土壤调理剂对植烟土壤微生物群落的影响

沈建平++芦阿虔++李小龙++李红丽++曾强++王岩

摘要：考察了生物质炭作为土壤调理剂对植烟土壤微生物群落的影响。结果表明，在烤烟生长的各个时期，添加调理剂处理的土壤可培养微生物数量均比未添加调理剂的对照处理高。宏基因组分析表明，添加土壤调理剂处理的微生物群落多样性高于对照，且青枯病发病率和病情指数比对照降低了27.6%和34.6%。由此可知，植烟土壤中添加土壤调理剂可以改善土壤微生态环境，提高土壤微生物群落多样性，维护土壤微生物平衡，从而降低土传病害的发生。

关键词：土壤调理剂；植烟根际土壤；微生物群落；青枯病

中图分类号：S572 文献标识码：A 文章编号：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

土壤状况是决定烟草品质的基本条件[1]，由于近年来大量施用化肥以及连作等农业操作使烤烟土壤结构遭到破坏，农田生态系统发生变化[2]。

生物质炭是在低氧环境下通过高温裂解将有机固体废物如废木材、秸杆、活性污泥等转化而成的一种碳化物，其除含有丰富的活性炭成分外，还含有丰富的矿物质成分如Ca、Mg、Si等，pH呈碱性。生物质炭具有高度的芳香环分子结构和多孔特性[3]，比一般的有机物质具有更高的热稳定性和较强的吸附特性[4，5]，具有改善土壤理化性状、保水保肥、钝化重金属、补充植物营养元素、消除土壤重茬障碍、抑制土传病害发生等功效。许多研究表明，施用生物质炭可以增加土壤有机碳量，促进土壤团聚体形成，协调土壤养分循环，促进植物生长[6，7]。生物质炭是一种良好的土壤调理剂，它可以提高土壤肥力[8]，吸附污染[9，10]，为植物提供矿质养分[11]，改善微生物细胞附着性能，促进特定类群土壤微生物生长[12，13]。土壤微生物是土壤有机质和土壤养分转化的动力，目前有关生物质炭对土壤微生物影响的研究较少。因此，针对福建省烟田的酸性土壤，研究土壤调理剂——生物质炭对土壤微生物和烤烟抗病情况的影响，通过施用生物质炭以期达到调节土壤酸碱性、改善土壤微生态、防控青枯病的目的，為生物质炭的应用和烤烟土传病害的生态防治提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试地块的选择

2014年田间小区试验安排在福建省邵武市城郊镇高南村。供试田块肥力相对均匀，地势平坦，往年烟草青枯病发生率高。试验地土壤为中壤土，pH 5.11，有机质含量为24.27 g/kg。供试烟叶品种为K326。

1.2 试验处理

2014年3月11日进行大田烟苗移栽，每小区植烟250株，植株密度为1 100株/667 m2，株行距50 cm×120 cm，纯氮用量为9.09 kg/667 m2，N、P、K比例为1∶0.8∶2.7，其他大田管理措施按邵武市优质烟生产技术规程进行。试验设置2个处理，分别为H1处理（CK）：当地常规施肥，150 kg有机肥/667 m2；H2处理：土壤调理剂生物质炭，即在对照基础上烟苗移栽时每667 m2穴施100 kg土壤调理剂。生物质炭是在缺氧条件下，通过高温裂解将剩余活性污泥转化成的一种碳化物，除含有丰富的活性炭成分外，还含有丰富的矿物质成分，如K、Ca、Mg、Si和微量元素等，由郑州大学提供。

1.3 土壤样品采集

将整个烟株的根连同根部土壤一起取出，去掉根部一些大土块后，轻轻将粘在细根上的土壤抖落混匀，这些土壤即为根际土壤。土样混合均匀后存放于-4 ℃的冰箱内，测定土壤中微生物的数量和种类。另取少量土样存放于-20 ℃的冰箱内，由生工生物工程（上海）股份有限公司做宏基因组检测。

1.4 观察记载及方法

试验观察记载内容包括各处理大田生育期、青枯病发生情况，调查各处理单叶重并计算产量。

1.5 宏基因组16S rDNA及18S rDNA测序

在烟田采集的根际土壤送交生工生物工程（上海）股份有限公司进行微生物宏基因组分析，每个样品检测细菌和真菌菌群，所送样品编号见表1。

1.6 数据分析

试验数据采用Microsoft Excel和DPS数据处理统计软件进行分析处理。

2 结果与分析

2.1 烟田根际土壤可培养微生物的变化

烤烟生长的不同时期，土壤可培养微生物变化如表2和表3所示。未发病根际土壤细菌、放线菌和真菌的数量随着烟株的生长均呈先增加后减少的趋势。细菌数量较多，比放线菌和真菌高一个数量级。添加土壤调理剂的H2处理的细菌数量在旺长期以前高于对照，真菌和放线菌则一直高于对照。采摘期发病土壤中细菌比未发病土壤中的高，H1处理发病土壤的真菌和放线菌比未发病土壤的高，H2处理发病土壤的真菌和放线菌比未发病土壤的数量少的多。添加土壤调理剂的H2处理在采摘期以前微生物较丰富，采摘期发病后，添加土壤调理剂处理的土壤中微生物相对减少。

2.2 烟田根际土壤微生物群落的多样性变化

2.2.1 根际土壤细菌和真菌群落优势菌属 各时期细菌和真菌群落优势菌群如表4所示。移栽前土壤宏基因检测的细菌优势菌属有Clostridium sensu stricto、Massilia、Gp1、Gp3、Bacillus等；真菌优势菌属有Ophiocordyceps、Phaeosphaeria、Mortierella、Nectria、Malassezia等。

旺長期根际土壤细菌优势菌属H1处理主要有Sphingomonas、TM7、Massilia、Pseudomonas、Flavobacterium等；H2处理主要有Sphingomonas、Massilia、TM7、Gp1、Gp3等。采摘期根际土壤细菌优势菌属H1处理有Sphingomonas、Gp1、Massilia、Gp3、TM7等；H2处理有Sphingomonas、Massilia、Gp1、Gp3、Bradyrhizobium等。旺长期、采摘期与移栽前细菌优势菌属有明显不同，烟株生长根际微环境中细菌菌群发生变化，H2处理的细菌群落较丰富。

旺长期根际土壤真菌优势菌属H1处理有Mortierella、 Penidiella、 Phaeosphaeria、 Ophiocordyceps、Spizellomyces等；H2处理有Ophiocordyceps、Mortierella、Phaeosphaeria、Penidiella、Nectria等。采摘期根际土壤真菌优势菌属H1处理有Mortierella、Ascobolus、 Ophiocordyceps、 Phaeosphaeria、 Westerdykella等；H2处理有Mortierella、Ophiocordyceps、Phaeosphaeria、Agrocybe、Blyttiomyces等。真菌菌群结构与移栽前变化较大，特别是Mortierella的含量的变化较大，在不同时期含量显著不同。

2.2.2 根际土壤细菌和真菌群落多样性指数 表5为土壤测序样品的多样性指数，可以看出，细菌和真菌文库的覆盖率均达到70%以上，说明所建文库能真实地反映出该环境细菌多样性特性。香农指数是衡量群落的异质性，文库细菌的香浓指数均达到7以上，表明细菌群落多样性已达到一个很高的水平。Chao1和ACE指数可预测环境中物种的总数，结果表明随着作物的生长，土壤中细菌群落多样性逐渐增高。发病土壤中H2处理多样性相对较高。

2.3 各处理病害发生情况

从表6可以看出，烤烟生长过程的4次调查中，处理H1的发病率居高不下，H2发病率和病情指数明显较低。至7月10日时，青枯病的发病率和病情指数分别比H1降低了27.6%和34.6%。本试验结果进一步证明，施用土壤调理剂改善土壤理化性状可以在一定程度上防控青枯病的发生。这一结果与上述土壤微生物数量和区系变化的结果一致。

3 小结与讨论

试验结果表明，烤烟根际细菌、放线菌和真菌数量随生育进程先增加后减少，处理和对照的变化趋势相同。由于细菌数量占绝对优势，根际微生物总数量的变化趋势与根际细菌数量变化趋势相同。在旺长期，使用土壤调理剂的根际细菌、放线菌和真菌数量明显高于对照。发病土壤H2的土壤细菌数量较高，而放线菌和真菌比H1低。

宏基因组测序结果显示细菌种类总数远高于真菌，随着烟株的生长微生物群落多样性增加，同一时期的H2土壤的多样性高于H1处理的土壤。说明根际土壤微生物数量明显受土壤调理剂及烤烟生长发育的影响，添加土壤调理剂可以提高土壤微生物多样性。

施用土壤调理剂可改善土壤理化性状和提高土壤微生物多样性，可以在一定程度上防控青枯病的发生。

参考文献：

[1] 林跃平，周清明，王业建.影响烟草生长、产量和品质因子的研究进展[J].作物研究，2006，20（5）：490-493.

[2] 赵仁富.论“免深耕”土壤调理剂的开发研究[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，蔺海红，李恋卿，等.生物质炭对稻田土壤有机碳组分的持效影响[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.