湖南三個(gè)植煙地土壤根際微生物的變化研究

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)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)及處理

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 測(cè)定項(xiàng)目和方法

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。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同類型土壤菌類及酶的數(shù)量變化

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。

2.2 不同土壤和氣候條件下土壤中微生物的變化

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

2.3 土壤微生物和酶在大田栽培和盆栽試驗(yàn)中的變化比較

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。

2.4 植煙土壤微生物與酶類相關(guān)性分析

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

3 結(jié)論與討論

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)。

[1]田永輝.不同基因型茶樹(shù)根際微生物動(dòng)態(tài)及根際效應(yīng)[J].貴州茶葉，2000，101（1）:35-37.

[2]Miki B.Transgene expression and control[J].In Vitro Cellular&Developmental Biology Plant,2002,38（2）:139-145.

[3]Marcial Gomes N C,Fagbola O,Costa R,et a1.Dynamics of fungal communities in bulk an d maize rhizosphere soil in the tropics[J].Applied and Environmental Microbiology,2003,69（7）:3758-3766.

[4]張艷玲，蔡憲杰，王信民.煙田土壤微生物組成及其垂直分布特征[J].煙草科技，2006，（9）:61-64.

[5]李阜棣.土壤微生物學(xué)[M].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，1996.

[6]孔維棟，劉可星，廖宗文.有機(jī)物料種類及腐熟水平對(duì)土壤微生物群落的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2004，15（3）:487-492.

[7]孟頌東，關(guān)桂蘭，王衛(wèi)平，等.根際微生物產(chǎn)生的植物激素對(duì)小麥生長(zhǎng)的作用[J].植物生理學(xué)通訊，1998，34（6）:427-429.

[8]劉子雄，朱天輝，張建，等.林木根系分泌物與根際微生物研究進(jìn)展[J].世界林業(yè)研究，2005，18（6）:25-31.

[9]Prosser J I.Molecular and functional diversity in soil micro-organisms[J].Plant and Soil，2002，244（1-2）:9-17.