不同施肥和樹形處理對(duì)設(shè)施果桑果實(shí)品質(zhì)及土壤微生物功能多樣性的影響

董朝霞 于 翠* 莫榮利 朱志賢 胡興明

(1.湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，武漢 430064；2.湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，武漢 430064)

桑樹是我國(guó)的傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)樹種，早在5000多年前，我國(guó)就開始栽桑養(yǎng)蠶、繅絲織綢。一直以來(lái)，桑樹栽培多是以高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)桑葉為目的，近些年桑葚作為一種特色水果，越來(lái)越受到人們的歡迎，以產(chǎn)桑葚為主的果桑栽培日益增加。桑椹營(yíng)養(yǎng)豐富，酸甜可口，含有黃酮類、酚類、白藜蘆醇等多種活性物質(zhì)，除鮮食外，還可用來(lái)制作桑葚干、桑葚飲料、桑葚醬、桑葚酒等產(chǎn)品[1]。隨著對(duì)桑葚需求的增加，提升桑椹產(chǎn)量和品質(zhì)成為果桑產(chǎn)業(yè)亟需解決的問(wèn)題，合理的栽培管理措施有利于果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)的提高，施肥措施和樹形修剪又是其中最重要的環(huán)節(jié)。

果桑施肥多是沿用葉用桑的施肥措施，大量施用化肥以促進(jìn)葉片的生長(zhǎng)，這不僅造成了資源的浪費(fèi)，還使土壤有機(jī)質(zhì)含量下降，土壤板結(jié)酸化，土壤微生物活性降低，病蟲害多發(fā)，不利于作物對(duì)養(yǎng)分的吸收利用和果桑產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[2]。關(guān)于果桑施肥相關(guān)的研究也有少量報(bào)道。于翠等[3]報(bào)道在露地栽培條件下，優(yōu)化施肥可減少化肥的施用量，改善土壤理化性質(zhì)，提高果桑葉片光合作用及果實(shí)品質(zhì)，韓傳明等[4]研究表明適當(dāng)增加施肥量可使桑葚單果重、株產(chǎn)量以及可溶性固形物的含量顯著增加，趙佩等[5]證實(shí)有機(jī)肥和速效氮、磷、鉀肥配施可有效提高果葉兼用型桑樹的桑葉和桑果產(chǎn)量和品質(zhì)。由此可見改進(jìn)施肥措施有利于果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)的提高。

另外，良好的光照體系、合理的枝條群體結(jié)構(gòu)對(duì)于果樹的優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)至關(guān)重要。張啟等[6]在對(duì)楊梅的研究中發(fā)現(xiàn)合理的整形修剪可促進(jìn)著色、提早成熟、改進(jìn)果實(shí)品質(zhì)；櫻桃的“Y”字形樹形可增加栽植密度，進(jìn)而使產(chǎn)量提高[7]；對(duì)李樹的研究表明自然開心形樹體結(jié)構(gòu)合理、樹形飽滿、光能利用率強(qiáng)，果實(shí)品質(zhì)好、產(chǎn)量高[8]。目前，關(guān)于果桑整形修剪方式的研究還很少，一般是采用傳統(tǒng)的葉桑樹形養(yǎng)成方式[9-10]。

科學(xué)合理的施肥措施和樹形管理，能夠達(dá)到改良土壤、提高果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)的作用。另外桑葚成熟期短，不易保鮮，采用設(shè)施栽培可使桑葚的成熟期提前，增加桑葚的市場(chǎng)供應(yīng)時(shí)間，但是設(shè)施條件下對(duì)于果桑施肥和樹形管理技術(shù)的相關(guān)研究未見報(bào)道。本研究基于以上背景，以粵椹大10果桑園為研究對(duì)象，在設(shè)施栽培條件下，研究不同施肥措施以及不同樹形對(duì)果實(shí)品質(zhì)及土壤環(huán)境的影響，探討適宜設(shè)施果桑栽培的合理施肥方式及樹形模式，為果桑栽培管理提供支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

粵椹大10，2017年春栽植于湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所桑樹種質(zhì)資源圃的鋼拱塑料大棚內(nèi)，栽植密度為行株距3.5 m×1.0 m，約200株/667 m2。試驗(yàn)設(shè)置3種施肥處理和3種樹形處理，每一小區(qū)設(shè)置為66.7 m2，每個(gè)處理3次重復(fù)。施肥處理分別為常規(guī)施肥、減量施肥和組合施肥，樹形處理分別為“一”字形樹形、“Y”字形樹形和自然開心形，不同施肥處理的樹形均為自然開心形，不同樹形處理的施肥方式均為常規(guī)施肥，本試驗(yàn)共設(shè)置5個(gè)實(shí)驗(yàn)處理，具體實(shí)驗(yàn)處理的施肥及修剪方式見表1。供試復(fù)合肥、尿素、有機(jī)肥、硫酸鉀鎂及微量元素肥料來(lái)自湖北宜化集團(tuán)有限責(zé)任公司。全年肥料分3次施入，冬季施有機(jī)肥，春季發(fā)芽前施40%無(wú)機(jī)肥料，夏閥后施60%無(wú)機(jī)肥料。2019年結(jié)果期，采集青果期、色變期、紅果期、初熟期和全熟期桑葚果實(shí)，用于果實(shí)品質(zhì)的鑒定。同時(shí)采集根際土壤樣品，用于土壤微生物碳代謝功能鑒定以及土壤養(yǎng)分含量的測(cè)定。

表1 粵椹大10在設(shè)施栽培條件下的不同施肥及不同樹形處理

1.2 可溶性糖、可滴定酸及維生素C檢測(cè)

采用蒽酮比色法測(cè)定桑葚可溶性糖含量[11]。稱取0.1 g桑葚鮮樣，加1 mL水進(jìn)行研磨勻漿，沸水浴10 min，冷卻后，8 000 g常溫離心10 min，取上清液定容至10 mL備用。取50 μL待測(cè)液與蒽酮試劑(0.1 g蒽酮溶于100 mL 98%濃硫酸)混合，置于95 ℃水浴10 min，冷卻至室溫后，取200 μL至96孔板中，于620 nm處讀取吸光值，同時(shí)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，根據(jù)所測(cè)樣品的吸光值及標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算樣品可溶性糖含量。

采用氫氧化鈉滴定法測(cè)定桑葚可滴定酸含量[11]。稱取0.5 g桑葚鮮樣于研缽中，加入少量石英砂研磨成勻漿，用蒸餾水洗入50 mL三角瓶中，加蒸餾水約30 mL，置于80 ℃恒溫水浴中浸提30 min，期間攪拌數(shù)次。取出冷卻，過(guò)濾入50 mL容量瓶中，并用蒸餾水沖洗殘?jiān)?～3次，合并濾液，用蒸餾水定容至50 mL，充分混勻待測(cè)。用移液管吸取5～10 mL樣品提取液于50 mL三角瓶中，加入酚酞指示劑3～5滴，用0.1 mol/L氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)液滴定至出現(xiàn)微紅色，30 s不褪色為滴定終點(diǎn)，記錄所消耗溶液的體積，重復(fù)3次，取平均值。以酒石酸計(jì)，折算系數(shù)為0.075，根據(jù)公式計(jì)算樣品可滴定酸含量。

采用鄰二氮菲分光光度法測(cè)定桑葚維生素C含量。稱取0.1 g桑葚鮮樣于研缽中，加入1 mL 50 g/L三氯乙酸溶液進(jìn)行冰浴勻漿，8 000 g，4 ℃離心20 min，取上清待測(cè)。取40 μL待測(cè)液，50 μL 0.4%磷酸-乙醇溶液，25 μL 5 g/L BP-乙醇溶液，50 μL 0.3 g/L FeCl3-乙醇溶液，50 μL蒸餾水，混合搖勻后，室溫靜置15 min，于534 nm下測(cè)定吸光值。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線和公式計(jì)算維生素C含量。

1.3 土壤微生物碳代謝功能多樣性測(cè)定

試驗(yàn)采用Biolog微生態(tài)(BIOLOG Eco PlateTM)技術(shù)研究土壤微生物功能多樣性。具體步驟如下：5 g土壤加入45 mL滅菌生理鹽水(0.85%)中，在搖床上振蕩15 min，轉(zhuǎn)速150 r/min，靜置30 min，然后將土壤樣品稀釋至10-3倍，用排槍吸取稀釋液至96孔Biolog Eco板中(150 μL/孔)，最后將接種好的板子置于28 ℃恒溫培養(yǎng)，每隔24 h于Biolog讀數(shù)器上讀取D(590 nm)值，培養(yǎng)時(shí)間共168 h。

微平板中溶液吸光值平均單孔顏色變化率(Average well color density, AWCD)用于描述土壤微生物代謝活性，計(jì)算方法如下：AWCD=∑(Ci-Ri)/n，式中Ci為每個(gè)有培養(yǎng)基孔的光密度值，Ri為對(duì)照孔的光密度值，n為培養(yǎng)基孔數(shù)，Biolog Eco板n值為31。

1.4 土壤采集及土壤養(yǎng)分含量的檢測(cè)

桑葚收獲后，采用五點(diǎn)取樣法，取0～20 cm的土樣，烘干過(guò)篩后，采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定土壤堿解氮含量，土壤速效磷含量測(cè)定用鉬銻比色法，土壤速效鉀含量測(cè)定采用火焰光度計(jì)法，土壤有機(jī)質(zhì)含量測(cè)定用重鉻酸鉀容量法[12]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

用軟件SPSS 23.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，用軟件origin 2018進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥和樹形處理對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響

土壤養(yǎng)分在很大程度上決定了桑葚產(chǎn)量的高低和品質(zhì)的優(yōu)劣，本研究對(duì)不同處理?xiàng)l件下土壤堿解氮、速效磷、速效鉀及有機(jī)質(zhì)含量進(jìn)行了檢測(cè)。本研究結(jié)果顯示(圖1)，組合施肥處理土壤堿解氮、速效鉀、速效磷和有機(jī)質(zhì)含量均顯著高于常規(guī)施肥處理和減量施肥處理(P<0.05)，常規(guī)施肥處理土壤的堿解氮和速效鉀均顯著高于減量施肥處理(P<0.05)，減量施肥處理土壤有機(jī)質(zhì)含量高于常規(guī)施肥處理(P<0.05)，但二者之間的速效磷含量無(wú)顯著差異，這說(shuō)明組合施肥方案有利于土壤各種養(yǎng)分含量的提高，改良土壤。在不同樹形處理實(shí)驗(yàn)中，“一”字形處理土壤速效鉀和有機(jī)質(zhì)含量高于其他兩種樹形處理，且差異達(dá)顯著水平(P<0.05)；“Y”字形處理土壤堿解氮顯著高于于其他兩種樹形處理，而3個(gè)處理的土壤速效磷含量無(wú)顯著差異。

圖1 不同施肥和樹形修剪條件下土壤養(yǎng)分含量

2.2 不同施肥和樹形處理對(duì)土壤微生物碳代謝功能多樣性的影響

通過(guò)檢測(cè)biolog微平板的吸光度值獲得的平均單孔顏色變化率(AWCD)是表征微生物群落碳源利用能力的一個(gè)重要指標(biāo)，反映了土壤微生物的活性。結(jié)果顯示(圖2)，隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，AWCD值整體呈上升趨勢(shì)，在48 h之前上升較慢，之后快速升高，在144 h時(shí)達(dá)到最大值。不同處理的最終AWCD值呈現(xiàn)差異，在不同施肥處理中，組合施肥處理最高，其次是減量施肥，常規(guī)施肥最低，彼此之間呈顯著差異(P<0.05)。在不同樹形處理中，自然開心形處理顯著高于“Y”字形和“一”字形樹形處理(P<0.05)，“Y”字形和“一”字形處理之間無(wú)顯著差異。

圖2 AWCD值隨培養(yǎng)時(shí)間的變化規(guī)律

土壤微生物對(duì)不同類型碳源的利用能力可以反映其碳代謝的多樣性，進(jìn)而表征土壤微生物的多樣性和群落結(jié)構(gòu)差異。本研究中組合施肥處理對(duì)氨基酸類、糖類、聚合物類和羧酸類碳源的利用能力顯著高于常規(guī)施肥和減量施肥處理(P<0.05)；常規(guī)施肥處理對(duì)胺類和其他混合物類碳源的利用率最高，其次是組合施肥處理，減量施肥處理最低，且差異達(dá)顯著水平(P<0.05)。在樹形實(shí)驗(yàn)中，自然開心形處理和“Y”字形處理對(duì)糖類、羧酸類、聚合物類碳源的利用率無(wú)顯著差異，但是二者均高于“一”字形處理，差異達(dá)顯著水平(P<0.05)；自然開心形處理對(duì)氨基酸類和胺類碳源的利用能力最高(圖3)。以上說(shuō)明不同施肥和樹形處理?xiàng)l件下土壤微生物種群結(jié)構(gòu)存在差異。

圖3 不同施肥和樹形處理土壤微生物碳源利用能力比較

2.3 不同施肥和樹形處理對(duì)桑葚品質(zhì)的影響

設(shè)置不同的施肥和樹形處理，最終是為了探索出一套使桑葚品質(zhì)更優(yōu)的設(shè)施果桑栽培方案。我們檢測(cè)了每個(gè)處理桑葚發(fā)育過(guò)程中5個(gè)不同時(shí)期(青果期、色變期、紅果期、初熟期、全熟期)果實(shí)可溶性糖、可滴定酸和維生素C的含量。結(jié)果顯示(圖4)，隨著發(fā)育期的延長(zhǎng)，可溶性糖和維生素C含量持續(xù)增高，在果實(shí)全熟時(shí)達(dá)到最高值，可滴定酸呈相反的變化趨勢(shì)。在不同的施肥處理中，在果實(shí)全熟期，組合施肥處理果實(shí)可溶性糖和維生素C含量最高，其次是常規(guī)施肥處理，減量施肥處理最低，且差異均達(dá)顯著水平(P<0.05)，可滴定酸含量呈完全相反的趨勢(shì)。在不同的樹形處理中，“Y”字形和“一”字形處理果實(shí)的三個(gè)指標(biāo)無(wú)顯著差異，但是二者的可溶性糖和維生素C含量顯著高于自然開心形處理(P<0.05)，而可滴定酸含量顯著低于自然開心形處理(P<0.05)。并且與自然開心形相比，“Y”字形和“一”字形處理果實(shí)的可溶性糖和維生素C含量在果實(shí)初熟期就達(dá)到較高水平。

圖4 不同施肥和樹形處理桑葚可溶性糖、可滴定酸和維生素C含量

糖酸比是桑葚品質(zhì)評(píng)價(jià)的核心指標(biāo)[13]。我們比較了不同處理果實(shí)的糖酸比(圖5)，果實(shí)全熟期，每個(gè)處理的果實(shí)糖酸比達(dá)最高值，組合施肥處理果實(shí)糖酸比顯著高于常規(guī)施肥和減量施肥處理(P<0.05)，“Y”字形和“一”字形處理果實(shí)糖酸比顯著高于自然開心形處理(P<0.05)。另外，在果實(shí)初熟期，組合施肥處理“Y”字形樹形處理的果實(shí)糖酸比(分別為12.9和17.7)也已達(dá)到較高水平。結(jié)合上述果實(shí)不同成熟期可溶性糖和維生素C含量，可以判斷組合施肥和“Y”字形樹形有利于果實(shí)可溶性糖和維生素C的快速和大量積累，提高糖酸比，提升果實(shí)品質(zhì)。

圖5 不同施肥和樹形處理桑葚糖酸比

3 結(jié)論與討論

大量研究表明，科學(xué)施肥是果樹優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)的基礎(chǔ)，肥料種類、施肥量等都可影響果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)，有機(jī)肥與化肥的配合施用可以起到改良土壤、提高土壤肥力，改善果實(shí)品質(zhì)的作用[14-16]，鉀鎂肥及硅、鋅等微量元素肥的配合施用可顯著提高果實(shí)產(chǎn)量及外在和內(nèi)在品質(zhì)[17-19]。本研究結(jié)果顯示，設(shè)施栽培條件下，與常規(guī)施肥和減量施肥相比，組合施肥處理(減少化學(xué)肥料，增施有機(jī)肥和微量元素肥)土壤有機(jī)質(zhì)、速效氮磷鉀含量均顯著提高，土壤微生物碳源利用能力增加，桑葚可溶性糖含量、維生素C含量，以及糖酸比都顯著提高，可滴定酸含量降低，這與前人研究的陸地栽培結(jié)果一致[3]。

樹體結(jié)構(gòu)影響到枝條的空間分布和光照利用率，是果樹優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)的基礎(chǔ)，適宜的樹形模式可以改善葉片光合特性，提高果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)[20-21]。多年來(lái)果桑的整形修剪和樹形模式一般是借鑒葉用桑，近年來(lái)隨著對(duì)桑葚需求的加大以及觀光采摘的興起，選擇適宜的樹形尤為重要。江莉等[21]報(bào)道設(shè)施栽培條件下，“巨峰”葡萄“一”字形樹形能顯著提高植株葉片光合特性和果實(shí)糖酸比，改善果實(shí)品質(zhì)，劉珠琴等的研究表明櫻桃“Y”字形樹形樹體低，栽植密度大，產(chǎn)量高，并且可增加站立采摘率[7]。本研究中，設(shè)施果桑的“Y”字形和“一”字形處理果實(shí)的可溶性糖、維生素C含量、糖酸比與常規(guī)樹形處理(自然開心形)相比顯著提高，而可滴定酸含量顯著降低，并且“Y”字形樹形有利于果實(shí)可溶性糖和維生素C的快速和大量積累，提高糖酸比，促進(jìn)果實(shí)成熟、提升果實(shí)品質(zhì)。

綜上所述，在設(shè)施果桑栽培中，增施有機(jī)肥和微量元素肥料，減少化肥施用量，采用合理的樹形模式(“Y”字形)，有利于改善土壤理化性狀和微生物群落結(jié)構(gòu)，有利于桑葚品質(zhì)的提高。