生物有机肥施用对连作植烟土壤养分及微生物多样性的影响

摘要 ［目的］解决烤烟生长连作障碍。［方法］通过2021—2023年生物有机肥定位试验，研究连续3年生物有机肥施用对连作植烟土壤养分及微生多样性的影响。［结果］连作种植下连续3年施用生物有机肥的植烟土壤pH及有机质呈上升趋势，碱解氮含量降低，有效磷及速效钾含量保持稳定。MiSeq高通量测序技术对植烟土壤细菌16S DNA V3～V4区域及真菌ITS ITS1 的检测结果显示，连作种植下随着生物有机肥施用年限的增加，植烟土壤中的细菌及真菌OTUs数目、Chao1指数、香浓指数及物种数目呈增加趋势。在门水平上，连作植烟土壤酸杆菌门（Acidobacteria）丰富度随着生物有机肥施用年限的增加而增加，而拟杆菌门（Bacteroidetes）相对丰度减少；植烟土壤生物有机肥施用1年，子囊菌门（Ascomycota）丰富度最高，连续施用2年担子菌门（Basidiomycota）丰富度最高。［结论］生物有机肥能够降低连作植烟土壤酸化状况，提高土壤有机质含量，增加土壤微生物多样性，对稳定土壤速效养分具有一定的作用，为解决烟区连作障碍提供一定的理论依据。

关键词 生物有机肥；连作；植烟土壤；微生物多样性

中图分类号 S154.3  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2025）03-0154-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2025.03.032

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Effects of Biological Organic Fertilizer Application on Soil Nutrients and Microbial Diversity of Continuous Cropping Tobacco

ZHANG Ben qiang， ZHANG Yang， LI Xi kun et al

（Shandong Tobacco Industrial Co.， Ltd .，Jinan，Shandong  250014）

Abstract ［Objective］ To solve the continuous cropping obstacles of flue cured tobacco. ［Method］ Through the positioning test of biological organic fertilizer from 2021 to 2023， the effects of biological organic fertilizer application on soil nutrients and microbial diversity of continuous cropping tobacco were studied. ［Result］ The pH and organic matter of continuous cropping tobacco planting soil increased， the content of alkali hydrolyzable nitrogen decreased， and the content of available phosphorus and available potassium remained stable when biological organic fertilizer was applied continuously for 3 years. The detection results of bacterial 16S DNA V3   V4 region and fungal ITS ITS1 in tobacco planting soil by MiSeq high throughput sequencing technology showed that the number of bacterial and fungal OTUs， Chao1 index， aroma index and species in tobacco planting soil increased with the increase of the application years of biological organic fertilizer under continuous cropping. At the phylum level， the abundance of Acidobacteria increased with the application of biological organic fertilizer， while the abundance of Bacteroidetes decreased; the richness of Ascomycota was the highest when the bio organic fertilizer was applied for one year， and that of Basidiomycota was the highest when the bio organic fertilizer was continuously applied for two years. ［Conclusion］ Bio organic fertilizer can reduce soil acidification， increase soil organic matter content， increase soil microbial diversity， play a certain role in stabilizing soil available nutrients， and provide a certain theoretical basis for solving continuous cropping obstacles under continuous cropping in tobacco areas.

Key words Biological organic fertilizer;Continuous cropping;Tobacco planting soil;Microbial diversity

基金项目 山东中烟工业有限责任公司科技项目““泰山”品牌导向型高端原料生产模式构建与示范”（202101001）。

作者简介 张本强（1985—），男，山东济宁人，农艺师，硕士，从事烟草栽培与调制研究。

*通信作者，农艺师，硕士，从事烟草栽培研究。

收稿日期 2024-04-16；修回日期 2024-05-16

烤烟作为我国的重要经济作物之一，近年来，由于连作严重影响烤烟的生长及产量产值。轮作虽然一直成为烤烟种植推广的重点，但由于部分烟区耕地资源限制及种植模式单一，部分烟区烤烟连作现象逐渐增加，严重制约了我国烟叶的可持续发展及土壤利用^［1-2］。

连作障碍导致土壤养分失调，土壤内在养分不平衡，抑制土壤的生化过程。对于连作障碍的产生主要是作物、微生物及土壤生态系统间的失调，其中土壤理化性质及微生物变化是导致连作障碍的重要原因^［3-5］。研究表明，连作破坏了植烟土壤微生物平衡，导致酶活性降低，土壤种群的多样性及功能多样性降低^［6-7］。作为土壤养分循环驱动者的微生物具有的生态功能性也降低^［8］。在有限的耕地资源及单一种植模式影响下，如何在烤烟连作种植情况下，打破传统连作障碍成为烤烟种植的重要问题之一。生物有机肥作为一种兼顾微生物肥料及有机效应的肥料，在调节土壤养分及改善微生物群落结构方面具有一定作用^［9］。笔者在淄博烟区烤烟连作种植的基础上，连续3年施用生物有机肥，旨在探究连续施用生物有机肥对连作植烟土壤养分及微生物群落多样性的影响，为解决烟区因连作种植导致土壤连作障碍提供一定的理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验点位于山东省淄博市沂源县南鲁山镇流水村（118.198 652°E，36.284 265°N）。该地区地处暖温带，属半湿润、半干旱大陆性气候，年平均气温在13 ℃左右，年降雨量650 mm，，无霜期为200 d左右。土壤类型为棕壤。

1.2 试验材料

以2021年连作5年的烟田植烟根际土壤为材料，生物有机肥由ETS（天津）生物科技发展公司生产，N+P2O5+K2O≥8%；有机质≥20%；有效活菌数≥0.2 亿/g。主栽品种为云烟97。

1.3 试验设计

2021—2023年在烟田开展生物有机肥施用定位试验，试验区面积为667 m2，生物有机肥在每年3月土地翻耕前，将1 500 kg/hm2的生物有机肥均匀撒施土壤表面，然后翻耕耙均。分别于2021、2022及2023年11月采集土壤样品，分别标记为C、B、A处理，生物有机肥测序（rbt1）。

1.4 试验方法

1.4.1 样品采集及处理。

采用5点取样法，并将5个点的样品混合，放于无菌袋中，用冰盒带回实验室。过2 mm筛后，一部分土样自然风干检测土壤理化指标，另一部分土样放置于-80 ℃的冰箱中检测土壤微生物群落多样性。

1.4.2 土壤理化性质检测。

土壤pH、碱解氮、有效磷、有机质及速效钾参照常规土壤农化分析进行测定。

1.4.3 土壤微生物多样性检测。

采集的土壤样品由上海欧易生物医学科技有限公司，基于IIIumina Hi Seq测序平台进行微生物细菌及真菌高通量测序。

（1）根际土壤DNA提取与PCR扩增。

采用Magpure Soil DNA LQ Kit（Magen，广东）进行土壤微生物DNA提取，之后利用琼脂糖凝胶电泳和NanoDrop2000（Thermo Fisher Scientific，Waltham，MA，USA）检测DNA的浓度及完整性。细菌通用引物16S V3～V4区引物（前端引物：343F-5′-TACGGRAGGCAGCAG-3′；后端引物：798R-5′-AGGGTATCTAATCCT-3′），真菌多样性鉴定采用通用引物ITS ITS1区引物（前端引物：ITS1F-5′-CTTGGTCATTTAGAGGAAGTAA-3′；后端引物：ITS2-5′-GCTGCGTTCTTCATCGATGC-3′）。

（2）Illumina Miseq测序数据处理及比对。

原始数据为FASTQ格式。使用 Trimmomatic^［10］软件对原始双端序列进行去杂。去杂参数：检测并截去模糊碱基N；并采用滑窗法检查平均碱基质量，当质量低于20时，截取前面高质序列。去杂后的双端序列利用 FLASH^［11］软件进行。拼接参数：最小的overlap为10 bp，最大的Overlap为200 bp，最大错配率为20%。为保证结果的准确性，进行精准去杂，去除含有模糊碱基（ambiguous）、单碱基高重复区（homologous）的序列以及长度过短的序列。精准去杂参数：去掉含有N碱基的序列，保留碱基质量分数Q20达到至少 75% 的序列。同时，利用UCHIME检测并去除序列中的嵌合体序列。测序数据进行预处理生成优质序列之后，采用Vsearch^［12］ 软件，根据序列的相似性，将序列归为多个OTU。参数为序列相似度大于或等于97% 被归为一个OTU单元。使用QIIME^［13］ 软件包挑选出各个OTU的代表序列，并将所有代表序列与数据库进行比对注释。16S使用Silva（version132）数据库比对，物种比对注释使用 RDP classifier^［14］ 软件，保留置信区间大于0.7的注释结果。ITS使用Unite数据库比对。物种比对注释使用BLAST^［15］软件。