韓光明++陳全求++張淑芳++李國(guó)榮++張勝昔++藍(lán)家樣

摘要：通過(guò)盆栽試驗(yàn)并利用生物炭技術(shù)研究了湖北潛江周磯農(nóng)場(chǎng)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(duì)土壤細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量進(jìn)行測(cè)定。結(jié)果表明，添加生物炭處理可有效提高不同連作年限棉田細(xì)菌、真菌和放線菌的數(shù)量，而20 t/hm2（C1）生物炭處理可有效提高細(xì)菌和放線菌的數(shù)量，40 t/hm2（C2）生物炭處理可更有效提高真菌數(shù)量。從不同生育時(shí)期來(lái)看，苗期微生物數(shù)量最少，在蕾期和花鈴期是微生物數(shù)量繁殖的高峰期，吐絮期微生物數(shù)量開(kāi)始下降。

關(guān)鍵詞：生物炭；連作；棉田；微生物數(shù)量

中圖分類號(hào)：S562.061 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-3143（2017）05-0007-06

DOI：10.3969/j.issn.2095-3143.2017.05.002

0 引言

中國(guó)四大棉區(qū)除長(zhǎng)江、黃河流域進(jìn)行麥后、油后棉輪作外[1-3]，其他棉區(qū)長(zhǎng)期進(jìn)行棉花連作生產(chǎn)，特別是新疆棉區(qū)，而長(zhǎng)期連作引起土壤養(yǎng)分失調(diào)、微生物數(shù)量和多樣性降低、病蟲害加劇發(fā)生，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致棉花產(chǎn)量和品質(zhì)持續(xù)下降[4-6]，這些也嚴(yán)重制約中國(guó)棉花產(chǎn)業(yè)和棉紡業(yè)的健康發(fā)展。生物炭作為生物友好型活性物質(zhì)，具有多孔性、芳香烴等化合物，且具有極強(qiáng)的吸水、吸肥和抗氧化能力，在土壤改良及其微生態(tài)調(diào)控，生物炭的這些特性改善了土壤微生物的生存環(huán)境，減少了微生物的競(jìng)爭(zhēng)，從而起到保護(hù)土壤有益微生物的作用[7-11]。本研究利用生物炭技術(shù)對(duì)湖北潛江棉區(qū)不同連作年限棉田進(jìn)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(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2014年5月在湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所進(jìn)行，品種選用雜交棉C111，采用盆栽試驗(yàn)；試驗(yàn)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(zhì)見(jiàn)表1。土壤采自湖北省潛江市周礬鎮(zhèn)棉區(qū)，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(shè)置3個(gè)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(gè)處理30盆。每盆施入等量N、P、K，施入量為8 g/盆，整個(gè)生育期不追肥，采用隨機(jī)區(qū)組排列。

1.2 試驗(yàn)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(gè)生育時(shí)期，分別隨機(jī)采集連作2年、6年、11年和14年各處理土壤樣品，每個(gè)處理5盆，取樣深度為0～15 cm，將5個(gè)土壤樣品混勻后取100 g放入無(wú)菌袋中，4℃冰箱保存，用于微生物傳統(tǒng)培養(yǎng)。

1.2.2 土壤微生物的平板培養(yǎng)

細(xì)菌采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、真菌采用孟加拉紅-馬丁式培養(yǎng)基、放線菌采用改良的高氏Ⅰ號(hào)培養(yǎng)基。分離細(xì)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(xì)菌選用的稀釋度為10-5、l0-6、10-7，于37℃恒溫培養(yǎng)1～3 d，選取10-6稀釋度計(jì)數(shù)；分離真菌選用稀釋度為10-2、10-3、10-4，于25℃恒溫培養(yǎng)7 d，選取10-3稀釋度計(jì)數(shù)；分離放線菌選用稀釋度為10-3、10-4、10-5，于28℃恒溫培養(yǎng)4 d，選取10-5稀釋度計(jì)數(shù)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用 IBM SPSS Statistics 19.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，單因素方差分析（One way ANOVA），對(duì)處理間顯著性差異進(jìn)行比較（p<0.05），利用Micosoft Excel 2016 進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物炭對(duì)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(xì)菌的數(shù)量在明顯下降，添加生物炭處理可提高不同連作年限的細(xì)菌數(shù)量（圖1-a），但差異不顯著；真菌數(shù)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(shù)量，除連作2年表現(xiàn)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(shù)量，但各處理間差異不顯著（圖1-b）；放線菌表現(xiàn)為先升高后下降的趨勢(shì)，生物炭處理沒(méi)有提高放線菌的數(shù)量，反而添加生物炭處理后，放線菌的數(shù)量有一定的下降，在連作14年還表現(xiàn)為C0>C1>C2（圖1-c），說(shuō)明放線菌對(duì)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(guò)單變量主體間因子分析發(fā)現(xiàn)，連作2年和6年細(xì)菌數(shù)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(shù)量表現(xiàn)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(shù)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(duì)不同連作年限棉田蕾期土壤微生物的影響

在蕾期，細(xì)菌、真菌、放線菌的數(shù)量隨連作年限增加，呈下降趨勢(shì)。同苗期比較，微生物總體數(shù)量呈指數(shù)性增長(zhǎng)。細(xì)菌數(shù)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(xiàn)為添加生物炭處理增加了其數(shù)量，但連作2年、6年、11年表現(xiàn)不顯著，而連作14年則表現(xiàn)為C1>C2>C0（圖2-b）；放線菌在連作11年時(shí)生物炭處理間為C1>C2>C0（圖2-c）。

通過(guò)單變量主體間因子分析發(fā)現(xiàn)，細(xì)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(shù)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(duì)照C1>C2>C0；放線菌數(shù)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(duì)不同連作年限棉田花鈴期土壤微生物的影響

在花鈴期，細(xì)菌和放線菌數(shù)量隨連作年限增加呈下降趨勢(shì)，而真數(shù)量則表現(xiàn)為先升高后下降的趨勢(shì)。細(xì)菌表現(xiàn)為添加生物炭處理可以明顯提高其數(shù)量，但還未達(dá)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(shù)量在連作14年表現(xiàn)為添加生物炭處理顯著高于對(duì)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(jiàn)明顯差異，但在連作11年和14年中存在顯著差異，表現(xiàn)為生物炭處理C1顯著高于C0和C2處理。

通過(guò)單變量主體間因子分析發(fā)現(xiàn)，棉田連作2年細(xì)菌數(shù)量顯著高于連作14年，而與連作6年和11年無(wú)顯著差異；棉田連作2年真菌數(shù)量顯著高于連作11年和14年，生物炭處理則表現(xiàn)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(shù)量不同連作年限間表現(xiàn)為2Y>6Y>11Y>14Y，且連作年限間均呈顯著正相關(guān)，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(duì)不同連作年限棉田吐絮期土壤微生物的影響

吐絮期，細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)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(duì)照C0。

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

3 結(jié)論與討論

連作障礙是很多科學(xué)家和棉農(nóng)亟待解決的問(wèn)題，本研究通過(guò)生物炭技術(shù)對(duì)湖北潛江周磯農(nóng)場(chǎng)不同連作年限棉田進(jìn)行了生物炭處理，在棉花苗期、蕾期、花鈴期和吐絮期進(jìn)行了微生物數(shù)量測(cè)定，種群結(jié)構(gòu)和功能多樣性的測(cè)定（數(shù)據(jù)另文發(fā)表），結(jié)果發(fā)現(xiàn)，添加生物炭處理可以有效提高連作棉田的微生物數(shù)量，且在連作14年時(shí)添加生物炭處理顯著高于對(duì)照，除真菌外，均表現(xiàn)為C1>C2>C0。生物炭處理C2可以有效地提高真菌數(shù)量。從不同生育時(shí)期來(lái)看，苗期微生物數(shù)量最少，在蕾期和花鈴期是微生物數(shù)量繁殖的高峰期，吐絮期微生物數(shù)量開(kāi)始下降。生物炭能夠提高連作棉田土壤微生物數(shù)量可能和它多孔的特性有關(guān)，也可能與生物炭本身含有各種炭化合物有關(guān)，為微生物生長(zhǎng)和繁殖提供了可利用的棲息場(chǎng)所和炭源。棉花連作是個(gè)大課題，不能僅僅通過(guò)生物炭處理后測(cè)定了微生物的動(dòng)態(tài)變化來(lái)說(shuō)明其緩解連作障礙的效果，還需通過(guò)測(cè)定土壤酶活性、土壤微生物結(jié)構(gòu)和功能多樣性等指標(biāo)進(jìn)行考量[12]，而且需要通過(guò)開(kāi)展長(zhǎng)期定位試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。

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