生物炭對不同連作年限棉田土壤微生物數量的影響

韓光明++陳全求++張淑芳++李國榮++張勝昔++藍家樣

摘要：通過盆栽試驗并利用生物炭技術研究了湖北潛江周磯農場不同連作年限棉田土壤的微生物情況，采用平板稀釋法分別在苗期、蕾期、花鈴期和吐絮期對土壤細菌、真菌和放線菌數量進行測定。結果表明，添加生物炭處理可有效提高不同連作年限棉田細菌、真菌和放線菌的數量，而20 t/hm2（C1）生物炭處理可有效提高細菌和放線菌的數量，40 t/hm2（C2）生物炭處理可更有效提高真菌數量。從不同生育時期來看，苗期微生物數量最少，在蕾期和花鈴期是微生物數量繁殖的高峰期，吐絮期微生物數量開始下降。

關鍵詞：生物炭；連作；棉田；微生物數量

中圖分類號：S562.061 文獻標識碼：A 文章編號：2095-3143（2017）05-0007-06

DOI：10.3969/j.issn.2095-3143.2017.05.002

0 引言

中國四大棉區除長江、黃河流域進行麥后、油后棉輪作外[1-3]，其他棉區長期進行棉花連作生產，特別是新疆棉區，而長期連作引起土壤養分失調、微生物數量和多樣性降低、病蟲害加劇發生，同時也會導致棉花產量和品質持續下降[4-6]，這些也嚴重制約中國棉花產業和棉紡業的健康發展。生物炭作為生物友好型活性物質，具有多孔性、芳香烴等化合物，且具有極強的吸水、吸肥和抗氧化能力，在土壤改良及其微生態調控，生物炭的這些特性改善了土壤微生物的生存環境，減少了微生物的競爭，從而起到保護土壤有益微生物的作用[7-11]。本研究利用生物炭技術對湖北潛江棉區不同連作年限棉田進行了處理，以期尋求緩解棉田連作障礙的有效途徑。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗于2014年5月在湖北省農業科學院經濟作物研究所進行，品種選用雜交棉C111，采用盆栽試驗；試驗盆的上口直徑為40 cm，底直徑為20 cm，盆高為27 cm。生物炭由山東豐本生物科技有限公司提供，其理化性質見表1。土壤采自湖北省潛江市周礬鎮棉區，土壤類型為灰潮土，耕層為沙壤土，4種連作年限分別為2年、6年、11年和14年。生物炭設置3個用量梯度，分別為C0（0 t/hm2）、C1（20 t/hm2）和C2（40 t/hm2），分別為土壤干基重的0%、1.538% 和 3.077%。生物炭與土壤充分混合，每盆裝7.5 kg。栽入雜交棉C111，每盆兩株，緩苗后保留1株，每個處理30盆。每盆施入等量N、P、K，施入量為8 g/盆，整個生育期不追肥，采用隨機區組排列。

1.2 試驗方法

1.2.1 土樣的采集

于棉花苗期、蕾期、花鈴期和吐絮期四個生育時期，分別隨機采集連作2年、6年、11年和14年各處理土壤樣品，每個處理5盆，取樣深度為0～15 cm，將5個土壤樣品混勻后取100 g放入無菌袋中，4℃冰箱保存，用于微生物傳統培養。

1.2.2 土壤微生物的平板培養

細菌采用牛肉膏蛋白胨培養基、真菌采用孟加拉紅-馬丁式培養基、放線菌采用改良的高氏Ⅰ號培養基。分離細菌、真菌、放線菌采用平板涂抹法：用移液器吸取100 μL的土壤稀釋液于平板中央，然后用涂布器將稀釋液在平板上涂抹均勻。分離細菌選用的稀釋度為10-5、l0-6、10-7，于37℃恒溫培養1～3 d，選取10-6稀釋度計數；分離真菌選用稀釋度為10-2、10-3、10-4，于25℃恒溫培養7 d，選取10-3稀釋度計數；分離放線菌選用稀釋度為10-3、10-4、10-5，于28℃恒溫培養4 d，選取10-5稀釋度計數。

1.3 數據分析

采用 IBM SPSS Statistics 19.0進行統計分析，單因素方差分析（One way ANOVA），對處理間顯著性差異進行比較（p<0.05），利用Micosoft Excel 2016 進行數據整理和作圖。

2 結果與分析

2.1 生物炭對不同連作年限棉田苗期土壤微生物的影響

在苗期，隨著連作年限增加，細菌的數量在明顯下降，添加生物炭處理可提高不同連作年限的細菌數量（圖1-a），但差異不顯著；真菌數量未添加生物炭處理C0在各連作年限間變化不大，添加生物炭處理顯著提高了連作2年、6年和11年真菌的數量，除連作2年表現為處理C1顯著高于C0和C2外，連作6年和11年C2處理顯著高于C1和C0，處理C1和C0間差異不顯著（p<0.05），連作14年雖然添加生物炭處理增加了真菌的數量，但各處理間差異不顯著（圖1-b）；放線菌表現為先升高后下降的趨勢，生物炭處理沒有提高放線菌的數量，反而添加生物炭處理后，放線菌的數量有一定的下降，在連作14年還表現為C0>C1>C2（圖1-c），說明放線菌對外源添加的生物炭有一定的排斥作用，特別生物炭濃度越高這種排斥作用越明顯。

通過單變量主體間因子分析發現，連作2年和6年細菌數量顯著高于連作11年和14年，而添加生物炭處理間差異不顯著；真菌數量表現為連作6年和11年顯著高于連作14年，生物炭處理間為C1和C2處理顯著高于C0處理；放線菌數量則為連作2年、6年、11年棉田顯著高于連作14年棉。

2.2 生物炭對不同連作年限棉田蕾期土壤微生物的影響

在蕾期，細菌、真菌、放線菌的數量隨連作年限增加，呈下降趨勢。同苗期比較，微生物總體數量呈指數性增長。細菌數量在生物炭處理間及不同連作年限間差異不顯著（圖2-a）；真菌雖然表現為添加生物炭處理增加了其數量，但連作2年、6年、11年表現不顯著，而連作14年則表現為C1>C2>C0（圖2-b）；放線菌在連作11年時生物炭處理間為C1>C2>C0（圖2-c）。

通過單變量主體間因子分析發現，細菌在不同連作年限間及不同濃度生物炭處理間差異均不顯著；真菌數量連作2年顯著高于連作14年，但與連作6年和11年差異不顯著，生物炭處理要顯著高于對照C1>C2>C0；放線菌數量連作2年顯著高于連作14年，但生物炭處理間差異不顯著。endprint

2.3 生物炭對不同連作年限棉田花鈴期土壤微生物的影響

在花鈴期，細菌和放線菌數量隨連作年限增加呈下降趨勢，而真數量則表現為先升高后下降的趨勢。細菌表現為添加生物炭處理可以明顯提高其數量，但還未達顯著水平，且從圖3-a中可看出，C1生物炭的用量效果較好；真菌數量在連作14年表現為添加生物炭處理顯著高于對照C1>C2>C0，并且C1處理顯著高于C2；放線菌在生物炭處理連作2年和6年中未見明顯差異，但在連作11年和14年中存在顯著差異，表現為生物炭處理C1顯著高于C0和C2處理。

通過單變量主體間因子分析發現，棉田連作2年細菌數量顯著高于連作14年，而與連作6年和11年無顯著差異；棉田連作2年真菌數量顯著高于連作11年和14年，生物炭處理則表現為處理C1顯著大于C0和C2，處理C0和C2間差異不顯著（p<0.05）；放線菌數量不同連作年限間表現為2Y>6Y>11Y>14Y，且連作年限間均呈顯著正相關，生物炭處理則C1>C2>C0，處理C1顯著高于C2和C0。

2.4 生物炭對不同連作年限棉田吐絮期土壤微生物的影響

吐絮期，細菌、真菌、放線菌數量較蕾期和花鈴期顯著下降，并且不同連作年限間生物炭處理均為添加生物炭處理C1和C2顯著高于對照C0。

通過單變量主體間因子分析發現，棉田連作2年細菌數量顯著高于連作14年，但與連作6年和11年無顯著差異，表現處理C1顯著高于C2，處理C2顯著高于C0；真菌數量隨連作年限增加呈先上升后下降的趨勢，且連作2年棉田真菌數量顯著高于連作11年和14年，從不同連作年限整體來看，表現為C2>C1>C0，且呈顯著正相關（p<0.05）；放線菌數量隨連作年限延長呈緩慢下降的趨勢，連作2年顯著高于連作11年和14年，與連作6年無顯著差異，連作6年與連作11年和14年差異不顯著，整體來看，表現為C1>C2>C0，且均呈顯著正相關（p<0.05）。

3 結論與討論

連作障礙是很多科學家和棉農亟待解決的問題，本研究通過生物炭技術對湖北潛江周磯農場不同連作年限棉田進行了生物炭處理，在棉花苗期、蕾期、花鈴期和吐絮期進行了微生物數量測定，種群結構和功能多樣性的測定（數據另文發表），結果發現，添加生物炭處理可以有效提高連作棉田的微生物數量，且在連作14年時添加生物炭處理顯著高于對照，除真菌外，均表現為C1>C2>C0。生物炭處理C2可以有效地提高真菌數量。從不同生育時期來看，苗期微生物數量最少，在蕾期和花鈴期是微生物數量繁殖的高峰期，吐絮期微生物數量開始下降。生物炭能夠提高連作棉田土壤微生物數量可能和它多孔的特性有關，也可能與生物炭本身含有各種炭化合物有關，為微生物生長和繁殖提供了可利用的棲息場所和炭源。棉花連作是個大課題，不能僅僅通過生物炭處理后測定了微生物的動態變化來說明其緩解連作障礙的效果，還需通過測定土壤酶活性、土壤微生物結構和功能多樣性等指標進行考量[12]，而且需要通過開展長期定位試驗來驗證。

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