生防鏈霉菌配施棉稈炭對(duì)連作棉田土壤微生物區(qū)系的影響*

馬云艷, 徐萬(wàn)里, 唐光木, 顧美英, 薛泉宏

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生防鏈霉菌配施棉稈炭對(duì)連作棉田土壤微生物區(qū)系的影響*

馬云艷1, 徐萬(wàn)里2, 唐光木2, 顧美英3**, 薛泉宏4**

(1. 西北農(nóng)林科技大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 楊凌 712100; 2. 新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與農(nóng)業(yè)節(jié)水研究所 烏魯木齊 830091; 3. 新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院微生物應(yīng)用研究所 烏魯木齊 830091; 4. 西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院 楊凌 712100)

棉花是重要的經(jīng)濟(jì)作物, 長(zhǎng)期連作能引起棉花土壤微生態(tài)的失衡、土傳病害加重、進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)量和品質(zhì)的下降, 影響棉花產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。本文以連作棉田土壤為研究對(duì)象, 進(jìn)行室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn), 在施用生防放線菌黃三素鏈霉菌()的基礎(chǔ)上添加不同量的棉稈炭[0 g·kg-1(CK)、25.0 g·kg-1、50.0 g·kg-1、100.0 g·kg-1], 采用微生物計(jì)數(shù)和16S rDNA基因序列分析的方法, 研究?jī)烧吲涫?duì)連作棉田土壤中生防菌數(shù)量、微生物數(shù)量和種類的影響, 為棉花黃萎病的生物防治提供新的思路。研究結(jié)果表明: (1)生防放線菌配施棉稈炭對(duì)連作棉田土壤中微生物區(qū)系有顯著的影響。與單施生防放線菌菌劑的處理相比, 兩者配施顯著增加了土壤中細(xì)菌、放線菌和真菌數(shù)量, 其中配施25.0 g·kg-1棉稈炭處理使土壤中細(xì)菌/真菌數(shù)量比(B/F)、放線菌/真菌數(shù)量比(A/F)分別增加了5 271.2%和30.8%(<0.05)。(2)土壤中生防放線菌數(shù)量隨著棉稈炭施用量增加而顯著增加, 配施100.0 g·kg-1棉稈炭處理顯著增加了2 672.8%(<0.05)。棉稈炭具有作為生防放線菌良好載體的潛力。(3)生防放線菌配施棉稈炭也改變了土壤中優(yōu)勢(shì)微生物的數(shù)量和比例, 尤其提高了細(xì)菌中芽孢桿菌的數(shù)量和所占的比例; 100.0 g·kg-1棉稈炭與菌劑配施使土壤中鏈霉菌的數(shù)量及比例顯著高于對(duì)照, 但降低了小單孢菌數(shù)量; 增加了真菌中米曲梅、黑曲霉和木霉的數(shù)量, 但使其所占比例降低。由此可以看出, 生防放線菌配施棉稈炭能提高連作棉田土壤中生防放線菌的數(shù)量, 增強(qiáng)生防菌制劑的防病促生作用, 改善連作棉田土壤微生物群落結(jié)構(gòu), 在防控棉花連作障礙上具有較大的應(yīng)用潛力。

棉稈炭; 生防放線菌; 連作棉田; 土壤微生物區(qū)系

我國(guó)商品棉產(chǎn)區(qū)連作種植現(xiàn)象普遍存在。在集約化種植條件下, 棉花(Buch.)長(zhǎng)期連作引起的連作障礙和枯、黃萎病等土傳病害有蔓延趨勢(shì), 已成為棉花種植業(yè)亟待解決的重大問題。連作障礙的本質(zhì)是土壤根際微生態(tài)系統(tǒng)失調(diào)或惡化[1]。目前化學(xué)農(nóng)藥大量使用引起的藥物殘留、污染環(huán)境、易使病原菌產(chǎn)生抗藥性積累等問題已不符合農(nóng)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展的要求。生物防治及生態(tài)調(diào)控因其環(huán)境友好、無(wú)藥物殘留, 有望從根本上防控土傳病害, 但防治效果與生防菌在土壤中的數(shù)量和定殖能力有關(guān)[2-4]。

目前, 生防放線菌對(duì)作物根域土壤微生態(tài)的影響和對(duì)作物的防病促生作用已有很多報(bào)道[5-8]。但在實(shí)驗(yàn)室有明顯抑菌作用的生防菌在盆栽和田間施用時(shí), 受生防制劑本身、病原物、寄主植物和環(huán)境因子(如土壤中營(yíng)養(yǎng)源、溫度、鹽濃度、滲透性及pH等)影響較大, 進(jìn)而導(dǎo)致其在土壤中的定殖能力和防病效果不穩(wěn)定[9]。而利用添加無(wú)機(jī)或有機(jī)物料作為生防菌的營(yíng)養(yǎng)和固定載體, 將幫助生防菌有效地在土壤中定殖, 使其形成優(yōu)勢(shì)種群, 協(xié)助生防菌達(dá)到更好的防治效果[10-11]。當(dāng)前使用較多的微生物載體有草炭、蛭石、硅藻土、海藻酸鈉等無(wú)機(jī)物料及菌糠、糞便等各種有機(jī)廢棄物等[12-15], 但也存在負(fù)面影響[11,16]。

生物炭(biochar)是生物質(zhì)在限氧條件下低溫裂解產(chǎn)生的穩(wěn)定富炭固體, 可用秸稈及木屑等農(nóng)林廢棄物生產(chǎn)[17-18], 具有發(fā)達(dá)的孔隙度、巨大的比表面積和較強(qiáng)的吸附養(yǎng)分的能力, 為土壤微生物提供棲息地, 能改善土壤微生物群落結(jié)構(gòu), 促進(jìn)微生物多樣性, 提高土壤微生物活性[19-20]。生物炭作為優(yōu)良的功能性微生物載體已受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。添加生物炭能增加土壤中菌根真菌[21]、固氮菌類群[22]及[23]、[24-26]等有益微生物的數(shù)量。但Aeron等[27]比較土壤、木炭、木屑和木屑土, 發(fā)現(xiàn)木屑土是PS1最有效的載體。因此需要對(duì)生物炭作為微生物載體的功能進(jìn)行深入研究。

研究表明生物炭可通過調(diào)控土壤微生態(tài)環(huán)境, 緩解連作障礙, 對(duì)部分植物及土傳病害有一定的防控作用[28-30], 但也存在一些爭(zhēng)議[31]。因此利用生防菌劑配施生物炭來緩解防控連作障礙和土傳病害已成為科研工作者研究的新方向[32]。那么生防菌配施棉稈炭對(duì)連作棉田土壤微生態(tài)影響如何？此方面的研究目前少見報(bào)道。因此, 研究配施棉稈炭對(duì)土壤中生防放線菌數(shù)量的影響, 及生防放線菌配施棉稈炭對(duì)連作棉田土壤微生態(tài)的影響具有重要意義。鑒于大田條件復(fù)雜多變, 難以精確控制, 本試驗(yàn)采用模擬法研究在施用一定生防放線菌的基礎(chǔ)上, 添加不同量的棉稈炭所引起的棉田連作土壤中生防放線菌和微生物區(qū)系的變化, 以探索生防菌配施棉稈炭對(duì)增加生防放線菌數(shù)量、提高其防病促生效果的可行性及技術(shù)措施, 為生防放線菌配施棉稈炭防治棉花土傳病害提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

棉稈炭由新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與農(nóng)業(yè)節(jié)水研究所提供。棉花秸稈在500 ℃厭氧條件處理3 h備用, 粉碎后過0.5 mm篩。棉稈炭粒徑()組成中, 0.25 mm<<0.5mm占52%,<0.25 mm占48%。其基本理化性質(zhì)為有機(jī)碳771.80 g·kg-1, 全氮15.72 g·kg-1, 全磷15.31 g·kg-1, 全鉀25.04 g·kg-1, pH 10.27, 電導(dǎo)率4.38 mS·cm-1。

供試土壤采自河北省景縣連作6年棉田。選取6個(gè)采樣點(diǎn), 采集棉花根區(qū)土0~20 cm耕層土壤, 風(fēng)干后混勻, 研磨過0.5 cm篩備用。

供試生防放線菌為編號(hào)25#的黃三素鏈霉菌()為西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院微生物資源研究室分離篩選, 對(duì)棉花黃萎病病原菌有較好抗性[33]。試驗(yàn)所用粉狀活菌制劑采用固態(tài)發(fā)酵、低溫烘干制備, 活菌數(shù)為5.3×109cfu·g-1。

1.2 方法

1.2.1 土壤接種模擬試驗(yàn)

試驗(yàn)設(shè)0 g·kg-1(CK)、25.0 g·kg-1、50.0 g·kg-1、100.0 g·kg-14個(gè)棉稈炭用量處理, 所有處理均接入25#生防菌劑, 接入量為 5.3×106cfu·g-1(干土)。

定量稱取100 g土樣, 按比例加入棉稈炭后置于300 mL廣口瓶中, 攪拌均勻后直接加入25#生防菌劑混勻。每個(gè)處理3次重復(fù)。每瓶加26 mL無(wú)菌水, 封口28 ℃培養(yǎng), 培養(yǎng)期間采用等重加水法使每瓶質(zhì)量相同, 培養(yǎng)15 d后將瓶?jī)?nèi)土壤充分混勻, 每瓶稱取10.0 g進(jìn)行土壤微生物數(shù)量測(cè)定及種類分析。

1.2.2 土壤微生物分離計(jì)數(shù)

不同處理土樣均采用稀釋平板涂抹法分離計(jì)數(shù)。細(xì)菌、真菌及放線菌所用培養(yǎng)基分別為牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基(BPA)、高氏1號(hào)培養(yǎng)基(GA)和馬鈴薯蔗糖培養(yǎng)基(PDA)[33]。為防止細(xì)菌生長(zhǎng), GA培養(yǎng)基中滅菌前加入1 g·L-1重鉻酸鉀至80mg·mL-1, PDA培養(yǎng)基中加入滅菌乳酸至終濃度為3 mL·L-1。細(xì)菌、放線菌及真菌分別于培養(yǎng)2~3 d、5~7 d及3~5 d后計(jì)數(shù); 再對(duì)單菌落的形態(tài)特征進(jìn)行觀察分析, 將皿內(nèi)形態(tài)特征完全相同菌落定為同一分類單元, 并將數(shù)量多、比例高(占總數(shù)的5%左右)的微生物定為優(yōu)勢(shì)菌。在對(duì)每種優(yōu)勢(shì)菌計(jì)數(shù)后挑取單菌落進(jìn)行純化、保藏、鑒定。

1.2.3 細(xì)菌菌種鑒定

對(duì)挑取的細(xì)菌, 根據(jù)形態(tài)特征結(jié)合16S rDNA序列分析進(jìn)行鑒定。采用酶解法提取細(xì)菌總DNA[34]。引物采用正向引物PA: 5′-AGAGTTTGATCCTGGC TCAG-3′; 反向引物PB: 5′-AAGGAGGTGATCCAG CCGCA-3′。擴(kuò)增條件: 94 ℃預(yù)變性4 min; 94 ℃變性1 min, 56 ℃退火1 min; 72 ℃延長(zhǎng)2 min, 變性到延長(zhǎng)30個(gè)循環(huán); 72 ℃延長(zhǎng)10 min, 4 ℃保存。擴(kuò)增產(chǎn)物膠純化后送南京金斯瑞生物技術(shù)有限公司進(jìn)行測(cè)序。將獲得序列與GenBank數(shù)據(jù)庫(kù)中序列進(jìn)行比對(duì)。

1.3 結(jié)果計(jì)算及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)中, 棉稈炭效應(yīng)(CK%)表示添加棉稈炭土壤中不同菌群的增幅;B(%)表示土壤中優(yōu)勢(shì)細(xì)菌占分離細(xì)菌總數(shù)的比例,A(%)表示土壤中小單孢菌、鏈霉菌、生防菌占分離放線菌總數(shù)的比例,F(%)表示土壤中優(yōu)勢(shì)真菌占分離真菌總數(shù)的比例, CB(%)表示添加棉稈炭土壤中優(yōu)勢(shì)細(xì)菌的增幅。所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)均利用SAS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析, 并采用Duncan’s 新復(fù)極差法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 生防菌劑配施棉稈炭對(duì)連作棉田土壤中微生物數(shù)量和比例的影響

由表1可知, 生防菌劑配施棉稈炭使連作棉田土壤中細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量顯著增加。與單施菌劑處理(CK)相比, 25.0 g·kg-1和100.0 g·kg-1棉稈炭配施處理土壤中細(xì)菌數(shù)量顯著增加7 103.8%和8 640.7%(<0.05)。真菌和放線菌數(shù)量隨棉稈炭添加量的增加比例逐漸增大。25.0 g·kg-1、50.0 g·kg-1和100.0 g·kg-1配施處理中真菌與放線菌數(shù)量分別顯著增加34.2%與75.5%、469.6%與165.1%和2 289.4% 366.3%(<0.05)。

表1 生防菌配施不同量棉稈炭對(duì)連作棉田土壤中微生物數(shù)量的影響

表中同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示不同處理差異達(dá)顯著水平(<0.05),CK%表示添加棉稈炭土壤相對(duì)于CK的細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量的增幅(%)。Values with different lowercase in the same column indicate significant difference at< 0.05.CK%indicates the increase percentages of populations of bacteria, fungi and actinomycetes due to adding cotton stalk biochar.

從表2看出, 生防菌劑配施棉稈炭連作棉田土壤中微生物組成有較大變化。與單施放線菌菌劑相比, 25.0 g·kg-1配施棉稈炭處理使土壤中細(xì)菌/真菌數(shù)量比(B/F)、放線菌/真菌數(shù)量比(A/F)和細(xì)菌/放線菌數(shù)量比(B/A)分別增加了5271.2%、30.8%和3996.0%, 50.0 g·kg-1配施棉稈炭處理使土壤中B/F和A/F分別減少了32.0%和53.4%, 而B/A增加了45.7%。100.0 g·kg-1配施棉稈炭處理使土壤中的B/F和B/A分別增加了266.0%和1 768.8%, 而A/F減少了80.5%。

2.2 生防菌劑配施棉稈炭對(duì)連作棉田土壤細(xì)菌類群分布的影響

從土壤中分離出的細(xì)菌種類和數(shù)量上來看, 主要以芽孢桿菌居多, 對(duì)其中5株數(shù)量較多的芽孢桿菌進(jìn)行分子鑒定(表3)。

表2 生防菌配施不同量棉稈炭對(duì)連作棉田土壤中3大微生物類群比例的影響

CK%表示與CK相比, 添加棉稈炭土壤中3大微生物類群比例增幅(%)。CK%indicates the increase percentages of ratios of the three major microorganism groups due to adding cotton stalk biochar.

表3 連作棉田土壤中優(yōu)勢(shì)細(xì)菌菌落形態(tài)特征及分子鑒定

由表4可知, 連作棉田土壤在添加生防菌劑后配施不同量棉稈炭改變了土壤中優(yōu)勢(shì)細(xì)菌的種類、數(shù)量及比例。單施生防菌劑土壤中YB1和YB3細(xì)菌分別占分離細(xì)菌總數(shù)的3.8%和3.8%。而添加棉稈炭使這2種優(yōu)勢(shì)細(xì)菌數(shù)量增加, 其中25.0 g·kg-1和100.0 g·kg-1棉稈炭處理使土壤中YB1和YB3數(shù)量分別較對(duì)照增加170.6倍、150.9倍和18.6倍、3.9倍, 均達(dá)到顯著水平(<0.05); 但50.0 g·kg-1棉稈炭處理YB1菌株數(shù)量增幅不大, YB3菌株數(shù)量甚至減少。YB5、YB6和YB7菌株在對(duì)照土壤中未檢出, 而25.0 g·kg-1、50.0 g·kg-1和100.0 g·kg-1棉稈炭處理中YB5菌株數(shù)量分別占分離細(xì)菌總數(shù)的5.1%、5.7%和7.4%; YB6菌株數(shù)量分別占分離細(xì)菌總數(shù)的6.7%、11.0%和3.2%; YB7菌株數(shù)量分別占分離細(xì)菌總數(shù)的4.1%、7.2%和2.8%。

表4 生防菌配施不同量棉稈炭連作棉田土壤中優(yōu)勢(shì)細(xì)菌數(shù)量及比例

表中同一株菌的同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示不同處理之間及處理與對(duì)照之間的差異達(dá)到顯著水平(<0.05),B表示土壤中優(yōu)勢(shì)細(xì)菌占分離細(xì)菌總數(shù)的比例,B表示添加棉稈炭土壤中優(yōu)勢(shì)細(xì)菌增加的倍數(shù)。Values with different lowercases in the same column of the same strain indicate significant differences< 0.05.Bindicates proportion of dominant bacteria to total bacteria in soil.Bindicates the increase rate of dominant bacteria due to adding cotton stalk biochar.

2.3 生防菌劑配施棉稈炭對(duì)連作棉田土壤放線菌類群分布的影響

由表5可以看出, 與單接生防菌劑相比, 所有棉稈炭配施處理均使土壤中小單孢菌和鏈霉菌數(shù)量分別增加25.3%~85.8%和44.4%~1 372.9%, 其中100.0 g·kg-1棉稈炭配施處理使小單孢菌、鏈霉菌數(shù)量分別較無(wú)炭對(duì)照顯著增加76.0%、1 372.9% (<0.05)。

由表5看出, 棉稈生物炭對(duì)接入的生防菌數(shù)量影響顯著。添加生物炭后, 土壤中生防放線菌黃三素鏈霉菌數(shù)量較無(wú)棉稈炭對(duì)照增加49.8%~2 672.8%, 并使該菌在可培養(yǎng)放線菌總數(shù)中所占比例達(dá)到49.4%。

表5 生防菌配施不同量棉稈炭連作棉田土壤中小單孢菌、鏈霉菌和接入生防菌(黃三素鏈霉菌)數(shù)量及比例

CK%表示添加棉稈炭土壤中小單孢菌、鏈霉菌、黃三素鏈霉菌的增幅(%),A表示土壤中小單孢菌、鏈霉菌、黃三素鏈霉菌占分離放線菌總數(shù)比例。CK%indicates the increase percentage of population ofsp.,sp. anddue adding cotton stalk biochar.Aindicates proportion ofsp.,sp. andto total actinomycetes in soil.

從比例來看, 棉稈炭配施處理使3種放線菌占分離放線菌總數(shù)的比例與數(shù)量呈現(xiàn)不同變化。與單施生防菌劑相比, 棉稈炭處理使小單孢菌占放線菌分離總數(shù)比例為8.6%~16.2%, 始終低于對(duì)照, 且比例隨棉稈炭用量的增加比例降低。25.0 g·kg-1和50.0 g·kg-1棉稈炭配施處理使鏈霉菌占放線菌分離總數(shù)比例分別為16.6%和17.5%, 分別較對(duì)照降低了17.4%和12.9%; 而100.0 g·kg-1棉稈炭配施處理的比例為63.5%, 較對(duì)照增加215.9%。25.0 g·kg-1棉稈炭配施處理使25#菌劑(黃三素鏈霉菌)占放線菌分離總數(shù)比例為7.1%, 較對(duì)照降低; 而100.0 g·kg-1棉稈炭配施處理使這一比例為49.4%, 顯著高于對(duì)照。

2.4 生防菌劑配施棉稈炭對(duì)連作棉田土壤真菌類群分布的影響

從土壤中分離出的真菌種類和數(shù)量上來看, YF1、YF2和YF3菌株檢出數(shù)量大部分超過分離菌株總數(shù)的5%, 為連作棉田土壤中優(yōu)勢(shì)真菌菌群。經(jīng)菌落和孢子形態(tài)特征初步鑒定這3株菌分別為米曲霉、黑曲霉和木霉。由表6、表7可知, 生防菌劑配施棉稈炭改變了連作棉田土壤中優(yōu)勢(shì)真菌的數(shù)量及比例。與單施生防菌劑相比, 除50.0 g·kg-1棉稈炭配施處理使YF2數(shù)量減少外, 25.0 g·kg-1、50.0 g·kg-1和100.0 g·kg-1棉稈炭配施處理均使土壤中3種優(yōu)勢(shì)真菌數(shù)量增加, 其中100.0 g·kg-1棉稈炭配施處理分別顯著增加455.5%、244.8%和8 936.1%(<0.05)。但這3株優(yōu)勢(shì)真菌在分離真菌中所占的比例總體上隨棉稈炭施入量的增加而減少, 這有可能是棉稈炭增加了土壤中真菌總數(shù)所致。

表6 連作棉田土壤中優(yōu)勢(shì)真菌菌落形態(tài)特征

表7 生防菌配施不同量棉稈炭連作棉田土壤中優(yōu)勢(shì)真菌數(shù)量及比例

CK%表示添加棉稈炭土壤中米曲霉、黑曲霉和木霉數(shù)量的增幅(%),F表示土壤中優(yōu)勢(shì)真菌占分離真菌總數(shù)的比例。CK% indicates the increase percentage of population of,,due to adding cotton stalk biochar.Findicates proportion of dominant fungi to total fungi in soil.

3 討論

生防放線菌由于耐受性差、生長(zhǎng)緩慢等特點(diǎn)并不利于發(fā)展活體制劑, 且制備中存在不易繁殖, 產(chǎn)孢量低, 或多代繁殖后防治效果下降等問題。其生防活性在防治過程中也容易受到環(huán)境和營(yíng)養(yǎng)因素的影響, 存在穩(wěn)定性和持效性較差等問題[35]。因此選擇合適的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、載體或與其他肥料配施從而發(fā)揮最大的生防活性將成為生防放線菌應(yīng)用的關(guān)鍵問題。

目前常用泥炭、蛭石等無(wú)機(jī)礦物質(zhì)作為生防菌的載體, 但這些物質(zhì)存在儲(chǔ)量有限、分布不均及開采過程容易引起環(huán)境問題[11]。有機(jī)營(yíng)養(yǎng)載體也存在有害生物的影響、重金屬和鹽分的積累、抗生素的殘留等負(fù)面作用[16]。生物炭為秸稈、稻殼、竹木和動(dòng)物糞便等有機(jī)廢棄物料在限氧或絕氧條件下, 通過300~700 ℃高溫裂解而來[18], 由于生產(chǎn)原料來源廣泛, 近些年來作為一種新型生防菌載體材料而被人們所關(guān)注。雖然生物炭結(jié)構(gòu)中的苯環(huán)有很高的穩(wěn)定性, 但其中脂肪族和氧化態(tài)碳物質(zhì)易于腐解, 且本身含有大量N、P、K、Ca、Mg等可利用養(yǎng)分, 可能被微生物分解利用[36-37]; 但也有研究表明作為碳源或基質(zhì), 生防真菌木霉菌對(duì)生物炭的利用效果沒有葡萄糖、乳糖和淀粉的效果好[38]; 有些生物炭甚至還可能對(duì)微生物繁殖具有潛在抑制作用[39]。此外由于生物炭具有多孔性, 能夠?yàn)槲⑸锷嫣峁└街稽c(diǎn)和較大空間, 可作為植物益生菌或其他微生物的良好載體[25,40-41]; 其較強(qiáng)的吸附性, 可以吸附土壤中的養(yǎng)分, 給生防菌提供良好的生存環(huán)境[42-43]。本研究表明生防放線菌與棉稈炭配施能改善連作棉田土壤微生物群落結(jié)構(gòu), 增加生防放線菌黃三素鏈霉菌的數(shù)量。因此棉稈炭可以作為生防放線菌良好的載體, 具有較大的生防潛力。但生物炭的種類、不同條件制備的生物炭及生物炭的添加量等因素均影響生物炭作為微生物載體的應(yīng)用效果[25,42,44]。與單施生防放線菌的對(duì)照相比, 施入棉稈炭使土壤中生防放線菌黃三素鏈霉菌的數(shù)量增加。由于施入棉稈炭使土壤pH增高, 而生防放線菌數(shù)量隨棉稈炭施入量增加而增加, 推測(cè)原因可能由于生防放線菌在偏堿性環(huán)境下也能生長(zhǎng)良好, 故能明顯提高棉稈炭高施用量條件下生防菌的數(shù)量。

同時(shí)生物炭的輸入也改變了單接生防菌劑土壤中微生物菌群的變化, 生物炭的施用量對(duì)土壤中細(xì)菌、放線菌和真菌數(shù)量有顯著的影響。武愛蓮等[45]研究表明在5~60 g·kg-1玉米秸稈生物炭范圍內(nèi), 能顯著增加土壤中細(xì)菌的數(shù)量, 增幅隨其用量的增加而增加; 但顧美英等[46]的研究表明土壤中細(xì)菌、放線菌和真菌數(shù)量隨生物炭施入量的增加呈先增加后減少的趨勢(shì)。本研究表明, 與單施生防菌的對(duì)照相比, 配施棉稈炭也顯著提高了連作棉田土壤中細(xì)菌、放線菌和真菌數(shù)量, 且有隨棉稈炭加入量增加呈增加-降低-增加的趨勢(shì)。100.0 g·kg-1施入量微生物數(shù)量增幅明顯, 可能是土壤中生防放線菌數(shù)量的顯著增加, 抑制了土傳病原菌的數(shù)量, 土壤環(huán)境得到改善, 微生物數(shù)量也隨之增加, 但這個(gè)高施用量對(duì)棉花的生長(zhǎng)是否有影響, 還需進(jìn)行棉花種植試驗(yàn)驗(yàn)證。生防菌劑配施棉稈炭處理使土壤中細(xì)菌和放線菌數(shù)量較真菌數(shù)量相對(duì)增加, 細(xì)菌/真菌數(shù)量比(B/F)和放線菌/真菌數(shù)量比(A/F)隨棉稈炭施入量的增加而降低, 對(duì)微生物群落結(jié)構(gòu)有明顯的調(diào)節(jié)作用, 使連作棉田土壤向細(xì)菌性土壤轉(zhuǎn)變, 但這種變化是否是由生防菌數(shù)量增高引起, 還是生物炭的作用, 還需設(shè)置不施生防菌和不施棉稈炭的對(duì)照來進(jìn)一步說明。

此外生防菌劑配施棉稈炭對(duì)不同的微生物種類也有不同的影響。本研究連作棉田土壤經(jīng)生防菌劑配施棉稈炭共分離得到5株優(yōu)勢(shì)細(xì)菌, 均為芽孢桿菌屬()。其中菌數(shù)量隨棉稈炭施入量增加而增加,菌數(shù)量則減少, 其余3株則呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)。芽孢桿菌是植物病害生防微生物的重要組成部分, 具有顯著的生防潛力, 它可以防治多種植物病害[47-49]。而蠟狀芽孢桿菌()在3種濃度梯度棉稈炭處理的土壤中均有分離得到, 而在對(duì)照土壤中未檢出。有學(xué)者指出蠟樣芽孢桿菌對(duì)作物有防病、促生及殺菌作用[50-51]。隨棉稈炭施入量增加, 放線菌中小單孢菌數(shù)量及比例降低, 但鏈霉菌及接入生防菌劑的數(shù)量及比例增加。真菌中益生木霉數(shù)量也有所增加。由此推斷在施用生防菌劑的基礎(chǔ)上配施一定比例棉稈炭可促進(jìn)土壤中有益細(xì)菌、放線菌和真菌的數(shù)量與比例。這些是否對(duì)緩解棉花連作障礙有積極影響, 要對(duì)病原菌數(shù)量和優(yōu)勢(shì)微生物做深入分析。由于本研究為土壤培養(yǎng)試驗(yàn), 缺少作物根系的影響, 還需進(jìn)行田間試驗(yàn)驗(yàn)證。

4 結(jié)論

生防放線菌配施棉稈炭對(duì)連作棉田土壤中微生物區(qū)系有顯著影響。與單施生防放線菌菌劑的處理相比, 土壤中生防放線菌數(shù)量隨著棉稈炭施用量增加而顯著增加, 棉稈炭具有作為生防放線菌良好載體的潛力。同時(shí)生防放線菌配施棉稈炭也顯著提高了連作棉田土壤中微生物的數(shù)量且改變了優(yōu)勢(shì)微生物數(shù)量和比例, 尤其提高了細(xì)菌中芽孢桿菌的數(shù)量和所占的比例; 100.0 g·kg-1棉稈炭與菌劑配施使土壤中鏈霉菌的數(shù)量及比例顯著高于對(duì)照, 但使小單孢菌的數(shù)量降低。由此可以看出, 生防放線菌配施棉稈炭能提高連作棉田土壤中生防放線菌的數(shù)量, 增強(qiáng)生防菌制劑的防病促生作用, 改善連作棉田土壤微生物群落結(jié)構(gòu), 在防控棉花連作障礙上具有較大的應(yīng)用潛力。

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Effect of cotton stalk biochar application on soil microflora of continuous cotton cropping under use of antagonistic actinomycetes*

MA Yunyan1, XU Wanli2, TANG Guangmu2, GU Meiying3**, XUE Quanhong4**

(1. College of Life Sciences, Northwest A&F University, Yangling 712100, China; 2. Institute of Soil, Fertilizer & Agricultural Water Saving, Xinjiang Academy of Agricultural Sciences, Urumqi 830091, China; 3. Institute of Microbiology, Xinjiang Academy of Agricultural Sciences, Urumqi 830091, China; 4. College of Natural Resources and Environment, Northwest A&F University, Yangling 712100, China)

As an important cash crop, cotton usually continuously cropped for a long-term, which causes an imbalance of soil microbial ecology, incidence of soil-borne disease increase, yield and quality decline, preventing the healthy development of cotton industry. Biochar application can increase soil microbe activity due to its higher porosity, huge specific surface area and ability of nutrient absorption. Biocontrol agents have been found to be effective in adjusting soil environment, alleviating continuous cropping obstacles and controlling soil-borne diseases.However, it is not clear how the biochar affects soil microbe of continuously cropped cotton field under the application of the biocontrol agent of antagonistic actinomycetes. In this paper, a lab incubation experiment was conducted to study the effects of cotton stalk biochar application on soil microflora of continuous cotton cropping under use of antagonistic actinomycetes. Based on antagonistic actinomycetes application, the experiment was designed in 4 treatments of biochar rate — 0 g·kg-1(control), 25.0 g·kg-1, 50.0 g·kg-1and 100.0 g·kg-1. The soil microflora was investigated after 15 days of incubation. The results showed that: 1) cotton stalk biochar influenced soil microflora under the application of antagonistic actinomycetes. Compared with control, cotton stalk biochar significantly increased the number of bacteria, actinomycetes and fungi in the soil. Applications with 25.0 g·kg-1biochar increased bacteria/fungi (B/F) and actinomycetes/fungi (A/F) by 5 271.2% and 30.8% (< 0.05), respectively. 2) The number ofantagonistic actinomycetes significantly increased with increasing application of cotton stalk biochar. Applications with 100.0 g·kg-1biochar into the soil significantly increased antagonistic actinomycete population by 2 672.8% (< 0.05). Cotton stalk carbon served as a potential carrier of biocontrol actinomycetes. 3) Antagonistic actinomycetes with cotton stalk biochar changed the number and proportion of dominant microorganisms in the soil, and especially improved the number and proportion of. The number and proportion ofunder the treatment with 100.0 g·kg-1biochar into the soil were significantly higher than those of control treatment, while the number and proportion ofwere lower. The number of,andincreased while the proportions decreased. Therefore, the application of antagonistic actinomycetes and cotton stalk biochar increased the number of biocontrol agent and enhanced disease-controlling and growth-promoting abilities of antagonistic actinomycete, and also improved the structure of soil microbial community. It was concluded that the application of antagonistic actinomycetes and cotton stalk biochar had the potential to alleviate the adverse effects of continuous cropping cotton.

Cotton stalk biochar; Antagonistic actinomycete; Continuous cropping cotton; Soil microflora

10.13930/j.cnki.cjea.160583

S154; S144

A

1671-3990(2017)03-0400-10

2016-06-30 接受日期: 2016-08-19

* 公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目(201503136)、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31460148, 41261065, 41261059)、新疆維吾爾自治區(qū)科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(201431108)和新疆維吾爾自治區(qū)優(yōu)秀青年科技人才培養(yǎng)項(xiàng)目(qn2015yx024)資助

* Supported by the Special Fund for Agro-scientific Research in the Public Interest in China (201503136), the National Natural Science Foundation of China (31460148, 41261065, 41261059), Xinjiang Key Technology Support Program (201431108) and the Training Project for Outstanding Young Scholars of Xinjiang (qn2015yx024)

** Corresponding author, XUE Quanhong, E-mail: xuequanhong123@163.com; GU Meiying, E-mail: gmyxj2008@163.com

**通訊作者:薛泉宏, 主要從事微生物資源利用研究, E-mail: xuequanhong123@163.com; 顧美英, 主要從事土壤微生物生態(tài)方面的研究, E-mail: gmyxj2008@163.com

馬云艷, 主要從事微生物資源利用研究。E-mail: mayunyan0311@163.com

Jun. 30, 2016; accepted Aug. 19, 2016