解磷細(xì)菌肥對(duì)烤煙磷素吸收和磷肥利用率的影響

王勇乾 胡瑞文 周清明 向德明 田明慧 陳甜 周啟運(yùn) 李強(qiáng) 黎娟

摘 ?要：為探究解磷細(xì)菌肥對(duì)烤煙磷素吸收和磷肥利用率的影響，以云煙87為供試品種，設(shè)置解磷細(xì)菌肥（0、75 kg/hm2）與磷肥（0、1250 kg/hm2）的雙因素隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)，分析了烤煙根際土壤有效磷、微生物、根系活力、干物質(zhì)積累量和各器官磷素吸收的變化。結(jié)果表明，解磷細(xì)菌肥配施磷肥可極顯著提高烤煙根際土壤有效磷含量，顯著提高烤煙根際土壤可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量，提高烤煙根際土壤微生物AWCD，極顯著提高土壤微生物對(duì)碳水化合物、氨基酸和胺類碳源的利用能力，改變微生物群落碳源代謝特征;顯著提高了烤煙根系活力，促進(jìn)了干物質(zhì)量積累和磷素吸收，磷肥利用率顯著提高了4.89%。

關(guān)鍵詞：烤煙;解磷細(xì)菌;有效磷;微生物;磷肥利用率

Abstract： To investigate the effects of phosphorus bacterial fertilizer on phosphorus absorption and utilization rate of flue-cured tobacco， Yunyan 87 was used as experiment variety in a two-factor randomized block design experiment of phosphorus bacterial fertilizer（0， 75 kg/ha） and phosphate fertilizer（0， 1250 kg/ha） to analyze the changes of rhizosphere soil available phosphorus， microorganism， root vigor， dry matter accumulation and different organs' phosphorus absorption of flue-cured tobacco. The results showed that： phosphorus bacterial fertilizer with phosphate fertilizer （1） can significantly improve the content of available P in the rhizosphere soil of flue-cured tobacco. （2） can significantly increase culturable bacteria quantity in the rhizosphere soil of flue-cured tobacco. （3） can increase microorganisms AWCD in the rhizosphere soil of flue-cured tobacco， and significantly improve the utilization of carbohydrate， amino acid and amine carbon sources by soil microorganisms， change the characteristics of carbon source metabolism in microbial community. （4） can significantly increase root vigor of flue-cured tobacco， and can also promote the accumulation of dry matter and the absorption of phosphorus， the utilization rate of phosphate fertilizer significantly increased by 4.89%.

Keywords： flue-cured tobacco; phosphate-solubilizing bacteria; available phosphorus; microorganism; utilization rate of phosphate fertilizer

磷是烤煙生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中所必需的營(yíng)養(yǎng)元素，烤煙生長(zhǎng)中各種有機(jī)物的運(yùn)輸和糖類物質(zhì)的合成及光合作用等生命活動(dòng)均與磷素息息相關(guān)[1-2]，適量的磷素營(yíng)養(yǎng)能促進(jìn)烤煙良好品質(zhì)的形成，有利于烤煙產(chǎn)量和產(chǎn)值的提高[3]。土壤磷是供給烤煙磷素吸收的主要來(lái)源。在近30年內(nèi)大量磷肥的投入雖有利于提高土壤磷素含量，但大部分磷易被轉(zhuǎn)化成難溶狀態(tài)而固定在土壤中[4]，導(dǎo)致磷肥利用率低，同時(shí)也造成土壤磷素盈余，浪費(fèi)磷礦資源，并且出現(xiàn)了土壤磷素流失帶來(lái)的水體富營(yíng)養(yǎng)化等環(huán)境問題[5]。

解磷細(xì)菌肥是一種微生物有機(jī)肥，其作用機(jī)理是解磷微生物通過(guò)生長(zhǎng)代謝分泌的酶類，如磷酸酶、植酸酶和核酸酶等，水解土壤中被固定的磷，并轉(zhuǎn)化為可溶性磷酸鹽供植物吸收利用[6]。當(dāng)前湘西植煙土壤磷素養(yǎng)分含量過(guò)高[7]，而磷肥利用率低，施用解磷細(xì)菌肥有利于高效利用土壤磷素、提高磷肥利用率以緩解磷礦資源的日益匱乏[8]。本試驗(yàn)擬研究解磷細(xì)菌肥對(duì)湘西植煙土壤有效磷、微生物數(shù)量和功能多樣性的改變及其對(duì)烤煙根系、干物質(zhì)量和磷素吸收利用的影響，旨在提高湘西植煙土壤有效磷含量，改善烤煙根際土壤微生態(tài)環(huán)境，進(jìn)而提高烤煙對(duì)磷素的吸收利用，為烤煙減肥增效及優(yōu)質(zhì)煙葉的生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 ?材料與方法

1.1 ?試驗(yàn)地點(diǎn)與材料

試驗(yàn)于2017年3—8月在湖南省湘西州花垣縣開展，其地貌類型以山地為主，土壤類型以水稻土、紅壤、黃壤和石灰土為主，屬亞熱帶季風(fēng)山地濕潤(rùn)氣候區(qū)，光照充足，雨水充沛。年平均氣溫16.0 ℃，年平均降雨量1363.8 mm，年平均無(wú)霜期279 d，全年日照時(shí)數(shù)1219.2 h。

試驗(yàn)地土壤類型為壤土，前茬作物為紫云英，肥力情況為：pH=7.17，有機(jī)質(zhì)20.07 g/kg，堿解氮153.13 mg/kg，有效磷10.09 mg/kg，速效鉀188.59 mg/kg。

供試品種為云煙87，供試解磷細(xì)菌肥、基肥、追肥和提苗肥等由湖南金葉眾望科技股份有限公司提供。解磷細(xì)菌肥養(yǎng)分含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）：菌劑≥2%，硝態(tài)氮≥35%，有機(jī)質(zhì)≥15%、七水硫酸鎂3%、一水硫酸錳1.5%，pH 5.65。

1.2 ?試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用雙因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)置不施解磷細(xì)菌肥+不施磷肥（CK），施解磷細(xì)菌肥+不施磷肥（J），不施解磷細(xì)菌肥+施磷肥（P），施解磷細(xì)菌肥+施磷肥（J+P）共4個(gè)處理，3次重復(fù)，小區(qū)面積為58.8 m2，行株距為1.20 m×0.50 m。試驗(yàn)所用磷肥為鈣鎂磷肥（含磷量12%），用量為當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)用量1250 kg/hm2，解磷細(xì)菌肥用量為75 kg/hm2，兩種肥料均作基肥一次性條施施入。氮肥為硝酸銨鈣（含氮量15%），用量750 kg/hm2;鉀肥為硫酸鉀（含鉀量50%），用量641.25 kg/hm2;氮鉀兩種肥料60%作基肥，40%作追肥。于2017年4月26日移栽，追肥于移栽后20 d一次性兌水穴施。其他栽培管理措施同湘西優(yōu)質(zhì)烤煙生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程。

1.3 ?測(cè)定項(xiàng)目及方法

在烤煙移栽后30、60和90 d使用抖根法采集根際土壤樣品，每小區(qū)按五點(diǎn)取樣法取樣，編號(hào)裝袋放入冰盒立即帶回實(shí)驗(yàn)室–80 ℃冰箱保存，用于測(cè)定有效磷、可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量和微生物功能多樣性。并于移栽后60 d采集土樣后，收集各小區(qū)鮮煙株樣品，將其根系洗凈，立即測(cè)定根系活力。于移栽后90 d采集鮮煙株樣品殺青后測(cè)定干物質(zhì)量和全磷含量。

1.3.1 ?土壤可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量的測(cè)定 ?參考文獻(xiàn)[9]將提取并稀釋后的菌液均勻涂抹于LB培養(yǎng)基上，在28 ℃恒溫培養(yǎng)箱中倒置培養(yǎng)2～3 d，取出平板計(jì)菌落數(shù)。

1.3.2 ?土壤微生物功能多樣性的測(cè)定 ?采用Biolog-ECO技術(shù)[10]測(cè)定土壤微生物功能多樣性，其平均顏色變化率公式為：

式中Ci表示第i個(gè)非對(duì)照孔的吸光值（590 nm處吸光值與750 nm處吸光值的差值），R表示對(duì)照孔的吸光值。

1.3.3 ?烤煙根系活力的測(cè)定 ?采用TTC法[11]測(cè)定烤煙根系活力。

1.3.4 ?土壤有效磷和烤煙全磷的測(cè)定及磷肥利用率的計(jì)算 ?采用NaHCO3浸提鉬銻抗比色法測(cè)定土壤有效磷;H2SO4-H2O2消化，鉬銻抗比色法測(cè)定殺青植株全磷含量。

磷肥利用率（%）=（施肥處理植株吸磷量-不施肥處理植株吸磷量）/施磷量×100

1.4 ?數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 24軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行Duncan多重比較，磷肥利用率比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，不同指標(biāo)間采用Pearson相關(guān)分析。EXCEL軟件作圖。

2 ?結(jié) ?果

2.1 ?不同時(shí)期根際土壤有效磷動(dòng)態(tài)變化

從圖1可知，各處理土壤有效磷含量在烤煙移栽后60 d達(dá)到最高，表現(xiàn)為J+P>P>J>CK（p<0.01），在烤煙移栽后90 d最低，表現(xiàn)為J+P和P處理極顯著高于J和CK處理。磷肥施用量相同時(shí)，解磷細(xì)菌肥（J）的施用在烤煙移栽后30和60 d可極顯著提高土壤有效磷含量，而在烤煙移栽后90 d對(duì)土壤有效磷含量無(wú)顯著影響。

2.2 ?不同時(shí)期根際土壤可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量

從表1可知，各處理土壤可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量在烤煙移栽后30 d以CK處理最小，且顯著低于其余處理;而在烤煙移栽后60 d，土壤可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量以J+P處理最大，且顯著大于J處理（p<0.05），極顯著大于P和CK處理（p<0.01），各處理土壤可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量排列為：J+P>J>P>CK（p<0.05）;烤煙移栽后90 d土壤可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量表現(xiàn)為J+P和J處理均顯著大于P和CK處理，而J+P與J處理、P與CK處理無(wú)顯著差異，表明在烤煙移栽后90 d，磷肥的施用不再影響土壤可培養(yǎng)細(xì)菌的數(shù)量。

從烤煙不同的時(shí)期來(lái)看，各處理土壤可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量均在移栽后60 d達(dá)到最大，移栽后90 d次之，移栽后30 d最小。根據(jù)這一變化特征，選擇在烤煙移栽后60 d測(cè)定土壤微生物功能多樣性。

2.3 ?烤煙移栽后60 d根際土壤微生物功能多樣性

2.3.1 ?土壤微生物AWCD值 ?AWCD即平均顏色變化率，指通過(guò)Biolog ECO板上每個(gè)孔的顏色變化來(lái)反映土壤微生物的代謝活性。從圖2可看出，隨著培養(yǎng)時(shí)間的增加，4個(gè)處理的AWCD值逐漸變大，J+P和J處理在培養(yǎng)24 h至96 h間，其土壤微生物的代謝活性增長(zhǎng)最快，而P和CK處理土壤微生物代謝活性增長(zhǎng)最快的時(shí)段為培養(yǎng)48 h至120 h。不同處理AWCD值變化趨勢(shì)總體表現(xiàn)為J+P>J>P>CK。

2.3.2 ?土壤微生物碳源利用能力 ?將各處理土壤微生物培養(yǎng)120 h的顏色變化率作為對(duì)碳源的利用能力，并對(duì)Biolog-ECO板上的31種碳源劃分為6類[12]，分別為：碳水化合物（10種）、氨基酸（6種）、羧酸類（7種）、多聚物（4種）、胺類（2種）和酚酸類（2種），結(jié)果如表2所示。解磷細(xì)菌肥能極顯著提高土壤微生物對(duì)碳水化合物、氨基酸和胺類碳源的利用能力（p<0.01），且磷肥配施解磷細(xì)菌肥的處理（J+P），其土壤微生物對(duì)碳水化合物類碳源的利用能力極顯著高于單獨(dú)施用解磷細(xì)菌肥的處理（J）;對(duì)于羧酸類和多聚物碳源，J+P處理極顯著高于P和J處理，與CK處理無(wú)顯著差異，而對(duì)于酚酸類碳源，J+P處理極顯著高于P、J和CK處理。

2.3.3 ?土壤微生物碳源代謝特征的主成分分析 ?對(duì)各處理土壤微生物培養(yǎng)120 h的31種碳源代謝進(jìn)行主成分分析，可表征各處理土壤微生物群落功能多樣性的變化。由圖3可知，主成分分析提取的第一主成分（PC1）和第二主成分（PC2）對(duì)31個(gè)變量的累積方差貢獻(xiàn)率為48.77%，可以較多地解釋不同處理土壤微生物碳源代謝特征的差異。J+P和J處理與P和CK處理分離較遠(yuǎn)，而P與CK處理無(wú)明顯分離，說(shuō)明施用解磷細(xì)菌肥改變了土壤微生物碳源代謝特征，施用解磷細(xì)菌肥處理與不施解磷細(xì)菌肥處理存在明顯差異。

2.4 ?烤煙移栽后60 d根系活力

烤煙移栽后60 d各處理根系活力如圖4所示。J+P處理根系活力最大，為181.16 μg/（g·h），CK處理根系活力最小。J+P處理根系活力極顯著高于P、J和CK處理（p<0.01），P和J處理根系活力極顯著高于CK處理，說(shuō)明解磷細(xì)菌肥和磷肥的施用均能在烤煙移栽后60 d顯著提高根系活力，且以磷肥配施解磷細(xì)菌肥對(duì)烤煙根系活力提高效果最佳。

2.5 ?烤煙干物質(zhì)積累及磷素吸收利用

烤煙移栽后90 d各處理干物質(zhì)量及磷素吸收利用如表3所示。從不同磷肥施用量來(lái)看，J+P處理總干物質(zhì)量、根和莖磷素含量及根莖葉磷素累積量均極顯著高于J處理（p<0.01），葉片磷素含量亦顯著高于J處理（p<0.05）。P處理總干物質(zhì)量、葉磷素含量、根莖葉磷素累積量均極顯著高于CK處理（p<0.01），根和莖的磷素含量亦顯著高于CK處理（p<0.05）。從不同解磷細(xì)菌肥施用量來(lái)看，J+P處理總干物質(zhì)量、根和莖磷素含量及根磷素累積量均極顯著高于P處理（p<0.01），葉磷素含量與莖磷素累積量和P處理無(wú)顯著差異;J處理葉磷素含量和根磷素累積量顯著高于CK處理（p<0.05），而在總干物質(zhì)量、根和莖磷素含量及莖和葉磷素累積量上無(wú)顯著差異。經(jīng)t檢驗(yàn)可知，J+P處理磷肥利用率較P處理顯著提高了4.89%。

由表4的相關(guān)分析可知，烤煙根際土壤細(xì)菌數(shù)量與磷肥利用率顯著相關(guān);AWCD值與根磷累積量極顯著相關(guān)，與土壤有效磷含量和磷肥利用率顯著相關(guān);根系活力與總干物質(zhì)量和莖磷累積量顯著相關(guān)，與有效磷、根和葉磷累積量及磷肥利用率極顯著相關(guān)。

3 ?討 ?論

解磷細(xì)菌能有效溶解或活化土壤中難溶性的磷素，提高土壤有效磷含量與磷肥利用率。崔邢等[13]研究表明，施用解磷菌的處理其土壤有效磷含量極顯著高于對(duì)照處理。本研究結(jié)果與之一致，施用解磷細(xì)菌肥在烤煙生育前中期能極顯著提高土壤有效磷含量，更有利于烤煙對(duì)磷素的吸收和積累。

土壤微生物數(shù)量是一項(xiàng)評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量高低的重要生物學(xué)指標(biāo)，反映了土壤總微生物的活性，與土壤肥力和土壤生產(chǎn)潛力緊密相關(guān)[14]。在眾多土壤微生物中，以細(xì)菌的種類和數(shù)量居多。有研究表明[15]，在相同氮肥和鉀肥施用量條件下施用磷肥，土壤細(xì)菌數(shù)量較不施磷肥處理顯著增加。在本研究中，烤煙移栽后30 d和60 d均出現(xiàn)了與之一致的結(jié)果，而在烤煙移栽后90 d，磷肥的施用不再顯著增加土壤細(xì)菌數(shù)量。李正昀等[16]研究表明，施用解磷菌劑能顯著提高根際土壤細(xì)菌數(shù)量，且隨著磷肥施用量的提高，根際土壤細(xì)菌數(shù)量呈增加趨勢(shì)，這與本研究結(jié)果一致。

柯春亮等[17]基于T-RFLP方法分析了解磷菌劑的施入對(duì)土壤微生物群落多樣性的影響，結(jié)果表明施用解磷菌劑能提高土壤微生物豐富度指數(shù)、香農(nóng)-威納指數(shù)和均勻度指數(shù)，增加優(yōu)勢(shì)菌群的豐度。本研究利用Biolog-ECO技術(shù)從微生物碳代謝活性和特征的角度解析了解磷細(xì)菌肥對(duì)土壤微生物功能多樣性的影響，以此反映土壤微生物群落多樣性的變化。孫雪等[18]通過(guò)Biolog-ECO微平板測(cè)定了紅松林土壤微生物功能多樣性，并分析了土壤理化性質(zhì)與土壤微生物功能多樣性的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)土壤速效磷與AWCD值顯著正相關(guān)。本研究結(jié)果與之類似，施用解磷細(xì)菌肥能提高土壤微生物AWCD值，在不施解磷細(xì)菌肥條件下，磷肥的施入也能帶來(lái)土壤微生物AWCD的略微提高。前人研究表明[19]，土壤微生物利用碳源能力的強(qiáng)弱反映了微生物利用不同碳源的相關(guān)功能種群間的差異，且在一定程度上影響了土壤微生物群落結(jié)構(gòu)組成。本研究中，解磷細(xì)菌肥與磷肥配施極顯著提高了土壤微生物對(duì)碳水化合物、氨基酸和胺類碳源的利用能力，且主成分分析結(jié)果表明其微生物碳源代謝特征發(fā)生了明顯變化，這種變化最終將導(dǎo)致土壤微生物功能多樣性和群落結(jié)構(gòu)的改變。

LIU等[20]將解磷假單胞菌P34-L定殖在小麥根際，研究發(fā)現(xiàn)接種P34-L的植株根重、根總長(zhǎng)度、根投射區(qū)、根表面積等指標(biāo)均有顯著提升，促進(jìn)了小麥根系生長(zhǎng)和干物質(zhì)積累。本研究出現(xiàn)了相似的結(jié)果，解磷細(xì)菌肥的施用提高了烤煙移栽后60 d的根系活力，且相關(guān)分析結(jié)果表明，根系活力的提高促進(jìn)了烤煙移栽后90 d的干物質(zhì)積累，對(duì)根、莖和葉磷累積量及磷肥利用率均有顯著影響。在本研究中，解磷細(xì)菌肥需配施磷肥才能顯著提高烤煙干物質(zhì)量和對(duì)磷素的吸收，在不施磷肥的條件下，解磷細(xì)菌肥無(wú)顯著促進(jìn)作用。這與龐春花等[21]研究結(jié)果有相似之處。

4 ?結(jié) ?論

解磷細(xì)菌肥與磷肥配施可極顯著提高根際土壤有效磷含量和可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量，提高土壤微生物代謝活性，極顯著增強(qiáng)土壤微生物對(duì)碳水化合物、氨基酸和胺類碳源的利用能力，改變了微生物群落碳源代謝特征。極顯著提高了烤煙根系活力、干物質(zhì)量及磷素的吸收積累，顯著提高磷肥利用率。在煙草優(yōu)質(zhì)高效栽培中，應(yīng)加施微生物有機(jī)肥以改良土壤生物學(xué)質(zhì)量，為烤煙良好的發(fā)育與優(yōu)質(zhì)煙葉的生產(chǎn)提供有利的土壤生態(tài)環(huán)境。

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