整合本土微生物与覆盖作物以改善可持续葡萄园中的葡萄树营养

《Agronomy Journal》：Integrating indigenous microorganisms and cover crops to improve grapevine nutrition in sustainable vineyards

　　

过度使用农用化学品和频繁耕作导致葡萄园土壤退化，威胁其可持续性和葡萄品质。覆盖作物（cover crops）和微生物接种剂（microbial inoculants）作为基于自然的葡萄园再生策略日益受到推崇，但很少被共同评估。研究人员在西班牙南部进行了一项田间试验，以测试覆盖作物和20种基于本土微生物（indigenous microorganisms）的微生物接种剂对葡萄叶元素组成（17种必需和非必需元素）以及叶汁白利糖度（^°Brix）和pH的影响。在转色期前，覆盖作物降低了叶片糖含量（^°Brix）和叶片氮（N）、铁（Fe）和锰（Mn），可能是由于竞争作用，但在收获时增加了氮（N）、钙（Ca）、铜（Cu）和铁（Fe），表明改善了晚季营养，同时持续降低了钾（K）。超过一半的微生物接种剂有利地改变了叶片养分含量，通常增加了必需养分（N、Ca、Mg、Mn和Zn）并减少了非养分元素（钛（Ti）和溴（Br））。这种改善部分归因于接种剂中存在的本土微生物群落的酶促潜力（enzymatic potential）。研究人员的发现强调了复杂的、基于自然的本土微生物接种剂在增强葡萄树营养方面的强大潜力，使其与覆盖作物一起成为可持续葡萄栽培（sustainable viticulture）的有前景的工具。

**论文解读**

**研究背景与问题**
葡萄栽培中过度使用农用化学品和频繁耕作导致土壤退化，威胁葡萄园可持续性和葡萄品质。覆盖作物和微生物接种剂作为基于自然的再生策略被提倡，但两者联合评估的研究不足。因此，研究人员在西班牙南部开展田间试验，旨在探究覆盖作物和基于本土微生物群落的复杂接种剂对葡萄树营养指标（叶片pH、白利糖度及17种元素含量）的独立和交互效应，并揭示接种剂酶活性与营养改善的关系，为可持续葡萄栽培提供依据。论文发表于《Agronomy Journal》。

**主要技术方法**
- **田间试验设计**：在西班牙南部IFAPA Rancho de la Merced试验葡萄园（Syrah品种，2014年种植，有机管理）进行。覆盖作物处理（2018年播种“zulla”Hedysarum coronarium L.，后为自发草本群落）与对照（翻耕）对比；微生物接种剂处理包括20种基于本土微生物群落的接种剂（18种来自不同葡萄园根际土壤，2种为地区混合样），共21个处理水平（含对照），每处理6个重复（3个覆盖作物行+3个对照行），随机分布。
- **接种剂制备与酶活性测定**：通过固相发酵（solid-phase fermentation）制备，底物为葡萄园修剪残渣、茎、果渣和酒泥（C:N=30:1，pH=4.5）。接种后测定8种水解酶（与C、N、P、S循环相关）的潜在活性（荧光法）。
- **样品采集与元素分析**：2022年6月（接种前）和8月（收获时）采集叶片，测量叶汁pH和^°Brix（便携式pH计和折射仪），以及17种元素含量（C、N用近红外光谱，其余15种用X射线荧光光谱）。
- **统计分析**：采用线性混合模型评估覆盖作物效应，线性模型（以接种前值为协变量）评估接种效应，排列多元方差分析（PERMANOVA）评估整体元素组成变化，元分析（Hedges' H）计算效应量，Spearman相关分析酶活性与效应量的关系。

**研究结果**
**3.1 总体叶营养测量**
叶片pH范围3.82–4.12，^°Brix范围5.5–8.1。必需元素中C、Ca、N、K含量最高，非必需元素Si含量较高。6月采样时C、N、P、S、K、Mg、Cu浓度较高，8月时Cl、Fe、Ca浓度较高；Zn、Mn、^°Brix和pH无显著时间差异。

**3.2 管理策略对叶营养的影响**
- **覆盖作物效应**：覆盖作物显著降低叶片^°Brix，提高pH；持续增加Ca和Cu，降低K和Mn，并降低非必需元素Ti和Al。效应随采样时间变化：在6月，覆盖作物降低N、Fe、Mn；在8月，增加N、Fe，对Mn无影响；K和Mg在8月降低，Ca和Sr在8月增加。
- **微生物接种效应**：20种接种剂中，5种（AN104、AN76、SV27、SV55、SVMIX）显著改变叶片元素组成（PERMANOVA p<0.05），6种（AN48、AN118、ANMIX、SV6、SV13、SV62）边缘显著（p<0.1）。主要效应为增加必需元素（Ca、Mn、Mg、Zn、N）和降低非必需元素（Ti、Br）。未发现接种剂与覆盖作物的显著交互作用。

**3.3 微生物接种剂的功能机制**
接种剂的酶活性部分解释了其对叶元素的影响。芳基硫酸酯酶（arylsulfatase，AS）活性与叶片P、Cu、Fe的正效应显著相关（p<0.05），其他酶（如β-1,4-葡萄糖苷酶BG、磷酸酶PHOS）与某些元素（如Cu、Fe、P）的效应呈边缘显著正相关（p<0.1）。

**总结讨论与结论**
讨论指出，覆盖作物通过竞争在初期降低部分养分，但后期通过增加矿化作用提升N、Ca、Cu等，而K降低可能源于竞争，需补充钾肥。微生物接种剂通过增加Ca、Mg、Mn等增强抗病性和酶活性，部分效应由酶活性（尤其是芳基硫酸酯酶）介导，但未发现与覆盖作物的协同作用，提示两种策略独立运作。研究局限性包括单季节单点试验，未来需长期研究。结论部分翻译如下：

**结论**
在本研究中，研究人员证明了源自葡萄树根际复杂本土土壤群落的微生物接种剂以及覆盖作物的使用能够显著影响叶营养，并促进葡萄园健康。覆盖作物提高了叶中必需养分如Ca和Cu，而微生物接种剂增加了N、Ca、Mg和Mn，并降低了潜在毒性元素如Ti和Al。覆盖作物的效应具有季节性变化，强调了在研究和葡萄园管理中时机的重要性。在测试的20种接种剂中，4种（AN104、AN76、SV27、SV6和SVMIX）一致地改善了叶元素组成，反映了增强的葡萄树健康。接种剂还产生了关键养分（N、Ca、Mg、Mn）的稳健增加，突出了其作为提升葡萄树营养策略的潜力。重要的是，接种剂的表现部分由其酶活性潜力解释，该潜力影响了叶元素含量。本实验提供了支持复杂本土微生物接种剂及其酶作为可持续葡萄园管理自然工具的新证据。通过进一步的生物技术开发和田间验证，这些实践可在改善葡萄园对气候变化和环境退化的韧性方面发挥关键作用。