生物炭对不同连作年限棉田土壤微生物数量的影响

韩光明++陈全求++张淑芳++李国荣++张胜昔++蓝家样

摘要：通过盆栽试验并利用生物炭技术研究了湖北潜江周矶农场不同连作年限棉田土壤的微生物情况，采用平板稀释法分别在苗期、蕾期、花铃期和吐絮期对土壤细菌、真菌和放线菌数量进行测定。结果表明，添加生物炭处理可有效提高不同连作年限棉田细菌、真菌和放线菌的数量，而20 t/hm2（C1）生物炭处理可有效提高细菌和放线菌的数量，40 t/hm2（C2）生物炭处理可更有效提高真菌数量。从不同生育时期来看，苗期微生物数量最少，在蕾期和花铃期是微生物数量繁殖的高峰期，吐絮期微生物数量开始下降。

关键词：生物炭；连作；棉田；微生物数量

中图分类号：S562.061 文献标识码：A 文章编号：2095-3143（2017）05-0007-06

DOI：10.3969/j.issn.2095-3143.2017.05.002

0 引言

中国四大棉区除长江、黄河流域进行麦后、油后棉轮作外[1-3]，其他棉区长期进行棉花连作生产，特别是新疆棉区，而长期连作引起土壤养分失调、微生物数量和多样性降低、病虫害加剧发生，同时也会导致棉花产量和品质持续下降[4-6]，这些也严重制约中国棉花产业和棉纺业的健康发展。生物炭作为生物友好型活性物质，具有多孔性、芳香烃等化合物，且具有极强的吸水、吸肥和抗氧化能力，在土壤改良及其微生态调控，生物炭的这些特性改善了土壤微生物的生存环境，减少了微生物的竞争，从而起到保护土壤有益微生物的作用[7-11]。本研究利用生物炭技术对湖北潜江棉区不同连作年限棉田进行了处理，以期寻求缓解棉田连作障碍的有效途徑。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2014年5月在湖北省农业科学院经济作物研究所进行，品种选用杂交棉C111，采用盆栽试验；试验盆的上口直径为40 cm，底直径为20 cm，盆高为27 cm。生物炭由山东丰本生物科技有限公司提供，其理化性质见表1。土壤采自湖北省潜江市周矾镇棉区，土壤类型为灰潮土，耕层为沙壤土，4种连作年限分别为2年、6年、11年和14年。生物炭设置3个用量梯度，分别为C0（0 t/hm2）、C1（20 t/hm2）和C2（40 t/hm2），分别为土壤干基重的0%、1.538% 和 3.077%。生物炭与土壤充分混合，每盆装7.5 kg。栽入杂交棉C111，每盆两株，缓苗后保留1株，每个处理30盆。每盆施入等量N、P、K，施入量为8 g/盆，整个生育期不追肥，采用随机区组排列。

1.2 试验方法

1.2.1 土样的采集

于棉花苗期、蕾期、花铃期和吐絮期四个生育时期，分别随机采集连作2年、6年、11年和14年各处理土壤样品，每个处理5盆，取样深度为0～15 cm，将5个土壤样品混匀后取100 g放入无菌袋中，4℃冰箱保存，用于微生物传统培养。

1.2.2 土壤微生物的平板培养

细菌采用牛肉膏蛋白胨培养基、真菌采用孟加拉红-马丁式培养基、放线菌采用改良的高氏Ⅰ号培养基。分离细菌、真菌、放线菌采用平板涂抹法：用移液器吸取100 μL的土壤稀释液于平板中央，然后用涂布器将稀释液在平板上涂抹均匀。分离细菌选用的稀释度为10-5、l0-6、10-7，于37℃恒温培养1～3 d，选取10-6稀释度计数；分离真菌选用稀释度为10-2、10-3、10-4，于25℃恒温培养7 d，选取10-3稀释度计数；分离放线菌选用稀释度为10-3、10-4、10-5，于28℃恒温培养4 d，选取10-5稀释度计数。

1.3 数据分析

采用 IBM SPSS Statistics 19.0进行统计分析，单因素方差分析（One way ANOVA），对处理间显著性差异进行比较（p<0.05），利用Micosoft Excel 2016 进行数据整理和作图。

2 结果与分析

2.1 生物炭对不同连作年限棉田苗期土壤微生物的影响

在苗期，随着连作年限增加，细菌的数量在明显下降，添加生物炭处理可提高不同连作年限的细菌数量（图1-a），但差异不显著；真菌数量未添加生物炭处理C0在各连作年限间变化不大，添加生物炭处理显著提高了连作2年、6年和11年真菌的数量，除连作2年表现为处理C1显著高于C0和C2外，连作6年和11年C2处理显著高于C1和C0，处理C1和C0间差异不显著（p<0.05），连作14年虽然添加生物炭处理增加了真菌的数量，但各处理间差异不显著（图1-b）；放线菌表现为先升高后下降的趋势，生物炭处理没有提高放线菌的数量，反而添加生物炭处理后，放线菌的数量有一定的下降，在连作14年还表现为C0>C1>C2（图1-c），说明放线菌对外源添加的生物炭有一定的排斥作用，特别生物炭浓度越高这种排斥作用越明显。

通过单变量主体间因子分析发现，连作2年和6年细菌数量显著高于连作11年和14年，而添加生物炭处理间差异不显著；真菌数量表现为连作6年和11年显著高于连作14年，生物炭处理间为C1和C2处理显著高于C0处理；放线菌数量则为连作2年、6年、11年棉田显著高于连作14年棉。

2.2 生物炭对不同连作年限棉田蕾期土壤微生物的影响

在蕾期，细菌、真菌、放线菌的数量随连作年限增加，呈下降趋势。同苗期比较，微生物总体数量呈指数性增长。细菌数量在生物炭处理间及不同连作年限间差异不显著（图2-a）；真菌虽然表现为添加生物炭处理增加了其数量，但连作2年、6年、11年表现不显著，而连作14年则表现为C1>C2>C0（图2-b）；放线菌在连作11年时生物炭处理间为C1>C2>C0（图2-c）。

通过单变量主体间因子分析发现，细菌在不同连作年限间及不同浓度生物炭处理间差异均不显著；真菌数量连作2年显著高于连作14年，但与连作6年和11年差异不显著，生物炭处理要显著高于对照C1>C2>C0；放线菌数量连作2年显著高于连作14年，但生物炭处理间差异不显著。endprint

2.3 生物炭对不同连作年限棉田花铃期土壤微生物的影响

在花铃期，细菌和放线菌数量随连作年限增加呈下降趋势，而真数量则表现为先升高后下降的趋势。细菌表现为添加生物炭处理可以明显提高其数量，但还未达显著水平，且从图3-a中可看出，C1生物炭的用量效果较好；真菌数量在连作14年表现为添加生物炭处理显著高于对照C1>C2>C0，并且C1处理显著高于C2；放线菌在生物炭处理连作2年和6年中未见明显差异，但在连作11年和14年中存在显著差异，表现为生物炭处理C1显著高于C0和C2处理。

通过单变量主体间因子分析发现，棉田连作2年细菌数量显著高于连作14年，而与连作6年和11年无显著差异；棉田连作2年真菌数量显著高于连作11年和14年，生物炭处理则表现为处理C1显著大于C0和C2，处理C0和C2间差异不显著（p<0.05）；放线菌数量不同连作年限间表现为2Y>6Y>11Y>14Y，且连作年限间均呈显著正相关，生物炭处理则C1>C2>C0，处理C1显著高于C2和C0。

2.4 生物炭对不同连作年限棉田吐絮期土壤微生物的影响

吐絮期，细菌、真菌、放线菌数量较蕾期和花铃期显著下降，并且不同连作年限间生物炭处理均为添加生物炭处理C1和C2显著高于对照C0。

通过单变量主体间因子分析发现，棉田连作2年细菌数量显著高于连作14年，但与连作6年和11年无显著差异，表现处理C1显著高于C2，处理C2显著高于C0；真菌数量随连作年限增加呈先上升后下降的趋势，且连作2年棉田真菌数量显著高于连作11年和14年，从不同连作年限整体来看，表现为C2>C1>C0，且呈显著正相关（p<0.05）；放线菌数量随连作年限延长呈缓慢下降的趋势，连作2年显著高于连作11年和14年，与连作6年无显著差异，连作6年与连作11年和14年差异不显著，整体来看，表现为C1>C2>C0，且均呈显著正相关（p<0.05）。

3 结论与讨论

连作障碍是很多科学家和棉农亟待解决的问题，本研究通过生物炭技术对湖北潜江周矶农场不同连作年限棉田进行了生物炭处理，在棉花苗期、蕾期、花铃期和吐絮期进行了微生物数量测定，种群结构和功能多样性的测定（数据另文发表），结果发现，添加生物炭处理可以有效提高连作棉田的微生物数量，且在连作14年时添加生物炭处理显著高于对照，除真菌外，均表现为C1>C2>C0。生物炭处理C2可以有效地提高真菌数量。从不同生育时期来看，苗期微生物数量最少，在蕾期和花鈴期是微生物数量繁殖的高峰期，吐絮期微生物数量开始下降。生物炭能够提高连作棉田土壤微生物数量可能和它多孔的特性有关，也可能与生物炭本身含有各种炭化合物有关，为微生物生长和繁殖提供了可利用的栖息场所和炭源。棉花连作是个大课题，不能仅仅通过生物炭处理后测定了微生物的动态变化来说明其缓解连作障碍的效果，还需通过测定土壤酶活性、土壤微生物结构和功能多样性等指标进行考量[12]，而且需要通过开展长期定位试验来验证。

参考文献

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