量显著增加。此外，BF的DON在S1和S2中最高，但在S3中最低，这归因于草的分解。DON的来源主要包括凋落物、土壤腐殖质、有机物分解的中间产物、施用的有机肥料、土壤微生物生物量和残留物、作物秸秆、微生物和根系的代谢物和分泌物以及降雨淋溶等。研究中，这两种牧草在S1期仍处于旺盛生长阶段，因此，草可能已经从土壤中吸收了DON，从而降低了其含量。在S2期，草刚刚死亡，还没有开始分解，导致DON含量普遍低于BF。在S3期，DON含量增加是因为草已经开始分解。在HV处理下，作为主要细菌门的变形杆菌的相对丰度（33.49%）在幼果期明显高于RG处理（25.62%）和BF处理（22.38%）（Fig.2a）。假设变形杆菌的丰度有利于提高桃园的土壤氮素，同样，Terrimonas的丰度在固氮中起着重要作用，从而提高了大气氮对植物生长发育的利用。本研究中，Terrimonas在不同覆盖处理中与TN、AN、SOM、DOC和MC呈正相关，显著正相关有利于碳氮的积累。Candidatus-Udaeobacter与TN、AN、MN和NO3--N呈显著负相关，这可能与不同的土壤质量和养分条件有关。4.2覆盖处理对桃树生长和果实品质的影响
本研究中，生草覆盖提高了土壤肥力，从而促进了桃树的生长。与BF相比，HV处理提高了树高、冠幅、树枝长度和树径，而RG显著降低了这些指标。这可能归因于黑麦草属于禾本科，在生长过程中从土壤中吸收养分，与果树形成竞争关系，从而影响桃树生长。毛苕子是豆科植物，其根部根瘤菌可以从空气中吸收氮，从而增加树木对氮的吸收，促进果树的生长。此外，两种生草覆盖对桃的影响相反。HV增加了果实大小，但着色稍差，而RG处理下的果实较小，但着色良好。这可能是由于土壤氮含量的变化，猜测可能是植物中的低氮水平会促进黄酮类化合物的积累。与BF和RG相比，HV处理显著增加了蔗糖、山梨醇和柠檬酸的含量，并显著降低了总酸含量，提高了糖酸比，水果中的蔗糖和山梨醇是味道最相关的指标，而苹果酸和柠檬酸是最佳酸度的主要因素。HV处理下的果实蔗糖和山梨醇含量高，糖酸比高，表明HV处理显著提高了果实品质。5 结论
不同的覆盖处理对桃园土壤养分、微生物组成和丰度、果树生长和果实品质有一定的影响。生草覆盖处理（HV和RG），尤其是HV处理，优于地膜覆盖处理（BF）。生草覆盖增加了TN、AN、MN、SOM、DOC和MC的含量，显著提高了土壤养分。其中，HV处理对氮素的综合改善效果优于RG处理。在生草覆盖处理下，也增加了细菌的多样性和丰度。HV更显著地增加了微生物的多样性和丰度，同时增加了与固氮相关的变形杆菌和Terrimonas的丰度。微生物利用大气中的氮素促进了营养物质的积累和循环，从而提高了桃树的株高、冠幅、分枝枝长和树径、叶片中N、P、K的积累量、单果重和果实的糖酸比。Reference:
Lei Guo, Siyu Liu, Peizhi Zhang, et.al,
(2024).Effects of Different Mulching Practices on Soil Environment and Fruit
Quality in Peach Orchards. Plants,13,827.
原文链接：
https://doi.org/10.3390/plants13060827
本期分享来自2023级草学专业硕士研究生石应来
