楊超才，朱列書(shū)，李迪秦，劉 卉，龔湛武，蔣 楠，劉依蕓

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410128)

【研究意義】枯草芽孢桿菌(Bacillussubtilis)屬于好氧型革蘭氏陽(yáng)性桿狀細(xì)菌，分布廣泛，可以分泌多種酶和抗生素，它具有無(wú)致病性、環(huán)境零污染、顯著抗菌活性以及極強(qiáng)抗逆性等優(yōu)點(diǎn)[1-2]，枯草芽孢桿菌能活化土壤養(yǎng)分，防止土壤板結(jié)，抑制土壤殘留的病菌，促進(jìn)植物種子、幼苗的生長(zhǎng)發(fā)育，增強(qiáng)根系活力[3]，用途十分廣泛?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】有研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)枯草芽孢桿菌處理后，可以提高植物根圍土壤細(xì)菌多樣性指數(shù)和豐富度指數(shù)，促進(jìn)放線菌的生長(zhǎng)，抑制真菌生長(zhǎng)，提升土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性[4-6]?？瞪佥x等[3]研究發(fā)現(xiàn)，施用枯草芽孢桿菌可在一定程度上提高黃瓜苗期長(zhǎng)勢(shì)和質(zhì)量。在和烤煙有關(guān)的研究中發(fā)現(xiàn)，配施枯草芽孢桿菌有機(jī)肥使植煙土壤中的有機(jī)質(zhì)、速效磷、速效鉀和全鉀含量均得到了提高，還增長(zhǎng)了土壤細(xì)菌、放線菌的數(shù)量，減少了真菌的數(shù)量；同時(shí)配施枯草芽孢桿菌有機(jī)肥還能改善煙葉上部葉和下部葉烤煙化學(xué)成分協(xié)調(diào)性和煙葉的抽吸品質(zhì)，有利于烤煙產(chǎn)量的提高[7]；研究表明枯草芽孢桿菌不僅可以提高煙葉中致香物質(zhì)的總量，削減煙葉中的不良成分，還能對(duì)煙葉發(fā)酵產(chǎn)生有益影響，從整體上提高煙葉的感官品質(zhì)[8]。在枯草芽孢桿菌的應(yīng)用研究中，前人的研究主要是將枯草芽孢桿菌作為常用的一類(lèi)生防菌，用于防治一些植物常見(jiàn)病害，如番茄青枯病[9]，煙草花葉病[10]和黃瓜白粉病[11]等?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】枯草芽孢桿菌在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)時(shí)的應(yīng)用較廣，主要是防治土傳病害、改善土壤根際微環(huán)境，部分菌種的枯草芽孢桿菌具有促進(jìn)秸稈腐解和解磷的作用。但是枯草芽孢桿菌對(duì)土壤養(yǎng)分的含量研究較少。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】因此，本試驗(yàn)通過(guò)研究枯草芽孢桿菌不同用量對(duì)植煙土壤養(yǎng)分的影響，旨在探索施用枯草芽孢桿菌后對(duì)土壤的正負(fù)效應(yīng)，以期提高土壤有效養(yǎng)分含量，并為枯草芽孢桿菌在烤煙生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)耘園基地進(jìn)行，參試品種為K326(中國(guó)煙草中南農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站提供)，試驗(yàn)土壤選取煙稻輪作土壤，施肥前土壤基本養(yǎng)分情況如表1。煙株于3月23日移栽，田間株距為50 cm，田壟間距為120 cm，施氮量為耘園基地?zé)煵莘N植常規(guī)用量105 kg/hm2(煙草專(zhuān)用復(fù)合肥由湖南金葉眾望科技股份有限公司生產(chǎn))。試驗(yàn)設(shè)計(jì)為單因素隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)，在常規(guī)施用基肥的基礎(chǔ)上，通過(guò)添加枯草芽孢桿菌(河北滄州興業(yè)生物有限公司提供)不同施用量作為因子，設(shè)4個(gè)處理，分別是CK(不添加枯草芽孢桿菌，即0 kg/hm2)、T1(添加枯草芽孢桿菌15 kg/hm2)、T2(添加枯草芽孢桿菌30 kg/hm2)、T3(添加枯草芽孢桿菌45 kg/hm2)，每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)，共12個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積45 m2，枯草芽孢桿菌(枯草芽孢桿菌數(shù)量均≥1×109/g)添加方法為，將稱(chēng)好的不同枯草芽孢桿菌用量添加至基施肥料，混勻后穴施，除此以外，所有田間管理均按照耘園基地標(biāo)準(zhǔn)化栽培措施進(jìn)行。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.2.1 土壤樣品采集方法 分別在移栽后30、45、60、75 d以及終采以后采用五點(diǎn)取樣法采集每個(gè)小區(qū)煙株半徑10 cm左右、15～20 cm土層土壤，并將之混合均勻成為一份土壤樣品，用無(wú)菌自封袋裝好，每次每小區(qū)采集1 kg左右土壤，在無(wú)陽(yáng)光直射下自然風(fēng)干、研磨剔除雜物以及煙株殘根后，過(guò)篩待測(cè)。

1.2.2 土樣測(cè)定方法 堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定，速效磷采用碳酸氫鈉法，利用分光光度計(jì)(型號(hào)為Alpha1506，上海譜元儀器有限公司)測(cè)定，速效鉀采用火焰光度法，利用火焰光度計(jì)(型號(hào)為FP640，上海精科儀器有限公司)測(cè)定，有機(jī)質(zhì)采用水合熱重鉻酸鉀氧化—比色法。

1.3 數(shù)據(jù)處理分析

利用Excel 2007 整理數(shù)據(jù)，利用SPSS22.0進(jìn)行方差分析，多重比較采用Duncan法，相關(guān)分析采用Pearson法，利用R語(yǔ)言(vegan程序包)進(jìn)行主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 枯草芽孢桿菌對(duì)植煙土壤堿解氮含量的影響

土壤中的堿解氮是煙草生長(zhǎng)發(fā)育所必需的易被吸收利用的重要營(yíng)養(yǎng)元素[12]。從表2可以看出，在施用枯草芽孢桿菌后，各處理不同時(shí)期堿解氮含量與CK存在一定差異。在移栽后30 d，堿解氮含量表現(xiàn)為：T3>CK>T2>T1，但無(wú)顯著差異。在移栽后45 d，施用枯草芽孢桿菌的土壤堿解氮含量相比移栽后30 d有所升高，而CK的堿解氮含量略有下降，該時(shí)期施用枯草芽孢桿菌處理與CK相比，堿解氮含量增加13.6 % ～ 25.3 %，T2處理與CK差異達(dá)顯著水平，T1、T2與T3之間差異較小。移栽后60 d，各處理間土壤堿解氮含量無(wú)顯著差異，從45～60 d，正是煙株完全進(jìn)入旺長(zhǎng)期的時(shí)間，施用枯草芽孢桿菌的處理在這段時(shí)間堿解氮含量分別下降了1.4 %、13.9 %、3.1 %，CK的堿解氮含量反而上升了11.5 %，可能是由于施用枯草芽孢桿菌處理在煙株旺長(zhǎng)期提高了煙葉吸收堿解氮的能力。移栽后75 d，各處理堿解氮含量無(wú)顯著差異，與60 d相比，含量均上升了。終采以后，土壤中堿解氮含量以CK最低，與T3處理差異顯著，施用枯草芽孢桿菌處理間差異較小，與CK相比，含量增加了23.1 %～37.6 %。從各處理在各個(gè)時(shí)段堿解氮含量變化來(lái)看，T1和T2均呈升高降低再升高再降低的趨勢(shì)，T3為先升高再降低再升高的趨勢(shì)，CK是先降低再升高再降低的趨勢(shì)，不同處理變化趨勢(shì)也不相同。

表1 供試土壤基本理化性質(zhì)

表2 不同處理不同時(shí)期土壤堿解氮含量

注：不同小寫(xiě)字母表示差異在0.05顯著水平，下同。

Note : Different lowercase letters represent the significant at 0.05 probability level. The same as below.

2.2 枯草芽孢桿菌對(duì)植煙土壤速效磷含量的影響

土壤速效磷是可以被植物直接吸收和利用的磷素，是體現(xiàn)土壤供磷能力的重要指標(biāo)[13]。在表3可以看出，在移栽30 d后，土壤中速效磷的含量大小表現(xiàn)為：T3>T2>T1>CK，處理間沒(méi)有顯著差異。移栽后45 d，各處理之間無(wú)顯著性差異，所有處理相比較移栽后30 d速效磷含量均下降了，T3處理下降幅度最大，達(dá)到25.4 %。移栽后60 d，施用枯草芽孢桿菌處理的速效磷含量與CK相比較增加了11.4 % ～ 48.1 %，且隨著枯草芽孢桿菌用量逐漸增加土壤速效磷含量也隨之增加，各處理間土壤速效磷含量存在差異，尤其是T3與CK之間的差異顯著，在45～60 d，土壤速效磷含量的增量隨著枯草芽孢桿菌用量的增加而增加，CK的速效磷含量基本穩(wěn)定。移栽后75 d，各處理間土壤中的速效磷無(wú)顯著差異，60～75 d這段時(shí)間煙株處于旺長(zhǎng)期接近結(jié)束、下部葉開(kāi)始成熟的時(shí)期，比較這2個(gè)時(shí)間的數(shù)據(jù)看出，施用枯草芽孢桿菌處理的土壤速效磷含量分別下降了23.3 %、26.6 %、51.1 %，說(shuō)明在此時(shí)期內(nèi)，枯草芽孢桿菌能提高煙株吸收速效磷的能力，枯草芽孢桿菌用量越多，根系吸收速效磷的效率越快。在煙葉終采以后，不同處理土壤速效磷含量大小為：CK>T1>T2>T3，施用枯草芽孢桿菌各處理與CK比較速效磷含量降低21.8 % ～ 27.1 %，差異達(dá)顯著水平。通過(guò)不同處理在不同時(shí)段的土壤速效磷含量來(lái)看，CK表現(xiàn)為緩下降趨勢(shì)，施用枯草芽孢桿菌各處理均呈先下降再上升再下降的趨勢(shì)，這說(shuō)明在旺長(zhǎng)期，枯草芽孢桿菌能先促使土壤中的磷素完成轉(zhuǎn)化，然后再刺激煙葉提高吸收土壤速效磷的效率，這有利于煙葉在旺長(zhǎng)期的生長(zhǎng)發(fā)育。從對(duì)速效磷的影響來(lái)看，枯草芽孢桿菌能影響土壤中速效磷的變化規(guī)律，在一定范圍內(nèi)，枯草芽孢桿菌的用量越多改善的效果越好。

2.3 枯草芽孢桿菌對(duì)植煙土壤速效鉀含量的影響

土壤速效鉀是一項(xiàng)評(píng)價(jià)土壤肥力的重要指標(biāo)，與煙葉的產(chǎn)量和品質(zhì)關(guān)系密切[14]。由表4可知，移栽后30 d，各處理間速效鉀含量無(wú)顯著差異，施用枯草芽孢桿菌各處理土壤中速效鉀的含量相比CK分別高出26.4 %、19.4 %和9.0 %，可以看出速效鉀增量隨著枯草芽孢桿菌用量的增加而降低，說(shuō)明煙株生長(zhǎng)初期，少量的枯草芽孢桿菌能提高土壤中全磷轉(zhuǎn)化為速效磷的效率。移栽后45 d，施用枯草芽孢桿菌處理的土壤速效鉀含量均高于CK，處理間差異不顯著。移栽后60 d，各處理的土壤速效鉀含量無(wú)顯著差異，其含量表現(xiàn)為：T3>T2>CK>T1。移栽后75 d，施用枯草芽孢桿菌各處理速效鉀含量均低于CK，各處理間差異不顯著，相比較移栽后60 d，CK速效鉀含量增加了6.9 %，T1、T2和T3的含量分別下降了19.5 %，24.2 %，42.1 %，可以看出枯草芽孢桿菌用量越多，土壤中速效鉀含量下降幅度越大，說(shuō)明煙葉進(jìn)入成熟期后，枯草芽孢桿菌能促進(jìn)煙株吸收土壤中的速效鉀，煙株吸收速效鉀的效率隨著用量的增加而增加。從不同時(shí)期速效鉀的變化來(lái)看，CK和T3都是先升高再降低，兩者不同在于CK是緩上升趨勢(shì)，增勢(shì)持續(xù)到了75 d，T3是上升至60 d后，在75 d時(shí)快速下降然后趨于穩(wěn)定，T1和T2都是緩慢下降至75 d再上升，在60 d之前，T1下降的趨勢(shì)比T2更快，這可能是由于在煙株生長(zhǎng)前期施用枯草芽孢桿菌能提前使土壤中固定的鉀轉(zhuǎn)化為速效鉀，在進(jìn)入旺長(zhǎng)期后，枯草芽孢桿菌數(shù)量越多，越能使土壤中的速效鉀不易流失，有利于煙株在進(jìn)入成熟期之前獲得足夠的速效鉀。

表3 不同處理不同時(shí)期土壤速效磷含量

表4 不同處理不同時(shí)期土壤速效鉀含量

表5 不同處理不同時(shí)期土壤有機(jī)質(zhì)含量

2.4 枯草芽孢桿菌對(duì)植煙土壤有機(jī)質(zhì)的影響

土壤有機(jī)質(zhì)是反映土壤肥力的重要指標(biāo)，其對(duì)土壤理化性質(zhì)、煙葉品質(zhì)有很大影響[15]。由表5可知，移栽后30 d，各處理土壤有機(jī)質(zhì)含量未達(dá)顯著水平，施用枯草芽孢桿菌處理有機(jī)質(zhì)含量相比對(duì)照提高了4.8 % ～ 7.8 %。移栽后45 d，不同處理土壤有機(jī)質(zhì)在含量表現(xiàn)為：T3>T2>T1>CK，枯草芽孢桿菌處理較CK增加9.1 % ～ 15.2 %，T1與T2差異較小，T3與CK存在顯著性差異，說(shuō)明土壤中存在超過(guò)一定數(shù)量的枯草芽孢桿菌能使有機(jī)質(zhì)含量得到明顯升高。45與30 d相比較，各處理有機(jī)質(zhì)含量分別增加了3.3 %、4.4 %、8.8 %、11.8 %，可以看出土壤有機(jī)質(zhì)含量隨著枯草芽孢桿菌用量的增加而增加。移栽后60 d，由于處于旺長(zhǎng)期，煙株生長(zhǎng)較快，各處理間有機(jī)質(zhì)含量差異不大，施用枯草芽孢桿菌處理的有機(jī)質(zhì)含量較CK提高15.9 % ～ 19.8 %，各處理有機(jī)質(zhì)含量均比移栽后45 d有所降低。移栽后75 d，各處理間差異達(dá)顯著水平，其中T2與T3差異較小，不同處理土壤有機(jī)質(zhì)含量具體表現(xiàn)為：T3>T2>T1>CK，施用枯草芽孢桿菌處理有機(jī)質(zhì)含量較CK增加14.5 % ～ 24.7 %，與60 d相比，各處理有機(jī)質(zhì)含量均上升，可能是因?yàn)樵诖似陂g降水量較高，土壤中的碳水化合物增多引起。終采后，由于煙株基本發(fā)育完全，各處理間有機(jī)質(zhì)含量差異較小，施用枯草芽孢桿菌各處理較CK降低1.7 % ～ 8.8 %，相比75 d，施用枯草芽孢桿菌各處理有機(jī)質(zhì)含量分別下降了9.9 %、10.7 %、11.3 %，可能是由于75 d至終采后田間溫度過(guò)高，抑制了枯草芽孢桿菌活性，使得土壤中的有機(jī)質(zhì)反被消耗。不同時(shí)期各處理間變化趨勢(shì)基本一致，區(qū)別在于施用枯草芽孢桿菌處理在終采后有機(jī)質(zhì)含量均下降，而CK的含量上升。

圖1 不同處理植煙土壤養(yǎng)分各參數(shù)主成分分析Fig.1 The principal component analysis of the nutrients parameters of planting tobacco soil in different treatments

Table 6 The eigenvalue and proportion explained of each shaft of the principal component analysis of nutrients parameters of planting tobacco soil in different treatments

項(xiàng)目ProjectPC1PC2PC3PC4PC5PC6PC7PC8PC9PC10PC11特征值Eigenvalue5.02123.48003.08642.16562.04261.40460.89530.86290.61220.32700.1027解釋量Proportion explained0.25110.17400.15430.10830.10210.07020.04480.04320.03060.01640.0051累計(jì)Cumulative proportion0.25110.42500.57940.68760.78980.86000.90480.94800.97850.99491.0000

2.5 枯草芽孢桿菌對(duì)植煙土壤養(yǎng)分的主成分分析

不同處理植煙土壤養(yǎng)分主成分分析結(jié)果如表6及圖1所示。從表6中可知，前6個(gè)因子的解釋量分別為25.11 %、17.40 %、15.43 %、10.83 %、10.21 %、7.02 %，累計(jì)達(dá)86.00 %，前3個(gè)因子占比較大。圖1中圈出部分為CK的散點(diǎn)，可以明顯看出CK的散點(diǎn)聚集在一起，并與其它3個(gè)處理散點(diǎn)相距一定距離，說(shuō)明通過(guò)施用枯草芽孢桿菌的土壤養(yǎng)分與未經(jīng)處理的土壤養(yǎng)分整體有較大差異。在圖中T1、T2與T3的散點(diǎn)互有交集，說(shuō)明3個(gè)處理互相之間差異較小。綜合看來(lái)，施用枯草芽孢桿菌能影響土壤的養(yǎng)分含量，與對(duì)照的差異較大，而處理間的差異不明顯。

2.6 枯草芽孢桿菌用量與植煙土壤養(yǎng)分的相關(guān)性分析

從表7可看出，除速效鉀外，枯草芽孢桿菌的用量與其他3種土壤養(yǎng)分之間存在一定相關(guān)關(guān)系?？莶菅挎邨U菌用量與終采后的土壤堿解氮含量呈顯著正相關(guān)，其P值為0.0161；處理用量與移栽后60 d的土壤速效磷呈顯著正相關(guān)，而與終采后的速效磷含量呈顯著負(fù)相關(guān)，P值分別為0.0149和0.0128，可能是因?yàn)椴煌瑫r(shí)間點(diǎn)的溫濕度影響了枯草芽孢桿菌的活性，從而導(dǎo)致結(jié)果相反；枯草芽孢桿菌用量與45 d時(shí)土壤有機(jī)質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)，P值為0.0275，與移栽后75 d呈極顯著正相關(guān)，P值達(dá)0.0001。說(shuō)明枯草芽孢桿菌用量的改變，會(huì)引起土壤堿解氮在終采后、速效磷在移栽后60 d及終采后、有機(jī)質(zhì)在45及75 d的含量產(chǎn)生變化。

表7 枯草芽孢桿菌用量與土壤養(yǎng)分之間的相關(guān)性

注：*表示P<0.05水平差異顯著，**表示P<0.01水平差異顯著。

Note :*indicates significant correlation atP<0.05 level ,**indicates significant correlation atP<0.01 level.

3 討 論

煙草生長(zhǎng)主要依賴(lài)土壤養(yǎng)分的供給，土壤養(yǎng)分含量與煙葉品質(zhì)密不可分，合理調(diào)節(jié)耕層土壤養(yǎng)分，有利于烤煙生產(chǎn)[16]。微生物菌類(lèi)的有機(jī)肥在農(nóng)業(yè)中應(yīng)用較為廣泛，前人的試驗(yàn)研究表明，施用生物菌肥能在一定程度上提高土壤養(yǎng)分含量[17-18]，本試驗(yàn)中的枯草芽孢桿菌也是微生物菌的一種。不同枯草芽孢桿菌用量對(duì)土壤堿解氮含量有一定提高效果，在終采后的土壤中堿解氮含量與用量呈顯著正相關(guān)，隨著用量增加而增加，且含量明顯高于對(duì)照。這與王立偉和王明友[19]的試驗(yàn)結(jié)果相似。但從枯草芽孢桿菌在不同時(shí)期的影響來(lái)看，除移栽后45 d，處理與對(duì)照在煙株生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期土壤的堿解氮含量差異不大，這可能是因?yàn)槭┯每莶菅挎邨U菌能較早地促進(jìn)土壤中固定的氮轉(zhuǎn)化為易吸收的堿解氮，一直持續(xù)到終采后，并在煙葉進(jìn)入旺長(zhǎng)期時(shí)，能讓煙株提前加強(qiáng)對(duì)氮素的敏感性，提前開(kāi)始吸收氮元素，使土壤中的堿解氮能保持在一定范圍供煙株吸收，有利于優(yōu)質(zhì)煙葉的生產(chǎn)。在許劍敏[20]和楊芳等[21]對(duì)于微生物菌的研究表明，加入生物菌肥后明顯提高了土壤速效磷的含量，提高了土壤肥力。這與本試驗(yàn)處理效果相似，枯草芽孢桿菌處理在煙株生長(zhǎng)旺長(zhǎng)期時(shí)顯著提高了速效磷的含量，且用量與此時(shí)的速效磷含量呈顯著相關(guān)關(guān)系?？赡苁且?yàn)榭莶菅挎邨U菌在旺長(zhǎng)期能活化煙株根系周?chē)潭ǖ牧自兀蛊滢D(zhuǎn)化為易被吸收的速效磷，用量越多轉(zhuǎn)化效率越高。這說(shuō)明施用枯草芽孢桿菌有利于煙株在旺長(zhǎng)期能更充分的吸收速效磷。在本試驗(yàn)中，從速效鉀含量變化看來(lái)，枯草芽孢桿菌對(duì)其有一定的改變，但在方差分析與相關(guān)分析結(jié)果中顯示，枯草芽孢桿菌對(duì)于土壤速效鉀的變化沒(méi)有顯著性的影響，且用量與不同時(shí)期的含量之間也不存在相關(guān)關(guān)系，這與其他生物菌試驗(yàn)結(jié)果相差較大[22-24]。這可能是由于不同的微生物菌類(lèi)型不同，活性不同，對(duì)鉀元素礦化分解的能力有差異，說(shuō)明枯草芽孢桿菌對(duì)于土壤速效鉀無(wú)明顯的改善能力。研究表明，不同生物菌肥對(duì)土壤速效鉀、速效磷和堿解氮有著不同程度的提升效果，對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)沒(méi)有明顯改善效果[22-24]，這與本試驗(yàn)結(jié)果相反。在不同用量枯草芽孢桿菌試驗(yàn)中，移栽后45和75 d的土壤有機(jī)質(zhì)含量與對(duì)照有顯著差異，施用量與45 d含量顯著相關(guān)，與75 d含量極顯著相關(guān)。這可能是由于不同生物菌的功能不同導(dǎo)致，說(shuō)明枯草芽孢桿菌能降解一些難降解的腐殖質(zhì)，補(bǔ)充土壤中的有機(jī)質(zhì)，從而改善土壤質(zhì)量，提高土壤養(yǎng)分。

4 結(jié) 論

綜合來(lái)看，在本試驗(yàn)中枯草芽孢桿菌處理間的差異不大，但均與對(duì)照差異明顯，說(shuō)明施用枯草芽孢桿菌能有效改良土壤養(yǎng)分，調(diào)節(jié)耕層養(yǎng)分變化規(guī)律，利于烤煙生長(zhǎng)發(fā)育的養(yǎng)分供給。

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