長期不同種植制度下植煙土壤細菌群落特征差異分析

方遠鵬 王 娜 白羽祥 王 戈 徐照麗 鄧小鵬 杜 宇 周 鵬*

(1.云南農業大學 煙草學院,昆明 650201;2.云南省煙草農業科學研究院 煙草農藝研究中心,昆明 650021)

云南省是我國煙葉主產區,部分地區由于種植制度不合理(如長期連作),導致烤煙土壤理化性狀惡化、養分比例失調、微生物群落特征明顯改變[1-2];同時這些環境因子相互作用對土壤環境產生綜合影響,造成烤煙連作障礙,導致病蟲害加劇和植株的減產降質,嚴重影響了烤煙生產的可持續發展[3]。輪作是緩解連作障礙,提高經濟和生態效益的重要方法。玉米與烤煙輪作可以提高土壤中酸性細菌和放線菌的豐富度,從而控制煙草枯萎病的發作[4];大蒜與烤煙輪作可以降低煙草黑脛病的發生和危害程度[5];烤煙-苕子-水稻的輪作模式可以促進微生物繁衍,改善土壤生態環境,從而減輕土壤病蟲害的發生[6]。由此可見,合理的種植制度可以有效地改善土壤環境,控制病蟲害的發生,有助于烤煙生產的可持續發展。

土壤是作物生長發育的基本條件,其中土壤養分可為植物生長提供所需的營養元素,其速效養分含量的高低是土壤肥力供給的衡量標準之一[7]。土壤酶是土壤的一個重要組分,參與包括土壤生物化學過程在內的自然界物質循環,對土壤肥力的形成過程具有重要作用[8]。大量研究表明,土壤中的酶活性和速效養分含量受種植制度的影響較大[9-10],例如烤煙連作5年后土壤堿解氮和速效磷含量呈不同程度的增加,同時還降低了土壤過氧化氫酶和蔗糖酶的活性[11];烤煙長期連作或輪作后,土壤速效養分含量存在明顯差異,其中輪作降低了土壤的速效磷、速效鉀含量,與連作相比,烤煙輪作提高了土壤脲酶和蔗糖酶活性,同時輪作還增加了土壤中有益細菌類群數量,尤其是桿菌類細菌[12]。此外,土壤理化性質和酶活性的變化也受根系分泌物以及土壤微生物群落的影響[13-14]。

土壤微生物是生態系統中最重要的生物群落之一,在促進土壤物質循環、維持土壤生態系統穩定性及可持續性方面發揮著重要的作用[15],而土壤細菌在土壤微生物類群中占主要部分,它在植物根系的微生態環境中對物質和能量的轉化起著重要作用[16]。不同的種植模式對土壤微環境的影響不同,進而改變了土壤細菌群落結構[17]。目前,短期連作或輪作對植煙土壤細菌群落影響的研究較多[18-19],而長期定位試驗研究相對較少,針對植煙土壤細菌群落與微生態環境因子間的內在聯系的研究尚未見報道。本試驗在長期定位試驗點分別收集不同種植制度土壤樣品,通過16S rRNA高通量測序技術測定分析土壤細菌群落的組成、結構、多樣性等,旨在探討長期不同煙草種植制度對土壤微生態環境的影響特征及其各因子間的內在聯系,以期為優化烤煙種植制度提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗概況

試驗地點位于云南省煙草科學研究院玉溪研和基地(24°23′63″ N,102°49′98″ E),海拔1 635 m,土壤類型為紅壤,氣候條件為亞熱帶濕潤季風氣候,年平均氣溫17.4～23.8 ℃,年平均降水量670.80～1 500.20 mm,年平均無霜期146.2～168.3 d,其土壤基礎肥力為pH 6.72、有機質16.24 g/kg、全氮0.97 g/kg、全磷0.79 g/kg、全鉀4.96 g/kg、堿解氮67.53 mg/kg、速效磷48.37 mg/kg、速效鉀175.01 mg/kg。2011年在基地選取0.2 hm2地塊,均分,分別進行長期不同種植制度定點試驗,主要包括撂荒地(Abandoned Land,AL)、烤煙連作(Continuous cropping of flue-cured tobacco,CC)、烤煙-玉米輪作(Flue-cured tobacco-Corn rotation,CR)。2021年8月15日在長期定位試驗點的3種不同種植制度地塊進行土壤取樣,該區域土地由云南省煙草農業科學研究院負責管理,各地塊作物種植及施肥詳細信息見表1,試驗地所施肥料由管理單位提供,其他栽培管理措施統一按照當地常規生產技術進行。

表1 2011—2021年取樣地基本信息Table 1 Basic information of sampling sites from 2011 to 2021

1.2 土樣采集

于2021年8月15日(烤煙成熟期)在每個地塊隨機選取3個點,采用抖根法采集根際土樣,樣品去除植物殘體及其他雜質后,將同一地塊的多點取樣土壤樣本按照四分法混合均勻后分為2份,一份放入無菌凍存管中,置于液氮內速凍,然后置于-80 ℃超低溫冰箱中保存,用于土壤細菌群落測定;另一份放入自封袋中,取回待風干后過2 mm篩,用于土壤理化性狀和酶活性的測定。

1.3 測定項目及方法

1.3.1土壤化學指標測定

土壤化學指標的測定方法,pH測定采用美國SPECTRUM公司的IQ150 pH儀,有機質、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀含量的測定參考《土壤農化分析》[20]。每個測定指標均設置3次重復。

1.3.2土壤酶活性測定

過氧化氫酶活性(CAT)、蔗糖酶活性、脲酶活性和磷酸酶活性的測定參考梅守榮等[21]方法,試劑盒購買于深圳市華夏準測檢測技術有限公司。每個指標測定均設置3次重復。

1.3.3土壤細菌群落結構和多樣性測定

使用Power Soil DNA提取試劑盒(型號D3142,廣州美基生物科技有限公司),從1.0 g土壤樣本中提取基因組DNA;用Nanorop微量分光光度計(型號DYY-6C,北京六一儀器公司)檢測DNA濃度和純度;用0.8%瓊脂糖凝膠電泳檢測DNA樣品是否降解及有無雜質。經DNA濃度和純度檢測后(DNA濃度≥20 ng/μL,總量≥500 ng,A260/280為1.8～2.0,基因組DNA經凝膠電泳后呈單一條帶),利用PCR儀(型號ETC811,東勝興業科學儀器有限公司)對細菌16S rRNA基因進行PCR引物擴增,擴增引物為515F(5′-GTGYCAGCMGCCG-CGGTAA-3′)和806R(5′-GGACTACNVGGGT-WTCTAAT-3′)。每個樣本3次重復,獲得擴增產物后,進一步通過AMPure XP Beads(型號A63880,美國貝克曼庫爾特公司)進行PCR產物純化,用ABI Stepone Plus Real-Time PCR System(型號ABI7900,美國應用生物系統公司)進行定量,根據Novaseq 6000的PE250模式pooling上機測序。使用SILVA 16S數據庫作為細菌參考數據庫,將過濾后的Tags進行拼接,以97%的相似度為界,聚類成可操作分類單元(Operational Taxonomic Units,OTUs),并對OTUs代表性序列進行注釋[22]。

1.4 數據處理及統計分析

試驗數據初步處理采用Microsoft Excel 2010 軟件進行;利用IBM SPSS Statistics 24.0軟件對土壤理化性質、酶活性及細菌群落進行單因素方差分析(One-way ANOVA)、Duncan法多重比較分析以及Pearson相關性分析;在Omicshare平臺(https:∥www.omicshare.com/tools/home/task/index.html)和Galaxy(http:∥huttenhower.sph.harvard.edu/galaxy/root?tool_id=PICRUSt_normalize)平臺分別對土壤細菌數據進行韋恩圖分析(Venn diagram)、主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)和線性判別分析(Linear discriminant analysis Effect Size,LEfSe);利用Canoco 5.0軟件進行冗余分析(Redundancy Analysis,RDA)。

2 結果分析

2.1 不同種植制度下土壤理化性狀

由表2可知,各種植制度土壤的pH和有機質、堿解氮含量無顯著差異(P>0.05)。相較AL土壤,CC、CR土壤的全氮、全磷、全鉀、速效磷、速效鉀含量均有一定升幅,其中CC土壤中的速效鉀含量顯著升高108.06 mg/kg(P<0.05),而輪作僅升高3.25 mg/kg(P>0.05)。綜上,耕作條件(CC和CR)下土壤養分含量均升高,其中連作條件(CC)下土壤速效鉀含量顯著富集。

表2 不同種植制度土壤理化性質Table 2 Physical and chemical properties of soil under different cropping systems

2.2 不同種植制度下土壤酶活性差異

由表3可知,各種植制度土壤中的脲酶、蔗糖酶活性均無顯著差異(P>0.05),而磷酸酶、過氧化氫酶活性差異顯著(P<0.05)。相較AL土壤,磷酸酶活性在CC、CR土壤中分別增加64.34%和51.24%;過氧化氫酶活性在CC土壤中增加50.06%,而在CR土壤中降低39.84%。說明不同種植制度對土壤酶活性影響存在差異,其中過氧化氫酶表現最為敏感。

表3 不同種植制度土壤酶活性變化Table 3 Changes of soil enzyme activities in different cropping systems

2.3 不同種植制度下土壤細菌DNA測序結果分析

由圖1可知,不同種植制度土壤樣品中,共得到有效序列921 534條,質控過濾和去除嵌合體后得到691 734條優質序列。依據物種Venn圖分析所有樣品測得總的OTU(Operational Taxonomic Unit)數目為12 958個,其中共有的OTU數為3 966個,約占總數的30.61%。AL土壤中特有的OTU數目為889個,約占6.86%;CC土壤中特有OTU數目為1 208個,約占9.32%;CR土壤中特有OTU數目為1 772個,約占13.67%(圖1(a))。從圖1(b)可以看出,各種植制度下土壤中OTU分布數目由大到小為:CR>CC>AL。

圖1 不同種植制度下土壤細菌OTU數量比較Fig.1 Comparison of OTU quantity of soil bacteria under different cropping systems

2.4 細菌群落結構與多樣性變化特征分析

2.4.1細菌門水平結構變化

由圖2可知,3種種植制度土壤樣品共檢測出50個菌門,其中AL土壤45個,CC土壤43個,CR土壤49個。將相對豐度最大的前10種進行比較分析發現,它們共有的相對豐度最大的前5個優勢菌門均為:變形菌門(Proteobacteria,占總量的30.35%～35.20%),放線菌門(Actinobacteria,占總量的13.33%～21.82%),酸桿菌門(Acidobacteria,占總量的11.23%～13.93%),擬桿菌門(Bacteroidetes,占總量的6.44%～8.41%),綠彎菌門(Chloroflexi,占總量的4.53%～8.93%),5個菌門共占總量的65.88%～88.29%。其中放線菌門(Actinobacteria)的相對豐度在CC土壤中最高,綠彎菌門(Chloroflexi)的相對豐度在CR土壤中最高。總體來看,不同種植制度下土壤細菌群落在門水平組成上相似,但少數菌門相對豐度存在差異。

圖2 門水平細菌的相對豐度分析Fig.2 Analysis of relative abundance of phylum level bacteria

2.4.2細菌屬水平結構變化

由表4可知,各種植制度下土壤樣品在屬水平上共檢出733個菌屬,其中AL土壤469個屬,CC土壤509個屬,CR土壤547個屬。部分細菌屬的相對豐度在各土壤中存在顯著差異(P<0.05),其中,CC和CR土壤中的鞘脂單胞菌屬(Sphingomonas)、苔蘚桿菌屬(Bryobacter)相對豐度均顯著高于AL土壤;CC土壤中的假節桿菌屬(Pseudarthrobacter)、鏈霉菌屬(Streptomyces)、類諾卡氏菌屬(Nocardioides)、阿爾達桿菌屬(Adhaeribacter)相對豐度顯著高于AL和CR土壤,而CR土壤中的赭黃嗜鹽囊屬(Haliangium)相對豐度顯著高于AL和CC土壤。AL、CC和CR土壤中最豐富的細菌屬分別為Sphingomonas、Pseudarthrobacter和Haliangium,相對豐度分別為1.28%、4.19%和2.45%。土壤細菌群落結構熱圖分析表明(圖3),土壤細菌群落共被劃分為3大類,分別為AL、CC、CR土壤,相較AL土壤,CC與CR土壤細菌群落結構具有一定相似性,但在優勢細菌屬組成上存在較大差別。AL土壤優勢菌屬為黃桿菌屬(Flavobacterium)、H16屬、土微菌屬(Pedomicrobium)、胸腺桿菌屬(Steroidobacter)等,CC土壤優勢菌屬為Pseudarthrobacter、芽孢八疊球菌屬(Sporosarcina)、Nocardioide等,CR土壤優勢菌屬為Haliangium、Flavisolibacter、地桿菌屬(Geobacter)、芽單胞菌屬(Gemmatimonas)等。

1、2、3代表每個種植制度下土壤的3個平行樣。1,2 and 3 represent 3 parallel samples of soil under each cropping system,respectively.

表4 不同種制度下土壤主要細菌屬相對豐度差異Table 4 Differences in the relative abundance of main bacterial genera in soil under different species systems %

2.4.3細菌Alpha多樣性變化

由圖4可知,16S rRNA 擴增子測序的覆蓋率(Goods coverage)均在97%以上,表明測序結果符合所取土壤樣本中微生物的實際情況,且測序的長度符合后續分析要求。相較AL土壤,CC、CR土壤細菌的Chao1、ACE、Observed species及Shannon均表現出顯著升高的趨勢(P<0.05),且以CR土壤變化更為顯著。綜上,CC、CR土壤細菌群落多樣性和豐富度均顯著高于AL,CR土壤細菌群落多樣性和豐富度最高。

不同小寫字母表示各種植制度間差異顯著(P<0.05)。Different lowercase letters indicate significant differences between cropping systems (P<0.05).

2.4.4細菌Beta多樣性變化

由圖5可知,對不同種植制度土壤細菌進行PCA分析,PC1和PC2分別解釋了細菌總變異數的53.87%和29.21%,共計83.08%,說明上述2個主成分可反映各處理土壤樣品細菌群落結構信息。3種種植制度下土壤細菌群落分別置于3個不同的區間,說明不同種植制度下土壤細菌群落結構存在明顯差異,但CC和CR處在PC1的正半軸,CC和AL處在PC2的負半軸,這又說明其存在一定的相似性。綜上,相較AL,其他2種種植制度對土壤細菌群落結構影響存在差異,且CR較CC影響更大。

圖5 細菌群落結構的PCA分析Fig.5 PCA analysis of bacterial community structure

2.5 不同種植制度下土壤細菌群落物種差異分析

由圖6可知,通過LEfSe分析確定各分類水平上具有顯著差異的物種及其效益大小。3種種植制度土壤中共有18個細菌分支的相對豐度表現出顯著差異(P<0.05)。其中,AL土壤存在5個相對豐度差異顯著的細菌分支,主要包括互營桿菌目(Syntrophobacterales)、微桿菌科(Microbacteriaceae)、互營菌科(Syntrophaceae)、壤霉菌屬(Agromyces)、unidentified_Syntrophaceae;CC土壤中存在2個相對豐度差異顯著的細菌分支,主要包括Micrococcaceae和Pseudarthrobacter;CR土壤存在11個相對豐度差異顯著的細菌分支,主要包括噬幾丁質科(Chitinophagaceae)、黏球菌目(Myxococcales)、Flavisolibacter、Haliangium、Haliangiaceae科等。AL、CC、CR土壤中相對豐度差異最顯著的細菌分支分別為互營桿菌綱(Syntrophobacterales)、Pseudarthrobacter、Haliangium。

o、f、g分別代表目、科、屬;5個大圓圈由內至外依次為門、綱、目、科、屬,小圓圈大小代表該分類水平下該物種相對豐度大小;無顯著差異物種標記為黃色,有顯著差異物種以著色標記。o,f and g represent order,family and genus,respectively.The five large circles are phylum,class,order,family and genus from the inside out,and the small circle size represents the relative abundance of the species at the taxonomic level.Species with no significant difference are marked in yellow,while species with significant difference are marked in color.

2.6 土壤細菌群落與環境因子間相關性分析

2.6.1土壤主要細菌屬和環境因子RDA分析

由圖7可知,3種種植制度土壤中共發現4個理化指標差異顯著和2個酶活性差異顯著,將其與土壤細菌屬水平主要物種作RDA分析。環境因子對細菌群落結構的解釋量為77.13%,其中,第一排序軸的解釋變量為43.47%,第二排序軸的解釋變量為33.65%,表明環境因子在較大程度上可以解釋土壤細菌群落的差異。第一軸上,土壤速效鉀(AK)、速效磷(AP)、全磷(TP)含量及其磷酸酶活性(ACP)是主要的影響因子,第二軸上,土壤全鉀(TK)含量及其CAT活性是主要的影響因子。綜合來看,對土壤細菌群落分布具顯著影響的因子為土壤AK含量及CAT、磷酸酶(ACP)(P<0.05),其R2分別為0.83、0.90、0.92。

藍線表示土壤主要細菌屬,紅線表示土壤主要環境因子。TP,全磷;TK,全鉀;AP,有效磷;AK,速效鉀;ACP,磷酸酶;CAT,過氧化氫酶。下同。The blue line represents the major soil bacteria genera,and the red line represents the major soil environmental factors.TP,total phosphorus;TK,total potassium;AP,available phosphorus;AK,available potassium;ACP,phosphatase;CAT,catalase.The same below.

2.6.2土壤環境因子與優勢菌屬的相關性分析

由表5可知,全磷(TP)、全鉀(TK)含量與Flavisolibacter、Gemmatimonas的相對豐度呈極顯著正相關,與Agromyces的相對豐度呈極顯著負相關(P<0.01);AK含量與Pseudarthrobacter的相對豐度呈極顯著正相關(P<0.01),與Haliangium的相對豐度呈顯著負相關(P<0.05);AP含量與Pseudarthrobacter、Gemmatimonas的相對豐度呈顯著正相關(P<0.05),與unidentified_Syntrophaceae的相對豐度呈極顯著負相關(P<0.01);CAT活性與Pseudarthrobacter的相對豐度呈極顯著正相關,與Haliangium、Geobacter的相對豐度呈極顯著負相關(P<0.01);ACP活性與Pseudarthrobacter的相對豐度呈顯著正相關(P<0.05)。結合RDA分析結果,土壤中主要環境因子與優勢菌屬的相對豐度間存在較強相關性,其中以AK、CAT活性對土壤細菌群落分布影響較大。

表5 優勢菌屬與環境因子間的Pearson相關性Table 5 Pearson correlation between dominant bacteria and environmental factors

3 討 論

連作、輪作能夠改變土壤微環境,對土壤養分產生一定的影響[23]。本研究中,烤煙連作(CC)、輪作(CR)條件下,土壤養分含量均升高,而魏全全等[24]研究發現烤煙輪作能有效促進土壤養分含量升高,而連作則會顯著降低土壤養分含量,與本研究結果不完全一致。本研究中,連作(CC)土壤養分含量的升高,可能是由于烤煙在長期連作條件下,當施入土壤的養分持續不變時,煙株吸收的養分量在不斷減少,從而出現土壤養分含量隨著連作年限的增加而增加的現象[11]。此外,本研究還發現連作(CC)土壤中的速效鉀含量高出撂荒地(AL)與輪作(CR)土壤約2倍,主要由于烤煙作為喜鉀作物,在栽培過程中鉀肥施用量較高,長期大量鉀肥投入導致土壤對鉀的特殊吸附位點增加,從而增加了土壤對鉀的固定[25],這與王棋等[26]的研究結果相類似,即烤煙在連作3年時即可引起土壤鉀積累。烤煙是忌連作的作物,長期連作中施肥成分及烤煙對養分吸收的相對固定,導致土壤中某些營養元素長期虧缺或累積,從而造成土壤養分比例失衡,嚴重威脅土壤生態環境[27-28]。

土壤酶活性可以揭示土壤中生物代謝作用強度以及對外界環境的適應能力[29]。磷酸酶主要來源于真菌和植物根系[30],其作用是促進磷素的循環和轉化,表征土壤磷素的水平[31];過氧化氫酶是微生物或者植物產生的一類氧化還原酶[32],能促使土壤中的過氧化氫(H2O2)分解為水和氧氣,從而減輕或消除過氧化氫對生物體的危害[33]。在本研究中,連作(CC)、輪作(CR)均導致了土壤磷酸酶活性的顯著升高,這可能與烤煙長期輪作過程中大量氮肥的施入有關[13]。高量氮肥施用下,植物地上生物量和葉片磷含量顯著增加,從而促進植物根系分泌磷酸酶的活性增強[34]。而連作土壤中的磷酸酶活性升高可能與根系分泌物增多有關[35],根系分泌物中的低分子量化合物可作為土壤微生物的碳源和能源物質,有利于土壤中某些細菌、真菌和放線菌的繁殖和生長,從而增加了土壤酶的來源[36];同時,根系分泌物還具遺留效應,尤其是連作體系會反復將相同的根系分泌物釋放到土壤中,從而使根系分泌物增多[37]。不同種植制度對過氧化氫酶活性的影響有很大差異[38]。本研究中連作(CC)導致土壤中過氧化氫酶活性顯著升高,這主要由于長期連作條件下根際病原菌的活動會影響宿主植株的代謝過程,刺激根系分泌過氧化氫等物質[39-40],促進過氧化氫酶對過氧化氫的降解反應,導致土壤中過氧化氫酶活性升高[41-42]。土壤中酶活性的變化受諸多因素影響,如根際分泌物、土壤養分、土壤微生物等,已有大量研究表明,不同作物甚至同一作物連作后土壤酶活性變化并不一致[43-46];因此,不能單獨用酶活性來解釋連作障礙,應將土壤中各種因素結合起來分析。

根際微生物是土壤和根系間養分轉化和運輸的調節器,根際土壤細菌數量巨大,不僅參與土壤養分的轉化,同時還參與土壤團粒結構的形成和變化,因此細菌對土壤可持續利用是至關重要的[47],種植制度的改變會直接或間接地影響土壤微生物群落多樣性[12]。本研究中,連作(CC)、輪作(CR)土壤在細菌群落門水平上組成基本相同,優勢菌群主要為放線菌門、變形菌門、酸桿菌門、綠彎菌門等,但連作(CC)土壤細菌群落豐度和多樣性明顯低于輪作(CR)土壤。這是因為煙草在連作條件下,根系分泌物中化感物質的積累可使根系受害,影響根際微生物的數量、種群和土壤微生物的代謝、生長和發育,同時烤煙連作破壞了煙草根際土壤細菌群落的平衡,使煙草的生存微環境不斷惡化;而輪作方式可以提高植煙土壤中細菌群落的多樣性,并且隨輪作年限的增加,輪作處理根際土壤細菌含量高于烤煙單作的趨勢越來越明顯[48-50]。本研究中PCA(圖5)和LefSe分析(圖6)表明,連作(CC)土壤優勢菌群明顯低于輪作(CR)和撂荒地(AL)土壤,各土壤優勢菌群組成不同,結構差異顯著,可能是由于連作障礙因子的存在,限制了土壤某些細菌的生長,使得土壤細菌種類較少[51-52]。Hu等[53]研究發現連作馬鈴薯根際土壤中,非有益細菌顯著增多,從而影響土壤細菌群落結構以及重要土壤理化因子。在本研究中,RDA分析(圖7)和相關性分析(表5)表明,土壤過氧化氫酶活性、速效鉀含量是影響細菌群落分布的主要環境因子,且均與連作(CC)土壤主要優勢細菌假節桿菌屬(Pseudarthrobacter)的相對豐度呈顯著正相關,與輪作(CR)土壤主要優勢細菌赭黃嗜鹽囊屬(Haliangium)的相對豐度呈顯著負相關。假節桿菌屬(Pseudarthrobacter)具有好氧特性[54],且大多數假節桿菌屬的代謝物主要含有甲萘醌[55],具有很強的氧化還原活性,它可以通過相應的半醌自由基進行酶促反應,產生超氧陰離子自由基,對一些生物大分子,如DNA、脂質、蛋白質等產生損傷[56]。而赭黃嗜鹽囊屬(Haliangium)是一種耐鹽粘土細菌[57],其產生的次生代謝產物參與非核糖體肽合成酶生物合成中關鍵酶基因的編碼[58],非核糖體肽合成酶基因對過氧化氫具較強的耐受性,同時該基因還能在一定程度上抑制嗜水氣單胞菌的致病性[59]。因此,本研究推測假節桿菌屬(Pseudarthrobacter)可能是植煙土壤中的有害菌,赭黃嗜鹽囊屬(Haliangium)可能是植煙土壤中的益生菌,但其對環境因子的具體響應機制尚未明確,有待進一步研究。

4 結 論

針對長期不同種植制度下植煙土壤細菌群落變化特征研究發現,烤煙長期連作導致植煙土壤速效鉀含量富集,磷酸酶和過氧化氫酶活性顯著升高,而輪作導致土壤中過氧化氫酶活性顯著降低。相較撂荒地,連作、輪作均能顯著提高土壤細菌群落的多樣性和豐富度,其根際土壤細菌群落在門水平組成上相似,優勢菌群均為變形菌門、藍細菌門、酸桿菌門、綠彎菌門和擬桿菌門,但在屬水平上差異顯著,優勢細菌在組成及數量上均不同。不同種植制度土壤優勢菌群數從高到低為輪作>撂荒地>連作,其中連作、輪作土壤中相對豐度差異最顯著的細菌分別為假節桿菌屬(Pseudarthrobacter)和赭黃嗜鹽囊屬(Haliangium)。土壤微環境因子與優勢菌屬間存在較強的相關性,其中土壤過氧化氫酶活性、速效鉀含量是影響細菌群落分布的主要環境因子,且均與假節桿菌屬(Pseudarthrobacter)的相對豐度呈顯著正相關,但與赭黃嗜鹽囊屬(Haliangium)的相對豐度呈顯著負相關。綜上,長期連作會導致土壤養分失衡,有益細菌相對豐度減少,致病細菌相對豐度增加,破壞土壤細菌群落結構,進而影響土壤微生態環境的平衡,而輪作則能均衡土壤養分,改善土壤酶活性狀況,并且顯著提高土壤細菌群落的豐富度和多樣性。