湘南地區(qū)煙稻輪作和不同年限煙薯套種對(duì)土壤微生物的影響

楊賢海，齊紹武，趙世浩，蔣奇晉

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，長沙410128)

土壤微生物是土壤生命活體的主要組成部分， 從最初定植于土壤母質(zhì)上的藍(lán)綠藻開始，直到土壤肥力的形成，土壤微生物參與了土壤發(fā)育的全過程［1］。微生物既是土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分轉(zhuǎn)化與循環(huán)的動(dòng)力，又是土壤中植物有效養(yǎng)分的儲(chǔ)備庫，是生物多樣性與生態(tài)平衡的一個(gè)重要方面，土壤微生物的平衡發(fā)展也是預(yù)防植物病害發(fā)生的基礎(chǔ)［2～4］。土壤中生活的微生物一方面反映了土壤中物質(zhì)和能量代謝的旺盛程度，另一方面也反映了土壤的肥力狀況。土壤微生物主要包括三大類群:細(xì)菌、真菌、放線菌，其活性直接影響土壤的生物化學(xué)活性及土壤的養(yǎng)分組成與轉(zhuǎn)化，是土壤肥力的重要指標(biāo)之一。本試驗(yàn)研究了煙稻輪作與不同年限煙薯套種對(duì)土壤微生物變化的影響，旨在為進(jìn)一步解決湘南地區(qū)煙薯套種障礙提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)在湖南省江永縣蘭溪鄉(xiāng)煙田進(jìn)行。通過實(shí)地調(diào)查，分別取連續(xù)5年、10年、15年、18年煙薯套種以及在連續(xù)10年煙薯套種后與水稻進(jìn)行煙稻輪作(CK)的5種不同輪作方式及輪作年限的土樣，分別編號(hào)為 A、B、C、D、CK。

1.2 土壤采集［5］

于2012年7月6日用5點(diǎn)法采集煙株根際周圍0～20 cm土層范圍內(nèi)的土樣。將同一處理同一田塊的采集土壤充分混勻。每個(gè)處理年限分別在3丘不同田塊進(jìn)行取樣，用無菌自封袋包裝好，帶回實(shí)驗(yàn)室。將新鮮土壤研磨過2 mm篩，置于冰箱中4℃保存。

1.3 土壤微生物測定［6］

采用稀釋平板計(jì)數(shù)法測定土壤微生物總數(shù)，細(xì)菌采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基，放線菌采用高氏1號(hào)培養(yǎng)基，真菌采用馬丁氏(Martin)培養(yǎng)基培養(yǎng)，結(jié)果以每克干土所含數(shù)量表示。最終數(shù)據(jù)均為每種處理3丘田塊土樣的平均值。

1.4 土壤微生物量碳與微生物量氮的測定

土壤微生物量碳的測定采用重鉻酸鉀容量法，微生物量氮采用熏蒸提取——全氮測定法［4］。最終數(shù)據(jù)均為每種處理3丘田塊土樣的平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 煙稻輪作與不同年限煙薯套種對(duì)土壤中細(xì)菌數(shù)量的影響

已有研究結(jié)果表明，不同耕作方式下同種土壤中可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量不同［7］。本研究選取湖南省江永縣蘭溪鄉(xiāng)煙田不同年限煙薯套種和煙稻輪作土壤，進(jìn)行稀釋平板計(jì)數(shù)，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析(表1)。

表1 不同處理土樣中可培養(yǎng)微生物數(shù)量

從表1中可以看出，不同種植方式及同一種植方式的不同年限種植條件下，其土壤中可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量均不相同。其中煙稻輪作的土壤可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量要多于煙薯套種土壤中可培養(yǎng)細(xì)菌的數(shù)量，且差異顯著。在不同年限煙薯套種土壤中可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量的變化趨勢，為隨著套種年限的延長其細(xì)菌數(shù)量先增加后減少，在連續(xù)套種10年的土壤中細(xì)菌含量最高，為9.95×104cfu/g。這也在一定程度上表明煙稻輪作可以改善煙田土壤細(xì)菌的生存環(huán)境，而煙薯套種則可使煙田土壤中細(xì)菌的生存環(huán)境發(fā)生一定程度的惡化。

2.2 煙稻輪作與不同年限煙薯套種對(duì)土壤中放線菌數(shù)量的影響

土壤中放線菌數(shù)量對(duì)于土壤代謝、調(diào)節(jié)至關(guān)重要。放線菌可產(chǎn)生抗生素和其它生物活性次生代謝產(chǎn)物。利用土壤放線菌活菌接種能夠防治作物的青枯?。?］、馬鈴薯瘡痂病［9］等。本研究選取了湖南省江永縣蘭溪鄉(xiāng)煙田不同年限煙薯套種和煙稻輪作土壤，對(duì)土壤中可培養(yǎng)放線菌采用高氏1號(hào)平板計(jì)數(shù)，結(jié)果如表1。

從表1可以看出，不同年限煙薯套種與煙稻輪作的土壤中，可培養(yǎng)放線菌數(shù)量不同且均呈顯著性差異。煙薯套種5年土壤中放線菌數(shù)量最低，為1.405×104cfu/g。隨著套種年限的延長，土壤中放線菌的數(shù)量呈先增加后減少的趨勢，在套種10年時(shí)最高，為2.393×104cfu/g。通過與水稻進(jìn)行水旱輪作的耕作處理，土壤中的放線菌數(shù)量較煙薯套種10年有了顯著性的增加。這表明煙稻輪作較煙薯套種能夠在一定程度上改善煙田土壤中放線菌的生存環(huán)境，促進(jìn)土壤中放線菌的繁殖。

2.3 煙稻輪作與不同年限煙薯套種對(duì)土壤中真菌數(shù)量的影響

土壤中某些特定微生物特別是植物病原真菌得到富集，不利于土壤中其它微生物群落的平衡，而有利于植物土傳性病害的發(fā)生［10］。由于真菌數(shù)量的增加，土壤有真菌化的趨勢，這是土壤地力衰竭的主要標(biāo)志之一［11］。本研究選取湖南省江永縣蘭溪鄉(xiāng)煙田不同年限煙薯套種和煙稻輪作土壤進(jìn)行PDA平板計(jì)數(shù)，結(jié)果如表1。

從表1中可以看出，不同年限煙薯套種與煙稻輪作的土壤中可培養(yǎng)真菌數(shù)量不同且均呈顯著性差異。在煙薯套種中隨著套種年限的延長，土壤中可培養(yǎng)真菌的數(shù)量呈遞增趨勢，其中連續(xù)套種18年的土壤中真菌數(shù)量最大，為2.426×103cfu/g。通過與水稻輪作措施的實(shí)施，土壤中可培養(yǎng)真菌數(shù)量有了極顯著的減少，其值為1.741×103cfu/g。這表明煙薯套種有造成土壤真菌化的趨勢，而煙稻輪作能夠在一定程度上抑制土壤真菌化。

2.4 煙稻輪作與不同年限煙薯套種對(duì)土壤中主要微生物類群變化的影響

由表2可以看出，不同年限煙薯套種與煙稻輪作的土壤中微生物組成和數(shù)量是不相同的，細(xì)菌在土壤可培養(yǎng)微生物總量中含量最高，為土壤可培養(yǎng)微生物的主要類群，放線菌次之，真菌所占比例最小。煙薯套種5年的土壤中真菌含量最高，約占微生物總量的3.04%，煙稻輪作的土樣中真菌所占比例最小，約占微生物總量的1.28%。煙稻輪作處理下土壤中可培養(yǎng)微生物總量多于煙薯套種的處理方式。在不同年限煙薯套種中隨著套種年限的延長，土壤中可培養(yǎng)微生物總量呈先增加后減少的趨勢，在煙薯套種10年時(shí)土壤中可培養(yǎng)微生物總量最大，為12.53×104cfu/g。

表2 土壤中主要微生物類群變化

2.5 煙稻輪作與不同年限煙薯套種對(duì)土壤中微生物量碳與微生物量氮的影響

土壤微生物生物量是土壤最活躍的成分，它與土壤資源可持續(xù)利用密切相關(guān)［12］。其大小可以表明微生物新陳代謝活動(dòng)的強(qiáng)弱，而微生物生長與死亡的交替過程也就是養(yǎng)分的固定與釋放過程［13］。近年來將土壤微生物生物量作為土壤健康的生物指標(biāo)來評(píng)價(jià)退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)進(jìn)程和掌握生態(tài)系統(tǒng)管理等已逐漸成為研究熱點(diǎn)［14，15］。本研究選取湖南省江永縣蘭溪鄉(xiāng)煙田不同年限煙薯套種和煙稻輪作土壤進(jìn)行微生物量碳與微生物量氮的測定，結(jié)果如表3。

表3 不同處理土樣中微生物量碳和微生物量氮的變化

從表3可以看出，在不同處理下土壤的微生物量碳不相同且均呈顯著性差異。其中微生物量碳在煙薯套種10年內(nèi)呈遞增趨勢，10年以后呈逐年遞減狀態(tài)。在煙薯套種10年時(shí)其微生物量碳值達(dá)到最大，為95 mg/g。此時(shí)將種植方式改為煙稻輪作后，其土壤中微生物量碳有顯著性的增加。

由表3可知，土壤中微生物量氮在煙薯套種的條件下，隨著套種年限的延長呈先增加后減少的趨勢，在煙薯套種10年時(shí)達(dá)到最大值，為0.048 μg/g。煙稻輪作相較煙薯套種明顯使煙田土壤中微生物量氮的含量顯著性增加。

3 小結(jié)與討論

(1)本研究結(jié)果表明，同一生態(tài)煙葉種植區(qū)不同年限的煙薯套種和煙稻輪作對(duì)煙田土壤微生物數(shù)量有一定的影響。煙薯套種在10年內(nèi)土壤中可培養(yǎng)細(xì)菌與放線菌數(shù)量均為遞增趨勢，10年以后則呈遞減的變化趨勢，但通過與水稻輪作，土壤中可培養(yǎng)微生物數(shù)量又明顯增加。這表明煙稻輪作較煙薯套種能增加土壤中細(xì)菌與放線菌的生物學(xué)活性，豐富土壤中微生物的群落結(jié)構(gòu)。在所有的處理中細(xì)菌和放線菌均為土壤中可培養(yǎng)微生物的主體。有研究表明，土壤中細(xì)菌和放線菌的數(shù)量與土壤中的養(yǎng)分含量呈正相關(guān)性［16］。因此由本研究可以推出，在湘南地區(qū)煙薯套種能夠在一定程度上使土壤的營養(yǎng)狀況發(fā)生一定程度的惡化，而煙稻輪作能在一定程度上阻止因長期煙薯套種帶來的土壤肥力下降的趨勢。

(2)通過本研究結(jié)果還可以得出，在煙薯套種中隨著套種年限的延長，土壤中可培養(yǎng)真菌數(shù)量呈明顯的遞增狀態(tài)。通過與水稻輪作，土壤中可培養(yǎng)真菌數(shù)量有了較為明顯的減少。煙草黑脛病是一種真菌性病害，煙薯套種能夠使土壤中真菌數(shù)量明顯增加，而煙稻輪作能夠在一定程度上抑制這種遞增趨勢，這表明水旱輪作較煙薯套種能夠在一定程度上抑制煙草黑脛病等土傳性真菌病害的流行。另外本研究還表明，煙稻輪作較煙薯套種能夠降低土壤中真菌數(shù)量在微生物總量中的比例，進(jìn)而有效的抑制了因煙薯套種造成的土壤真菌化的趨勢，而土壤的真菌化正是土壤地力衰減的重要標(biāo)志之一。因此由本研究可以推出，長期的煙薯套種能夠造成土壤的肥力衰減，而煙稻輪作能在一定程度上抑制因煙薯套種造成的土壤肥力衰退，促進(jìn)植煙土壤的可持續(xù)性利用。

(3)本研究結(jié)果表明，煙薯套種10年內(nèi)土壤中微生物量碳與微生物量氮均呈遞增趨勢，在10年以后為逐年遞減。煙稻輪作相較煙薯套種明顯使土壤中微生物量碳與微生物量氮均增加。土壤微生物量C/N的大小可以表明微生物新陳代謝活動(dòng)的強(qiáng)弱，微生物代謝活動(dòng)的強(qiáng)弱又是土壤中物質(zhì)循環(huán)能力大小的標(biāo)志之一，土壤中物質(zhì)循環(huán)能力的強(qiáng)弱又在一定程度上影響著土壤的可持續(xù)性利用。因此從本研究可以得出，湘南煙區(qū)煙稻輪作相較煙薯套種能在一定程度上促進(jìn)植煙土壤的可持續(xù)性利用。煙稻輪作和煙薯套種對(duì)土壤中微生物量C/N的影響機(jī)理還有待于今后的進(jìn)一步研究。

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