不同連作年限對(duì)菠蘿園土壤養(yǎng)分及可培養(yǎng)微生物數(shù)量的影響

程云飛，李炳韻，胡英宏，趙 艷，阮云澤，張曉波，王蓓蓓，呂烈武

（1. 海南大學(xué) 熱帶作物學(xué)院，?？?570208; 2. 海南大學(xué) 旅游學(xué)院，?？?570208;3. 海南省土壤肥料總站，海口 570208）

菠蘿(Ananas comosus)作為地位僅次于香蕉的熱帶水果，在我國(guó)主要分布于廣東、海南、廣西、云南、福建及臺(tái)灣省等地區(qū)[1]，海南島條件優(yōu)越，菠蘿的種植面積為1.67萬(wàn)hm2，占全國(guó)的20.4%，產(chǎn)量44萬(wàn)t，占全國(guó)的21.94%，是中國(guó)的第二大菠蘿產(chǎn)區(qū)[2]。近幾年來(lái)，隨著菠蘿產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，菠蘿種植面積不斷增加，為追求高產(chǎn)，海南省菠蘿主要以連作種植模式為主。目前，己有學(xué)者對(duì)連作菠蘿土壤理化性質(zhì)進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，海南菠蘿園土壤酸化嚴(yán)重，氮、磷、鉀養(yǎng)分不平衡，土壤有機(jī)質(zhì)含量呈下降趨勢(shì)，導(dǎo)致菠蘿園土壤地力退化嚴(yán)重[3-6]。由此可見，菠蘿園連作障礙問(wèn)題已成為限制菠蘿生產(chǎn)的重要因素。針對(duì)連作障礙的產(chǎn)生機(jī)理研究，國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要對(duì)果樹、蔬菜等作物進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)連作障礙主要由土壤養(yǎng)分不平衡、土壤微生物環(huán)境失衡及自毒作用等幾個(gè)方面引起[7-12]。其中，土壤微生物和土壤養(yǎng)分之間密切相關(guān)，土壤養(yǎng)分可作為表征土壤肥力的指標(biāo)，而土壤微生物數(shù)量分布可以敏感地反映土壤肥力變化，可作為評(píng)價(jià)土壤肥力水平的生物學(xué)指標(biāo)，直接影響土壤養(yǎng)分的有效性和肥力狀況[13]。連作障礙的發(fā)生與根際微生態(tài)失衡有關(guān)，連作將使微生物多樣性水平降低，造成細(xì)菌型土壤向真菌型土壤轉(zhuǎn)化，最終表現(xiàn)為連作障礙[14-15]。劉亞鋒等[16]發(fā)現(xiàn)，黃瓜連作可減少土壤中可培養(yǎng)微生物數(shù)量，其中，細(xì)菌數(shù)量明顯減少，真菌的種類和數(shù)量都有很大的變化；黃玉茜等[17]研究花生連作時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨著連作年限的增加，花生根際和非根際土壤中細(xì)菌、放線菌數(shù)量明顯減少，而真菌數(shù)量明顯增加；雷娟利等[18]的研究結(jié)果表明，不同蔬菜品種和不同的連作年限導(dǎo)致土壤中細(xì)菌種類的組成也發(fā)生了明顯的變化；SHEN等[19]研究發(fā)現(xiàn)，香蕉連作年限與枯萎病發(fā)病率正相關(guān)，而與產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)，土壤微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯變化，尤其以真菌更明顯。由此可見，連作造成土壤中一些功能細(xì)菌的種類和數(shù)量發(fā)生了相應(yīng)的變化。因此，研究不同連作年限菠蘿園土壤微生物數(shù)量的變化情況，對(duì)菠蘿園土壤肥力衰退研究具有重要意義。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要對(duì)海南省菠蘿園主產(chǎn)區(qū)土壤養(yǎng)分狀況進(jìn)行了研究，而對(duì)于不同連作年限菠蘿園土壤養(yǎng)分與可培養(yǎng)微生物數(shù)量的相關(guān)性研究未見報(bào)道。因此，為進(jìn)一步了解海南主產(chǎn)區(qū)瓊海市菠蘿園生產(chǎn)現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)菠蘿高產(chǎn)高效生產(chǎn)，本研究以海南省主產(chǎn)區(qū)瓊海市不同連作年限菠蘿園土壤為研究對(duì)象，分析不同連作年限菠蘿園土壤養(yǎng)分與可培養(yǎng)微生物數(shù)量指標(biāo)的變化，旨在了解土壤養(yǎng)分與可培養(yǎng)微生物數(shù)量之間的關(guān)系，以期為連作菠蘿園合理施肥及土壤生態(tài)環(huán)境的改善提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試土壤土壤樣品取自海南省瓊海市主產(chǎn)區(qū)菠蘿園。瓊海市位于海南島東部（110°7′～110°40′E，18°59′～19°29′N），屬于熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，溫差小，年平均氣溫23～25 ℃，年降雨量2 000～2 500 mm，雨量充沛，雨季旱季分明[20]。供試土壤類型主要是花崗巖發(fā)育的磚紅壤。

選取連作年限為4、6、8、10、12 a的菠蘿園土壤為研究對(duì)象，調(diào)研區(qū)域平均施肥量為N 900 kg·hm-2、P2O5770 kg·hm-2、K2O 1 250 kg·hm-2，常規(guī)管理。于2019年7月～ 8月取樣，取樣土層深度為0～20 cm，對(duì)角線5點(diǎn)取樣，分別混勻后取500 g土樣裝袋，注明采集時(shí)間與地點(diǎn)，帶回實(shí)驗(yàn)室，一部分土壤樣品用于可培養(yǎng)微生物數(shù)量的測(cè)定，一部分土壤樣品自然風(fēng)干，過(guò)篩處理后用于土壤養(yǎng)分指標(biāo)的測(cè)定，每個(gè)處理3 次重復(fù)。

1.2 土壤養(yǎng)分指標(biāo)的測(cè)定采用重鉻酸鉀容量法—外加熱法測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)，堿解擴(kuò)散法測(cè)定土壤堿解氮，鹽酸－氟化銨法測(cè)定土壤速效磷，乙酸銨提取-火焰光度計(jì)法測(cè)定速效鉀，乙酸銨浸提－原子吸收分 光光度法測(cè)定交換性鈣和交換性鎂，水浸提電位法測(cè)定土壤pH[21]。

1.3 土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量的測(cè)定采用稀釋平板培養(yǎng)法[22]測(cè)定土壤可培養(yǎng)細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量。細(xì)菌采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基，30 ℃培養(yǎng)24 h；真菌采用孟加拉紅培養(yǎng)基，28 ℃培養(yǎng)72 h；放線菌采用高氏一號(hào)培養(yǎng)基，28 ℃培養(yǎng)72 h。然后，計(jì)數(shù)平板上形成的菌落數(shù)，菌落數(shù)計(jì)算公式如下：

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析土壤養(yǎng)分等級(jí)評(píng)價(jià)：綜合第二次全國(guó)土壤普查養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和前人對(duì)菠蘿園養(yǎng)分評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[5-6]，對(duì)調(diào)查采樣地塊養(yǎng)分狀況進(jìn)行單個(gè)測(cè)定指標(biāo)一般性等級(jí)評(píng)價(jià)。具體的土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 菠蘿園土壤養(yǎng)分豐缺劃分標(biāo)準(zhǔn)Tab. 1 Classification standards for soil nutrients in pineapple orchards

pH＞ 8.5強(qiáng)堿性，pH7.5～8.5堿性，pH6.5～7.5中性，pH5.5～6.5弱酸性，pH4.5～5.5酸性，pH＜ 4.5強(qiáng)酸性。

利用Microsoft Excel 2010，IBM SPSS Statistics V21和Canoco5軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析和作圖。采用Duncan方法分析樣品之間的差異性（P＜0.05）。采用冗余分析（RDA）研究土壤樣品可培養(yǎng)微生物數(shù)量和養(yǎng)分指標(biāo)之間的相關(guān)性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同連作年限菠蘿園土壤養(yǎng)分含量的變化從表2可以看出，隨著連作年限的延長(zhǎng)，土壤有機(jī)質(zhì)含量呈下降趨勢(shì)，其中，連作4 a的菠蘿園土壤有機(jī)質(zhì)含量最高，為10.87 g·kg-1，與連作12年菠蘿園相比，差異顯著（P＜0.05）；不同連作年限菠蘿園土壤堿解氮含量在52.50～147.00 mg·kg-1之間，隨著連作年限的延長(zhǎng)也呈下降的趨勢(shì)，其中連作4年土壤堿解氮含量最高，與連作6、8、10、12 a相比，差異顯著（P＜0.05）；土壤速效磷含量在126.64～166.29 mg·kg-1之間，連作4、6、8、10 a土壤速效磷含量呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，到連作12 a時(shí)土壤速效磷含量呈下降趨勢(shì)；土壤速效鉀含量呈先下降再升高的趨勢(shì)，連作4、6、8、12 a之間差異顯著（P＜0.05），連作6 a和連作10 a之間差異不顯著（P＞0.05）；土壤pH4.35～5.44，呈先升高后降低的趨勢(shì)；土壤交換性鈣、鎂含量則在連作8 a、10 a土壤中積累量最多。

表2 不同連作年限菠蘿園土壤養(yǎng)分含量的變化Tab. 2 Changes of soil nutrient content in the pineapple orchards with different continuous cropping years

2.2 不同連作年限菠蘿園土壤養(yǎng)分分級(jí)評(píng)價(jià)從表3中可以看出，不同連作年限土壤pH呈酸性或強(qiáng)酸性。不同連作年限土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、交換性鈣鎂含量隨著年限的延長(zhǎng)呈現(xiàn)缺乏與極缺乏水平，而土壤速效鉀含量呈現(xiàn)較缺乏與中等水平，土壤的速效磷含量均達(dá)到豐富水平，未出現(xiàn)缺乏水平。

表3 不同連作年限菠蘿園土壤養(yǎng)分評(píng)價(jià)情況Tab. 3 Evaluation of soil nutrients in the pineapple orchards with different continuous cropping years

2.3 連作年限對(duì)菠蘿園土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量的影響采用平板計(jì)數(shù)法對(duì)不同連作年限菠蘿園土壤可培養(yǎng)微生物進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見圖1～圖3。

圖1 不同連作年限下菠蘿土壤細(xì)菌數(shù)量的變化注：不同字母表示不同處理間差異顯著（P ＜ 0.05）。下同。Fig. 1 Changes in the number of soil bacteria in the pineapple orchards for different continuous cropping years.Note: Different lowercase letters mean significant difference among treatments (P ＜ 0.05), similarly hereinafter.

圖3 不同連作年限下菠蘿土壤放線菌數(shù)量的變化Fig. 3 Changes in the number of soil actinomycetes in the pineapple orchards for different continuous cropping years

由圖1可知，菠蘿園土壤可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量隨連作年限的增加呈現(xiàn)逐年下降的趨勢(shì)，連作4 a可培養(yǎng)細(xì)菌最多，達(dá)到50.21×104CFU·g-1（干土），連作12 a最低，只有12.71×104CFU·g-1（干土）。方差分析表明，菠蘿園連作4 a的土壤，可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量與連作6、8、10、12 a的差異達(dá)顯著水平(P＜0.05)，連作6、8 a之間差異不顯著。由圖2可以看出，菠蘿園土壤的可培養(yǎng)真菌數(shù)量為2.64×103CFU·g-1～7.54×103CFU·g-1。不同連作年限的菠蘿園土壤可培養(yǎng)真菌數(shù)量的變化趨勢(shì)與細(xì)菌的變化趨勢(shì)相反。隨著連作年限的增加，土壤中真菌的數(shù)量呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。方差分析表明，菠蘿園連作4 a的土壤可培養(yǎng)真菌數(shù)量與連作8、10、12 a 土壤達(dá)到顯著差異(P＜0.05)。

圖2 不同連作年限下菠蘿土壤真菌數(shù)量的變化Fig. 2 Changes in the number of soil fungi in the pineapple orchards for different continuous cropping years.

由圖3可知，隨著連作年限的增加，土壤中放線菌可培養(yǎng)數(shù)量在連作4、6、8、10、12 a內(nèi)呈下降的趨勢(shì)，且在8 a后數(shù)量顯著下降。方差分析結(jié)果表明，8、10、12 a的可培養(yǎng)放線菌數(shù)量差異不顯著（P＞0.05）。

2.4 土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量與土壤養(yǎng)分指標(biāo)相關(guān)性分析 利用冗余分析法分析不同連作年限菠蘿園土壤養(yǎng)分與可培養(yǎng)微生物數(shù)量之間的關(guān)系(圖4)，位于第二象限的可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量主要受土壤速效磷與pH的影響，且呈正相關(guān)，與土壤速效鉀、有機(jī)質(zhì)及堿解氮呈負(fù)相關(guān)。位于第四象限的可培養(yǎng)真菌數(shù)量和位于第一象限的可培養(yǎng)放線菌數(shù)量與土壤堿解氮、有機(jī)質(zhì)、速效鉀呈正相關(guān)，并主要受土壤堿解氮、速效鉀的影響。從圖4中還可以看出，相同的環(huán)境因子在不同的土壤中也存在差異，連作8、10 a的菠蘿園土壤樣品主要分布在第三象限，說(shuō)明其主要與土壤速效磷、pH含量有關(guān)，且呈正相關(guān)。連作4、6 a的菠蘿園土壤樣品主要分布在第一象限和第四象限，與土壤速效磷、有機(jī)質(zhì)和堿解氮含量呈正相關(guān)。連作12年的菠蘿園土壤在第二象限，其與土壤環(huán)境因子的相關(guān)性差于其他土壤樣品。

圖4 不同連作年限菠蘿園土壤養(yǎng)分與可培養(yǎng)微生物數(shù)量的冗余分析（RDA）OM：有機(jī)質(zhì)；AP：速效磷；AK：速效鉀；AN：堿解氮；Bacteria：細(xì)菌；Fungus：真菌；Actinomycetes：放線菌Fig. 4 RDA analysis of soil culturable microorganisms and soil nutrients in the pineapple orchards for different continuous cropping years OM: Organic matter; AP: Available phosphorus; AK:Available potassium; AN: Alkali-hydrolyzed nitrogen.

3 討 論

3.1 連作年限對(duì)菠蘿園土壤養(yǎng)分含量的影響本研究結(jié)果表明，隨著連作年限的延長(zhǎng)，土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮和速效鉀含量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，這與前人的研究結(jié)果相一致[3,6]，而土壤有機(jī)質(zhì)含量是土壤肥力的重要指標(biāo)，造成土壤有機(jī)質(zhì)下降的原因可能是由于菠蘿園長(zhǎng)期連作，農(nóng)戶有機(jī)肥投入少及化肥的施用量過(guò)大造成土壤養(yǎng)分耗竭，導(dǎo)致土壤的有機(jī)物隨著年限的增加越來(lái)越少[23]。堿解氮含量下降的原因可能是因?yàn)檠芯繀^(qū)域土壤質(zhì)地為砂質(zhì)土，而氮在土壤中的轉(zhuǎn)化和移動(dòng)性較強(qiáng)，在海南高溫多雨條件下，肥料氮可能隨著雨水流失或者通過(guò)反硝化作用轉(zhuǎn)化損失到空氣中，從而導(dǎo)致土壤堿解氮含量越來(lái)越少；鉀素是菠蘿生長(zhǎng)需求量最大的養(yǎng)分[24]，在研究區(qū)域內(nèi)可能是由于農(nóng)戶施肥時(shí)鉀供應(yīng)不足，從而加劇了土壤鉀素的耗竭，造成了土壤速效鉀含量降低。土壤中速效磷的含量隨著連作年限的延長(zhǎng)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，出現(xiàn)明顯的富集現(xiàn)象，這一結(jié)論與鄧陽(yáng)春等[25]的研究結(jié)果一致，可能是因?yàn)檠芯繀^(qū)域長(zhǎng)期施用15-15-15復(fù)合肥，而菠蘿對(duì)磷的需求量低于氮鉀，在加上磷元素在土壤中較難移動(dòng)，易固定[26]，因此隨著年限的增加土壤中積累了大量的磷素，為了提高磷的生物有效性，需要根據(jù)菠蘿養(yǎng)分需求特征控制磷肥的供應(yīng)量，減少土壤對(duì)磷的固定。本研究結(jié)果還表明，隨著年限的延長(zhǎng)土壤pH值則呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)，范圍在4.35～5.44之間，可能是由于菠蘿長(zhǎng)期連作過(guò)程中，單一施用化肥造成了土壤酸化[27]。

3.2 連作年限對(duì)菠蘿園土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量的影響本研究結(jié)果表明，隨著連作年限的增加，土壤細(xì)菌、放線菌數(shù)量逐漸減少，土壤真菌數(shù)量逐漸增加，菠蘿連作土壤從“細(xì)菌型”轉(zhuǎn)換成“真菌型”。這一結(jié)論與李瓊芳[28]、李靜怡等[29]的研究結(jié)果相一致。LARKIN[30]在研究中發(fā)現(xiàn)，連作土豆土壤細(xì)菌和放線菌數(shù)量減少，真菌數(shù)量增加，李凱等[31]發(fā)現(xiàn)，連作西瓜土壤細(xì)菌和放線菌數(shù)量減少，真菌數(shù)量增加，土壤微生物環(huán)境失衡的狀態(tài)會(huì)嚴(yán)重威脅西瓜的品質(zhì)和產(chǎn)量，這與本研究結(jié)論基本相符。

3.3 連作菠蘿土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量與土壤養(yǎng)分指標(biāo)相關(guān)性分析土壤微生物參與土壤反應(yīng)過(guò)程，主要通過(guò)改善土壤的理化性質(zhì)等來(lái)影響土壤的肥力，土壤微生物的數(shù)量在一定程度上反映了土壤的肥力水平[32]。冗余分析結(jié)果表明，可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量主要受速效磷與pH的影響，劉平靜等[33]的研究結(jié)果表明，小麥土壤的pH對(duì)土壤細(xì)菌群落的影響性強(qiáng)，這與本研究結(jié)果基本相一致?？膳囵B(yǎng)真菌與放線菌數(shù)量與堿解氮、有機(jī)質(zhì)和速效鉀含量呈正相關(guān)，并主要受堿解氮與速效鉀含量影響，這一結(jié)論與齊文娟等[34]的研究結(jié)果相一致。

目前，海南瓊海連作菠蘿園土壤速效磷出現(xiàn)了明顯的富集，土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮含量隨著連作年限的延長(zhǎng)逐漸減少，可培養(yǎng)真菌數(shù)量逐漸增加，菠蘿易發(fā)生病害、生長(zhǎng)不良。為了使海南菠蘿園土壤養(yǎng)分及土壤微生物群落結(jié)構(gòu)平衡，應(yīng)嚴(yán)格控制化肥的施用，加大有機(jī)肥投入，從而提高菠蘿園土壤肥力。