植烟土壤肥力因子与根际微生物数量的相关性

张 腾 ，叶协锋 ，叶贤文 ，周 琳 ，周 童 ，卢 迪，李佳颖，于建军

(1 河南农业大学 烟草学院，国家烟草栽培生理生化研究基地，河南 郑州 450002;2 上海烟草集团天津卷烟厂，天津 300163;3 云南省烟草公司昆明市安宁分公司，云南 昆明 650300;4 湖南省衡南县烟草专卖局，湖南 衡阳 421001)

土壤肥力是指土壤为植物生长提供养分、水分以及优良环境条件的能力，氮、磷、钾是影响烟株生长和发育及烟叶质量的重要元素［1］.土壤根际微生物是指生活在土壤里的细菌、真菌、放线菌，它们对土壤肥力的形成以及烟叶的营养转化有积极的作用.植烟土壤微生物的种类和数量在烟草生长的不同时期有着不同的变化，这一定程度上反映了土壤有机质矿化的速度以及土壤各种养分存在的状态，也直接影响了土壤的供肥状况［2］.微生物对土壤结构，尤其是团聚体的形成及其稳定性也有决定性的作用［3］;另一方面，土壤微生物的数量，也在一定程度上影响着烟叶的品质，沈中泉等［4］、刘卫群等［5］、彭智良等［6］指出:植烟土壤微生物的增加会突出烤烟叶的化学品质，并增加烤后烟叶的总糖、还原糖以及总氮量，降低淀粉、氯离子和烟碱的含量，改善氮碱比和糖碱比，提高钾氯比，使烤后烟叶的化学品质得到提高.

本文对烟草生长同一时期各土壤微生物及不同时期各微生物量与土壤肥力因子的关系进行分析，旨在用肥力因子评价土壤微生物量，为土壤肥力维持、供肥以及土壤改良提供一定理论依据.

1 材料与方法

1.1 样品采集

2011年于四川省凉山州会理县通安镇、黎溪镇、红旗镇、太平镇、益门镇各设1 个在地形地貌、气候、海拔、土壤等方面具有代表性的试验点，于烟草团棵期、旺长期、成熟期分别采集大田土样及烟株根际土样.大田土样用5 点式采集法取试验地耕作层0～20 cm 土壤样品，上下土体一致，数量一致，多点混合，4 分法选取土壤样品;根际土样的采集将烟株根系用铁铲挖出，用小刀将距根2 mm 以上的土壤轻轻剥离，抖落其余土壤作为根际土收集，并用小毛刷将不能抖落的沾附在根上的土轻轻刷下，过筛除根一并收集.

1.2 测定指标及方法

1.2.1 土壤肥力测定 大田土壤样品测定内容包括:碱解氮、有效磷、速效钾、有机质、pH 和土壤养分.按照鲍士旦［7］的方法测定.

1.2.2 根际微生物测定 根际土壤样品用牛肉膏蛋白胨培养基、马丁氏培养基和高氏一号培养基培养，以平皿培养-群落计数法［8-10］测定不同时期的根际土细菌、真菌、放线菌的数量.

1.3 数据分析与处理

利用统计软件DPS v 7.05 版，以土壤肥力为自变量(Xi)，包括碱解氮(X1)、有效磷(X2)、速效钾(X3)、有机质(X4)和pH(X5)，微生物量为因变量(Yi)，包括团棵期细菌(Y1)、团棵期真菌(Y2)、团棵期放线菌(Y3)、旺长期细菌(Y4)、旺长期真菌(Y5)、旺长期放线菌(Y6)、成熟期细菌(Y7)、成熟期真菌(Y8)和成熟期放线菌(Y9)，进行逐步回归分析、偏相关分析和通径分析.

2 结果与分析

2.1 肥力因子与根际微生物的测定结果

由表1 可以看出，各主要指标的变异系数差异显著，表现不稳定.其中有效磷、真菌的变异系数偏大，各指标的变异程度表现出有效磷＞真菌＞碱解氮=速效钾＞细菌＞有机质=放线菌＞pH 的趋势.由偏度系数和峰度系数可以看出，有效磷、真菌为右偏态峰，其余各指标均为左偏态峰，有效磷、pH 的偏度系数绝对值较大.碱解氮、有效磷、pH、真菌的峰度系数大于0，为尖峭峰，数据分布较集中;速效钾、有机质、细菌、放线菌的峰度系数小于0，为平阔峰，数据比较分散.

表1 肥力因子与根际微生物的测定结果统计Tab.1 Statistics analysis measure results of the contents of medium and micro elements between fertility factors and microbial biomass

2.2 团棵期烟草根际土微生物数量与肥力因子的关系

2.2.1 团棵期烟草根际土微生物数量与肥力因子的多因子及互作项逐步回归分析 对团棵期烟草根际土微生物数量与肥力因子进行多因子及互作项逐步回归分析，建立肥力因子与土壤根际微生物模型(模型1～3)，其中模型1 决定系数为0.999 9，剩余通径系数为0.004 3，模型2 决定系数为1.000 0，剩余通径系数为0.001 9，模型3 决定系数为0.856 7，剩余通径系数为0.378 6，3 模型均达到较高的精确水平.

模型1 表明，X2与Y1呈负相关，X1与X3、X2与X5之间的互作效应与Y1呈正相关.

模型2 表明，X4与Y2呈负相关，X2与X5、X4与X5之间的互作效应与Y2呈正相关.

模型3 表明，X2与X4之间的互作效应与Y3呈正相关.

2.2.2 团棵期烟草根际土微生物含量与肥力因子的偏相关分析 由表2 可知，细菌与矿质元素的偏相关分析:有效磷(X2)与团棵期细菌(Y1)的偏相关系数系数为-0.999 6，碱解氮(X1)与速效钾(X3)互作效应偏相关系数为1.000 0，有效磷(X2)与pH(X5)互作效应偏相关系数为0.999 7，均达到极显著水平;真菌数量与矿质元素的偏相关系数分析:有机质(X4)与团棵期真菌(Y2)的偏相关系数为-1，有效磷(X2)与pH(X5)互作效应偏相关系数为1，有机质(X4)与pH(X5)互作效应偏相关系数为1，均达到极显著水平;放线菌数量与矿质元素的偏相关系数分析，有效磷(X2)与有机质(X4)互作效应偏相关系数为0.925 6，达到显著水平.

表2 团棵期烟草根际土微生物含量与肥力因子的偏相关分析Tab.2 Partial correlation coefficients of the contents of medium and micro elements between fertility factors and microbial biomass in group pieces

2.2.3 团棵期烟草根际土微生物含量与肥力因子的通径分析 由表3 可知，细菌数量与矿质元素的直接通径系数:X2(-4.330 1)、X1X3(1.192 0)、X2X5(4.731 1)，说明有效磷(X2)对细菌数量的直接作用是负面的效应，碱解氮(X1)与速效钾(X3)、有效磷(X2)与pH(X5)互作效应对细菌数量的直接作用是正面的效应.而间接作用:X2主要通过X1X3(0.197 0)、X2X5(4.712 6)间接正效应表达;X1X3主要通过X2(-0.715 7)的间接负效应以及X2X5(0.404 3)间接正效应综合表达，X2X5主要通过X2(-4.313 2)的间接负效应以及X1X3(0.101 9)间接正效应综合表达.

真菌数量与矿质元素的直接通径系数:X4(-0.678 4)、X2X5(2.065 6)、X4X5(2.006 4)，说明有机质(X4)对真菌数量的直接作用是负面的效应，有效磷(X2)与pH(X5)、有机质(X4)与pH(X5)互作效应对真菌数量的直接作用是正面的效应.而间接作用:X4主要通过X4X5(1.783 3)间接正效应以及X2X5(-1.419 1)间接负效应综合表达，X2X5主要通过X4(0.466 1)的间接正效应与X4X5(-1.757 0)的间接负效应综合表达，X4X5主要通过X4(-0.603 0)、X2X5(-1.808 9)间接负效应综合表达.

放线菌数量与矿质元素的直接通径系数:X2X4(0.925 6)，说明有效磷(X2)与有机质(X4)互作效应对放线菌的数量起直接的正面效应.

2.3 旺长期烟草根际土微生物数量与肥力因子的关系

对旺长期烟草根际土微生物数量与肥力因子进行多因子及互作项逐步回归分析，建立肥力因子与土壤根际微生物模型(模型4～6)，其中模型4 决定系数为0.798 3，剩余通径系数为0.449 2，模型5 决定系数为0.999 4，剩余通径系数为0.024 7，模型6决定系数为0.963 2，剩余通径系数为0.192 1，3 模型均达到较高的精确水平.

模型4 表明，X1与X2之间的互作效应与Y4呈正相关.

模型5 表明，X2与X4之间的互作效应与Y5呈负相关，X1与X2、X2与X3之间的互作效应与Y5呈正相关.

模型6 表明，X2与X4、X2与X5之间的互作效应与Y6呈正相关.

由表4 可知，细菌与矿质元素的偏相关分析:碱解氮(X1)与有效磷(X2)互作效应偏相关系数为0.893 5，达到极显著水平;真菌数量与矿质元素的偏相关系数分析:碱解氮(X1)与有效磷(X2)的互作效应偏相关系数为0.999 6，有效磷(X2)与速效钾(X3)互作效应偏相关系数为0.998 6，有效磷(X2)与有机质(X4)互作效应偏相关系数为-0.999 4，均达到极显著水平;放线菌数量与矿质元素的偏相关系数分析:有效磷(X2)与有机质(X4)互作效应偏相关系数为0.871 3，有效磷(X2)与pH(X5)互作效应偏相关系数为0.902 4，均达到显著水平.

表3 团棵期烟草根际土微生物含量与肥力因子的通径分析1)Tab.3 Path analysis between the content of fertility factors and the contents of microbial biomass in group pieces

表4 旺长期烟草根际土微生物含量与肥力因子的偏相关分析Tab.4 Partial correlation coefficients of the contents of medium and micro elements between fertility factors and microbial biomass in vigorous period

由表5 可知，细菌数量与矿质元素的直接通径系数:X1X2(0.893 5)，说明碱解氮(X1)与有效磷(X2)互作效应对细菌数量的直接作用是正面的.

真菌数量与矿质元素的直接通径系数:X1X2(2.707 4)、X2X3(0.797 0)、X2X4(-2.724 7)，说明有效磷(X2)与有机质(X4)的互作效应对真菌数量的直接作用是负面的，碱解氮(X1)与有效磷(X2)、有效磷(X2)与速效钾(X3)互作效应于真菌数量的直接作用是正面的.在间接作用系数中:X1X2主要通过X2X3(0.548 7)间接正效应以及X2X4(-2.568 4)间接负效应综合表达，X2X3主要通过X1X2(1.864 0)的间接正效应与X2X4(-2.166 8)的间接负效应综合表达，X2X4主要通过X1X2(2.552 1)、X2X3(0.633 8)间接正效应表达.

表5 旺长期烟草根际土微生物含量与肥力因子的通径分析1)Tab.5 Path analysis between the content of fertility factors and the contents of microbial biomass in vigorous period

放线菌数量与矿质元素的直接通径系数:X2X4(0.486 3)，X2X5(0.573 5)，说明有效磷(X2)与有机质(X4)、有效磷(X2)与pH(X5)的互作效应对放线菌的数量起直接的正面效应.在间接作用系数中，X2X4主要通过X2X5(0.408 9)间接正效应表达，X2X5主要通过X2X4(0.346 7)间接正效应表达.

2.4 成熟期烟草根际土微生物数量与肥力因子的关系

对成熟期烟草根际土微生物数量与肥力因子进行多因子及互作项逐步回归分析，建立肥力因子与土壤根际微生物模型(模型7～9)，其中模型7 决定系数为0.999 9，剩余通径系数为0.009 4，模型8 决定系数为0.999 7，剩余通径系数为0.018 3，模型9决定系数为0.760 6，剩余通径系数为0.489 3，7、8模型均达到较高的精确水平.

模型7 表明，X1与Y7呈正相关，X1与X5、X4与X5之间的互作效应与Y7呈负相关.

模型8 表明，X1与Y8呈正相关，X1与X4、X4与X5之间的互作效应与Y8呈负相关.

模型9 表明，X5与Y9呈负相关.

由表6 可知，细菌与矿质元素的偏相关分析:碱解氮(X1)与成熟期细菌(Y7)的偏相关系数为0.999 3，碱解氮(X1)与pH(X5)互作效应偏相关系数为-0.9942，有机质(X4)与pH(X5)互作效应偏相关系数为-0.999 9，均达到极显著水平;真菌数量与矿质元素的偏相关系数分析:碱解氮(X1)与成熟期真菌(Y8)的偏相关系数为0.997 8，碱解氮(X1)与有机质(X4)互作效应偏相关系数为-0.993 0，有机质(X4)与pH(X5)互作效应偏相关系数为-0.997 6，均达到极显著水平;放线菌数量与矿质元素的偏相关系数分析，pH(X5)与成熟期放线菌(Y9)的偏相关系数为-0.872 1.

表6 成熟期烟草根际土微生物含量与肥力因子的偏相关分析Tab.6 Partial correlation coefficients of the contents of medium and micro elements between fertility factors and microbial biomass in maturity period

由表7 可知，细菌数量与矿质元素的直接通径系数:X1(1.951 7)、X1X5(-0.707 6)、X4X5(-1.706 3)，说明碱解氮(X1)对细菌数量的直接作用是正面的效应，碱解氮(X1)与pH(X5)、有机质(X4)与pH(X5)互作效应对细菌数量的直接作用是负面的.而间接作用:碱解氮(X1)主要通过X1X5(-0.701 2)、X4X5(-1.421 8)间接负效应;X1X5主要通过 X1(1.934 1)的间接正效应以及 X4X5(-1.459 7)间接负效应综合表达，X4X5主要通过碱解氮(X1)(1.626 3)间接正效应以及 X1X5(-0.605 3)间接负效应综合表达.

真菌数量与矿质元素的直接通径系数:X1(1.795 3)、X1X4(-1.439 1)、X4X5(-1.039 3)，说明X1对真菌数量的直接作用是正面的效应，碱解氮(X1)与有机质(X4)、有机质(X4)与pH(X5)互作效应对真菌数量的直接作用是负面的.在间接作用系数中:碱解氮(X1)主要通过X1X4(-1.400 4)以及X4X5(-0.866 0)间接负效应表达，X1X4主要通过X1(1.747 0)的间接正效应和X4X5(-0.960 1)间接负效应综合表达，X4X5主要通过X1(1.495 9)的间接正效应与X1X4(-1.329 3)的间接负效应综合表达.

放线菌数量与矿质元素的直接通径系数是X5(-0.872 1)，说明pH(X5)对放线菌数量的直接作用是负面的.

表7 旺长期烟草根际土微生物含量与肥力因子的通径分析1)Tab.7 Path analysis between the content of fertility factors and the contents of microbial biomass in maturity period

3 讨论与结论

(1)采用多元线性逐步回归分析得到土壤肥力因子与土壤微生物数量的回归方程，经显著性检测均达到极显著水平，为预测不同时期土壤微生物数量提供了一定的参考依据.利用同样的方法也可以探索土壤肥力因子与土壤物理性状、酶活性等的预测方程，为烤烟生产平衡施肥提供理论依据.通过比较不同时期土壤肥力因子与土壤微生物数量的回归方程，可把团棵期作为预测和调控土壤微生物数量的最关键时期.

(2)通过土壤肥力因子与土壤微生物数量之间的偏相关和通径分析证明:烟草团棵期，碱解氮与速效钾的正互作效应以及有效磷与pH 的正互作效应都与细菌含量呈正相关.张明等［11］认为:施肥对土壤微生物群落生态生理功能不同，其中，K 策略细菌数量与有效钾、速效钾和碱解氮呈显著正相关，与本研究的结果基本一致.烟草旺长期根际细菌数量与土壤pH 无显著相关性，与碱解氮、有效磷、速效钾、有机质的含量均显著相关，这可能是由于细菌是土壤微生物中含量最多的菌群［12］，其在旺长期的生命活动较强，所以肥力因子在这一时期的相关性也较为复杂.成熟期碱解氮的含量与细菌数量呈显著的正相关，孟庆英［13］的最新研究指出其他作物的成熟期也呈上述结果.

团棵期的有效磷与pH 的正互作效应以及有机质与pH 的正互作效应与真菌含量呈正相关，这与韩桂云等［14］的研究结果基本一致，表明四川地区，土壤pH 值处于酸性或偏酸性时，根际土中真菌含量适宜;有效磷与真菌含量呈极显著负相关，这与王海英等［12］的研究结果表现一致.旺长期土壤pH 值与真菌含量无明显的相关性，蔡彬等［15］的研究指出，不同条件下pH 对土壤真菌含量的影响无直接关系，与本文研究结果基本一致，考虑烤烟旺长期根际微生物含量最多［16-19］，所以影响其含量的因素也成为3 个不同时期最复杂的.另外，本研究发现在烤烟成熟期，碱解氮与真菌含量有明显的正相关性.

3 个不同的时期，与放线菌有相关性的肥力因子只有有效磷、有机质以及pH.左清华等［20］研究指出:土壤pH 对根际放线菌的数量影响较大，土壤有机质、氮、磷、钾等的含量对放线菌数量的影响并无确定的数量关系;葛荣盛［21］的研究阐述了有机质含量和pH 是影响放线菌数量的主要生态因子;焦志华等［22］的研究表明，放线菌数量与有机质和有效磷显著相关，与本研究的结果基本一致.

(3)土壤微生物的含量对烤烟品质具有至关重要的作用，而决定微生物数量的因素很多.本研究在忽略其他因素的基础上，探索了在一定范围内土壤肥力因子与土壤微生物数量的相关性，鉴于回归模型的局限性，有待于进一步的研究.

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