有机源调理剂对草莓品质和土壤理化性质、细菌群落结构的影响

张泽旺 张军强 张永春 马洪波 张辉 孙书慧 葛高飞

摘要：  為提升土壤质量，减少化肥用量，改善草莓品质，本研究以草莓品种红颜为试验材料，采用大棚小区试验，设置常规施肥（CK）、有机源调理剂4 800 kg/hm2+常规施肥（T1）、有机源调理剂4 800 kg/hm2+基肥减量10% （T2）、有机源调理剂4 800 kg/hm2+基肥减量20%（T3）、有机源调理剂4 800 kg/hm2+基肥减量30%（T4）5个处理，分析有机源调理剂应用与化肥减量对草莓产量、品质、根腐病发病率以及土壤理化性质和土壤细菌群落结构的影响。结果表明，与常规施肥相比，T1处理能显著提高草莓产量、土壤有机质含量和pH值，增加变形菌门和拟杆菌门细菌相对丰度。施用有机源调理剂能显著降低根腐病发病率（39.68%～64.09%）。T1和T4处理能降低放线菌门相对丰度。土壤有效磷含量、速效钾含量、有机质含量是土壤细菌群落结构的主要影响因子。T1处理对提高草莓产量和改善土壤细菌群落结构效果较好，T4处理对提高土壤有机质含量、改善团聚体结构和缓解土壤酸化效果较好。

关键词：  有机源调理剂； 土壤理化性质； 细菌群落结构； 草莓

中图分类号：  S531.06    文献标识码： A    文章编号：  1000-4440（2024）03-0531-07

Effects of organic source conditioners on strawberry quality and soil physicochemical properties and bacterial community structure

ZHANG Ze-wang1，2， ZHANG Jun-qiang3， ZHANG Yong-chun2， MA Hong-bo2， ZHANG Hui2， SUN Shu-hui4， GE Gao-fei1

（1.College of Resources and Environment， Anhui Agricultural University， Hefei 230036， China; 2.Institute of Agricultural Resources and Environment， Jiangsu Academy of Agricultural Sciences， Nanjing 210014， China; 3.Agricultural and Rural Bureau of Enshi Tujia and Miao Autonomous Prefecture， Enshi 445000， China; 4.Jinling Institute of Technology， Nanjing 210038， China）

Abstract：   In order to improve the soil quality， reduce the amount of chemical fertilizer and improve the quality of strawberry， a plot experiment was carried out in greenhouse with Hongyan as the experimental material in this study. Five treatments were set up： conventional fertilization （CK）， 4 800 kg/hm2 organic source conditioner + conventional fertilization （T1）， 4 800 kg/hm2 organic source conditioner + base fertilizer reduction 10% （T2）， 4 800 kg/hm2 organic source conditioner + base fertilizer reduction 20% （T3）， 4 800 kg/hm2 organic source conditioner + base fertilizer reduction 30% （T4）. The effects of organic source conditioner application and chemical fertilizer reduction on strawberry yield， quality， root rot incidence， soil physical and chemical properties and soil bacterial community structure were analyzed. The results showed that compared with conventional fertilization， T1 treatment could significantly increase strawberry yield， soil organic matter content and pH value， and increase the relative abundance of Proteobacteria and Bacteroidetes. The application of organic source conditioner could significantly reduce the incidence of root rot （39.68%-64.09%）. T1 and T4 treatments could reduce the relative abundance of Actinobacteria. Soil available phosphorus content， available potassium content and organic matter content were the main influencing factors of soil bacterial community structure. T1 treatment had a better effect on increasing strawberry yield and improving soil bacterial structure. T4 treatment had a better effect on increasing soil organic matter content， improving aggregate structure and alleviating soil acidification.

Key words：  organic source conditioners; soil physical and chemical properties; bacterial community structure; strawberry

草莓（Fragaria×ananassa Duch.），蔷薇科草莓属，又叫作红莓、地莓和洋莓子等，是一种多年生草本植物[1]。草莓果实富含维生素C，具有极高的药用价值和营养价值，能够促进机体消化和提高抗衰老能力，深受广大消费者的喜爱[2-3]。中国是世界草莓种植大国[4]，种植户为提高草莓产量在种植过程中通常会施用过量的化肥，这不仅导致草莓种植区土壤板结、酸化以及肥料利用率和土壤微生物多样性降低，还造成草莓品质和产量急剧下降[5-6]。为实现减肥增效，促进农业生产可持续发展，中国在2015年提出了化肥零增长战略[7]。

土壤调理剂具有改善土壤结构和化学性状，调节土壤酸碱度及修复污染土壤等功效[8-10]。但不同类型的土壤调理剂常具有不同的功效，同时亦可能伴随一定的负作用。化学和矿物类土壤调理剂能有效缓解土壤酸化，但不能明显改善土壤生物学性状[11]。生石灰、硅钾土壤调理剂都能有效缓解土壤酸化，提高土壤有机质含量，但两者都可能导致土壤板结和养分含量降低[12]。高钙高镁土壤调理剂能显著增加土壤肥力和细菌群落的多样性，但也会导致细菌群落均匀度的降低，其原因在于高钙高镁土壤调理剂能抑制部分有益菌的活性[13]。含有腐殖酸的有机土壤调理剂可以使土壤形成弱酸缓冲体系，维持土壤酸碱度平衡，提升土壤有机质含量，改善土壤结构和微生物群落结构，提高作物的产量和品质[14-15]，在苹果[15]、水稻[16]等作物的生产中得到了初步应用，并取得了较好的增产效果。近年来，一款生产成本低廉、以餐厨垃圾为主要原料的生物强化腐殖化土壤调理剂（简称为有机源调理剂）研制成功，并在生产中得到了初步应用。但目前有机源土壤调理剂在草莓化肥减量及其对草莓产量、品质、根腐发病率以及土壤理化性质和土壤细菌群落结构的影响尚缺乏系统研究。鉴于此，本研究在草莓基肥减量的基础上配施有机源土壤调理剂，明确其对草莓产量、品质、土壤性质和细菌群落结构的影响，旨在实现减肥减药的草莓生产及草莓种植土壤保育，促进草莓产业的可持续发展。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2021年11月至2022年3月在江苏省丹阳访仙镇红果家庭农场（31°98′N，110°74′E）设施大棚内进行。该农场地势平坦，日照充足，季节分明，雨水充沛，无霜期较长。土壤全氮含量1.27 g/kg，有效磷含量16.51 mg/kg，速效钾含量108 mg/kg，有机质含量19.15 g/kg，pH 6.67。

1.2 试验材料

试验用草莓品种为当地主栽品种红颜。P2O5、N、K2O含量均为15%的复合肥及氮含量为46.66%的尿素购自江苏华昌化工股份有限公司。有机源调理剂购自北京嘉博文生物科技有限公司。有机源调理剂的有机质含量为376.56 g/kg，pH值8.01，全氮含量1.02 g/kg，有效磷含量89.03mg/kg；速效钾含量57.03mg/kg，含水量6.55%，总腐殖酸含量27.32%。

1.3 试验设计

本试验设置常规施肥（CK）、有机源调理剂4 800 kg/hm2+常规施肥（T1）、有机源调理剂4 800 kg/hm2+基肥减量10% （T2）、有机源调理剂4 800 kg/hm2+基肥减量20%（T3）、有机源调理剂4 800 kg/hm2+基肥减量30%（T4）共5个处理。每个处理重复3次，随机区组排序，每个小区面积为4 m2。于11月初施入有机源调理剂和基肥（复合肥），草莓移栽完成后，每隔15 d追施尿素1次，共追肥6次，每次追肥量为25 kg/hm2。各处理施肥情况见表1。

1.4 测试项目与方法

1.4.1 草莓产量及品质测定  移栽后30 d调查各小区草莓苗的死亡株数，结合死亡植株根系特征及草莓根腐病根系病症[17]，得到各小区草莓根腐病发病率。在草莓头茬果实成熟后，每3 d进行各小区草莓果实的采摘，记录每次采摘的各小区产量、果实数量及单果质量≥20 g且果形端正的优质果数量，直到收获结束，得到各小区产量、果实总数及优质果数量，计算优果率（优质果数量比率）。各处理随机选取10个大小一致的头茬草莓果实进行品质测定。采用TD-45糖度仪（浙江托普云农科技股份有限公司产品）测定草莓果实糖分含量，采用 2，6-二氯靛酚比色法测定草莓果实维生素C含量。

1.4.2 土壤理化性质测定  2022年2月15日每小区按照S形采样法采集表层（0～20 cm）土壤样品，各处理采集样品均匀混合后过20目筛用于测定土壤pH、碱解氮含量、有效磷含量和速效钾含量，另外过100目筛用于测定土壤有机质含量。采用Five Easy Plus pH计（瑞士Mettler toledo科技有限公司产品）测定pH，分别采用外加热法、碱解扩散法、钼锑抗比色法、火焰光度计法测定土样有机质含量、碱解氮含量、有效磷含量、速效钾含量。在草莓种植地块取表层土壤采用湿筛法测定土壤团聚体，团聚体分级为粗大团聚体（>2.000 mm）、细大团聚体（0.251～2.000 mm）、微团聚体（0.053～0.250 mm）和粉黏粒组分（<0.053 mm）。采用环刀法测定土壤容重。

1.4.3 土壤细菌群落结构分析  2022年1月10日采集0～20 cm 土层土壤放到无菌袋中，采用干冰冷藏运输、 -80 ℃冰箱保存。土样微生物多样性测定方法如下：首先利用引物（正向引物：5′-CCTACGGGNGGCWGCAG-3′;反向引物： 3′-GACTACHVGGGTATCTAATCC-5′） 對细菌16S rRNA 的V3～V4 区进行PCR扩增，扩增产物利用Illumina Miseq平台采用双末端测序法进行测序（南京集思慧远有限公司完成）。使用Qiime v1.8.0软件对Read拼接得到原始序列（RawTag），使用Trimmomatic v0.33软件对原始序列进行拼接过滤得到高质量序列（CleanTag），采用Uchime v4.2软件对CleanTag进行鉴定并去除嵌合体得到有效序列。以97%相似度聚类得到操作分类单元（OTU）。基于细菌分类学数据库（Silva）对OTU进行物种注释及各处理样品物种丰度分析。基于环境因子与主要细菌群落进行冗余分析，分析环境变量与细菌群落结构之间的关系。

1.5 数据处理

采用 Excel 2010、SPSS 26等软件进行数据统计与分析，采用Duncans 多重检验法分析处理间差异显著性，采用Mothur 1.30 软件进行细菌Alpha 多样性分析，采用 Canoco 5.0 软件进行冗余分析（RDA）分析，采用Origin 2021软件绘制图、表。

2 结果与分析

2.1 有机源调理剂对草莓产量、优果率、发病率及品质的影响

由表2可知，有机源调理剂处理（T1～T4）的草莓单果质量和优果率与CK相比均无显著差异。增施有机源调理剂（T1处理）后，草莓产量比CK提高了20.83%，差异显著。施用有机源调理剂处理（T1～T4）间，随着复合肥施用量的减少，草莓产量呈减少趋势，其中T1和T4处理差异显著，T2和T3处理的草莓产量与T1、T4处理均无显著差异。CK草莓根腐病发病率为16.96%，显著高于施用有机源调理剂处理（T1～T4）。而施用有机源调理剂处理（T1～T4）间草莓根腐病发病率无显著差异。施用有机源调理剂后，各处理草莓糖分含量和维生素C含量均与CK无显著差异。

2.2 有机源调理剂对草莓经济效益的影响

从表3可以看出，T2处理的产值最高，常规施肥的产值最低。T1处理的成本最高，利润也最高。与CK相比，T1处理利润增加23.45%，表明T1处理有利于增加草莓产量和利润。从产投比上看，T1处理最高，其次为CK；与CK相比，T1处理产投比增加7%，其余处理的产投比均低于CK，表明T2、T3、T4处理不利于经济效益的提高。

2.3 有机源调理剂对土壤理化性质的影响

由表4可知，T4处理的土壤有机质含量增加显著，即减施基肥的情况下，补充有机源调理剂有利于提高土壤有机质含量。与CK相比，T4处理的土壤pH值与CK差异达显著水平，表明增施有机源调理剂能缓解土壤酸化。各处理土壤碱解氮含量和有效磷含量无显著差异，而T1处理、T2处理的土壤速效钾含量显著高于T3和T4处理，增施有机源调理剂的处理（T1～T4）与CK均无显著差异。

2.4 有机源调理剂对土壤结构的影响

由表5可知，增施有机源调理剂处理的土壤容重比CK略有降低，其中T4处理的土壤容重与CK有显著差异，而T1、T2、T3处理与CK差异不显著，因此增施有机源调理剂有利于提高土壤的疏松度。施用有机源调理剂后，土壤团聚体的粒径占比亦发生了一定的变化，主要表现为T2、T3、T4处理土壤0.251～2.000 mm粒径的细大团聚体占比显著高于CK和T1处理；CK 0.053～0.250 mm 粒径的微团聚体占比显著低于T1和T2处理，而高于T3和T4处理；T1处理粉黏粒（粒径<0.053 mm）占比最高，CK次之，T3和T4处理的粉黏粒占比最低；CK、T3处理、T4处理（粒径>2.000 mm）的粗大团聚体占比显著高于T1、T2处理。

2.5 有机源调理剂对细菌群落丰富度的影响

由图1A可知，当测序样本10 000以内时，操作分类单元（OUT）迅速增加，当测序样本数量超过60 000条时，整个曲线趋于平坦，表明该测序文库达到饱和，物种数趋势稳定。T1处理土壤细菌ACE指数比CK高30.67%，差异显著；而T2、T3、T4处理ACE指数虽比CK略高，但没有显著差异。即有机源调理剂能增加土壤细菌群落丰富度，但在基肥减量的情况下，土壤细菌群落丰富度越来越低，与CK无显著差异（图1B）。

由图2可知，在门水平下，变形菌门（Proteobacteria，PBA）细菌相对丰度最高，占22.91%～31.25%，其次为酸杆菌门（Acidobacteria，ACI）12.5%～20.83%、绿弯菌门（Chloroflexi， CFI）5.83%～15.21%、拟杆菌门（Bacteroidetes， BOS）2.08%～5.42%、放线菌门（Actinobacteria， ABA）2.08%～4.17%。T1处理PBA和BOS相对丰度比CK均有增加，T1和T4处理ABA细菌相对丰度比CK有所降低。PBA含有丰富的固氮细菌，ABA多为致病细菌，表明增施有机源调理剂可提升土壤的固氮能力和降低病害风险。

2.6 土壤理化性质与主要细菌群落间的关系

土壤理化性质与主要细菌群落丰富度的冗余分析结果表明，2个主要轴特征值分别是61.44%和27.32%，相关系数为0，RDA分析结果可信（图3）。第一轴排序与有效磷含量和速效钾含量呈负相关，与有机质含量呈正相关。土壤有效磷含量和速效钾含量与PBA、BOS、ACI细菌相对丰度呈正相关，与CFI和ABA等菌相对丰度呈负相关。有机质含量与PBA、BOS、ACI细菌相对丰度呈负相关，与CFI和ABA等菌相对丰度呈正相关。

3 讨 论

3.1 有机源调理剂对草莓产量与品质的影响

增施土壤调理剂能提高作物的产量和品质[17-18]。李丹等[19]研究发现多种土壤调理剂能缓解土壤酸化，提高辣椒的产量和品质，戴黎等[20]研究发现大棚土壤增施硅镁土壤调理剂后，草莓产量提升19.5%，草莓浆果的可溶性糖含量和維生素C含量均有增加。栗方亮等[21]研究结果表明土壤调理剂能够提升蜜柚的产量、维生素C含量以及可溶性糖含量。本研究结果表明，施用有机源调理剂后草莓产量提升1.28%～20.80%，其中T1处理草莓产量增加显著；糖度和维生素C含量增加不显著；根腐病发病率降低了39.68%～64.09%。产量增加的原因在于调理剂中富含的有益菌代谢产物可以调节土壤微生态平衡，导致根腐病发病率显著减少[22-23]；同时有机源调理剂施入土壤后分解产生的多肽类物质对作物生理生化过程产生调节作用[24]。

3.2 有机源调理剂对土壤性质的影响

张蕾等[25]、吴辰晨等[26]研究结果表明土壤调理剂可以缓解土壤酸化和土壤疏松性和土壤肥力。本试验结果发现，T4处理土壤有机质含量较CK提高12.56%，pH提高2.72%，土壤容重降低4.51%。原因可能是有机源调理剂含有较多的天然矿质元素及激活矿物质和土壤相互作用的有效成分进而改善土壤pH，这与前人研究结果一致[27-28]。本试验中T4处理土壤有机质含量增加的原因可能是有机源调理剂自身含有大量有机质和易氧化物质，能够作为碳源补充有机质含量[29-30]，以及减氮处理后，土壤pH趋于中性，有利于有机源调理剂中有机物质的转化从而增加了有机质含量。

3.3 有机源调理剂对土壤细菌群落结构的影响

Chen等[31]的研究结果表明施用土壤调理剂对土壤中细菌群落结构有一定的影响。本试验发现T1处理的细菌群落丰富度高于CK，PBA为土壤细菌的优势菌门，所有处理的PBA相对丰度均超过22%，远高于其他菌落水平。前人研究结果表明PBA属有益菌群，且具有土壤固氮能力[32-33]，这与本研究中T1处理的PBA相对丰度最高，且碱解氮含量最高结果一致。另外，PBA相对丰度与AP、AK、OM含量呈正相关，表明PBA可能是富营养环境中的优势菌门。本试验中随着基肥减量比率的增加，拟杆菌门（BOS）细菌相对丰度呈现下降趋势，这与富营养环境有利于BOS细菌生长的研究结果一致[34]。ABA在低养分环境中是优势菌门[35]，且多为致病细菌，本研究中，T1、T2处理的ABA相对丰度低于其他3个处理，可能与有机源调理剂增加土壤养分含量，减肥处理降低养分含量有关。RDA分析结果表明，土壤有效磷含量、有效钾含量和有机质含量与微生物多样性密切相关，BOS和ABA大多为致病细菌且与环境因子显著相关，T4处理的根腐病发病率最低，但BOS和ABA丰度不是最低，可能是根腐病的发生与多种细菌共同调控致病有关。

4 结 论

本研究中，有机源调理剂4 800 kg/hm2+常规施肥处理（T1）对增加草莓产量和改善土壤细菌结构效果较好，有机源调理剂4 800 kg/hm2+基肥减量30%处理（T4）对增加土壤有机质含量、改善团聚体结构和缓解土壤酸化效果较好。经济效益方面，与CK相比，T1处理的利润增加23.45%，T4处理的利润略有下降。因此，在草莓种植过程中建议使用T1处理。

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（责任编辑：石春林）