土壤調理劑對植煙土壤微生物群落的影響

沈建平++蘆阿虔++李小龍++李紅麗++曾強++王巖

摘要：考察了生物質炭作為土壤調理劑對植煙土壤微生物群落的影響。結果表明，在烤煙生長的各個時期，添加調理劑處理的土壤可培養微生物數量均比未添加調理劑的對照處理高。宏基因組分析表明，添加土壤調理劑處理的微生物群落多樣性高于對照，且青枯病發病率和病情指數比對照降低了27.6%和34.6%。由此可知，植煙土壤中添加土壤調理劑可以改善土壤微生態環境，提高土壤微生物群落多樣性，維護土壤微生物平衡，從而降低土傳病害的發生。

關鍵詞：土壤調理劑；植煙根際土壤；微生物群落；青枯病

中圖分類號：S572 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2017）01-0039-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.01.011

Effect of Soil Conditioner on the Microbial Community in the Rhizosphere Soil of Tobacco

SHEN Jian-ping1，LU A-qian2，LI Xiao-long1，LI Hong-li2，ZENG Qiang1，WANG Yan2

（1.Shaowu Branch of Nanping Tobacco Company，Shaowu 354000，Fujian，China；

2.School of Chemical Engineering and Energy，Zhengzhou University，Zhengzhou 450002，China）

Abstract： The effects of biomass carbon as a soil conditioner on the microbial community were studied. The results showed that， in all the growth period of tobacco， the quantity of microorganisms in the rhizosphere soil that was added to soil conditioner was higher than control. The results of genetic testing indicated that the diversity of microbial community of using soil conditioner was also higher than control， and the morbidity of tobacco bacterial wilt and disease index was decreased 27.6% and 34.6% respectively compared with control. In clued， the soil conditioner could reduce the soil-borne disease by improving the micro-ecological environment and the diversity of microbial community in rhizosphere soil to maintain the soil balance.

Key words： soil conditioner； rhizosphere soil of tobacco； microbial community； bacterial wilt

土壤狀況是決定煙草品質的基本條件[1]，由于近年來大量施用化肥以及連作等農業操作使烤煙土壤結構遭到破壞，農田生態系統發生變化[2]。

生物質炭是在低氧環境下通過高溫裂解將有機固體廢物如廢木材、秸桿、活性污泥等轉化而成的一種碳化物，其除含有豐富的活性炭成分外，還含有豐富的礦物質成分如Ca、Mg、Si等，pH呈堿性。生物質炭具有高度的芳香環分子結構和多孔特性[3]，比一般的有機物質具有更高的熱穩定性和較強的吸附特性[4，5]，具有改善土壤理化性狀、保水保肥、鈍化重金屬、補充植物營養元素、消除土壤重茬障礙、抑制土傳病害發生等功效。許多研究表明，施用生物質炭可以增加土壤有機碳量，促進土壤團聚體形成，協調土壤養分循環，促進植物生長[6，7]。生物質炭是一種良好的土壤調理劑，它可以提高土壤肥力[8]，吸附污染[9，10]，為植物提供礦質養分[11]，改善微生物細胞附著性能，促進特定類群土壤微生物生長[12，13]。土壤微生物是土壤有機質和土壤養分轉化的動力，目前有關生物質炭對土壤微生物影響的研究較少。因此，針對福建省煙田的酸性土壤，研究土壤調理劑——生物質炭對土壤微生物和烤煙抗病情況的影響，通過施用生物質炭以期達到調節土壤酸堿性、改善土壤微生態、防控青枯病的目的，為生物質炭的應用和烤煙土傳病害的生態防治提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試地塊的選擇

2014年田間小區試驗安排在福建省邵武市城郊鎮高南村。供試田塊肥力相對均勻，地勢平坦，往年煙草青枯病發生率高。試驗地土壤為中壤土，pH 5.11，有機質含量為24.27 g/kg。供試煙葉品種為K326。

1.2 試驗處理

2014年3月11日進行大田煙苗移栽，每小區植煙250株，植株密度為1 100株/667 m2，株行距50 cm×120 cm，純氮用量為9.09 kg/667 m2，N、P、K比例為1∶0.8∶2.7，其他大田管理措施按邵武市優質煙生產技術規程進行。試驗設置2個處理，分別為H1處理（CK）：當地常規施肥，150 kg有機肥/667 m2；H2處理：土壤調理劑生物質炭，即在對照基礎上煙苗移栽時每667 m2穴施100 kg土壤調理劑。生物質炭是在缺氧條件下，通過高溫裂解將剩余活性污泥轉化成的一種碳化物，除含有豐富的活性炭成分外，還含有豐富的礦物質成分，如K、Ca、Mg、Si和微量元素等，由鄭州大學提供。

1.3 土壤樣品采集

將整個煙株的根連同根部土壤一起取出，去掉根部一些大土塊后，輕輕將粘在細根上的土壤抖落混勻，這些土壤即為根際土壤。土樣混合均勻后存放于-4 ℃的冰箱內，測定土壤中微生物的數量和種類。另取少量土樣存放于-20 ℃的冰箱內，由生工生物工程（上海）股份有限公司做宏基因組檢測。

1.4 觀察記載及方法

試驗觀察記載內容包括各處理大田生育期、青枯病發生情況，調查各處理單葉重并計算產量。

1.5 宏基因組16S rDNA及18S rDNA測序

在煙田采集的根際土壤送交生工生物工程（上海）股份有限公司進行微生物宏基因組分析，每個樣品檢測細菌和真菌菌群，所送樣品編號見表1。

1.6 數據分析

試驗數據采用Microsoft Excel和DPS數據處理統計軟件進行分析處理。

2 結果與分析

2.1 煙田根際土壤可培養微生物的變化

烤煙生長的不同時期，土壤可培養微生物變化如表2和表3所示。未發病根際土壤細菌、放線菌和真菌的數量隨著煙株的生長均呈先增加后減少的趨勢。細菌數量較多，比放線菌和真菌高一個數量級。添加土壤調理劑的H2處理的細菌數量在旺長期以前高于對照，真菌和放線菌則一直高于對照。采摘期發病土壤中細菌比未發病土壤中的高，H1處理發病土壤的真菌和放線菌比未發病土壤的高，H2處理發病土壤的真菌和放線菌比未發病土壤的數量少的多。添加土壤調理劑的H2處理在采摘期以前微生物較豐富，采摘期發病后，添加土壤調理劑處理的土壤中微生物相對減少。

2.2 煙田根際土壤微生物群落的多樣性變化

2.2.1 根際土壤細菌和真菌群落優勢菌屬 各時期細菌和真菌群落優勢菌群如表4所示。移栽前土壤宏基因檢測的細菌優勢菌屬有Clostridium sensu stricto、Massilia、Gp1、Gp3、Bacillus等；真菌優勢菌屬有Ophiocordyceps、Phaeosphaeria、Mortierella、Nectria、Malassezia等。

旺長期根際土壤細菌優勢菌屬H1處理主要有Sphingomonas、TM7、Massilia、Pseudomonas、Flavobacterium等；H2處理主要有Sphingomonas、Massilia、TM7、Gp1、Gp3等。采摘期根際土壤細菌優勢菌屬H1處理有Sphingomonas、Gp1、Massilia、Gp3、TM7等；H2處理有Sphingomonas、Massilia、Gp1、Gp3、Bradyrhizobium等。旺長期、采摘期與移栽前細菌優勢菌屬有明顯不同，煙株生長根際微環境中細菌菌群發生變化，H2處理的細菌群落較豐富。

旺長期根際土壤真菌優勢菌屬H1處理有Mortierella、 Penidiella、 Phaeosphaeria、 Ophiocordyceps、Spizellomyces等；H2處理有Ophiocordyceps、Mortierella、Phaeosphaeria、Penidiella、Nectria等。采摘期根際土壤真菌優勢菌屬H1處理有Mortierella、Ascobolus、 Ophiocordyceps、 Phaeosphaeria、 Westerdykella等；H2處理有Mortierella、Ophiocordyceps、Phaeosphaeria、Agrocybe、Blyttiomyces等。真菌菌群結構與移栽前變化較大，特別是Mortierella的含量的變化較大，在不同時期含量顯著不同。

2.2.2 根際土壤細菌和真菌群落多樣性指數 表5為土壤測序樣品的多樣性指數，可以看出，細菌和真菌文庫的覆蓋率均達到70%以上，說明所建文庫能真實地反映出該環境細菌多樣性特性。香農指數是衡量群落的異質性，文庫細菌的香濃指數均達到7以上，表明細菌群落多樣性已達到一個很高的水平。Chao1和ACE指數可預測環境中物種的總數，結果表明隨著作物的生長，土壤中細菌群落多樣性逐漸增高。發病土壤中H2處理多樣性相對較高。

2.3 各處理病害發生情況

從表6可以看出，烤煙生長過程的4次調查中，處理H1的發病率居高不下，H2發病率和病情指數明顯較低。至7月10日時，青枯病的發病率和病情指數分別比H1降低了27.6%和34.6%。本試驗結果進一步證明，施用土壤調理劑改善土壤理化性狀可以在一定程度上防控青枯病的發生。這一結果與上述土壤微生物數量和區系變化的結果一致。

3 小結與討論

試驗結果表明，烤煙根際細菌、放線菌和真菌數量隨生育進程先增加后減少，處理和對照的變化趨勢相同。由于細菌數量占絕對優勢，根際微生物總數量的變化趨勢與根際細菌數量變化趨勢相同。在旺長期，使用土壤調理劑的根際細菌、放線菌和真菌數量明顯高于對照。發病土壤H2的土壤細菌數量較高，而放線菌和真菌比H1低。

宏基因組測序結果顯示細菌種類總數遠高于真菌，隨著煙株的生長微生物群落多樣性增加，同一時期的H2土壤的多樣性高于H1處理的土壤。說明根際土壤微生物數量明顯受土壤調理劑及烤煙生長發育的影響，添加土壤調理劑可以提高土壤微生物多樣性。

施用土壤調理劑可改善土壤理化性狀和提高土壤微生物多樣性，可以在一定程度上防控青枯病的發生。

參考文獻：

[1] 林躍平，周清明，王業建.影響煙草生長、產量和品質因子的研究進展[J].作物研究，2006，20（5）：490-493.

[2] 趙仁富.論“免深耕”土壤調理劑的開發研究[J].土壤肥料，2001（12）：16-17.

[3] GOLBER E D. Black Carbon in the Environment： Properties and Distribution[M].New York：John & Wiley，1985.

[4] LEHMANN J，GAUNT J， RONDON M. Biochar sequestration in terrestrial ecosystems-a review[J]. Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change，2006，11（2）：395-419.

[5] WOOLF D，AMONETTE J E，STREET-PERROTT A，et al. Sustainable biochar to mitigate global climate change[J]. Nature Communications，2010，1：56.

[6] KUZYAKOV Y，SUBBOTINA I，CHEN H，et al. Black carbon decomposition and incorporation into soil microbial biomass estimated by 14C labeling[J]. Soil Biology and Biochemistry，2009， 41（2）：210-219.

[7] 付琳琳，藺海紅，李戀卿，等.生物質炭對稻田土壤有機碳組分的持效影響[J].土壤通報，2013，44（6）：1379-1384.

[8] VAN ZWIETEN L，KIMBER S，MORRIS S，et al. Effects of biochar from slow pyrolysis of papermill waste on agronomic performance and soil fertility[J]. Plant and Soil，2010，327： 235-246.

[9] YU X Y，YING G G，KOOKANA R S. Reduced plant uptake of pesticides with biochar additions to soil[J]. Chemosphere，2009， 76：665-671.

[10] KIM I，YU Z Q，XIA B H，et al. Sorption of male hormones by soils and sediments[J]. Environmental Toxicology and Chemistry，2007，26：264-270.

[11] NOVAK J M， BUSSCHER M J， LAIRD D A， et al. Impact of biochar amendment on fertility of a southeastern coastal plain soil[J]. Soil Science，2009，174：105-112.

[12] SAITO M，MARUMOTO T. Inoculation with arbuscular mycorrhizal fungi：The status quo in Japan and the future prospects[J]. Plant and Soil，2002，244：273-279.

[13] STEINBEISS S，GLEIXNER G，ANTONIETTI M. Effect of biochar amendment on soil carbon balance and soil microbial activity[J]. Soil Biology and Biochemistry，2009，41：1301-1310.