有機物料與功能菌聯合施用對植煙土壤微生物群落的影響

中圖分類號：S572；Q939.96 文獻標識碼：A文章編號：1007-5119（2025）03-0045-10

Effects of Synergistic Application of Organic Amendments and Functional Bacteria on Microbial Communities in Tobacco-planting Soil

ZHAO Anli1， JIANG Guihua2，LU Siyu2，LU Minjiao2， GUO Wuye1，WEI Xinqi1， CAI Zhiwei1，

ZHANG Yurong1，SU Xiufang2， TANG Lina3， WU Shusong2， JIANG Daibing2*，LIU Hong1， ZENG Wenlong2

（1.CollgeofsorcdEiontFjgluredForstrUesityoia;.Lngaa FujianTobaccoCompany，Lngyan64o，uja，China;3.stituteofobaccoienceReseach，ujiaobaccooooly Bureau， Fuzhou 350003， China）

Abstract：Toanalyzetheectsoforganicamendmentsandfunctionalbacteriaonmicrobalcommunitiesinbacoplantingsoil，a fieldexperimentwasconductedtoexplore thesoilmicrobialcommunitybyaddingorganicamendmentsandfunctionalbacteriainto organicfertlizer.Theresultsshowedthatapplying theorganic amendmentsandbacteriaof nitrogen-fixingphosphorus-solubilzing and potassium-releasingcouldafectthestructureandcompositionofsoilmicrobialcommunities.Theapplicationof pigmanurebasedamendment with functioalbacteriaexhibitedparticularlysignificant efectonpromotingsoilnitrogen cycling，acelerating nitrogencyclingrate，andenhancingtheavailabilityofsoilphosphorusandpotasium.Thenitrogen，phosphorus，ndpotassum contents of tobacco leaves during the fast-growth period increased by 13% 40% ，and 25% ，respectively.Thecowmanure-based amendment andcarbonizedchaff displayedsignificant advantage intheamount increaseof saprotrophic fungi，which proved beneficial for the organic matter decomposition.

Keywords： tobacco-planting soil; organic amendments; functional bacteria; microbial community

施肥對煙株根際微生物群落的形成及煙草生長至關重要，長期施用化肥會導致土壤有機質含量下降、碳素有效率降低、微生物活性和功能多樣性降低等系列問題[1-3]。福建煙區耕作模式大多為“水稻-烤煙\"復種連作，長期實行煙-稻年際連作且過量施肥導致土壤酸化、肥力下降、微生物區系不平衡、微生態環境脆弱等問題[4-5]。另一方面，烤煙大田試驗結果表明[6]，相比單施化肥處理，施用有機肥可以提高烤煙土壤中有機碳、有機質、全碳的含量，且礦化幅度較大。Zhang等的研究顯示，定期施用有機肥可以提高土壤有機碳的含量，從而改善土壤的理化性質。長期施用有機肥可以提高土壤全氮、堿解氮的含量，并提高土壤微生物生物量8]。

微生物肥料是指含有一種或多種有益菌群并通過其生命活動及代謝產物加快有機物分解，從而提高土壤肥力、促進植株生長的生物肥料[9]。微生物肥料施人土壤后，菌群到達作物根際，當根際的有益微生物達到一定數量后，便開始與作物根系互相作用，通過固氮、解磷、解鉀等途徑有效活化土壤中的養分，促進植株對營養的吸收利用[10-11]。王政等[12]的試驗結果表明，與施用煙草專用復合肥相比，施用微生物菌肥會活化煙田土壤中的礦質元素，促進煙株生長發育，同時提升煙葉鉀含量，促使煙葉的化學成分更加協調。但在不同土壤條件下，外源有益微生物定殖差異較大，致使大田效果欠佳且不穩定。

全元生物有機肥文可稱為生物有機無機復混肥，指的是集化肥、有機肥、功能性微生物（如固氮、溶磷、解鉀的有益功能菌）、氨基酸肥為一體的新型復合生物有機肥料[13-16]。該類型肥料含有有益功能菌群、有機質、生物酶、速效養分等，既能給外源有益微生物提供持續的碳源和氮源，幫助其在大田土壤中迅速定殖，發揮功效，也能培育土壤，提高作物品質，減少環境污染[17]，符合“綠色種植”的時代需求，在未來具有廣闊的市場前景，但煙草全元生物有機肥有待開發、研制。

本研究充分利用本土化有機資源（如牛糞、豬糞、碳化谷殼、菜籽粕、金針菇渣及襲糠等有機物料），結合原位土壤分離出的高效固氮、溶磷、解鉀菌，添加適當比例的無機肥，研究不同有機物料和功能菌聯合施用對根際微生物群落及煙草生長的影響，以期提高土壤的養分利用率，降低氮磷鉀肥的施用，消減土壤連作障礙，達到培肥土壤、減肥增效的目的，為煙草全元生物有機肥的研制、煙草栽培的可持續發展提供理論依據和技術支持。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗在福建省龍巖市永定縣湖雷鎮進行，共設置7個處理，3次重復，隨機區組排列，每小區70株煙。試驗設置如下：常規有機肥（對照T1）、配方1有機肥（T2）、配方1有機肥 + 功能菌（T3）、配方2有機肥（T4）、配方2有機肥 + 功能菌（T5）、配方3有機肥（T6）、配方3有機肥 + 功能菌（T7）。各配方在添加相同量菜籽粕、金針菇渣及襲糠的基礎上，有機物料配方1還增加了牛糞，有機物料配方2增加了豬糞，有機物料配方3增加了牛糞和碳化谷殼（表1），各有機物料理化特性見表2。有機肥及有機物料混合后進行分子膜堆肥，用尿素調節堆料的C/N為 28/1 ，堆肥初期水分調節為 55% 左右，堆置4周，堆肥腐熟后加入 100kg 味精渣。各處理施有機肥 150kg/666.7m² 作為基肥，化肥施用量一致，栽培技術均統一按當地技術方案執行。

在烤煙幼苗移栽前，將發酵好的具有溶磷解鉀作用的BurkholderiaanthinaT4、BacillusaltitudinisSW31，具有固氮作用的IdeonelladechloratansFJ-233、AzospirillumlipoferumFZ415菌液按 1：1：1 ：1混勻，復合菌液中功能菌總量為 2.45×10¹⁴"cfu/mL試驗菌種均為本課題組從土壤中原位分離的高效固氮、溶磷、解鉀菌，且4個菌株之間沒有拮抗作用。T3、T5、T7處理每小區的有機物料（ 150kg/ 666.7m²"）接種 1.33L 菌液，用水稀釋后，用噴霧器均勻噴入有機肥中至濕潤，混合均勻使有機肥中活菌數達到生物菌肥的標準 （?2×10⁷cfu/g ）[15-16]，作為基肥施人土壤。

1.2樣品采集與處理

烤煙旺長期進行土壤采樣，每個處理隨機選取6株有代表性的煙株，采用抖根法獲取根際土壤，挑除雜質，充分混勻后，用四分法取樣并保存于50mL 離心管中，用冰盒運至實驗室用于土壤微生物總DNA的提取[18]。另取土壤樣品風干過篩后保存，供土壤養分含量的測定。此外，將旺長期和成熟期的煙株樣品在 105^°C 下殺青，烘干后用粉碎機粉碎，過篩后保存用于烤煙養分及品質的測定。

1.3土壤微生物總DNA的提取

取 1～3g 土壤樣品，利用PowerSoilDNAIsola-tionKit（MoBioLaboratories，Carlsbad，CA）抽提試劑盒提取DNA。每個樣品3次重復，利用 1% 瓊脂糖凝膠電泳對提取的DNA進行質量檢測[18]。

1.4 高通量測序

選用引物 338F （ 5^′ -ACTCCTACGGGAGGCAGCAG-3'和806R（ 5^′. -GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3'擴增細菌16SrRNA基因的V3-V4區；ITS11 5^′ -CTTGGTCATTTAGAGGAAGTAA- .3^′ ）和ITS2（5'-TGCGTTCTTCATCGATGC- ?3^′ ）擴增真菌ITS1區。利用MiseqPE300測序平臺雙末端測序，分析根際土壤微生物群落。數據經過QIIME（v1.8.0）軟件根據Barcode序列拆分樣本，使用 Pear（v0.9.6） 軟件對數據進行過濾、拼接。使用Vsearch（v2.7.1）軟件uparse算法對優質序列進行OTU（OperationalTaxonomicUnits）聚類，相似性閾值為 97% 。與GenBank non-redundant nucleotide database （nt） 數據庫使用Blast算法進行比對，設置1e-5的閾值，得到每個OTU對應的物種分類信息。

1.5 數據處理和作圖

采用Excel2010軟件對數據進行統計分析；

采用SPSS21.0進行差異顯著性分析；采用Origin2020、TBtools軟件作圖。

2結果

2.1不同有機物料與功能菌聯合施用對土壤細菌群落的影響

2.1.1細菌群落結構及優勢菌屬分析對不同處理進行PCA（主成分）分析（圖1），樣本點之間的距離越近，說明群落結構越相似，彼此間差異越小。各處理與對照代表的點均分散開，說明不同有機物料與功能菌的聯合施用會改變細菌的群落組成。其中，T2與T3、T4與T5、T6與T7處理之間有明顯的分散現象，此外，T2、T4、T6處理之間也有明顯的分開現象，說明功能菌的加入會影響根際土壤細菌群落組成，有機物料配方的不同也會造成細菌群落組成的差異。

將相對豐度大于 1% 的屬定義為優勢細菌屬，不同處理對根際優勢菌屬相對豐度的影響分析顯示（圖2）：在各處理中，產黃桿菌屬Rhodanobacter的相對豐度最高，占總量的 2.27%～3.78% 。對優勢菌屬進行差異顯著性分析，與對照相比，T2、T3、T5、T6、T7處理的伯克霍爾德菌屬Burkholderia相對豐度顯著升高；T7處理顯著提高了纖線繩菌綱未知屬（HSB_OF53-F07）的相對豐度；T3、T4處理顯著提高了酸桿菌門中的CandidatusSolibac-ter的相對豐度。在T4基礎上加入功能菌后，T5處理的Rhodanobacter、Burkholderia相對豐度顯著增高。

2.1.2細菌群落功能群分析 利用FAPROTAX[19]數據庫分析不同處理對植煙土壤碳、氮循環過程的影響，由圖3可以看出，在與氮循環有關的功能群中，尿素分解（Ureolysis）和固氮（Nitrogenfixation）是最具優勢的功能群。ANOVA分析表明（圖4），與對照相比，各處理的尿素分解群相對豐度顯著降低。加入功能菌的不同配方有機物料處理之間，T5處理尿素分解群的相對豐度顯著高于T3、T7。在T4基礎上添加功能菌后，T5處理的尿素分解群相對豐度顯著升高。

在與碳循環有關的功能群中（圖3），發酵（Fermentation）和纖維素水解（Cellulolysis）是豐度較高的組分，其相對豐度占總量的 1.71%～1.92% 。

與對照相比（圖5），T3、T5處理的發酵群相對豐度顯著提高；T5、T7處理的纖維素水解群相對豐度顯著提高。此外，T5較T4處理、T7較T6處理纖維素水解群相對豐度顯著提高。

2.2功能菌和不同有機物料聯合施用對根際土壤真菌群落的影響

2.2.1真菌群落結構及優勢菌屬分析不同處理的根際真菌群落的PCA分析如圖6所示。各處理內部樣本之間表現為明顯的組間聚集，說明各處理的組內差異較小，同一處理的群落組成相似度較高；不同處理間距離則相對較遠，說明不同有機物料配方以及與功能菌的聯合施用均會改變根際真菌的群落組成。

如圖7所示，根際真菌優勢菌屬（相對豐度大于 1% ）分別為腐質霉屬Humicola、假散囊菌屬Pseudeurotium、原隱球菌屬Saitozyma、青霉菌屬Penicillium、綠核菌屬Ustilaginoidea、被孢霉屬Mortierella、鐮刀菌屬Fusarium、毛殼菌屬Chaetomium、籃狀菌屬Talaromyces、糞殼菌屬Sordaria。與對照相比，T4處理顯著升高了Pseud-eurotium的相對豐度；T2、T3、T5、T6、T7處理顯著升高了Penicillium的相對豐度；T3、T7處理顯著升高了Ustilaginoidea的相對豐度；各處理的Mortierella相對豐度均顯著降低；除T3處理，各處理顯著降低了Fusarium的相對豐度；T2、T6、T7處理顯著提高了Chaetomium的相對豐度；T7處理使Talaromyces的相對豐度顯著升高，Sord-aria的相對豐度顯著降低。此外，不同配方有機物料處理之間對比可知，T2、T4處理Fusarium的相對豐度顯著低于T6處理，T2、T6中Chaetomium的相對豐度顯著高于T4處理。同種有機物料配方處理添加功能菌后，T7處理的Penicillium、Chaeto-mium相對豐度顯著低于T6處理，Ustilaginoidea、Talaromyces相對豐度顯著高于T6處理。T5處理的Sordaria相對豐度顯著低于T4處理。

2.2.2真菌群落功能群分析 利用FUNGuild[20]對不同處理的根際真菌群落的營養型（Trophicmode）和功能群（Guild）進行鑒定分類，并對病理營養型（Pathotroph）、腐生營養型（Saprotroph）和共生營養型（Symbiotroph）的優勢功能群進行分析比較（圖8）。圖8a顯示，與對照相比，T5、T7處理顯著降低了植物病原菌的豐度。不加功能菌的不同配方有機物料處理之間，T4處理的植物病原菌相對豐度顯著低于T2處理。加入功能菌的不同配方有機物料處理之間，T3處理的動物病原菌相對豐度顯著高于T5、T7處理。

對于腐生營養型真菌而言（圖8b），與對照相比，T6處理的木腐生真菌的數量顯著提高；除T3處理，各處理的土壤腐生菌均顯著低于對照。與T6相比，T7處理顯著降低了木腐生真菌的相對豐度；與T2相比，T3處理顯著提高了土壤腐生菌的相對豐度。加入功能菌的不同配方有機物料處理之間，T3處理的土壤腐生菌相對豐度顯著高于T5、T7處理。

由圖8c可知，對照處理的植物內生菌豐度顯著低于T4、T6、T7處理，外生菌根菌豐度顯著低于T3、T4處理。與T4相比，T5處理的植物內生菌豐度顯著降低。在不加功能菌的不同配方有機物料處理之間，T4、T6處理較T2顯著提高了植物內生菌的數量。在加入功能菌的不同配方有機物料處理之間，T7處理顯著提高了植物內生菌的數量。

2.3 不同處理對煙葉養分含量的影響

不同處理煙葉的養分變化顯示（表3），T5處理的葉片氮、鉀含量顯著高于對照，且T5處理的葉片鉀含量顯著高于T3、T4處理。T2有機物料配方處理顯著提高了葉片的磷含量。此外，在T4、T6基礎上添加功能菌后，T5、T7處理的葉片氮含量顯著升高，T5處理的葉片鉀含量也顯著增加

3討論

土壤微生物在農田中廣泛存在，是農業生態系統的重要成員。一方面參與土壤中養分的循環流動，在維持土壤質量和生產力方面發揮作用，另一方面還能夠預防或抵御土傳病害的入侵。

3.1不同有機物料與功能菌施用對土壤細菌群落及其功能的影響

不同有機物料的施用對土壤細菌群落的影響不同[21-23]。與對照相比，碳循環有關的細菌功能群中，T3和T5處理的發酵群、T5和T7處理的纖維素水解群相對豐度顯著升高（圖5）；且與相同配方的有機物料相比，加入固氮、溶磷、解鉀菌后，T5和T7處理的纖維素水解群顯著提高。

在與氮循環有關的細菌功能群中，豬糞配方2加入復合功能菌后（T5），尿素分解群相對豐度顯著提高。有機物料及外源功能菌的施用，有利于土壤中與氮、碳循環有關的有益菌群的生長，對土壤氮、磷、鉀有效性有提升作用，從而提升煙葉氮、磷、鉀含量。其中T5處理煙草旺長期煙葉氮、磷、鉀含量與對照相比，分別顯著提高了 13% ！ 40% 、25% （表3）。

通過分析土壤細菌群落組成發現，供試土壤中與碳、氮循環有關的細菌具有明顯優勢。優勢菌屬CandidatusSolibacter、Rhodanobacter和Burkhol-deria均與土壤氮循環有關：CandidatusSolibacter參與亞硝酸鹽、硝酸鹽還原過程[24-25]；Rhodano-bacter能將硝酸鹽還原為亞硝酸鹽，參與土壤的反硝化、固氮作用[26-27]；Burkholderia為固氮菌，能夠將空氣中植物無法吸收的氮氣轉化為 NH₄⁺ 固定在土壤中[28]。與對照相比，T2、T3、T5、T6、T7等有機物料處理的Burkholderia相對豐度顯著升高，T3、T4處理的CandidatusSolibacter相對豐度顯著升高，加入功能菌的不同配方有機物料處理之間相比，T5處理的Rhodanobacter、Burkholderia相對豐度顯著升高，表明添加有機物料能不同程度地促進土壤的碳氮代謝。同時，T2與T3、T4與T5、T6與T7處理的土壤細菌群落結構之間存在明顯的差異（圖1），說明不同種類的有機物料對根際土壤細菌群落組成的影響不同，功能菌的功效也不同，豬糞配方與功能菌聯合施用對促進土壤氮循環尤為顯著，復合功能菌的加入有利于土壤中固氮、反硝化細菌的生長，從而加快土壤的氮循環速率。

Burkholderia能產生多種具有抗菌活性和促進植物生長的代謝產物，如鐵載體、吲哚乙酸，單萜生物堿等[29]，不僅具有固氮能力，還能發揮溶磷、促生作用[30-31]。本試驗中施用的Burkholderiaanthina同樣具有溶磷等促進作物生長的功能，課題組前期研究顯示，其溶磷、解鉀、產鐵載體、產IAA能力分別為 3.6（D/d） 、3.44（D/d）、3.21（D/d） ）、 20.41μg/mL^[32 。外源施用的功能菌能夠發揮促生作用，其前提是在根際土壤中有效定殖[33-34]。本試驗結果顯示，在T4基礎上外源添加含有Burkholderiaanthina的功能菌后，T5處理的Burk-holderia相對豐度顯著高于T4，推測Burkholderia在豬糞配方2中更易定殖，但有待進一步研究證實。

3.2不同有機物料與功能菌施用對土壤真菌群落的影響

有機物料的施用為土壤帶來外來碳源的輸入，將在很大程度上影響土壤中的真菌群落[35-36]。腐生營養型真菌在供試土壤真菌群落中有明顯優勢，其相對豐度達 32.04%～39.48% ，這與有機物料中較高含量的有機質密不可分。腐生營養型真菌可以通過產生水解酶、氧化酶等，分解土壤有機質，使其成為無機碳源重新回到自然界中，且與養分循環密切相關[37]。Ascomycota、Basidiomycota 是土壤中常見的可以分解有機質的真菌[38]。本試驗中各處理的Ascomycota、Basidiomycota相對豐度均排在前兩位，優勢功能群分析顯示，不同配方有機物料處理間相比，T6處理的土壤木腐生真菌豐度顯著高于T4、T2及對照T1處理，且加入外源復合功能菌后，T7處理的腐生營養型真菌總量相對豐度顯著高于T5處理，說明牛糞及碳化谷殼配方3在增加土壤腐生真菌的數量方面有明顯優勢，有助于有機物分解，提高土壤養分。

土壤病理營養型真菌的主要功能群為植物病原菌和動物病原菌，其中植物病原真菌會損害宿主細胞，不利于植物的生長發育[39]。Fusarium是一種常見土傳病原真菌[40]，其種類豐富，不僅可以侵染煙草引起煙草枯萎病，還可以引起煙草根腐病[41-43]。本試驗中除T3處理，其余處理的Fusarium相對豐度顯著降低，尤其是T4處理顯著低于T2處理，顯示豬糞配方2的生長條件不利于優勢菌Fusarium繁殖。有機質及養分含量分析顯示，與牛糞、碳化谷殼配方相比，豬糞配方有機質含量較低，氮、磷、鉀養分含量較高，這有可能致使土壤C/N下降，從而調控病原菌的繁殖，減少鐮刀菌屬的相對豐度，進而降低煙草枯萎病及根腐病的致病風險。添加功能菌則加強了這一作用。不同病原菌繁殖的適宜C/N需進一步研究。

供試土壤的共生營養型真菌中內生真菌相對豐度最高。內生真菌可以與寄主植物建立共生關系，在這種關系中，有益內生真菌可以固定氮氣，產生溶磷鉀等物質，合成植物激素、鐵載體等，這些特性有效促進植物利用土壤中的肥力資源[44]。此外，有益內生真菌也可直接產生具有生物活性的次生代謝產物，保護寄主植物免受病原微生物的侵害[45]值得注意的是，T4、T6、T7處理的植物內生菌相對豐度顯著提高，且T2、T6、T7處理顯著提高了優勢菌屬Chaetomium的相對豐度。Chaetomium是常見的共生菌，其產生的次級代謝產物如毛殼菌素、黃原酮、蒽醌、萜類化合物、甾類等，具有抗癌、抗氧化、抗菌等特性[46-47]，還可以抑制Fusarium對植物的侵染，這意味著牛糞配方的施用，有可能通過提高優勢共生真菌Chaetomium的相對豐度而降低煙草患枯萎病及根腐病的風險，且牛糞、豬糞及碳化谷殼等有機物料的添加在提高土壤內生真菌相對豐度方面具有積極作用。

4結論

有機物料及固氮、溶磷及解鉀菌的施用會影響土壤微生物群落的結構及組成，不同種類的有機物料對根際土壤細菌群落組成的影響不同，豬糞配方與功能菌聯合施用對促進土壤氮循環尤為顯著，有利于土壤中固氮、反硝化細菌的生長，加快土壤的氮循環速率，對土壤磷、鉀有效性提升也有促進作用，煙草旺長期煙葉氮、磷、鉀含量分別提升了13% 、 40% 、 25% 。牛糞及碳化谷殼配方在增加土壤腐生真菌的數量方面有明顯優勢，有助于促進有機物分解。不同種類有機物料及功能菌的添加可以通過有機質及含氮量的變化改變土壤C/N，不同類群病原菌的適宜C/N需進一步研究。

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