《Horticulturae》：Species-Specific Cover Cropping Enhances Apple Quality Accompanied by Shifts in Soil Fungal Communities in Subtropical Red-Soil Orchards
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摘要译文：提升果实品质是中国西南地区苹果生产面临的核心挑战，该地区长期清耕导致红壤酸化和肥力下降。然而，在该区域不同覆盖作物种类如何通过土壤真菌途径影响果实品质仍不清楚。本研究以清耕为对照，在田间试验中比较了自然生草、紫花苜蓿、多年生黑麦草、白三叶和鸭茅五种覆
摘要译文：提升果实品质是中国西南地区苹果生产面临的核心挑战，该地区长期清耕导致红壤酸化和肥力下降。然而，在该区域不同覆盖作物种类如何通过土壤真菌途径影响果实品质仍不清楚。本研究以清耕为对照，在田间试验中比较了自然生草、紫花苜蓿、多年生黑麦草、白三叶和鸭茅五种覆盖作物处理，结合ITS测序与多元统计分析，评估其对土壤性质、真菌群落和苹果果实品质的影响。鸭茅（DG）表现最优，糖酸比提高28.74%，维生素C含量提高42.16%；紫花苜蓿和自然生草次之，黑麦草效果最弱。土壤肥力提升顺序与之相同，土壤pH、有机质和氮被确定为与真菌群落变化相关的关键因子。真菌群落组成和多样性与土壤性质及果实品质性状密切相关，糖酸比受氮、pH和真菌多样性协同调控，而维生素C含量则直接与覆盖作物处理相关。这些发现表明，在本研究测试的亚热带红壤条件下，鸭茅可能是一种有前景的覆盖作物，用于提升果实风味和营养品质，为覆盖作物选择提供了实践参考，但其长期稳定性仍需通过多年试验进一步验证。
论文解读：亚热带红壤果园覆盖作物对苹果品质和土壤真菌群落的影响
**研究背景与问题**
中国西南地区是南方特色苹果产业的核心产区，但该区域高温高湿、降雨集中、坡地连片，加之过量施用化肥、有机肥投入不足以及长期清耕深翻等传统管理方式，导致红壤酸化、板结、肥力下降和病虫害频发，土壤微生物多样性降低，生态系统服务功能退化，严重制约了果实品质提升。果园覆盖作物作为一种低成本、环境友好的栽培技术，已被联合国粮农组织列为可持续果园管理的优先技术。已有研究多集中于北方温带苹果产区，表明覆盖作物可减少水土流失、促进有机质积累、激活土壤酶活性并通过调节土壤微生物群落结构间接改善果实品质。然而，北方果园的成熟经验不能直接照搬至南方红壤产区，西南地区高温高湿加剧了果树与牧草间的养分竞争，氮素竞争强度显著高于北方果园，同时酸性红壤中磷活化效率较低。针对红壤柑橘园的研究表明覆盖作物可改善土壤有机氮组分，但覆盖作物对红壤苹果园土壤真菌群落及果实品质的系统性影响尚缺乏比较研究。因此，有必要在亚热带红壤苹果园中系统比较多种覆盖作物种类，并揭示物种特异性真菌群落响应与果实品质之间的关联。
**研究内容与主要结论**
研究人员在云南省曲靖市马龙区马鸣乡的苹果园覆盖作物示范基地开展了2022—2023年的田间试验。试验采用随机完全区组设计，以清耕（CT）为对照，设置自然生草（NG）、紫花苜蓿（Medicago sativa, MS）、多年生黑麦草（Lolium perenne, LP）、白三叶（Trifolium repens, TR）和鸭茅（Dactylis glomerata, DG）五种覆盖作物处理，每处理3次重复，共18个小区。供试苹果品种为‘瑞香红’（Malus domestica ‘Ruixianghong’），矮化密植栽培（株距1 m，行距3 m）。研究整合了ITS高通量测序、多元统计分析和随机森林模型，系统评估了覆盖作物对土壤理化性质、酶活性、真菌群落及果实品质的影响。结果表明：鸭茅表现最优，综合提升土壤肥力并显著提高果实糖酸比（+28.74%）和维生素C含量（+42.16%）；紫花苜蓿和自然生草次之，黑麦草效果最弱。土壤pH、有机质和氮是驱动真菌群落变化的关键因子，土壤性质、真菌群落与果实品质形成显著耦合系统。研究结论支持鸭茅作为亚热带红壤苹果园适宜的覆盖作物，但长期稳定性需多年试验验证。
**主要关键技术方法**
本研究采用的关键技术方法包括：田间随机区组试验设计（2022—2023年在云南曲靖进行，6个处理×3重复，共18个小区）；Illumina MiSeq平台对真菌ITS1区进行高通量测序（引物ITS1F/ITS2），经QIIME2进行ASV去噪和UNITE v8.0数据库注释；土壤理化性质（pH、有机质、全氮、碱解氮、速效磷、速效钾）和酶活性（脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶）测定采用常规分析方法；果实品质测定包括外观品质（单果重、硬度、纵径、横径）和内在品质（可溶性固形物、可溶性糖、可滴定酸、维生素C）；数据分析采用SPSS 24.0进行方差分析（LSD多重比较，p < 0.05），R 4.3.0中vegan包进行冗余分析（RDA）和Mantel检验（999次置换），randomForest包进行随机森林建模（999棵树，以%IncMSE评估变量重要性）。
**研究结果**
**3.1 不同覆盖作物处理对苹果果实品质的影响**
不同覆盖作物对果实品质的调控效应存在显著差异，综合品质提升效果排序为：鸭茅（DG）> 紫花苜蓿（MS）、白三叶（TR）、自然生草（NG）≈ 黑麦草（LP）> 清耕对照（CT）。外观品质方面，单果重各处理间无显著差异，但覆盖作物处理普遍高于CT，其中DG最高；内在品质提升远大于产量相关外观性状，表明覆盖作物主要增强果实风味和营养品质而非果个。果实硬度在CT和NG处理中最高（p < 0.05），四个人工覆盖作物处理均低于CT。内在品质方面，所有覆盖作物处理的可溶性固形物含量均高于CT（p < 0.05）；糖酸比和维生素C含量的处理间差异最为突出，DG处理均最高，较CT分别提高28.74%和42.16%（p < 0.05）；NG和MS处理的糖酸比和VC含量也显著高于CT（p < 0.05），LP处理提升幅度最小。
**3.2 不同覆盖作物处理对土壤理化性质和酶活性的影响**
所有覆盖作物处理均在一定程度上改善了果园土壤肥力，综合肥力提升效果排序为：鸭茅（DG）> 豆科覆盖作物（紫花苜蓿MS、白三叶TR）> 黑麦草（LP）≈ 自然生草（NG）> 清耕对照（CT）。土壤pH方面，所有覆盖作物处理均较CT显著提高（p < 0.05），有效缓解红壤酸化，其中NG和DG增幅最大。养分指标中，DG处理的有机质、全氮、碱解氮、速效磷和速效钾含量均高于所有处理，较CT分别显著提高37.86%、129.87%、39.04%、71.23%和43.29%（p < 0.05）。豆科覆盖作物中，MS对全氮和碱解氮的促进作用突出，TR的速效磷含量高于其他豆科处理（p < 0.05）。LP的全氮高于CT，但其速效养分改善幅度低于其他人工覆盖作物。酶活性方面，DG处理的过氧化氢酶和蔗糖酶活性高于所有其他处理（p < 0.05）；MS处理的脲酶活性最高，达0.67 ± 0.06 U·g
?1，较CT提高1240%（CT仅为0.05 ± 0.03 U·g
?1，反映长期清耕对土壤微生物活性的抑制）。所有覆盖作物处理的三种酶活性均高于CT（p < 0.05）。
**3.3 不同覆盖作物处理对土壤真菌群落的影响**
**3.3.1 土壤真菌α多样性的季节动态**
土壤真菌α多样性表现出显著的季节动态和处理差异。总体而言，营养期（4月）的Chao1和Shannon指数高于果实成熟期（10月），多数处理的两季节差异达到显著或极显著水平，表明季节演替是影响果园土壤真菌多样性的重要因素。处理间比较显示，营养期MS处理的Chao1指数最高，显著高于CT和其他覆盖作物处理（p < 0.05）；成熟期LP处理的Chao1指数最低，低于DG、MS和TR处理（p < 0.05）。Shannon指数方面，CT和DG处理的季节差异最显著（p < 0.001）；成熟期DG、MS和TR处理的Shannon指数高于CT和LP（p < 0.05），LP与CT无显著差异。总体而言，真菌多样性与土壤肥力趋势基本一致：鸭茅和豆科覆盖作物支持较高的真菌多样性，清耕最低。但多年生黑麦草是一个明显例外，尽管其全氮含量较高，但其真菌α多样性与CT无差异，表明真菌多样性并非仅由土壤养分浓度决定。
**3.3.2 土壤真菌群落组成的差异**
在门水平上，子囊菌门（Ascomycota）、担子菌门（Basidiomycota）和被孢霉门（Mortierellomycota）是果园土壤的优势真菌类群，合计占总相对丰度的95%以上。群落组成存在显著季节差异：所有处理的子囊菌门相对丰度在营养期高于成熟期；成熟期DG处理的担子菌门相对丰度高于其他处理（p < 0.05）。不同覆盖作物处理改变了优势真菌门的相对丰度：与CT相比，DG、MS和TR处理提高了子囊菌门和担子菌门的相对丰度（p < 0.05），降低了被孢霉门的相对丰度；LP处理的门水平组成与CT无显著差异，表明群落结构趋同。
**3.4 土壤理化性质与真菌群落组成的关联**
基于果实成熟期数据的冗余分析（RDA）显示，前两个RDA轴共解释土壤真菌群落总约束变异的55.7%（RDA1为29.4%，RDA2为26.3%），表明所选土壤环境因子对真菌群落变异具有较强解释力。不同覆盖作物处理的真菌群落样本沿环境梯度明显分离，表明覆盖作物改变了果园土壤真菌群落结构。DG处理样本主要集中于左上象限，与土壤pH、速效磷（AP）和有机质（SOM）呈显著正相关；LP处理样本聚集在排序图右侧，与全氮（TN）和碱解氮（AN）呈最强正相关；CT样本集中于左下象限，与多数养分因子方向相反，与其较低土壤养分水平一致；NG、MS和TR处理样本分布于左中区域，与CT呈中等程度分离。
**3.5 土壤—真菌—果实品质的耦合关系及果实品质驱动因子**
Mantel检验结果显示，土壤理化性质、真菌群落和果实品质构成高度显著的耦合系统：土壤理化性质与真菌群落（r = 0.58，p < 0.01）、土壤理化性质与果实品质（r = 0.55，p < 0.01）、真菌群落与果实品质（r = 0.33，p < 0.01）均高度相关，表明土壤真菌群落可能与覆盖作物处理和果实品质之间的观测关联有关。Pearson相关分析进一步明确了优势真菌门与环境因子及果实品质的关联：子囊菌门与多数土壤养分指标、果实VC含量和糖酸比呈正相关（p < 0.05）；担子菌门也与土壤养分显著正相关，但相关强度弱于子囊菌门；被孢霉门主要与土壤养分指标呈负相关。随机森林模型量化了各因子对不同果实品质指标的相对贡献：可溶性固形物（TSS）受土壤氮素影响最强，全氮和碱解氮贡献最大；单果重仅与土壤蔗糖酶活性存在一定相关性，与其他因子关联较弱，与单果重无显著差异的结果一致；糖酸比与土壤氮、pH以及真菌Shannon多样性和群落结构相关，是与真菌耦合效应关联最突出的品质性状；VC含量主要与覆盖作物处理直接相关，同时受土壤脲酶活性、碱解氮和速效磷协同调控，表现出覆盖作物直接调控和土壤环境介导的双重潜在途径。
**总结与讨论**
本研究通过单季、单点的田间试验，初步阐明了不同覆盖作物种类对红壤苹果园土壤性质和真菌群落的影响，并提出了连接土壤、真菌和果实品质的假设生成框架。研究发现，豆科覆盖作物（紫花苜蓿和白三叶）依赖根瘤菌固氮和低C/N比凋落物的快速矿化，提高土壤全氮、碱解氮和脲酶活性；白三叶还可通过根系分泌有机酸活化红壤中的难溶性磷。鸭茅表现出最高的土壤pH、有机质和速效磷含量，并伴随担子菌门富集，提示真菌介导的养分动员可能与土壤改良协同发生，但研究未直接测定木质纤维素降解相关的功能基因表达或酶活性，这些解释基于已发表文献，属于合理的生态学推论而非实验验证的机制。黑麦草虽然全氮含量较高，但其速效养分供应显著受限，因其旺盛生长期与苹果树养分需求高峰期重叠，导致强烈养分竞争和缓慢矿化；黑麦草处理中土壤氮与真菌多样性出现解耦，提示真菌群落组装可能不仅由土壤养分状况决定，还受植物物种特异性性状和物候养分动态调节。自然生草以一年生杂草为主，群落结构不稳定，凋落物留存少，综合肥力提升能力弱于鸭茅和豆科覆盖作物。RDA、Mantel检验和随机森林模型共同表明，土壤pH、有机质和氮是真菌群落分化的主要驱动因子（约束变异55.7%），土壤性质、真菌和果实品质显著耦合（r = 0.33–0.58，p < 0.01）。不同果实品质性状具有不同的潜在关联途径：TSS与土壤氮关联最强；糖酸比与氮、pH和真菌多样性关联；VC含量受覆盖作物类型直接影响。这种驱动途径的差异化强调了覆盖作物对果实品质影响的多面性，需要针对特定性状的管理策略。研究结果为亚热带苹果园覆盖作物选择提供了实践参考，但多年生黑麦草的真菌多样性解耦现象、鸭茅长期优势的稳定性、不同覆盖作物组合的协同效应以及水肥耦合管理对影响途径的调节作用，仍需通过多年定位试验和多组学技术进一步验证。未来应整合细菌群落分析以提供更全面的土壤微生物组视角。
**研究结论部分翻译**
本田间试验表明，物种特异性覆盖作物可显著影响亚热带红壤苹果园的土壤理化性质、真菌群落结构和果实品质。鸭茅（DG）表现出最强的综合性能，在土壤肥力提升和果实糖酸比（+28.74%）及维生素C含量（+42.16%）改善方面效果最大，而多年生黑麦草（LP）效果较弱，且其土壤氮与真菌多样性出现解耦。在本研究的环境背景下，这些发现表明鸭茅有潜力作为西南红壤苹果园的适宜覆盖作物，其使用与土壤性质改善和土壤真菌群落变化相关。然而，由于本研究基于单一生长季和单一地点，这些效应的长期稳定性及其对其他环境的适用性需要通过多年多点试验进一步研究。
