關鍵詞:烤煙:移栽方式:農藝性狀:產質量:黃壤:微生物多樣性
烤煙的生長發(fā)育及品質受基因、栽培技術、生態(tài)環(huán)境和烘烤技術等因素的影響??茖W的移栽方式可以改善煙葉生物學性狀、加快干物質積累、提高煙葉產質量等。目前對于烤煙移栽方式的研究眾多,李迪等系統(tǒng)歸納了烤煙膜下小苗移栽的配套技術,表明膜下小苗移栽可以改善土壤溫濕度、預防病蟲害、增產優(yōu)質;郭應成等研究發(fā)現(xiàn)膜下小苗移栽與膜上常規(guī)苗移栽相比能提高烤煙產質量,烤煙生育期和產質量受氣溫、降雨量、日照日寸間等多個氣象因素綜合影響,與王躍金等的研究結果符合。井窖式小苗移栽可以提高煙苗移栽存活率,使植煙土壤在保溫保濕的狀態(tài)下,促根壯苗,縮短緩苗期,促進煙葉提質增效。
土壤是植物生存的場所,在煙草種植過程中,土壤微生物可以改善煙株根際土壤環(huán)境,影響根系形態(tài),從而影響烤煙生長發(fā)育以及產質量。目前,針對烤煙根際土壤微生物的研究眾多,姚未遠等研究發(fā)現(xiàn)土壤微生物可以作用于煙株生長:葛生珍等研究發(fā)現(xiàn),適宜的施氮量有利于土壤微生物的生長,促進煙株生長發(fā)育:楊靜等研究表明,菜一菌輪作能改變土壤微生物群落的結構組成,一定程度上改良種植土壤:王曉宇等研究發(fā)現(xiàn),氮磷鉀肥影響植煙土壤細菌多樣性和群落結構,從而影響煙草的生長發(fā)育。眾多研究發(fā)現(xiàn)合適的肥料種類及施肥方式有利于土壤微生物的存活,從而改良土壤,但將移栽方式和土壤微生物兩者結合的研究較少。因此,本文從土壤微生物多樣性及群落結構出發(fā),結合烤煙生長、病害預防和產質量,探討適合鎮(zhèn)遠縣的移栽方式,旨在為烤煙移栽方式的科學選擇提供理論基礎。
1材料與方法
1.1供試材料
試驗于2022年4-9月在貴州省黔東南州鎮(zhèn)遠縣賈家寨村(108°28' E,27°6' N,海拔648.8m)試驗田進行。該地區(qū)屬中亞熱帶濕潤氣候,年平均氣溫16.6℃,無霜期292d,年降水量1057mm,全年日照日寸數1200h。供試土壤為黃壤,地勢平坦,肥力中等偏上,無病害史。供試烤煙品種為云煙87,由黔東南州煙草公司提供。
1.2試驗設計
采用單因素隨機區(qū)組設計,設5個移栽處理:常規(guī)移栽(CK)、井窖式移栽(T1)、膜下小苗移栽(T2)、鴨嘴式移栽(T3),營養(yǎng)塊移栽(T4),每個處理3次重復,共15個小區(qū),小區(qū)面積60m2,行、株距分別為1.1m和0.5m,四周設保護行。所有地塊采用當地常規(guī)施肥方式,其余栽培管理措施與當地優(yōu)質煙葉生產保持一致。待煙苗長到高于壟面日寸填窖掏苗,根據當地情況選擇適宜時間揭膜培土。
1.3測定指標及方法
1.3.1煙苗成活率移栽后7d,觀察各處理煙苗的存活情況,計算成活率。煙苗成活率(%)=煙苗成活數/總移栽煙苗數×100。
1.3.2農藝性狀移栽后45、60、75d,每處理選取10株長勢一致的烤煙,參照《煙草農藝性狀調查測量方法》(YC/T 142-2010)測定株高、莖圍、節(jié)距、有效葉片數、最大葉長、最大葉寬、最大葉面積等農藝性狀指標。
1.3.3干物質積累與根系指標移栽后75d,每處理挖取3株具有代表性的煙株,將根、莖、葉分離,測定其干物質量(烘干法)和根系形態(tài)指標(用軟尺、直尺等工具測定根長、根粗(主根圍),根體積用排水法)。
1.3.4根際土壤微生物多樣性移栽后25d,每處理選取3株長勢一致的烤煙,挖出煙株根系,去除周圍較大的土壤團塊,小心抖動并收集黏附在根系表面0~4mm的土壤,混合均勻后裝入無菌取樣袋放人干冰保存,每個處理3次重復,立即寄往上海歐易生物科技有限公司進行高通量測序。
細菌16SrRNA利用V3-V4區(qū)前端引物343F(5'-TACCGRAGGCAGCAG-3')和后端弓『物798R(5'-AGGGTATCTAATCCT-3')進行擴增;真菌利用前端引物ITSIF(5'-CTTGGTCATTTAGAG-GAAGTAA-3')和后端引物ITS2(5'-GCTGCGT-TCTTCATCGATGC-3')對ITS1區(qū)進行擴增。高通量測序得到的原始圖像數據文件經堿基識別(Base Calling)分析轉化為原始測序序列,剪切引物后,經質量過濾、降噪、拼接、去嵌合體等質控分析,得到代表序列及ASV(amplicon sequence varl-ants)豐度表。
1.3.5病情指數按照《煙草病蟲害分級及調查方法》(GB/T23222-2008)調查各小區(qū)煙株烤煙病害情況。
1.3.6經濟性狀各處理小區(qū)煙葉收獲、烘烤后按照國家烤煙分級標準(GB 2635-92)進行分級,統(tǒng)計煙葉產量、產值、均價和中上等煙比例。
1.4數據統(tǒng)計與分析
采用Microsoft Excel 2010和Origin 2021進行數據處理和圖表繪制,在SPSS 25.0中用Duncan's法對平均值進行多重比較,用Pearson系數進行相關性分析。
2結果與分析
2.1不同移栽方式對烤煙農藝性狀的影響
2.1.1煙苗成活率由表2可知,不同移栽方式下煙苗成活率存在一定差異。T4處理成活率最高,顯著高于T2;T3次之,與T4差異不明顯。
2.1.2農藝性狀如表3所示,移栽后45d和60d.隨著生育期的推進,不同移栽方式的煙株農藝性狀都有一定幅度的增加:移栽后75d,有效葉片數有所下降,T4煙株整體長勢最好。移栽后45d,T1、T3、T4的煙株株高和有效葉片數顯著高于CK,T1、T3的最大葉長、最大葉寬和最大葉面積顯著高于T2;移栽后60d,T3、T4的株高顯著高于其他處理,T4的莖圍顯著高于T1、T2,其余指標各處理間差異不顯著;移栽后75d,CK、T1、T2的莖圍顯著高于T4,T4的節(jié)距顯著高于CK、T1。綜合看,移栽后45d、60d,鴨嘴式移栽和營養(yǎng)塊移栽的農藝性狀表現(xiàn)出一定的優(yōu)異性,移栽后75d各處理間的農藝指標差異不顯著。
2.2不同移栽方式對烤煙病蟲害的影響
由表4可知,鎮(zhèn)遠縣煙株主患花葉病和煙青蟲,幾乎不患青枯病,不同移栽方式對煙株患病率有影響。T3、T4兩個時期的花葉病病株率明顯低于其他處理,移栽后75d較60d時均有小幅提升:各處理移栽后75d時煙青蟲病株率較60d均有大幅提高,T3提高幅度最大,增加了11.05倍??梢钥闯觯喿焓揭圃院蜖I養(yǎng)塊移栽方式抗花葉病效果較好。
2.3不同移栽方式對烤煙根系形態(tài)的影響
由表5可知,不同移栽方式的烤煙根系形態(tài)在移栽后75 d有顯著差異。T1的煙株根系總體發(fā)育最好,根體積、主根長、根粗以及1級側根數分別較CK士曾加41.6%、86.2%、7.2%和115.6%,T4的根粗顯著高于其他處理,根體積以T2最小,T1的1級側根數顯著高于其他處理。
2.4不同移栽方式對烤煙干物質積累的影響
表6反映了移栽后75 d不同移栽方式下煙株的根、莖、葉干物質積累情況。整體看,T1、T3、T4的葉、莖、根干物質積累顯著高于CK,其中,與CK相比,T4的葉、莖、根干物質積累分別增加99.5%、51.5%和100.9%,T1分別增加93.3%、48.4%和117.8%,T3分別增加60.8%、39.9%和55.8%??梢娋咽揭圃院蜖I養(yǎng)塊移栽方式對烤煙干物質積累有顯著促進作用,鴨嘴式移栽次之。
2.5不同移栽方式對烤煙根際土壤細菌多樣性及群落結構的影響
2.5.1細菌基因測序質量及多樣性對細菌進行16SrRNA測序,共計15個土壤樣本,各樣本的原始測序數分布在78141~80944條之間,經過質控后測序數分布在47219~59783條之間,去除嵌合體之后的有效測序數分布在45297~57439條之間,單個樣本ASV數分布在743~1328個之間,所有樣本獲得ASV總數為7693個。分析結果(表7)表明,每個樣本原始序列數和有效序列數均遠大于10000,各處理平均原始序列數由高到低排序為T2gt;T1gt;T3gt;T4gt;CK,有效序列數由高到低排序為CKgt;T2gt;T3 gt;T4gt;T1,說明測序質量較高,可用于后續(xù)信息分析。
Alpha多樣性可以直觀地顯示土壤樣本間細菌物種豐富度的差異,反映土壤環(huán)境內細菌物種的多樣性。不同移栽方式植煙土壤細菌的Alpha多樣性指數如表8所示,各處理物種覆蓋率指數均大于99%,進一步說明測序深度已基本覆蓋到樣本中的所有物種,可以比較精準地反映各處理細菌物種的實際情況。Shannon和Simpson是對菌群多樣性進行的評估,ACE、Chaol指數是對菌群豐度進行的評估。豐度指數(ACE和Chaol指數)均以T4處理最高,T2處理最低;Shannon指數以T4最高,T2最低;Simpson指數以CK最高,T1最低。由此可得,不同移栽方式會對烤煙根際土壤細菌群落的多樣性和豐度產生不同的影響,其中營養(yǎng)塊移栽土壤細菌豐度最大,井窖式移栽次之。
2.5.2細菌門水平群落結構
由圖1可知,相對豐度大于1%的細菌菌門共8個,在各處理中總豐度達95.71%~98.47%。相對豐度前4的優(yōu)勢菌門分別為變形菌門(Proteobacteria)、放線菌門(Acti-nobacteriota)、芽單胞菌門(Gemmatimonadota)、擬桿菌門(Bacteroidota),在各處理中的總豐度為84.40%~86.66%。其中,變形菌門在CK中平均相對豐度為49.51%,略低于其他移栽方式:放線菌門相對豐度在T2中最高,為29.98%,CK次之(19.02%),T3最低(16.64%),但T1、T4(16.73%,17.01%)與之差異不大;芽單胞菌門在CK中豐度最高,為14.17%,T1略有下降,為10.39%,T3、T4相對豐度接近,分別為8.95%和8.96%,T2中相對豐度最低(5.57%);擬桿菌門相對豐度以T3最高,為14.11%,T1次之(11.69%).T2最低(3.56%)。總體而言,不同移栽方式可以改變土壤細菌優(yōu)勢菌門的相對豐度。
2.5.3細菌屬水平群落結構由表9可知,各處理細菌相對豐度前10的優(yōu)勢菌屬占比合計38.07%~44.86%。各處理相對豐度前三的屬及其豐度分別為:CK: Clade一Ⅲ(13.58%)、Sphin-gomonas(12.86%)、Gemmatimonas(4.98%);T1:CladeⅢ(19.43%)、Sphingomonas(5.33%)、Fla-vobacterium(4.10%);T2:Sphingomonas(14.79%)、CladeⅢ(12.96%)
.SC-I-84(2.93%);T3: Clade_Ⅲ(14.05%)、Flavobacterium(7.67%)、Sphingomo-nas(5.47%);T4:Clade_Ⅲ(16.38%).Sphingomo-nas(5.26%)、MNDI(4.12%)。不同處理屬水平上豐度前10的優(yōu)勢類群共有18個,其中3個類群(Clade_Ⅲ、Sphingomonas、Clade_ Ia)為5個處理共有,且豐度均不相同;hgcl clade為T1獨有;Ramlibacter、Chujaibacter為T2獨有;Aeromonas為T3獨有。綜上所述,不同移栽方式會影響土壤細菌屬水平上的群落結構。
2.6不同移栽方式對烤煙根際土壤真菌多樣性及群落結構的影響
2.6.1真菌基因測序質量及多樣性對真菌進行ITS測序,共計15個土壤樣本,各樣本的原始測序數分布在78047~81924條之間,經過質控之后的測序數分布在40873~64077條之間,去除嵌合體之后的有效測序數分布在40866~63940條之間。各樣本ASV數分布在109~353個之間,所有樣本獲得ASV總數為2004個。每個樣本原始序列數和有效序列數均遠大于10000,原始序列數由高到低排序為T3gt;CKgt;T2gt;T1gt;T4,有效序列數由高到低排序為T1gt;T4gt;T2gt;CKgt;T3,說明測序質量較高,可用于后續(xù)信息分析。各組測序數據平均值見表10。
不同移栽方式的植煙土壤真菌的alpha多樣性指數如表11所示,各樣本物種覆蓋率均大于99%,說明測序深度已基本覆蓋到樣本中的所有物種,可以比較精準地反映各處理真菌物種的實際情況。T3和CK的豐度指數(ACE和Chaol指數)和多樣性指數(Shannon和Simpson指數)均顯著高于其他處理:T1的Shannon指數最低,T2的豐度指數(ACE和Chaol指數)以及Simpson指數最低。由此可得,不同移栽方式對烤煙根際土壤真菌群落的多樣性產生不同的影響。
2.6.2真菌門水平群落結構不同移栽方式土壤真菌門水平群落結構見圖2??梢钥闯觯鄬ωS度前4的優(yōu)勢菌門分別為子囊菌門(Ascomyco-ta)、擔子菌門(Basidiomycota)、接合菌門(Zygo-mycota)和壺菌門(Chytridiomycota),在各處理中的總豐度為71.42%~89.35%。不同移栽方式的優(yōu)勢菌門相對豐度有所不同,CK的第1優(yōu)勢菌門為子囊菌門,占比62.23%,次優(yōu)勢菌門為擔子菌門,占比16.96%;與CK相比,子囊菌門在T1、T2、T3、T4中占比分別減少4.66、17.23、11.67、20.93個百分點,擔子菌門在T1中占比減少10.43個百分點,T2、T3以及T4的擔子菌門豐度較CK增加5.63、9.41個和4.69個百分點。CK和T3的第3優(yōu)勢菌門為接合菌門,分別占比3.81%、11.90%;T1、T2和T4的第3優(yōu)勢菌門均為壺菌門,分別占比5.98%、2.71%和5.39%。
2.6.3真菌屬水平群落結構不同移栽方式土壤真菌優(yōu)勢屬及其豐度見表12。相對豐度前10的屬合計占30.16%~54.53%。不同處理之間存在差異,其中,相對豐度最高的為T1的優(yōu)勢菌屬Botrytis,為24.89%,其次為T2的優(yōu)勢菌屬Coprinellus(16.86%)和T3的優(yōu)勢菌屬Podospora(12.71%);CK、T4的優(yōu)勢菌屬及豐度分別為Panaeolus(5.29%)、Typhula(10.02%);將不同處理次優(yōu)勢菌屬按豐度排序依次為:T3的Mortierella(12.70%)、T2的Fusarium(10.30%)、T4的Chaeto-mium(8.29%)、T1的Rhizophlyctis(4.90%)、CK的Cyphellophora(4.81%)。共有26屬出現(xiàn)在真菌優(yōu)勢屬前10中,5個處理共有3屬:Fusarium、Rem-ersonza、Mortierella;CK獨有5屬:Ceratobasidiu,rn、Cyphellophora、Panaeolus、Torula、Zopfiella;T1獨有1屬:Botrytis;T2獨有2屬:Aspergillus、Penicillium;T3獨有4屬:Acremomum、Chaetomella、Humicola、Podospora;T4獨有Monographella、Pluteus、Typhula這3屬。
2.7根際土壤微生物群落結構與根系形態(tài)的相關性分析
不同移栽方式根際土壤門水平下微生物相對豐度與烤煙根系形態(tài)的Pearson相關性熱圖(圖3)表明,細菌中,粘細菌門的相對豐度與烤煙根干物質量呈極顯著正相關(Plt;0.01),與根體積、根粗呈顯著正相關(Plt;0.05);硝化螺菌門的相對豐度與烤煙主根長呈顯著負相關(Plt;0.05)。真菌接合菌門的相對豐度與烤煙主根長呈現(xiàn)顯著正相關(Plt;0.05)。
2.8不同移栽方式對烤煙經濟性狀的影響
由表13可看出,處理T3的經濟性狀最優(yōu),其產量、均價、產值、上等煙比例、C2F比例最高,分別為2194. 80kg/hm2、18.69元/kg、41022.29元/hm2、39.89%、8.51%,T1次之,T4、T2隨其后,CK綜合最差。
3討論
3.1不同移栽方式對烤煙土壤微生物的影響
Alpha多樣性指數可對樣本中微生物物種的豐富度和分布均勻度進行評估,從而反映微生物的多樣性。本文研究發(fā)現(xiàn),烤煙的根際土壤細菌多樣性指數和豐度指數以營養(yǎng)塊移栽處理下較高,井窖式移栽、鴨嘴式移栽次之,膜下小苗移栽較低;真菌多樣性指數和豐度指數以鴨嘴式移栽較高,常規(guī)移栽次之,膜下小苗移栽較低。綜合分析可得,營養(yǎng)塊移栽和鴨嘴式移栽更有利于根際土壤微生物多樣性的形成,使土壤群落結構趨于豐富,與劉琳等高莖壯苗能增加烤煙根際土壤微生物數量的結果相似。而膜下小苗移栽則會破壞根際土壤微生物多樣性的形成,使土壤群落結構趨于單一。
移栽前期,不同移栽方式在一定程度上通過影響土壤微生物的種群分布影響煙苗前期的生長發(fā)育。變形菌門豐度的增加通常有益于土壤健康,表明土壤生物或微生物對有害、有毒物質有較強的抗性,本研究中其在常規(guī)移栽處理中最低。門水平上,不同移栽方式下烤煙土壤微生物(細菌、真菌)優(yōu)勢菌門以及豐度有所差異。屬水平上,不同移栽方式出現(xiàn)在細菌豐度前10的屬總共有18個,5個處理共有3個菌屬,且豐度均不相同,井窖式移栽、鴨嘴式移栽各獨有1屬:膜下小苗移栽獨有2屬:出現(xiàn)在真菌豐度前10的屬共有26個,5個處理共有3屬,常規(guī)移栽獨有5屬,井窖式移栽獨有1屬,膜下小苗移栽獨有2屬,鴨嘴式移栽獨有4屬,營養(yǎng)塊移栽獨有3屬。粘細菌門的相對豐度與烤煙根干物質量呈現(xiàn)極顯著正相關,與根體積、根粗呈現(xiàn)顯著正相關;硝化螺菌門與烤煙主根長呈現(xiàn)顯著負相關。真菌接合菌門的相對豐度與烤煙主根長呈現(xiàn)顯著正相關??梢?,不同的移栽方式可以影響烤煙根際土壤微生物的群落分布。
3.2不同移栽方式對烤煙生長發(fā)育的影響
不同移栽方式一定程度上可以決定煙苗的成活率,并促進緩苗,影響烤煙整個生育期在農藝性狀、病蟲害預防、株型、干物質積累等方面的表現(xiàn),縮短烤煙大田期,避開干旱高溫時節(jié),提高烤煙的產質量,改善烤煙品質。移栽7d后煙苗成活率以營養(yǎng)塊移栽最高,基本都存活,鴨嘴式移栽、常規(guī)移栽次之,膜下小苗移栽最低。移栽后45d和60d,營養(yǎng)塊移栽的生長趨勢較好,移栽后75d各處理之間無明顯差異。各處理農藝性狀對比基本一致,移栽后45d表現(xiàn)為營養(yǎng)塊移栽gt;井窖式移栽≈鴨嘴式移栽gt;膜下小苗移栽gt;常規(guī)移栽,移栽后60d表現(xiàn)為營養(yǎng)塊移栽gt;鴨嘴式移栽gt;膜下小苗移栽≥井窖式移栽gt;常規(guī)移栽。由于移栽時營養(yǎng)塊移栽的煙苗最大,其在移栽后成活率以及整個生育期的農藝性狀表現(xiàn)要優(yōu)于其他移栽方式。移栽后75d的干物質積累以及根系發(fā)育,以營養(yǎng)塊移栽、井窖式移栽表現(xiàn)較好。病蟲害方面,鴨嘴式移栽、營養(yǎng)塊移栽抗花葉病較好,常規(guī)移栽抗煙青蟲效果較好。經濟性狀方面以鴨嘴式移栽表現(xiàn)最優(yōu),井窖式移栽次之。
4結論
不同移栽方式對烤煙移栽前期的生態(tài)環(huán)境以及根系發(fā)育產生影響,從而影響煙株整體的生長發(fā)育、病蟲害預防和烤煙的產質量,選擇合適的移栽方式需要考慮多種因素。綜合看,營養(yǎng)塊移栽和鴨嘴式移栽利于烤煙的生長發(fā)育,鴨嘴式移栽改善烤煙的產質量;營養(yǎng)塊移栽和井窖式移栽有利于根際土壤細菌多樣性的增加,鴨嘴式移栽和常規(guī)移栽利于真菌多樣性的增加。鴨嘴式移栽是比較適合鎮(zhèn)遠縣黃壤的移栽方式。