生物有機(jī)肥對(duì)新整理煙田古菌群落組成的影響

蘇婷婷，徐宸，周鑫斌,，謝德體

1 西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，重慶市北碚區(qū)天生路2號(hào) 400716；2 中國(guó)煙草總公司重慶市公司煙草科學(xué)研究所，重慶市北碚區(qū)天生路2號(hào) 400716

生物技術(shù)

生物有機(jī)肥對(duì)新整理煙田古菌群落組成的影響

蘇婷婷1，徐宸2，周鑫斌1,2，謝德體1

1 西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，重慶市北碚區(qū)天生路2號(hào) 400716；2 中國(guó)煙草總公司重慶市公司煙草科學(xué)研究所，重慶市北碚區(qū)天生路2號(hào) 400716

適宜的土壤微生物環(huán)境是煙草優(yōu)質(zhì)適產(chǎn)的必要條件，古菌對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)碳氮循環(huán)起著非常重要作用。本研究采用定點(diǎn)田間試驗(yàn)的方法，研究了磷肥和生物有機(jī)肥連續(xù)三年配施對(duì)新整理黃壤煙田烤煙產(chǎn)質(zhì)量與煙田古菌群落結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明，新整理黃壤煙田土壤古菌群落主要由奇古菌門、廣古菌門和未分類古菌門這三個(gè)菌門組成，其中奇古菌門的古菌數(shù)量較多；連續(xù)三年施用生物有機(jī)肥土壤古菌群落多樣性提高，菌屬種類增加7～13個(gè)，76.5%的菌屬相對(duì)豐度高于傳統(tǒng)施肥，施用生物有機(jī)肥的處理各菌門分布更為均勻，這有利于煙田土壤微生物生態(tài)系統(tǒng)趨于穩(wěn)定，尤其是生物有機(jī)肥與磷肥配施效果更佳。隨著煙田土壤古菌群落結(jié)構(gòu)的改善，煙葉的產(chǎn)量、產(chǎn)值與上中等煙比例分別比傳統(tǒng)施肥增加3.0%、3.7%和8.5%以上，烤煙經(jīng)濟(jì)效益明顯提高。對(duì)于新整理黃壤煙田，采用基施生物有機(jī)肥配合根際營(yíng)養(yǎng)土的方式，能夠提高土壤古菌群落的多樣性，有利于增強(qiáng)煙田土壤微生物生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高煙葉質(zhì)量和上中等煙比例。

新整理煙田；生物有機(jī)肥；磷；古菌

微生物作為土壤中最活躍的部分，在土壤生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)中起重要作用。著名的三域理論將生物分為三大系統(tǒng)：真核生物、細(xì)菌與古菌[1]。近年來(lái)，隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)古菌在農(nóng)田[2]、森林[3]以及草原[4]等旱地土壤生態(tài)系統(tǒng)的碳、氮循環(huán)中起著至關(guān)重要的作用[5]。古菌在土壤中分布廣泛，數(shù)量巨大，能以獨(dú)特形式固定CO2，是土壤中潛在的巨大碳庫(kù)[6]。

增加土壤中的硝態(tài)氮對(duì)植物營(yíng)養(yǎng)非常重要，氨氧化是硝化作用的第1步，在土壤生態(tài)和植物根際環(huán)境中，氨氧化古菌將氨氧化成羥胺，是整個(gè)氮素循環(huán)中關(guān)鍵的生物學(xué)過(guò)程[7]。研究發(fā)現(xiàn)，在中國(guó)西藏、云南的高原土壤[8]與美國(guó)亞利桑那州北部半干旱土壤中[9]，與氨氧化細(xì)菌（AOB）相比，氨氧化古菌（AOA）是更具主導(dǎo)地位的氨氧化微生物?？緹熥鳛橐环N注重品質(zhì)的作物，氨氧化菌可將部分銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，而銨硝比例適宜時(shí)，即可穩(wěn)定烤煙產(chǎn)量，又能保證煙葉品質(zhì)[10]。

近年來(lái)，為推動(dòng)山區(qū)煙草農(nóng)業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展，我國(guó)南方煙區(qū)實(shí)施了旨在促進(jìn)機(jī)械化作業(yè)的煙田整理，調(diào)查發(fā)現(xiàn)整理后煙田耕層土壤微生物有益性指標(biāo)顯著下降[11]。有研究報(bào)道施用生物有機(jī)肥能增加煙田土壤細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量[12]，提高烤煙產(chǎn)質(zhì)量[13]，但尚缺乏對(duì)煙田土壤古菌群落的相關(guān)研究。本試驗(yàn)采用Mesiq高通量測(cè)序技術(shù)對(duì)古菌DNA進(jìn)行測(cè)定，研究生物有機(jī)肥與磷肥配施對(duì)新整理黃壤煙田土壤古菌群落的影響，以期為新整理煙田土壤微生態(tài)環(huán)境的改善及煙葉可持續(xù)生產(chǎn)提供理論及技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2012—2014年在重慶市巫山縣騾鎮(zhèn)團(tuán)山村煙草種植基地進(jìn)行，土壤類型為黃壤，整理后當(dāng)年煙田土壤堿解氮113.1 mg?kg-1，有效磷18.72 mg?kg-1，速效鉀150.2 mg?kg-1，有機(jī)質(zhì)21.07 g?kg-1和C/N 13.7。2012年基礎(chǔ)土壤微生物數(shù)量（105cfu·g-1）分別如下：真菌數(shù)量為1.46，細(xì)菌數(shù)量為265.4，放線菌數(shù)量為11.67。供試烤煙品種為云煙87，栽植密度16 500株?hm-2。

生物有機(jī)肥：采用江蘇新天地生物肥料工程中心有限公司生產(chǎn)的Bio促生型高效生物有機(jī)肥。內(nèi)含從中國(guó)科學(xué)院微生物研究所購(gòu)買的解磷細(xì)菌、解鉀細(xì)菌和固氮菌與從煙田土壤分離獲得的其它有益菌種，經(jīng)擴(kuò)繁、復(fù)壯后接種到含有50% ～ 70%腐熟有機(jī)堆肥與30% ～ 50%腐熟餅肥混合物中。所制的生物有機(jī)肥有效菌數(shù)每克0.5億個(gè)，有機(jī)質(zhì)457.5 g?kg-1，N 38.2 g?kg-1，P2O522.7 g?kg-1和K2O 17 g?kg-1。商品有機(jī)肥：采用重慶市梁平縣豐疆生物科技有限公司生產(chǎn)的無(wú)公害發(fā)酵有機(jī)肥，其養(yǎng)分含量分別為N 28.0 g?kg-1、P2O525.9 g?kg-1、K2O 38.1 g?kg-1，有機(jī)質(zhì)470 g?kg-1。火土灰：煙農(nóng)采用枯枝落葉和泥土堆積熏燒而成，其養(yǎng)分含量分別為N 1.8 g?kg-1，P2O52.5 g?kg-1和K2O 6.5 g?kg-1。磷肥：普通過(guò)磷酸鈣（含P2O512%）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)4個(gè)施肥處理（表1），每處理3次重復(fù)，每小區(qū)6壟，壟長(zhǎng)5.2 m，小區(qū)面積34 m2，隨機(jī)區(qū)組排列。試驗(yàn)各處理施總氮量均為120 kg?hm-2。所有處理均基施復(fù)合肥（8-12-25）450 kg?hm-2，即在起壟前將肥料均勻撒施煙田，然后再用旋耕機(jī)翻耕起壟。表1中的商品有機(jī)肥，全部采用基施的方法，生物有機(jī)肥，一部分基施，一部分混入營(yíng)養(yǎng)土中移栽穴施用。營(yíng)養(yǎng)土需在煙苗移栽前30 d配置完成，并加入適量水分，手握成團(tuán)，混合均勻，用地膜覆蓋堆積發(fā)酵，于煙苗移栽時(shí)，在移栽穴底部施入，每株約90 g。表1中T、T1、T2和T3處理移栽穴中施用總氮一致，即9.5 kg?hm-2，營(yíng)養(yǎng)土不足的氮用硝銨補(bǔ)充。

煙苗移栽方法采用中國(guó)煙草總公司全面推廣的小苗井窖式移栽方法。煙苗移栽后，施用提苗肥為氮鉀復(fù)合肥（30-0-15）75 kg?hm-2和追肥硝酸鉀225 kg?hm-2。其它生產(chǎn)操作，如育苗、起壟和病蟲害防治均按當(dāng)?shù)乜緹熒a(chǎn)技術(shù)規(guī)范執(zhí)行。試驗(yàn)從2012年開始連續(xù)進(jìn)行3年，于2014年對(duì)當(dāng)年煙葉產(chǎn)量、產(chǎn)值與上中等煙比例進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并采集煙田各處理土壤進(jìn)行土壤古菌群落組成分析。

1.3 土壤樣品采集與分析

2014年煙葉采收完畢后，采集0 ～ 20 cm的耕層土壤，混勻后留下約1 kg立即放入4 ℃的冰盒中保存。將冷藏土樣帶回室內(nèi)，迅速過(guò)2 mm篩，揀去雜物后在-20 ℃條件下保存，用于土壤古菌16S rDNA基因測(cè)序。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)Tab.1 Experimental design

古菌16S rDNA 基因測(cè)序在上海美吉生物醫(yī)藥科技有限公司進(jìn)行。參照Miseq高通量測(cè)序方法進(jìn)行DNA提取、擴(kuò)增、純化、定量和均一化，古菌16S rDNA 基因PCR擴(kuò)增引物序列：Arch-amoAF（5’-STAATGGTCTGGCTTAGACG-3’），ArchamoAR（5’-GCGGCCATCCATCTGTATGT-3’）。測(cè)序后，進(jìn)行去雜、修剪、去除嵌合體序列等過(guò)濾處理，得到優(yōu)化序列，通過(guò)聚類分析形成分類單元（operational taxonomic units，OTU），采用BLAST程序?qū)Ρ菺enBank中的已知序列，根據(jù)97%的相似度，確定古菌16S rDNA 基因序列對(duì)應(yīng)的古菌名稱。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用土壤古菌種類數(shù)（OTU）和16S rDNA 序列數(shù)（Reads）計(jì)算生成稀釋曲線、香農(nóng)-威爾（Shannon-Wiener ）曲線、OTU分布圖、古菌群落分布柱狀圖、PCA圖 。

香農(nóng)（shannon）多樣性指數(shù)計(jì)算公式[14]：

式中，S為實(shí)際測(cè)量出的OTU數(shù)目，ni為含有i條序列的OTU數(shù)目，N為所有的序列數(shù)。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel 2007進(jìn)行基本計(jì)算，SPSS 18.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，差異顯著性水平為P= 0.05，以a、b、c表示其差異性，數(shù)字后不含有相同字母表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果分析

2.1 施肥對(duì)新整理黃壤煙田土壤古菌群落的影響

2.1.1 土壤樣本取樣深度驗(yàn)證及測(cè)序結(jié)果

圖1為4個(gè)處理的土壤樣本在相似度0.97條件下的稀釋曲線。由圖可知，隨著測(cè)序數(shù)量的增加，所有土壤樣本稀釋曲線斜率逐漸降低，趨向平緩但仍未達(dá)到平臺(tái)期，說(shuō)明取樣合理，土壤中雖有少量的菌群未被發(fā)現(xiàn)，但總體上能夠比較真實(shí)地反映出土壤樣本的古菌群落結(jié)構(gòu)水平。

將古菌16S rDNA測(cè)序并過(guò)濾、去雜后，得到48143條有效序列，并在97%相似度下將其聚類為用于物種分類的OTU，統(tǒng)計(jì)得4個(gè)處理的土壤樣本共產(chǎn)生1234個(gè)OTU。根據(jù)OTU在各處理中的分布情況繪制圖2。由圖可得出，T1處理含有最多數(shù)量的OTU，其次是T2處理，T3處理OTU數(shù)量最少。T1、T2、T3與T處理共同存在的OTU占19.1%～25.2%，T1、T2和T3各處理間共同存在的OTU占37.7%～49.2%，與傳統(tǒng)施肥相比，生物有機(jī)肥處理的樣本間差異性較小。

圖1 土壤樣本稀釋曲線Fig.1 Rarefaction curve of soil samples

圖2 不同施肥處理土壤OTU分布Fig.2 The distribution of OTU in different treatments

2.1.2 施肥對(duì)土壤古菌群落多樣性的影響

構(gòu)建各施肥處理土壤樣本的測(cè)序量在不同測(cè)序深度時(shí)的古菌香農(nóng)威爾指數(shù)曲線，結(jié)果（圖3）顯示，與傳統(tǒng)施肥（T）相比，施用生物有機(jī)肥處理的土壤古菌香農(nóng)多樣性指數(shù)明顯增高。一般而言，在穩(wěn)定良好的生態(tài)環(huán)境中，生物數(shù)量增加，種群豐富，反之亦然。生物有機(jī)肥使煙田土壤古菌群落多樣性增加，說(shuō)明煙田土壤環(huán)境良好，適合土壤古菌的生長(zhǎng)繁殖。

圖3 各樣本香農(nóng)-威爾曲線Fig.3 The Shannon-Wiener curve of soil samples

2.1.3 施肥對(duì)土壤古菌群落結(jié)構(gòu)的影響

對(duì)不同施肥處理的土壤樣本序列進(jìn)行門水平分析，結(jié)果顯示（圖4），T1、T2與T3處理土壤樣本菌門組成相似度較大，T2與T3處理間尤為相似，說(shuō)明與傳統(tǒng)施肥相比，施用生物有機(jī)肥的各處理之間土壤古菌群落組成相近。4種施肥處理的土壤樣本古菌群落由未分類古菌門（Archaea_unclassified6%～25%）、廣古菌門（Euryarchaeota13%～51%）、奇古菌門（Thaumarchaeota43%～77%）組成。本試驗(yàn)研究顯示，隨著施肥方式的變化，這三類菌群在土壤中的結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變。施用生物有機(jī)肥后，奇古菌門在各處理土壤樣本中所占比重下降，而廣古菌門所占比重上升，其中T3處理的廣古菌門所占比重最大，其次為T2處理，傳統(tǒng)施肥處理廣古菌門所占比重最小，傳統(tǒng)施肥處理的未分類古菌所占比重與T3處理的相近，均低于T1、T2處理。與傳統(tǒng)施肥相比，施用生物有機(jī)肥的處理各菌門分布更為均勻，這有利于煙田土壤微生物生態(tài)系統(tǒng)更加穩(wěn)定發(fā)展。

圖4 土壤古菌群落結(jié)構(gòu)相似性分析Fig.4 Similarity analysis of soil bacterial community structure

對(duì)不同施肥處理的土壤樣本序列進(jìn)行屬水平分析得出，4種施肥處理的土壤樣本共含有40個(gè)古菌菌屬，其中包含67.5%的未知菌屬。T、T1、T2與T3各處理含有土壤古菌菌屬數(shù)分別為：20、27、33與29。將各處理菌屬豐度均小于1.0%的屬歸為一類（Others），形成包括Others在內(nèi)的17個(gè)菌屬（圖5）。其中，76.5%的菌屬相對(duì)豐度為施用生物有機(jī)肥處理高于傳統(tǒng)施肥處理，58.8%的菌屬相對(duì)豐度為添加磷肥處理（T2）高于不添加磷肥處理（T1），52.9%的菌屬相對(duì)豐度為生物有機(jī)肥基施675 kg?hm-2結(jié)合穴施75 kg?hm-2處理（T2）高于基施600 kg?hm-2結(jié)合穴施150 kg?hm-2處理（T3）。

圖5 土壤古菌菌屬相對(duì)豐度的變化Fig.5 Changes of soil bacteria relative abundance

2.1.4 不同施肥處理土壤古菌群落主成分分析

通過(guò)對(duì)4個(gè)施肥處理土壤樣本的OTU 組成進(jìn)行主成分分析，主成分個(gè)數(shù)的提取原則是相對(duì)應(yīng)特征值大于1的前m個(gè)主成分，根據(jù)此原則，共提取出了3個(gè)主成分因子，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)100.00%。其中第一主成分（PC1）貢獻(xiàn)率為97.6%，權(quán)重最大，第二主成分（PC2）貢獻(xiàn)率為1.99%，第三主成分（PC3）貢獻(xiàn)率為0.41%，本文取PC1和PC2貢獻(xiàn)率作如下圖來(lái)表征古菌群落特征。分析表明，不同的處理在PC軸上出現(xiàn)了明顯的分布差異（圖6）。在第一主成分上，基施生物有機(jī)肥配合根際營(yíng)養(yǎng)土處理（T1、T2和T3）的土壤古菌OTU分布具有相對(duì)一致性，且均與傳統(tǒng)施肥處理（T）存在較大差異。在第二主成分上，營(yíng)養(yǎng)土中含磷肥處理（T2、T3）與營(yíng)養(yǎng)土中無(wú)磷肥處理（T1）的土壤古菌OTU分布出現(xiàn)差異。PC1的貢獻(xiàn)率大于95%，能夠解釋原始變量絕大部分信息，具有顯著代表性。因此，可以認(rèn)為基施生物有機(jī)肥配合根際營(yíng)養(yǎng)土的施肥方式對(duì)新整理黃壤煙田土壤古菌群落產(chǎn)生較大影響。

圖6 不同施肥處理土壤古菌群落PCA分析Fig.6 Principal component analysis of soil bacterial community in different fertilizing treatments

2.2 施肥對(duì)煙葉產(chǎn)量、產(chǎn)值及上中等煙比例的影響

施肥對(duì)煙葉產(chǎn)量、產(chǎn)值及上中等煙比例的影響如表2所示，從表2可以看出，T2處理的煙葉產(chǎn)量、產(chǎn)值和上中等煙比例分別比對(duì)照（傳統(tǒng)施肥）增加9.2%、13.1%和20.2%；T3處理比對(duì)照增加9.7%、10.2%和8.8%；T1處理比對(duì)照增加3.0%、3.7%和8.5%。綜上，基施生物有機(jī)肥配合根際營(yíng)養(yǎng)土的施肥方式使新整理黃壤煙田土壤古菌群落結(jié)構(gòu)更加協(xié)調(diào)，隨著新整理黃壤煙田土壤古菌群落結(jié)構(gòu)的改善，煙葉的產(chǎn)值與上中等煙比例顯著增加，烤煙經(jīng)濟(jì)效益提高。

表2 不同施肥處理對(duì)烤煙產(chǎn)量、產(chǎn)值及上中等煙比例的影響Tab.2 Influence of different fertilization treatments on the yield,income and high quality leaves of flue-cured tobacco

3 討論

土壤微生物是土壤最活躍的組分[15]，參與有機(jī)質(zhì)分解、腐殖質(zhì)合成和生長(zhǎng)活性物釋放等多種生物化學(xué)反應(yīng)[16-18]，它們?cè)跓熖镏械臄?shù)量、分布及代謝特征反映了煙田土壤肥力狀況，對(duì)煙草生長(zhǎng)發(fā)育起重要作用[19]。本試驗(yàn)通過(guò)對(duì)新整理黃壤煙田土壤古菌群落多樣性進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)新整理煙田古菌種類豐富的施肥處理對(duì)應(yīng)的烤煙產(chǎn)量、產(chǎn)值與上中等煙比例顯著增加。這可能是因?yàn)楣啪陨砘蚱浠顒?dòng)代謝產(chǎn)物能促使土壤養(yǎng)分的有效轉(zhuǎn)化，提高煙田土壤肥力，進(jìn)而促進(jìn)烤煙生長(zhǎng)發(fā)育。研究表明，在嫌氣條件下的土壤中廣古菌數(shù)量通常較高[20]，烤煙生長(zhǎng)初期由于地膜覆蓋形成厭氧微環(huán)境，此時(shí)可能主要依賴厭氧菌分解有機(jī)物質(zhì)，釋放有效養(yǎng)分供煙草利用；也有研究證實(shí)，農(nóng)田土壤中古菌氨單加氧酶基因（amoA）約為細(xì)菌amoA基因數(shù)量的幾十到上千倍，古菌可能是土壤生態(tài)系統(tǒng)中最豐富的氨氧化微生物[21]。烤煙是喜硝氮作物，但硝態(tài)氮不易被土壤膠體固定，施用量高容易造成氮肥流失浪費(fèi)，所以生產(chǎn)上一般施用較低比例的硝態(tài)氮，而氨氧化古菌可將部分銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，可為煙草源源不斷提供一定比例的硝態(tài)氮，適宜的銨硝比例有利于增加烤煙多酚類物質(zhì)含量與酶活性[22]，提高煙葉化學(xué)成分協(xié)調(diào)性與烤煙產(chǎn)質(zhì)量[23]。

土壤微生物的生長(zhǎng)需要適宜的碳氮比條件。微生物對(duì)有機(jī)物質(zhì)正常分解作用所需求的碳氮比為25∶1，而新整理后煙田土壤碳氮比僅為13.7∶1。一定條件下，施用有機(jī)肥可以提升微生物對(duì)碳源的利用效率，顯著增加微生物多樣性[24]。本實(shí)驗(yàn)連續(xù)3年施肥處理后煙田土壤肥力得到提升，碳氮比增加到16.5：1，土壤古菌群落多樣性提高，菌屬種類增加7～13個(gè)，76.5%的菌屬相對(duì)豐度高于傳統(tǒng)施肥處理。導(dǎo)致這種差異的機(jī)制可能為：一方面，生物有機(jī)肥含有30% ～ 50%腐熟餅肥與50% ～ 70%高溫腐熟的有機(jī)堆肥混合物，有機(jī)碳含量高達(dá)265.4 g/kg，施入土壤后，給古菌提供更多的能源物質(zhì)，從而促進(jìn)煙田土壤古菌生長(zhǎng)與繁殖[25]；另一方面，生物有機(jī)肥含有解磷、解鉀和固氮細(xì)菌等大量的外源菌株，這些菌株隨著有機(jī)肥進(jìn)入土壤后，通過(guò)其代謝活動(dòng)增加土壤有效養(yǎng)分。另外煙株通過(guò)光合作用同化的碳輸入土壤生態(tài)系統(tǒng)，也刺激了土壤微生物（包括古菌）的生長(zhǎng)，從而煙田土壤古菌群落多樣性提高。Yevdokimov等[26]研究表明，作物根際沉積碳（光合碳）主要轉(zhuǎn)化為微生物量碳，從而顯著促進(jìn)了微生物繁殖生長(zhǎng)。煙株同化碳在地上部-根際-土壤系統(tǒng)中的分配及對(duì)土壤微生物（特別是古菌）的刺激調(diào)節(jié)機(jī)制還需深入研究。

古菌在土壤中的分布與土壤養(yǎng)分狀況緊密相關(guān)[27]，磷是組成古菌遺傳物質(zhì)的主要成分，而整理后的黃壤煙田土壤有效磷含量下降[28]。本研究顯示，營(yíng)養(yǎng)土中添加磷肥處理（T2）比未添加磷肥處理（T1）的煙田土壤古菌多出6個(gè)菌屬，58.8%的菌屬相對(duì)豐度增高。首先，這是因?yàn)榱资枪啪L(zhǎng)繁殖的必需營(yíng)養(yǎng)元素，施肥補(bǔ)充了新整理煙田中缺失的磷素；其次，磷也是煙草生長(zhǎng)發(fā)育必需的營(yíng)養(yǎng)元素，施用磷肥促進(jìn)煙草生長(zhǎng)[29]，煙株根系分泌物促進(jìn)了根際微生物的繁衍，而豐富的微生物又進(jìn)而促進(jìn)土壤有機(jī)物質(zhì)的礦化與有效養(yǎng)分的轉(zhuǎn)換，從而為土壤古菌生長(zhǎng)創(chuàng)造一個(gè)良好的微生物—土壤—植物環(huán)境[30]。

4 結(jié)論

新整理黃壤煙田土壤古菌群落主要由奇古菌門、廣古菌門和未分類古菌門這三個(gè)菌門組成，其中奇古菌門的古菌數(shù)量較多。連續(xù)3年生物有機(jī)肥配合根際營(yíng)養(yǎng)土施用后，煙田土壤古菌菌屬種類增加，菌屬相對(duì)豐度與古菌群落多樣性提高，各菌門古菌在土壤中分布更加均勻，生物有機(jī)肥與磷肥配施更有利于煙田土壤古菌的生長(zhǎng)繁殖。隨著新整理黃壤煙田土壤古菌群落結(jié)構(gòu)的改善，煙葉的產(chǎn)值與上中等煙比例顯著增加，烤煙經(jīng)濟(jì)效益提高。

[1] Woese C R, Fox G E. Phylogenetic structure of the prokaryotic domain the primary kingdoms[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 1977, 74(11): 5088-5090．

[2] Simon H M, Dodsworth J A, Goodman R M. Crenarchaeota colonize terrestrial plant roots[J]. Environmental Microbiology, 2001, 3(2): 495-505.

[3] Kemnitz D, Kolb S, Conrad R. High abundance of Crenarchaeota in a temperate acidic forest soil[J].Microbiology Ecology, 2007, 60(3): 442-448.

[4] Cat?o E, Castro A, Barreto C C, et al. Diversity of Archaea in Brazilian savanna soils[J]. Archives of Microbiology,2013, 195(7): 507-512.

[5] 賀紀(jì)正, 沈菊培, 張麗梅. 土壤中溫泉古菌研究進(jìn)展[J].生態(tài)學(xué)報(bào), 2009, 29(9): 5047-5055.HE Jizheng, SHEN Jupei, ZHANG Limei. Advance in the research of soil non-thermophilic Crenarchaeot[J]. Acta Ecologica Sinica, 2009, 29(9): 5047-5055.

[6] Berg I A, Kockelkorn D, Buckel W, et al. A 3-hydroxypropionate/ 4-Hydroxybutyrate autotrophic carbon dioxide assimilation pathway in Archaea[J]. Science,2007, 318(5857):1782-1786.

[7] 劉晶靜, 吳偉祥, 丁穎, 等. 氨氧化古菌及其在氮循環(huán)中的重要作用[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2010, 21(8): 2154-2160.LIU Jingjing, WU Weixiang, DING Ying, et al. Ammoniaoxidizing archaea and their important roles in nitrogen biogeochemical cycling : A review[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2010, 21(8): 2154-2160.

[8] DING Kun, WEN Xianghua, CHEN Liang, et al.Abundance and distribution of ammonia-oxidizing archaea inTibetan and Yunnan plateau agricultural soils of China[J].Frontiers of Environmental Science and Engineering, 2014,8(5): 693-702.

[9] Adair K L, Schwartz E. Evidence that Ammonia-Oxidizing Archaea are More Abundant than Ammonia-Oxidizing Bacteria in Semiarid Soils of Northern Arizona, USA [J].Microbial Ecology, 2008, 56: 420-426.

[10] 張夢(mèng), 梁永江, 張長(zhǎng)華, 等. 不同氮源對(duì)烤煙漂浮育苗氮素利用及煙苗生長(zhǎng)的影響[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào),2012, 18(1): 139-145.ZHANG Meng, LIANG Yongjiang, ZHANG Changhua,et al. Effects of nitrogen sources on nitrogen utilization and growth of flue- cured tobacco in the floating- seeding system[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2012,18(1): 139-145.

[11] 蒲元瀛, 張光輝, 仝景川, 等. 恩施州基本煙田土地整理建設(shè)模式研究與實(shí)踐[J]. 中國(guó)煙草科學(xué), 2012, 33(6):1-6.PU Yuanying, ZHANG Guanghui, TONG Jinchuan, et al.Study and practice of land consolidation for fundamental tobacco fields in Enshi[J]. Chinese Tobacco Science, 2012,33(6): 1-6.

[12] 李姣, 劉國(guó)順, 高琴, 等. 不同生物有機(jī)肥與煙草專用復(fù)合肥配施對(duì)烤煙根際土壤微生物及土壤酶活性的影響[J]. 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2013, 47(2): 132-137.LI Jiao, LIU Guoshun, GAO Qin, et al. Effect of application of different bio-organic fertilizer with tobacco specific chemical fertilizer on the amount of microbe and enzyme activities in the rhizosphere soil of flue-cured tobacco[J].Journal of Henan Agricultural University, 2013, 47(2): 132-137.

[13] 滕桂香, 邱慧珍, 張春紅, 等. 微生物有機(jī)肥對(duì)烤煙育苗、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[J]. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2011, 19(6):1255-1260.TENG Guixiang, QIU Huizhen, ZHANG Chunhong, et al.Effect of microbial organic fertilizer on seedling growth,yield and quality of flue-cured tobacco[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2011, 19(6): 1255-1260.

[14] 陳丹梅, 陳曉明, 梁永江, 等. 輪作對(duì)土壤養(yǎng)分、微生物活性及細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響[J]. 草業(yè)學(xué)報(bào), 2015, 24(12):56-65.CHEN Danmei, CHEN Xiaoming, LIANG Yongjiang, et al. Influence of crop rotation on soil nutrients, microbial activities and bacterial community structures[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2015, 24(12): 56-65.

[15] DENG Qi, CHENG Xiaoli, HUI Dafeng, et al. Soil microbial community and its interaction with soil carbon and nitrogen dynamics following afforestation in central China[J], Science of the Total Environment, 2016, 541:230-237.

[16] GUO Xiaoping, CHEN Han Y H, MENG Miaojing, et al. Effects of land use change on the composition of soil microbial communities in a managed subtropical forest[J].Forest Ecology and Management, 2016, 373: 93-99.

[17] Nielsen U N, Ayres E, Wall D H, et al. Soil biodiversity and carbon cycling: a review and synthesis of studies examining diversity-function relationships[J]. European Journal of Soil Science, 2011, 62(1): 105-116.

[18] Cosentino D, Chenu C, Le B Y. Aggregate stability and microbial community dynamics under drying-wetting cycles in a silt loam soil[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2006,38(8): 2053-2062.

[19] 雷麗萍, 郭榮君, 繆作清, 等. 微生物在煙草生產(chǎn)中應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 中國(guó)煙草學(xué)報(bào), 2006, 12(4): 47-51.LEI Liping, GUO Rongjun, MIAO Zuo qing, et al. Progress of microbes application research in tobacco production[J].Acta Tabacaria Sinica, 2006, 12(4): 47-51.

[20] Timonen S, Bomberg M. Archaea in dry soil environments[J]. Phytochemistry Reviews, 2009, 8(3): 505-518.

[21] Leininger S, Urich T, Schloter M, et al. Archaea predominate among ammonia-oxidizing prokaryotes in soils[J]. Nature, 2006, 442(17): 806-809.

[22] 孟祥東, 趙銘欽, 李元實(shí), 等. 不同氮素形態(tài)及比例對(duì)烤煙多酚及相關(guān)酶活性動(dòng)態(tài)的影響[J]. 江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2010, 32(1): 25-30.MENG Xiangdong, ZHAO Mingqin, LI Yuanshi, et al.Effects of different NO3-N/ NH4+-N ratios on polyphenols and related enzyme activity of flue-cured tobacco leaves[J].Acta Agriculturae Universitatis Jiangxiensis, 2010, 32(1):25-30.

[23] 謝晉, 嚴(yán)瑪麗, 陳建軍, 等. 不同銨態(tài)氮硝態(tài)氮配比對(duì)烤煙產(chǎn)量、質(zhì)量及其主要化學(xué)成分的影響[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2014, 20(4): 1030-1037.XIE Jin, YAN Mali, CHEN Jianjun, et al. Effect of nitrogen forms on yield, quality and main chemical components of flue- cured tobacco[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2014, 20(4): 1030-1037.

[24] 王利利, 董民, 張璐, 等. 不同碳氮比有機(jī)肥對(duì)有機(jī)農(nóng)業(yè)土壤微生物生物量的影響[J]. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2013,21(9): 1073-1077.WANG Lili, DONG Min, ZHANG Lu, et al. Effects of organic manures with different carbon-to-nitrogen ratios on soil microbial biomass of organic agriculture[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2013, 21(9): 1073-1077.

[25] 張?jiān)苽? 徐智, 湯利, 等. 不同有機(jī)肥對(duì)烤煙根際土壤微生物的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2013, 24(9): 2551-2556.ZHANG Yunwei, XU Zhi, TANG Li, et al. Effects of different organic fertilizers on the microbes in rhizospheric soil of flue- cured tobacco[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2013, 24(9): 2551-2556.

[26] Yevdokimov I, Ruser R, Buegger F, et al. Microbial immobilisation of13C rhizodeposits in rhizosphere and root-free soil under continuous13C labelling of oat[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2006, 38(6): 1202-1211.

[27] 沈菊培, 張麗梅, 賀紀(jì)正. 幾種農(nóng)田土壤中古菌、泉古菌和細(xì)菌的數(shù)量分布特征[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2011,22(11): 2996-3002.SHEN Jupei, ZHANG Limei, HE Jizheng. Abundance of archaea, crenarchaea and bacteria in selected agricultural soils of China[J]. Chinese Journal of Applied Ecology,2011, 22(11): 2996-3002.

[28] 許安定, 周鑫斌, 蘇婷婷, 等. 土地整理對(duì)煙田土壤理化及生物學(xué)性狀的影響[J]. 西南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2016, 38(3): 156-164.XU Anding, ZHOU Xinbin, SU Tingting, et al. Effects of land consolidation on soil physical, chemical and biological properties on hilly land[J]. Journal of Southwest University(Natural Science Edition), 2016, 38(3): 156-164.

[29] 賈志紅, 易建華, 符建國(guó), 等. 磷肥處理對(duì)烤煙生長(zhǎng)生理及根系構(gòu)型的影響[J]. 土壤, 2011, 43(3): 388-391.JIA Zhihong, YI Jianhua, FU Jianguo, et al. Effects of phosphorus treatment on flue-cured tobacco growth physiological characteristics and root configuration[J].Soils, 2011, 43(3): 388-391.

[30] Satyavir S S, Manisha P, Sita R C, et al. Phosphorus Cycling: Prospects of Using Rhizosphere Microorganisms for Improving Phosphorus Nutrition of Plants[J].Geomicrobiology and Biogeochemistry, 2013, 39: 199-237.

Effects of applying biological organic manure on archaea community in newly consolidated tobacco field

SU Tingting1, XU Chen2, ZHOU Xinbin1,2, XIE Deti1
1 College of Resource and Environment, Southwest University, Chongqing 400716, China；2 Chongqing Institute of Tobacco Science, Chongqing 400716, China

Suitable soil microbial environment is essential for high-quality tobacco, and archaea community plays a very important role in carbon and nitrogen cycling of soil ecosystem. A field experiment was conducted to study the effects of applying biological organic manure with phosphorus fertilizer on tobacco quality in newly consolidated tobacco field and archaea community structure in three consecutive years. Results showed that archaea community of newly consolidated tobacco-planting field was composed of Thaumarchaeota,Euryarchaeota and Archaea_unclassified. Application of biological organic manure in three consecutive years increased the number of archaea species by seven to thirteen, and relative abundances of 76.5% archaea genera were higher than those of traditional fertilizer treatment alone. Application of bio-organic fertilizer led to more evenly distributed bacterium, which was conducive to stabilize soil microbe ecosystem, and application of biological organic manure with phosphorus fertilizer yielded better results. The improvement of archaea community structure in tobacco fields significantly increased yield, output value and percentage of high and middle grade tobacco by 3.0%, 3.7% and 8.5%, so that the economic efficiency of flue-cured tobacco was significantly improved. For newly consolidated tobacco-planting field, application of biological organic manure and rhizosphere nutrient soil can be used to improve soil quality and hence diversity of soil archaea community.

newly consolidated tobacco field; biological organic fertilizer; phosphate; archaea

蘇婷婷，徐宸，周鑫斌，等. 生物有機(jī)肥對(duì)新整理煙田古菌群落組成的影響[J]. 中國(guó)煙草學(xué)報(bào)，2016,22（6）

中國(guó)煙草總公司重點(diǎn)項(xiàng)目“山地?zé)熖锓诸愔卫砼c降酸提質(zhì)關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”（110201502015）；中國(guó)煙草總公司重慶市公司重點(diǎn)項(xiàng)目“新整理煙田快速培肥及土壤微生態(tài)恢復(fù)與重建研究與示范”（NY20130501070004）

蘇婷婷（1991—），研究生，主要從事煙草栽培生理研究，Tel：023-68251249，Email：1553738701@qq.com

周鑫斌（1978—），Tel：023-68251249，Email：zxbissas@swu.edu.cn

2016-04-05

：SU Tingting, XU Chen, ZHOU Xinbin, et al. Effects of applying biological organic manure on archaea community in newly consolidated tobacco field [J]. Acta Tabacaria Sinica, 2016, 22(6)