袁謀志,周昆,柴利廣,吳芳,彭新輝
(1.湘西自治州煙草公司龍山分公司,湖南 湘西 416800;2.湖南省水稻研究所,湖南 長(zhǎng)沙 410125;3.十堰市煙草公司,湖北 十堰 442000;4.湖南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心,湖南 長(zhǎng)沙 410007)
煙草種植過(guò)程中,土壤提供養(yǎng)分和維持煙草生長(zhǎng),在烤煙生產(chǎn)過(guò)程中有著獨(dú)特的作用。而土壤微生物是土壤的重要組成部分,它對(duì)土壤肥力的形成和植物營(yíng)養(yǎng)的轉(zhuǎn)化起著積極的作用。氣候條件是影響土壤形成及其理化特性的主要因素之一,它對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的含量水平及土壤中的微生物有著重要的影響。氣候、人為因素的變化影響著土壤作用機(jī)理和土壤微生物的種群、數(shù)量變化,對(duì)煙草的生長(zhǎng)和品質(zhì)起著不可低估的作用?;诖?,采用盆栽和大田試驗(yàn),研究了湖南三個(gè)植煙地土壤異地種植烤煙根際微生物的變化,為煙草生產(chǎn)育種提供必要的依據(jù)。
試驗(yàn)用煙為主栽品種K326,在瀏陽(yáng)、永州、桑植三個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行,選擇當(dāng)?shù)鼐叩湫屯寥捞飰K,同時(shí),采用三地土壤異地進(jìn)行旱土盆栽試驗(yàn),并以當(dāng)?shù)卮筇镌耘啵ê档?、水田)作?duì)照(表1)。
注:下文寫(xiě)作依此表表示,如桑植點(diǎn)瀏陽(yáng)土為SL。
每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn),三個(gè)試驗(yàn)產(chǎn)地土壤,每個(gè)土樣設(shè)40盆盆栽,每個(gè)點(diǎn)共120盆。每盆栽一株煙。施肥量:每株施N 8 g,N∶P∶K=1∶1∶3。即每株總用肥量為硝酸磷銨25.6 g,過(guò)磷酸鈣66 g,硫酸鉀47.5 g。
1.2.1 土樣處理在當(dāng)?shù)責(zé)煵莸囊圃郧?、團(tuán)棵期、旺長(zhǎng)期、成熟期分別采集旱地、水田土樣,同時(shí),按三地土壤采集盆栽土壤。采集0~20 cm土層土樣,每處理取樣0.5 kg,隨即用無(wú)菌塑料袋封裝,附上標(biāo)簽。要求:多點(diǎn)采樣,避開(kāi)盆沿,每點(diǎn)采樣厚度、寬窄、深淺,大體一致,取樣后4℃保存(取樣途中樣品放于冰盒中,當(dāng)天往返)。
1.2.2 土壤中微生物參照中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所微生物室編著的《土壤微生物研究法》進(jìn)行測(cè)定。用牛肉蛋白胨培養(yǎng)基培養(yǎng)細(xì)菌;用馬丁孟加拉紅培養(yǎng)基培養(yǎng)真菌;用改良高氏1號(hào)培養(yǎng)基,臨用時(shí)在已融化的培養(yǎng)基中每300 mL培養(yǎng)基加3%重鉻酸鉀l mL培養(yǎng)放線菌。采用23~27℃恒溫培養(yǎng)、計(jì)數(shù),全過(guò)程無(wú)菌操作。其中細(xì)菌采用混合平板法,培養(yǎng)24 h后計(jì)數(shù);真菌采用涂抹平板法,培養(yǎng)60 h后計(jì)數(shù);放線菌采用涂抹平板計(jì)數(shù)法,培養(yǎng)96 h后計(jì)數(shù)并計(jì)算每克干土含菌數(shù)。
1.2.3 土壤中脲酶和過(guò)氧化氫酶通過(guò)對(duì)新鮮土壤與尿素溶液在37℃培養(yǎng)2 h后測(cè)定氨釋放量,計(jì)算脲酶的活性。采用滴定法,定量測(cè)定滴定酶促反應(yīng)后剩余的過(guò)氧化氫量。
1.2.4 數(shù)據(jù)分析采用Excel、DPS和SPSS等軟件對(duì)土壤微生物變化規(guī)律進(jìn)行分析。
由表2可知:在煙株全生育期內(nèi),土壤中的微生物以細(xì)菌占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),其次是放線菌,真菌量最少。細(xì)菌占總菌數(shù)的68.38%~78.05%;放線菌占21.93%~31.59%;真菌只占0.02%~0.06%。細(xì)菌、放線菌、真菌數(shù)量在三種類型栽培方式中依次為盆栽>水田>旱地。相比于旱地和水田煙,盆栽煙土壤微生物中真菌所占比例有大幅度的提高,三大類群微生物數(shù)量以真菌差異較大,放線菌次之,細(xì)菌差異最小。這表明盆栽環(huán)境有利于微生物的富積,旱地不利于土壤微生物的生長(zhǎng),由于土壤利用方式的不同,呈現(xiàn)出非常獨(dú)特的微生物功能多樣性。
表2 不同利用類型土壤菌類及酶的數(shù)量比較
本試驗(yàn)對(duì)三種利用類型土壤中過(guò)氧化氫酶和脲酶的測(cè)定表明:兩種酶類中過(guò)氧化氫酶活性差異較小,脲酶活性以旱地為最大,但過(guò)氧化氫酶和脲酶活性大小在三種類型栽培方式中與菌類恰好相反,即旱地>水田>盆栽。
由表3可以看出,同一生育期不同的土壤、氣候條件下土壤微生物的數(shù)量不同,相同的土壤、氣候處理不同生育期土壤微生物的數(shù)量變化也不相同,且三大類菌數(shù)量的變化在各個(gè)生育期各不相同。各個(gè)盆栽煙的微生物在整個(gè)煙草生長(zhǎng)時(shí)期的變化相異,但總體上仍體現(xiàn)出各微生物(細(xì)菌、放線菌、真菌)數(shù)量隨煙草生長(zhǎng)而大幅增加的趨勢(shì)。在煙草生長(zhǎng)的團(tuán)棵期,桑植氣候條件下的瀏陽(yáng)土盆栽細(xì)菌數(shù)量達(dá)到最大值,其次為瀏陽(yáng)點(diǎn)瀏陽(yáng)土盆栽;而在煙草生長(zhǎng)的旺長(zhǎng)期和成熟期,均以瀏陽(yáng)點(diǎn)瀏陽(yáng)土盆栽細(xì)菌最多,明顯高于同時(shí)期的其他處理。煙草移栽后,放線菌數(shù)量以瀏陽(yáng)點(diǎn)瀏陽(yáng)土盆栽最多,這表明瀏陽(yáng)的氣候和土壤環(huán)境比較適合煙草根際微生物的生長(zhǎng)。整個(gè)盆栽煙草生育期,不同處理的土壤真菌數(shù)量差異不大。
表3 不同盆栽處理下微生物的變化
表4顯示的是不同處理下土壤過(guò)氧化氫酶和脲酶的活性變化,在所有的處理中可以看到過(guò)氧化氫酶活性在各處理中最大值為89.796 mL/kg,最小值為22.449 mL/kg;脲酶活性則在4.837~19.211 mg之間變化。平均顯示,在煙草生長(zhǎng)的旺長(zhǎng)期,過(guò)氧化氫酶的活性低于團(tuán)棵期和成熟期;脲酶活性隨煙草的生長(zhǎng)逐漸降低。大田栽培中過(guò)氧化氫酶活性桑植(SCK)點(diǎn)<永州(YCK)點(diǎn)<瀏陽(yáng)(LCK)點(diǎn),脲酶活性則是瀏陽(yáng)點(diǎn)最低。各盆栽試驗(yàn)中過(guò)氧化氫酶和脲酶活性都隨著氣候和土壤的不同而不同,如:過(guò)氧化氫酶在桑植點(diǎn)栽培中活性大小為瀏陽(yáng)土>桑植土>永州土,而在瀏陽(yáng)點(diǎn)栽培中則是桑植土最大,永州和瀏陽(yáng)土的栽培沒(méi)有太大差異??傃灾?,土壤酶活性在煙草生產(chǎn)的各個(gè)時(shí)期以及同一時(shí)期的各個(gè)處理間不同。
表4 不同處理下土壤過(guò)氧化氫酶和脲酶活性變化
由表5可以看出,細(xì)菌、放線菌在不同氣候條件下變化較大,真菌變化較小。桑植氣候條件下的細(xì)菌在團(tuán)棵期達(dá)到最大值,瀏陽(yáng)、永州氣候條件下則在成熟期達(dá)到最大值,其中瀏陽(yáng)氣候條件下的細(xì)菌在煙草旺長(zhǎng)、成熟期明顯高于另外兩地同時(shí)期的水平。放線菌則在各地的氣候條件下都保持一定的增長(zhǎng)趨勢(shì),但是永州氣候條件下的增長(zhǎng)幅度低于另外兩地。真菌在各個(gè)氣候條件之間的變化不明顯,以瀏陽(yáng)氣候條件下的增長(zhǎng)緩慢,但在各地的氣候條件下都保持隨煙草生長(zhǎng)而增加的趨勢(shì)。
表5 不同氣候條件下微生物的變化
根際微生物的數(shù)量、組成及根際效應(yīng)受到植物類型、土壤物理?xiàng)l件和化學(xué)性質(zhì)等多種因素的影響;同時(shí)在生長(zhǎng)發(fā)育的不同階段,植物根系的生長(zhǎng)也會(huì)對(duì)根際微生物產(chǎn)生影響[1-3]。圖1顯示,大田栽培和盆栽試驗(yàn)中土壤中的細(xì)菌、真菌、放線菌總數(shù)都隨著煙草生長(zhǎng)而增加,在各煙草生長(zhǎng)時(shí)期,盆栽微生物(細(xì)菌、放線菌、真菌)數(shù)量都大于大田栽培。其中大田栽培中的微生物數(shù)量在煙草的移栽前、團(tuán)棵期變化不大,細(xì)菌甚至直到成熟期才有大幅度的提高,而盆栽土壤微生物數(shù)量變化明顯早于大田栽培。
圖1 大田與盆栽土壤微生物變化
從圖2可知,過(guò)氧化氫酶活性在盆栽和大田中的變化不一致;而脲酶活性在盆栽和大田中的變化一致,呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì),至煙草生長(zhǎng)的團(tuán)棵期達(dá)到最大值。兩種酶的活性均以大田栽培中高,這可能由于微生物的活動(dòng)對(duì)過(guò)氧化氫酶和脲酶活性存在一定的抑制作用。
圖2 大田與盆栽土壤酶活性
土壤微生物和土壤酶之間相互作用、相互影響,促進(jìn)土壤中物質(zhì)的循環(huán),進(jìn)而促進(jìn)植株的生長(zhǎng)。由表6可知,細(xì)菌與放線菌數(shù)量相關(guān)系數(shù)為0.8084,呈極顯著正相關(guān);放線菌數(shù)量與真菌數(shù)量顯著正相關(guān);細(xì)菌與真菌相關(guān)性不顯著;過(guò)氧化氫酶與脲酶活性相關(guān)系數(shù)達(dá)到了0.4206,呈顯著正相關(guān)。此外,三大微生物數(shù)量與脲酶活性呈現(xiàn)一定的負(fù)相關(guān)性;過(guò)氧化氫酶活性與細(xì)菌、放線菌呈一定的負(fù)相關(guān),但均未達(dá)顯著水平。
表6 微生物與酶類相關(guān)分析
土壤微生物和土壤酶是土壤的重要組成部分和最活躍的部分,能加速營(yíng)養(yǎng)元素在土壤生態(tài)系統(tǒng)中的循環(huán),提高營(yíng)養(yǎng)元素的有效性,在協(xié)調(diào)植物養(yǎng)分供應(yīng)與利用的關(guān)系中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。
一般來(lái)說(shuō),土壤中的微生物以細(xì)菌占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),其次是放線菌,真菌量最少。本試驗(yàn)結(jié)果表明在煙株整個(gè)生育期,細(xì)菌占總菌數(shù)的68.38%~78.05%;放線菌占21.93%~31.59%;真菌只占0.02%~0.06%。,三大類群微生物數(shù)量以真菌差異較大,放線菌次之,細(xì)菌差異最小,這與張艷玲[4]等的研究結(jié)果大致相同,但細(xì)菌所占的比例有所下降,放線菌比例有所上升。
大田栽培和盆栽試驗(yàn)中土壤中的細(xì)菌、真菌、放線菌總數(shù)都隨著煙草生長(zhǎng)而增加,盆栽在各時(shí)期的數(shù)量都大于大田栽培。其中大田栽培中的微生物(細(xì)菌、放線菌、真菌)數(shù)量在煙草的移栽前、團(tuán)棵期變化不大,細(xì)菌甚至直到成熟期才有大幅度的提高,而盆栽土壤微生物數(shù)量變化明顯早于大田栽培,這可能因?yàn)橥寥牢⑸锸艿搅烁捣置谖锏妮^大影響[5]。在盆栽環(huán)境中,根際環(huán)境對(duì)煙草根系發(fā)展有所限制,而植物根系分泌物可為土壤微生物的生命活動(dòng)提供能源物質(zhì)從而使其聚集在根際區(qū)域,從而影響著土壤微生物的區(qū)系、分布以及數(shù)量變化,進(jìn)而影響微生物數(shù)量的變化。另外,盆栽條件下,微生物生存環(huán)境比較穩(wěn)定也是各項(xiàng)指標(biāo)高于大田栽培的一個(gè)重要因素。這與孔維棟[6]等的結(jié)論符合。另外,過(guò)氧化氫酶活性在盆栽和大田中的變化不一致,而脲酶活性在盆栽和大田中的變化一致,呈現(xiàn)先增加、后減少的規(guī)律,至煙草生長(zhǎng)的團(tuán)棵期達(dá)到最大值。但是兩種酶的活性都是以大田栽培為大,這與細(xì)菌、放線菌、真菌的結(jié)果相反,說(shuō)明土壤酶類活性與土壤微生物存在一定的負(fù)相關(guān)性。
相關(guān)分析表明,細(xì)菌與放線菌數(shù)量呈極顯著正相關(guān),放線菌數(shù)量與真菌數(shù)量、過(guò)氧化氫酶與脲酶活性呈顯著正相關(guān),三大微生物數(shù)量與脲酶呈現(xiàn)一定的負(fù)相關(guān)性。
利用植物和微生物之間互惠的關(guān)系,選育優(yōu)良煙草品種,對(duì)生產(chǎn)有一定的指導(dǎo)意義。在植煙土壤微生物研究中,一方面煙草的根系分泌物為微生物生長(zhǎng)繁殖提供了碳源和能源,有利于微生物的生長(zhǎng)發(fā)育;另一方面,微生物的活動(dòng)和代謝作用,又從影響根細(xì)胞的膜透性、根的代謝活動(dòng)、根系分泌物的吸收利用、改變根際礦質(zhì)成分的生物有效性等4個(gè)途徑促進(jìn)或抑制根系分泌物的釋放。這樣就在植物根際形成了新的有機(jī)成分,維持了根際環(huán)境的微生物活性[7-8]。根際微生物生物數(shù)量和種類越多,土壤生物活性越強(qiáng),越能促進(jìn)植物的生長(zhǎng)[9]。從這個(gè)角度而言,在煙草栽培中,應(yīng)加大套種和輪作的應(yīng)用,提高微生物多樣性,為煙葉種植提供更加優(yōu)良的生長(zhǎng)環(huán)境,從而進(jìn)一步提高煙葉品質(zhì)。
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