不同种植年限苹果园根际土壤养分、pH 及微生物的相关性

黄晶淼，刘国鑫，刘佩杭，王金鑫，卢威成，索相敏

（1.河北省农林科学院石家庄果树研究所，河北石家庄050061；2.河北农业大学植物保护学院，河北保定071000）

苹果在世界经济作物中占有重要的地位，我国的苹果产量和面积均居世界第1 位。但是，长期种植单一果树会造成连作障碍（或称忌地现象），进而减弱树势，影响果树产量、果品质量和经济效益等[1]。人们将引起果树连作障碍的病因分为2 类：一类是不适宜的土壤pH、过剩或缺乏的土壤养分、土壤污染及不当的栽培方式等非生物因素；另一类是土壤中的真菌、放线菌等对植物生长发育具有多方面调节作用的生物因素[2-4]。

土壤养分、pH 与土壤微生物之间相互影响，构成土壤这一动态变化的复合体[5]。不同树种、土壤肥力、土壤结构以及不同的栽培管理方式等都会直接影响土壤微生物的构成和数量。而土壤微生物作为土壤中最活跃的成分，反过来又在土壤营养和能量的循环、交换过程中起着重要作用，对土壤肥力的维持和改善造成一定影响[6-7]。

行唐县地处太行山浅山丘陵区与华北平原交汇地带，属暖温带半湿润季风性气候，适宜种植苹果。苹果产业在行唐县经济中占有重要地位。目前，该县50%以上的苹果园为老龄果园，面临着更新换代。

本研究选取行唐县贾洛营村种植年限分别为5、14、23 a 的3 个苹果园为研究对象，对根际土壤养分、pH 和微生物含量进行了调查，旨在明确长期种植单一果树与土壤养分、pH 和微生物之间的关系，为科学施肥、改善老龄苹果园土壤环境以及减轻连作障碍提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试土壤采自行唐县贾洛营村3 个苹果园，种植年限分别为5、14、23 a。果园为沙壤土，主栽品种为短枝富士和红星，常规管理。

1.2 试验方法

2017 年6 月，采用五点取样法选取样区，于样区树冠外缘30 cm 处选取2 点，采集0～40 cm 土层的土壤，混合均匀，带回实验室置于密封袋，于4 ℃冷藏保存。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 土壤养分含量测定 有机质含量采用高温外加热重铬酸钾氧化- 容量法测定；全氮含量采用凯氏定氮法测定；铵态氮含量采用2 mol/LKCl 浸提-靛酚蓝比色法测定；硝态氮含量采用双波长紫外分光光度法测定；速效磷含量采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定；速效钾含量采用乙酸铵浸提-火焰光度计法测定；土壤pH 采用pH 计法测定[8]。

1.3.2 土壤微生物分析 细菌采用牛肉膏蛋白胨琼脂培养基在37 ℃条件下倒置培养2～3 d；放线菌采用重铬酸钾改良高氏琼脂培养基在28 ℃条件下倒置培养4～5 d；真菌采用链霉素- 马丁氏孟加拉红琼脂培养基在28 ℃条件下倒置培养4～5 d。然后，采用稀释平板分离法对土壤细菌、真菌、放线菌进行分离与测定[9]。

1.3.3 土壤微生物多样性的测定 选用Shannon-Wiener 指数（H）分析微生物的多样性特征。

其中，Pi是第i个属相对丰富度，Ni为属i的单菌落数量，N为土样的总单菌落数量。

1.3.4 土壤营养指数的测定 以我国肥沃土壤中微生物总数的平均值1.60×107cfu/g 为评价标准，探讨不同种植年限苹果园的土壤营养指数。

其中，Ci为实测土壤微生物平均值，Coi为1.60×107cfu/g。

1.4 数据分析

采用Excel 2003 软件对试验数据进行处理，采用SPSS 26.0 软件进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同种植年限苹果园根际土壤养分含量变化

土壤有机质含量是反映土壤肥力的一项重要指标，也是土壤质量演化趋势的标志之一。从表1可以看出，随着苹果园种植年限的延长，土壤有机质含量呈显著上升趋势，其中，5 年生树根际土壤有机质含量最低，为6.95 g/kg，14、23 年生树有机质含量分别为 7.24、11.12 g/kg。

表1 不同种植年限根际土壤养分含量

随着种植年限的延长，果园土壤速效磷含量呈现显著增长趋势。磷素含量随年限延长出现大量累积，说明该地果园普遍存在磷肥过量施用的现象，而23 a 果园土壤磷素含量较高，可能与果树衰老其吸收功能降低有关。

不同种植年限苹果园土壤全氮含量间差异均不显著；土壤中铵态氮、速效钾含量均随种植年限延长呈波动性上升趋势，均以14 a 果园的含量最高，23 a 果园略有下降；土壤硝态氮含量随种植年限延长呈波动性下降趋势，14 a 果园的含量最低，23 a 果园又略有增高；14、23 a 果园土壤的速效磷和速效钾含量相较于5 年生树均为较丰富状态，但是磷钾比在0.28～0.61 范围内，与适宜磷钾比0.125 相比，处于偏高水平，再次说明当地果园磷肥施用过量。

随着苹果园种植年限的延长，土壤pH 值呈显著性下降趋势，其中，23 a 老龄苹果园土壤酸度最大（pH＝5.49），这可能与根系分泌物如有机酸的长期积累有关。

2.2 不同种植年限苹果园根际土壤微生物的变化

表2 不同种植年限根际土壤微生物量

从表2 可以看出，不同树龄苹果园微生物总量表现为5 a＞14 a＞23 a。随着苹果园种植年限的延长，细菌、真菌数量呈逐渐上升趋势，放线菌数量呈显著下降趋势；3 个不同树龄苹果园土壤微生物均表现为真菌数量最少，而5、14 a 果园土壤中放线菌数量占绝对优势，细菌数量次之；23 a 果园表现正相反。以真菌的相对量为标准，计算各类微生物占比情况，结果表明，随着种植年限的延长，真菌所占比例趋于上升趋势。

2.3 土壤营养指数和微生物多样性指数的变化

从表3 可以看出，随着种植年限的延长，土壤营养指数呈下降趋势，微生物多样性指数逐渐上升。其中，5 年生树龄的土壤营养指数最高，为0.22，14 年生和23 年生树的营养指数分别为0.20和0.18；5 年生树的微生物多样性指数最低，为0.66，14 年生和23 年生树的微生物多样性指数分别为0.79 和0.81。微生物多样性指数与微生物总量变化规律不一致，微生物总量高的土壤，其微生物多样性不一定高，可能是因为有些土壤养分虽然较为丰富，但是仅有利于某类微生物生长，而不适宜其他类微生物生存，从而致使微生物总量较高，但微生物多样性指数不高。

表3 不同种植年限土壤营养指数和微生物多样性指数

2.4 土壤养分、pH 与土壤微生物的相关性分析

土壤微生物数量在一定程度上可以反映土壤养分的水平。从表4 可以看出，土壤中细菌、真菌与土壤有机质、全氮、铵态氮、速效磷和速效钾均呈正相关，与硝态氮、pH 均呈负相关。其中，细菌数量与速效磷的相关系数为0.959，与硝态氮的相关系数为-0.957，均达到显著水平（P≤0.05）；真菌数量与速效磷、速效钾的相关系数分别为0.917 和0.920，与硝态氮的相关系数为-0.985，也均达到显著水平（P≤0.05）；土壤中放线菌与土壤养分的相关关系与真菌和细菌正好相反，即与土壤有机质、全氮、铵态氮、速效磷和速效钾均呈负相关，与硝态氮、pH均呈正相关，其中，与速效磷的相关系数为-0.985，与硝态氮、pH 的相关系数分别为0.917、0.912，均达到显著水平（P≤0.05）。

表4 土壤养分、pH 与土壤微生物的相关性分析

3 结论与讨论

果园长期种植单一作物会引起土壤肥力改变。胥继东等[10]在对渭北旱塬不同树龄苹果园营养状况演化趋势的研究中发现，果园20 cm 以下土壤中有机质含量随树龄增加而呈急剧减少趋势。本研究中，土壤营养指数随着种植年限的延长呈下降趋势，土壤营养指数与土壤肥力呈正相关，与已有研究结果一致[11-12]。但土壤有机质含量随树龄的增长呈显著性上升趋势，这可能与5 年生树处于旺盛生长期，养分需求大，而23 年生树的果园枯枝落叶的积累造成土壤有机质含量增高，加之果园主习惯施用大量有机肥有关[13-14]。另外，随着种植年限的延长土壤速效磷含量呈显著上升趋势，且磷钾比远远超出适宜标准（0.125），这可能与磷肥施用过量，且23 年生树果园树体衰老其吸收功能明显降低有关。应适当降低磷肥施用量、提高钾肥施用量，调节土壤磷钾比。

随着苹果园种植年限的延长，土壤pH 值呈显著下降趋势，且均超出苹果生长的最适宜范围（pH值为5.6～6.7）。其中，23 年生树苹果园的土壤呈酸性（pH 值为 5.49），pH 值显著小于 5 年生树苹果园（7.59），这可能与有机酸等根系分泌物不断积累，导致土壤逐渐酸化有关[15]。调节果园土壤pH 值、提高养分含量，是当前老龄果园土壤管理需要采取的重要措施。

土壤是动态变化的pH- 养分- 微生物复合体，土壤养分及土壤pH 的变化，改变了土壤微生物的生存环境[16]。本研究表明，随着种植年限的延长，微生物生存环境发生了变化，促进了细菌和真菌的生长，抑制了放线菌的生存，致使微生物多样性指数呈上升趋势。有文献报道[17-18]，果园长期种植单一作物，会使植物根系分泌物积累，从而诱导土壤真菌数量增加，并且增加的大部分真菌是引起连作障碍的致病菌，不同地区引起连作障碍的有害真菌种类有所不同。有报道显示，引起苹果园连作障碍的主要有害真菌属有柱孢属、镰孢属、丝核属、疫霉属和腐霉属等[19]。本研究中，随着种植年限的延长，真菌数量呈显著上升趋势，并且真菌所占比例持续升高，这与以往研究结果一致[20]，但是引起行唐县苹果园连作障碍的有害真菌种类还有待进一步研究确定。

果园土壤营养指数降低、土壤酸化、微生物总量减少、真菌百分含量增高等均是土壤质量退化的标志。应该根据不同种植年限果园的土壤特点，对果园进行合理管理。本研究中，对于行唐县老龄苹果园应适当减少磷肥施用量、降低土壤磷钾比、减缓土壤酸化速度，改善苹果园土壤微生态环境，提高苹果园土壤肥力，减轻连作障碍的影响。