生物有機(jī)肥對(duì)紅富士樹(shù)體生長(zhǎng)及土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響

薛曉敏，韓雪平，陳 汝，王來(lái)平，王金政

（山東省果樹(shù)研究所，山東 泰安 271000）

化肥一直以來(lái)作為農(nóng)業(yè)增產(chǎn)的重要手段，我國(guó)化肥消費(fèi)量達(dá)5.56×1010kg，占世界化肥總消費(fèi)量的34%［1］，我國(guó)大部分耕地土壤貧瘠［2］，加上長(zhǎng)期施用化肥、除草劑和殺蟲(chóng)劑及無(wú)節(jié)制的掠奪式生產(chǎn)模式，破壞了土壤結(jié)構(gòu)，造成土壤營(yíng)養(yǎng)元素嚴(yán)重缺失，土壤酸化，土地生產(chǎn)能力顯著下降［3-4］，基于目前化肥不當(dāng)使用帶來(lái)的危害以及國(guó)家對(duì)于減少化肥使用的政策驅(qū)動(dòng)，生物有機(jī)肥以具有改良土壤肥力、促進(jìn)作物營(yíng)養(yǎng)吸收、提高農(nóng)作物產(chǎn)量及改善品質(zhì)等獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)成為化肥的替代品，對(duì)農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有重大意義［5-7］。

海藻肥是以天然海藻為原料，通過(guò)物理和生化工藝提取、精制或再混配以氮磷鉀和微量元素制成的生物肥，含有海藻特有的海藻酸鈉、礦物質(zhì)、氨基酸和植物自然生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)等［8］。很多研究表明，施用海藻肥后可促進(jìn)植物根系發(fā)育和主莖的伸長(zhǎng)，提高農(nóng)作物產(chǎn)量，改善果實(shí)品質(zhì)，增強(qiáng)對(duì)干旱環(huán)境的抵抗力［9-10］，還具有抗病抑菌作用和防止病蟲(chóng)害的發(fā)生［11］。葡萄籽肥是以天然葡萄籽制成的肥料，含有多酚化合物、氨基酸、礦物質(zhì)、脂肪等有益于植物生長(zhǎng)的物質(zhì)［12-14］，多用于醫(yī)學(xué)，可以溫和抑制口腔病原菌微生物，是一種非常有前景的天然抗菌物質(zhì)［15］。目前，對(duì)于生物有機(jī)肥的研究主要集中在不同類(lèi)型功能微生物的篩選、生產(chǎn)工藝和技術(shù)以及對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)量的影響［16］，而關(guān)于生物有機(jī)肥對(duì)土壤微生物的研究卻少見(jiàn)報(bào)道。微生物是土壤中重要的組成部分，它們?cè)诟纳仆寥蕾|(zhì)量、提高土地生產(chǎn)力和土壤健康可持續(xù)發(fā)展方面發(fā)揮著重要作用［17］，不同的施肥處理很大程度上影響土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)與數(shù)量［18-19］。因此，對(duì)施加生物有機(jī)肥后土壤微生物群落結(jié)構(gòu)變化的研究具有重要意義。本研究以7年生煙富3蘋(píng)果為試材，對(duì)施加45%有機(jī)肥、葡萄籽肥和海藻肥以后樹(shù)體生物量、產(chǎn)量及果實(shí)品質(zhì)進(jìn)行了測(cè)定，同時(shí)，采用高通量測(cè)序技術(shù)，對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，為今后生物有機(jī)肥在果園生產(chǎn)上的有效應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)園概況

試驗(yàn)在文登市澤頭鎮(zhèn)峰山村果園進(jìn)行，該園地處東經(jīng)121°43′～122°19′，北緯36°52′～ 37°23′，年均降水量762.2 mm，降水分布不均，夏季集中，6～9月份降水量約占全年70 %，春秋季降水偏少，常發(fā)生干旱；年平均氣溫11.5℃，極端最高氣溫36.4℃，極端最低氣溫-25.5℃，年日照時(shí)數(shù)2 540.7 h，無(wú)霜期194 d。試驗(yàn)地土壤類(lèi)型為棕壤土，建園前為楊樹(shù)林，土壤肥力水平較差。

1.2 試驗(yàn)材料

供試品種為7年生‘煙富3’，砧木為平邑甜茶（Malus hupenensisRehd.），2010年春季定植建園，株行距3.0 m×5.0 m，南北行向，樹(shù)形為小冠疏層形，行間自然生草，樹(shù)盤(pán)起壟栽培，有滴灌系統(tǒng)，管理水平偏上。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)3個(gè)有機(jī)肥處理（表1），分別為海藻有機(jī)肥11 250 kg/hm2、葡萄籽有機(jī)肥4 500 kg/hm2、45%有機(jī)肥11 250 kg/hm2（對(duì)照CK），其中，海藻有機(jī)肥有機(jī)質(zhì)含量≥45%，N+P+K≥5%；葡萄籽有機(jī)肥有機(jī)質(zhì)含量≥90%，N+P2O5+K2O≥12%；45%有機(jī)肥有機(jī)質(zhì)含量≥45%，有效活菌數(shù)≥0.2億/g，N+P+K≥5%。選擇樹(shù)勢(shì)均勻一致的蘋(píng)果樹(shù)為樣本樹(shù)，10株樹(shù)為一小區(qū)，3次重復(fù)，每處理共計(jì)30株樹(shù)。2016年10月，在樣本樹(shù)四周距樹(shù)干30 cm左右挖深度約30 cm的放射溝，將有機(jī)肥進(jìn)行溝施，然后覆土、澆水。生長(zhǎng)季除6月份每株樹(shù)追施500 g左右果樹(shù)專(zhuān)用復(fù)合肥（N≥16%，P2O5≥6%，K2O≥32%）外，不再施其他肥料，其它管理按常規(guī)進(jìn)行。

表1 試驗(yàn)處理

1.4 樣品采集

1.4.1 土壤樣品采集

于果實(shí)成熟期進(jìn)行土壤樣品采集。采用五點(diǎn)取樣法，分別在處理的30株樣本樹(shù)東、南、西、北4個(gè)方位距樹(shù)干60 cm處用直徑4 cm土壤取樣器采集 0～20、20～40 cm土壤，去除雜質(zhì)后進(jìn)行混合，裝進(jìn)封口袋放進(jìn)干冰中帶回實(shí)驗(yàn)室，-80℃冰箱保存用于微生物多樣性分析。

1.4.2 果實(shí)采集

果實(shí)成熟后在樣本樹(shù)樹(shù)冠外圍1.3～1.5 m高度隨機(jī)采果50個(gè)，運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室測(cè)定單果重、縱橫徑、著色指數(shù)、光潔度指數(shù)、果肉硬度、可溶性固形物含量等品質(zhì)指標(biāo)。

1.5 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.5.1 高通量測(cè)序方法

采用MIO-BIO PowerSoil DNA Isolation Kit試劑盒對(duì)樣本的基因組DNA進(jìn)行提取，之后取3 μL進(jìn)行1.2 %瓊脂糖凝膠電泳，檢測(cè)DNA的純度和濃度。之后使用ABI9700 智能梯度PCR儀進(jìn)行PCR擴(kuò)增，第一次PCR擴(kuò)增體系包括：10 μL 5xBuffe，1 μL dNTP（10 mmol/L），1U Phusion 超保真DNA聚合酶，F(xiàn)/R內(nèi)側(cè)引物（10 μmol/L）各1 μL，20 ng模板，ddH2O補(bǔ)至 50 μL；第二次PCR擴(kuò)增體系包括8 μL 5xBuffe，1 μL dNTP（10mM），0.8 U Phusion 超保真DNA聚合酶，1 μL F/R 外側(cè)引物（10 μmol/L），5 μL模板，ddH2O補(bǔ)至 40 μL。引物對(duì)應(yīng)區(qū)域：16S V4-V5 區(qū)引物（515F和926R），鑒定細(xì)菌多樣性；ITS1區(qū)引物（ITS1F和ITS1R），鑒定真菌多樣性。

采用AXYGEN公司的AxyPrepDNA凝膠回收試劑盒回收PCR擴(kuò)增產(chǎn)物，采用FTC-3000TMreal- time PCR儀對(duì)凝膠回收產(chǎn)物進(jìn)行定量，使用Tru Seq? DNAPCR-Free Sample Preparation Kit 建 庫(kù) 試劑盒進(jìn)行文庫(kù)構(gòu)建，構(gòu)建好的文庫(kù)用 FTC-3000TM real-time PCR 儀進(jìn)行實(shí)時(shí)熒光定量，文庫(kù)合格后，使用Hi Seq2500 PE250進(jìn)行上機(jī)測(cè)序。

1.5.2 樹(shù)體結(jié)構(gòu)及枝類(lèi)組成的調(diào)查測(cè)定

于落葉后用卷尺及游標(biāo)卡尺測(cè)量樹(shù)高、干徑、冠徑、外圍新梢長(zhǎng)度，并統(tǒng)計(jì)葉叢枝、短枝、中枝、長(zhǎng)枝、徒長(zhǎng)枝數(shù)量，計(jì)算枝類(lèi)比例。

1.5.3 產(chǎn)量調(diào)查

果實(shí)成熟后單株數(shù)果，單位枝采果、稱(chēng)重，計(jì)算平均單果重和折合每公頃產(chǎn)量。

1.5.4 果實(shí)品質(zhì)的測(cè)定

單果重用 1/100 電子天平稱(chēng)量，果實(shí)縱、橫徑用數(shù)顯游標(biāo)卡尺測(cè)量，果實(shí)去皮硬度用GY-1 型果實(shí)硬度計(jì)測(cè)量，可溶性固形物含量用數(shù)顯糖量計(jì)測(cè)定，果面色澤用日本產(chǎn)CI-410色差計(jì) 測(cè)定。

果面著色指數(shù)=∑（各級(jí)果數(shù)×代表級(jí)值）/（總果數(shù)×最高級(jí)值）×100%

光潔度指數(shù)=∑（各級(jí)果數(shù)×代表級(jí)值）/（總果數(shù)×最高級(jí)值）×100%

分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2 果實(shí)著色和光潔度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn) （%）

1.6 數(shù)據(jù)分析

測(cè)序數(shù)據(jù)采用雙端fastq 格式保存（fq1和fq2），并根據(jù) Barcode 信息對(duì)原始序列進(jìn)行拆分，確定各樣本對(duì)應(yīng)的有效序列數(shù)。用Trimmomatic軟件對(duì)有效序列進(jìn)行質(zhì)量過(guò)濾，用FLASH軟件對(duì)每個(gè)樣品的reads進(jìn)行拼接［20］；再使用Mothur 1.33.3軟件去除（screen），得到優(yōu)化序列（clean Tags）［21］。利用Uparse在97%相似度下進(jìn)行優(yōu)化序列聚類(lèi)，得到OTU的代表序列，再用Uchime去除嵌合體［22］，其中16S嵌合體數(shù)據(jù)庫(kù)為gold database（v20110519），ITS嵌合體數(shù)據(jù)庫(kù)為UNITE（v20140703）；然后用usearch_global篩選OTV的代表序列，通過(guò)Mothur（classify.seqs）軟件將OTU代表序列與數(shù)據(jù)庫(kù)比對(duì)進(jìn)行物種注釋?zhuān)眯哦乳撝禐?.8。

使用Mothur軟件分析Alpha多樣性［23］，包括Chao1、Ace及Simpson指數(shù)；使用R軟件繪制稀釋曲線、聚類(lèi)圖等，使用Excel 2010和SPSS 23.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 施用不同肥料對(duì)紅富士樹(shù)體生長(zhǎng)的影響

由表3可以看出，與45%有機(jī)肥處理（CK）相比，經(jīng)過(guò)葡萄籽肥G和海藻肥F處理后紅富士的株高和地徑均有所提高，差異表現(xiàn)不顯著；冠徑在東西方向表現(xiàn)為F>G>CK，差異顯著，而南北方向則相反，其中 CK與F之間差異顯著；外圍新梢表現(xiàn)為葡萄籽肥G顯著高于海藻肥F和CK；枝類(lèi)比例中海藻肥處理葉叢和短枝比例最高，占總枝量的59.53%，而長(zhǎng)枝和徒長(zhǎng)枝比例最低，為33.23%，其次是葡萄籽肥，分別為54.42%和37.22%，而CK比例最低，分別為53.80%和37.62%。

表3 生物有機(jī)肥對(duì)紅富士樹(shù)體生長(zhǎng)發(fā)育的影響

2.2 施用不同肥料對(duì)紅富士產(chǎn)量的影響

由表4可以看出，與有機(jī)肥處理（CK）相比，經(jīng)過(guò)葡萄籽肥G處理后紅富士的平均單株果數(shù)、平均單果質(zhì)量、單株產(chǎn)量和每公頃產(chǎn)量均顯著增加，分別增加了13.55%、4.31%、18.44%和18.44%；經(jīng)過(guò)海藻肥F處理后紅富士的平均單果質(zhì)量、單株產(chǎn)量和每公頃產(chǎn)量均顯著增加，分別增加了5.18%、1.11%和1.11%；

表4 生物有機(jī)肥對(duì)紅富士產(chǎn)量的影響

2.3 施用不同肥料對(duì)紅富士果實(shí)品質(zhì)的影響

果實(shí)品質(zhì)測(cè)定結(jié)果（表5）顯示，紅富士著色指數(shù)和光潔度指數(shù)均表現(xiàn)為海藻肥F>葡萄籽肥G>有機(jī)肥（CK），表現(xiàn)出顯著性差異；果形指數(shù)以及可溶性固形物含量在處理間均無(wú)明顯差異；色澤 L、a和b均表現(xiàn)為海藻肥F最大，其中色澤L葡萄籽肥G與CK差異不顯著；陽(yáng)面硬度均高于陰面硬度，但在處理間差異均不顯著，綜合而言，生物有機(jī)肥處理對(duì)果實(shí)外觀及內(nèi)在品質(zhì)優(yōu)于CK，其中，海藻肥處理果實(shí)品質(zhì)最好，果實(shí)著色面積最大（著色指數(shù)88.89%），顏色最紅（a 值39.33），果面光潔度最高（光潔度指數(shù)85.48%、L值49.80），果肉陽(yáng)面硬度最高（9.18 kg/cm2），可溶性固形物含量較高。

表5 生物有機(jī)肥對(duì)紅富士果實(shí)品質(zhì)的影響

2.4 樣品測(cè)序結(jié)果評(píng)估

通過(guò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)軟件處理各階段樣品序列數(shù)，評(píng)估數(shù)據(jù)質(zhì)量。各樣品測(cè)序數(shù)據(jù)評(píng)估結(jié)果如表6 所示。

稀釋性曲線可以用來(lái)比較測(cè)序數(shù)據(jù)量不同的樣本中物種的豐富度［24］，也可以用來(lái)說(shuō)明樣本的測(cè)序數(shù)據(jù)量是否合理。當(dāng)曲線趨向平坦時(shí)，說(shuō)明測(cè)序數(shù)據(jù)量合理，由圖1可以看出，在一定范圍內(nèi)，隨著測(cè)序數(shù)的增多，若曲線表現(xiàn)為急劇上升，則表示群落中有大量物種被發(fā)現(xiàn)；當(dāng)曲線趨于平緩時(shí)，則表示此環(huán)境中的物種并不會(huì)隨著測(cè)序數(shù)量的增加而明顯增多［25］。樣品稀釋曲線分別在測(cè)序數(shù)為 20 000 條處逐漸趨向平坦，而表6顯示，細(xì)菌的優(yōu)化測(cè)序數(shù)量超過(guò)25 000條，真菌的優(yōu)化序列超過(guò)40 000條，說(shuō)明樣品序列充分，測(cè)序數(shù)量合理。

表6 土壤樣本細(xì)菌和真菌測(cè)序結(jié)果統(tǒng)計(jì)

圖1 土壤樣本細(xì)菌和真菌稀釋曲線

2.5 施用不同肥料對(duì)土壤微生物群落組成的影響

從圖2可以看出，不同生物有機(jī)肥處理細(xì)菌和真菌門(mén)水平相對(duì)豐度和群落組成發(fā)生一定改變，土壤中的優(yōu)勢(shì)細(xì)菌群落包括酸桿菌門(mén)（Acidobacteria）、變形菌門(mén)（Proteobacteria）、芽單胞菌門(mén)（Gemmatimonadetes）、擬桿菌門(mén)（Bacteroidetes）、放線菌門(mén)（Actinobacteria）、綠彎菌門(mén)（Chloroflexi），非優(yōu)勢(shì)細(xì)菌包括衣原體門(mén)（Gracilibacteria、Chlamydiae）、梭桿菌門(mén)（Omitrophica、Fusobacteria）等（圖2左），同時(shí)0～20和20～40 cm土層優(yōu)勢(shì)群落的相對(duì)豐度會(huì)發(fā)生調(diào)整。與有機(jī)肥處理（CK）相比，海藻肥F處理后0～20和20～40 cm土層酸桿菌門(mén)的相對(duì)豐度均有所提高，較對(duì)照分別提高了13.18%和191.42%；降低了變形菌門(mén)和擬桿菌門(mén)的相對(duì)豐度，較對(duì)照分別降低了14.39%、13.27%和64.39%、29.67%；降低了0～20 cm土層芽單胞菌門(mén)的相對(duì)豐度，提高了20～40 cm土層芽單胞菌門(mén)的相對(duì)豐度。葡萄籽肥處理后0～20和20～40 cm土層酸桿菌門(mén)的相對(duì)豐度均有所降低，較對(duì)照分別降低了43.52%和16.67%；提高了0～20 cm土層變形菌門(mén)的相對(duì)豐度，降低了20～40 cm土層變形菌門(mén)的相對(duì)豐度；降低了0～20 cm土層芽單胞菌門(mén)和擬桿菌門(mén)的相對(duì)豐度，較對(duì)照分別降低了18.15%和10.49%，提高了20～40 cm土層芽單胞菌門(mén)和擬桿菌門(mén)的相對(duì)豐度。值得注意的是，海藻肥處理后20～40 cm的第一大優(yōu)勢(shì)門(mén)是酸桿菌門(mén)，其他處理的第一大優(yōu)勢(shì)菌門(mén)是變形菌門(mén)。子囊菌門(mén)（Ascomycota）和接合菌門(mén)（Zygomycota）是土壤中含量最豐富的兩大真菌群落（圖2右），對(duì)0～20 cm土層來(lái)說(shuō)，海藻肥和葡萄籽肥處理均提高了子囊菌門(mén)的相對(duì)豐度，其相對(duì)豐度表現(xiàn)為G_1>F_1>E_1，降低了接合菌門(mén)的相對(duì)豐度，其相對(duì)豐度表現(xiàn)為E_1>F_1>G_1；對(duì)20～40 cm土層來(lái)說(shuō)，海藻肥和葡萄籽肥處理均提高了接合菌門(mén)的相對(duì)豐度，其相對(duì)豐度表現(xiàn)G_1>F_1>E_1，其中海藻肥處理提高了子囊菌門(mén)的相對(duì)豐度，較對(duì)照提高了56.88%，葡萄籽肥處理降低了子囊菌門(mén)的相對(duì)豐度，較對(duì)照降低了47.04%。不同生物有機(jī)肥處理均不同程度上改變了不同土層細(xì)菌和真菌的群落組成。

圖2 門(mén)分類(lèi)水平土壤樣本細(xì)菌和真菌群落組成

2.6 施用不同肥料對(duì)土壤微生物Alpha多樣性的 影響

Alpha多 樣 性（Alpha diversity）包 括Chao1指數(shù)、Ace指數(shù)、Shannon指數(shù)以及Simpson指數(shù)等。前面3個(gè)指數(shù)越大，最后1個(gè)指數(shù)越小，說(shuō)明樣品中的物種越豐富［26-27］。由表7可以看出，對(duì)于0～20 cm土層，海藻肥和葡萄籽肥處理后土壤細(xì)菌Ace指數(shù)和Chao1指數(shù)變化較?。缓Ｔ宸侍幚砗蠼档土送寥兰?xì)菌Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)，提高了土壤細(xì)菌Shannon 指數(shù)，葡萄籽肥處理正好與此相反，3種生物有機(jī)肥處理土壤細(xì)菌Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)以G最高，達(dá)到0.055 3。海藻肥和葡萄籽肥處理均提高了土壤真菌Ace、Chao1豐富度指數(shù)和Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)，顯著降低Shannon指數(shù)。對(duì)于20～40 cm土層，海藻肥處理后降低了土壤細(xì)菌和真菌Ace、Chao1豐富度指數(shù)和Shannon指數(shù)，顯著提高Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)；葡萄籽肥處理則提高了土壤細(xì)菌和真菌Ace、Chao1豐富度指數(shù)和Shannon指數(shù)，顯著降低了Simpson 優(yōu)勢(shì)度指數(shù)。由此可見(jiàn)，不同生物有機(jī)肥處理后在不同程度上改變了土壤細(xì)菌和真菌的群落多樣性，海藻肥和葡萄籽肥處理后表層土壤細(xì)菌多樣性增加，真菌多樣性降低。

表7 樹(shù)盤(pán)覆蓋對(duì)土壤微生物Alpha多樣性的影響

2.7 土壤物種豐度聚類(lèi)熱圖

Heatmap 是以顏色梯度來(lái)代表數(shù)據(jù)矩陣中數(shù)值的大小并根據(jù)物種或樣品豐度相似性進(jìn)行聚類(lèi)的1種圖形展示方式。將高豐度和低豐度的物種分塊聚集，通過(guò)顏色梯度及相似程度來(lái)反映多個(gè)樣品群落組成的相似性和差異性?？v向聚類(lèi)表示不同物種在各樣品間豐度的相似情況，2 個(gè)物種間距離越近，枝長(zhǎng)越短，說(shuō)明這2個(gè)物種在各樣品間的豐度越相似；橫向聚類(lèi)表示不同樣品的各物種豐度的相似情況，與縱向聚類(lèi)一樣［16］。對(duì)土壤中相對(duì)豐度前50的細(xì)菌和真菌屬進(jìn)行聚類(lèi)分析（圖3）得知，葡萄籽肥處理后0～20和20～40 cm土層細(xì)菌和真菌群落均聚為1個(gè)分支，表明其組內(nèi)差異較小，E_1、F_1、G_1、G_2和 E_2樣品最終聚為一大類(lèi)，最后與F_2的樣品聚為一類(lèi)，表明E_1、F_1、G_1、G_2和 E_2的組間差異相對(duì)較小，而與F_2在屬水平的物種組成上有一定差異。在屬水平上的真菌多樣性豐度圖（圖4左）顯示，海藻肥和葡萄籽肥處理后0～20和20～40 cm土層真菌優(yōu)勢(shì)屬的豐度與有機(jī)肥處理（CK）差異較小，Geratobasidlum優(yōu)勢(shì)屬的豐度在土壤真菌群落中顯著降低，其中F_2處理Clonostachys（螺旋聚孢霉屬）、Lecanicillium（蚧霉屬）、Exophiala（外瓶霉屬）、Mrakia（木拉克酵母屬）、Gliomastix（粘鞭霉屬）、Coprinus（鬼傘屬）等14個(gè)優(yōu)勢(shì)屬在土壤真菌群落中顯著降低；在屬水平上的細(xì)菌多樣性豐度圖（圖4右）顯示，葡萄籽肥處理后G_1（0～20 cm）和G_2（20～40 cm）優(yōu)勢(shì)屬的豐度差異較小，海藻肥處理后F_1（0～20 cm）和F_2（20～40 cm）優(yōu)勢(shì)屬的豐度差異顯著，F(xiàn)_1（0～20 cm）和CK的E_2（20～40 cm）優(yōu)勢(shì)屬的豐度差異 較小。

圖3 不同生物有機(jī)肥處理在屬水平上的細(xì)菌和真菌群落結(jié)構(gòu)聚類(lèi)圖

圖4 屬水平土壤樣品細(xì)菌和真菌豐度聚類(lèi)熱圖

3 討論

3.1 生物有機(jī)肥對(duì)紅富士樹(shù)體生物量的分析

中國(guó)雖是世界第一大蘋(píng)果生產(chǎn)國(guó)，但并不是蘋(píng)果生產(chǎn)強(qiáng)國(guó)［28］。由于過(guò)度追求蘋(píng)果大小和產(chǎn)量，長(zhǎng)期化肥單施和過(guò)量施用導(dǎo)致土壤板結(jié)、酸化、鹽漬化，果樹(shù)根系生長(zhǎng)環(huán)境惡化，使得蘋(píng)果產(chǎn)量和品質(zhì)下降［29］。宋以玲等［30］研究發(fā)現(xiàn)用不同比例和種類(lèi)的生物有機(jī)肥代替化學(xué)氮肥的投入在一定程度上可以提高作物產(chǎn)量及品質(zhì)，這與本試驗(yàn)研究結(jié)果一致，3種有機(jī)肥處理均在不同程度上提高了紅富士樹(shù)體的生長(zhǎng)。有研究發(fā)現(xiàn)，生物有機(jī)肥是采用完全腐熟的加工工藝，蟲(chóng)卵死亡率能夠達(dá)到95%以上［31］，還具有使用方便，營(yíng)養(yǎng)元素豐富，改善土壤條件，提升作物生產(chǎn)質(zhì)量，改善作物根系微生物群等特點(diǎn)［32-34］，為樹(shù)體的生長(zhǎng)提供了良好的土壤環(huán)境，從而促進(jìn)了果樹(shù)的株高和地徑，張奇等［35］研究發(fā)現(xiàn)生物有機(jī)肥在施用量為6 750 kg/hm2時(shí)土壤養(yǎng)分含量和生物功能改善效果明顯，作物產(chǎn)量在短期內(nèi)可以顯著得到提升，本試驗(yàn)研究也發(fā)現(xiàn)海藻有機(jī)肥在施用量為11 250 kg/hm2、葡萄籽有機(jī)肥在施用量為4 500 kg/hm2時(shí)可以明顯提高紅富士果樹(shù)的產(chǎn)量，且果實(shí)品質(zhì)優(yōu)良，這可能與生物有機(jī)肥處理可以改善土壤性質(zhì)，提高土壤養(yǎng)分含量有 關(guān)［36］，這與姜潔等［37］研究結(jié)果一致。

3.2 生物有機(jī)肥對(duì)紅富士土壤微生物群落的分析

微生物群落在土壤有機(jī)質(zhì)分解和營(yíng)養(yǎng)元素循環(huán)中有著至關(guān)重要的作用，因此，土壤微生物群落的數(shù)量、結(jié)構(gòu)和活性與生態(tài)系統(tǒng)功能密切相關(guān)，只有健康、良性循環(huán)的土壤生態(tài)環(huán)境才能保證植物的健康生長(zhǎng)［38］，曲成闖等［39］、袁英英等［40］研究表明，施用生物有機(jī)肥可以提高黃瓜和西紅柿土壤的酶活性，調(diào)控土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)土壤微生物生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。隨著分子生態(tài)學(xué)研究技術(shù)的發(fā)展，高通量測(cè)序技術(shù)成為了研究土壤微生物多樣性和群落結(jié)構(gòu)特征的重要途徑［41］，本研究利用高通量測(cè)序技術(shù)對(duì)施加生物有機(jī)肥后不同土層的土壤進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，施加生物有機(jī)肥之后增加了0～20 cm土層細(xì)菌的多樣性和豐富度，減少了真菌的豐富度和多樣性，對(duì)于20～40 cm土層，海藻肥處理后減少了土壤細(xì)菌和真菌的豐富度和多樣性；葡萄籽肥處理則提高了土壤細(xì)菌和真菌的豐富度和多樣性，這劉振香等［42］的研究結(jié)果一致；賀文員等［43］研究發(fā)現(xiàn)施加生物有機(jī)肥（QD）之后變形菌門(mén)（Proteobacteria）、子囊菌門(mén)（Ascomycota）分別是細(xì)菌和真菌中的優(yōu)勢(shì)物種，α-多樣性分析顯示QD使用前后真菌的多樣性顯著減少，這與本試驗(yàn)研究結(jié)果一致，施用海藻肥處理后不同土層子囊菌門(mén)的相對(duì)豐度上升，施用葡萄籽肥處理后0～20 cm 土層子囊菌門(mén)的相對(duì)豐度上升，20～40 cm土層子囊菌門(mén)的相對(duì)豐度下降；子囊菌門(mén)大多數(shù)為腐生菌，可以分解木質(zhì)素、角質(zhì)素等難降解的有機(jī)質(zhì)，在養(yǎng)分循環(huán)中擔(dān)任著重要角色［44-45］；酸桿菌門(mén)能夠降解復(fù)雜的木質(zhì)素和纖維素，為土壤提供養(yǎng)分，還會(huì)分泌植物激素IAA從而促進(jìn)作物生長(zhǎng)［46-47］， 變形菌包括了能與植物共生的固氮細(xì)菌，對(duì)土壤氮、磷、硫和有機(jī)質(zhì)循環(huán)有重要作用［48］，本試驗(yàn)研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，海藻肥處理0～20和20～40 cm土層酸桿菌門(mén)（Acidobacteria）的相對(duì)豐度提高，變形菌門(mén)（Proteobacteria）的相對(duì)豐度降低；葡萄籽肥處理后降低了0～20和20～40 cm土層酸桿菌門(mén)的相對(duì)豐度，提高了0～20 cm土層變形菌門(mén)的相對(duì)豐度，降低了20～40 cm土層變形菌門(mén)的相對(duì)豐度。土壤物種豐度聚類(lèi)熱圖結(jié)果顯示，海藻肥和葡萄籽肥處理后在屬水平上細(xì)菌差異較小，真菌中被孢霉屬（Mortierella）和酵母屬（Guehomyces）明顯增加，李發(fā)虎等［49］研究發(fā)現(xiàn)施入生物炭后增加了被孢霉科真菌比例，可促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量的提高，從而利于黃瓜根系生長(zhǎng)并提高根系體積。被孢霉屬是一類(lèi)可以產(chǎn)生多烯不飽和脂肪酸，如花生四烯酸的真菌，被廣泛應(yīng)用于食品、飼料和醫(yī)用領(lǐng)域［50］，還具有溶解土壤中磷的功能［51］，酵母屬（Guehomyces）也屬于有益菌，可以有效抑制致病菌對(duì)于植物的傷害，此外，酵母屬菌種還有一定的重金屬吸附作用，可以有效減少重金屬對(duì)植物的傷害［52-53］。綜上所述，生物有機(jī)肥的使用一定程度上對(duì)果園土壤的改良產(chǎn)生了積極的影響。

4 結(jié)論

生物有機(jī)肥（海藻肥和葡萄籽肥）處理后提高了樹(shù)體的株高、冠徑和產(chǎn)量，且果實(shí)品質(zhì)優(yōu)良；海藻肥處理后樹(shù)體長(zhǎng)勢(shì)、葉叢枝和短果枝比例、平均單果質(zhì)量以及果實(shí)品質(zhì)均優(yōu)于葡萄籽肥，但其公頃產(chǎn)量低于葡萄籽肥。

海藻肥處理后0～20和20～40 cm土層酸桿菌門(mén)（Acidobacteria）的相對(duì)豐度提高，變形菌門(mén)（Proteobacteria）和擬桿菌門(mén)（Bacteroidetes）的相對(duì)豐度降低；葡萄籽肥處理后降低了0～20和20～40 cm土層酸桿菌門(mén)的相對(duì)豐度，提高了0～20 cm土層變形菌門(mén)的相對(duì)豐度，降低了20～40 cm土層變形菌門(mén)的相對(duì)豐度，擬桿菌門(mén)相對(duì)豐度的變化與變形菌門(mén)相反。值得注意的是，海藻肥處理后20～40 cm的第一大優(yōu)勢(shì)菌門(mén)是酸桿菌門(mén)，其他處理的第一大優(yōu)勢(shì)菌門(mén)是變形菌門(mén)。

子囊菌門(mén)（Ascomycota）和接合菌門(mén)（Zygomycota）是土壤中含量最豐富的兩大真菌群落，與45%有機(jī)肥處理相比較，對(duì)0～20 cm土層來(lái)說(shuō)，海藻肥和葡萄籽肥處理均提高了子囊菌門(mén)的相對(duì)豐度，其相對(duì)豐度表現(xiàn)為G_1>F_1>E_1，降低了接合菌門(mén)的相對(duì)豐度，其相對(duì)豐度表現(xiàn)為E_1>F_1>G_1；對(duì)20～40 cm土層來(lái)說(shuō)，海藻肥和葡萄籽肥處理均提高了接合菌門(mén)的相對(duì)豐度，其相對(duì)豐度表現(xiàn)為G_1>F_1>E_1，其中海藻肥處理提高了子囊菌門(mén)的相對(duì)豐度，較CK提高了56.88%，葡萄籽肥處理降低了子囊菌門(mén)的相對(duì)豐度。

海藻肥和葡萄籽肥處理后增加了0～20 cm土層細(xì)菌的多樣性和豐富度，減少了真菌的豐富度和多樣性，3種生物有機(jī)肥處理土壤細(xì)菌Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)以G最高，達(dá)到0.055 3；對(duì)于20～40 cm土層，海藻肥處理后減少了土壤細(xì)菌和真菌的豐富度和多樣性；葡萄籽肥處理則提高了土壤細(xì)菌和真菌的豐富度和多樣性。