不同枯草芽孢桿菌用量對植煙土壤養(yǎng)分含量的影響

楊超才，朱列書，李迪秦，劉 卉，龔湛武，蔣 楠，劉依蕓

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

【研究意義】枯草芽孢桿菌(Bacillussubtilis)屬于好氧型革蘭氏陽性桿狀細菌，分布廣泛，可以分泌多種酶和抗生素，它具有無致病性、環(huán)境零污染、顯著抗菌活性以及極強抗逆性等優(yōu)點[1-2]，枯草芽孢桿菌能活化土壤養(yǎng)分，防止土壤板結(jié)，抑制土壤殘留的病菌，促進植物種子、幼苗的生長發(fā)育，增強根系活力[3]，用途十分廣泛。【前人研究進展】有研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)枯草芽孢桿菌處理后，可以提高植物根圍土壤細菌多樣性指數(shù)和豐富度指數(shù)，促進放線菌的生長，抑制真菌生長，提升土壤細菌群落結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性[4-6]?？瞪佥x等[3]研究發(fā)現(xiàn)，施用枯草芽孢桿菌可在一定程度上提高黃瓜苗期長勢和質(zhì)量。在和烤煙有關(guān)的研究中發(fā)現(xiàn)，配施枯草芽孢桿菌有機肥使植煙土壤中的有機質(zhì)、速效磷、速效鉀和全鉀含量均得到了提高，還增長了土壤細菌、放線菌的數(shù)量，減少了真菌的數(shù)量；同時配施枯草芽孢桿菌有機肥還能改善煙葉上部葉和下部葉烤煙化學(xué)成分協(xié)調(diào)性和煙葉的抽吸品質(zhì)，有利于烤煙產(chǎn)量的提高[7]；研究表明枯草芽孢桿菌不僅可以提高煙葉中致香物質(zhì)的總量，削減煙葉中的不良成分，還能對煙葉發(fā)酵產(chǎn)生有益影響，從整體上提高煙葉的感官品質(zhì)[8]。在枯草芽孢桿菌的應(yīng)用研究中，前人的研究主要是將枯草芽孢桿菌作為常用的一類生防菌，用于防治一些植物常見病害，如番茄青枯病[9]，煙草花葉病[10]和黃瓜白粉病[11]等?！颈狙芯壳腥朦c】枯草芽孢桿菌在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)時的應(yīng)用較廣，主要是防治土傳病害、改善土壤根際微環(huán)境，部分菌種的枯草芽孢桿菌具有促進秸稈腐解和解磷的作用。但是枯草芽孢桿菌對土壤養(yǎng)分的含量研究較少。【擬解決的關(guān)鍵問題】因此，本試驗通過研究枯草芽孢桿菌不同用量對植煙土壤養(yǎng)分的影響，旨在探索施用枯草芽孢桿菌后對土壤的正負效應(yīng)，以期提高土壤有效養(yǎng)分含量，并為枯草芽孢桿菌在烤煙生產(chǎn)中的實際應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

本試驗在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)耘園基地進行，參試品種為K326(中國煙草中南農(nóng)業(yè)試驗站提供)，試驗土壤選取煙稻輪作土壤，施肥前土壤基本養(yǎng)分情況如表1。煙株于3月23日移栽，田間株距為50 cm，田壟間距為120 cm，施氮量為耘園基地?zé)煵莘N植常規(guī)用量105 kg/hm2(煙草專用復(fù)合肥由湖南金葉眾望科技股份有限公司生產(chǎn))。試驗設(shè)計為單因素隨機區(qū)組試驗，在常規(guī)施用基肥的基礎(chǔ)上，通過添加枯草芽孢桿菌(河北滄州興業(yè)生物有限公司提供)不同施用量作為因子，設(shè)4個處理，分別是CK(不添加枯草芽孢桿菌，即0 kg/hm2)、T1(添加枯草芽孢桿菌15 kg/hm2)、T2(添加枯草芽孢桿菌30 kg/hm2)、T3(添加枯草芽孢桿菌45 kg/hm2)，每個處理設(shè)置3個重復(fù)，共12個小區(qū)，小區(qū)面積45 m2，枯草芽孢桿菌(枯草芽孢桿菌數(shù)量均≥1×109/g)添加方法為，將稱好的不同枯草芽孢桿菌用量添加至基施肥料，混勻后穴施，除此以外，所有田間管理均按照耘園基地標準化栽培措施進行。

1.2 測定項目與方法

1.2.1 土壤樣品采集方法 分別在移栽后30、45、60、75 d以及終采以后采用五點取樣法采集每個小區(qū)煙株半徑10 cm左右、15～20 cm土層土壤，并將之混合均勻成為一份土壤樣品，用無菌自封袋裝好，每次每小區(qū)采集1 kg左右土壤，在無陽光直射下自然風(fēng)干、研磨剔除雜物以及煙株殘根后，過篩待測。

1.2.2 土樣測定方法 堿解氮采用堿解擴散法測定，速效磷采用碳酸氫鈉法，利用分光光度計(型號為Alpha1506，上海譜元儀器有限公司)測定，速效鉀采用火焰光度法，利用火焰光度計(型號為FP640，上海精科儀器有限公司)測定，有機質(zhì)采用水合熱重鉻酸鉀氧化—比色法。

1.3 數(shù)據(jù)處理分析

利用Excel 2007 整理數(shù)據(jù)，利用SPSS22.0進行方差分析，多重比較采用Duncan法，相關(guān)分析采用Pearson法，利用R語言(vegan程序包)進行主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 枯草芽孢桿菌對植煙土壤堿解氮含量的影響

土壤中的堿解氮是煙草生長發(fā)育所必需的易被吸收利用的重要營養(yǎng)元素[12]。從表2可以看出，在施用枯草芽孢桿菌后，各處理不同時期堿解氮含量與CK存在一定差異。在移栽后30 d，堿解氮含量表現(xiàn)為：T3>CK>T2>T1，但無顯著差異。在移栽后45 d，施用枯草芽孢桿菌的土壤堿解氮含量相比移栽后30 d有所升高，而CK的堿解氮含量略有下降，該時期施用枯草芽孢桿菌處理與CK相比，堿解氮含量增加13.6 % ～ 25.3 %，T2處理與CK差異達顯著水平，T1、T2與T3之間差異較小。移栽后60 d，各處理間土壤堿解氮含量無顯著差異，從45～60 d，正是煙株完全進入旺長期的時間，施用枯草芽孢桿菌的處理在這段時間堿解氮含量分別下降了1.4 %、13.9 %、3.1 %，CK的堿解氮含量反而上升了11.5 %，可能是由于施用枯草芽孢桿菌處理在煙株旺長期提高了煙葉吸收堿解氮的能力。移栽后75 d，各處理堿解氮含量無顯著差異，與60 d相比，含量均上升了。終采以后，土壤中堿解氮含量以CK最低，與T3處理差異顯著，施用枯草芽孢桿菌處理間差異較小，與CK相比，含量增加了23.1 %～37.6 %。從各處理在各個時段堿解氮含量變化來看，T1和T2均呈升高降低再升高再降低的趨勢，T3為先升高再降低再升高的趨勢，CK是先降低再升高再降低的趨勢，不同處理變化趨勢也不相同。

表1 供試土壤基本理化性質(zhì)

表2 不同處理不同時期土壤堿解氮含量

注：不同小寫字母表示差異在0.05顯著水平，下同。

Note : Different lowercase letters represent the significant at 0.05 probability level. The same as below.

2.2 枯草芽孢桿菌對植煙土壤速效磷含量的影響

土壤速效磷是可以被植物直接吸收和利用的磷素，是體現(xiàn)土壤供磷能力的重要指標[13]。在表3可以看出，在移栽30 d后，土壤中速效磷的含量大小表現(xiàn)為：T3>T2>T1>CK，處理間沒有顯著差異。移栽后45 d，各處理之間無顯著性差異，所有處理相比較移栽后30 d速效磷含量均下降了，T3處理下降幅度最大，達到25.4 %。移栽后60 d，施用枯草芽孢桿菌處理的速效磷含量與CK相比較增加了11.4 % ～ 48.1 %，且隨著枯草芽孢桿菌用量逐漸增加土壤速效磷含量也隨之增加，各處理間土壤速效磷含量存在差異，尤其是T3與CK之間的差異顯著，在45～60 d，土壤速效磷含量的增量隨著枯草芽孢桿菌用量的增加而增加，CK的速效磷含量基本穩(wěn)定。移栽后75 d，各處理間土壤中的速效磷無顯著差異，60～75 d這段時間煙株處于旺長期接近結(jié)束、下部葉開始成熟的時期，比較這2個時間的數(shù)據(jù)看出，施用枯草芽孢桿菌處理的土壤速效磷含量分別下降了23.3 %、26.6 %、51.1 %，說明在此時期內(nèi)，枯草芽孢桿菌能提高煙株吸收速效磷的能力，枯草芽孢桿菌用量越多，根系吸收速效磷的效率越快。在煙葉終采以后，不同處理土壤速效磷含量大小為：CK>T1>T2>T3，施用枯草芽孢桿菌各處理與CK比較速效磷含量降低21.8 % ～ 27.1 %，差異達顯著水平。通過不同處理在不同時段的土壤速效磷含量來看，CK表現(xiàn)為緩下降趨勢，施用枯草芽孢桿菌各處理均呈先下降再上升再下降的趨勢，這說明在旺長期，枯草芽孢桿菌能先促使土壤中的磷素完成轉(zhuǎn)化，然后再刺激煙葉提高吸收土壤速效磷的效率，這有利于煙葉在旺長期的生長發(fā)育。從對速效磷的影響來看，枯草芽孢桿菌能影響土壤中速效磷的變化規(guī)律，在一定范圍內(nèi)，枯草芽孢桿菌的用量越多改善的效果越好。

2.3 枯草芽孢桿菌對植煙土壤速效鉀含量的影響

土壤速效鉀是一項評價土壤肥力的重要指標，與煙葉的產(chǎn)量和品質(zhì)關(guān)系密切[14]。由表4可知，移栽后30 d，各處理間速效鉀含量無顯著差異，施用枯草芽孢桿菌各處理土壤中速效鉀的含量相比CK分別高出26.4 %、19.4 %和9.0 %，可以看出速效鉀增量隨著枯草芽孢桿菌用量的增加而降低，說明煙株生長初期，少量的枯草芽孢桿菌能提高土壤中全磷轉(zhuǎn)化為速效磷的效率。移栽后45 d，施用枯草芽孢桿菌處理的土壤速效鉀含量均高于CK，處理間差異不顯著。移栽后60 d，各處理的土壤速效鉀含量無顯著差異，其含量表現(xiàn)為：T3>T2>CK>T1。移栽后75 d，施用枯草芽孢桿菌各處理速效鉀含量均低于CK，各處理間差異不顯著，相比較移栽后60 d，CK速效鉀含量增加了6.9 %，T1、T2和T3的含量分別下降了19.5 %，24.2 %，42.1 %，可以看出枯草芽孢桿菌用量越多，土壤中速效鉀含量下降幅度越大，說明煙葉進入成熟期后，枯草芽孢桿菌能促進煙株吸收土壤中的速效鉀，煙株吸收速效鉀的效率隨著用量的增加而增加。從不同時期速效鉀的變化來看，CK和T3都是先升高再降低，兩者不同在于CK是緩上升趨勢，增勢持續(xù)到了75 d，T3是上升至60 d后，在75 d時快速下降然后趨于穩(wěn)定，T1和T2都是緩慢下降至75 d再上升，在60 d之前，T1下降的趨勢比T2更快，這可能是由于在煙株生長前期施用枯草芽孢桿菌能提前使土壤中固定的鉀轉(zhuǎn)化為速效鉀，在進入旺長期后，枯草芽孢桿菌數(shù)量越多，越能使土壤中的速效鉀不易流失，有利于煙株在進入成熟期之前獲得足夠的速效鉀。

表3 不同處理不同時期土壤速效磷含量

表4 不同處理不同時期土壤速效鉀含量

表5 不同處理不同時期土壤有機質(zhì)含量

2.4 枯草芽孢桿菌對植煙土壤有機質(zhì)的影響

土壤有機質(zhì)是反映土壤肥力的重要指標，其對土壤理化性質(zhì)、煙葉品質(zhì)有很大影響[15]。由表5可知，移栽后30 d，各處理土壤有機質(zhì)含量未達顯著水平，施用枯草芽孢桿菌處理有機質(zhì)含量相比對照提高了4.8 % ～ 7.8 %。移栽后45 d，不同處理土壤有機質(zhì)在含量表現(xiàn)為：T3>T2>T1>CK，枯草芽孢桿菌處理較CK增加9.1 % ～ 15.2 %，T1與T2差異較小，T3與CK存在顯著性差異，說明土壤中存在超過一定數(shù)量的枯草芽孢桿菌能使有機質(zhì)含量得到明顯升高。45與30 d相比較，各處理有機質(zhì)含量分別增加了3.3 %、4.4 %、8.8 %、11.8 %，可以看出土壤有機質(zhì)含量隨著枯草芽孢桿菌用量的增加而增加。移栽后60 d，由于處于旺長期，煙株生長較快，各處理間有機質(zhì)含量差異不大，施用枯草芽孢桿菌處理的有機質(zhì)含量較CK提高15.9 % ～ 19.8 %，各處理有機質(zhì)含量均比移栽后45 d有所降低。移栽后75 d，各處理間差異達顯著水平，其中T2與T3差異較小，不同處理土壤有機質(zhì)含量具體表現(xiàn)為：T3>T2>T1>CK，施用枯草芽孢桿菌處理有機質(zhì)含量較CK增加14.5 % ～ 24.7 %，與60 d相比，各處理有機質(zhì)含量均上升，可能是因為在此期間降水量較高，土壤中的碳水化合物增多引起。終采后，由于煙株基本發(fā)育完全，各處理間有機質(zhì)含量差異較小，施用枯草芽孢桿菌各處理較CK降低1.7 % ～ 8.8 %，相比75 d，施用枯草芽孢桿菌各處理有機質(zhì)含量分別下降了9.9 %、10.7 %、11.3 %，可能是由于75 d至終采后田間溫度過高，抑制了枯草芽孢桿菌活性，使得土壤中的有機質(zhì)反被消耗。不同時期各處理間變化趨勢基本一致，區(qū)別在于施用枯草芽孢桿菌處理在終采后有機質(zhì)含量均下降，而CK的含量上升。

圖1 不同處理植煙土壤養(yǎng)分各參數(shù)主成分分析Fig.1 The principal component analysis of the nutrients parameters of planting tobacco soil in different treatments

Table 6 The eigenvalue and proportion explained of each shaft of the principal component analysis of nutrients parameters of planting tobacco soil in different treatments

項目ProjectPC1PC2PC3PC4PC5PC6PC7PC8PC9PC10PC11特征值Eigenvalue5.02123.48003.08642.16562.04261.40460.89530.86290.61220.32700.1027解釋量Proportion explained0.25110.17400.15430.10830.10210.07020.04480.04320.03060.01640.0051累計Cumulative proportion0.25110.42500.57940.68760.78980.86000.90480.94800.97850.99491.0000

2.5 枯草芽孢桿菌對植煙土壤養(yǎng)分的主成分分析

不同處理植煙土壤養(yǎng)分主成分分析結(jié)果如表6及圖1所示。從表6中可知，前6個因子的解釋量分別為25.11 %、17.40 %、15.43 %、10.83 %、10.21 %、7.02 %，累計達86.00 %，前3個因子占比較大。圖1中圈出部分為CK的散點，可以明顯看出CK的散點聚集在一起，并與其它3個處理散點相距一定距離，說明通過施用枯草芽孢桿菌的土壤養(yǎng)分與未經(jīng)處理的土壤養(yǎng)分整體有較大差異。在圖中T1、T2與T3的散點互有交集，說明3個處理互相之間差異較小。綜合看來，施用枯草芽孢桿菌能影響土壤的養(yǎng)分含量，與對照的差異較大，而處理間的差異不明顯。

2.6 枯草芽孢桿菌用量與植煙土壤養(yǎng)分的相關(guān)性分析

從表7可看出，除速效鉀外，枯草芽孢桿菌的用量與其他3種土壤養(yǎng)分之間存在一定相關(guān)關(guān)系?？莶菅挎邨U菌用量與終采后的土壤堿解氮含量呈顯著正相關(guān)，其P值為0.0161；處理用量與移栽后60 d的土壤速效磷呈顯著正相關(guān)，而與終采后的速效磷含量呈顯著負相關(guān)，P值分別為0.0149和0.0128，可能是因為不同時間點的溫濕度影響了枯草芽孢桿菌的活性，從而導(dǎo)致結(jié)果相反；枯草芽孢桿菌用量與45 d時土壤有機質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)，P值為0.0275，與移栽后75 d呈極顯著正相關(guān)，P值達0.0001。說明枯草芽孢桿菌用量的改變，會引起土壤堿解氮在終采后、速效磷在移栽后60 d及終采后、有機質(zhì)在45及75 d的含量產(chǎn)生變化。

表7 枯草芽孢桿菌用量與土壤養(yǎng)分之間的相關(guān)性

注：*表示P<0.05水平差異顯著，**表示P<0.01水平差異顯著。

Note :*indicates significant correlation atP<0.05 level ,**indicates significant correlation atP<0.01 level.

3 討 論

煙草生長主要依賴土壤養(yǎng)分的供給，土壤養(yǎng)分含量與煙葉品質(zhì)密不可分，合理調(diào)節(jié)耕層土壤養(yǎng)分，有利于烤煙生產(chǎn)[16]。微生物菌類的有機肥在農(nóng)業(yè)中應(yīng)用較為廣泛，前人的試驗研究表明，施用生物菌肥能在一定程度上提高土壤養(yǎng)分含量[17-18]，本試驗中的枯草芽孢桿菌也是微生物菌的一種。不同枯草芽孢桿菌用量對土壤堿解氮含量有一定提高效果，在終采后的土壤中堿解氮含量與用量呈顯著正相關(guān)，隨著用量增加而增加，且含量明顯高于對照。這與王立偉和王明友[19]的試驗結(jié)果相似。但從枯草芽孢桿菌在不同時期的影響來看，除移栽后45 d，處理與對照在煙株生長發(fā)育時期土壤的堿解氮含量差異不大，這可能是因為施用枯草芽孢桿菌能較早地促進土壤中固定的氮轉(zhuǎn)化為易吸收的堿解氮，一直持續(xù)到終采后，并在煙葉進入旺長期時，能讓煙株提前加強對氮素的敏感性，提前開始吸收氮元素，使土壤中的堿解氮能保持在一定范圍供煙株吸收，有利于優(yōu)質(zhì)煙葉的生產(chǎn)。在許劍敏[20]和楊芳等[21]對于微生物菌的研究表明，加入生物菌肥后明顯提高了土壤速效磷的含量，提高了土壤肥力。這與本試驗處理效果相似，枯草芽孢桿菌處理在煙株生長旺長期時顯著提高了速效磷的含量，且用量與此時的速效磷含量呈顯著相關(guān)關(guān)系?？赡苁且驗榭莶菅挎邨U菌在旺長期能活化煙株根系周圍固定的磷元素，使其轉(zhuǎn)化為易被吸收的速效磷，用量越多轉(zhuǎn)化效率越高。這說明施用枯草芽孢桿菌有利于煙株在旺長期能更充分的吸收速效磷。在本試驗中，從速效鉀含量變化看來，枯草芽孢桿菌對其有一定的改變，但在方差分析與相關(guān)分析結(jié)果中顯示，枯草芽孢桿菌對于土壤速效鉀的變化沒有顯著性的影響，且用量與不同時期的含量之間也不存在相關(guān)關(guān)系，這與其他生物菌試驗結(jié)果相差較大[22-24]。這可能是由于不同的微生物菌類型不同，活性不同，對鉀元素礦化分解的能力有差異，說明枯草芽孢桿菌對于土壤速效鉀無明顯的改善能力。研究表明，不同生物菌肥對土壤速效鉀、速效磷和堿解氮有著不同程度的提升效果，對土壤有機質(zhì)沒有明顯改善效果[22-24]，這與本試驗結(jié)果相反。在不同用量枯草芽孢桿菌試驗中，移栽后45和75 d的土壤有機質(zhì)含量與對照有顯著差異，施用量與45 d含量顯著相關(guān)，與75 d含量極顯著相關(guān)。這可能是由于不同生物菌的功能不同導(dǎo)致，說明枯草芽孢桿菌能降解一些難降解的腐殖質(zhì)，補充土壤中的有機質(zhì)，從而改善土壤質(zhì)量，提高土壤養(yǎng)分。

4 結(jié) 論

綜合來看，在本試驗中枯草芽孢桿菌處理間的差異不大，但均與對照差異明顯，說明施用枯草芽孢桿菌能有效改良土壤養(yǎng)分，調(diào)節(jié)耕層養(yǎng)分變化規(guī)律，利于烤煙生長發(fā)育的養(yǎng)分供給。

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