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延边烟区土壤微生态与烤烟质量关系研究

殷全玉  
【摘要】:本文针对植烟土壤生态失衡造成烟株营养失调、烟叶品质下降等问题,在吉林延边烟区选择了烟叶质量差异较大的三种类型植烟土壤(暗棕壤、黑砂土,白浆土),研究了土壤微生态环境差异及其对烟叶质量形成的影响,分析了不同生境烟叶品质差异形成的根际微生态原因,为通过调控烟草根际微生态环境,改善土壤碳氮供应与烟株碳氮代谢的关系、进一步提高烟叶品质提供理论依据。主要研究结果如下: 1、在烟草主要生育期内,连续2年采集三种类型土壤烟株根际和非根际土壤,对其pH值、养分含量、酶活力状况以及微生物数量进行了研究,结果表明暗棕壤pH值、速效养分含量、酶活性、微生物数量及其根际效应等指标均高于其它两种类型土壤,具有较高的生物活性,创造了一个更有利于土壤养分矿化的微生态环境,是暗棕壤烟叶质量好于黑砂土和白浆土的原因之一。但是暗棕壤根际土微生物优势集中度较高,群落多样性和均匀度低,系统的自我调控能力较黑砂土和白浆土差,更容易遭受环境因素影响。 2、对土壤6类生理功能菌群微生物进行分析表明,(1)延边地区烟株根际微生态环境可以刺激土壤中亚硝化细菌、硝化细菌、氨化细菌和好气性纤维素分解菌等生理菌群生长,表现出明显的根际正效应,而好气性固氮菌和钾细菌,受土壤类型和烟株生育期影响呈现正、负两方面的根际效应。(2)不同类型植烟土壤对不同的生理功能类群微生物产生不同的根际效应,暗棕壤中与氮素循环有关的微生物根际效应较大,数量较多,更有利于土壤氮素活化,供氮能力增强,增加烟叶氮含量,从而使烤后烟叶的糖氮比降低到适宜的范围。 3、用典型相关分析方法(CCA)研究烟草根际土微生态环境和烟叶化学成分之间的相关关系表明:(1)根际土壤速效养分、酶活性、微生物数量均与烟叶化学成分呈现显著相关关系。(2)速效养分与烟叶化学成分关系最为密切,根际土碱解氮和速效磷含量与烟叶烟碱含量负相关,与总氮和钾含量正相关。(3)土壤酶活性与烟叶化学成分有关,但相关关系较为复杂。(4)根际土壤中氨化细菌和固氮菌在土壤氮素循环与供应方面起重要作用,硝化和亚硝化细菌影响烟草中烟碱合成和积累。钾细菌在土壤钾素供应中作用有限,外源钾肥仍然是烟草主要的钾素营养源。烟叶对钾素的吸收和积累不仅与土壤钾含量有关,还与土壤碳氮代谢有关。 4、在烟株进入旺盛生长时期,取暗棕壤和白浆土的根际和非根际土,用16S rRNA文库法研究了烟田土壤微生物生态多样性,研究结果表明,(1)延边地区植烟土壤大部分细菌是未可知的,且根际土未知细菌比例较非根际土高,白浆土较暗棕壤高。(2)用16S rRNA克隆文库法从延边地区植烟土壤中分析到了10大类群微生物,分别属于放线菌门、变形菌门、酸杆菌门、拟杆菌门、厚壁菌门、芽单胞菌门、绿弯菌门、疣微菌门、硝化螺旋菌门和浮霉菌门。土壤微生物多样性、数量和种类在不同类型土壤间、根际和非根际土间存在极大差别。(3)放线菌和变形菌是延边地区植烟土壤含量最丰富的微生物类群。在非根际土中变形菌是第一优势微生物类群,在根际土中放线菌是第一优势类群。烟草根系活动可以刺激土壤放线菌生长,提高了根际土放线菌群在微生物中所占比例,而降低了变形菌门比例。(4)延边地区植烟土壤中Solirubrobacterales和Acidimicrobiales类群的放线菌广泛存在,受烟草根系活动和土壤类型影响较小,而Actinomycetales类群的放线菌易受土壤和植物根系活动影响而发生变化。(5)延边地区植烟土壤中最主要的变形菌是α-变形菌纲,占整个变形菌门微生物总量的一半或更高,其次是β-变形菌纲和γ-变形菌纲。烟草根系活动可以刺激土壤中α-变形菌纲Sphingomonas kaistensis菌种的生长,使其成为根际土中占绝对优势的变形菌,但降低了变形菌门微生物多样性,并对β-变形菌纲和Y-变形菌纲生长表现出抑制效应。Sphingomonas kaistensis参与产氢、固氮、分解有机物等土壤物质循环过程,有利于烟株根际土养分循环和供应。(6)烟草根系活动影响着土壤微生物群落结构和种类,产生了新的未知菌种,改变了根际土优势菌。 5、用牛肉膏蛋白胨和改良高氏1号培养基从暗棕壤和白浆土中分离、筛选优势细菌和优势放线菌群,分析发现用牛肉膏蛋白胨分离的优势细菌是芽孢杆菌,用改良高氏1号培养基从土壤中分离的优势放线菌株是链霉菌属。 6、用漂浮育苗法、盆栽法和大田试验法研究从烟草根际筛选出的芽孢杆菌和链霉菌属对烟叶生长的影响,结果表明,(1)从烟草根际土筛选出的芽孢杆菌可以促进烟苗碳氮代谢、增强烟株根系活力,从而提高烟株地上部分和地下部分生物量。此外,还可以促进大田烟草早发快长,缩短生育期,有效地降低了上部烟叶糖氮比和糖碱比,使烟叶化学成分更趋于协调、香气量更丰富。(2)从烟草根际土筛选出的链霉菌属对烟草生长和烟叶品质没有表现出明显地促生效果。 7、暗棕壤根际土芽孢杆菌含量占文库10%,属于优势类群,而白浆根际土芽孢杆菌含量不足1%。芽孢杆菌在两种类型土壤中含量的巨大差异,可能是暗棕壤烟叶质量优于白浆土的另一原因。


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