土壤調(diào)理劑對植煙土壤微生物群落的影響

沈建平++蘆阿虔++李小龍++李紅麗++曾強(qiáng)++王巖

摘要：考察了生物質(zhì)炭作為土壤調(diào)理劑對植煙土壤微生物群落的影響。結(jié)果表明，在烤煙生長的各個(gè)時(shí)期，添加調(diào)理劑處理的土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量均比未添加調(diào)理劑的對照處理高。宏基因組分析表明，添加土壤調(diào)理劑處理的微生物群落多樣性高于對照，且青枯病發(fā)病率和病情指數(shù)比對照降低了27.6%和34.6%。由此可知，植煙土壤中添加土壤調(diào)理劑可以改善土壤微生態(tài)環(huán)境，提高土壤微生物群落多樣性，維護(hù)土壤微生物平衡，從而降低土傳病害的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：土壤調(diào)理劑；植煙根際土壤；微生物群落；青枯病

中圖分類號：S572 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2017）01-0039-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.01.011

Effect of Soil Conditioner on the Microbial Community in the Rhizosphere Soil of Tobacco

SHEN Jian-ping1，LU A-qian2，LI Xiao-long1，LI Hong-li2，ZENG Qiang1，WANG Yan2

（1.Shaowu Branch of Nanping Tobacco Company，Shaowu 354000，F(xiàn)ujian，China；

2.School of Chemical Engineering and Energy，Zhengzhou University，Zhengzhou 450002，China）

Abstract： The effects of biomass carbon as a soil conditioner on the microbial community were studied. The results showed that， in all the growth period of tobacco， the quantity of microorganisms in the rhizosphere soil that was added to soil conditioner was higher than control. The results of genetic testing indicated that the diversity of microbial community of using soil conditioner was also higher than control， and the morbidity of tobacco bacterial wilt and disease index was decreased 27.6% and 34.6% respectively compared with control. In clued， the soil conditioner could reduce the soil-borne disease by improving the micro-ecological environment and the diversity of microbial community in rhizosphere soil to maintain the soil balance.

Key words： soil conditioner； rhizosphere soil of tobacco； microbial community； bacterial wilt

土壤狀況是決定煙草品質(zhì)的基本條件[1]，由于近年來大量施用化肥以及連作等農(nóng)業(yè)操作使烤煙土壤結(jié)構(gòu)遭到破壞，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生變化[2]。

生物質(zhì)炭是在低氧環(huán)境下通過高溫裂解將有機(jī)固體廢物如廢木材、秸桿、活性污泥等轉(zhuǎn)化而成的一種碳化物，其除含有豐富的活性炭成分外，還含有豐富的礦物質(zhì)成分如Ca、Mg、Si等，pH呈堿性。生物質(zhì)炭具有高度的芳香環(huán)分子結(jié)構(gòu)和多孔特性[3]，比一般的有機(jī)物質(zhì)具有更高的熱穩(wěn)定性和較強(qiáng)的吸附特性[4，5]，具有改善土壤理化性狀、保水保肥、鈍化重金屬、補(bǔ)充植物營養(yǎng)元素、消除土壤重茬障礙、抑制土傳病害發(fā)生等功效。許多研究表明，施用生物質(zhì)炭可以增加土壤有機(jī)碳量，促進(jìn)土壤團(tuán)聚體形成，協(xié)調(diào)土壤養(yǎng)分循環(huán)，促進(jìn)植物生長[6，7]。生物質(zhì)炭是一種良好的土壤調(diào)理劑，它可以提高土壤肥力[8]，吸附污染[9，10]，為植物提供礦質(zhì)養(yǎng)分[11]，改善微生物細(xì)胞附著性能，促進(jìn)特定類群土壤微生物生長[12，13]。土壤微生物是土壤有機(jī)質(zhì)和土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的動力，目前有關(guān)生物質(zhì)炭對土壤微生物影響的研究較少。因此，針對福建省煙田的酸性土壤，研究土壤調(diào)理劑——生物質(zhì)炭對土壤微生物和烤煙抗病情況的影響，通過施用生物質(zhì)炭以期達(dá)到調(diào)節(jié)土壤酸堿性、改善土壤微生態(tài)、防控青枯病的目的，為生物質(zhì)炭的應(yīng)用和烤煙土傳病害的生態(tài)防治提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試地塊的選擇

2014年田間小區(qū)試驗(yàn)安排在福建省邵武市城郊鎮(zhèn)高南村。供試田塊肥力相對均勻，地勢平坦，往年煙草青枯病發(fā)生率高。試驗(yàn)地土壤為中壤土，pH 5.11，有機(jī)質(zhì)含量為24.27 g/kg。供試煙葉品種為K326。

1.2 試驗(yàn)處理

2014年3月11日進(jìn)行大田煙苗移栽，每小區(qū)植煙250株，植株密度為1 100株/667 m2，株行距50 cm×120 cm，純氮用量為9.09 kg/667 m2，N、P、K比例為1∶0.8∶2.7，其他大田管理措施按邵武市優(yōu)質(zhì)煙生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程進(jìn)行。試驗(yàn)設(shè)置2個(gè)處理，分別為H1處理（CK）：當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥，150 kg有機(jī)肥/667 m2；H2處理：土壤調(diào)理劑生物質(zhì)炭，即在對照基礎(chǔ)上煙苗移栽時(shí)每667 m2穴施100 kg土壤調(diào)理劑。生物質(zhì)炭是在缺氧條件下，通過高溫裂解將剩余活性污泥轉(zhuǎn)化成的一種碳化物，除含有豐富的活性炭成分外，還含有豐富的礦物質(zhì)成分，如K、Ca、Mg、Si和微量元素等，由鄭州大學(xué)提供。

1.3 土壤樣品采集

將整個(gè)煙株的根連同根部土壤一起取出，去掉根部一些大土塊后，輕輕將粘在細(xì)根上的土壤抖落混勻，這些土壤即為根際土壤。土樣混合均勻后存放于-4 ℃的冰箱內(nèi)，測定土壤中微生物的數(shù)量和種類。另取少量土樣存放于-20 ℃的冰箱內(nèi)，由生工生物工程（上海）股份有限公司做宏基因組檢測。

1.4 觀察記載及方法

試驗(yàn)觀察記載內(nèi)容包括各處理大田生育期、青枯病發(fā)生情況，調(diào)查各處理單葉重并計(jì)算產(chǎn)量。

1.5 宏基因組16S rDNA及18S rDNA測序

在煙田采集的根際土壤送交生工生物工程（上海）股份有限公司進(jìn)行微生物宏基因組分析，每個(gè)樣品檢測細(xì)菌和真菌菌群，所送樣品編號見表1。

1.6 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel和DPS數(shù)據(jù)處理統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 煙田根際土壤可培養(yǎng)微生物的變化

烤煙生長的不同時(shí)期，土壤可培養(yǎng)微生物變化如表2和表3所示。未發(fā)病根際土壤細(xì)菌、放線菌和真菌的數(shù)量隨著煙株的生長均呈先增加后減少的趨勢。細(xì)菌數(shù)量較多，比放線菌和真菌高一個(gè)數(shù)量級。添加土壤調(diào)理劑的H2處理的細(xì)菌數(shù)量在旺長期以前高于對照，真菌和放線菌則一直高于對照。采摘期發(fā)病土壤中細(xì)菌比未發(fā)病土壤中的高，H1處理發(fā)病土壤的真菌和放線菌比未發(fā)病土壤的高，H2處理發(fā)病土壤的真菌和放線菌比未發(fā)病土壤的數(shù)量少的多。添加土壤調(diào)理劑的H2處理在采摘期以前微生物較豐富，采摘期發(fā)病后，添加土壤調(diào)理劑處理的土壤中微生物相對減少。

2.2 煙田根際土壤微生物群落的多樣性變化

2.2.1 根際土壤細(xì)菌和真菌群落優(yōu)勢菌屬 各時(shí)期細(xì)菌和真菌群落優(yōu)勢菌群如表4所示。移栽前土壤宏基因檢測的細(xì)菌優(yōu)勢菌屬有Clostridium sensu stricto、Massilia、Gp1、Gp3、Bacillus等；真菌優(yōu)勢菌屬有Ophiocordyceps、Phaeosphaeria、Mortierella、Nectria、Malassezia等。

旺長期根際土壤細(xì)菌優(yōu)勢菌屬H1處理主要有Sphingomonas、TM7、Massilia、Pseudomonas、Flavobacterium等；H2處理主要有Sphingomonas、Massilia、TM7、Gp1、Gp3等。采摘期根際土壤細(xì)菌優(yōu)勢菌屬H1處理有Sphingomonas、Gp1、Massilia、Gp3、TM7等；H2處理有Sphingomonas、Massilia、Gp1、Gp3、Bradyrhizobium等。旺長期、采摘期與移栽前細(xì)菌優(yōu)勢菌屬有明顯不同，煙株生長根際微環(huán)境中細(xì)菌菌群發(fā)生變化，H2處理的細(xì)菌群落較豐富。

旺長期根際土壤真菌優(yōu)勢菌屬H1處理有Mortierella、 Penidiella、 Phaeosphaeria、 Ophiocordyceps、Spizellomyces等；H2處理有Ophiocordyceps、Mortierella、Phaeosphaeria、Penidiella、Nectria等。采摘期根際土壤真菌優(yōu)勢菌屬H1處理有Mortierella、Ascobolus、 Ophiocordyceps、 Phaeosphaeria、 Westerdykella等；H2處理有Mortierella、Ophiocordyceps、Phaeosphaeria、Agrocybe、Blyttiomyces等。真菌菌群結(jié)構(gòu)與移栽前變化較大，特別是Mortierella的含量的變化較大，在不同時(shí)期含量顯著不同。

2.2.2 根際土壤細(xì)菌和真菌群落多樣性指數(shù) 表5為土壤測序樣品的多樣性指數(shù)，可以看出，細(xì)菌和真菌文庫的覆蓋率均達(dá)到70%以上，說明所建文庫能真實(shí)地反映出該環(huán)境細(xì)菌多樣性特性。香農(nóng)指數(shù)是衡量群落的異質(zhì)性，文庫細(xì)菌的香濃指數(shù)均達(dá)到7以上，表明細(xì)菌群落多樣性已達(dá)到一個(gè)很高的水平。Chao1和ACE指數(shù)可預(yù)測環(huán)境中物種的總數(shù)，結(jié)果表明隨著作物的生長，土壤中細(xì)菌群落多樣性逐漸增高。發(fā)病土壤中H2處理多樣性相對較高。

2.3 各處理病害發(fā)生情況

從表6可以看出，烤煙生長過程的4次調(diào)查中，處理H1的發(fā)病率居高不下，H2發(fā)病率和病情指數(shù)明顯較低。至7月10日時(shí)，青枯病的發(fā)病率和病情指數(shù)分別比H1降低了27.6%和34.6%。本試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步證明，施用土壤調(diào)理劑改善土壤理化性狀可以在一定程度上防控青枯病的發(fā)生。這一結(jié)果與上述土壤微生物數(shù)量和區(qū)系變化的結(jié)果一致。

3 小結(jié)與討論

試驗(yàn)結(jié)果表明，烤煙根際細(xì)菌、放線菌和真菌數(shù)量隨生育進(jìn)程先增加后減少，處理和對照的變化趨勢相同。由于細(xì)菌數(shù)量占絕對優(yōu)勢，根際微生物總數(shù)量的變化趨勢與根際細(xì)菌數(shù)量變化趨勢相同。在旺長期，使用土壤調(diào)理劑的根際細(xì)菌、放線菌和真菌數(shù)量明顯高于對照。發(fā)病土壤H2的土壤細(xì)菌數(shù)量較高，而放線菌和真菌比H1低。

宏基因組測序結(jié)果顯示細(xì)菌種類總數(shù)遠(yuǎn)高于真菌，隨著煙株的生長微生物群落多樣性增加，同一時(shí)期的H2土壤的多樣性高于H1處理的土壤。說明根際土壤微生物數(shù)量明顯受土壤調(diào)理劑及烤煙生長發(fā)育的影響，添加土壤調(diào)理劑可以提高土壤微生物多樣性。

施用土壤調(diào)理劑可改善土壤理化性狀和提高土壤微生物多樣性，可以在一定程度上防控青枯病的發(fā)生。

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