不同枯草芽孢杆菌用量对植烟土壤养分含量的影响

杨超才，朱列书，李迪秦，刘 卉，龚湛武，蒋 楠，刘依芸

(湖南农业大学 农学院，湖南 长沙 410128)

【研究意义】枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)属于好氧型革兰氏阳性杆状细菌，分布广泛，可以分泌多种酶和抗生素，它具有无致病性、环境零污染、显著抗菌活性以及极强抗逆性等优点[1-2]，枯草芽孢杆菌能活化土壤养分，防止土壤板结，抑制土壤残留的病菌，促进植物种子、幼苗的生长发育，增强根系活力[3]，用途十分广泛。【前人研究进展】有研究发现，经枯草芽孢杆菌处理后，可以提高植物根围土壤细菌多样性指数和丰富度指数，促进放线菌的生长，抑制真菌生长，提升土壤细菌群落结构稳定性[4-6]。康少辉等[3]研究发现，施用枯草芽孢杆菌可在一定程度上提高黄瓜苗期长势和质量。在和烤烟有关的研究中发现，配施枯草芽孢杆菌有机肥使植烟土壤中的有机质、速效磷、速效钾和全钾含量均得到了提高，还增长了土壤细菌、放线菌的数量，减少了真菌的数量；同时配施枯草芽孢杆菌有机肥还能改善烟叶上部叶和下部叶烤烟化学成分协调性和烟叶的抽吸品质，有利于烤烟产量的提高[7]；研究表明枯草芽孢杆菌不仅可以提高烟叶中致香物质的总量，削减烟叶中的不良成分，还能对烟叶发酵产生有益影响，从整体上提高烟叶的感官品质[8]。在枯草芽孢杆菌的应用研究中，前人的研究主要是将枯草芽孢杆菌作为常用的一类生防菌，用于防治一些植物常见病害，如番茄青枯病[9]，烟草花叶病[10]和黄瓜白粉病[11]等。【本研究切入点】枯草芽孢杆菌在农业生产时的应用较广，主要是防治土传病害、改善土壤根际微环境，部分菌种的枯草芽孢杆菌具有促进秸秆腐解和解磷的作用。但是枯草芽孢杆菌对土壤养分的含量研究较少。【拟解决的关键问题】因此，本试验通过研究枯草芽孢杆菌不同用量对植烟土壤养分的影响，旨在探索施用枯草芽孢杆菌后对土壤的正负效应，以期提高土壤有效养分含量，并为枯草芽孢杆菌在烤烟生产中的实际应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

本试验在湖南农业大学耘园基地进行，参试品种为K326(中国烟草中南农业试验站提供)，试验土壤选取烟稻轮作土壤，施肥前土壤基本养分情况如表1。烟株于3月23日移栽，田间株距为50 cm，田垄间距为120 cm，施氮量为耘园基地烟草种植常规用量105 kg/hm2(烟草专用复合肥由湖南金叶众望科技股份有限公司生产)。试验设计为单因素随机区组试验，在常规施用基肥的基础上，通过添加枯草芽孢杆菌(河北沧州兴业生物有限公司提供)不同施用量作为因子，设4个处理，分别是CK(不添加枯草芽孢杆菌，即0 kg/hm2)、T1(添加枯草芽孢杆菌15 kg/hm2)、T2(添加枯草芽孢杆菌30 kg/hm2)、T3(添加枯草芽孢杆菌45 kg/hm2)，每个处理设置3个重复，共12个小区，小区面积45 m2，枯草芽孢杆菌(枯草芽孢杆菌数量均≥1×109/g)添加方法为，将称好的不同枯草芽孢杆菌用量添加至基施肥料，混匀后穴施，除此以外，所有田间管理均按照耘园基地标准化栽培措施进行。

1.2 测定项目与方法

1.2.1 土壤样品采集方法 分别在移栽后30、45、60、75 d以及终采以后采用五点取样法采集每个小区烟株半径10 cm左右、15～20 cm土层土壤，并将之混合均匀成为一份土壤样品，用无菌自封袋装好，每次每小区采集1 kg左右土壤，在无阳光直射下自然风干、研磨剔除杂物以及烟株残根后，过筛待测。

1.2.2 土样测定方法 碱解氮采用碱解扩散法测定，速效磷采用碳酸氢钠法，利用分光光度计(型号为Alpha1506，上海谱元仪器有限公司)测定，速效钾采用火焰光度法，利用火焰光度计(型号为FP640，上海精科仪器有限公司)测定，有机质采用水合热重铬酸钾氧化—比色法。

1.3 数据处理分析

利用Excel 2007 整理数据，利用SPSS22.0进行方差分析，多重比较采用Duncan法，相关分析采用Pearson法，利用R语言(vegan程序包)进行主成分分析。

2 结果与分析

2.1 枯草芽孢杆菌对植烟土壤碱解氮含量的影响

土壤中的碱解氮是烟草生长发育所必需的易被吸收利用的重要营养元素[12]。从表2可以看出，在施用枯草芽孢杆菌后，各处理不同时期碱解氮含量与CK存在一定差异。在移栽后30 d，碱解氮含量表现为：T3>CK>T2>T1，但无显著差异。在移栽后45 d，施用枯草芽孢杆菌的土壤碱解氮含量相比移栽后30 d有所升高，而CK的碱解氮含量略有下降，该时期施用枯草芽孢杆菌处理与CK相比，碱解氮含量增加13.6 % ～ 25.3 %，T2处理与CK差异达显著水平，T1、T2与T3之间差异较小。移栽后60 d，各处理间土壤碱解氮含量无显著差异，从45～60 d，正是烟株完全进入旺长期的时间，施用枯草芽孢杆菌的处理在这段时间碱解氮含量分别下降了1.4 %、13.9 %、3.1 %，CK的碱解氮含量反而上升了11.5 %，可能是由于施用枯草芽孢杆菌处理在烟株旺长期提高了烟叶吸收碱解氮的能力。移栽后75 d，各处理碱解氮含量无显著差异，与60 d相比，含量均上升了。终采以后，土壤中碱解氮含量以CK最低，与T3处理差异显著，施用枯草芽孢杆菌处理间差异较小，与CK相比，含量增加了23.1 %～37.6 %。从各处理在各个时段碱解氮含量变化来看，T1和T2均呈升高降低再升高再降低的趋势，T3为先升高再降低再升高的趋势，CK是先降低再升高再降低的趋势，不同处理变化趋势也不相同。

表1 供试土壤基本理化性质

表2 不同处理不同时期土壤碱解氮含量

注：不同小写字母表示差异在0.05显著水平，下同。

Note : Different lowercase letters represent the significant at 0.05 probability level. The same as below.

2.2 枯草芽孢杆菌对植烟土壤速效磷含量的影响

土壤速效磷是可以被植物直接吸收和利用的磷素，是体现土壤供磷能力的重要指标[13]。在表3可以看出，在移栽30 d后，土壤中速效磷的含量大小表现为：T3>T2>T1>CK，处理间没有显著差异。移栽后45 d，各处理之间无显著性差异，所有处理相比较移栽后30 d速效磷含量均下降了，T3处理下降幅度最大，达到25.4 %。移栽后60 d，施用枯草芽孢杆菌处理的速效磷含量与CK相比较增加了11.4 % ～ 48.1 %，且随着枯草芽孢杆菌用量逐渐增加土壤速效磷含量也随之增加，各处理间土壤速效磷含量存在差异，尤其是T3与CK之间的差异显著，在45～60 d，土壤速效磷含量的增量随着枯草芽孢杆菌用量的增加而增加，CK的速效磷含量基本稳定。移栽后75 d，各处理间土壤中的速效磷无显著差异，60～75 d这段时间烟株处于旺长期接近结束、下部叶开始成熟的时期，比较这2个时间的数据看出，施用枯草芽孢杆菌处理的土壤速效磷含量分别下降了23.3 %、26.6 %、51.1 %，说明在此时期内，枯草芽孢杆菌能提高烟株吸收速效磷的能力，枯草芽孢杆菌用量越多，根系吸收速效磷的效率越快。在烟叶终采以后，不同处理土壤速效磷含量大小为：CK>T1>T2>T3，施用枯草芽孢杆菌各处理与CK比较速效磷含量降低21.8 % ～ 27.1 %，差异达显著水平。通过不同处理在不同时段的土壤速效磷含量来看，CK表现为缓下降趋势，施用枯草芽孢杆菌各处理均呈先下降再上升再下降的趋势，这说明在旺长期，枯草芽孢杆菌能先促使土壤中的磷素完成转化，然后再刺激烟叶提高吸收土壤速效磷的效率，这有利于烟叶在旺长期的生长发育。从对速效磷的影响来看，枯草芽孢杆菌能影响土壤中速效磷的变化规律，在一定范围内，枯草芽孢杆菌的用量越多改善的效果越好。

2.3 枯草芽孢杆菌对植烟土壤速效钾含量的影响

土壤速效钾是一项评价土壤肥力的重要指标，与烟叶的产量和品质关系密切[14]。由表4可知，移栽后30 d，各处理间速效钾含量无显著差异，施用枯草芽孢杆菌各处理土壤中速效钾的含量相比CK分别高出26.4 %、19.4 %和9.0 %，可以看出速效钾增量随着枯草芽孢杆菌用量的增加而降低，说明烟株生长初期，少量的枯草芽孢杆菌能提高土壤中全磷转化为速效磷的效率。移栽后45 d，施用枯草芽孢杆菌处理的土壤速效钾含量均高于CK，处理间差异不显著。移栽后60 d，各处理的土壤速效钾含量无显著差异，其含量表现为：T3>T2>CK>T1。移栽后75 d，施用枯草芽孢杆菌各处理速效钾含量均低于CK，各处理间差异不显著，相比较移栽后60 d，CK速效钾含量增加了6.9 %，T1、T2和T3的含量分别下降了19.5 %，24.2 %，42.1 %，可以看出枯草芽孢杆菌用量越多，土壤中速效钾含量下降幅度越大，说明烟叶进入成熟期后，枯草芽孢杆菌能促进烟株吸收土壤中的速效钾，烟株吸收速效钾的效率随着用量的增加而增加。从不同时期速效钾的变化来看，CK和T3都是先升高再降低，两者不同在于CK是缓上升趋势，增势持续到了75 d，T3是上升至60 d后，在75 d时快速下降然后趋于稳定，T1和T2都是缓慢下降至75 d再上升，在60 d之前，T1下降的趋势比T2更快，这可能是由于在烟株生长前期施用枯草芽孢杆菌能提前使土壤中固定的钾转化为速效钾，在进入旺长期后，枯草芽孢杆菌数量越多，越能使土壤中的速效钾不易流失，有利于烟株在进入成熟期之前获得足够的速效钾。

表3 不同处理不同时期土壤速效磷含量

表4 不同处理不同时期土壤速效钾含量

表5 不同处理不同时期土壤有机质含量

2.4 枯草芽孢杆菌对植烟土壤有机质的影响

土壤有机质是反映土壤肥力的重要指标，其对土壤理化性质、烟叶品质有很大影响[15]。由表5可知，移栽后30 d，各处理土壤有机质含量未达显著水平，施用枯草芽孢杆菌处理有机质含量相比对照提高了4.8 % ～ 7.8 %。移栽后45 d，不同处理土壤有机质在含量表现为：T3>T2>T1>CK，枯草芽孢杆菌处理较CK增加9.1 % ～ 15.2 %，T1与T2差异较小，T3与CK存在显著性差异，说明土壤中存在超过一定数量的枯草芽孢杆菌能使有机质含量得到明显升高。45与30 d相比较，各处理有机质含量分别增加了3.3 %、4.4 %、8.8 %、11.8 %，可以看出土壤有机质含量随着枯草芽孢杆菌用量的增加而增加。移栽后60 d，由于处于旺长期，烟株生长较快，各处理间有机质含量差异不大，施用枯草芽孢杆菌处理的有机质含量较CK提高15.9 % ～ 19.8 %，各处理有机质含量均比移栽后45 d有所降低。移栽后75 d，各处理间差异达显著水平，其中T2与T3差异较小，不同处理土壤有机质含量具体表现为：T3>T2>T1>CK，施用枯草芽孢杆菌处理有机质含量较CK增加14.5 % ～ 24.7 %，与60 d相比，各处理有机质含量均上升，可能是因为在此期间降水量较高，土壤中的碳水化合物增多引起。终采后，由于烟株基本发育完全，各处理间有机质含量差异较小，施用枯草芽孢杆菌各处理较CK降低1.7 % ～ 8.8 %，相比75 d，施用枯草芽孢杆菌各处理有机质含量分别下降了9.9 %、10.7 %、11.3 %，可能是由于75 d至终采后田间温度过高，抑制了枯草芽孢杆菌活性，使得土壤中的有机质反被消耗。不同时期各处理间变化趋势基本一致，区别在于施用枯草芽孢杆菌处理在终采后有机质含量均下降，而CK的含量上升。

图1 不同处理植烟土壤养分各参数主成分分析Fig.1 The principal component analysis of the nutrients parameters of planting tobacco soil in different treatments

Table 6 The eigenvalue and proportion explained of each shaft of the principal component analysis of nutrients parameters of planting tobacco soil in different treatments

项目ProjectPC1PC2PC3PC4PC5PC6PC7PC8PC9PC10PC11特征值Eigenvalue5.02123.48003.08642.16562.04261.40460.89530.86290.61220.32700.1027解释量Proportion explained0.25110.17400.15430.10830.10210.07020.04480.04320.03060.01640.0051累计Cumulative proportion0.25110.42500.57940.68760.78980.86000.90480.94800.97850.99491.0000

2.5 枯草芽孢杆菌对植烟土壤养分的主成分分析

不同处理植烟土壤养分主成分分析结果如表6及图1所示。从表6中可知，前6个因子的解释量分别为25.11 %、17.40 %、15.43 %、10.83 %、10.21 %、7.02 %，累计达86.00 %，前3个因子占比较大。图1中圈出部分为CK的散点，可以明显看出CK的散点聚集在一起，并与其它3个处理散点相距一定距离，说明通过施用枯草芽孢杆菌的土壤养分与未经处理的土壤养分整体有较大差异。在图中T1、T2与T3的散点互有交集，说明3个处理互相之间差异较小。综合看来，施用枯草芽孢杆菌能影响土壤的养分含量，与对照的差异较大，而处理间的差异不明显。

2.6 枯草芽孢杆菌用量与植烟土壤养分的相关性分析

从表7可看出，除速效钾外，枯草芽孢杆菌的用量与其他3种土壤养分之间存在一定相关关系。枯草芽孢杆菌用量与终采后的土壤碱解氮含量呈显著正相关，其P值为0.0161；处理用量与移栽后60 d的土壤速效磷呈显著正相关，而与终采后的速效磷含量呈显著负相关，P值分别为0.0149和0.0128，可能是因为不同时间点的温湿度影响了枯草芽孢杆菌的活性，从而导致结果相反；枯草芽孢杆菌用量与45 d时土壤有机质含量呈显著正相关，P值为0.0275，与移栽后75 d呈极显著正相关，P值达0.0001。说明枯草芽孢杆菌用量的改变，会引起土壤碱解氮在终采后、速效磷在移栽后60 d及终采后、有机质在45及75 d的含量产生变化。

表7 枯草芽孢杆菌用量与土壤养分之间的相关性

注：*表示P<0.05水平差异显著，**表示P<0.01水平差异显著。

Note :*indicates significant correlation atP<0.05 level ,**indicates significant correlation atP<0.01 level.

3 讨 论

烟草生长主要依赖土壤养分的供给，土壤养分含量与烟叶品质密不可分，合理调节耕层土壤养分，有利于烤烟生产[16]。微生物菌类的有机肥在农业中应用较为广泛，前人的试验研究表明，施用生物菌肥能在一定程度上提高土壤养分含量[17-18]，本试验中的枯草芽孢杆菌也是微生物菌的一种。不同枯草芽孢杆菌用量对土壤碱解氮含量有一定提高效果，在终采后的土壤中碱解氮含量与用量呈显著正相关，随着用量增加而增加，且含量明显高于对照。这与王立伟和王明友[19]的试验结果相似。但从枯草芽孢杆菌在不同时期的影响来看，除移栽后45 d，处理与对照在烟株生长发育时期土壤的碱解氮含量差异不大，这可能是因为施用枯草芽孢杆菌能较早地促进土壤中固定的氮转化为易吸收的碱解氮，一直持续到终采后，并在烟叶进入旺长期时，能让烟株提前加强对氮素的敏感性，提前开始吸收氮元素，使土壤中的碱解氮能保持在一定范围供烟株吸收，有利于优质烟叶的生产。在许剑敏[20]和杨芳等[21]对于微生物菌的研究表明，加入生物菌肥后明显提高了土壤速效磷的含量，提高了土壤肥力。这与本试验处理效果相似，枯草芽孢杆菌处理在烟株生长旺长期时显著提高了速效磷的含量，且用量与此时的速效磷含量呈显著相关关系。可能是因为枯草芽孢杆菌在旺长期能活化烟株根系周围固定的磷元素，使其转化为易被吸收的速效磷，用量越多转化效率越高。这说明施用枯草芽孢杆菌有利于烟株在旺长期能更充分的吸收速效磷。在本试验中，从速效钾含量变化看来，枯草芽孢杆菌对其有一定的改变，但在方差分析与相关分析结果中显示，枯草芽孢杆菌对于土壤速效钾的变化没有显著性的影响，且用量与不同时期的含量之间也不存在相关关系，这与其他生物菌试验结果相差较大[22-24]。这可能是由于不同的微生物菌类型不同，活性不同，对钾元素矿化分解的能力有差异，说明枯草芽孢杆菌对于土壤速效钾无明显的改善能力。研究表明，不同生物菌肥对土壤速效钾、速效磷和碱解氮有着不同程度的提升效果，对土壤有机质没有明显改善效果[22-24]，这与本试验结果相反。在不同用量枯草芽孢杆菌试验中，移栽后45和75 d的土壤有机质含量与对照有显著差异，施用量与45 d含量显著相关，与75 d含量极显著相关。这可能是由于不同生物菌的功能不同导致，说明枯草芽孢杆菌能降解一些难降解的腐殖质，补充土壤中的有机质，从而改善土壤质量，提高土壤养分。

4 结 论

综合来看，在本试验中枯草芽孢杆菌处理间的差异不大，但均与对照差异明显，说明施用枯草芽孢杆菌能有效改良土壤养分，调节耕层养分变化规律，利于烤烟生长发育的养分供给。

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