芶久蘭 顧小鳳 張 萌 魏全全 柳玲玲

(貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所，貴州 貴陽(yáng) 550006)

煙草(Nicotianatabacum)是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)作物之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019年貴州烤煙種植面積達(dá)194萬(wàn)畝，是我國(guó)第二大烤煙種植省份，僅次于云南[1]。然而，隨著近年來(lái)貴州烤煙產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，烤煙連作現(xiàn)象越來(lái)越突出?？緹熯B作不僅影響煙葉質(zhì)量與品質(zhì)，而且會(huì)使土壤養(yǎng)分失衡，進(jìn)而影響土壤微生態(tài)環(huán)境[2-3]。因此，如何合理有效地緩解貴州烤煙連作障礙、均衡土壤地力水平以及改善土壤微生態(tài)環(huán)境，成為目前亟待解決的重要問(wèn)題。

近年來(lái)，通過(guò)合理輪作來(lái)改善和解決烤煙連作障礙的研究日益增多。合理輪作可以明顯增加土壤中細(xì)菌數(shù)量，顯著降低真菌數(shù)量，提高群落多樣性[4]。不同耕作方式、作物類型、施肥和種植制度的變化均會(huì)影響或改變土壤微生物群落功能多樣性[5-10]?？緹熭喿鲗?duì)土壤的影響主要集中在對(duì)土壤理化性質(zhì)及根際微環(huán)境的影響。研究發(fā)現(xiàn)烤煙與豆科植物進(jìn)行輪作能增加土壤養(yǎng)分含量[11]。吳文濤等[12]和黎妍妍等[13]研究均表明，煙草與萬(wàn)壽菊輪作可以有效提高土壤中自生固氮菌、無(wú)機(jī)磷細(xì)菌等有益功能菌群的數(shù)量，提高煙株根際土壤細(xì)菌群落Shannon和Chao1等多樣性和豐富度指數(shù)，并且增強(qiáng)土壤細(xì)菌群落響應(yīng)脅迫的修復(fù)能力。同時(shí)有學(xué)者發(fā)現(xiàn),玉米是控制煙草枯萎病的有效輪作作物，玉米烤煙輪作可以提高土壤中酸性細(xì)菌和放線菌的豐富度[14]。釧有聰?shù)萚15]通過(guò)大蒜與烤煙輪作對(duì)煙草黑脛病的防治效果及作用機(jī)理進(jìn)行初探，發(fā)現(xiàn)大蒜和烤煙輪作可以降低煙草黑脛病的發(fā)生和危害。陳丹梅等[16]研究則指出烤煙-苕子-水稻的輪作模式可改善土壤生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)微生物繁衍。由此可見(jiàn)，合理的烤煙輪作可以有效均衡土壤養(yǎng)分，改善土壤環(huán)境，有助于烤煙良好循環(huán)種植。

綠肥作為一種重要的有機(jī)肥料，在減少化肥用量、提高作物產(chǎn)量、培肥土壤地力等方面發(fā)揮著積極作用。包明等[17]研究指出，在渭北旱塬地區(qū)施用綠肥一定程度上可提高該區(qū)域的土壤肥力。同時(shí)，綠肥可促進(jìn)烤煙根際微生物的生長(zhǎng)和繁殖，提高煙田土壤細(xì)菌群落多樣性及均一度[18]。楊帥等[19]發(fā)現(xiàn)將綠肥與烤煙進(jìn)行輪作，能夠顯著提高土壤有效氮的轉(zhuǎn)化，保證煙株氮素的供應(yīng)；綠肥輪作后能改善植煙土壤細(xì)菌結(jié)構(gòu)，提高有機(jī)質(zhì)、全氮、速效養(yǎng)分含量，從而提供大量碳源和氮源，使土壤細(xì)菌Shannon指數(shù)明顯提高[20]。張超[21]的研究證明，綠肥還能提高土壤酶活性，改善土壤微生態(tài)條件，從而減輕作物土傳性病害發(fā)病率。不同綠肥之間，禾本科綠肥對(duì)土壤微生物量和土壤酶活性的影響最大，其次是豆科綠肥[22]。以往關(guān)于烤煙合理輪作的研究已有報(bào)道，但針對(duì)貴州烤煙輪作的研究較少。因此，本研究通過(guò)大田試驗(yàn)，定量分析不同烤煙種植模式對(duì)貴州土壤養(yǎng)分、酶活性及細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響，以期為貴州烤煙的合理高效種植模式提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

本試驗(yàn)于2018年10月—2020年8月在貴州省畢節(jié)市黔西縣永燊彝族苗族鄉(xiāng)(106°11′41″E，27°7′34″N)進(jìn)行，平均海拔1 205 m。供試土壤為貴州典型石灰?guī)r發(fā)育的黃壤，其基本理化性質(zhì)如下：pH值5.92，有機(jī)質(zhì)含量18.59 g·kg-1，全氮含量1.31 g·kg-1，有效磷含量16.60 mg·kg-1，速效鉀含量232.00 mg·kg-1。 供試烤煙品種為畢納1號(hào)，由畢節(jié)市煙草公司黔西縣分公司提供。供試有機(jī)肥為酒糟有機(jī)肥(N+P2O5+K2O=6.2%)，供試化肥為烤煙專用基肥(N∶P2O5∶K2O=10∶15∶24)、烤煙提苗肥(N∶P2O5∶K2O=15∶8∶7)和烤煙專用追肥(N∶P2O5∶K2O=13∶0∶126)，均由畢節(jié)市煙草公司黔西縣分公司提供。綠肥品種為66-25箭筈豌豆，由畢節(jié)市黔西縣土肥站提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采取隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，設(shè)置4個(gè)處理：烤煙連作(T)；白菜-烤煙輪作(C-T)；豌豆-烤煙輪作(P-T)；綠肥-烤煙輪作(GM-T)。每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)面積為42 m2，不同小區(qū)設(shè)置0.5 m隔離帶，每個(gè)處理設(shè)置3次重復(fù)。烤煙行距1.05 m，株距0.57 m，種植密度16 500株·hm-2。在烤煙種植過(guò)程中，每個(gè)小區(qū)的管理方式一致。在施肥過(guò)程中，根據(jù)等量養(yǎng)分原則，T和C-T處理施肥一致，P-T處理直接將豌豆翻壓于地里，GM-T處理直接將綠肥翻壓于地里，豌豆和綠肥的養(yǎng)分含量及水分含量如表1所示，計(jì)算后將P-T和GM-T的專用基肥和追肥分別減少80 kg·hm-2和110 kg·hm-2。各處理具體施肥量如表2所示。

表1 豌豆和綠肥的養(yǎng)分含量情況Table 1 Nutrient content of pea and green manure /%

表2 不同處理的肥料施用量Table 2 Fertilizer application amount for different treatments /(kg·hm-2)

1.3 土壤樣品的采集

本試驗(yàn)于2020年8月烤煙采收結(jié)束后，在每個(gè)小區(qū)按照“S”型土壤取樣法設(shè)置15個(gè)采樣點(diǎn)，每個(gè)采樣點(diǎn)采集0～20 cm土壤樣品。將枯枝落葉、碎石等雜物剔除后把每個(gè)土壤樣品分為三部分：第一部分用錫箔紙包裹，迅速裝入離心管，投入液氮冷凍運(yùn)輸，之后轉(zhuǎn)移至-80℃冰箱保存，用于土壤微生物高通量測(cè)序分析；第二部分采集新鮮土樣用于銨態(tài)氮(ammonium nitrogen, AN)、硝態(tài)氮(nitrate nitrogen, NN)、微生物量碳(microbial biomass carbon, MBC)、微生物量氮(microbial biomass nitrogen, MBN)和微生物量磷(microbial biomass phosphorus, MBP)的測(cè)定；第三部分將新鮮樣品自然風(fēng)干、研磨過(guò)篩后用于土壤pH值、有機(jī)質(zhì)(soil organic matter, SOM)、陽(yáng)離子交換量(cation exchange capacity, CEC)、全氮(total nitrogen, TN)、有效磷(available phosphorus, AP)、速效鉀(available potassium, AK)、脲酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶和過(guò)氧化氫酶的測(cè)定。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.4.1 土壤理化性質(zhì)測(cè)定 土壤理化性質(zhì)按照《土壤農(nóng)化分析》[23]進(jìn)行。土壤pH值采用電位測(cè)定，土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測(cè)定，土壤CEC采用BaCl2-MgSO4強(qiáng)迫交換法測(cè)定，土壤全氮含量采用半微量凱氏定氮法測(cè)定，土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮用1 mol·L-1KCl溶液浸-連續(xù)流動(dòng)分析儀(AA3，德國(guó)布朗盧比公司)測(cè)定，土壤有效磷采用鹽酸-氟化銨提取-鉬銻抗比色法測(cè)定，土壤速效鉀采用醋酸銨-火焰光度計(jì)(FP640，上海傲譜分析儀器有限公司)法測(cè)定，土壤微生物量碳、微生物量氮和微生物量磷采用氯仿熏蒸-K2SO4浸提法測(cè)定，脲酶采用靛酚藍(lán)比色法測(cè)定，蔗糖酶采用3,5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定，酸性磷酸酶采用硝基酚比色法測(cè)定，過(guò)氧化氫酶采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法測(cè)定。

1.4.2 土壤DNA提取和16S rRNA基因高通量測(cè)序 每個(gè)樣品稱取相當(dāng)于0.5 g干土重量的新鮮土壤，采用FastDNA?SPIN Kit for Soil(MPBiomedicals)試劑盒[生工生物工程(上海)股份有限公司]提取土壤微生物總DNA，1%瓊脂糖電泳檢測(cè)DNA樣品是否降解以及有無(wú)雜質(zhì)，使用Nanodrop 2000分光光度計(jì)[賽默飛世爾科技(中國(guó))有限公司提供]檢測(cè)樣品純度。經(jīng)DNA濃度和純度檢測(cè)后(DNA濃度≥20 ng·μL-1，總量≥500 ng，D260/280為1.8～2.0)，利用ABI Gene Amp?9700型PCR儀[美國(guó)應(yīng)用生物系統(tǒng)公司(ABI)]對(duì)細(xì)菌16S rRNA基因進(jìn)行PCR引物擴(kuò)增，擴(kuò)增引物為338F(5′-A C T C C T A C G G G A G G C A G C AG-3′)和806R(5′-G G A C T A H V G G G T W T C T A AT-3′)。PCR反應(yīng)體系為20 μL：5×TransStart FastPfu緩沖液4 μL，2.5 mol·L-1dNTPs 2 μL，上游引物(5 μmol·L-1) 0.8 μL，下游引物(5 μmol·L-1) 0.8 μL，TransStart FastPfu DNA聚合酶0.4 μL，模板DNA 10 ng，用滅菌蒸餾水補(bǔ)足至20 μL。PCR擴(kuò)增程序：95℃預(yù)變性3 min；95℃變性30 s，55℃退火30 s，72℃延伸30 s，27個(gè)循環(huán)；72℃終延伸10 min，4℃保存。每個(gè)樣本3個(gè)重復(fù)，獲得擴(kuò)增產(chǎn)物后，進(jìn)一步通過(guò)2%瓊脂凝膠電泳檢測(cè)PCR產(chǎn)物純化效果，測(cè)定純化后PCR產(chǎn)物的濃度，將土壤樣品16S rRNA基因的PCR純化產(chǎn)物等按摩爾系數(shù)混合，利用Thermo Scientific 公司(上海)的GeneJET膠回收試劑盒，割膠回收目標(biāo)條帶，測(cè)序服務(wù)委托上海美吉生物醫(yī)藥科技有限公司完成。

1.5 統(tǒng)計(jì)與分析

采用Mothur軟件計(jì)算多樣性指數(shù)，包括Chaol、Shannon和Simpson指數(shù)，采用Canoco 4.5 軟件進(jìn)行冗余分析(redundancy analysis，RDA)，采用Origin 8.0軟件進(jìn)行作圖，利用SPSS 20.0軟件進(jìn)行方差分析。圖表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。

2 結(jié)果與分析

2.1 種植模式對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

由表3可知，烤煙輪作后，土壤pH值提升了1.19%～1.58%。此外，輪作在一定程度上對(duì)土壤養(yǎng)分含量也產(chǎn)生了影響，提升了土壤有機(jī)質(zhì)、陽(yáng)離子交換量、全氮、微生物量碳、微生物量氮和微生物量磷含量。與T處理相比，烤煙輪作使SOM、CEC、TN、MBC、MBN和MBP分別提高了0.77%～12.44%、10.78%～38.51%、11.76%～17.65%、10.65%～20.67%、36.58%～160.36%和14.66%～36.21%，均以GM-T處理增幅最大，GM-T處理與其余處理的MBN含量達(dá)顯著差異水平。與T處理相比，輪作的土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、有效磷和速效鉀含量有所降低，分別降低了1.01%～71.67%、19.29%～24.32%、23.09%～52.21%和6.18%～10.09%，且輪作各處理的硝態(tài)氮和有效磷含量均與T處理間差異顯著。

表3 不同處理的土壤養(yǎng)分含量Table 3 Soil nutrient status of different treatments

2.2 種植模式對(duì)土壤酶活性的影響

如表4所示，烤煙輪作對(duì)土壤脲酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶和過(guò)氧化氫酶活性有不同程度的影響。與T處理相比，烤煙輪作使土壤脲酶和蔗糖酶活性分別提高了12.38%～42.96%和4.00%～22.67%，均以GM-T處理最高，GM-T的脲酶活性與T和C-T兩處理間差異顯著；烤煙輪作使酸性磷酸酶和過(guò)氧化氫酶活性分別降低了8.16%～24.17%和2.66%～15.80%，其中C-T處理的酸性磷酸酶活性與T處理差異顯著，各處理的過(guò)氧化氫酶活性差異均不顯著。

表4 不同處理的土壤酶活性Table 4 Soil enzyme activities of different treatments

2.3 種植模式對(duì)土壤細(xì)菌群落組成的影響

通過(guò)對(duì)土壤樣品進(jìn)行檢測(cè)發(fā)現(xiàn)(圖1)，土壤細(xì)菌共得到21 952個(gè)操作分類單元(operational taxonomic units, OTU)，其中T、C-T、P-T和GM-T處理的OTU數(shù)量分別為7 764、7 937、7 910和9 830個(gè)。4個(gè)處理的共同OTU為1 827個(gè)，分別占T、C-T、P-T和GM-T處理總OTU數(shù)量的23.5%、23.0%、23.1%和18.6%。T、C-T、P-T和GM-T處理各自特有的OTU數(shù)分別為3 360、 3 414、3 385和5 458，占相應(yīng)處理總OTU數(shù)量的43.3%、43.0%、42.8%和55.5%。

圖1 土壤中細(xì)菌OTU數(shù)量Venn圖Fig.1 Venn diagram of bacteria OTU in soil

2.4 種植模式對(duì)土壤細(xì)菌群落多樣性指數(shù)的影響

由表5可知，烤煙輪作改變了土壤細(xì)菌群落多樣性指數(shù)。與T處理相比，烤煙輪作提高了Chaol和Shannon指數(shù)，增幅分別為1.5%～11.1%和0.3%～3.2%，均以GM-T處理增幅最大?？緹熭喿魈幚斫档土薙impson指數(shù)，降幅為0.0%～0.2%，以GM-T處理降幅最大。綜上，綠肥-烤煙輪作模式可以更好地提高土壤細(xì)菌群落多樣性。

表5 種植模式對(duì)土壤細(xì)菌群落多樣性指數(shù)的影響Table 5 Effects of planting patterns on soil bacterial community diversity index

2.5 種植模式對(duì)土壤細(xì)菌群落豐度和多樣性的影響

2.5.1 種植模式對(duì)土壤細(xì)菌門水平群落結(jié)構(gòu)的影響 通過(guò)對(duì)不同種植模式下的土壤細(xì)菌群落組成進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，在門水平上共檢測(cè)出34個(gè)細(xì)菌種類和未確定類群，T、C-T、P-T和GM-T處理分別有26、32、26和29個(gè)門(圖2)。其中，變形菌門(Proteobacteria)、放線菌門(Actinobacteria)、酸桿菌門(Acidobacteria)、綠彎菌門(Chloroflexi)和芽單胞菌門(Gemmatimonadetes)的相對(duì)豐度較高，分別為30.8%～38.3%、24.9%～36.8%、9.9%～11.9%、7.9%～11.3%和6.1%～7.3%。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，烤煙輪作改變了土壤中細(xì)菌優(yōu)勢(shì)菌種的豐度。與T處理相比，烤煙輪作使土壤中變形菌門(Proteobacteria)的相對(duì)豐度提高了0.4～7.5個(gè)百分點(diǎn)，而酸桿菌門(Acidobacteria)和綠彎菌門(Chloroflexi)的相對(duì)豐度則分別降低了0.6～2.0個(gè)百分點(diǎn)和1.9～3.4個(gè)百分點(diǎn)。

圖2 種植模式下土壤細(xì)菌門水平上主要菌落相對(duì)豐度Fig.2 Planting patterns of major microflora at phylum level in soil

圖3 種植模式下土壤細(xì)菌屬水平上主要菌落相對(duì)豐度Fig.3 Planting patterns of major microflora at genus level in soil

2.5.2 種植模式對(duì)土壤細(xì)菌屬水平群落結(jié)構(gòu)的影響 在屬水平上共檢測(cè)出909個(gè)細(xì)菌種類和未確定類群，T、C-T、P-T和GM-T處理分別有597、666、610和687個(gè)屬(圖3)。其中，JG30-KF-AS9、嗜食單胞菌(Sphingomonas)、鏈霉菌(Streptomyces)、芽單胞菌屬(Gemmatimonas)和擬無(wú)枝酸菌屬(Amycolatopsis)的相對(duì)豐度較高，分別為3.4%～5.7%、3.2%～5.6%、1.7%～4.4%、2.7%～3.1%和0.9%～2.7%。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，與T處理相比，烤煙輪作使嗜食單胞菌(Sphingomonas)、羅丹桿菌(Rhodanobacter)和桿菌屬(Bryobacter)相對(duì)豐度分別提升0.9～2.4個(gè)百分點(diǎn)、0.2～0.5個(gè)百分點(diǎn)和0.2～0.4個(gè)百分點(diǎn)，均以P-T處理增幅最高；鏈霉菌(Streptomyces)相對(duì)豐度下降0.4～2.6個(gè)百分點(diǎn)。

2.5.3 種植模式對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)影響的線性判別分析及影響因子 通過(guò)對(duì)不同種植模式下的土壤細(xì)菌群落進(jìn)行LefSe分析發(fā)現(xiàn)(圖4)，輪作可以增加土壤中有重要作用的微生物類群數(shù)量，T處理僅有2種，C-T處理增加至5種，P-T處理增加至3種，GM-T處理增加至6種。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，在各個(gè)處理中，對(duì)土壤具有重要作用的細(xì)菌各不相同，具體表現(xiàn)如下：T處理為Pedosphaeraceae；C-T處理有嗜紅桿菌(Altererythrobacter)、諾卡氏菌(Nocardia)、放線菌(Actinophytocola)和擬無(wú)枝酸菌(Amycolatopsis)；P-T處理有柯氏桿菌(Coxiella)；GM-T處理為粘菌(Mucilaginibacter)、關(guān)節(jié)桿菌(Arthrobacter)、Pedosphaeraceae、Devosiaceae和變形細(xì)菌(Proteobacteria)。

圖4 土壤細(xì)菌群落LefSe分析Fig.4 LefSe analysis of soil bacterial community

2.6 土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)與土壤養(yǎng)分的冗余分析

根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的結(jié)果，將土壤養(yǎng)分與細(xì)菌群落前16個(gè)優(yōu)勢(shì)菌屬進(jìn)行RDA冗余分析(圖5)，結(jié)果顯示，第1軸解釋率為38.1%，第2軸解釋率為28.5%，累積解釋率為66.6%。MBP對(duì)群落變異的解釋度為23.5%，AP為22.1%，AN為18.9%，因此推測(cè)MBP是驅(qū)動(dòng)群落變異的主要因子。MBP與黃桿菌屬和褚氏桿菌屬，AP和AN與鏈霉菌屬和擬無(wú)枝酸桿菌均呈正相關(guān)關(guān)系。

圖5 土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)與土壤養(yǎng)分的冗余分析(屬水平)Fig.5 Redundancy analysis of soil bacterial community structure and soil nutrient (genus)

3 討論

3.1 種植模式對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

連作會(huì)導(dǎo)致土壤酸化，降低土壤肥力[24]。輪作不僅能夠提高土壤肥力，提升土壤的有機(jī)質(zhì)和全氮含量[10]，而且可以改善煙草健康狀況[21]。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，輪作后的土壤pH值較連作處理有所提升，這可能是因?yàn)殚L(zhǎng)期連作會(huì)降低土壤微生物多樣性和酶活性，使土壤酸化?？梢?jiàn)，烤煙輪作可改善連作帶來(lái)的土壤酸化問(wèn)題。

輪作后的土壤有機(jī)質(zhì)、陽(yáng)離子交換量、全氮、微生物量碳、微生物量氮和微生物量磷含量均有明顯提高，且以GM-T處理效果最佳，P-T處理次之，這與譚玉蘭等[25]和賈志紅等[26]的研究結(jié)果一致，一方面是因?yàn)榭緹熒L(zhǎng)過(guò)程中，氮素是最重要的元素，烤煙連作造成了土壤中氮素缺失，而輪作可減輕土壤中氮素的供給壓力；另一方面，豆科植物具有固氮作用，可以優(yōu)化土壤的理化性質(zhì)，熟化土壤肥力，能夠有效改善土壤質(zhì)量[27-28]，同時(shí)有學(xué)者[21, 29]證明綠肥-烤煙輪作能夠明顯增強(qiáng)土壤中活性有機(jī)質(zhì)的含量，從而提高土壤中碳和氮的含量。

在本試驗(yàn)中，與連作處理相比，輪作處理土壤中的銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、有效磷和速效鉀含量有所降低，與前人[30-33]研究結(jié)果一致，這可能是因?yàn)樵谑┤腽B(yǎng)分含量相同的情況下，輪作提高了烤煙的根系根長(zhǎng)，擴(kuò)大了根系與養(yǎng)分的接觸面積，提高了養(yǎng)分的吸收量[30]，所以連作烤煙可能導(dǎo)致土壤中速效養(yǎng)分的累積，造成土壤養(yǎng)分失衡。

土壤中的磷酸酶和脲酶活性在一定程度上可分別反映土壤中有機(jī)磷的生物有效性和供氮能力，蔗糖酶活性反映土壤熟化程度和肥力水平，過(guò)氧化氫酶活性可以用來(lái)表征土壤腐殖化強(qiáng)度和有機(jī)質(zhì)的積累程度[22]。連作使土壤中酶活性受到抑制，而輪作可以提高土壤中的酶活性[34-35]。在本試驗(yàn)中，烤煙輪作提高了土壤中的脲酶和蔗糖酶活性，這與張科等[31]和官會(huì)林等[36]的研究結(jié)果一致。本試驗(yàn)的3個(gè)輪作處理中，GM-T處理提升效果最好，一方面可能是因?yàn)榫G肥腐解過(guò)程中，需要大量微生物的參與，微生物活性增強(qiáng)，從而促進(jìn)了土壤酶活性的提高[37]；另一方面，綠肥能夠固氮、吸碳，在煙株根系發(fā)育過(guò)程中提供大量有機(jī)營(yíng)養(yǎng)，使根系分泌物增多，微生物繁殖速度加快，從而提高了土壤酶活性[38]。

3.2 種植模式對(duì)土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)多樣性的影響

土壤微生物在維持土壤肥力、促進(jìn)土壤養(yǎng)分循環(huán)等方面具有重要的作用[39]。種植模式的改變必然會(huì)直接或間接地影響土壤微生物群落多樣性。研究表明，烤煙輪作和綠肥還田可以明顯增加土壤細(xì)菌和放線菌數(shù)量，增加土壤微生物的生物多樣性，改變微生物群落結(jié)構(gòu)[40-42]。本研究發(fā)現(xiàn)，T處理的OTU數(shù)量和土壤細(xì)菌種類均為最少；而烤煙輪作改變了細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)多樣性，與T處理對(duì)比，C-T處理中放線菌門(Actinobacteria)的相對(duì)豐度提升，GM-T處理提升了變形菌門(Proteobacteria)的相對(duì)豐度，與前人研究結(jié)果較為吻合[16，40]。這是因?yàn)闊煵菰谶B作條件下，根系分泌物中有毒物質(zhì)的積累可使根系受害，影響根系微生物的數(shù)量、種群和土壤微生物的代謝、生長(zhǎng)和發(fā)育，而且烤煙連作破壞了煙草根際土壤細(xì)菌群落的平衡，使煙草的生存微環(huán)境不斷惡化；而輪作方式可以提高植煙土壤細(xì)菌群落的多樣性，并且隨輪作年份的增加，輪作處理根際土壤細(xì)菌含量高于單作烤煙的趨勢(shì)越來(lái)越明顯[43-44]。GM-T處理的綠肥為豆科植物，根部聚集固氮菌進(jìn)行大量固氮，導(dǎo)致土壤氮源增加，變形菌門隨之增加[45]。

烤煙連作降低了表征菌群豐度的Chaol指數(shù)和物種豐富度的Shannon指數(shù)[6]。在本研究中，烤煙輪作處理的Chaol和Shannon指數(shù)均高于連作，特別是GM-T處理，與段玉琪等[43]的研究結(jié)果一致。這是因?yàn)榉N植綠肥可調(diào)節(jié)土壤碳氮比，提供大量碳源和氮源從而影響土壤微生物活性，改變土壤微生物群落組成和功能，使土壤細(xì)菌中Shannon指數(shù)明顯提高[20, 46]。桿菌類細(xì)菌是土壤中可促進(jìn)作物生長(zhǎng)，增強(qiáng)土壤中難分解肥效元素的分解和抑制土傳病菌危害的多功能微生物[47]。在連作土壤中添加桿菌，能有效克服設(shè)施蔬菜的連作障礙，降低連作障礙病原菌數(shù)量，提高土壤酶活性，并促進(jìn)植株生長(zhǎng)[48]。本試驗(yàn)中LefSe分析顯示，烤煙輪作后，土壤中有重要作用的微生物類群數(shù)量增多，主要增多的微生物類群為桿菌類，與細(xì)菌屬水平群落結(jié)構(gòu)分析的結(jié)果一致；同時(shí)冗余分析顯示，MBP是驅(qū)動(dòng)群落變異的主要因子，且MBP與桿菌類細(xì)菌呈正相關(guān)關(guān)系。這與前文提到的研究結(jié)果一致，說(shuō)明烤煙輪作能有效提高土壤中的有益菌群，從而改善土壤條件并促進(jìn)烤煙生長(zhǎng)。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，烤煙輪作可均衡土壤中的養(yǎng)分含量，提高土壤酶活性。輪作后，土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和多樣性有所改善，變形菌門(Proteobacteria)、嗜食單胞菌(Sphingomonas)、羅丹桿菌(Rhodanobacter)和桿菌屬(Bryobacter)的相對(duì)豐度有所提高。MBP是驅(qū)動(dòng)群落變異的主要因子，通過(guò)改變桿菌類細(xì)菌來(lái)達(dá)到改善土壤微環(huán)境的效果。因此，在貴州進(jìn)行烤煙輪作，特別是綠肥-烤煙輪作制度能夠在一定程度上提高土壤養(yǎng)分含量，并增加土壤有益微生物菌群，為烤煙的良好循環(huán)種植提供基礎(chǔ)。