不同配方基肥對植煙土壤微生物及煙葉品質(zhì)的影響

中圖分類號：S143 文獻標識碼：A 文章編號：1006-060X（2025）06-0036-09

引用格式：，等.不同配方基肥對植煙土壤微生物及煙葉品質(zhì)的影響[J].湖南農(nóng)業(yè)科學，2025（6）：36-44

DOI：10.16498/j.cnki.hnnykx.2025.006.007

Effects of Different Base Fertilizers on Microbial Community Structure of Tobacco-Planting Soil and Quality ofFlue-Cured Tobacco

GUO Ting1，LI Si-jun1，PEI Long2，GUO Wei3，LI Xiao-hui4， ZHANG Sheng5，F(xiàn)AN Shi-jun’，PENG Si-wen （1.ChenzhouBranchofHunanTobaccoCompany，Chenzhou430oo，RC;2.CangdeBranchofHunanTobaccoCompanyCngde 415009，PRC;3.HengyangBranchofHunanTobaccoCompanyHengyang41Ooo，RC;4.YongzhouBranchofHunanobacco Company，Yongzho4250o，C; 5.XiangxiBranchofHnanTbacoCopanyJshou467oo，RC;6.Hnandemyf Agricultural Sciences，Changsha，PRC）

Abstract：Thisstudyaimstoreveal theefectsofapplyingbasefertilizeronsoilmicrobialcommunitystructureandtobaoqualt. Thefield experiment wasconducted withthetobaco variety'Yunyan 87'.Ablock design wasadopted tocompare themicrobial communitystructureandmetabolitesin therhizospheresoiloftobaccoatthe maturitystagebetweenthefertilizationtreatments of currentlyusedbase fertilizerandnewbase fertilizer.Inadition，the mainchemicalcomponentsofcured tobaccoleavs were determined.Theresultsshowed tattheabundanceofbeneficialmicrorganisms wasincreasedbythenewbasefertilizertreatment. Particularly， the T2 treatment （N 9.21% P₂O₅ （204號 15.25% ， K₂O （204號 7.53% ）significantly increased the fungal diversity. This treatment increasedtheabundanceoffungalphylasuchasBasidiomycotaandChytridiomycotaandsignificantlyenhancedtheabundanceof bacterialgenerasuchasRodanobacterandphngobum.Furthemore，theTtreatmentisedthevelsofmetabolitessuchaspids organicacidsorganicoxygen-containgompounds，andpolyketides.Indion，tistreatmentdemonstratedthebestpfoance incoordinatigchemicalcomponentsandimprovngthequalityoftobacco.Insummary，theaplcationof tenewbasefertlerNo. 2wasmorecodcivetoeicroeoloicalregulatiooftetbacoplatingsoladteimprovemetoftobaccoqualityinesdea Key words：fertilization;base fertilizer; microbial communitystructure; bacterial community; tobacco quality

湖南是我國典型濃香型煙葉的重要產(chǎn)區(qū)。近年來，湖南煙區(qū)煙葉生產(chǎn)呈現(xiàn)土地利用高度集約化的特點，農(nóng)戶片面追求產(chǎn)量，長期過量施用化肥，導致植煙土壤質(zhì)量和結構逐步下降[1-3]，養(yǎng)分均衡供應能力減弱，土壤微環(huán)境惡化，微生物種群和功能多樣性衰減[4d。這些問題造成煙葉品質(zhì)下降、內(nèi)在化學成分欠協(xié)調(diào)，嚴重制約了濃香型煙葉優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展[7-9]。因此，優(yōu)化施肥策略，改善土壤微生物群落結構，改良植煙土壤微環(huán)境，對推動湖南煙區(qū)煙葉生產(chǎn)高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。

煙草專用配方基肥以優(yōu)質(zhì)有機肥和無機肥為原料，添加氨基酸、腐殖酸和活性劑等，根據(jù)烤煙的營養(yǎng)特點和需肥規(guī)律，經(jīng)特殊工藝加工而成。該肥料具有養(yǎng)分釋放、改良土壤、增產(chǎn)穩(wěn)質(zhì)等特點[9-10]，已在我國煙區(qū)得到廣泛應用。研究表明，煙草專用配方基肥能有效提高煙葉產(chǎn)量[11-13]和肥料利用率[14]、降低生產(chǎn)成本[15]，同時改善株高、莖圍等農(nóng)藝性狀[16-17]，延長煙草生育期，對提升煙葉品質(zhì)和經(jīng)濟效益具有積極作用[18-19]

然而，湖南煙區(qū)當前主要使用的仍是20世紀初研發(fā)的有機無機活性專用基肥。隨著現(xiàn)代肥料工藝的不斷進步，以及植煙土壤和產(chǎn)地環(huán)境的變化，現(xiàn)有專用基肥亟待升級換代。針對該問題，本研究通過優(yōu)化有機物料配方、調(diào)整營養(yǎng)元素配比、增加與復配增益微生物等措施，研制新型煙草專用配方基肥，探究新型煙草專用配方基肥對煙草根際土壤微生物群落結構及煙葉化學品質(zhì)的影響，旨在為調(diào)控植煙土壤微生態(tài)、改善煙葉品質(zhì)提供科學支撐，并優(yōu)化基肥施用技術。

1 材料與方法

1.1 試驗材料和設計

試驗于2022年3月至9月在湖南省市桂陽縣和湘西土家族苗族自治州花垣縣煙區(qū)開展，供試烤煙品種為云煙87，供試肥料由湖南金葉肥料有限責任公司生產(chǎn)。采用大田隨機區(qū)組設計，共設置4個處理，分別為：CK，現(xiàn)用配方基肥；T1，升級配方基肥1號；T2，升級配方基肥2號；T3，升級配方基肥3號，各處理供試肥料的主要養(yǎng)分特征如表1所示。每個小區(qū)植煙111株，每株施肥量 45.0g ，小區(qū)面積 66.7m² ，株行距 45cm×125cm ，并設置保護行；每個處理重復3次，共設12個小區(qū)。移栽前在壟上穴施基肥，煙苗于2022年3月17日移栽，澆足定根水，其他田間管理措施按照當?shù)爻Ｒ?guī)標準執(zhí)行。

1.2 測定項目及方法

1.2.1土壤樣品采集煙苗移栽60d后，每小區(qū)選取長勢均勻的煙株5株，將 0～40cm 耕層根系挖出，運用抖落法收集附在根系表面的根際土壤，均勻混合密封后，置于 -80^°C 保存，以備后續(xù)提取煙草根際土壤DNA。

1.2.2土壤DNA提取與高通量測序土壤樣品的DNA采用E.Z.N.A.soilDNAkit試劑盒提取。采用16SrRNA基因分析鑒定細菌物種，測序引物為338F（ 5^′ -ACTCCTACGGGAGGCAGCAG- -3^′ ）和806R（ GACTACHVGGGTWTCTAAT- -3^′ ），測序區(qū)域為V3-V4區(qū)[20];采用內(nèi)部轉錄間隔（ITS）序列分析鑒定真菌物種，引物為ITS1F（ 5^′. -CTTGGTCATTTAGAGGAAGTAA -3^′ ）/ITS2R（ 5^′. -GCTGCGTTCTTCATCGATGC- -3^′ ），測序區(qū)域為ITS1區(qū)[21]。PCR擴增、PCR產(chǎn)物純化、目標片段回收等相關步驟參考Luo等[22]的報道。純化的擴增產(chǎn)物按等分子量匯集，使用Illumina MiSeq sequencing測序平臺進行配對端測序。1.2.3群落多樣性分析使用Fastp0.19.6對原始測序數(shù)據(jù)進行質(zhì)量控制，以 97% 的序列相似度將有效序列聚類到具有生物學意義的操作分類單元（OTUs）中。聚類后，利用QIIME軟件將序列與Silva和Unite數(shù)據(jù)庫比對，統(tǒng)計各樣本在各分類學水平的群落物種組成，采用Mothur軟件計算每組樣品的物種豐富度（Chaol指數(shù)）和群落均勻度（Shannon指數(shù)），根據(jù)統(tǒng)計結果用OriginPro2016繪制門和屬水平豐度圖。1.2.4煙草根際土壤微生物代謝物組成分析采用液相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用技術（LC-MS）方法檢測煙草根際土壤的微生物代謝物組成，土壤樣品經(jīng)甲醇／水（體積比 8：2 ）提取代謝物，提取液經(jīng)離心、過濾后，使用Agilent1290InfinityII液相色譜系統(tǒng)結合Q-ExactiveOrbitrap質(zhì)譜儀進行分析。相似度分析采用主成分分析（PCA）和偏最小二乘判別分析（PLS-DA），使用SIMCA14.1軟件進行統(tǒng)計分析。1.2.5烤后煙葉化學品質(zhì)分析煙苗移栽90d后，每個處理挑選10株生長整齊一致有代表性的煙株收集煙葉進行烘烤。由于不同區(qū)域的土壤養(yǎng)分、微生物群落及環(huán)境因子對煙葉化學成分有顯著影響，為了確保試驗結果與特定煙區(qū)的生產(chǎn)實際相符，參考王彥亭等[23]的中國煙草種植區(qū)劃，測定中部煙葉C3F等級的煙堿、總氮、總糖、還原糖、總鉀、氯離子等含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

采用SPSS22.0進行數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析，結果以均值 ± 標準差表示；采用單因素方差分析（one-wayANOVA）比較不同處理間差異，用Duncan多重比較法檢驗差異顯著性（ Plt;0.05 ）。

2 結果與分析

2.1不同配方基肥對煙草根際土壤細菌群落結構的影響

2.1.1細菌群落組成采用338F和806R引物擴增土壤DNA樣品中細菌16SrRNA基因V3-V4高變區(qū)，經(jīng)IlluminaMiSeq雙端測序及質(zhì)控過濾，獲得12534433條高質(zhì)量序列。每個樣本平均擴增到313361條序列。原始序列比對注釋后獲得40個門、119個綱、366個目、804個科、1780個屬和2572種微生物。細菌群落結構的相似性分析（PCoA）結果如圖1所示，桂陽縣和花垣縣的土壤細菌群落結構有顯著差異，兩主成分軸解釋了總體差異的 68.33% ；2個試驗點的T1＼～T3處理土壤中細菌群落結構與各自對照（CK）有明顯差異；其中，花垣縣各處理土壤細菌群落結構的差異性較大，兩主成分軸解釋了總體差異的 48.05% ；桂陽縣各處理土壤細菌群落結構的差異性較小，兩主成分軸解釋了總體差異的 34.66%

土壤細菌門（排名前15）和屬（排名前20）水平的相對豐度如圖2所示。2個試驗點土壤優(yōu)勢細菌門為Proteobacteria（變形菌門）Acidobacteria（酸桿菌門）Actinobacteria（放線菌門）Gemmatimonadota（芽單胞菌門）Chloroflexi（綠彎菌門）Bacteroidota（擬桿菌門），豐度占比 gt;80% 。T1＼～T3處理細菌群落結構在門水平的相對豐度與CK差異較小，但在屬水平的相對豐度與CK差異明顯；且2個試驗點各處理屬水平的相對豐度有顯著差異，與CK相比，花垣縣增加的屬有Uc_Gemmatimonadaceae、Uc_Acidobacteriales，桂陽縣中T2處理的Rhodanobacter（羅河桿菌屬）、Sphingobium（鞘脂菌屬）豐度顯著增加。

2.1.2細菌群落多樣性如圖3所示，2個縣的細菌群落多樣性差異較大，桂陽縣的細菌Shannon指數(shù)和Chao1指數(shù)均顯著高于花垣縣（ Plt;0.001 ）桂陽縣各處理土壤細菌群落的豐富度和均勻性無顯著差異；花垣縣T1＼～T3處理土壤細菌群落的豐富度和均勻性與CK存在較明顯的差異，Shannon指數(shù)普遍高于CK，其中以T2處理的最高，而Chao1指數(shù)均低于CK。

2.2不同配方基肥對煙草根際土壤真菌群落結構的影響

2.2.1真菌群落組成采用ITS1F和ITS2R引物擴 增土壤DNA樣品中真菌ITS1區(qū)序列，經(jīng)IlluminaMiSeq雙端測序及質(zhì)控過濾，獲得6379145條高質(zhì)量序列。每個樣本平均擴增到159479條序列，序列比對注釋后獲得15個門、57個綱、137個目、338個科、763個屬和1191種微生物。真菌群落結構的相似性分析（PCoA）結果如圖4所示，桂陽縣和花垣縣的土壤真菌群落結構有顯著差異，兩主成分軸解釋了總體差異的 55.3% 。花垣縣T1＼～T3處理的土壤真菌群落組成及豐度與CK有明顯差異；桂陽縣各處理間真菌群落組成具有一定相似性，只有T2處理與其他處理差異較大。

土壤真菌門（排名前15）和屬（排名前20）水平的相對豐度如圖5所示，與細菌群落組成不一樣，2個試驗點土壤優(yōu)勢真菌門差異顯著，其中花垣縣的優(yōu)勢真菌門為Ascomycota（子囊菌門），占比約 60% ，桂陽縣的優(yōu)勢真菌門為Olpidiomycota（油壺菌門），占比 30%～70% 。與CK相比，花垣縣T1＼～T3處理真菌群落在門水平的相對豐度發(fā)生顯著變化的是Ascomycota（子囊菌門）、Chytridiomycota（壺菌門）；桂陽縣T1＼～T3處理真菌群落在門水平的相對豐度發(fā)生顯著變化的是Olpidiomycota（油壺菌門）、Basidiomycota（擔子菌門）、Chytridiomycota（壺菌門），T2處理Basidiomycota（擔子菌門）Chytridiomycota（壺菌門）相對豐度的變化尤為顯著。2個試驗點土壤真菌群落屬水平的相對豐度差異明顯，與CK相比，T1＼～T3處理相對豐度發(fā)生顯著變化的有Penicillium（青霉屬）、Arthrotrichum（節(jié)毛孢屬）、Trichoderma（木霉屬）、Chloridium（綠孢霉屬）；Olpidium（油壺菌屬）、Sampaiozyma（桑帕酵母屬）。其中相對豐度增加的真菌對于改善土壤質(zhì)量有積極作用。

2.2.2真菌群落多樣性對土壤中真菌群落的多樣性進行比較，結果如圖6所示，2個試驗點真菌群落的多樣性差異較大，桂陽縣真菌的Shannon指數(shù)和Chao1指數(shù)均顯著低于花垣縣（ Plt;0.001 ）。各處理之間土壤真菌群落的多樣性也存在顯著差異，桂陽縣T2處理的Shannon指數(shù)顯著高于CK，花垣縣T2處理的Chao1指數(shù)顯著高于CK。總體來看，與CK相比，升級配方基肥的T1和T2處理土壤真菌群落的豐富度和均勻性較高，而T3處理土壤真菌群落的豐富度和均勻性呈降低趨勢。

2.3不同配方基肥對煙草根際土壤微生物代謝物的影響

對2個試驗點土壤微生物代謝物組成進行相似度分析，結果（圖7）表明，2個試驗點的土壤微生物代謝物組成結構在第一軸明顯分開，主成分軸的解釋度為 37.98% 。T1＼～T3處理的代謝物組成與CK存在一定差異，以T2與CK的差異最大。

從圖8可知，在桂陽煙區(qū)，與CK相比，處理組上調(diào)表達的代謝物數(shù)量分別有442（T1）592（T2）415（T3）個。T2處理上調(diào)表達的代謝物數(shù)量最多，增加特別顯著的是 isopropyl-beta-D-galactopyranoside、PI（16：1（9Z）/16：1（9Z）），降低特別明顯的是Medermycin。

從圖9可知，在花垣煙區(qū)，與CK相比，處理組上調(diào)表達的代謝物數(shù)量分別有368（T1）421（T2）527（T3）個。T3處理上調(diào)表達的代謝物數(shù)量最多，增加特別顯著的是2-（S-Glutathionyl）acetyl chloride、Glucotropaeolin、Cytidine monophosphate、Isoniazidpyruvate、ProThrAlaTyr等等；而T2處理中顯著上調(diào)的代謝物為5'-Azido-5'-deoxyuridine、Retinoate、Methoprene acid、Annamitocinoside P-3、Myristic Acid，與對照相比顯著下調(diào)的代謝物為 5\". -Phosphoribostamycin、Precorrin2、10-Deoxygeniposidicacid、Cellobiose6^′"-phosphate、Guanosinediphosphatemannose、Stavudine、Cytidine triphosphate、Ascorbyl stearate。

2.4不同配方基肥對烤后煙葉化學品質(zhì)的影響從表2中可以看出，在桂陽煙區(qū)，T2處理的煙堿、總氮、總糖和還原糖含量分別比CK提高了25.37% （ Plt;0.05 ）、 16.33% 、 18.84% 和 19.87% ，總鉀和氯離子含量分別比CK降低了 7.28% （ Plt; 0.05）和 13.89% ;T3處理的總糖、還原糖、總鉀含量分別比CK提高了 20.79% （ Plt;0.05 ） 26.33% （ Plt; 0.05）和 1.99% ，但煙堿含量比CK降低了 25.37% （ Plt;0.05 ）；T1處理的總鉀含量顯著低于CK，其他指標與CK差異不顯著；T2處理的煙堿和總氮水平最高，T3處理的糖類和總鉀水平最高。在花垣煙區(qū)，T1＼～T3處理的煙堿含量顯著低于CK，降幅為 12.46%～13.13% ；總糖含量顯著高于CK，增幅為 13.70%～16.37% ；T2和T3處理的總鉀顯著高于CK，增幅分別為 19.67% 和 23.50% ；T2處理的總糖和氯離子水平最高，T3處理的總氮、還原糖和總鉀

3 討論與結論

研究發(fā)現(xiàn)，相較于CK，部分升級配方基肥處理的根際細菌多樣性以及大部分升級配方基肥處理的真菌多樣性顯著提高，且不同配方基肥處理的細菌和真菌群落結構差異較大，說明不同配方基肥處理不僅提高了根際微生物的多樣性，而且顯著改變了根際土壤微生物的群落結構組成，對微生物數(shù)量、種類、豐度等具有一定影響[24-25]。比較不同配方基肥處理土壤根際微生物在屬水平上的細菌和真菌群落組成，發(fā)現(xiàn)桂陽煙區(qū)升級配方基肥2號處理中增加的細菌屬Rhodanobacter（羅河桿菌屬）和Sphingobium（鞘脂菌屬），可作為促生菌通過影響土壤質(zhì)量增強植株的抗逆性，其中Rhodanobacter（羅河桿菌屬）對根腐真菌病原體腐皮鐮孢霉菌（Fusariumsolani）具有拮抗作用，并且參與氮循環(huán)過程，對土壤養(yǎng)分活化具有重要作用[26-27]。此外，代謝組的檢測結果也表明，升級配方基肥2號中上調(diào)的代謝物 isopropyl beta-D-galactopyranoside 屬于萜類化合物，其具有增強種子免疫的功效[28]。對于花垣煙區(qū)，升級配方基肥2號處理中功能微生物Trichoderma（木霉屬）和Penicillium（青霉素屬）出現(xiàn)富集，且Fusarium（尖孢鐮刀菌屬）豐度顯著降低，盡管T2中微生物結構變化程度較小，但微生物代謝物變化較大，表達上調(diào)的代謝物超過400種，主要屬于脂類物質(zhì)、有機酸、有機含氧物質(zhì)和聚酮類化合物；T1和T3中表達上調(diào)的代謝物質(zhì)少部分也屬于這幾類。這些物質(zhì)常被報道具有土壤微環(huán)境改善、誘導植物抗性等作用效果[29-30]。除此之外，試驗還發(fā)現(xiàn)升級配方基肥處理（T2和T3）可以協(xié)調(diào)煙葉化學成分，改善煙葉品質(zhì)，但結合筆者前期調(diào)查[12-13]，T2在農(nóng)藝性狀和經(jīng)濟性狀方面表現(xiàn)更為優(yōu)異，綜合效果更佳。

綜上所述，該研究中3種升級配方基肥對煙草根際微生物群落結構和豐度具有顯著影響，各處理均不同程度地增加了有益微生物的豐度，提高了微生物多樣性，但不同煙區(qū)各處理群落組成表現(xiàn)出一定差異；不同配方基肥處理改變了土壤真菌和細菌的群落結構，其中升級配方基肥2號處理的真菌群落結構組成與其他處理間差異最大，脂類物質(zhì)、有機酸、有機含氧物質(zhì)和聚酮類化合物等代謝物的表達顯著上調(diào)，且提升煙葉化學品質(zhì)的效果顯著。綜合來看，施用升級配方基肥2號（ N9.21% ， P₂O₅15.25% ， K₂O7.53% ）更有利于植煙土壤根域微生態(tài)的調(diào)控和煙葉品質(zhì)的提升。

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（責任編輯：肖彥資）