植煙土壤肥力因子與根際微生物數(shù)量的相關(guān)性

張 騰 ，葉協(xié)鋒 ，葉賢文 ，周 琳 ，周 童 ，盧 迪，李佳穎，于建軍

(1 河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 煙草學(xué)院，國家煙草栽培生理生化研究基地，河南 鄭州 450002;2 上海煙草集團(tuán)天津卷煙廠，天津 300163;3 云南省煙草公司昆明市安寧分公司，云南 昆明 650300;4 湖南省衡南縣煙草專賣局，湖南 衡陽 421001)

土壤肥力是指土壤為植物生長提供養(yǎng)分、水分以及優(yōu)良環(huán)境條件的能力，氮、磷、鉀是影響煙株生長和發(fā)育及煙葉質(zhì)量的重要元素［1］.土壤根際微生物是指生活在土壤里的細(xì)菌、真菌、放線菌，它們對(duì)土壤肥力的形成以及煙葉的營養(yǎng)轉(zhuǎn)化有積極的作用.植煙土壤微生物的種類和數(shù)量在煙草生長的不同時(shí)期有著不同的變化，這一定程度上反映了土壤有機(jī)質(zhì)礦化的速度以及土壤各種養(yǎng)分存在的狀態(tài)，也直接影響了土壤的供肥狀況［2］.微生物對(duì)土壤結(jié)構(gòu)，尤其是團(tuán)聚體的形成及其穩(wěn)定性也有決定性的作用［3］;另一方面，土壤微生物的數(shù)量，也在一定程度上影響著煙葉的品質(zhì)，沈中泉等［4］、劉衛(wèi)群等［5］、彭智良等［6］指出:植煙土壤微生物的增加會(huì)突出烤煙葉的化學(xué)品質(zhì)，并增加烤后煙葉的總糖、還原糖以及總氮量，降低淀粉、氯離子和煙堿的含量，改善氮堿比和糖堿比，提高鉀氯比，使烤后煙葉的化學(xué)品質(zhì)得到提高.

本文對(duì)煙草生長同一時(shí)期各土壤微生物及不同時(shí)期各微生物量與土壤肥力因子的關(guān)系進(jìn)行分析，旨在用肥力因子評(píng)價(jià)土壤微生物量，為土壤肥力維持、供肥以及土壤改良提供一定理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 樣品采集

2011年于四川省涼山州會(huì)理縣通安鎮(zhèn)、黎溪鎮(zhèn)、紅旗鎮(zhèn)、太平鎮(zhèn)、益門鎮(zhèn)各設(shè)1 個(gè)在地形地貌、氣候、海拔、土壤等方面具有代表性的試驗(yàn)點(diǎn)，于煙草團(tuán)棵期、旺長期、成熟期分別采集大田土樣及煙株根際土樣.大田土樣用5 點(diǎn)式采集法取試驗(yàn)地耕作層0～20 cm 土壤樣品，上下土體一致，數(shù)量一致，多點(diǎn)混合，4 分法選取土壤樣品;根際土樣的采集將煙株根系用鐵鏟挖出，用小刀將距根2 mm 以上的土壤輕輕剝離，抖落其余土壤作為根際土收集，并用小毛刷將不能抖落的沾附在根上的土輕輕刷下，過篩除根一并收集.

1.2 測定指標(biāo)及方法

1.2.1 土壤肥力測定 大田土壤樣品測定內(nèi)容包括:堿解氮、有效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)、pH 和土壤養(yǎng)分.按照鮑士旦［7］的方法測定.

1.2.2 根際微生物測定 根際土壤樣品用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、馬丁氏培養(yǎng)基和高氏一號(hào)培養(yǎng)基培養(yǎng)，以平皿培養(yǎng)-群落計(jì)數(shù)法［8-10］測定不同時(shí)期的根際土細(xì)菌、真菌、放線菌的數(shù)量.

1.3 數(shù)據(jù)分析與處理

利用統(tǒng)計(jì)軟件DPS v 7.05 版，以土壤肥力為自變量(Xi)，包括堿解氮(X1)、有效磷(X2)、速效鉀(X3)、有機(jī)質(zhì)(X4)和pH(X5)，微生物量為因變量(Yi)，包括團(tuán)棵期細(xì)菌(Y1)、團(tuán)棵期真菌(Y2)、團(tuán)棵期放線菌(Y3)、旺長期細(xì)菌(Y4)、旺長期真菌(Y5)、旺長期放線菌(Y6)、成熟期細(xì)菌(Y7)、成熟期真菌(Y8)和成熟期放線菌(Y9)，進(jìn)行逐步回歸分析、偏相關(guān)分析和通徑分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 肥力因子與根際微生物的測定結(jié)果

由表1 可以看出，各主要指標(biāo)的變異系數(shù)差異顯著，表現(xiàn)不穩(wěn)定.其中有效磷、真菌的變異系數(shù)偏大，各指標(biāo)的變異程度表現(xiàn)出有效磷＞真菌＞堿解氮=速效鉀＞細(xì)菌＞有機(jī)質(zhì)=放線菌＞pH 的趨勢.由偏度系數(shù)和峰度系數(shù)可以看出，有效磷、真菌為右偏態(tài)峰，其余各指標(biāo)均為左偏態(tài)峰，有效磷、pH 的偏度系數(shù)絕對(duì)值較大.堿解氮、有效磷、pH、真菌的峰度系數(shù)大于0，為尖峭峰，數(shù)據(jù)分布較集中;速效鉀、有機(jī)質(zhì)、細(xì)菌、放線菌的峰度系數(shù)小于0，為平闊峰，數(shù)據(jù)比較分散.

表1 肥力因子與根際微生物的測定結(jié)果統(tǒng)計(jì)Tab.1 Statistics analysis measure results of the contents of medium and micro elements between fertility factors and microbial biomass

2.2 團(tuán)棵期煙草根際土微生物數(shù)量與肥力因子的關(guān)系

2.2.1 團(tuán)棵期煙草根際土微生物數(shù)量與肥力因子的多因子及互作項(xiàng)逐步回歸分析 對(duì)團(tuán)棵期煙草根際土微生物數(shù)量與肥力因子進(jìn)行多因子及互作項(xiàng)逐步回歸分析，建立肥力因子與土壤根際微生物模型(模型1～3)，其中模型1 決定系數(shù)為0.999 9，剩余通徑系數(shù)為0.004 3，模型2 決定系數(shù)為1.000 0，剩余通徑系數(shù)為0.001 9，模型3 決定系數(shù)為0.856 7，剩余通徑系數(shù)為0.378 6，3 模型均達(dá)到較高的精確水平.

模型1 表明，X2與Y1呈負(fù)相關(guān)，X1與X3、X2與X5之間的互作效應(yīng)與Y1呈正相關(guān).

模型2 表明，X4與Y2呈負(fù)相關(guān)，X2與X5、X4與X5之間的互作效應(yīng)與Y2呈正相關(guān).

模型3 表明，X2與X4之間的互作效應(yīng)與Y3呈正相關(guān).

2.2.2 團(tuán)棵期煙草根際土微生物含量與肥力因子的偏相關(guān)分析 由表2 可知，細(xì)菌與礦質(zhì)元素的偏相關(guān)分析:有效磷(X2)與團(tuán)棵期細(xì)菌(Y1)的偏相關(guān)系數(shù)系數(shù)為-0.999 6，堿解氮(X1)與速效鉀(X3)互作效應(yīng)偏相關(guān)系數(shù)為1.000 0，有效磷(X2)與pH(X5)互作效應(yīng)偏相關(guān)系數(shù)為0.999 7，均達(dá)到極顯著水平;真菌數(shù)量與礦質(zhì)元素的偏相關(guān)系數(shù)分析:有機(jī)質(zhì)(X4)與團(tuán)棵期真菌(Y2)的偏相關(guān)系數(shù)為-1，有效磷(X2)與pH(X5)互作效應(yīng)偏相關(guān)系數(shù)為1，有機(jī)質(zhì)(X4)與pH(X5)互作效應(yīng)偏相關(guān)系數(shù)為1，均達(dá)到極顯著水平;放線菌數(shù)量與礦質(zhì)元素的偏相關(guān)系數(shù)分析，有效磷(X2)與有機(jī)質(zhì)(X4)互作效應(yīng)偏相關(guān)系數(shù)為0.925 6，達(dá)到顯著水平.

表2 團(tuán)棵期煙草根際土微生物含量與肥力因子的偏相關(guān)分析Tab.2 Partial correlation coefficients of the contents of medium and micro elements between fertility factors and microbial biomass in group pieces

2.2.3 團(tuán)棵期煙草根際土微生物含量與肥力因子的通徑分析 由表3 可知，細(xì)菌數(shù)量與礦質(zhì)元素的直接通徑系數(shù):X2(-4.330 1)、X1X3(1.192 0)、X2X5(4.731 1)，說明有效磷(X2)對(duì)細(xì)菌數(shù)量的直接作用是負(fù)面的效應(yīng)，堿解氮(X1)與速效鉀(X3)、有效磷(X2)與pH(X5)互作效應(yīng)對(duì)細(xì)菌數(shù)量的直接作用是正面的效應(yīng).而間接作用:X2主要通過X1X3(0.197 0)、X2X5(4.712 6)間接正效應(yīng)表達(dá);X1X3主要通過X2(-0.715 7)的間接負(fù)效應(yīng)以及X2X5(0.404 3)間接正效應(yīng)綜合表達(dá)，X2X5主要通過X2(-4.313 2)的間接負(fù)效應(yīng)以及X1X3(0.101 9)間接正效應(yīng)綜合表達(dá).

真菌數(shù)量與礦質(zhì)元素的直接通徑系數(shù):X4(-0.678 4)、X2X5(2.065 6)、X4X5(2.006 4)，說明有機(jī)質(zhì)(X4)對(duì)真菌數(shù)量的直接作用是負(fù)面的效應(yīng)，有效磷(X2)與pH(X5)、有機(jī)質(zhì)(X4)與pH(X5)互作效應(yīng)對(duì)真菌數(shù)量的直接作用是正面的效應(yīng).而間接作用:X4主要通過X4X5(1.783 3)間接正效應(yīng)以及X2X5(-1.419 1)間接負(fù)效應(yīng)綜合表達(dá)，X2X5主要通過X4(0.466 1)的間接正效應(yīng)與X4X5(-1.757 0)的間接負(fù)效應(yīng)綜合表達(dá)，X4X5主要通過X4(-0.603 0)、X2X5(-1.808 9)間接負(fù)效應(yīng)綜合表達(dá).

放線菌數(shù)量與礦質(zhì)元素的直接通徑系數(shù):X2X4(0.925 6)，說明有效磷(X2)與有機(jī)質(zhì)(X4)互作效應(yīng)對(duì)放線菌的數(shù)量起直接的正面效應(yīng).

2.3 旺長期煙草根際土微生物數(shù)量與肥力因子的關(guān)系

對(duì)旺長期煙草根際土微生物數(shù)量與肥力因子進(jìn)行多因子及互作項(xiàng)逐步回歸分析，建立肥力因子與土壤根際微生物模型(模型4～6)，其中模型4 決定系數(shù)為0.798 3，剩余通徑系數(shù)為0.449 2，模型5 決定系數(shù)為0.999 4，剩余通徑系數(shù)為0.024 7，模型6決定系數(shù)為0.963 2，剩余通徑系數(shù)為0.192 1，3 模型均達(dá)到較高的精確水平.

模型4 表明，X1與X2之間的互作效應(yīng)與Y4呈正相關(guān).

模型5 表明，X2與X4之間的互作效應(yīng)與Y5呈負(fù)相關(guān)，X1與X2、X2與X3之間的互作效應(yīng)與Y5呈正相關(guān).

模型6 表明，X2與X4、X2與X5之間的互作效應(yīng)與Y6呈正相關(guān).

由表4 可知，細(xì)菌與礦質(zhì)元素的偏相關(guān)分析:堿解氮(X1)與有效磷(X2)互作效應(yīng)偏相關(guān)系數(shù)為0.893 5，達(dá)到極顯著水平;真菌數(shù)量與礦質(zhì)元素的偏相關(guān)系數(shù)分析:堿解氮(X1)與有效磷(X2)的互作效應(yīng)偏相關(guān)系數(shù)為0.999 6，有效磷(X2)與速效鉀(X3)互作效應(yīng)偏相關(guān)系數(shù)為0.998 6，有效磷(X2)與有機(jī)質(zhì)(X4)互作效應(yīng)偏相關(guān)系數(shù)為-0.999 4，均達(dá)到極顯著水平;放線菌數(shù)量與礦質(zhì)元素的偏相關(guān)系數(shù)分析:有效磷(X2)與有機(jī)質(zhì)(X4)互作效應(yīng)偏相關(guān)系數(shù)為0.871 3，有效磷(X2)與pH(X5)互作效應(yīng)偏相關(guān)系數(shù)為0.902 4，均達(dá)到顯著水平.

表3 團(tuán)棵期煙草根際土微生物含量與肥力因子的通徑分析1)Tab.3 Path analysis between the content of fertility factors and the contents of microbial biomass in group pieces

表4 旺長期煙草根際土微生物含量與肥力因子的偏相關(guān)分析Tab.4 Partial correlation coefficients of the contents of medium and micro elements between fertility factors and microbial biomass in vigorous period

由表5 可知，細(xì)菌數(shù)量與礦質(zhì)元素的直接通徑系數(shù):X1X2(0.893 5)，說明堿解氮(X1)與有效磷(X2)互作效應(yīng)對(duì)細(xì)菌數(shù)量的直接作用是正面的.

真菌數(shù)量與礦質(zhì)元素的直接通徑系數(shù):X1X2(2.707 4)、X2X3(0.797 0)、X2X4(-2.724 7)，說明有效磷(X2)與有機(jī)質(zhì)(X4)的互作效應(yīng)對(duì)真菌數(shù)量的直接作用是負(fù)面的，堿解氮(X1)與有效磷(X2)、有效磷(X2)與速效鉀(X3)互作效應(yīng)于真菌數(shù)量的直接作用是正面的.在間接作用系數(shù)中:X1X2主要通過X2X3(0.548 7)間接正效應(yīng)以及X2X4(-2.568 4)間接負(fù)效應(yīng)綜合表達(dá)，X2X3主要通過X1X2(1.864 0)的間接正效應(yīng)與X2X4(-2.166 8)的間接負(fù)效應(yīng)綜合表達(dá)，X2X4主要通過X1X2(2.552 1)、X2X3(0.633 8)間接正效應(yīng)表達(dá).

表5 旺長期煙草根際土微生物含量與肥力因子的通徑分析1)Tab.5 Path analysis between the content of fertility factors and the contents of microbial biomass in vigorous period

放線菌數(shù)量與礦質(zhì)元素的直接通徑系數(shù):X2X4(0.486 3)，X2X5(0.573 5)，說明有效磷(X2)與有機(jī)質(zhì)(X4)、有效磷(X2)與pH(X5)的互作效應(yīng)對(duì)放線菌的數(shù)量起直接的正面效應(yīng).在間接作用系數(shù)中，X2X4主要通過X2X5(0.408 9)間接正效應(yīng)表達(dá)，X2X5主要通過X2X4(0.346 7)間接正效應(yīng)表達(dá).

2.4 成熟期煙草根際土微生物數(shù)量與肥力因子的關(guān)系

對(duì)成熟期煙草根際土微生物數(shù)量與肥力因子進(jìn)行多因子及互作項(xiàng)逐步回歸分析，建立肥力因子與土壤根際微生物模型(模型7～9)，其中模型7 決定系數(shù)為0.999 9，剩余通徑系數(shù)為0.009 4，模型8 決定系數(shù)為0.999 7，剩余通徑系數(shù)為0.018 3，模型9決定系數(shù)為0.760 6，剩余通徑系數(shù)為0.489 3，7、8模型均達(dá)到較高的精確水平.

模型7 表明，X1與Y7呈正相關(guān)，X1與X5、X4與X5之間的互作效應(yīng)與Y7呈負(fù)相關(guān).

模型8 表明，X1與Y8呈正相關(guān)，X1與X4、X4與X5之間的互作效應(yīng)與Y8呈負(fù)相關(guān).

模型9 表明，X5與Y9呈負(fù)相關(guān).

由表6 可知，細(xì)菌與礦質(zhì)元素的偏相關(guān)分析:堿解氮(X1)與成熟期細(xì)菌(Y7)的偏相關(guān)系數(shù)為0.999 3，堿解氮(X1)與pH(X5)互作效應(yīng)偏相關(guān)系數(shù)為-0.9942，有機(jī)質(zhì)(X4)與pH(X5)互作效應(yīng)偏相關(guān)系數(shù)為-0.999 9，均達(dá)到極顯著水平;真菌數(shù)量與礦質(zhì)元素的偏相關(guān)系數(shù)分析:堿解氮(X1)與成熟期真菌(Y8)的偏相關(guān)系數(shù)為0.997 8，堿解氮(X1)與有機(jī)質(zhì)(X4)互作效應(yīng)偏相關(guān)系數(shù)為-0.993 0，有機(jī)質(zhì)(X4)與pH(X5)互作效應(yīng)偏相關(guān)系數(shù)為-0.997 6，均達(dá)到極顯著水平;放線菌數(shù)量與礦質(zhì)元素的偏相關(guān)系數(shù)分析，pH(X5)與成熟期放線菌(Y9)的偏相關(guān)系數(shù)為-0.872 1.

表6 成熟期煙草根際土微生物含量與肥力因子的偏相關(guān)分析Tab.6 Partial correlation coefficients of the contents of medium and micro elements between fertility factors and microbial biomass in maturity period

由表7 可知，細(xì)菌數(shù)量與礦質(zhì)元素的直接通徑系數(shù):X1(1.951 7)、X1X5(-0.707 6)、X4X5(-1.706 3)，說明堿解氮(X1)對(duì)細(xì)菌數(shù)量的直接作用是正面的效應(yīng)，堿解氮(X1)與pH(X5)、有機(jī)質(zhì)(X4)與pH(X5)互作效應(yīng)對(duì)細(xì)菌數(shù)量的直接作用是負(fù)面的.而間接作用:堿解氮(X1)主要通過X1X5(-0.701 2)、X4X5(-1.421 8)間接負(fù)效應(yīng);X1X5主要通過 X1(1.934 1)的間接正效應(yīng)以及 X4X5(-1.459 7)間接負(fù)效應(yīng)綜合表達(dá)，X4X5主要通過堿解氮(X1)(1.626 3)間接正效應(yīng)以及 X1X5(-0.605 3)間接負(fù)效應(yīng)綜合表達(dá).

真菌數(shù)量與礦質(zhì)元素的直接通徑系數(shù):X1(1.795 3)、X1X4(-1.439 1)、X4X5(-1.039 3)，說明X1對(duì)真菌數(shù)量的直接作用是正面的效應(yīng)，堿解氮(X1)與有機(jī)質(zhì)(X4)、有機(jī)質(zhì)(X4)與pH(X5)互作效應(yīng)對(duì)真菌數(shù)量的直接作用是負(fù)面的.在間接作用系數(shù)中:堿解氮(X1)主要通過X1X4(-1.400 4)以及X4X5(-0.866 0)間接負(fù)效應(yīng)表達(dá)，X1X4主要通過X1(1.747 0)的間接正效應(yīng)和X4X5(-0.960 1)間接負(fù)效應(yīng)綜合表達(dá)，X4X5主要通過X1(1.495 9)的間接正效應(yīng)與X1X4(-1.329 3)的間接負(fù)效應(yīng)綜合表達(dá).

放線菌數(shù)量與礦質(zhì)元素的直接通徑系數(shù)是X5(-0.872 1)，說明pH(X5)對(duì)放線菌數(shù)量的直接作用是負(fù)面的.

表7 旺長期煙草根際土微生物含量與肥力因子的通徑分析1)Tab.7 Path analysis between the content of fertility factors and the contents of microbial biomass in maturity period

3 討論與結(jié)論

(1)采用多元線性逐步回歸分析得到土壤肥力因子與土壤微生物數(shù)量的回歸方程，經(jīng)顯著性檢測均達(dá)到極顯著水平，為預(yù)測不同時(shí)期土壤微生物數(shù)量提供了一定的參考依據(jù).利用同樣的方法也可以探索土壤肥力因子與土壤物理性狀、酶活性等的預(yù)測方程，為烤煙生產(chǎn)平衡施肥提供理論依據(jù).通過比較不同時(shí)期土壤肥力因子與土壤微生物數(shù)量的回歸方程，可把團(tuán)棵期作為預(yù)測和調(diào)控土壤微生物數(shù)量的最關(guān)鍵時(shí)期.

(2)通過土壤肥力因子與土壤微生物數(shù)量之間的偏相關(guān)和通徑分析證明:煙草團(tuán)棵期，堿解氮與速效鉀的正互作效應(yīng)以及有效磷與pH 的正互作效應(yīng)都與細(xì)菌含量呈正相關(guān).張明等［11］認(rèn)為:施肥對(duì)土壤微生物群落生態(tài)生理功能不同，其中，K 策略細(xì)菌數(shù)量與有效鉀、速效鉀和堿解氮呈顯著正相關(guān)，與本研究的結(jié)果基本一致.煙草旺長期根際細(xì)菌數(shù)量與土壤pH 無顯著相關(guān)性，與堿解氮、有效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)的含量均顯著相關(guān)，這可能是由于細(xì)菌是土壤微生物中含量最多的菌群［12］，其在旺長期的生命活動(dòng)較強(qiáng)，所以肥力因子在這一時(shí)期的相關(guān)性也較為復(fù)雜.成熟期堿解氮的含量與細(xì)菌數(shù)量呈顯著的正相關(guān)，孟慶英［13］的最新研究指出其他作物的成熟期也呈上述結(jié)果.

團(tuán)棵期的有效磷與pH 的正互作效應(yīng)以及有機(jī)質(zhì)與pH 的正互作效應(yīng)與真菌含量呈正相關(guān)，這與韓桂云等［14］的研究結(jié)果基本一致，表明四川地區(qū)，土壤pH 值處于酸性或偏酸性時(shí)，根際土中真菌含量適宜;有效磷與真菌含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，這與王海英等［12］的研究結(jié)果表現(xiàn)一致.旺長期土壤pH 值與真菌含量無明顯的相關(guān)性，蔡彬等［15］的研究指出，不同條件下pH 對(duì)土壤真菌含量的影響無直接關(guān)系，與本文研究結(jié)果基本一致，考慮烤煙旺長期根際微生物含量最多［16-19］，所以影響其含量的因素也成為3 個(gè)不同時(shí)期最復(fù)雜的.另外，本研究發(fā)現(xiàn)在烤煙成熟期，堿解氮與真菌含量有明顯的正相關(guān)性.

3 個(gè)不同的時(shí)期，與放線菌有相關(guān)性的肥力因子只有有效磷、有機(jī)質(zhì)以及pH.左清華等［20］研究指出:土壤pH 對(duì)根際放線菌的數(shù)量影響較大，土壤有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀等的含量對(duì)放線菌數(shù)量的影響并無確定的數(shù)量關(guān)系;葛榮盛［21］的研究闡述了有機(jī)質(zhì)含量和pH 是影響放線菌數(shù)量的主要生態(tài)因子;焦志華等［22］的研究表明，放線菌數(shù)量與有機(jī)質(zhì)和有效磷顯著相關(guān)，與本研究的結(jié)果基本一致.

(3)土壤微生物的含量對(duì)烤煙品質(zhì)具有至關(guān)重要的作用，而決定微生物數(shù)量的因素很多.本研究在忽略其他因素的基礎(chǔ)上，探索了在一定范圍內(nèi)土壤肥力因子與土壤微生物數(shù)量的相關(guān)性，鑒于回歸模型的局限性，有待于進(jìn)一步的研究.

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