不同熏蒸方式對(duì)連作桃園土壤的影響

高志遠(yuǎn)，楊淑娜，王朝麗，王智豪，奚昕琰，何 娟，賈惠娟，*

(1.浙江大學(xué) 農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州 310058； 2.杭州市臨平區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，浙江 杭州 311000)

桃是浙江省的主栽果樹之一，種植面積達(dá)4萬(wàn)hm。研究表明，桃樹連作后存在連作障礙，會(huì)出現(xiàn)新植幼苗生長(zhǎng)受阻、樹勢(shì)衰老快速、果實(shí)品質(zhì)不良等問題，嚴(yán)重制約桃產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展。

一般來(lái)說，長(zhǎng)期連作會(huì)導(dǎo)致土壤微生物群落結(jié)構(gòu)破壞，土壤酶活性下降，土壤營(yíng)養(yǎng)元素含量下降。土壤消毒改良是緩解土壤連作障礙的重要手段。姜偉濤等、王曉芳分別使用棉隆和萬(wàn)壽菊秸稈在盆栽條件下對(duì)平邑甜茶連作土壤進(jìn)行熏蒸，有效改良了土壤環(huán)境，并促進(jìn)了植株生物量的提升；安娜等研究發(fā)現(xiàn)，禽畜肥熏蒸可以提升土壤N、P、K等速效養(yǎng)分含量，并形成良好的土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)。上述研究證實(shí)，化學(xué)熏蒸劑和生物熏蒸劑對(duì)土壤連作障礙有緩解作用。但是，類似研究多見于保護(hù)地或盆栽條件下進(jìn)行，欠缺大田試驗(yàn)的報(bào)道，且不同消毒熏蒸方式的處理效果也缺乏系統(tǒng)對(duì)比，在桃樹上的類似研究更少。為此，本研究特在大田條件下，以桃園為材料，分別采用生物熏蒸和化學(xué)熏蒸方法開展土壤消毒改良試驗(yàn)，以期篩選出適用于老齡桃園土壤改良的消毒材料，以緩解桃樹連作障礙，促進(jìn)浙江省桃產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)園地

試驗(yàn)于2020年10月—2021年1月，在位于浙江桃主產(chǎn)區(qū)之一的杭州市余杭區(qū)的某桃園(30°41′N，119°89′E)進(jìn)行，該桃園已連作10 a以上。該地屬亞熱帶季風(fēng)氣候，冬夏長(zhǎng)、春秋短，溫暖濕潤(rùn)，四季分明，光照充足，雨量充沛，年平均氣溫15.3～16.2 ℃，年平均降水量1 150～1 550 mm。

1.2 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

于翻耕后的桃園隨機(jī)選取3個(gè)占地面積1 334 m的長(zhǎng)方形地塊進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)地塊呈南北向平行分布。

試驗(yàn)共設(shè)置3個(gè)處理：T1，以茭白秸稈為材料進(jìn)行生物熏蒸；T2，以雞糞礱糠為材料進(jìn)行生物熏蒸，T3，以棉隆為材料進(jìn)行化學(xué)熏蒸。其中，茭白秸稈、雞糞礱糠購(gòu)自杭州張堰農(nóng)業(yè)有限公司，棉隆購(gòu)自浙江省臺(tái)州市農(nóng)資股份有限公司。

實(shí)施過程：將原有試驗(yàn)地的老齡桃樹刨除，用旋耕機(jī)深度翻耕，挑除殘留樹根、石塊。按試驗(yàn)設(shè)計(jì)將相應(yīng)的材料均勻撒施在土壤表面，茭白秸稈和雞糞礱糠的用量均為6 kg·m，棉隆用量為60 g·m。材料撒施后，旋耕混勻，用水澆透，覆蓋薄膜，密封消毒50 d(2020年10月12日—12月2日)。

1.3 測(cè)定方法

于處理前、后分別采集一次土壤樣品。去除0～5 cm的表土，多點(diǎn)法采集深度為10～30 cm的土壤樣品，揀除雜物后混勻，并分為2部分：一部分，用冰袋低溫運(yùn)輸，用于土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)和酶活性測(cè)定；一部分，立即用干冰運(yùn)輸，保存于-80 ℃，用于土壤微生物群落多樣性檢測(cè)。

分別參照NT/T 1121.6—2006、NY/T 53—1987、NY/T 1121.7—2014、NY/T 889—2004、NY/T 1121.13—2006、NY/T 1121.13—2006、HJ 802—2016和NY/T 1377—2007規(guī)定的方法，測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀、交換性鈣、交換性鎂含量和土壤電導(dǎo)率、pH值。

使用北京索萊寶科技有限公司生產(chǎn)的土壤酶活性檢測(cè)試劑盒，按照說明書的方法，測(cè)定土壤脲酶、蔗糖酶、過氧化氫酶、酸性磷酸酶活性。

土壤真菌與細(xì)菌群落多樣性檢測(cè)，委托上海美吉生物醫(yī)藥科技有限公司，在Illumina MiSeq平臺(tái)上完成，所用引物分別為ITS1F/ITS2R和338F/806R。

1.4 數(shù)據(jù)分析

土壤微生物群落多樣性數(shù)據(jù)在美吉生物云平臺(tái)(https：//www.i-sanger.com)上分析。

其他數(shù)據(jù)在Microsoft Excel 2019軟件上進(jìn)行整理，使用IBM SPSS Statistics 22.0軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)土壤微生物群落的影響

2.1.1 不同處理對(duì)土壤真菌群落的影響

各處理下，子囊菌門(Ascomycota)和擔(dān)子菌門(Basidiomycota)均為優(yōu)勢(shì)真菌門類，二者的相對(duì)豐度合計(jì)占土壤真菌群落的80%以上(表1)。與處理前相比，T2、T3處理后子囊菌門的相對(duì)豐度顯著(<0.05)提高，而T3處理后擔(dān)子菌門的相對(duì)豐度顯著(<0.05)下降。

表1 不同處理對(duì)土壤主要真菌相對(duì)豐度的影響

在屬水平上，與處理前相比：T1處理顯著(<0.05)提高了沙蜥屬()的相對(duì)豐度，而T3處理則顯著(<0.05)降低了該屬的相對(duì)豐度；T1、T2處理顯著(<0.05)提高了土壤鐮孢菌屬()、毛殼菌屬()的相對(duì)豐度，而T3處理顯著(<0.05)降低了這2屬真菌的相對(duì)豐度；T1、T2和T3均顯著(<0.05)提高了青霉屬()的相對(duì)豐度，顯著(<0.05)降低了的相對(duì)豐度；T2、T3處理還顯著(<0.05)提高了新赤殼屬()的相對(duì)豐度；T2處理顯著(<0.05)提高了籃狀菌屬()的相對(duì)豐度，而T1和T3處理顯著(<0.05)降低了該屬的相對(duì)豐度。

2.1.2 不同消毒處理對(duì)土壤細(xì)菌群落的影響

從門水平上，土壤細(xì)菌群落主要由放線菌門(Actinobacteriota)、變形菌門(Proteobacteria)、綠彎菌門(Chloroflexi)、酸桿菌門(Acidobacteriota)、厚壁菌門(Firmicutes)組成，其相對(duì)豐度合計(jì)占比達(dá)80%以上(表2)。

表2 不同處理對(duì)土壤主要細(xì)菌相對(duì)豐度的影響

在門水平上，與處理前相比：放菌線門的相對(duì)豐度在T2、T3處理后顯著(<0.05)升高；變形菌門的相對(duì)豐度在T1處理后顯著(<0.05)升高，而在T3處理后顯著(<0.05)降低；綠彎菌門的相對(duì)豐度在T1、T2處理后顯著(<0.05)降低；酸桿菌門的相對(duì)豐度在T2、T3處后顯著(<0.05)降低；厚壁菌門的相對(duì)豐度在3個(gè)處理后均顯著(<0.05)升高。

在科水平上，與處理前相比：微球菌科(Micrococcaceae)的相對(duì)豐度在3個(gè)處理后均顯著(<0.05)升高；微桿菌科(Microbacteriaceae)的相對(duì)豐度在T1、T2處理后顯著(<0.05)升高；鏈霉菌科(Streptomycetaceae)和黃色桿菌科(Xanthobacteraceae)的相對(duì)豐度在T2、T3處理后顯著(<0.05)降低；芽孢桿菌科(Bacillaceae)的相對(duì)豐度在T2、T3處理后顯著(<0.05)升高；根瘤菌科(Rhizobiaceae)的相對(duì)豐度在T1、T2處理后顯著(<0.05)升高，在T3處理后顯著(<0.05)降低；類芽孢桿菌科(Paenibacillaceae)的相對(duì)豐度在T2處理后顯著(<0.05)降低，在T3處理后顯著(<0.05)升高。

2.1.3 不同處理對(duì)土壤微生物群落α-多樣性的影響

Shannon指數(shù)描述群落的多樣性，可反映出土壤微生物群落的異質(zhì)性。經(jīng)過3種消毒處理后，土壤真菌、細(xì)菌群落的Shannon指數(shù)均顯著(<0.05)降低(表3、表4)。

表3 不同處理對(duì)土壤真菌α-多樣性的影響

表4 不同處理對(duì)土壤細(xì)菌α-多樣性的影響

Ace指數(shù)反映群落的豐富度情況。與處理前相比，土壤真菌群落的Ace指數(shù)在T1處理后顯著(<0.05)提高，但在T2、T3處理后顯著(<0.05)降低，土壤細(xì)菌群落的Ace指數(shù)在3種處理后均顯著(<0.05)下降。

Heip指數(shù)反映群落均勻度。與處理前相比，土壤真菌群落的Heip指數(shù)在3種處理后均顯著(<0.05)降低，而土壤細(xì)菌群落的Heip指數(shù)僅在T3處理后顯著(<0.05)降低。

2.2 不同處理對(duì)土壤酶活性的影響

與處理前相比：T1處理后，土壤脲酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶、過氧化氫酶的活性均顯著(<0.05)提高，增幅分別為83.2%、69.6%、33.1%和62.5%(圖1)；T2處理后，土壤脲酶、蔗糖酶、過氧化氫酶活性顯著(<0.05)提高，增幅分別為17.2%、23.2%和50.4%，但酸性磷酸酶活性顯著(<0.05)降低；T3處理后，土壤脲酶、酸性磷酸酶和過氧化氫酶活性均顯著(<0.05)降低，降幅分別為53.1%、65.9%和36.6%，蔗糖酶活性在處理前后無(wú)顯著變化。

同一處理在消毒前后柱上無(wú)相同字母的表示差異顯著(P<0.05)。Under the same treatment， bars marked without the same letters indicated significant difference before and after disinfection at P<0.05.圖1 不同處理對(duì)土壤酶活性的影響Fig.1 Effects of different treatments on soil enzymes activities

2.3 不同處理對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

與處理前相比：T1處理后，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀、交換性鎂、交換性鈣的含量均顯著(<0.05)提高(表5)；T2處理后，土壤全氮、有效磷、速效鉀、交換性鈣和交換性鎂的含量均顯著(<0.05)提高，且交換性鈣、交換性鎂含量的增幅在3個(gè)處理中最高，但土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著(<0.05)降低；T3處理后，土壤全氮、有效磷、速效鉀和交換性鎂的含量顯著(<0.05)下降。

表5 不同處理對(duì)土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)的影響

據(jù)研究，最適宜桃樹生長(zhǎng)的土壤pH值為5.2～6.8。T1、T2處理前，土壤pH值小于這一范圍，偏酸性；處理后，這2個(gè)處理的土壤pH值提高，土壤酸化問題得到一定程度的緩解，且以T1處理的效果更明顯。T3處理后，土壤的pH值反而降低。

與處理前相比，處理后，土壤電導(dǎo)率均得到不同程度的提升，提升幅度從高到低依次為T1(263.0%)>T3(55.2%)>T2(28.8%)。

3 討論

3.1 不同消毒方式對(duì)桃樹連作土壤微生物群落的影響

桃樹連作后，土壤微生物群落結(jié)構(gòu)惡化，有害菌群占據(jù)優(yōu)勢(shì)，有益菌的豐度降低。近年來(lái)，研究人員采用化學(xué)、生物方法進(jìn)行土壤消毒，探索連作土壤改良技術(shù)。王曉芳等在蘋果上采用萬(wàn)壽菊進(jìn)行生物熏蒸，發(fā)現(xiàn)土壤真菌減少，細(xì)菌/真菌顯著提升。張慶華等使用棉隆對(duì)連作草莓土壤進(jìn)行熏蒸，土壤中鐮孢菌屬、枝頂孢屬()和曲霉屬()等有害病原菌的相對(duì)豐度減少。本研究使用棉隆(T3)進(jìn)行化學(xué)熏蒸和茭白秸稈(T1)、雞糞礱糠(T2)進(jìn)行生物熏蒸，對(duì)比發(fā)現(xiàn)，化學(xué)熏蒸顯著降低了鐮孢菌屬的相對(duì)豐度，并顯著降低了真菌、細(xì)菌群落的多樣性、豐富度和均勻度；而生物熏蒸則顯著提升了鐮孢菌屬的相對(duì)豐度，并顯著降低了真菌、細(xì)菌的多樣性?？梢?，相比生物熏蒸，化學(xué)熏蒸方法對(duì)抑制土壤中有害菌的效果更佳(抑制率達(dá)73.72%)。雞糞礱糠和茭白秸稈處理后，鐮孢菌屬的相對(duì)豐度反而提高，可能是因?yàn)?種處理向土壤提供了大量有機(jī)質(zhì)，促進(jìn)了致病菌的生長(zhǎng)。

研究發(fā)現(xiàn)，沙蜥屬與土壤碳源分解相關(guān)，青霉屬和毛殼菌屬可抑制有害病原菌生長(zhǎng)，芽孢桿菌科和類芽孢桿菌科是一些土傳病害病原菌的有效拮抗菌。本研究發(fā)現(xiàn)，2種生物熏蒸提高了青霉屬、毛殼菌屬等有益菌類的相對(duì)豐度，而化學(xué)熏蒸對(duì)沙蜥屬、毛殼菌屬等有益真菌存在一定的抑制作用。這表明，生物熏蒸在改善土壤微生物群落上的表現(xiàn)傾向于提升有益微生物豐度，而化學(xué)熏蒸因?qū)ξ⑸锏囊种谱饔镁哂袕V譜性，反而對(duì)一些有益微生物的生長(zhǎng)存在負(fù)面作用。這與康萍芝等和黎妍妍等的研究結(jié)果基本一致。

3.2 不同消毒方式對(duì)桃樹連作土壤酶活性和基礎(chǔ)理化性質(zhì)的影響

土壤酶由土壤微生物、植物根系和土壤動(dòng)物分泌產(chǎn)生或由植物殘?bào)w分解而來(lái)，可以將土壤中的氮、磷、碳素轉(zhuǎn)化成植物可以利用的形式，其活性與土壤微生物活力和養(yǎng)分條件密切相關(guān)。沈桂花用黑麥草和油菜秸稈對(duì)土壤進(jìn)行生物熏蒸，發(fā)現(xiàn)這2種熏蒸材料均可以提升土壤脲酶和蔗糖酶活性，提高土壤全氮、全鉀和速效鉀等營(yíng)養(yǎng)元素的含量。本研究發(fā)現(xiàn)，2種生物熏蒸處理均顯著提高了土壤脲酶、蔗糖酶、過氧化氫酶活性，且茭白秸稈熏蒸還顯著提高了土壤酸性磷酸酶的活性。同時(shí)，這2種處理均有利于改善土壤養(yǎng)分條件，其中，茭白秸稈熏蒸對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀的提升作用更明顯，而雞糞礱糠熏蒸對(duì)土壤交換性鈣、交換性鎂含量的提升作用更突出。可能原因如下：一方面，兩種有機(jī)物料均可為土壤酶促反應(yīng)提供底物，從而促進(jìn)養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化和積累；另一方面，這2種處理均有助于促進(jìn)分泌土壤酶的微生物生長(zhǎng)，從而提高土壤酶活性，形成良性循環(huán)。導(dǎo)致兩者效果差異的原因可能是，茭白秸稈的有機(jī)碳含量較高，而雞糞礱糠富含微量元素。這與王浩等的研究結(jié)果相似。

相較于2種生物熏蒸處理，棉隆熏蒸顯著抑制了土壤脲酶、酸性磷酸酶和過氧化氫酶活性，且顯著降低了土壤全氮、有效磷、速效鉀和交換性鎂的含量，不利于土壤養(yǎng)分供給。張典利研究表明，使用1，3-二氯丙烯化學(xué)消毒后，土壤硝態(tài)氮含量下降，并在一定程度上降低了氮素轉(zhuǎn)化相關(guān)酶的豐度和活性。曹云等使用棉隆對(duì)西瓜連作土壤進(jìn)行熏蒸，土壤中的尖孢鐮孢菌()數(shù)量，以及土壤脲酶、蔗糖酶活性均顯著降低，與本試驗(yàn)研究結(jié)果相似。這可能與化學(xué)熏蒸的原理有關(guān)，即無(wú)選擇性地抑制土壤微生物生長(zhǎng)，降低其活力，導(dǎo)致土壤酶分泌能力下降，影響土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和積累。

桃園長(zhǎng)年連作易引起土壤酸化板結(jié)，影響植株根系發(fā)育，不利于桃樹地下部吸收養(yǎng)分，進(jìn)而影響新植桃苗的生長(zhǎng)發(fā)育。一般來(lái)說，桃樹最適宜生長(zhǎng)的土壤pH值在5.2～6.8，而試驗(yàn)地塊因長(zhǎng)年連作呈現(xiàn)偏酸性條件。本研究中，茭白秸稈和雞糞礱糠處理后，土壤pH值提高，土壤酸化情況有所緩解，但棉隆熏蒸反而使得土壤酸化加重。

綜上，本研究表明，生物熏蒸可以提高土壤有益微生物的相對(duì)豐度，提高土壤酶活性，增加土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和速效養(yǎng)分的含量；化學(xué)熏蒸雖可有效抑制有害微生物，但也降低了與養(yǎng)分有效性相關(guān)的土壤酶活性，及土壤養(yǎng)分的含量。綜合來(lái)看，生物熏蒸在改善土壤微生物群落環(huán)境和土壤養(yǎng)分方面的效果更優(yōu)。對(duì)比2種生物熏蒸處理，茭白秸稈熏蒸對(duì)土壤酶活性和土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀含量的提升幅度更大，改良效果相對(duì)更好。后續(xù)，可進(jìn)一步跟蹤調(diào)查再植桃苗的生長(zhǎng)情況，以明確不同土壤消毒方式對(duì)桃樹連作障礙的緩解效果。