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，周進華，蔡艷，徐傳濤，杜宣延，茍小梅

(1.四川中煙工業有限責任公司，四川 成都 610066； 2.四川農業大學 資源學院，四川 成都 611130； 3.四川省煙草公司 瀘州市公司，四川 瀘州 646000)

烤煙是我國重要的經濟作物，土壤微生物作為煙田土壤生態系統的重要組成部分，對土壤中養分元素的循環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養分脅迫，改善其對土壤養分的吸收利用，在土壤碳、氮、磷等循環過程中發揮著重要的間接作用[2]。不同土壤類型的理化性質、物理結構和養分平衡狀況均存在差異，會導致土壤微生物群落組成和生理功能有所不同，進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時期，其根際土壤的微生物數量和種類都存在很大差異[5]。趙輝等[6]研究表明，不同植煙土壤的優勢微生物種群不同，黃棕壤上細菌和解磷菌占優勢，而黃紅壤上則以解鉀菌和氨化細菌數量最多；陳若星等[7]研究發現，紫色土和紅壤種植烤煙的效果優于水稻土，烤煙生長規律、根區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，煙草后期生長時根際土壤細菌和真菌數量顯著增加。此外，大量研究發現，微生物數量與土壤養分密切相關，土壤有機質、堿解氮、速效磷、速效鉀對微生物群落結構均有不同程度的影響[3,9-10]。但總的來看，現有研究大多集中于植煙土壤施肥、耕作措施對土壤養分、微生物和煙葉品質的影響上[11-13]，關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，特采用小區試驗設計，選取瀘州市古藺縣觀文鎮黃色石灰土和在此基礎上發育而成的淹育水稻土為試驗材料，研究不同烤煙品種(云煙97、NC71、K326)的根際微生物數量和比例變化，挖掘烤煙全生育期內根際微生物變化及其在不同土壤類型中的差異，以期為當地科學種植烤煙提供理論依據和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試土壤：石灰(巖)土(黃色石灰土)，水稻土(發育于黃色石灰土的淹育水稻土)。土壤基本理化性質如下：石灰土，pH值6.7，有機質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，有機質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(當地主栽品種)，NC71(推廣品種，易烘烤，適宜性強)，K326(推廣種植品種，產量高，適應性強)。

1.2 處理設計

試驗區位于四川省瀘州市古藺縣觀文鎮，選取同一地點2種土壤類型(石灰土、水稻土)為試驗區，引入3個烤煙品種(云煙97、NC71、K326)，開展大區對比試驗，各區面積80 m2，重復3次。各區施肥量和施肥方法均相同。移栽時將煙草專用復合肥(N 10%，P2O515%，K2O 25%)675 kg·hm-2、過磷酸鈣(P2O515%)375 kg·hm-2混勻作基肥一次性施入，團棵期追施硝胺磷(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。其他田間管理按當地常規進行。

1.3 測定項目

在烤煙移栽后于各生育期(團棵期、旺長期、現蕾期、圓頂期、成熟期)用抖根法采集根際土，多點隨機取樣，混合均勻，剔除石塊與植物殘根。一部分土樣于4 ℃保存，采用稀釋平板計數法分離根際土壤中的細菌(牛肉膏蛋白胨瓊脂培養基)、真菌(馬丁氏培養基)、放線菌(高氏l號培養基)[14]；另一部分根際土樣風干過篩用于測定土壤有機質、堿解氮、速效磷、速效鉀含量[15]。

1.4 數據處理

采用Excel 2010進行數據整理，使用SPSS 20.0進行雙因素方差分析，對有顯著(P<0.05)差異的處理采用Duncan法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 烤煙根際微生物變化特征

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

表1 不同烤煙品種根際微生物數量特征

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根際細菌與真菌的比值(B/F)、A/F在旺長期顯著高于云煙97、NC71，之后K326的B/F、A/F均隨時間推移而降低，但成熟期時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在烤煙生長初期均呈上升趨勢，K326的B/F雖較高但卻呈逐漸下降趨勢，在圓頂期K326的A/F和B/F均顯著高于其他品種，NC71的B/F在現蕾期顯著高于K326；旺長期時3個烤煙品種的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

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

2.2 烤煙根際微生物與土壤養分的相關性

由表3可知，石灰土中，烤煙根際微生物數量均與土壤有機質呈極顯著正相關關系，根際放線菌、真菌數量均與土壤堿解氮呈顯著正相關，B/F與土壤堿解氮呈極顯著負相關，A/F與土壤速效磷顯著正相關，與土壤速效鉀極顯著正相關。水稻土中，烤煙根際微生物數量均與土壤速效磷呈極顯著正相關，與土壤堿解氮呈顯著正相關，根際放線菌、真菌數量與土壤有機質呈顯著正相關，根際細菌數量與土壤速效鉀呈顯著負相關。

表3 微生物數量與土壤養分的相關性

3 討論

烤煙根際微生物動態變化可以指示根系環境與土壤養分的耦合狀況[16-17]。本研究顯示，土壤類型對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量較水稻土高，且以K326根際放線菌數量最高，這可能與K326根際分泌物的種類有關。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、數量和分布特征，能對根際微生物群落結構進行有選擇的塑造。桑正林等[19]通過探究不同抗性烤煙品種根系分泌物的差異發現，K326根系主要分泌木糖、半乳糖等多糖，根際真菌數量較少。張鴻雁[20]、Zhang等[21]研究表明，B/F、A/F可用于評估土壤微生物群落對碳、氮動態和環境變化的響應，表征土壤環境的健康程度。本試驗條件下，石灰土中K326的B/F值、A/F值在全生育期內始終維持在較高水平，故此認為石灰土上烤煙K326的根際微生物群落環境最優。

水稻土中烤煙根際細菌、真菌數量高于石灰土，這可能與該區水稻土調整成煙區之前，水稻殘茬長期還田有關[18]。水稻殘茬、秸稈等能提供豐富的碳源，可供應真菌所需的基質纖維素，同時能顯著增加土壤微生物中細菌、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量和多樣性指數，而植物病原菌多為真菌，因此，在淹育水稻土中種植烤煙對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的放線菌數量，在團棵期、旺長期較石灰土明顯增多，這是烤煙自身抗逆性的體現。研究表明，從現蕾期至成熟期，烤煙生長進入衰敗階段，根系分泌作用減弱，有害代謝物質開始累積，根系環境變差，烤煙根際放線菌數量迅速下降，烤煙易感病[23-24]。本試驗中，NC71在烤煙生長后期仍保持高水平的根際細菌、放線菌數量，且成熟期時B/F、A/F顯著高于云煙97、K326。由此判斷，在水稻土中烤煙NC71的優勢更明顯。

烤煙根際微生物數量與根際土壤養分關系因土壤類型不同而存在差異，這可能與限制微生物生長的土壤因子有關。石灰土礫石多、孔隙度大、通氣好，有助于提高根際微生物對養分的利用轉化效率[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分均需要以有機質中的碳素為能源，然而石灰土中有機質含量低，抑制了微生物對速效養分的競爭利用，因而與根際微生物數量表現出極顯著正相關。水稻土長期積水、少翻耕，土壤空氣交流少，氮素生物轉化效率較低，且還存在一定的磷流失風險[26]，低轉化效率的氮、磷可能限制根際微生物生長。因此，在本試驗條件下，在石灰土上種植烤煙應注意增施有機肥，提高微生物對養分的利用轉化效率；而在水稻上土種植烤煙應以提高氮、磷轉化利用效率為主，適當翻耕曬田改善其通氣性，促進烤煙根系生長。

4 小結

黃色石灰土中烤煙根際放線菌數量較多，在此基礎上發育而成的淹育水稻土中烤煙根際細菌、真菌較多。黃色石灰土中K326根際細菌、放線菌數量較云煙97、NC71有明顯優勢，且其B/F值、A/F值在旺長期顯著高于云煙97、NC71；淹育水稻土中NC71根際細菌數量高于云煙97、K326，放線菌數量在成熟期顯著高于云煙97、K326，且其B/F值在現蕾期顯著高于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植煙土壤中，分別具有優勢的烤煙品種為K326、NC71。

黃色石灰土中烤煙根際微生物數量與土壤有機質密切相關，而在其基礎上發育而成的淹育水稻土中烤煙根際微生物數量與土壤堿解氮、速效磷顯著正相關。因此，在黃色石灰土上種植烤煙應注意增施有機肥，在淹育水稻土上種植烤煙可適當翻耕曬田，提高氮、磷的生物利用效率。