生物炭對不同連作年限棉田土壤微生物數(shù)量的影響

韓光明++陳全求++張淑芳++李國榮++張勝昔++藍家樣

摘要：通過盆栽試驗并利用生物炭技術研究了湖北潛江周磯農場不同連作年限棉田土壤的微生物情況，采用平板稀釋法分別在苗期、蕾期、花鈴期和吐絮期對土壤細菌、真菌和放線菌數(shù)量進行測定。結果表明，添加生物炭處理可有效提高不同連作年限棉田細菌、真菌和放線菌的數(shù)量，而20 t/hm2（C1）生物炭處理可有效提高細菌和放線菌的數(shù)量，40 t/hm2（C2）生物炭處理可更有效提高真菌數(shù)量。從不同生育時期來看，苗期微生物數(shù)量最少，在蕾期和花鈴期是微生物數(shù)量繁殖的高峰期，吐絮期微生物數(shù)量開始下降。

關鍵詞：生物炭；連作；棉田；微生物數(shù)量

中圖分類號：S562.061 文獻標識碼：A 文章編號：2095-3143（2017）05-0007-06

DOI：10.3969/j.issn.2095-3143.2017.05.002

0 引言

中國四大棉區(qū)除長江、黃河流域進行麥后、油后棉輪作外[1-3]，其他棉區(qū)長期進行棉花連作生產，特別是新疆棉區(qū)，而長期連作引起土壤養(yǎng)分失調、微生物數(shù)量和多樣性降低、病蟲害加劇發(fā)生，同時也會導致棉花產量和品質持續(xù)下降[4-6]，這些也嚴重制約中國棉花產業(yè)和棉紡業(yè)的健康發(fā)展。生物炭作為生物友好型活性物質，具有多孔性、芳香烴等化合物，且具有極強的吸水、吸肥和抗氧化能力，在土壤改良及其微生態(tài)調控，生物炭的這些特性改善了土壤微生物的生存環(huán)境，減少了微生物的競爭，從而起到保護土壤有益微生物的作用[7-11]。本研究利用生物炭技術對湖北潛江棉區(qū)不同連作年限棉田進行了處理，以期尋求緩解棉田連作障礙的有效途徑。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗于2014年5月在湖北省農業(yè)科學院經濟作物研究所進行，品種選用雜交棉C111，采用盆栽試驗；試驗盆的上口直徑為40 cm，底直徑為20 cm，盆高為27 cm。生物炭由山東豐本生物科技有限公司提供，其理化性質見表1。土壤采自湖北省潛江市周礬鎮(zhèn)棉區(qū)，土壤類型為灰潮土，耕層為沙壤土，4種連作年限分別為2年、6年、11年和14年。生物炭設置3個用量梯度，分別為C0（0 t/hm2）、C1（20 t/hm2）和C2（40 t/hm2），分別為土壤干基重的0%、1.538% 和 3.077%。生物炭與土壤充分混合，每盆裝7.5 kg。栽入雜交棉C111，每盆兩株，緩苗后保留1株，每個處理30盆。每盆施入等量N、P、K，施入量為8 g/盆，整個生育期不追肥，采用隨機區(qū)組排列。

1.2 試驗方法

1.2.1 土樣的采集

于棉花苗期、蕾期、花鈴期和吐絮期四個生育時期，分別隨機采集連作2年、6年、11年和14年各處理土壤樣品，每個處理5盆，取樣深度為0～15 cm，將5個土壤樣品混勻后取100 g放入無菌袋中，4℃冰箱保存，用于微生物傳統(tǒng)培養(yǎng)。

1.2.2 土壤微生物的平板培養(yǎng)

細菌采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、真菌采用孟加拉紅-馬丁式培養(yǎng)基、放線菌采用改良的高氏Ⅰ號培養(yǎng)基。分離細菌、真菌、放線菌采用平板涂抹法：用移液器吸取100 μL的土壤稀釋液于平板中央，然后用涂布器將稀釋液在平板上涂抹均勻。分離細菌選用的稀釋度為10-5、l0-6、10-7，于37℃恒溫培養(yǎng)1～3 d，選取10-6稀釋度計數(shù)；分離真菌選用稀釋度為10-2、10-3、10-4，于25℃恒溫培養(yǎng)7 d，選取10-3稀釋度計數(shù)；分離放線菌選用稀釋度為10-3、10-4、10-5，于28℃恒溫培養(yǎng)4 d，選取10-5稀釋度計數(shù)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用 IBM SPSS Statistics 19.0進行統(tǒng)計分析，單因素方差分析（One way ANOVA），對處理間顯著性差異進行比較（p<0.05），利用Micosoft Excel 2016 進行數(shù)據(jù)整理和作圖。

2 結果與分析

2.1 生物炭對不同連作年限棉田苗期土壤微生物的影響

在苗期，隨著連作年限增加，細菌的數(shù)量在明顯下降，添加生物炭處理可提高不同連作年限的細菌數(shù)量（圖1-a），但差異不顯著；真菌數(shù)量未添加生物炭處理C0在各連作年限間變化不大，添加生物炭處理顯著提高了連作2年、6年和11年真菌的數(shù)量，除連作2年表現(xiàn)為處理C1顯著高于C0和C2外，連作6年和11年C2處理顯著高于C1和C0，處理C1和C0間差異不顯著（p<0.05），連作14年雖然添加生物炭處理增加了真菌的數(shù)量，但各處理間差異不顯著（圖1-b）；放線菌表現(xiàn)為先升高后下降的趨勢，生物炭處理沒有提高放線菌的數(shù)量，反而添加生物炭處理后，放線菌的數(shù)量有一定的下降，在連作14年還表現(xiàn)為C0>C1>C2（圖1-c），說明放線菌對外源添加的生物炭有一定的排斥作用，特別生物炭濃度越高這種排斥作用越明顯。

通過單變量主體間因子分析發(fā)現(xiàn)，連作2年和6年細菌數(shù)量顯著高于連作11年和14年，而添加生物炭處理間差異不顯著；真菌數(shù)量表現(xiàn)為連作6年和11年顯著高于連作14年，生物炭處理間為C1和C2處理顯著高于C0處理；放線菌數(shù)量則為連作2年、6年、11年棉田顯著高于連作14年棉。

2.2 生物炭對不同連作年限棉田蕾期土壤微生物的影響

在蕾期，細菌、真菌、放線菌的數(shù)量隨連作年限增加，呈下降趨勢。同苗期比較，微生物總體數(shù)量呈指數(shù)性增長。細菌數(shù)量在生物炭處理間及不同連作年限間差異不顯著（圖2-a）；真菌雖然表現(xiàn)為添加生物炭處理增加了其數(shù)量，但連作2年、6年、11年表現(xiàn)不顯著，而連作14年則表現(xiàn)為C1>C2>C0（圖2-b）；放線菌在連作11年時生物炭處理間為C1>C2>C0（圖2-c）。

通過單變量主體間因子分析發(fā)現(xiàn)，細菌在不同連作年限間及不同濃度生物炭處理間差異均不顯著；真菌數(shù)量連作2年顯著高于連作14年，但與連作6年和11年差異不顯著，生物炭處理要顯著高于對照C1>C2>C0；放線菌數(shù)量連作2年顯著高于連作14年，但生物炭處理間差異不顯著。endprint

2.3 生物炭對不同連作年限棉田花鈴期土壤微生物的影響

在花鈴期，細菌和放線菌數(shù)量隨連作年限增加呈下降趨勢，而真數(shù)量則表現(xiàn)為先升高后下降的趨勢。細菌表現(xiàn)為添加生物炭處理可以明顯提高其數(shù)量，但還未達顯著水平，且從圖3-a中可看出，C1生物炭的用量效果較好；真菌數(shù)量在連作14年表現(xiàn)為添加生物炭處理顯著高于對照C1>C2>C0，并且C1處理顯著高于C2；放線菌在生物炭處理連作2年和6年中未見明顯差異，但在連作11年和14年中存在顯著差異，表現(xiàn)為生物炭處理C1顯著高于C0和C2處理。

通過單變量主體間因子分析發(fā)現(xiàn)，棉田連作2年細菌數(shù)量顯著高于連作14年，而與連作6年和11年無顯著差異；棉田連作2年真菌數(shù)量顯著高于連作11年和14年，生物炭處理則表現(xiàn)為處理C1顯著大于C0和C2，處理C0和C2間差異不顯著（p<0.05）；放線菌數(shù)量不同連作年限間表現(xiàn)為2Y>6Y>11Y>14Y，且連作年限間均呈顯著正相關，生物炭處理則C1>C2>C0，處理C1顯著高于C2和C0。

2.4 生物炭對不同連作年限棉田吐絮期土壤微生物的影響

吐絮期，細菌、真菌、放線菌數(shù)量較蕾期和花鈴期顯著下降，并且不同連作年限間生物炭處理均為添加生物炭處理C1和C2顯著高于對照C0。

通過單變量主體間因子分析發(fā)現(xiàn)，棉田連作2年細菌數(shù)量顯著高于連作14年，但與連作6年和11年無顯著差異，表現(xiàn)處理C1顯著高于C2，處理C2顯著高于C0；真菌數(shù)量隨連作年限增加呈先上升后下降的趨勢，且連作2年棉田真菌數(shù)量顯著高于連作11年和14年，從不同連作年限整體來看，表現(xiàn)為C2>C1>C0，且呈顯著正相關（p<0.05）；放線菌數(shù)量隨連作年限延長呈緩慢下降的趨勢，連作2年顯著高于連作11年和14年，與連作6年無顯著差異，連作6年與連作11年和14年差異不顯著，整體來看，表現(xiàn)為C1>C2>C0，且均呈顯著正相關（p<0.05）。

3 結論與討論

連作障礙是很多科學家和棉農亟待解決的問題，本研究通過生物炭技術對湖北潛江周磯農場不同連作年限棉田進行了生物炭處理，在棉花苗期、蕾期、花鈴期和吐絮期進行了微生物數(shù)量測定，種群結構和功能多樣性的測定（數(shù)據(jù)另文發(fā)表），結果發(fā)現(xiàn)，添加生物炭處理可以有效提高連作棉田的微生物數(shù)量，且在連作14年時添加生物炭處理顯著高于對照，除真菌外，均表現(xiàn)為C1>C2>C0。生物炭處理C2可以有效地提高真菌數(shù)量。從不同生育時期來看，苗期微生物數(shù)量最少，在蕾期和花鈴期是微生物數(shù)量繁殖的高峰期，吐絮期微生物數(shù)量開始下降。生物炭能夠提高連作棉田土壤微生物數(shù)量可能和它多孔的特性有關，也可能與生物炭本身含有各種炭化合物有關，為微生物生長和繁殖提供了可利用的棲息場所和炭源。棉花連作是個大課題，不能僅僅通過生物炭處理后測定了微生物的動態(tài)變化來說明其緩解連作障礙的效果，還需通過測定土壤酶活性、土壤微生物結構和功能多樣性等指標進行考量[12]，而且需要通過開展長期定位試驗來驗證。

參考文獻

[1] 薛中立， 金以龍， 彭振， 等. 江漢平原棉區(qū)油后棉花新品種中棉所87高效種植模式及其栽培技術規(guī)程[J]. 農業(yè)科技通訊，2015（8）：206-207.

[2] 王瑩瑩， 周鑫， 李蔚， 等. 長江流域棉花油后直播關鍵栽培技術[J]. 棉花科學，2014，36（4）：63-66.

[3] 伊黎， 陳曉偉， 李蔚， 等. 麥后棉直播對產量及農藝性狀的影響[J]. 湖北農業(yè)科學， 2015， 54（20）：4948-4950.

[4] 張亞楠， 王興祥， 李孝剛， 等. 連作對棉花抗枯萎病生理生化特性的影響[J]. 生態(tài)學報， 2016， 36（14）：4456-4464.

[5] 陳一峰， 高亞楠， 朱杰， 等. 新疆棉花長期連作對土壤真菌群落結構組成的影響[J]. 中國生態(tài)農業(yè)學報，2015，23（1）：80-86.

[6] 韓光明， 詹先進， 藍家樣，等. 棉花連作對土壤質量的影響[J]. 湖北農業(yè)科學， 2013， 52（24）：5962-5965.

[7] 韓光明， 孟軍， 曹婷， 等. 生物炭對菠菜根際微生物及土壤理化性質的影響[J]. 沈陽農業(yè)大學學報，2012， 43（5）：515-520.

[8] 谷思玉， 李欣潔， 魏丹， 等. 生物炭對大豆根際土壤養(yǎng)分含量及微生物數(shù)量的影響[J]. 大豆科學， 2014，33（3）：393-397.

[9] 韓光明， 劉東， 孫世清， 等. 生物炭對不同連作年限棉田棉花光合特性的影響[J]. 湖北農業(yè)科學， 2015，54（24）：6202-6206.

[10] 顧美英， 徐萬里， 唐光木， 等. 生物炭對灰漠土和風沙土土壤微生物多樣性及與氮素相關微生物功能的影響[J]. 新疆農業(yè)科學，2014，51（5） ：926-934.

[11] 韓光明， 藍家樣， 陳溫福， 等. 生物炭及其對土壤環(huán)境的影響[J]. 安徽農業(yè)科學， 2014， 42（31）：10941-10943.

[12] 劉瑜， 梁永超， 褚貴新， 等. 長期棉花連作對北疆棉區(qū)土壤生物活性與酶學性狀的影響[J]. 生態(tài)環(huán)境學報，2010， 19（7）：1586-1592.endprint