南方农业学报JournalofSouthernAgriculture2019，50（5）：982-989·982·南方农业学报ISSN2095-1191；CODENNNXAABhttp://www.nfnyxb.com50卷DOI：10.3969/j.issn.2095-1191.2019.05.09烤烟不同种植施肥模式对土壤养分、酶活性
及细菌多样性的影响
陈
浩1，魏立本1，王亚麒1，黄建国1*，赵
建2，张长华2
563000）
（1西南大学资源环境学院，重庆400716；2遵义市烟草公司，贵州遵义
摘要：【目的】研究不同种植施肥模式对土壤养分、酶活性及细菌多样性的影响，为黔北烟区土壤的可持续利用提供科学依据。【方法】设烤烟—烤烟—黑麦草连作+单施化肥（C-CF）、烤烟—烤烟—黑麦草连作+有机肥化肥配施（C-CFM）、烤烟—玉米—黑麦草轮作+单施化肥（R-CF）和烤烟—玉米—黑麦草轮作+有机肥化肥配施（R-CFM）4种种植施肥模式处理，通过常规分析和高通量测序技术研究不同处理的土壤养分、酶活性及细菌多样性变化。【结果】经过13年的种植施肥后，C-CF、C-CFM和R-CF处理的土壤pH和有机质含量显著降低（P<0.05）；R-CFM处理的土壤pH和有机质无显著变化（P>0.05，下同）；各处理的土壤有效磷和有效钾含量增加，有效氮含量降低。土壤过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶和磷酸酶活性及微生物量碳、氮均以R-CFM处理相对较高。轮作和施用有机肥改善了土壤的生态环境，使微生物种群增加、活性增强，细菌群落的丰富度指数（Chao1）、均匀度指数（Heip）和多样性指数（Shannon）均表现为C-CF处理
关键词：烤烟；轮作；有机肥；土壤养分；土壤酶活性；细菌多样性中图分类号：S572
文献标志码：A
文章编号：2095-1191（2019）05-0982-08
Effectsofdifferentplantingandfertilizingmodesonsoilnutrient，enzymeactivityandbacterialdiversityoftobacco
CHENHao1，WEILi-ben1，WANGYa-qi1，HUANGJian-guo1*，ZHAOJian2，
ZHANGChang-hua2
（1CollegeofResourcesandEnvironment，SouthwestUniversity，Chongqing400716，China；
2
ZunyiTobaccoCompany，Zunyi，Guizhou563000，China）
Abstract：【Objective】Theeffectsofdifferentplantingandfertilizationmodesonsoilnutrient，enzymeactivityand
bacterialdiversityoftobaccowereresearchedtoprovidescientificbasisforthelong-termsustainableutilizationoftoba-ccosoilsinnorthernGuizhou.【Method】Thetreatmentsincludedtobacco-tobacco-ryegrasscontinuouscroppingwithche-micalfertilization（R-CF），tobacco-tobacco-ryegrasscontinuouscroppingwithchemicalfertilizerapplicationplusmanure（R-CFM），tobacco-maize-ryegrassrotationwithchemicalfertilization（C-CF），tobacco-maize-ryegrassrotationwithchemicalfertilizationplusmanure（C-CFM）.Soilsamplesweretakenandanalyzedfornutrients，enzymeactivities，andbacteriadiversitybyroutineanalysisandhighthroughputsequencing.【Result】After13yearsofplantingandfertilization，R-CF，C-CFMandR-CFcroppingtreatmentsmadethesoilpHandthecontentoforganicmatterdecreasedsignificantly（P<0.05）.SoilpHandorganicmatterofR-CFMdidnotchangesignificantly（P>0.05，thesamebelow）.Thecontentsofavailablephosphorusandavailablepotassiumincreased，butthecontentsofavailablenitrogendecreased.Theactivitiesofcatalase，invertase，ureaseandphosphatase，microbialbiomasscarbonandnitrogeninsoilwererelativelyhigherinR-CFMthanothers.Rotationandapplicationofmanureimprovedsoilecologicalenvironment，increasedmicrobialpopu-lationandactivity.Diversityindex（Chao1），evennessindex（Heip）anddiversityindex（Shannon）allpresentedC-CF<收稿日期：2018-12-04基金项目：国家“973”计划项目（2013CB127405）；贵州省烟草公司科技项目（201503）作者简介：*为通讯作者，黄建国（1959-），博士，教授，主要从事植物营养与环境及应用微生物研究工作，E-mail：1326519388@qq.
com。陈浩（1996-），研究方向为植物营养与环境，E-mail：380673984@qq.com
5期陈浩等：烤烟不同种植施肥模式对土壤养分、酶活性及细菌多样性的影响
·983·C-CFM
basicallythesame，andtheabsolutedominantbacteriawereunculturedAnaerolineaceae，AcidobacteriaSubgroup-6，RoseiflexusandSphingomonas.【Conclusion】Croprotationandchemicalfertilizationplusmanuremodecanresultinsta-blepH,highorganicmatter,microbialbiomass,soilenzymeactivityandbacteriadiversityindex.Asaplantingfertiliza-tionpatterncombiningutilizationandrestoration,itisbeneficialforthehighyieldandqualityofcropsandmaintainingsoilquality.ThusthismethodisworthpromotingintobaccoplatingareasinnorthernGuizhou.
Keywords：tobacco；rotation；fertilization；soilnutrient；soilenzymeactivity；bacteriadiversity
0引言
【研究意义】黔北烟区土地资源短缺，烤烟连作
现象普遍。由于长期连作和不合理的施肥配比，导致土壤理化性状恶化，烤烟产质量大幅度降低，且烟草多种病原菌在土壤中大量积累，显著增加其后茬作物的致病率，严重影响了农业生产的可持续发展贾志红等，2010）。有研究表明，在长期连作的土壤中，氮、磷、钾肥的平均利用率分别下降4.8%、7.0%和3.2%（邓阳春和黄建国，2010），且鞘氨醇单胞菌属Sphingomonaspaucimobilis）和芽孢杆菌属（Bacil-lussubtilis）等有益菌数量减少，微生物种群失衡，发生连作障碍（杜思瑶等，2017）。因此，研究长期不同的施肥方式及种植制度对植烟土壤养分、酶活性及细菌多样性变化的影响，对黔北烟区选择合理的种植施肥方式，调整种植结构，改善土壤状况及烟区土壤的可持续利用具有重要意义。【前人研究进展】不同的种植施肥模式可对土壤养分、酶活性及细菌多样性产生不同影响。合理轮作是克服烤烟连作危害的有效措施之一。烤烟与水稻（Oryzasativa）、玉米、油菜（Brassicanapus）、苕子（Papilionaceae）、黑麦草等多种作物轮作均可显著增加土壤细菌多样性时安东等，2011；段玉琪等，2012），而烤烟连作降低了根际土壤的细菌多样性（齐虹凌等，2015）。在烤烟—玉米长期轮作过程中，轮作土壤的pH及速效磷、速效钾含量显著高于连作土壤（张艳，2014）。陈丹梅等（2015）研究发现，烤烟与多种作物轮作时，轮作土壤中的过氧化物酶、过氧化氢酶、脲酶和转化酶活性及土壤pH均高于连作土壤。张笑宇等（2018）研究表明，轮作烟田根际土壤中可培养细菌和放线菌数量均高于连作烟田根际土壤，但真菌数量低于连作烟田。【本研究切入点】目前，烤烟与其他作物轮作的种植方式已有较多应用（张艳，2014；陈丹梅等，2015；张笑宇等，2018），但有关种植制度和施肥方式对烤烟及植烟土壤影响的研究较少；特别是在长期施肥的烤烟—玉米—牧草轮作条件下，对土壤理化生物学性质的研究鲜见报道；此外，土壤中栖息着种类繁多的微生物，长期种植施肥制度对土壤细菌群
落变化特征的影响尚不明确。【拟解决的关键问题】
以黔北烟区主要种植施肥模式为对象，利用常规分析和高通量测序技术，研究长期种植和施肥条件下土壤养分、酶活性和细菌的种群结构，为土地资源的可持续利用提供科学依据。
1材料与方法
1.1
试验地概况
试验地位于贵州省遵义市播州区中心科技园（东经106°56′，北纬27°32′），海拔900m，属亚热带季风性湿润气候，年平均气温14.9℃，年均降水量1035mm。长期定位试验点建于2004年，土壤类型为黄壤。初始土壤理化性质：pH7.49、有机质21.24g/kg、全氮1.16g/kg、全磷1.08g/kg、全钾16.81g/kg、碱解氮94.76mg/kg、有效磷19.10mg/kg、速效钾196.82mg/kg。1.2试验材料
供试烤烟品种为K326和红花大金元；玉米品种为遵玉和黔单等试验当年大面积种植的品种；黑麦草品种为美国四倍体特高。1.3试验方法
试验始于2004年，设烤烟—烤烟—黑麦草连作+单施化肥（C-CF）、烤烟—烤烟—黑麦草连作+有机肥化肥配施（C-CFM）、烤烟—玉米—黑麦草轮作+单施化肥（R-CF）和烤烟—玉米—黑麦草轮作+有机肥化肥配施（R-CFM）4种种植施肥模式处理。重复3次，随机排列。奇数年各小区种植烤烟，偶数年轮作小区种植玉米，冬季种植黑麦草。小区面积16m2。
烤烟株行距1.1m×0.6m，基肥施用N100kg/ha、P2O575kg/ha、K2O200kg/ha，基追比7∶3，追肥在移栽后第10d和第40d平均施用，基肥和追肥均为烤烟专用基肥（10-10-25）和追肥（15-0-30）；有机肥化肥配施处理中，有机肥为商品有机肥（N、P2O5、K2O含量分别为2.5%、0.75%和1.5%），有机肥氮∶化肥氮=1∶1，有机肥全作基肥，不足的养分由化肥补充。玉米株行距0.5m×0.4m，基肥施用N100kg/ha、P2O550kg/ha、K2O50kg/ha，由复合肥（20-10-10）提供，在玉米拔节期和大喇叭口期分别追施化学氮肥（（（·984·南方农业学报50卷N10kg/ha。冬季种植黑麦草，基施化学氮肥N75kg/ha。化学氮肥的氮、磷、钾分别由尿素、过磷酸钙和硫酸钾提供。烤烟、玉米和黑麦草的田间管理及烟叶的采收、烘烤、分级等均同当地高产优质技术规范。
1.4测定项目及方法
2017年烤烟栽种前收、获后及成熟期，采集烟垄两株烟中间0~20cm的土壤。采用常规分析方法测定土壤pH、有机质及有效氮、磷、钾养分等（杨剑虹等，2008）；采用靛酚蓝比色法、3,5-二硝基水杨酸比色法、磷酸苯二钠比色法和高锰酸钾滴定法分别测定土壤脲酶、蔗糖酶、磷酸酶和过氧化氢酶活性薛立等，2002）；参考吴金水（2006）的方法进行微生物碳氮量测定，采用氯仿熏蒸—0.5mol/LK2SO4提取，K2Cr2O7氧化法测定微生物量碳，腚酚蓝比色法测定微生物量氮。
取新鲜土壤，用E.Z.N.A.?SoilKit试剂盒（美国OMEGA公司）提取总DNA，1%琼脂糖凝胶电泳检测其完整性，NanoDrop2000（赛默飞世尔科技有限公司）检测DNA纯度和浓度，GeneAmp?9700型（美国ABI公司）PCR仪扩增16SrDNA基因的V3~V4区，引物为338F（5'-ACTCCTACGGGAGGCAGCAG-3'）和806R（5'-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3'），2%琼脂糖凝胶电泳PCR产物，AxyPrepDNA凝胶回收试剂盒（AXYGEN公司）切胶回收，Tris-HCl洗脱，QuantiFluor?-ST蓝色荧光定量系统（Promega公司）定量。送至上海美吉生物医药科技有限公司利用Illumina高通量测序平台进行测序（田地等，2013）。1.5统计分析
测序结束后，对有效序列进行去杂、修剪、除嵌合体序列等过滤处理后得到优化序列，通过聚类分析形成操作分类单元（Operationaltaxonomicunits，OTU），采用BLAST程序对比GenBank（http：//ncbi.nlm.nih.gov）中的已知序列，根据97%相似度确定16SrDNA基因序列对应的细菌属（种）名称。利用Mothur计算丰富度指数（Chao1）、均匀度指数Heip）、多样性指数（Shannon）和优势度指数（Simp-son）。利用Excel2013进行数据的整理和基本计算，利用SPSS18.0进行统计分析。
2结果与分析
2.1
不同处理对土壤pH、有机质及有效氮、有效磷、有效钾含量的影响
由图1可看出，与原始土壤相比，R-CFM处理的土壤pH和有机质含量无显著变化（P>0.05，下同），而C-CF、C-CFM和R-CF处理使土壤pH从7.49显著下１０８．００ａｂ６．．００００ｃｂｃａAHp４２．０．０．０００００ＣＫＣ－ＣＦＣ－ＣＦＭＲ－ＣＦＲ－ＣＦＭ３０．００处理Treatmenttneg）tkn/ocｂａBr２０．００ａｃｂｃ量（gett含a质mc机in１０．００有agrO０．００ＣＫＣ－ＣＦＣ－ＣＦＭＲ－ＣＦＲ－ＣＦＭ处理Treatment１０ａg）tnke/tgn８０．０００moc量（N６含el氮ba４０００．．．００００ｂｃCｄl效iav有A２００ｅ０．．００００ＣＫＣ－ＣＦＣ－ＣＦＭＲ－ＣＦＲ－ＣＦＭ６０．００处理Treatmentg）tkn/eａDgtno４０．００ｂａｂａｂc量（mP含elb磷ali２０．００ｃ效av有A０．００ＣＫＣ－ＣＦＣ－ＣＦＭＲ－ＣＦＲ－ＣＦＭ３００．００处理TreatmentEg）tnke/tgnoc２００．００ｄａｂｂｃ量（mK含el钾bal效ia１００．００v有A０．００ＣＫＣ－ＣＦＣ－ＣＦＭＲ－ＣＦＲ－ＣＦＭ处理Treatment图1
不同处理的土壤pH、有机质及有效氮、有效磷、有效钾含量
Fig.1SoilpH，organicmatterandnutrientcontentsofavaila-blenitrogen（N），availablephosphorus（P）andavaila-blepotassium（K）underdifferenttreatments
图柱上不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）
Differentlowercaselettersonthebarrepresentedsignificantdifferenceamongtreatments（P<0.05）
（（
烤烟不同种植施肥模式对土壤养分、酶活性及细菌多样性的影响<p><br/></p>
