兩類土壤不同烤煙品種根際微生物變化特征

杜倩，郭凌珂，李冰*，王昌全，周進(jìn)華，蔡艷，徐傳濤，杜宣延，茍小梅

(1.四川中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，四川 成都 610066； 2.四川農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源學(xué)院，四川 成都 611130； 3.四川省煙草公司 瀘州市公司，四川 瀘州 646000)

烤煙是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)作物，土壤微生物作為煙田土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)土壤中養(yǎng)分元素的循環(huán)和土壤礦物的分解具有重要作用[1]。研究表明，土壤微生物能夠幫助植物適應(yīng)養(yǎng)分脅迫，改善其對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收利用，在土壤碳、氮、磷等循環(huán)過(guò)程中發(fā)揮著重要的間接作用[2]。不同土壤類型的理化性質(zhì)、物理結(jié)構(gòu)和養(yǎng)分平衡狀況均存在差異，會(huì)導(dǎo)致土壤微生物群落組成和生理功能有所不同，進(jìn)而影響烤煙的種植效果[3-4]。不同基因型烤煙或者同一烤煙不同生長(zhǎng)時(shí)期，其根際土壤的微生物數(shù)量和種類都存在很大差異[5]。趙輝等[6]研究表明，不同植煙土壤的優(yōu)勢(shì)微生物種群不同，黃棕壤上細(xì)菌和解磷菌占優(yōu)勢(shì)，而黃紅壤上則以解鉀菌和氨化細(xì)菌數(shù)量最多；陳若星等[7]研究發(fā)現(xiàn)，紫色土和紅壤種植烤煙的效果優(yōu)于水稻土，烤煙生長(zhǎng)規(guī)律、根區(qū)理化特性因土壤類型不同而存在較大差異；劉曉旭等[8]的研究表明，在連作煙草中，煙草后期生長(zhǎng)時(shí)根際土壤細(xì)菌和真菌數(shù)量顯著增加。此外，大量研究發(fā)現(xiàn)，微生物數(shù)量與土壤養(yǎng)分密切相關(guān)，土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀對(duì)微生物群落結(jié)構(gòu)均有不同程度的影響[3,9-10]。但總的來(lái)看，現(xiàn)有研究大多集中于植煙土壤施肥、耕作措施對(duì)土壤養(yǎng)分、微生物和煙葉品質(zhì)的影響上[11-13]，關(guān)于不同土壤類型下不同煙草品種根際間微生物變化特征差異的研究較少。為此，特采用小區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，選取瀘州市古藺縣觀文鎮(zhèn)黃色石灰土和在此基礎(chǔ)上發(fā)育而成的淹育水稻土為試驗(yàn)材料，研究不同烤煙品種(云煙97、NC71、K326)的根際微生物數(shù)量和比例變化，挖掘烤煙全生育期內(nèi)根際微生物變化及其在不同土壤類型中的差異，以期為當(dāng)?shù)乜茖W(xué)種植烤煙提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試土壤：石灰(巖)土(黃色石灰土)，水稻土(發(fā)育于黃色石灰土的淹育水稻土)。土壤基本理化性質(zhì)如下：石灰土，pH值6.7，有機(jī)質(zhì)22.71 g·kg-1，堿解氮123.34 mg·kg-1，速效鉀115.74 mg·kg-1，速效磷29.61 mg·kg-1，顆粒組成中礫石(>2 mm)19.5%、砂粒(0.02～2 mm)38.5%、粉粒(0.002～0.02 mm)34.0%，黏粒(<0.002 mm)8.0%；水稻土，pH值6.3，有機(jī)質(zhì)30.33 g·kg-1，堿解氮104.12 mg·kg-1，速效鉀163.81 mg·kg-1，速效磷25.11 mg·kg-1，顆粒組成中砂粒55.6%、粉粒35.6%、黏粒8.8%。

供試烤煙：云煙97(當(dāng)?shù)刂髟云贩N)，NC71(推廣品種，易烘烤，適宜性強(qiáng))，K326(推廣種植品種，產(chǎn)量高，適應(yīng)性強(qiáng))。

1.2 處理設(shè)計(jì)

試驗(yàn)區(qū)位于四川省瀘州市古藺縣觀文鎮(zhèn)，選取同一地點(diǎn)2種土壤類型(石灰土、水稻土)為試驗(yàn)區(qū)，引入3個(gè)烤煙品種(云煙97、NC71、K326)，開(kāi)展大區(qū)對(duì)比試驗(yàn)，各區(qū)面積80 m2，重復(fù)3次。各區(qū)施肥量和施肥方法均相同。移栽時(shí)將煙草專用復(fù)合肥(N 10%，P2O515%，K2O 25%)675 kg·hm-2、過(guò)磷酸鈣(P2O515%)375 kg·hm-2混勻作基肥一次性施入，團(tuán)棵期追施硝胺磷(N 30%，P2O56%)75 kg·hm-2、硝酸鉀(N 13.5%，K2O 44.5%)75 kg·hm-2，旺長(zhǎng)期追施氯化鉀(K2O 60%)75 kg·hm-2、硫酸鉀(K2O 50%)75 kg·hm-2。其他田間管理按當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)進(jìn)行。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目

在烤煙移栽后于各生育期(團(tuán)棵期、旺長(zhǎng)期、現(xiàn)蕾期、圓頂期、成熟期)用抖根法采集根際土，多點(diǎn)隨機(jī)取樣，混合均勻，剔除石塊與植物殘根。一部分土樣于4 ℃保存，采用稀釋平板計(jì)數(shù)法分離根際土壤中的細(xì)菌(牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基)、真菌(馬丁氏培養(yǎng)基)、放線菌(高氏l號(hào)培養(yǎng)基)[14]；另一部分根際土樣風(fēng)干過(guò)篩用于測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀含量[15]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，使用SPSS 20.0進(jìn)行雙因素方差分析，對(duì)有顯著(P<0.05)差異的處理采用Duncan法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 烤煙根際微生物變化特征

由表1可知，總體來(lái)看，水稻土根際細(xì)菌、真菌數(shù)量高于石灰土。在2類土壤中，烤煙根際細(xì)菌、放線菌和真菌的峰值主出現(xiàn)在現(xiàn)蕾期。在石灰土中，K326烤煙根際的放線菌數(shù)量隨生育期推遲呈先升高后降低的趨勢(shì)，云煙97、NC71烤煙根際的細(xì)菌、真菌數(shù)量也隨生育期推遲呈先升高后降低的趨勢(shì)，K326烤煙根際的細(xì)菌、放線菌數(shù)量在旺長(zhǎng)期、現(xiàn)蕾期均顯著高于云煙97、NC71，現(xiàn)蕾期時(shí)，K326烤煙根際的放線菌數(shù)量相較云煙97和NC71分別提高26.19%、26.99%。在水稻土中，NC71的根際細(xì)菌數(shù)量在旺長(zhǎng)期、現(xiàn)蕾期、圓頂期、成熟期均顯著高于云煙97、K326。同時(shí)NC71的根際放線菌數(shù)量在團(tuán)棵期、成熟期分別是K326的1.52倍和1.64倍。此外，云煙97的根際真菌數(shù)量在旺長(zhǎng)期顯著高于NC71和K326。從微生物數(shù)量來(lái)看，石灰土中K326優(yōu)勢(shì)更突出，而在水稻土中NC71較具優(yōu)勢(shì)。

表1 不同烤煙品種根際微生物數(shù)量特征

由表2可以看出，總體上，石灰土上放線菌與真菌的比值(A/F)明顯高于水稻土。石灰土中，K326根際細(xì)菌與真菌的比值(B/F)、A/F在旺長(zhǎng)期顯著高于云煙97、NC71，之后K326的B/F、A/F均隨時(shí)間推移而降低，但成熟期時(shí)K326的B/F仍顯著高于云煙97、NC71。在水稻土中，云煙97、NC71的B/F在烤煙生長(zhǎng)初期均呈上升趨勢(shì)，K326的B/F雖較高但卻呈逐漸下降趨勢(shì)，在圓頂期K326的A/F和B/F均顯著高于其他品種，NC71的B/F在現(xiàn)蕾期顯著高于K326；旺長(zhǎng)期時(shí)3個(gè)烤煙品種的A/F差異顯著，K326最高，NC71次之，云煙97最低，成熟期時(shí)NC71的A/F最高，且顯著高于云煙97、K326。

表2 不同烤煙品種根際微生物比例特征

雙因素方差分析結(jié)果顯示，土壤類型對(duì)烤煙根際細(xì)菌、真菌數(shù)量、A/F有極顯著(P<0.01)影響，烤煙品種對(duì)B/F有極顯著影響，而土壤類型與烤煙品種的交互作用對(duì)烤煙根際微生物數(shù)量、A/F、B/F均無(wú)顯著影響。

2.2 烤煙根際微生物與土壤養(yǎng)分的相關(guān)性

由表3可知，石灰土中，烤煙根際微生物數(shù)量均與土壤有機(jī)質(zhì)呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，根際放線菌、真菌數(shù)量均與土壤堿解氮呈顯著正相關(guān)，B/F與土壤堿解氮呈極顯著負(fù)相關(guān)，A/F與土壤速效磷顯著正相關(guān)，與土壤速效鉀極顯著正相關(guān)。水稻土中，烤煙根際微生物數(shù)量均與土壤速效磷呈極顯著正相關(guān)，與土壤堿解氮呈顯著正相關(guān)，根際放線菌、真菌數(shù)量與土壤有機(jī)質(zhì)呈顯著正相關(guān)，根際細(xì)菌數(shù)量與土壤速效鉀呈顯著負(fù)相關(guān)。

表3 微生物數(shù)量與土壤養(yǎng)分的相關(guān)性

3 討論

烤煙根際微生物動(dòng)態(tài)變化可以指示根系環(huán)境與土壤養(yǎng)分的耦合狀況[16-17]。本研究顯示，土壤類型對(duì)烤煙根際微生物群落有顯著影響。石灰土中烤煙根際放線菌數(shù)量較水稻土高，且以K326根際放線菌數(shù)量最高，這可能與K326根際分泌物的種類有關(guān)。吳林坤等[18]研究表明，烤煙根系分泌物決定了根際微生物的種類、數(shù)量和分布特征，能對(duì)根際微生物群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行有選擇的塑造。桑正林等[19]通過(guò)探究不同抗性烤煙品種根系分泌物的差異發(fā)現(xiàn)，K326根系主要分泌木糖、半乳糖等多糖，根際真菌數(shù)量較少。張鴻雁[20]、Zhang等[21]研究表明，B/F、A/F可用于評(píng)估土壤微生物群落對(duì)碳、氮?jiǎng)討B(tài)和環(huán)境變化的響應(yīng)，表征土壤環(huán)境的健康程度。本試驗(yàn)條件下，石灰土中K326的B/F值、A/F值在全生育期內(nèi)始終維持在較高水平，故此認(rèn)為石灰土上烤煙K326的根際微生物群落環(huán)境最優(yōu)。

水稻土中烤煙根際細(xì)菌、真菌數(shù)量高于石灰土，這可能與該區(qū)水稻土調(diào)整成煙區(qū)之前，水稻殘茬長(zhǎng)期還田有關(guān)[18]。水稻殘茬、秸稈等能提供豐富的碳源，可供應(yīng)真菌所需的基質(zhì)纖維素，同時(shí)能顯著增加土壤微生物中細(xì)菌、真菌的比例[19]。李鵬等[22]研究表明，水稻秸稈還田顯著增加了土壤真菌群體數(shù)量和多樣性指數(shù)，而植物病原菌多為真菌，因此，在淹育水稻土中種植烤煙對(duì)品種的抗逆性要求更高。K326在淹育水稻土中根際微生物的敏感性下降，而云煙97與NC71則顯著提升，尤其是云煙97、NC71的放線菌數(shù)量，在團(tuán)棵期、旺長(zhǎng)期較石灰土明顯增多，這是烤煙自身抗逆性的體現(xiàn)。研究表明，從現(xiàn)蕾期至成熟期，烤煙生長(zhǎng)進(jìn)入衰敗階段，根系分泌作用減弱，有害代謝物質(zhì)開(kāi)始累積，根系環(huán)境變差，烤煙根際放線菌數(shù)量迅速下降，烤煙易感病[23-24]。本試驗(yàn)中，NC71在烤煙生長(zhǎng)后期仍保持高水平的根際細(xì)菌、放線菌數(shù)量，且成熟期時(shí)B/F、A/F顯著高于云煙97、K326。由此判斷，在水稻土中烤煙NC71的優(yōu)勢(shì)更明顯。

烤煙根際微生物數(shù)量與根際土壤養(yǎng)分關(guān)系因土壤類型不同而存在差異，這可能與限制微生物生長(zhǎng)的土壤因子有關(guān)。石灰土礫石多、孔隙度大、通氣好，有助于提高根際微生物對(duì)養(yǎng)分的利用轉(zhuǎn)化效率[25]。石灰土中的堿解氮和速效磷含量均高于水稻土，但微生物利用速效養(yǎng)分均需要以有機(jī)質(zhì)中的碳素為能源，然而石灰土中有機(jī)質(zhì)含量低，抑制了微生物對(duì)速效養(yǎng)分的競(jìng)爭(zhēng)利用，因而與根際微生物數(shù)量表現(xiàn)出極顯著正相關(guān)。水稻土長(zhǎng)期積水、少翻耕，土壤空氣交流少，氮素生物轉(zhuǎn)化效率較低，且還存在一定的磷流失風(fēng)險(xiǎn)[26]，低轉(zhuǎn)化效率的氮、磷可能限制根際微生物生長(zhǎng)。因此，在本試驗(yàn)條件下，在石灰土上種植烤煙應(yīng)注意增施有機(jī)肥，提高微生物對(duì)養(yǎng)分的利用轉(zhuǎn)化效率；而在水稻上土種植烤煙應(yīng)以提高氮、磷轉(zhuǎn)化利用效率為主，適當(dāng)翻耕曬田改善其通氣性，促進(jìn)烤煙根系生長(zhǎng)。

4 小結(jié)

黃色石灰土中烤煙根際放線菌數(shù)量較多，在此基礎(chǔ)上發(fā)育而成的淹育水稻土中烤煙根際細(xì)菌、真菌較多。黃色石灰土中K326根際細(xì)菌、放線菌數(shù)量較云煙97、NC71有明顯優(yōu)勢(shì)，且其B/F值、A/F值在旺長(zhǎng)期顯著高于云煙97、NC71；淹育水稻土中NC71根際細(xì)菌數(shù)量高于云煙97、K326，放線菌數(shù)量在成熟期顯著高于云煙97、K326，且其B/F值在現(xiàn)蕾期顯著高于K326，A/F值在成熟期顯著高于云煙97、NC71。因此，黃色石灰土和淹育水稻土兩個(gè)植煙土壤中，分別具有優(yōu)勢(shì)的烤煙品種為K326、NC71。

黃色石灰土中烤煙根際微生物數(shù)量與土壤有機(jī)質(zhì)密切相關(guān)，而在其基礎(chǔ)上發(fā)育而成的淹育水稻土中烤煙根際微生物數(shù)量與土壤堿解氮、速效磷顯著正相關(guān)。因此，在黃色石灰土上種植烤煙應(yīng)注意增施有機(jī)肥，在淹育水稻土上種植烤煙可適當(dāng)翻耕曬田，提高氮、磷的生物利用效率。