有機源調(diào)理劑對草莓品質(zhì)和土壤理化性質(zhì)、細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響

張澤旺 張軍強 張永春 馬洪波 張輝 孫書慧 葛高飛

摘要： ?為提升土壤質(zhì)量，減少化肥用量，改善草莓品質(zhì)，本研究以草莓品種紅顏為試驗材料，采用大棚小區(qū)試驗，設(shè)置常規(guī)施肥（CK）、有機源調(diào)理劑4 800 kg/hm2+常規(guī)施肥（T1）、有機源調(diào)理劑4 800 kg/hm2+基肥減量10% （T2）、有機源調(diào)理劑4 800 kg/hm2+基肥減量20%（T3）、有機源調(diào)理劑4 800 kg/hm2+基肥減量30%（T4）5個處理，分析有機源調(diào)理劑應(yīng)用與化肥減量對草莓產(chǎn)量、品質(zhì)、根腐病發(fā)病率以及土壤理化性質(zhì)和土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明，與常規(guī)施肥相比，T1處理能顯著提高草莓產(chǎn)量、土壤有機質(zhì)含量和pH值，增加變形菌門和擬桿菌門細(xì)菌相對豐度。施用有機源調(diào)理劑能顯著降低根腐病發(fā)病率（39.68%～64.09%）。T1和T4處理能降低放線菌門相對豐度。土壤有效磷含量、速效鉀含量、有機質(zhì)含量是土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的主要影響因子。T1處理對提高草莓產(chǎn)量和改善土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)效果較好，T4處理對提高土壤有機質(zhì)含量、改善團聚體結(jié)構(gòu)和緩解土壤酸化效果較好。

關(guān)鍵詞： ?有機源調(diào)理劑； 土壤理化性質(zhì)； 細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)； 草莓

中圖分類號： ?S531.06 ???文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A ???文章編號： ?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.），薔薇科草莓屬，又叫作紅莓、地莓和洋莓子等，是一種多年生草本植物[1]。草莓果實富含維生素C，具有極高的藥用價值和營養(yǎng)價值，能夠促進(jìn)機體消化和提高抗衰老能力，深受廣大消費者的喜愛[2-3]。中國是世界草莓種植大國[4]，種植戶為提高草莓產(chǎn)量在種植過程中通常會施用過量的化肥，這不僅導(dǎo)致草莓種植區(qū)土壤板結(jié)、酸化以及肥料利用率和土壤微生物多樣性降低，還造成草莓品質(zhì)和產(chǎn)量急劇下降[5-6]。為實現(xiàn)減肥增效，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展，中國在2015年提出了化肥零增長戰(zhàn)略[7]。

土壤調(diào)理劑具有改善土壤結(jié)構(gòu)和化學(xué)性狀，調(diào)節(jié)土壤酸堿度及修復(fù)污染土壤等功效[8-10]。但不同類型的土壤調(diào)理劑常具有不同的功效，同時亦可能伴隨一定的負(fù)作用?；瘜W(xué)和礦物類土壤調(diào)理劑能有效緩解土壤酸化，但不能明顯改善土壤生物學(xué)性狀[11]。生石灰、硅鉀土壤調(diào)理劑都能有效緩解土壤酸化，提高土壤有機質(zhì)含量，但兩者都可能導(dǎo)致土壤板結(jié)和養(yǎng)分含量降低[12]。高鈣高鎂土壤調(diào)理劑能顯著增加土壤肥力和細(xì)菌群落的多樣性，但也會導(dǎo)致細(xì)菌群落均勻度的降低，其原因在于高鈣高鎂土壤調(diào)理劑能抑制部分有益菌的活性[13]。含有腐殖酸的有機土壤調(diào)理劑可以使土壤形成弱酸緩沖體系，維持土壤酸堿度平衡，提升土壤有機質(zhì)含量，改善土壤結(jié)構(gòu)和微生物群落結(jié)構(gòu)，提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)[14-15]，在蘋果[15]、水稻[16]等作物的生產(chǎn)中得到了初步應(yīng)用，并取得了較好的增產(chǎn)效果。近年來，一款生產(chǎn)成本低廉、以餐廚垃圾為主要原料的生物強化腐殖化土壤調(diào)理劑（簡稱為有機源調(diào)理劑）研制成功，并在生產(chǎn)中得到了初步應(yīng)用。但目前有機源土壤調(diào)理劑在草莓化肥減量及其對草莓產(chǎn)量、品質(zhì)、根腐發(fā)病率以及土壤理化性質(zhì)和土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響尚缺乏系統(tǒng)研究。鑒于此，本研究在草莓基肥減量的基礎(chǔ)上配施有機源土壤調(diào)理劑，明確其對草莓產(chǎn)量、品質(zhì)、土壤性質(zhì)和細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響，旨在實現(xiàn)減肥減藥的草莓生產(chǎn)及草莓種植土壤保育，促進(jìn)草莓產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2021年11月至2022年3月在江蘇省丹陽訪仙鎮(zhèn)紅果家庭農(nóng)場（31°98′N，110°74′E）設(shè)施大棚內(nèi)進(jìn)行。該農(nóng)場地勢平坦，日照充足，季節(jié)分明，雨水充沛，無霜期較長。土壤全氮含量1.27 g/kg，有效磷含量16.51 mg/kg，速效鉀含量108 mg/kg，有機質(zhì)含量19.15 g/kg，pH 6.67。

1.2 試驗材料

試驗用草莓品種為當(dāng)?shù)刂髟云贩N紅顏。P2O5、N、K2O含量均為15%的復(fù)合肥及氮含量為46.66%的尿素購自江蘇華昌化工股份有限公司。有機源調(diào)理劑購自北京嘉博文生物科技有限公司。有機源調(diào)理劑的有機質(zhì)含量為376.56 g/kg，pH值8.01，全氮含量1.02 g/kg，有效磷含量89.03mg/kg；速效鉀含量57.03mg/kg，含水量6.55%，總腐殖酸含量27.32%。

1.3 試驗設(shè)計

本試驗設(shè)置常規(guī)施肥（CK）、有機源調(diào)理劑4 800 kg/hm2+常規(guī)施肥（T1）、有機源調(diào)理劑4 800 kg/hm2+基肥減量10% （T2）、有機源調(diào)理劑4 800 kg/hm2+基肥減量20%（T3）、有機源調(diào)理劑4 800 kg/hm2+基肥減量30%（T4）共5個處理。每個處理重復(fù)3次，隨機區(qū)組排序，每個小區(qū)面積為4 m2。于11月初施入有機源調(diào)理劑和基肥（復(fù)合肥），草莓移栽完成后，每隔15 d追施尿素1次，共追肥6次，每次追肥量為25 kg/hm2。各處理施肥情況見表1。

1.4 測試項目與方法

1.4.1 草莓產(chǎn)量及品質(zhì)測定 ?移栽后30 d調(diào)查各小區(qū)草莓苗的死亡株數(shù)，結(jié)合死亡植株根系特征及草莓根腐病根系病癥[17]，得到各小區(qū)草莓根腐病發(fā)病率。在草莓頭茬果實成熟后，每3 d進(jìn)行各小區(qū)草莓果實的采摘，記錄每次采摘的各小區(qū)產(chǎn)量、果實數(shù)量及單果質(zhì)量≥20 g且果形端正的優(yōu)質(zhì)果數(shù)量，直到收獲結(jié)束，得到各小區(qū)產(chǎn)量、果實總數(shù)及優(yōu)質(zhì)果數(shù)量，計算優(yōu)果率（優(yōu)質(zhì)果數(shù)量比率）。各處理隨機選取10個大小一致的頭茬草莓果實進(jìn)行品質(zhì)測定。采用TD-45糖度儀（浙江托普云農(nóng)科技股份有限公司產(chǎn)品）測定草莓果實糖分含量，采用 2，6-二氯靛酚比色法測定草莓果實維生素C含量。

1.4.2 土壤理化性質(zhì)測定 ?2022年2月15日每小區(qū)按照S形采樣法采集表層（0～20 cm）土壤樣品，各處理采集樣品均勻混合后過20目篩用于測定土壤pH、堿解氮含量、有效磷含量和速效鉀含量，另外過100目篩用于測定土壤有機質(zhì)含量。采用Five Easy Plus pH計（瑞士Mettler toledo科技有限公司產(chǎn)品）測定pH，分別采用外加熱法、堿解擴散法、鉬銻抗比色法、火焰光度計法測定土樣有機質(zhì)含量、堿解氮含量、有效磷含量、速效鉀含量。在草莓種植地塊取表層土壤采用濕篩法測定土壤團聚體，團聚體分級為粗大團聚體（>2.000 mm）、細(xì)大團聚體（0.251～2.000 mm）、微團聚體（0.053～0.250 mm）和粉黏粒組分（<0.053 mm）。采用環(huán)刀法測定土壤容重。

1.4.3 土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)分析 ?2022年1月10日采集0～20 cm 土層土壤放到無菌袋中，采用干冰冷藏運輸、 -80 ℃冰箱保存。土樣微生物多樣性測定方法如下：首先利用引物（正向引物：5′-CCTACGGGNGGCWGCAG-3′;反向引物： 3′-GACTACHVGGGTATCTAATCC-5′） 對細(xì)菌16S rRNA 的V3～V4 區(qū)進(jìn)行PCR擴增，擴增產(chǎn)物利用Illumina Miseq平臺采用雙末端測序法進(jìn)行測序（南京集思慧遠(yuǎn)有限公司完成）。使用Qiime v1.8.0軟件對Read拼接得到原始序列（RawTag），使用Trimmomatic v0.33軟件對原始序列進(jìn)行拼接過濾得到高質(zhì)量序列（CleanTag），采用Uchime v4.2軟件對CleanTag進(jìn)行鑒定并去除嵌合體得到有效序列。以97%相似度聚類得到操作分類單元（OTU）。基于細(xì)菌分類學(xué)數(shù)據(jù)庫（Silva）對OTU進(jìn)行物種注釋及各處理樣品物種豐度分析?；诃h(huán)境因子與主要細(xì)菌群落進(jìn)行冗余分析，分析環(huán)境變量與細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用 Excel 2010、SPSS 26等軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析，采用Duncans 多重檢驗法分析處理間差異顯著性，采用Mothur 1.30 軟件進(jìn)行細(xì)菌Alpha 多樣性分析，采用 Canoco 5.0 軟件進(jìn)行冗余分析（RDA）分析，采用Origin 2021軟件繪制圖、表。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機源調(diào)理劑對草莓產(chǎn)量、優(yōu)果率、發(fā)病率及品質(zhì)的影響

由表2可知，有機源調(diào)理劑處理（T1～T4）的草莓單果質(zhì)量和優(yōu)果率與CK相比均無顯著差異。增施有機源調(diào)理劑（T1處理）后，草莓產(chǎn)量比CK提高了20.83%，差異顯著。施用有機源調(diào)理劑處理（T1～T4）間，隨著復(fù)合肥施用量的減少，草莓產(chǎn)量呈減少趨勢，其中T1和T4處理差異顯著，T2和T3處理的草莓產(chǎn)量與T1、T4處理均無顯著差異。CK草莓根腐病發(fā)病率為16.96%，顯著高于施用有機源調(diào)理劑處理（T1～T4）。而施用有機源調(diào)理劑處理（T1～T4）間草莓根腐病發(fā)病率無顯著差異。施用有機源調(diào)理劑后，各處理草莓糖分含量和維生素C含量均與CK無顯著差異。

2.2 有機源調(diào)理劑對草莓經(jīng)濟效益的影響

從表3可以看出，T2處理的產(chǎn)值最高，常規(guī)施肥的產(chǎn)值最低。T1處理的成本最高，利潤也最高。與CK相比，T1處理利潤增加23.45%，表明T1處理有利于增加草莓產(chǎn)量和利潤。從產(chǎn)投比上看，T1處理最高，其次為CK；與CK相比，T1處理產(chǎn)投比增加7%，其余處理的產(chǎn)投比均低于CK，表明T2、T3、T4處理不利于經(jīng)濟效益的提高。

2.3 有機源調(diào)理劑對土壤理化性質(zhì)的影響

由表4可知，T4處理的土壤有機質(zhì)含量增加顯著，即減施基肥的情況下，補充有機源調(diào)理劑有利于提高土壤有機質(zhì)含量。與CK相比，T4處理的土壤pH值與CK差異達(dá)顯著水平，表明增施有機源調(diào)理劑能緩解土壤酸化。各處理土壤堿解氮含量和有效磷含量無顯著差異，而T1處理、T2處理的土壤速效鉀含量顯著高于T3和T4處理，增施有機源調(diào)理劑的處理（T1～T4）與CK均無顯著差異。

2.4 有機源調(diào)理劑對土壤結(jié)構(gòu)的影響

由表5可知，增施有機源調(diào)理劑處理的土壤容重比CK略有降低，其中T4處理的土壤容重與CK有顯著差異，而T1、T2、T3處理與CK差異不顯著，因此增施有機源調(diào)理劑有利于提高土壤的疏松度。施用有機源調(diào)理劑后，土壤團聚體的粒徑占比亦發(fā)生了一定的變化，主要表現(xiàn)為T2、T3、T4處理土壤0.251～2.000 mm粒徑的細(xì)大團聚體占比顯著高于CK和T1處理；CK 0.053～0.250 mm 粒徑的微團聚體占比顯著低于T1和T2處理，而高于T3和T4處理；T1處理粉黏粒（粒徑<0.053 mm）占比最高，CK次之，T3和T4處理的粉黏粒占比最低；CK、T3處理、T4處理（粒徑>2.000 mm）的粗大團聚體占比顯著高于T1、T2處理。

2.5 有機源調(diào)理劑對細(xì)菌群落豐富度的影響

由圖1A可知，當(dāng)測序樣本10 000以內(nèi)時，操作分類單元（OUT）迅速增加，當(dāng)測序樣本數(shù)量超過60 000條時，整個曲線趨于平坦，表明該測序文庫達(dá)到飽和，物種數(shù)趨勢穩(wěn)定。T1處理土壤細(xì)菌ACE指數(shù)比CK高30.67%，差異顯著；而T2、T3、T4處理ACE指數(shù)雖比CK略高，但沒有顯著差異。即有機源調(diào)理劑能增加土壤細(xì)菌群落豐富度，但在基肥減量的情況下，土壤細(xì)菌群落豐富度越來越低，與CK無顯著差異（圖1B）。

由圖2可知，在門水平下，變形菌門（Proteobacteria，PBA）細(xì)菌相對豐度最高，占22.91%～31.25%，其次為酸桿菌門（Acidobacteria，ACI）12.5%～20.83%、綠彎菌門（Chloroflexi， CFI）5.83%～15.21%、擬桿菌門（Bacteroidetes， BOS）2.08%～5.42%、放線菌門（Actinobacteria， ABA）2.08%～4.17%。T1處理PBA和BOS相對豐度比CK均有增加，T1和T4處理ABA細(xì)菌相對豐度比CK有所降低。PBA含有豐富的固氮細(xì)菌，ABA多為致病細(xì)菌，表明增施有機源調(diào)理劑可提升土壤的固氮能力和降低病害風(fēng)險。

2.6 土壤理化性質(zhì)與主要細(xì)菌群落間的關(guān)系

土壤理化性質(zhì)與主要細(xì)菌群落豐富度的冗余分析結(jié)果表明，2個主要軸特征值分別是61.44%和27.32%，相關(guān)系數(shù)為0，RDA分析結(jié)果可信（圖3）。第一軸排序與有效磷含量和速效鉀含量呈負(fù)相關(guān)，與有機質(zhì)含量呈正相關(guān)。土壤有效磷含量和速效鉀含量與PBA、BOS、ACI細(xì)菌相對豐度呈正相關(guān)，與CFI和ABA等菌相對豐度呈負(fù)相關(guān)。有機質(zhì)含量與PBA、BOS、ACI細(xì)菌相對豐度呈負(fù)相關(guān)，與CFI和ABA等菌相對豐度呈正相關(guān)。

3 討 論

3.1 有機源調(diào)理劑對草莓產(chǎn)量與品質(zhì)的影響

增施土壤調(diào)理劑能提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)[17-18]。李丹等[19]研究發(fā)現(xiàn)多種土壤調(diào)理劑能緩解土壤酸化，提高辣椒的產(chǎn)量和品質(zhì)，戴黎等[20]研究發(fā)現(xiàn)大棚土壤增施硅鎂土壤調(diào)理劑后，草莓產(chǎn)量提升19.5%，草莓漿果的可溶性糖含量和維生素C含量均有增加。栗方亮等[21]研究結(jié)果表明土壤調(diào)理劑能夠提升蜜柚的產(chǎn)量、維生素C含量以及可溶性糖含量。本研究結(jié)果表明，施用有機源調(diào)理劑后草莓產(chǎn)量提升1.28%～20.80%，其中T1處理草莓產(chǎn)量增加顯著；糖度和維生素C含量增加不顯著；根腐病發(fā)病率降低了39.68%～64.09%。產(chǎn)量增加的原因在于調(diào)理劑中富含的有益菌代謝產(chǎn)物可以調(diào)節(jié)土壤微生態(tài)平衡，導(dǎo)致根腐病發(fā)病率顯著減少[22-23]；同時有機源調(diào)理劑施入土壤后分解產(chǎn)生的多肽類物質(zhì)對作物生理生化過程產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用[24]。

3.2 有機源調(diào)理劑對土壤性質(zhì)的影響

張蕾等[25]、吳辰晨等[26]研究結(jié)果表明土壤調(diào)理劑可以緩解土壤酸化和土壤疏松性和土壤肥力。本試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，T4處理土壤有機質(zhì)含量較CK提高12.56%，pH提高2.72%，土壤容重降低4.51%。原因可能是有機源調(diào)理劑含有較多的天然礦質(zhì)元素及激活礦物質(zhì)和土壤相互作用的有效成分進(jìn)而改善土壤pH，這與前人研究結(jié)果一致[27-28]。本試驗中T4處理土壤有機質(zhì)含量增加的原因可能是有機源調(diào)理劑自身含有大量有機質(zhì)和易氧化物質(zhì)，能夠作為碳源補充有機質(zhì)含量[29-30]，以及減氮處理后，土壤pH趨于中性，有利于有機源調(diào)理劑中有機物質(zhì)的轉(zhuǎn)化從而增加了有機質(zhì)含量。

3.3 有機源調(diào)理劑對土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響

Chen等[31]的研究結(jié)果表明施用土壤調(diào)理劑對土壤中細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)有一定的影響。本試驗發(fā)現(xiàn)T1處理的細(xì)菌群落豐富度高于CK，PBA為土壤細(xì)菌的優(yōu)勢菌門，所有處理的PBA相對豐度均超過22%，遠(yuǎn)高于其他菌落水平。前人研究結(jié)果表明PBA屬有益菌群，且具有土壤固氮能力[32-33]，這與本研究中T1處理的PBA相對豐度最高，且堿解氮含量最高結(jié)果一致。另外，PBA相對豐度與AP、AK、OM含量呈正相關(guān)，表明PBA可能是富營養(yǎng)環(huán)境中的優(yōu)勢菌門。本試驗中隨著基肥減量比率的增加，擬桿菌門（BOS）細(xì)菌相對豐度呈現(xiàn)下降趨勢，這與富營養(yǎng)環(huán)境有利于BOS細(xì)菌生長的研究結(jié)果一致[34]。ABA在低養(yǎng)分環(huán)境中是優(yōu)勢菌門[35]，且多為致病細(xì)菌，本研究中，T1、T2處理的ABA相對豐度低于其他3個處理，可能與有機源調(diào)理劑增加土壤養(yǎng)分含量，減肥處理降低養(yǎng)分含量有關(guān)。RDA分析結(jié)果表明，土壤有效磷含量、有效鉀含量和有機質(zhì)含量與微生物多樣性密切相關(guān)，BOS和ABA大多為致病細(xì)菌且與環(huán)境因子顯著相關(guān)，T4處理的根腐病發(fā)病率最低，但BOS和ABA豐度不是最低，可能是根腐病的發(fā)生與多種細(xì)菌共同調(diào)控致病有關(guān)。

4 結(jié) 論

本研究中，有機源調(diào)理劑4 800 kg/hm2+常規(guī)施肥處理（T1）對增加草莓產(chǎn)量和改善土壤細(xì)菌結(jié)構(gòu)效果較好，有機源調(diào)理劑4 800 kg/hm2+基肥減量30%處理（T4）對增加土壤有機質(zhì)含量、改善團聚體結(jié)構(gòu)和緩解土壤酸化效果較好。經(jīng)濟效益方面，與CK相比，T1處理的利潤增加23.45%，T4處理的利潤略有下降。因此，在草莓種植過程中建議使用T1處理。

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（責(zé)任編輯：石春林）