烤煙根際篩選菌肥對產(chǎn)量質(zhì)量的影響

烤煙根際篩選菌肥對產(chǎn)量質(zhì)量的影響

植物根際促進(jìn)細(xì)菌（pgp）是指具有誘導(dǎo)植物根際生長的細(xì)菌群。PGPR通過抗生作用、固氮作用、解磷作用和解鉀作用產(chǎn)生植物激素和植物修復(fù)等,在一個特殊的根際土壤微環(huán)境中與植物發(fā)生相互作用,能夠活化土壤礦物質(zhì)、改良土壤、提高植物養(yǎng)分的吸收、誘導(dǎo)植物的誘導(dǎo)系統(tǒng)抗性(ISR)、降低植物病害、減少化肥和農(nóng)藥施用量、提高出苗率、提高作物質(zhì)量和產(chǎn)量等。近年來,由于使用化肥、農(nóng)藥對環(huán)境造成嚴(yán)重污染,化肥價格高漲,能源緊缺,有關(guān)PGPR的研究日益受到人們的關(guān)注。澳大利亞、美國、歐共體組織和日本等國均開展了PGPR的專項(xiàng)研究,PGPR研究和應(yīng)用已成為當(dāng)前農(nóng)業(yè)微生物研究的新熱點(diǎn)之一。PGPR肥料在小麥、水稻和玉米等農(nóng)作物及蔬菜上的應(yīng)用效果良好,但用于烤煙生產(chǎn)的報道目前甚少。分離自湖北環(huán)神農(nóng)架煙區(qū)烤煙根際的抗生菌B03、固氮菌N05、解磷菌P04、解鉀菌K03各一株,經(jīng)檢測菌種分別具有抗病、固氮、解磷、解鉀能力,部分菌種在漂浮育苗中取得一定效果。本研究將以上菌種制成PGPR混合菌肥應(yīng)用于烤煙大田生產(chǎn),取得了在減施肥料的情況下提高烤煙產(chǎn)質(zhì)量的效果,本文著重報道2009年度的試驗(yàn)結(jié)果。1材料和方法1.1srdna分析選用篩選自環(huán)神農(nóng)架煙區(qū)烤煙根際土壤的抗生菌B03、固氮菌N05、解磷菌P04和解鉀菌K03,由河南農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院微生物中心提供,經(jīng)形態(tài)和生理生化特征及16SrDNA序列分析,分別為蠟狀芽孢桿菌(Bacilluscereus)、糞產(chǎn)堿菌(Alcaligenesfaecalis)、陰溝腸桿菌(Enterobactercloacae)和阿氏腸桿菌(Enterobacterasburiae)。將此4菌株的菌劑以相同的菌數(shù)和滅菌草炭混合制成PGPR菌肥。1.2煙苗和煙田建設(shè)試驗(yàn)在湖北省房縣湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司試驗(yàn)基地進(jìn)行,土壤類型為黃棕壤,取0～20cm土層樣品分析土壤理化性質(zhì),pH5.40,土壤有機(jī)質(zhì)25.69gkg-1,全氮0.23gkg-1,有效磷24.98mgkg-1,速效鉀150.78mgkg-1。供試烤煙品種為云煙89。每個小區(qū)面積39.6m2。設(shè)4個處理(表1),每個處理重復(fù)3次,完全隨機(jī)區(qū)組排列。每小區(qū)44株煙,行距120cm,株距55cm。菌肥用量30kghm-2,于烤煙移栽時溶于生根水中等量施入每個煙株。硝酸鉀平分為2份用作追肥,分別在移栽后10d和20d進(jìn)行。其他肥料作基肥,4月25日起壟施基肥,肥帶寬30cm以上,壟高25cm。3月13日播種,3月26日出苗,5月18日移栽。移栽后30d澆旺長水,打頂前1周澆圓頂水。分別在團(tuán)棵期(移栽后35d)和旺長期(移栽后55d)調(diào)查煙株發(fā)病情況。在田間50%煙株開花時一次性打頂,留葉18～22片,晴天上午或下午打頂。打掉的煙花、煙杈、煙葉及時帶出煙田,集中放在非煙物質(zhì)處理池,統(tǒng)一處理。打頂結(jié)束后,抹去超過2cm的腋芽,施用芽畏等化學(xué)抑芽劑。采收按照“不采生,不留熟,不隔行,少損傷”原則,對煙田煙葉適時采收,確保采收煙葉成熟度一致。采用三段式烘烤工藝,嚴(yán)格按照密集烤房編煙、裝煙、烘烤操作及烤后回潮等環(huán)節(jié)的操作技術(shù)規(guī)程進(jìn)行。1.3樣品采集與分析1.3.1微生物數(shù)量和生物量碳的測定在團(tuán)棵期、旺長期、現(xiàn)蕾期(移栽后80d)和圓頂期(移栽后98d)4個時期取烤煙根際土壤樣。采用五點(diǎn)取樣法,每小區(qū)挖出5棵煙株的全根系,抖掉根系外圍土,取緊貼在根表附近的土樣,混勻后研磨過1mm篩,裝入無菌塑料袋,放入冰盒中立即帶回實(shí)驗(yàn)室,置4℃冰箱保存?zhèn)溆?并盡快進(jìn)行微生物數(shù)量和微生物生物量碳的測定。煙葉取樣,選定各處理葉片葉齡一致,葉向一致,無病害,按上部14～17片葉、中部8～11片葉、下部4～6片葉取樣。1.3.2培養(yǎng)基的制備參照文獻(xiàn),采用稀釋平板計數(shù)法。細(xì)菌采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基,28℃培養(yǎng)2d。放線菌采用高氏一號合成培養(yǎng)基,28℃培養(yǎng)5d。真菌采用馬丁氏培養(yǎng)基,28℃培養(yǎng)5d。自生固氮菌采用阿須貝培養(yǎng)基,28℃培養(yǎng)2d。解鉀菌采用硅酸鹽細(xì)菌培養(yǎng)基,28℃培養(yǎng)2d。解磷菌采用磷酸三鈣為唯一磷源的培養(yǎng)基,28℃培養(yǎng)10d。1.3.3測定了微生物生物量碳的測定微生物生物量碳測定采用氯仿熏蒸提取法。1.3.4通過對香煙農(nóng)業(yè)的形態(tài)和發(fā)病的研究參照國家煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)煙草農(nóng)藝性狀調(diào)查方法和煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)煙草病害分級及調(diào)查方法。1.3.5e和mn的測定土壤中P、K、Ca、Mg、Cu、Zn、Fe和Mn全量和有效態(tài)含量的測定,采用常規(guī)方法。烤煙根際土壤礦質(zhì)元素有效性計算方法為礦質(zhì)元素的有效態(tài)含量占其全量的百分比。1.3.6煙價的計算價烤后煙葉外觀質(zhì)量和產(chǎn)量、質(zhì)量分析依國家標(biāo)準(zhǔn)《烤煙GB2635-1992》。將各小區(qū)煙葉進(jìn)行分等定級,并分別測定各等級煙葉的產(chǎn)量和中上等煙比例,按當(dāng)年(2009年)煙葉收購價計算產(chǎn)值和均價。凈產(chǎn)值=煙葉產(chǎn)值-物質(zhì)消耗的價值。消耗的物質(zhì)包括煙苗(300yuanhm-2)、化肥(7300yuanhm-2)、餅肥(1200yuanhm-2)、菌肥(150yuanhm-2)、其他物質(zhì)(農(nóng)藥費(fèi)、農(nóng)膜費(fèi)、排灌費(fèi)、工具材料費(fèi)、維護(hù)費(fèi)和烤房折舊)(1800yuanhm-2)、烤煙燃料動力(4500yuanhm-2),合計15250yuanhm-2。1.4處理數(shù)據(jù)本文著重報道2009年的試驗(yàn)結(jié)果,采用2009年的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計,分析所用統(tǒng)計軟件為DPS。2結(jié)果與分析2.1煙炭纖維微生物數(shù)量的變化由于在2009年進(jìn)入旺長期久旱無雨,旺長期烤煙根際各種微生物的數(shù)量,包括細(xì)菌、放線菌、真菌、固氮菌和解鉀菌,與團(tuán)棵期相比,有所下降,與烤煙根際微生物的一般變化規(guī)律不同;從旺長期到現(xiàn)蕾期各種微生物的數(shù)量急劇增加,達(dá)到最大,到圓頂期數(shù)量又有所降低(圖1至圖3)。與不施用菌肥處理相比,PGPR菌肥的施入對烤煙根際細(xì)菌(圖1)、真菌、固氮菌和解鉀菌數(shù)量的影響不大(結(jié)果未給出),但不同生長期烤煙根際放線菌的數(shù)量顯著降低,降低17%～27%(p<0.05)(圖2),現(xiàn)蕾期烤煙根際解磷菌的數(shù)量顯著增加達(dá)24%(p<0.05)(圖3)。2.2根際土壤微生物生物量碳含量各個處理根際土壤微生物生物量碳在現(xiàn)蕾期時出現(xiàn)最大值,這與微生物計數(shù)結(jié)果相吻合。100%NPK處理與80%NPK相比,團(tuán)棵期和旺長期根際土壤微生物生物量碳含量前者均高于后者;而在現(xiàn)蕾期和圓頂期,則是前者低于后者。80%NPK+PGPR處理則在四個生長期根際微生物生物量碳均高于100%NPK+PGPR處理的。除圓頂期80%NPK+PGPR與80%NPK處理基本持平外,無論是常規(guī)施肥還是減施肥料,加菌肥處理烤煙根際微生物生物量碳均高于不施菌肥的處理,提高幅度為3%～16%(圖4)。2.3礦質(zhì)元素的有效性取現(xiàn)蕾期烤煙根際土壤分別測定其礦質(zhì)元素的全量和有效態(tài)含量,計算各礦質(zhì)元素的有效性。由表2可見,100%NPK+PGPR處理與100%NPK處理相比,除B元素的有效性略低于100%NPK處理的以外,其他礦質(zhì)元素N、P、K、Ca、Mg、Cu、Zn、Mn和Fe的有效性均較100%NPK處理的有不同程度的提高,提幅在8.19%～49.33%,且其中P、Cu和Mn有效性的差異達(dá)到顯著水平(p<0.05)。80%NPK+PGPR處理與80%NPK處理相比,則有N、K、Cu、Zn、B和Fe6種元素的有效性較80%NPK處理的提高,提幅在4.46%～28.87%,而P、Ca、Mg和Mn4種礦質(zhì)元素有效性較80%NPK處理的降低,降幅在2.63%～30.19%。2.4花葉病、氣候斑、赤星病發(fā)病指數(shù)如表3所示,與不加菌肥的處理相比,100%NPK+PGPR和80%NPK+PGPR兩個處理烤煙花葉病、氣候斑、赤星病發(fā)病率低,抗性增強(qiáng)。100%NPK+PGPR處理與100%NPK處理相比,花葉病、氣候斑和赤星病發(fā)病指數(shù)分別較100%NPK處理的降低23.7%、53.6%和19.7%;而80%NPK+PGPR處理與80%NPK處理相比,花葉病、氣候斑和赤星病發(fā)病指數(shù)分別較80%NPK處理的降低16.9%、47.6%和6.1%。表明施用菌肥有利于提高烤煙的抗病能力。2.5不同處理對煙料質(zhì)量的影響如表4所示,100%NPK+PGPR處理烤煙葉片結(jié)構(gòu)疏松,屬于成熟采收,身份中等,色度濃而油份多,完全達(dá)到了優(yōu)質(zhì)煙葉標(biāo)準(zhǔn),整體外觀質(zhì)量在4個處理中最好。80%NPK+PGPR處理烤煙葉片結(jié)構(gòu)、身份、油份與色度等亦達(dá)到上等煙葉標(biāo)準(zhǔn),但是在烤煙顏色方面,稍弱于100%NPK+PGPR的。100%NPK和80%NPK兩個處理,與施用菌肥的兩個處理相比,烤后煙葉質(zhì)量較差,尤其是80%NPK處理的外觀質(zhì)量評價最差。表明施用菌肥有利于提高烤煙的外觀質(zhì)量。2.6各處理apd和80%npk+pgpr的比較由表5可見,100%NPK+PGPR處理上中等煙比例、均價、畝產(chǎn)量和畝凈產(chǎn)值較100%NPK處理的分別提高2.15%、6.73%、7.6%和28.01%,且在各個處理中最高。80%NPK+PGPR處理上中等煙比例、均價、畝產(chǎn)量和畝產(chǎn)值略低于100%NPK+PGPR處理的,但較80%NPK處理的分別提高3.20%、8.29%、7.53%和30.05%。表明施用菌肥同時減施或不減施肥料均能夠不同程度提高烤煙產(chǎn)量和質(zhì)量。3pgpr菌肥對煙食生物性狀的影響在減施肥料的情況下施用PGPR菌肥,能否獲得優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)烤煙呢?于2009年度進(jìn)行的大田實(shí)驗(yàn)表明,N、P和K肥用量各減施20%,同時施用PGPR菌肥,能夠獲得優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)烤煙。與常規(guī)施肥和減施肥料20%兩個處理相比,產(chǎn)量和凈產(chǎn)值均有所提高(表5)。前人在小麥和西紅柿栽培中也取得了類似的效果。PGPR菌對植物促進(jìn)生長、提高產(chǎn)量和營養(yǎng)利用率的機(jī)制也可能包括PGPR菌的接入對植物根際土著微生物區(qū)系的影響。接入的PGPR通過在植物根際定殖而改變植物根際微生物區(qū)系。如施入解磷菌洋蔥布克氏菌(Burkholderiacepacia),玉米根際細(xì)菌總數(shù)沒有影響,對成熟期玉米根際細(xì)菌的群體結(jié)構(gòu)也沒有影響,但對生長期玉米根際微生物的群體結(jié)構(gòu)則有影響。一些能夠分泌抗生素的PGPR接種植物根部能夠短暫地影響植物根際微生物群體的數(shù)量和組成。本研究結(jié)果表明,接種PGPR菌肥能夠改變烤煙根際微生物的數(shù)量,可顯著降低不同生長期烤煙根際放線菌的數(shù)量(圖2),提高烤煙根際微生物生物量碳含量(圖4),顯著提高現(xiàn)蕾期烤煙根際解磷菌的數(shù)量(圖3)。其原因可能是,隨著PGPR菌的定殖,這些細(xì)菌尤其是解磷菌和解鉀菌的增殖,分泌的酸性物質(zhì)使根際呈酸性環(huán)境,從而抑制了喜好堿性環(huán)境的放線菌的生長。接種PGPR菌肥對烤煙根際微生物區(qū)系的改變,以PGPR為優(yōu)勢菌群,可能也是施用PGPR菌肥提高烤煙對花葉病、氣候斑病和赤星病的抗性,降低烤煙發(fā)病率的主要原因(表3)。根際PGPR數(shù)量與烤煙生長階段的關(guān)聯(lián)性則有利于烤煙的生長發(fā)育和適時落黃成熟。在研究PGPR菌肥提高肥料利用率時多采用比較植物中礦質(zhì)元素的含量為指標(biāo)來間接推測PGPR菌提高礦質(zhì)元素的有效性。本研究采用根際土壤礦質(zhì)元素有效性為指標(biāo),證實(shí)了PGPR菌肥的確能夠提高礦質(zhì)元素的有效性。100%NPK+PGPR處理與100%NPK處理相比,礦質(zhì)元素有效性除B元素略有降低外,其他9種礦質(zhì)元素N、P、K、Ca、Mg、Cu、Zn、Mn和Fe均有不同程度的提高。而80%NPK+PGPR處理與80%NPK處理相比,6種元素N、K、Cu、Zn、B和Fe的有效性提高,但4種元素P、Ca、Mg和Mn的有效性有所降低(表2)。施用菌肥同時減施肥料處理的礦質(zhì)元素有效性降低,其原因可能是烤煙產(chǎn)量提高增加了對這些礦質(zhì)元素的吸收。施用PGPR混合菌肥,烤煙產(chǎn)量、凈產(chǎn)值、上等煙比例和均價與對照相比,均有所提高,單純減少施肥量則會降低烤煙的產(chǎn)量和質(zhì)量,施用PGPR菌肥可以補(bǔ)償減施化肥的影響。在什么肥力水平的土壤或什么施肥水平下使用PGPR菌肥能夠取得最佳的效果,越來越受到人們的關(guān)注。在貧瘠的土壤中施用PGPR對植物的促進(jìn)作用明顯高于肥沃土壤,其機(jī)理可能是,PGPR提高了土壤中礦質(zhì)元素的有效性,PGPR分泌的植物生長調(diào)節(jié)劑促進(jìn)了植物根系的生長,尤其是PGPR分泌的1-氨基環(huán)丙烷-1-羧酸脫氨酶能夠降解植物產(chǎn)生的合成乙烯的前體物1-氨基環(huán)丙烷-1-羧酸,解除因營養(yǎng)脅迫導(dǎo)致植物大量合成的乙烯的抑制作用,植物根系更為發(fā)達(dá),有利于植物從土壤中吸收營養(yǎng)和水分,從而補(bǔ)償土壤中營養(yǎng)的缺乏。在不同施肥水平下施用PGPR,其促進(jìn)作用也有較大的差異。種植向日葵時施用P2O550kghm-2同時施用解磷菌,其產(chǎn)量與單施P2O5100kghm-2的相當(dāng)。小麥栽培施用PGPR菌熒光假單胞菌(Pseudomonasfluorescens),N、P和K的利用率、千粒重和生物量等顯著增加,增加百分率與N、P和K肥施用量成顯著負(fù)線性關(guān)系。單獨(dú)接種PGPR菌肥并減施20%的肥料,番茄的長勢和產(chǎn)量差于不接種但