崔欣格 王瑞 赵昊 赵银龙 王颖斌 代晓燕 徐淑霞

摘要：为研究施加微生物菌肥对不同连作年限植烟土壤的影响，选择连作2 年和连作4 年的植烟土壤，以常规施肥为对照，分析微生物菌肥对不同连作年限土壤理化性质、土壤酶活、土壤细菌群落结构及烟草农艺性状的作用。结果表明，不同连作年限植烟土壤中施加微生物菌肥，与常规施肥相比，菌肥显著提高了土壤的pH值及有机质、碱解氮和速效磷含量；显著提升了土壤脲酶、蔗糖酶和酸性磷酸酶活性；显著提升了土壤细菌群落丰富度与多样性；显著改善了烟草根长、茎长、叶长等农艺性状，且均为高剂量组的提升效果显著优于低剂量组。综上，不同连作年限植烟土壤在土壤酶活性、土壤细菌群落结构及烟草农艺性状方面存在显著差异，施加微生物菌肥能够显著提升土壤理化性质、土壤酶活性、土壤细菌群落结构及烟草农艺性状；高剂量菌肥组提升效应优于低剂量组；菌肥对连作4年植烟土壤的改善效果整体优于对连作2年植烟土壤的改善效果。

关键词：微生物菌肥；烟草连作；土壤酶活性；烟草农艺性状；土壤细菌群落

中图分类号：S572.06  文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2023）13-0240-06

作为世界上最大的烟草生产国，我国有着悠久的烟草种植历史［1］。河南地处中原，是重要的浓香型烟叶产区［2］，2018年烟草种植面积约4.7万hm2［3］。烟草业的发展对农业经济产生了积极影响，作为重要的经济作物，烟草产量高低和品质好坏与经济效益密切相关［4］。土壤是作物生长的基础介质，土壤肥力及施肥方式是影响烟叶产量和品质的重要因素之一［5］。现代化农业由于常年连续施用化学肥料，导致土壤酸化板结以及盐基离子严重流失，进而使得土壤贫瘠，影响作物生长［6］。同时由于土地资源相对不足及对经济效益的追求，实际烟草种植往往会出现不同程度的连年耕作现象［7］。烟草作为一种忌连作作物［8］，长期连作会导致烟株生长速度缓慢、烟株矮小、烟叶成熟度差和烟叶质量下降［9］，同时会破坏土壤养分［10］、降低土壤酶活性及改变土壤微生物群落结构等［11-12］。针对烟草生产栽培中出现的问题，对肥料进行改良具有重要意义［4］。

微生物菌肥具有提高土壤肥力、增加土壤有益菌群、促进作物生长和提升作物产量等功能［13］。大量研究表明，施加微生物菌肥能够在维持产量的基础上显著提升土壤肥力及农产品的品质［14-17］。现阶段对于微生物菌肥的研究主要集中在对作物的促生作用上，而对于不同连作年限的土壤理化性质、土壤酶活性及对土壤微生物群落的影响鲜有报道。鉴于此，本研究选择不同连作年限的植烟土壤为研究对象，通过施加微生物菌肥，探究菌肥对植烟土壤肥力和烟株生长的作用，旨在为豫中烟区土壤改良、缓解烟草连作障碍及促进烟草种植业健康发展提供有效参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况和试验材料

试验于2021年3—9月在河南省洛阳市宜阳县某烟草产区（34°63′ N，112°11′ E，海拔380 m）进行。选择连作2 年和连作4 年的试验田，土壤种类均为黄土。供试烟草品种为秦烟96，由河南省宜阳县烟草局提供。试验所用基肥购自洛阳市启禾生态农业科技有限公司，其氮（N）、磷（P2O5）、钾（K2O）总含量为5%，有机质含量为45%。试验所用微生物菌肥主要成分为枯草芽孢杆菌、胶冻样芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌等，有效活菌数≥2.0×108 CFU/g，由北京中航华夏本农农业科技发展有限公司提供。

1.2 大田试验设置

试验田共0.8 hm2，其中连作2年土壤 0.4 hm2、连作4年土壤0.4 hm2。试验田采用随机区组设计试验，小区边设2行保护行，共设置6个处理（表1）。其中，2021年3月24日采用条施法施加基肥、穴施法施加微生物菌肥，基肥 3 000 kg/hm2，低剂量菌肥600 kg/hm2，高剂量菌肥1 200 kg/hm2；2021年5月7日移栽秦烟96烟苗（行距120 cm、株距60 cm）；2021年6月17日团棵期取样；2021年7月2日旺长期取样；2021年7月17日现蕾期取样；2021年8月1日圆顶期取样；2021年8月16日采收中部烟叶。其他田间管理措施同洛阳优质烟叶栽培标准生产相一致。

1.3 土壤样品预处理

每个处理采集20 株烟株，用抖根法收集烟株根际表面土壤，将采集到的土样混匀，放入冰盒中快速运送到实验室待测。实验室内将土壤样品过 2 mm 筛后，分成2 份，一份风干后保存，用于测定土壤的理化性质；另一份于4  ℃条件低温密封保存，用于测定土壤酶活性。

1.4 测定方法

1.4.1 土壤理化性质指标测定 土壤理化性质参照相关标准方法［18］测定。

1.4.2 土壤酶活性测定 土壤过氧化氢酶（CAT）活性采用高锰酸钾滴定法测定，土壤脲酶（UE）活性采用苯酚钠-次氯酸钠比色法测定，土壤酸性磷酸酶（ACP）活性采用磷酸苯二钠比色法测定，土壤蔗糖酶（SC）活性采用硝基水杨酸比色法［19］测定。

1.4.3 土壤细菌群落结构测定 采用Omega试剂盒提取土壤总DNA，提取产物送至北京擎科生物科技股份有限公司检测。通过Illumina NovaSeq平台测序，分析土壤细菌群落豐富度及多样性。

1.4.4 烟草农艺性状指标测定 按照YC/T 142—2010《烟草农艺性状调查测量方法》测定烟株根长（cm）、茎长（cm）、叶长（cm）和有效叶片数（张），用天平称量总鲜质量（g）及总干质量（g）。

1.4.5 数据分析 使用 Excel 2019、SPSS 25.0、Origin 2019和Adobe illustrator进行数据处理与制图。

2 结果与分析

2.1 微生物菌肥对不同连作年限下土壤理化性质的影响

由表2可知，与CK1相比，微生物菌肥显著提升了连作2 年植烟土壤的pH值及有机质、碱解氮和速效磷含量；高剂量组T2的提升效应较低剂量组T1更显著，其中T2处理的土壤pH值及有机质、碱解氮、速效磷含量较CK1分别提高15.44%、22.53%、11.84%、11.31%。与CK2相比，微生物菌肥显著提升了连作4 年植烟土壤的pH值及有机质、碱解氮、速效磷和腐殖酸的含量；高剂量组T4的提升效应较低剂量组T3更显著，其中T4处理的土壤pH值及有机质、碱解氮、速效磷、腐殖酸含量较CK2分别提高18.97%、25.64%、17.08%、2.84%、7.41%。以上结果表明，不同剂量微生物菌肥对不同连作年限植烟土壤理化性质均影响显著，高剂量组显著优于低剂量组；菌肥对连作4 年植烟土壤理化性质的提升效果优于对连作2 年植烟土壤的提升效果。

2.2 微生物菌肥对不同连作年限下土壤酶活性的影响

土壤脲酶（图1-A）活性随着烟草生长阶段发生变化，在现蕾期达到最高值，各时期CK2的脲酶活性均显著高于CK1。不同连作年限植烟土壤中施加微生物菌肥均能显著提升脲酶活性，连作2 年植烟土壤中高剂量T2较低剂量T1提升效果显著，连作4 年植烟土壤中低剂量T3较高剂量T4提升效果显著，微生物菌肥对连作4 年植烟土壤脲酶活性的提升效果整体显著优于对连作2 年植烟土壤脲酶活性的提升效果。土壤蔗糖酶（图1-B）活性和土壤过氧化氢酶（图1-C）活性随着烟草生长周期的延长而增加。不同连作年限植烟土壤中，蔗糖酶活性均随着菌肥添加量的增加而提高。成熟期T1和T2处理的蔗糖酶活性较CK1显著提升29.22%和37.11%；T3和T4处理较CK2显著提升29.59%和36.76%。过氧化氢酶活性在不同剂量微生物菌肥处理下均无显著变化。土壤酸性磷酸酶（图1-D）活性在烟草生长的现蕾期达到最低值，微生物菌肥的加入显著提高了土壤酸性磷酸酶活性，成熟期T1和T2处理的酸性磷酸酶活性较CK1提升44.60%和58.11%，T3和T4处理较CK2提升44.05%和57.14%。以上结果表明，微生物菌肥能够显著提升土壤脲酶、蔗糖酶和酸性磷酸酶活性。

2.3 微生物菌肥对不同连作年限下土壤细菌群落的影响

由表3可知，CK1的丰富度指数Chao1指数较CK2由507.59提升至549.32，显著增加8.22%；CK1的多样性指数Shannon指数较CK2由3.4提升至4.18，显著增加22.94%。不同连作年限植烟土壤中施加微生物菌肥均能显著提升土壤细菌群落丰富度与多样性，其中T2处理的Chao1指数、Shannon指数较CK1分别显著提升5.10%、22.01%；T4处理的Chao1指数、Shannon指数较CK2分别显著提升8.79%、45.00%。以上结果表明，连作2 年植烟土壤的细菌群落丰富度与多样性显著高于连作4 年植烟土壤，施加微生物菌肥可以显著提升植烟土壤中细菌群落丰富度与多样性，其中菌肥对连作4 年植烟土壤细菌群落丰富度与多样性的提升效果显著优于对连作2年植烟土壤细菌群落丰富度与多样性的提升效果。

由图2可知，6个处理中相对丰度最高的细菌门为疣微菌门（Verrucomicrobia）、厚壁菌门（Firmicutes）、变形菌门（Proteobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidetes）。T1、T2处理与CK1相比，厚壁菌门相对丰度分别增长123.48%和159.24%；T3、T4处理与CK2相比，厚壁菌门相对丰度分别增长6.78%和24.21%。T2处理显著降低了疣微菌门的相对丰度，与CK1相比降低79.72%。这表明施加微生物菌肥显著改变了植烟土壤的优势菌门的相对丰度。

2.4 微生物菌肥对不同连作年限下烟草采烤期农艺性状的影响

由表4可知，CK1较CK2在烟草茎长、叶长、有效叶片数、总干质量和总鲜质量方面分别显著提高22.23%、4.21%、22.64%、25.78%和12.20%。不同连作年限土壤中施加不同剂量微生物菌肥对烟草农艺性状影响显著，其中T2处理较CK1根长、茎长、叶长、总鲜质量和总干质量分别显著提升21.82%、4.49%、8.03%、28.70%和24.03%；T4处理较CK2根长、茎长、叶长、有效叶片、总鲜质量和总干质量分别显著提升29.10%、19.75%、5.91%、20.71%、25.23%和26.61%。以上结果表明，不同连作年限烟草农艺性状存在显著差异，施加微生物菌肥能够显著改善烟株农艺性状，高剂量组较低剂量改善效果更显著；微生物菌肥对连作4 年植烟土壤的烟草农艺性状的提升效果优于对连作2年植烟土壤的烟草农艺性状的提升效果。

3 讨论

烟草属茄科旱地栽培作物，长年连作会阻碍烟草正常生长［20］。长期连作使得土壤中植株生长必需元素长期处于匮乏状态，进而导致土壤理化性质恶劣、土壤酶活性改变，造成作物的生长发育障碍［21］。张翔等研究认为，连作造成土壤的碱解氮、速效磷、速效钾含量以及土壤的pH值发生改变［22］；孙冰玉等的研究表明某地区长期连续种植烤烟会造成土壤的有效养分出现不同程度的降低或升高，导致养分比例失调［23］。本研究表明，不同连作年限植烟土壤的土壤酶活性及土壤细菌群落结构存在显著差异，连作2 年植烟土壤与连作4 年植烟土壤相比，土壤脲酶、蔗糖酶和酸性磷酸酶活性显著提高，土壤微生物群落丰富度与多样性显著提升，这也表明连作会显著改变土壤酶活性与土壤细菌微生物群落结构，连作年限越长抑制效应越明显。

土壤微生物在土壤有机质的降解、土壤主要養分（C、N、P、S）的循环中扮演重要角色，对作物的健康生长至关重要［24］。微生物能够分解或者代谢土壤中的有机质及腐殖酸，提高土壤养分的有效性［25-26］；微生物能够改善根部有益菌群数量同时刺激植物生长［27］；微生物能够产生糖类等次生代谢产物，与土壤结合在一起形成团聚体，减少土壤有机质的损失，增加土壤保水保肥的能力［28］。本研究表明，不同连作年限植烟土壤中施加微生物菌肥均能显著提升土壤微生物群落丰富度与多样性，提升效应随着剂量的增加而显著增加，微生物菌肥对连作4 年植烟土壤的提升效果优于对连作2年植烟土壤的提升效果。

陳玉国等的研究表明施加沃益多菌肥能显著改善烟株的农艺性状，提高烟叶的质量和产值［29］；韩相龙等的研究表明施用解淀粉芽孢杆菌显著改善土壤理化性质的同时增加了土壤速效养分含量［30］；叶树强等的研究表明施加森度微生物菌肥能显著促进烟草的生长及提升烟叶产量［31］；舒照鹤等的研究表明施用恩格兰微生物菌肥能有效促进烟苗早发［32］；徐宗昌等的研究表明枯草芽孢杆菌、侧孢芽孢杆菌、放线菌、拟康氏木霉菌、苏云金杆菌等复合菌群能有效促进烟草的生长发育［33］。本研究表明，不同连作年限植烟土壤中施加微生物菌肥均能显著改善烟草根长、茎长、叶长、有效叶片、总鲜质量和总干质量等农艺性状，改善效应随剂量增加而显著增加。本研究为豫中烟区土壤改良及缓解烟草连作障碍做出了有益探索，但关于微生物菌肥施加后对土壤肥力的改良机制仍需进一步深入探讨。

4 结论

在连作2 年和连作4 年的植烟土壤中施加不同剂量的微生物菌肥，研究结果表明不同连作年限植烟土壤在土壤酶活性及细菌群落结构方面存在显著差异，施加微生物菌肥能够显著提升土壤理化性质、土壤酶活性及细菌群落丰富度与多样性，高剂量菌肥提升效应显著优于低剂量菌肥组，微生物菌肥对连作4 年植烟土壤的改良效果整体优于对连作2年植烟土壤的改良效果。

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