不同施肥處理對雪茄煙生長、植煙土壤化學性質及細菌群落的影響

摘要：為了探究不同施肥對植煙土壤化學性質、細菌群落及雪茄煙生長的影響，采用大田試驗，設置常規煙葉專用化肥（A處理，對照）、芝麻餅有機肥（B處理）和石灰氮土壤調理劑 （C處理）3種施肥處理，利用16S多樣性測序技術檢測土壤細菌群落結構，分析其與土壤理化性質的相關性。結果表明，與A處理相比，B處理成熟期煙株根、莖、葉干物質積累量提高，B、C處理煙葉產量分別提高了6.28%、2.95%。B、C處理成熟期土壤交換性鈣含量分別顯著提高了45.86%和68.09%，團棵期B處理土壤交換性鎂含量顯著提高60.76%，C處理提高20.15%。B、C處理土壤細菌群落α多樣性指數總體均高于A處理，優勢細菌門酸桿菌門（Acidobacteriote）、綠灣菌門（Chloroflexi）在旺長期和成熟期的相對豐度均比A處理提高6.21%～45.79%，變形菌門（Proteobacteria）旺長期的相對豐度高于A處理，土壤有益細菌屬鞘脂單胞菌屬（Sphingomonas）在旺長期和節桿菌屬（Athrobacter）在成熟期的相對豐度分別提高了13.25%、4.32%和49.22%、34.67%，B處理土壤中鏈霉菌屬（Streptomyces）在成熟期的相對豐度較A處理提高8.48%。有效磷、堿解氮含量均與Streptomyces顯著正相關。因此，施用芝麻餅有機肥和石灰氮可調節土壤理化性質，改善土壤細菌群落結構和煙葉產量，在海南省五指山市雪茄煙區具有較大的推廣價值。

關鍵詞：雪茄；土壤；細菌群落；芝麻餅有機肥；石灰氮；產量

中圖分類號：S572.06" 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2025）03-0084-09

高華軍，董思琪，李紅麗，等. 不同施肥處理對雪茄煙生長、植煙土壤化學性質及細菌群落的影響［J］. 江蘇農業科學，2025，53（3）：84-92.

doi：10.15889/j*.issn.1002-1302.2025.03.012

收稿日期：2024-01-29

基金項目：中國煙草總公司重大科技項目［編號：110202101013（XJ-05）、110202201038（XJ-09）］；中國煙草總公司海南省公司重點科技項目（編號：2020001）。

作者簡介：高華軍（1981—），男，河南淇縣人，碩士，高級農藝師，主要從事煙草栽培生理研究。E-mail： gaohuajun_81@163.com。

通信作者：李紅麗，博士，副教授，主要從事微生物應用研究。E-mail：lihonglihn@zzu.edu.cn。

雪茄煙生長受品種、氣候、土壤等多方面影響，氣候因素無法人為調控，土壤因子可以通過人為干預和科學施肥進行改良，肥料種類的選擇對雪茄產量影響很大［1-2］。其中有機肥、調理劑、綠肥翻壓等施肥措施是一個重要的肥料調控手段。目前，國內對雪茄煙的研究主要集中在品種、栽培、煙葉調制、發酵方向，關于肥料對雪茄植煙土壤化學、微生物等方面的影響研究較少，其對于提高雪茄植煙土壤質量的效果尚不清楚［3］。有研究表明，有機肥部分替代化肥有利于提高作物產量、土壤團聚體穩定性、蚯蚓數量，提高土壤細菌群落多樣性，改善細菌群落結構組成，增加有益細菌屬豐度，提高植煙土壤肥力和酶活性，促進煙葉生長等［4-10］。土壤調理劑對于緩解土壤退化、改善土壤品質方面也有很大效果［11］。石灰氮作為藥、肥兩用的土壤調理劑，能夠改善土壤結構、抑制病蟲害發生，對于番茄、花生、草莓等蔬菜瓜果，及水稻、玉米等糧食作物的連作障礙具有很好的改良效果，但石灰氮在雪茄煙種植過程中的應用還未見有報道［12-15］。我國海南省與古巴具有相似的氣候條件，具有生產優質雪茄煙原料的潛力［16］。但海南雪茄煙葉多在旱季種植，采取常年復種連作模式，且海南土壤呈酸性，有機質和鈣、鎂含量低，不利于雪茄煙株的生長發育。因此，本研究通過芝麻餅有機肥和石灰氮部分替代化肥，探究不同肥料對土壤養分、細菌群落區系的變化及雪茄生長的影響，以期為通過合理施肥來改善植煙土壤生態、提高土壤肥力、促進煙株生長及產量提高提供科學依據。

1" 材料與方法

1.1" 試驗材料

大田試驗于2021年12月至2022年5月在海南省五指山市番陽鎮雪茄煙葉種植基地進行，供試土壤為沙壤土，基礎理化性質為pH值5.8，有機質含量23.2 g/kg，堿解氮含量93.8 mg/kg，有效磷含量20.8 mg/kg，速效鉀含量51.7 mg/kg。供試雪茄煙品種為海研101，試驗地前茬作物為水稻。試驗所用肥料為固體復合肥（N、P2O5、K2O含量分別為19%、5%、26%）、水溶性復合肥（N、P2O5、K2O含量均為15%）、鈣鎂磷肥（P2O5含量為18%）、硫酸鉀（K2O含量為50%）、芝麻餅肥（N、P2O5、K2O含量均為13.2%，有機質含量為43%）、石灰氮（N含量為20%）。

1.2" 試驗設計

設置3種施肥處理：A處理（對照，CK），按照當地常規雪茄煙施肥與管理，即復合肥+鈣鎂磷肥+硫酸鉀；B處理，當地常規施肥基礎上增施芝麻餅有機肥1 500 kg/hm2；C處理，在當地常規施肥基礎上增施石灰氮300 kg/hm2。各處理施純氮180 kg/hm2，處理中有機肥和石灰氮帶入的氮從復合肥中扣除，以保證各處理總氮量一致。每個處理設3次重復，每個小區面積約為69 m2，隨機排列。

1.3" 樣品采集

土壤樣品：施肥前在試驗田采用五點取樣法取3份平行樣，煙苗移栽后在團棵期、旺長期、成熟期分別采集煙株根際土壤，每小區隨機選擇3株煙，收集根際土壤混合后作為1份土樣，每個時期采集9份。每份土壤樣本取少量土壤，過篩裝入15 mL離心管，-20 ℃冷凍保存，并及時送到上海美吉生物醫藥科技有限公司進行多樣性測序與分析。其余土壤樣本風干過3 mm篩后儲存備用。

煙株樣品：于移栽當天、團棵期、旺長期、成熟期采集煙株，每個小區隨機選擇3株，整株收集，測定煙株根、莖、葉干重。煙株進入成熟期后每個小區固定3株，按煙葉成熟順序采集各小區下二棚葉、中部葉、上二棚葉、頂葉，晾制結束后統計煙葉產量。

1.4" 樣品測定

土壤理化指標按照《土壤農化分析》上的方法進行檢測，土壤堿解氮含量采用堿解擴散法測定，有效磷含量采用鉬銻抗比色法測定，速效鉀含量采用火焰光度計法測定，有機質含量采用重鉻酸鉀外加熱法測定；土壤交換性鈣、鎂含量，可溶性鐵、錳含量采用原子吸收分光光度法［17］測定。

利用第二代高通量測序技術（Illumina測序）對植煙土壤微生物進行16S rRNA基因序列測序；根據E.Z.N.A.soil 試劑盒（美國Omega Bio-tek公司）說明書進行總DNA抽提，DNA質量濃度和純度利用NanoDrop 2000進行檢測，利用1%瓊脂糖凝膠電泳檢測DNA提取質量；細菌16S rRNA用338F（5′-ACTCCTACGGGAGGCAGCAG-3′）和806R（5′-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3′）引物對 V3～V4可變區進行PCR擴增。

Illumina MiSeq測序：使用2%瓊脂糖凝膠回收PCR產物，利用AxyPrep DNA Gel Extraction Kit（美國Axygen Biosciences公司）進行純化，Tris-HCl洗脫，2%瓊脂糖電泳檢測。利用QuantiFluorTM-ST（美國Promega公司）進行定量檢測。根據Illumina MiSeq平臺（美國Illumina公司）標準操作規程將純化后的擴增片段構建文庫16S為PE 300文庫。用Illumina公司的Miseq PE300平臺進行測序（上海美吉生物醫藥科技有限公司）。

2" 結果與分析

2.1" 不同施肥處理對雪茄煙農藝性狀和物質積累的影響

由表1可以看出，團棵期各處理煙株株高、莖圍、節距、最大葉長、最大葉寬、葉片數均表現為對照最高，C處理最低，且差異顯著。旺長期A處理株高顯著高于其他2個處理，成熟期A處理株高僅顯著高于C處理，2個時期其他農藝性狀指標無顯著差異，但處理B莖圍、最大葉長和最大葉寬最大，有效葉片數最高，這表明芝麻餅有機肥和石灰氮處理對團棵期雪茄煙株農藝性狀影響較大，沒有化肥處理效果好，但對旺長期和成熟期的影響較小，特別是芝麻餅有機肥效果更好。

由圖1可知，團棵期、旺長期煙株根部干物質積累不同處理間無顯著差異（圖1-a），在成熟期與A處理相比，B處理提高了2.37%，C處理降低了10.11%，但B、C處理與A處理差異均不顯著。煙株莖干物質積累（圖1-b）在團棵期差異顯著，表現為A處理顯著高于其他2個處理，其他時期3個處理間差異不顯著，在成熟期B處理最高。葉片干物質量（圖 1-c）在團棵期時A處理間顯著高于B、C處理，旺長期和成熟期時差異不顯著，但B處理均為最高，其次為C處理，表明芝麻餅有機肥處理有利于煙株全株物質積累，石灰氮處理有利于葉片的物質積累。

2.2" 不同施肥處理對雪茄煙葉產量的影響

由圖2可知，B處理雪茄煙葉產量最高，其次為C處理，A處理最低。與A處理相比，B、C處理產量分別提高了6.28%、2.95%，表明芝麻餅有機肥、石灰氮處理可以提高雪茄煙葉的產量。

2.3" 不同施肥處理對土壤化學性質的影響

由表2可以看出，隨著煙株生長，B、C處理土壤pH值逐漸升高，整個煙株生育期均高于處理A。前人研究顯示植煙土壤pH值為6～7時最有利于煙株根系發育和物質積累，本試驗表明有機肥和石灰氮處理提高雪茄煙田土壤的pH值到最適范圍內，有利于雪茄生長［18］。隨著煙株生長，3個處理土壤有機質含量均表現為先增加再減少，團棵期B處理有機質含量最高， 比A處理提高了32.1%， 表明有

機肥施用提高了團棵期土壤有機質含量。土壤堿解氮含量團棵期時A處理顯著高于其他處理，其他時期3個處理間無顯著差異。不同處理間土壤有效磷含量未有顯著差異，但旺長期和成熟期均以B處理最高。土壤速效鉀含量團棵期、旺長期時處理A最高，成熟期B、C處理均高于A處理。

由表3可以看出，土壤中交換性鈣含量團棵期和成熟期B、C處理均高于A處理，且成熟期2個處理較A處理顯著提高了45.86%和68.09%。3個處理土壤交換性鎂含量在團棵期存在顯著差異，B處理比A處理顯著提高了60.76%，C處理比A處理提高20.15%。表明有機肥和石灰氮施用可提高雪茄植煙土壤交換性鈣、鎂含量。不同處理土壤有效態鐵和有效態錳含量在整個煙株生育期未表現出顯著差異，根據全國農業系統的土壤速效微量元素豐缺指標和中國科學院微量元素組的土壤有效態微量元素評價標準，本試驗供試土壤有效態鐵和有效態錳含量豐富［19］。

2.4" 不同施肥處理對土壤細菌群落的影響

2.4.1" 不同施肥處理根際土壤細菌群落α多樣性分析

細菌群落α多樣性指數如表4所示。覆蓋度數值越高表明樣本測序結果越能代表樣本中微生物的真實情況，本次測序結果都為96%，說明測序結果真實可靠。由表4可知土壤細菌群落豐富度Sobs指數在A、B處理中均表現為先降低后升高，成熟期達到最大值，C處理則表現為升高趨勢，旺長期和成熟期B、C處理均高于A處理。土壤細菌群落多樣性Shannon指數變化趨勢與Sobs指數相似，旺長期時不同處理間表現出顯著差異，與A處理相比，B、C處理分別提高了5.10%和6.63%，成熟期B、C處理也高于A處理。土壤細菌群落豐富度chao指數3個處理均在成熟期達到最大值，旺長期和成熟期B、C處理均高于A處理。表明芝麻餅有機肥和石灰氮施用提高了雪茄植煙土壤細菌群落的α多樣性。

2.4.2" 不同施肥處理土壤細菌群落組成分析

圖3為不同處理土壤細菌在門水平上的群落組成，檢測到細菌在門水平上相對豐度大于1%的共有12個菌門，大于5%的優勢細菌門有5個，依次為Actinobacteriota、Proteobacteria、Chloroflexi、Firmicutes和Acidobacteriote。團棵期3個處理間群落組成相似度較高，隨著煙株生長，上述優勢菌門在不同處理土壤中出現差異。較于A處理，旺長期和成熟期B、C處理中Actinobacteriota的相對豐度均低于A處理，Proteobacteria的相對豐度均高于A處理，但到成熟期時均低于A處理。旺長期B、C處理中Chloroflexi的相對豐度分別比A處理高6.21%、23.56%，成熟期時分別高13.62%、32.73%。旺長期和成熟期B、C處理中Firmicutes的相對豐度均低于A處理。旺長期B、C處理中Acidobacteriote的相對豐度分別比A處理高18.86%、45.79%，成熟期時分別提高32.13%、30.47%。

不同處理土壤細菌群落在屬水平上的前30種結構組成如圖4所示。30種菌屬來自6個細菌門，Actinobacteriota有12種菌屬，Proteobacteria有3種，Chloroflexi有7種，Firmicutes有1種，Acidobacteriote有5種，Gemmatimonadetes有2種。圖中第1種菌單獨聚類，在旺長期和成熟期含量較高；第2～11種菌屬，除了在移栽前樣本中相對豐度稍低一些，聚類為樣本中相對豐度較高的菌屬；中間聚類（第12～21種菌屬）為相對豐度較低的菌群；后面9種為相對豐度中等的菌群。相對豐度超過5%的細菌屬有5種，依次是Bacillus（芽孢桿菌屬）、norank_f_norank_o_Gaiellales、unclassified_f_Intrasporangiaceae、Sphingomonas（鞘氨醇單胞菌屬）、Athrobacter（節桿菌屬）。相對豐度在1%～5%之間有6種，依次是Streptomyces（鏈霉菌屬）、Mycobacterium（分支桿菌屬）、norank_f_norank_o_Vicinamibacterales、norank_f_norank_o_RBG-13-54-9、Nocardioides（諾卡氏菌屬）、norank_f_67-14。

由圖4還可以看出，Bacillus的相對豐度在雪茄煙移栽后先增加后稍有降低，旺長期最高，團棵期B處理最高，其余時期A處理最高。norank_f_norank_o_Gaiellales在移栽后稍有降低，3個處理之間相差不大。unclassified_f_Intrasporangiaceae在移栽后團棵期顯著增加，從旺長期開始下降，團棵期和旺長期A處理最高，是移栽前的8倍。Sphingomonas的相對豐度在團棵期B、C處理比A處理低，旺長期分別比A處理高13.25%、4.32%，成熟期B處理比A處理低26.01%，C處理比A處理高5.11%。Athrobacter的相對豐度在團棵期時B處理比A處理高21.26%，旺長期時低44.12%，成熟期時又比A處理高49.22%，團棵期C處理該菌屬的相對豐度比A處理低17.28%，旺長期和成熟期分別比A處理高2.86%、34.67%。Streptomyces的相對豐度在團棵期B處理比A處理低3.26%，旺長期和成熟期分別比A處理高3.99%、8.48%，團棵期C處理比A處理高3.59%，旺長期和成熟期分別比A處理低29.08%、5.41%。Mycobacterium的相對豐度在團棵期和成熟期都是A處理最高，旺長期B、C處理稍有增加。norank_f_norank_o_Vicinamibacterales的相對豐度移栽后先下降后增加，團棵期和旺長期C處理最高，成熟期B、C處理均顯著增加，超過移栽前，B處理最高。Nocardioides的相對豐度移栽后先增加

后減少，團棵期最高，團棵期C處理最高，成熟期B處理最高。

2.4.3" 不同施肥處理土壤細菌群落與環境因子相關性分析

為進一步了解土壤理化指標與細菌群落組成的相關性，對屬水平上相對豐度前20種細菌與土壤環境因子進行相關性分析。由圖5可知，pH值與Candidatus_Solibacter顯著負相關，與norank_f_SC-I-84、norank_f_norank_o_Vicinamibacterales、norank_f_norank_o_norank_c_KD4-96顯著正相關。有機質含量與norank_f_norank_o_Subgroup_7極顯著正相關，與norank_f_norank_o_C0119、unclassified_f_Intrasporangiaceae、Mycobacterium顯著負相關。堿解氮含量與norank_f_norank_o_Subgroup_7極顯著負相關，與Mycobacterium、Streptomyces顯著正相關。有效磷含量與Streptomyces顯著正相關，結合“2.4.2”節不同處理土壤細菌在屬水平上的群落結構分析可知，旺長期和成熟期B處理Streptomyces的相對豐度均高于A處理，因此提高了這2個時期土壤有效磷含量，特別是旺長期的含量。速效鉀含量與norank_f_norank_o_Subgroup_7顯著負相關，與Candidatus_Solibacter極顯著負相關。交換性鈣含量與norank_f_norank_o_Gaiellales、norank_f_Xanthobacteraceae、Mycobacterium顯著負相關，與Nocardioides、norank_f_Roseiflexaceae顯著正相關。交換性鎂含量與norank_f_Xanthobacteraceae、norank_f_SC-I-84極顯著負相關，與norank_f_norank_o_RBG-13-54-9顯著負相關，與unclassified_f_Intrasporangiaceae顯著正相關。有效態鐵含量與norank_f_norank_o_Subgroup_7、Candidatus_Solibacter顯著正相關，與unclassified_f_Nocardioidaceae顯著負相關。有效態錳含量與norank_f_norank_o_RBG-13-54-9、norank_f_norank_o_C0119、Mycobacterium極顯著負相關，與Nocardioides、unclassified_f_Nocardioidaceae、norank_f_67-14、Gaiella、norank_f_Roseiflexaceae極顯著正相關。

3" 討論與結論

本試驗中雪茄煙株農藝性狀和煙株莖、葉干物質積累在團棵期均表現為化肥處理顯著高于其他

處理，成熟期煙株物質積累、莖圍、最大葉長、最大型葉寬、葉片數均為芝麻餅有機肥處理最高。這與羅子春等的研究結果［20］相似，有機肥和石灰氮屬于緩釋肥，在土壤中氮素釋放緩慢，在一定程度上影響煙株前期養分吸收，進而影響煙株生長。煙葉產量結果顯示，有機肥和石灰氮處理均高于對照，這與孟笑男等的研究結果［21-23］一致。有機肥被稱為全營養肥料，能夠為煙株提供全面的養分，石灰氮的殺菌作用可減少土壤病原菌數，改善土壤微生物群落環境，兩者施用都有利于煙株生長。本試驗有機肥和石灰氮處理土壤中速效養分多在煙株生育后期顯著提高，這是因為有機肥和石灰氮的養分分解轉化需較長時間，這有利于保證煙株后期營養［24-25］。中、微量元素在作物體內含量微少，但其對煙株生長發育、煙葉品質具有很大改善作用［26］。有研究表明，鈣元素缺乏會導致植株矮小瘦弱，而鎂是組成葉綠素的重要金屬元素，為葉綠素的形成及光合作用所必需，合理提供鈣、鎂能使煙葉面積、葉干物質等提高［27-32］。在本試驗中施用有機肥和石灰氮提高了土壤交換性鈣、鎂含量，這與其煙株生長改善、產量增加相吻合。

土壤生物多樣性對土壤生態系統的完整性、功能和可持續性至關重要［33］。在本研究中施用有機肥和石灰氮2個處理的土壤細菌α多樣性指數均高于化肥處理，沈建平等分析石灰氮施用提高了土壤微生物α多樣性，其原因可能是施用石灰氮殺了大量的土壤病原菌，提供了許多土壤微生物生態位［34］。有研究顯示，Acidobacteriote與青枯病發病率顯著負相關，Chloroflexi可降解土壤纖維素等物質，參與土壤碳循環，Proteobacteria以土壤中的有機物質作為碳源和能源，其相對豐度的變化通常與土壤肥力呈正相關［35-37］。本試驗中2組處理均提高了Acidobacteriote、Chloroflexi和Proteobacteria的相對豐度。在屬水平上有機肥施用提高了土壤有益菌屬Sphingomonas、Athrobacter、Streptomyces的相對豐度，石灰氮施用提高了土壤Sphingomonas、Athrobacter的相對豐度。Athrobacter被認為是環境微生物中代謝煙堿的優勢種群，可以通過固氮作用產生多種植物激素以促進煙株對水分和礦質元素的吸收，Sphingomonas是降解土壤有毒物質最有效的微生物菌屬之一，且可以促進煙株根際營養吸收、抵抗多種病原菌［38］。Streptomyces產生的抗生素可以降低種子病原真菌的發病率，具有作為生物控制劑的潛力，其對煙草青枯病的控制也有很好的效果，由此可見有機肥和石灰氮施用通過提高土壤有益菌屬的相對豐度改善土壤微生物組成，促進植煙土壤養分循環和煙株生長，提高煙株抗病能力［39-40］。土壤養分與微生物是相互作用的，施肥使微生物的同化過程、代謝活性和群落組成發生變化，同時土壤微生物參與土壤養分循環，改變土壤養分含量，進而影響土壤養分的積累［41］。本試驗細菌群落與環境因子相關性結果顯示，有效磷含量與Streptomyces的相對豐度顯著正相關，堿解氮含量與Mycobacterium、Streptomyces顯著正相關，有研究表明這些菌屬是碳代謝和氨基酸合成的主要細菌屬，通過施用有機肥和石灰氮改變土壤pH值和細菌群落，可實現對土壤有效磷、堿解氮含量等養分的富集，提高土壤健康質量［42］。

綜上所述，施用芝麻餅肥可提高雪茄煙株干物質積累，石灰氮提高了葉片干物質積累，二者均提高了雪茄煙葉產量。施用芝麻餅肥和石灰氮均能提高土壤pH值、土壤細菌群落α多樣性以及有益菌屬Athrobacter、Streptomyces和Sphingomonas的相對豐度。土壤有效態錳、交換性鈣、交換性鎂、有機質、堿解氮、速效鉀含量與土壤細菌群落關系密切。因此，施用芝麻餅有機肥和石灰氮可改善土壤細菌群落結構和土壤理化性狀，促進雪茄煙生長和提高煙葉產量，在海南省五指山市雪茄煙區具有較大的推廣價值。

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