崔学宇，李 静，彭玉娇，崔婷婷，张丽红，赵婷婷，侯彦林，贾书刚

（南宁师范大学广西地标作物大数据工程技术研究中心，南宁师范大学北部湾环境演变与资源利用教育部重点实验室，南宁师范大学广西地表过程与智能模拟重点实验室，广西 530001）

地面覆盖是果园地面管理的常用方法[1-2]，有悠久的应用历史。塑料地膜出现以后，地面覆盖在我国作物生产中得到了越来越广泛的应用[3-4]，是农作物生产管理的重要措施。研究表明，地面覆盖对土壤环境有复杂的影响，影响的差异取决于覆盖后的气候条件和覆盖物的种类[5-7]。地膜是地面覆盖常用的材料。利用地膜对玉米田覆盖的研究表明，干燥条件下地膜覆盖可以保持土壤水分；多雨的条件下，地膜覆盖可通过增加地表径流的方法避免发生涝害[8]。在现代栽培模式下，地膜覆盖是提高玉米、大豆等大田作物产量的重要手段[9-10]。利用地膜覆盖对园艺作物进行管理也有报道，地膜覆盖可以优化果树根系微环境、提高果树对有机质的利用效率、调节土壤温度和湿度等理化性质，同时也对土壤中的细菌产生一定影响，进而影响果实品质[11-12]。果树地面覆盖的研究在苹果中较为常见[13-15]，在‘沙田柚’上的研究鲜有报道。基于此，本研究以无覆盖管理为对照，在‘沙田柚’采收前45 d 铺设3 种地膜处理，分析覆盖后‘沙田柚’果实品质及土壤理化性质，同时利用高通量测序的方法对土壤细菌群落结构和多样性进行研究，以期为‘沙田柚’园的精细管理提供理论和实践依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验地位于广西壮族自治区玉林市容县五一柚场，东经111.33°，北纬22.55°，最高海拔151 m，合计占地约6.67 hm2，约2 000 株树。供试品种‘沙田柚’树龄为20～30 年。

1.2 试验处理

在试验地北坡选取12 株长势一致的‘沙田柚’树，上次施肥距本次覆盖处理60 d，处理前对土壤基础数据进行取样测试，在每株树树冠范围内用5点法取土样，取土深度为10～20 cm，混合为1 个样品[16]；各个预处理间土壤基础理化性质无显著性差异，其有机质含量为20.98 g/kg、速效钾含量为211.67 mg/kg、铵态氮含量为45.59 mg/kg、硝态氮含量为62.88 mg/kg、无机磷含量为105.56 mg/kg、pH 值5.35，处理后试验地累计降雨量25 mm。

2019 年9 月15 日进行覆盖处理，覆盖前去除土壤表面杂物，在处理的梯田挖排水沟，具体设置覆盖处理如下：①反光地膜，潍坊银黑反光地膜加工厂生产；②防水透气地膜，杜邦公司生产的特卫强农用地膜，有一定的反光效果；③透明塑料地膜，山东亿德塑业生产；④以无覆盖处理为对照。所有处理均利用地钉固定，树冠投影范围内全部铺设，3 种地膜覆盖处理的树体基部均用塑料布包裹严实呈裙状。每处理3 株树，单株小区。

1.3 样品采集

2019 年11 月1 日，选择果树中间冠层南向、表皮无外伤的果实，每株树采集果实1.2 kg 左右。土壤样品取样工具利用酒精喷洒后灼烧灭菌，取土袋等灭菌后再使用。在每株树树冠范围内用5 点法取土样，取土深度为10～20 cm，混合为1 个样品，分为两部分，一部分进行土壤理化性质测定，另一部分进行土壤细菌多样性测定。

1.4 试验方法

1.4.1 果实品质的测定

利用手持糖度仪（FANUOWEI）测定果实可溶性固形物含量，待测果实切开后取赤道附近果肉，利用手持压汁器取果汁，测定3 次，计算平均值[17]。果实维生素C、苹果酸、柠檬酸含量委托齐一生物科技（上海）公司利用HPLC 法测试，其他品质指标利用齐一生物科技（上海）生产的试剂盒进行测试。蔗糖含量测定原理：蔗糖水解产物果糖与间苯二酚反应，在480 nm 有特征吸收峰；果糖含量测定原理：果糖与间苯二酚反应，在480 nm 有特征吸收峰；葡糖糖含量测定原理：葡萄糖氧化酶催化葡萄糖氧化，其产物之一的过氧化氢可氧化4-氨基安替比林偶联酚生成的有色化合物，并在505 nm有特征吸收峰。

1.4.2 土壤细菌多样性的测定

将采集的土壤样品利用液氮速冻后，用干冰邮寄，建库及测序均由诺禾致源微生物有限公司完成。

1.4.3 土壤理化指标的测定

土壤理化指标利用齐一生物科技（上海）生产的试剂盒进行测试。土壤有机质含量测定原理：以硫酸亚铁为标准液，在585 nm 处比色测定；有效硼含量测定原理：硼与甲亚胺在弱酸条件下反应的产物在420 nm 有特征吸收峰；速效钾含量测定原理：钾离子与四苯硼钠的沉淀产生的浊度，在420 nm 处的浊度和钾离子浓度呈正比；铵态氮含量测定原理：在强碱性介质中与次酸盐和苯酚反应产物在625 nm 处有特征吸收峰；硝态氮含量测定原理：浓酸条件下，其与水杨酸反应的产物在410 nm 处有特征吸收峰。

利用便携式土壤温度仪检测土壤温度，取样前连续3 d 测定土壤温度，时间为8：00—18：00，每2 h 测定1 次，计算平均值，利用烘干法检测土壤含水量。

1.5 数据处理

试验数据利用Excel 2010 和SPSS 23 软件进行处理；利用Uparse 软件[18]完成OTUs 相关分析；利用Qiime 软件完成样本复杂度分析和多样本比较分析，利用R 软件绘图。

2 结果与分析

2.1 不同覆盖材料对‘沙田柚’果实品质的影响

2.1.1 不同处理对‘沙田柚’果实可溶性糖和可溶性固形物含量的影响

由表1 可知，与对照相比，反光地膜处理显著提高了‘沙田柚’可溶性糖和可溶性固形物含量；防水透气地膜处理显著提高了果糖和可溶性固形物含量，蔗糖、葡萄糖含量也有所提高，但差异均未达显著水平；透明塑料地膜处理对‘沙田柚’可溶性糖和可溶性固形物含量没有显著影响。

表1 不同处理果实可溶性糖和可溶性固形物含量

2.1.2 不同处理对‘沙田柚’果实有机酸含量的影响

由表2 可知，与对照相比，反光地膜和防水透气地膜处理均显著提高了‘沙田柚’柠檬酸含量，显著降低了苹果酸、抗坏血酸含量；透明塑料地膜处理的有机酸含量均与对照差异不显著。

表2 不同处理果实有机酸含量 mg/g

2.2 不同覆盖材料对‘沙田柚’果园土壤细菌的影响

2.2.1 不同处理对‘沙田柚’果园土壤细菌群落多样性的影响

采用高通量测序法对土壤细菌进行测序，共获得846 209 条序列，经过质控处理获得804 726 条有效序列，有效序列占总序列的比率为95.10%。共获得330 548 312 nt 的碱基数，获得的OTUs 总数目为21 393 个，得到的物种合计为3 257 种，不同组别获得物种数为1 421～1 641 种，至少涵盖了38门48 纲109 目205 科428 属278 种。不同组别的稀释曲线趋向平坦（图1），证明本研究获得的数据量渐进合理。

图1 各组别的稀释曲线

由表3 可知，与对照相比，反光地膜和透明塑料地膜处理降低了土壤细菌的物种数、群落丰富度指数、物种丰富度指数，防水透气地膜处理提高了土壤细菌的物种数、群落丰富度指数、物种丰富度指数。

表3 不同处理土壤细菌的α多样性指数

2.2.2 不同处理对‘沙田柚’果园土壤细菌群落结构的影响

不同覆盖处理后，基于OTUs 水平的PCA 分析如图2 所示，39.16%的变量可以被解释，不同处理的样本分布在不同的象限中，证明了覆盖处理显著改变了‘沙田柚’果园土壤细菌的群落结构。

图2 土壤细菌群落结构的主坐标分析

2.2.3 不同处理对‘沙田柚’果园土壤细菌群落组成的影响

不同地膜覆盖的‘沙田柚’果园土壤细菌在门分类水平下的相对丰度如图3 所示。在门分类水平相对丰度前 10 的细菌类群分别为：变形菌门（38.82%～43.38%）、放线菌门（15.80%～26.45%）、酸杆菌门（8.87%～10.79%）、拟杆菌门（5.95%～9.51%）、厚壁菌门（1.65%～12.18%）、绿弯菌门（5.01%～7.79%）、芽单胞菌门（4.13%～5.55%）、未明确分类菌群（0.49%～1.20%）、蓝藻门（0.28%～0.99%）、疣微菌门（0.26%～1.36%）。对其具体分析发现，变形菌门和放线菌门是优势种群，其相对丰度和为59.18%～64.29%。与对照相比，地膜覆盖处理提高了放线菌门、蓝藻门的相对丰度，降低了厚壁菌门的相对丰度。

在属分类水平对其进行进一步分析，以前10丰度的属进行作图，结果如图4 所示。其主要菌属（相对丰度＞1%）在覆盖处理后存在差异，对照样本中获得了15 个属，防水透气地膜处理的样本中获得了14 个属，透明塑料地膜处理的样本中获得了18 个属，在反光地膜处理的样本中获得了14 个属，其中有6 个属在所有样本中的相对丰度均大于1%，这6 个主要菌属是：Chujaibacter（1.69%～9.80%）、芽单胞菌属（1.12%～2.39%）、类诺卡氏菌属（1.31～2.26%）、未明确分类变形菌属（1.12%～2.70%）、鞘氨醇单胞菌属（1.43%～2.83%）、布氏杆菌属（1.67%～2.00%）。

图3 不同处理‘沙田柚’果园土壤细菌门分类水平的比较

图4 不同处理‘沙田柚’果园土壤细菌属分类水平的比较

2.3 不同覆盖材料对果园土壤理化性质的影响

由表4 可知，地膜处理影响了果园土壤的理化性质。不同的地膜对土壤理化性质的影响不同，与对照相比，覆膜处理均显著提高了‘沙田柚’果园土壤的含水量。另外，透明塑料地膜显著提高了土壤温度；防水透气地膜显著降低了土壤有机质、无机磷和有效钾的含量，可能是由于透气保水的原因，提高了根系和土壤微生物对养分的利用；反光地膜覆盖显著降低了土壤有机质、无机磷和有效钾的含量。

表4 不同处理‘沙田柚’果园的土壤理化性质

2.4 土壤细菌与环境因子间的关系分析

利用CCA 分析土壤理化性质和细菌门分类水平的关系，结果如图5 所示。在细菌门分类水平上，77.69%的细菌群落变化可以被测定的土壤环境因子所解释。土壤含水量、土壤有机质含量、土壤铵态氮含量和土壤无机磷含量是对土壤细菌变化贡献最大的几个因素。

图5 不同处理‘沙田柚’果园的土壤环境因子与细菌门水平的冗余分析

3 讨论与结论

地面覆盖是现代果园管理的重要手段[19]，通过地面覆盖的方法可以调节土壤的温湿度、改善土壤结构、优化作物生长的小气候[20]。在柑橘果实成熟前期，土壤水分对柑橘果实品质有重要的影响[21]。在果实成熟期，适度的干旱可以促进柑橘果实糖、酸的积累，提高柑橘果实品质[22-23]，在‘沙田柚’中的研究表明，过度干旱会造成口感异味等品质的劣变，连续的降雨则会造成果实风味下降、可溶性固形物含量降低、裂果等现象[24]。本研究中，地膜的覆盖处理同样改变了土壤的水分含量，2019 年，容县降雨较少的情况下，经过覆盖处理，土壤水分含量与对照相比均有显著提高。因此，在‘沙田柚’果实成熟期，通过地膜覆盖调节土壤水分提高果实品质是‘沙田柚’果园管理可行的方法。

前人利用不同的覆盖方式，对枣[25]、苹果[4]、葡萄[26]等的研究发现，不同的覆盖材料对果实品质有不同的影响。本研究中，不同的覆盖材料对果实品质的影响同样不同，反光地膜和防水透气地膜都可以提高‘沙田柚’可溶性固形物含量，主要是提高了影响‘沙田柚’品质的重要风味物质可溶性糖和柠檬酸的含量，而透明塑料地膜和对照之间没有显著性差异。前人在利用防水透气地膜在葡萄和柑橘中的研究表明，防水透气地膜的反光特性可以促进果实着色、降低酸度、提高糖度[27-29]。本研究证明在成熟期可以通过地面覆盖改善光照的方法提高‘沙田柚’果实品质，反光膜有更好的反光特性，对糖的提高优于防水透气地膜，在干旱年份光照的改善可能是提高果实品质更好的方法。

覆盖处理可以改变果园细菌的群落结构[30-31]。本研究中，基于OTUs 水平的主成分分析（PCA）表明覆盖处理同样改变了‘沙田柚’果园细菌的群落结构。在门水平对土壤细菌进行进一步分析发现，变形菌门是‘沙田柚’果园土壤最优势种群，与课题组前期‘沙田柚’果园中的研究结果相似[32]，证明了处于相同生境的样本细菌类群在一定范围内具有相似性。对不同菌门的变化趋势进行分析发现，覆盖处理后，变形菌门的相对丰度低于对照，这一结果与前人在雷竹林中的研究不同[33]，产生差异的主要原因可能是本研究覆盖时间短所导致。研究表明，放线菌门的相对丰度可能和有机质、土壤氮呈现负相关[34]，本研究的CCA 结果同样证明了这一点，放线菌门是本研究的次优菌门，同时覆盖处理提高了放线菌门的相对丰度，其结果产生的原因可能是覆盖后有更稳定的土壤环境。酸杆菌门一般具有嗜酸的特点，本研究的所有样本均为酸性，因此本研究中全本样本酸杆菌门均有较高的相对丰度[35]。蓝藻门群落受到土壤盐度和含水量的影响[36]，本研究中地膜覆盖后土壤水分含量的提高可能是蓝藻门相对丰度变化的原因。本研究对土壤理化性质的变化进行了研究，发现除铵态氮和pH 值外，覆盖处理影响了测试的6 个土壤理化指标，说明果实成熟期覆盖可以给细菌和‘沙田柚’根系提供更稳定的水分条件，促进了‘沙田柚’根系对养分的吸收。