不同碳源有机物料对植烟土壤碳氮及细菌群落的影响

doi:10.15933/j.cnki.1004-3268.2022.03.010

摘要/Abstract

摘要： 为探究同一碳氮比条件下，不同碳源有机物料对植烟土壤碳氮、细菌群落及烟草生长发育的影响，采用盆栽试验，分别添加生物炭、腐熟小麦秸秆、腐熟牛粪、沼渣4种有机物料，将其与无机氮（化肥）混合调至碳氮比为30，研究其对植烟土壤碳氮及细菌群落的影响。结果表明，有机物料的施用可降低土壤容重、硝态氮含量，增加碱解氮、铵态氮含量，增加土壤总碳、总氮含量。腐熟小麦秸秆、腐熟牛粪的施用增加土壤微生物量碳氮含量，可为土壤微生物的生长发育提供良好的环境条件，进而影响土壤细菌多样性及群落结构。就不同碳源有机物料添加的整体效果来看，以腐熟小麦秸秆与无机氮配施对植烟土壤理化性质及微生物多样性的改善效果最好。该处理与对照（单施氮肥）相比，烟草移栽后60 d时，土壤容重降低了9.22%，总碳、总氮、微生物量碳、微生物量氮、细菌OTU（操作分类单元）数分别增加了44.39%、21.06%、49.22%、53.37%、6.70%；土壤细菌优势菌群为放线菌门（Actinobacteriota）、变形菌门（Proteobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）、酸杆菌门（Acidobacteriota）、芽单胞菌门（Gemmatimonadota）、厚壁菌门（Firmicutes）、拟杆菌门（Bacteroidota）、黏球菌门（Myxococcota）。

关键词: 烟草, 有机物料, 土壤碳氮, 土壤微生物量碳氮, 土壤细菌群落

Abstract: In order to explore the effects of organic materials with different carbon sources on carbon and nitrogen，bacterial communities and tobacco growth and development in tobacco⁃planting soil under the same carbon⁃nitrogen ratio，a pot experiment was conducted，adding biochar，decomposed wheat straw，decomposed cow dung and biogas residue，respectively.Four kinds of organic materials were mixed with inorganic nitrogen（nitrogen fertilizer）and adjusted to the carbon⁃nitrogen ratio of 30，and their effects on carbon and nitrogen and bacterial communities in tobacco⁃growing soil were studied.The results showed that the application of organic materials reduced soil bulk density and nitrate nitrogen content，increased the content of alkaline hydrolyzed nitrogen and ammonium nitrogen，and increased soil total carbon content and total nitrogen content.The application of decomposed wheat straw and decomposed cow dung increased soil microbial biomass carbon and nitrogen. It provided good environmental conditions for the growth and development of soil microorganisms，which in turn affected soil bacterial diversity and community structure. In terms of the overall effect of adding organic materials with different carbon sources，the combined application of decomposed wheat straw and inorganic nitrogen had better effects on improving the physicochemical properties and microbial diversity of tobacco⁃growing soil. Compared with the control（single application of nitrogen fertilizer），the soil bulk density decreased by 9.22% at 60 days after tobacco transplanting，and the total carbon，total nitrogen，microbial biomass carbon，microbial biomass nitrogen and bacterial OTUs（Operational taxonomic units） increased by 44.39%，21.06%，49.22%，53.37%，6.70% respectively；The dominant flora of soil bacteria were Actinobacteriota，Proteobacteria，Chloroflexi，Acidobacteriota，Gemmatimonadota，Firmicutes，Bacteroidota and Myxococcota.

Key words: Flue?cured tobacco, Organic materials, Soil carbon and nitrogen, Soil microbial biomass carbon and nitrogen, Soil bacterial community

中图分类号:

S572
S154.2

张蕤, 王欢欢, 赵园园, 程玉渊, 吴疆, 史宏志. 不同碳源有机物料对植烟土壤碳氮及细菌群落的影响[J]. 河南农业科学, 2022, 51(3): 84-94.

ZHANG Rui, WANG Huanhuan, ZHAO Yuanyuan, CHENG Yuyuan, WU Jiang, SHI Hongzhi. Effects of Organic Materials with Different Carbon Sources on Soil Carbon and Nitrogen and Bacterial Communities in Tobacco⁃Planting Soil[J]. Journal of Henan Agricultural Sciences, 2022, 51(3): 84-94.

参考文献

［1］张东，扈强，杜咏梅，等.植烟土壤酸化及改良技术研究进展［J］.中国烟草科学，2013，34（5）：113⁃118.
ZHANG D，HU Q，DU Y M，et al.Research progress on soil acidification and improvement techniques for tobacco
planting［J］.China Tobacco Science，2013，34（5）：113⁃118.
［2］刘茂江.不同土壤改良措施对土地整理后植烟土壤质量及烟叶产质量的影响［D］.成都：四川农业大学，2019.
LIU M J，Effects of different soil improvement measures on soil quality and tobacco yield and quality after land consolidation influence［D］.Chengdu：Sichuan Agricultural University，2019.
［3］张双双，贺非，郭军，等.植烟土壤改良技术的研究进展及应用情况［J］.河南农业，2020（23）：17⁃18.
ZHANG S S，HE F，GUO J，et al.Research progress and application situation of tobacco planting soil improvement
technology［J］.Agriculture of Henan，2020（23）：17⁃18.
［4］史宏志，韩锦峰. 烤烟碳氮代谢几个问题的探讨［J］.烟草科技，1998（2）：34⁃36.
SHI H Z，HAN J F.Discussion on carbon and nitrogen metabolism of flue⁃cured tobacco［J］.Tobacco Science and Technology，1998（2）：34⁃36.
［5］宋蒙亚.不同有机物料组合对物料分解及土壤生化性状的影响［D］.南京：南京农业大学，2013.
SONG M Y.Effects of mixtures of different organic materials on its decomposition and soil［D］.Nanjing：Nanjing Agricultural University，2013.
［6］张乐，何红波，章建新，等.不同用量葡萄糖对土壤氮素转化的影响［J］.土壤通报，2008，39（4）：775⁃778.
ZHANG L，HE H B，ZHANG J X，et al.Effect of glucose addition with different amount on extraneous nitrogen
transformation in soil［J］. Chinese Journal of Soil Science，2008，39（4）：775⁃778.
［7］朱兴娟，李桂花，涂书新，等.秸秆和秸秆炭对黑土肥力及氮素矿化过程的影响［J］.农业环境科学学报，2018，37（12）：2785⁃2792.
ZHU X J，LI G H，TU S X，et al.Effects of maize straw and straw biochar on soil fertility and the nitrogen mineralization process［J］.Journal of Agro⁃Environment Science，2018，37（12）：2785⁃2792.
［8］杨振民，介晓磊，化党领，等.不同C/N有机物料对烤烟生长发育和生理特性的影响［J］.土壤通报，2008，39（2）：344⁃348.
YANG Z M，JIE X L，HUA D L，et al.Effect of organic materials with different C/N ratios on growth and physiological characteristics of flue⁃cured tobacco［J］.Chinese Journal of Soil Science，2008，39（2）：344⁃348．
［9］周虹.不同有机物料组合对物料分解及土壤生化性状的影响［D］.北京：中国林业科学研究院，2020.
ZHOU H.The microbial community structure and function of biological soil crusts in typical sandland areas［D］.Beijing：Chinese Academy of Forestry，2020.
［10］李志洪，王淑华.土壤容重对土壤物理性状和小麦生长的影响［J］.土壤通报，2000，3（2）：55⁃57，96.
LI Z H，WANG S H.Effect of soil bulk density on soil physical properties and wheat growth［J］.Chinese Journal of Soil Science，2000，3（2）：55⁃57，96.
［11］郑纪勇，邵明安，张兴昌.黄土区坡面表层土壤容重和饱和导水率空间变异特征［J］水土保持学报，2004，18（3）：53⁃56．
ZHENG J Y，SHAO M A，ZHANG X C.Spatial variation of surface soils bulk density and saturated hydraulic conductivity on slope in Loess Region［J］.Journal of Soil and Water Conservation，2004，18（3）：53⁃56.
［12］SUUSTER E，RITZ C，ROOSTALU H，et al.Soil bulk density pedotransfer functions of the humus horizon in arable soils［J］.Geoderma，2011，163（1/2）：74⁃82.
［13］柴华，何念鹏.中国土壤容重特征及其对区域碳贮量估算的意义［J］.生态学报，2016，36（13）：3903⁃3910.
CHAI H，HE N P.Evaluation of soil bulk density in Chinese terrestrial ecosystems for determination of soil carbon storage on a regional scale［J］.Acta Ecologica Sinica，2016，36（13）：3903⁃3910.
［14］林昌华，张士荣，王军，等.秸秆还田与优化施氮改善烤烟根际土壤碳氮转化及氮素吸收［J］.热带作物学报，2020，41（1）：15⁃23.
LIN C H，ZHANG S R，WANG J，et al.Straw returning and optimized nitrogen application improved nitrogen uptake，soil C and N transformation of flue⁃cured tobacco［J］.Chinese Journal of Tropical Crops，2020，41（1）：15⁃23.
［15］OGILVIE L A，HIRSCH P R，JOHNSTON A W B.Bacterial diversity of the broadbalk‘classical’winter wheat experiment in relation to long⁃term fertilizer inputs［J］.Microbial Ecology，2008，56（3）：525⁃537.
［16］刘丽，徐明恺，汪思龙，等.杉木人工林土壤质量演变过程中土壤微生物群落结构变化［J］.生态学报，2013，33（15）：4692⁃4706.
LIU L，XU M K，WANG S L，et al.Effect of different Cunninghamia lanceolata plantation soil qualities on soil microbial community structure［J］.Acta Ecologica Sinica，2013，33（15）：4692⁃4706.
［17］戴静，刘阳生.生物炭的性质及其在土壤环境中应用的研究进展［J］.土壤通报，2013，44（6）：1520⁃1525.
DAI J，LIU Y S.Research progress on the properties of biochar and its application in soil environment［J］.Chinese Journal of Soil Science，2013，44（6）：1520⁃1525.
［18］韩晓日，郭鹏程，陈恩凤，等.土壤微生物对施入肥料氮的固持及其动态研究［J］.土壤学报，1998，35（3）：412⁃418.
HAN X R，GUO P C，CHEN E F，et al.Immobilization of fertilizer nitrogen by soil microbes and its changes［J］.Acta Pedologica Sinica，1998，35（3）：412⁃418.
［19］DALAL R C，HENDERSON P A，GLASBY J M.Organic matter and microbial biomass in a vertisol after 20 yr of zero⁃tillage［J］.Soil Biology &Biochemistry，1991，23（5）：435⁃441.
［20］俞慎，李勇，王俊华，等.土壤微生物生物量作为红壤生物指标的探讨［J］.土壤学报，1999，36（3）：
413⁃421.
YU S，LI Y，WANG J H，et al.Study on the soil microbial biomass as a bio⁃indicator of soil quality in the red earth ecosystem［J］.Acta Pedologica Sinica，1999，36（3）：413⁃421.
［21］WORKNEH F，VAN BRUGGEN A H C. Microbial density，composition，and diversity in organically and conventionally managed rhizosphere soil in relation to suppression of corky root of tomatoes［J］.Applied Soil Ecology，1994，1（3）：219⁃230.
［22］VAUGHAN D，MALCOLM R E.Influence of humic substances on biochemical processes in plants［J］.Developments in Plant and Soil Sciences，1985，16：77⁃108.
［23］薛菁芳，高艳梅，汪景宽，等.土壤微生物量碳氮作为土壤肥力指标的探讨［J］.土壤通报，2007，38（2）：247⁃250.
XUE J F，GAO Y M，WANG J K，et al.Soil microbial biomass as an indicator of soil fertility［J］.Chinese Journal of Soil Science，2007，38（2）：247⁃250.
［24］马超，周静，刘满强，等.秸秆促腐还田对土壤养分及活性有机碳的影响［J］.土壤学报，2013，50（5）：915⁃921.
MA C，ZHOU J，LIU M Q，et al.Effects of incorportion of pre⁃treated straws into field on soil nutrients and labile organic carbon in Shajiang black soil［J］.Acta Pedologica Sinica，2013，50（5）：915⁃921.
［25］韩秋静.腐熟秸秆还田对洛阳烟区植烟土壤特性及烤烟生长发育的影响［D］.郑州：河南农业大学，2019.
HAN Q J.Effects of returning decomposed straw to field on soil characteristics and growth of flue⁃cured tobacco
in luoyang tobacco⁃growing area［D］.Zhengzhou：Henan Agricultural University，2019.
［26］徐国伟，常二华，蔡建.秸秆还田的效应及影响因素［J］.耕作与栽培，2005（1）：6⁃9.
XU G W，CHANG E H，CAI J.Effects of the crop residue incorporation and its influencing factors［J］.Tillage and Cultivation，2005（1）：6⁃9.
［27］徐佳敏，王帅丽，穆心愿，等.秸秆附着微生物对土壤养分、小麦根际细菌多样性及产量的影响［J］.河南农业科学，2022，51（1）：60⁃70.
XU J M，WANG S L，MU X Y，et al.Effects of straw microrganisms returning on soil nutrients，rhizosphere soil bacterial community diversity and yield of winter wheat［J］.Journal of Henan Agricultural Sciences，2022，51（1）：60⁃70.
［28］刘谊锋，田耀武，不同种植年限葡萄园土壤及微生物量碳、氮、磷生态化学计量特征［J］.河南农业科学，2021，50（8）：57⁃65.
LIU Y F，TIAN Y W.Ecological stoichiometry characteristics of soil and microbial biomass C，N and P in vineyards with different planting years［J］.Journal of Henan Agricultural Sciences，2021，50（8）：57⁃65.
［29］纳小凡，郑国琦，彭励，等.不同种植年限宁夏枸杞根际微生物多样性变化［J］.土壤学报，2016，53（1）：241⁃252.
NA X F，ZHENG G Q，PENG L，et al.Microbial biodiversity in rhizosphere of Lycium bararum L.relative to cultivation history［J］.Acta Pedologica Sinica，2016，53（1）：241⁃252.
［30］LIENHARD P，TERRAT S，MATHIEU O，et al.Soil microbial diversity and C turnover modified by tillage and cropping in Laos tropical grassland ［J］.Environmental Chemistry Letters，2013，11（4）：391⁃398．
［31］张恩平，高巍，张淑红，等.长期施肥条件下菜田土壤微生物特征变化［J］.生态学杂志，2009，28（7）：1288⁃1291.
ZHANG E P，GAO W，ZHANG S H，et al.Effects of long⁃term fertilization on vegetable field soil microbial characteristics［J］.Chinese Journal of Ecology，2009，28（7）：1288⁃1291．

[1]	李晶晶, 荣仕宾, 秦艳青, 周骏, 曾代龙, 钟秋, 赵园园, 刘德水, 张瑞娜, 史宏志. 雪茄茄芯和茄衣烟叶不同区段化学成分和品质差异性分析[J]. 河南农业科学, 2024, 53(1): 62-69.
[2]	张留双, 谢徽, 杨金清, 韩佳祺, 保志娟. 茶多酚对铅胁迫下烟草生理指标及铅积累的影响[J]. 河南农业科学, 2023, 52(6): 34-40.
[3]	魏全全, 顾小凤, 芶久兰, 张萌, 饶勇, 肖华贵. 氮肥及有机物料配施对黄壤冬油菜-玉米轮作田土壤微生物群落的影响[J]. 河南农业科学, 2023, 52(6): 41-50.
[4]	冯康, 杨园园, 刘琼, 程岚, 郝浩浩, 王平平, 金维环, 郭红祥. 烟草NtCCX2基因的克隆与表达分析[J]. 河南农业科学, 2023, 52(5): 52-60.
[5]	熊瑞, 张玮, 钟康裕, 周文涛, 欧茜, 王泓睿, 龙攀, 徐莹, 傅志强. 秸秆还田与轮耕对双季稻土壤物理特性及碳氮含量的影响[J]. 河南农业科学, 2023, 52(5): 81-90.
[6]	韩文龙, 郑聪, 曹可心, 张路阳, 徐晓雯, 谢可, 祖琼瑶, 徐世晓. NtCPS2基因对烟草腺毛发育及其分泌物合成的影响[J]. 河南农业科学, 2023, 52(3): 48-55.
[7]	刘晶晶, 崔光周, 段旺军, 王卫民, 张力, 贾玮, 许自成, 许嘉阳. 生态因素影响烟草香味特征的研究进展[J]. 河南农业科学, 2023, 52(2): 1-11.
[8]	张晶云, 荣仕宾, 秦艳青, 吴疆, 王俊, 李晶晶, 冯雨晴, 赵园园, 钟秋, 史宏志. 采收方式对调制后烟叶叶片和主脉TSNAs 及前体物含量的影响[J]. 河南农业科学, 2023, 52(2): 57-65.
[9]	王佩, 王涛, 宋江雨, 丁应福, 王廷贤, 杨占伟, 宋朝鹏, 李静超. 不同烘烤工艺对烟草CB-1 上部叶抗性淀粉含量的影响[J]. 河南农业科学, 2023, 52(2): 162-170.
[10]	张艺, 汪汉成, 张兴红, 张林, 郭沫言, 向立刚, 蔡刘体, 王丰. 苯醚甲环唑对烟草赤星病菌的抑菌活性及烟叶叶际微生物的影响[J]. 河南农业科学, 2023, 52(11): 94-103.
[11]	张卫正, 陈赛越扬, 王艳玲, 帖金鑫, 丁佳, 李萌, 李灿林, 苏晓珂, 甘勇. 基于YOLOv3 改进算法的烟叶原料烟草甲识别方法研究[J]. 河南农业科学, 2023, 52(11): 157-166.
[12]	王广印, 郭卫丽, 陈碧华, 潘飞飞, 黄新琦, 蔡祖聪, 周建华, 顾桂兰. RSD 防控设施土壤和蔬菜连作障碍机制及应用的研究进展[J]. 河南农业科学, 2023, 52(1): 1-10.
[13]	李倩, 贾晓果, 李亮, 张翔, 程玉渊, 李鹏. 豫西南丘陵区植烟土壤养分时空变异特征及肥力评价[J]. 河南农业科学, 2023, 52(1): 73-85.
[14]	殷全玉, 匡志豪, 王景, 任天宝, 张松涛, 姬小明, 刘国顺, 穆耀辉. 黑胫病不同抗性烤烟品种对哈茨木霉的生理响应[J]. 河南农业科学, 2022, 51(9): 88-98.
[15]	梁栋, 刘光亮, 石屹, 王树声, 王程栋, 王晓琳. 油菜素内酯对烟草幼苗根系构型的影响及调控机制[J]. 河南农业科学, 2022, 51(8): 37-44.