不同栽培模式對植煙土壤微生物與酶活性的影響

向必坤 譚軍 上官力 趙秀云 施河麗 羅芳

摘要：研究不同栽培模式對植煙土壤微生物與土壤酶的影響。結(jié)果表明，與化肥相比，施用有機肥促進(jìn)了植煙土壤細(xì)菌的繁殖，抑制真菌生長和繁殖，促進(jìn)了旺長期放線菌的生長及后期氨化細(xì)菌的繁殖。成熟期60%化肥基肥+10%有機肥基肥+30%化肥追肥（模式二）硝化細(xì)菌明顯增長，較70%化肥基肥+30%化肥追肥（模式一）增加141.4%。施用有機肥使土壤脲酶活性穩(wěn)定并維持較高水平，各時期磷酸酶活性均高于模式一。有機肥明顯提高土壤蔗糖酶活性，栽后60 d較模式一增加375%。有機肥顯著提高土壤過氧化氫酶活性。模式二土壤總酶活性穩(wěn)定，各時期總酶活性均高于模式一，平均酶活性提高41.9%。表明有機肥有利于土壤有益菌群的繁殖，增強酶活性，促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和吸收。

關(guān)鍵詞：栽培模式；有機肥；煙草；土壤微生物；土壤酶

中圖分類號：S154.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：0439-8114（2018）16-0042-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.16.010 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Effects of Different Cultivation Patterns on Microorganisms

and Enzyme in Tobacco Soil

XIANG Bi-kun1，TAN Jun1，SHANG Guan-Li2，ZHAO Xiu-yun3，SHI He-Li1，LUO Fang1

（1.Enshi Tobacco Company of Hubei Province，Enshi 445000，Hubei，China；

2.Tobacco Research Institute of Lichuan in Hubei Province，Lichuan 445400，Hubei，China）

Abstract： The effects of different cultivation patterns on microorganisms and enzyme in tobacco soil was studied. The results showed that compared with chemical fertilizer， organic fertilizer could improve reproduction of bacteria in tobacco soil， and inhibit growth and reproduction of fungi， improve growth of actinomycetes during fast growing period， and improve reproduction of ammonifying bacteria. At maturation period nitrifying bacteria in 60% fertilizer base fertilizer+10% organic fertilizer base fertilizer+30% fertilizer top fertilizer（second pattern） obviously increased and increased percentage of 141.4% than 70% fertilizer base fertilizer+30% fertilizer top fertilizer（first pattern）. Organic fertilizer could stabilize activity of urease and keep high activity， activity of acid phosphatase was higher than first pattern during every period. Organic fertilizer obviously improved activity of invertase， increased percentage of 375% than first pattern at 60 days after transplant. Organic fertilizer could obviously improved activity of soil hydrogen peroxidase. Total enzyme activity of second pattern was stable and higher than first pattern during every growth period， average enzyme activity increased percentage of 41.9% than first pattern. This proved that organic fertilizer was good at reproduction of soil beneficial microorganism， increased enzyme activity， and improved conversion and absorption of nutrients.

Key words： cultivation pattern； organic fertilizer； tobacco； soil microorganisms； soil enzyme activity

煙草是中國重要的經(jīng)濟作物之一，適宜的植煙土壤是優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)的關(guān)鍵[1]。土壤中的微生物和酶是土壤生態(tài)系統(tǒng)中最活躍的組分，推動著土壤有機質(zhì)的礦化分解和養(yǎng)分的循環(huán)與轉(zhuǎn)化[2]，反映了土壤生化反應(yīng)進(jìn)程，是體現(xiàn)土壤肥力與生產(chǎn)力的重要指標(biāo)。目前烤煙生產(chǎn)中，由于過于追求經(jīng)濟利益，煙農(nóng)在生產(chǎn)中大量施用化肥，長期連作，缺乏有效的培肥措施[3]，竭澤而漁式生產(chǎn)，導(dǎo)致煙田土壤板結(jié)，肥力下降，營養(yǎng)元素不均衡，利用率下降，對煙草產(chǎn)量和煙葉質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重影響，植煙土壤退化問題嚴(yán)重制約了國內(nèi)煙草的可持續(xù)性發(fā)展[4]。為改善植煙土壤環(huán)境，培育優(yōu)質(zhì)煙田，煙草科技工作者進(jìn)行了大量長期的相關(guān)研究。研究結(jié)果表明通過配施有機肥能有效改善植煙土壤微生態(tài)環(huán)境[5]，活化土壤養(yǎng)分并促進(jìn)其轉(zhuǎn)化，改善植株根際營養(yǎng)[6]，提高土壤有機質(zhì)含量[7]，對煙草植株生產(chǎn)、煙葉產(chǎn)量質(zhì)量提高具有重要意義。本試驗研究配施有機肥的植煙土壤中煙草不同生育時期微生物數(shù)量與酶活性變化，研究有機肥營養(yǎng)釋放規(guī)律與植煙土壤培肥改良作用機制，指導(dǎo)煙農(nóng)合理施肥，為湖北省特色優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點及土壤氣候條件

試驗點設(shè)在湖北省利川市柏楊壩鎮(zhèn)八臺村，地理位置為北緯30°31′12″，東經(jīng)108°57′2″，海拔1 073.6 m，該地屬于二高山地帶，春遲秋早，潮濕多雨，日照偏低，年平均氣溫12.3 ℃，無霜期232 d，年降水量1 200～1 400 mm，日照時數(shù)1 298.9 h。土壤類型為黃棕壤，質(zhì)地疏松，通透性好，肥力中等，均衡一致，地勢較為平坦，前茬作物為玉米。

1.2 試驗設(shè)計

煙草品種為云煙87，共設(shè)兩種栽培模式。模式一，70%化肥基肥+30%化肥追肥；模式二，60%化肥基肥+10%有機肥基肥+30%化肥追肥。試驗地設(shè)置取樣區(qū)，取樣區(qū)不計產(chǎn)計質(zhì)。

試驗為大區(qū)試驗，每個處理0.067 hm2，通過施用化肥或有機肥，研究不同栽培模式對煙草土壤微生物數(shù)量及土壤酶活性的影響?；蕿闊煵輰Ｓ脧?fù)合肥。有機肥為腐熟的煙草秸稈肥，其每千克有效成分為氮0.01 kg、磷0.01 kg、鉀0.02 kg，有機質(zhì)含量56%。栽培模式一的基肥和追肥全部施用化肥。栽培模式二，有機肥作為基肥與化肥按照一定比例施用，追肥施用化肥。各模式中總氮施用量均為97.5 kg/hm2，氮∶磷∶鉀施用比例為1∶1.5∶2.5?；试谄饓徘叭織l施，追肥于移栽后30 d在距植株10 cm處穴施，穴深10～15 cm。

1.3 方法

分別在移栽后30、60、90 d和采收完畢采集土壤，按照5點取樣法采集烤煙根系周圍0～20 cm耕層土樣，在煙田的5個不同地點分別采集0.5 kg土壤，將5份土樣混勻。新鮮土樣在低溫情況下保存，測定土壤轉(zhuǎn)化酶活性、過氧化氫酶活性、脲酶活性、磷酸酶活性，并測定土壤中細(xì)菌、真菌、放線菌、硝化細(xì)菌和氨化細(xì)菌的數(shù)量。5種土壤微生物采用室內(nèi)恒溫培養(yǎng)、計數(shù)的方法[8，9]。細(xì)菌采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基，37 ℃培養(yǎng)2～3 d；放線菌采用高氏1號培養(yǎng)基，28 ℃培養(yǎng)7～10 d；真菌采用PDA培養(yǎng)基，28 ℃培養(yǎng)5～7 d；氨化細(xì)菌采用蛋白胨氨化培養(yǎng)基，28 ℃培養(yǎng)5 d；硝化細(xì)菌采用硝化菌培養(yǎng)基[8]，28 ℃培養(yǎng)7 d。

土壤脲酶測定采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法，以100 g土中NH3-N的含量表示；土壤蔗糖酶的測定采用3，5-二硝基水楊酸比色法，以每克土樣（24 h）所產(chǎn)生葡萄糖的質(zhì)量來表示；土壤過氧化氫酶測定采用高錳酸鉀滴定法，以每克土壤（25 ℃，20 min）分解的過氧化氫的毫克數(shù)表示；土壤酸性磷酸酶測定采用磷酸苯二鈉比色法[10]，以每克風(fēng)干土壤中的酚含量來表示。

總體酶活性指標(biāo)：TEI=∑Xi/X，其中，Xi為供試樣品第i種酶活性實測值，X為同種酶活性平均值[11]。采用Excel 2010與SPSS 19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同栽培模式對植煙土壤微生物的影響

2.1.1 不同栽培模式對根際土壤細(xì)菌的影響 由圖1可知，早期，模式一和模式二土壤細(xì)菌數(shù)量較一致，從移栽后60 d開始，模式二土壤細(xì)菌數(shù)量明顯高于模式一。與模式一相比，移栽后60 d，模式二土壤細(xì)菌數(shù)量增加133.3%。模式二土壤細(xì)菌數(shù)量在移栽后60 d達(dá)到最高，然后減少，但仍高于模式一。結(jié)果表明，施用有機肥能促進(jìn)植煙土壤中細(xì)菌的繁殖。細(xì)菌是土壤微生物主體，通過異養(yǎng)代謝，能有效分解土壤中復(fù)雜的有機成分，施用有機肥有利于土壤營養(yǎng)成分的分解代謝。

2.1.2 不同栽培模式對根際土壤真菌的影響 由圖2可知，兩種栽培模式土壤真菌數(shù)量變化趨勢相近，前期、中期土壤真菌數(shù)量逐步下降，采收后真菌數(shù)量明顯增加。在各個時期，模式一土壤真菌數(shù)量均高于模式二。表明施用有機肥有效抑制了土壤真菌的生長和繁殖。采收后，兩種模式土壤真菌數(shù)量急劇上升，可能受當(dāng)?shù)卦摃r期多雨低溫氣候影響，產(chǎn)生孢子，導(dǎo)致真菌數(shù)量明顯增加。土壤真菌數(shù)量下降表征了土壤微生態(tài)環(huán)境的提升和土壤質(zhì)量的改善。表明施用有機肥有利于提高土壤質(zhì)量。

2.1.3 不同栽培模式對根際土壤放線菌的影響 從圖3可以看出，早期，兩種模式土壤放線菌數(shù)量相近。移栽后60 d，模式二放線菌數(shù)量達(dá)到峰值，較模式一放線菌數(shù)量增加84.3%。后期，模式二土壤放線菌呈下降趨勢，低于模式一。表明施用有機肥能促進(jìn)旺長期土壤放線菌的生長繁殖，此時煙株生長旺盛，良好的土壤環(huán)境有利于煙株生長，放線菌可產(chǎn)生各種抗生素類物質(zhì)[12]，增強煙株對土傳病害的拮抗能力。

2.1.4 不同栽培模式對根際土壤氨化細(xì)菌的影響 從圖4可以看出，早期，模式一土壤氨化細(xì)菌數(shù)量較模式二高，此后呈下降趨勢，后期，模式二土壤氨化細(xì)菌數(shù)量開始增加，移栽后90 d及采收后均高于模式一。表明施用有機肥可促進(jìn)后期土壤氨化細(xì)菌的繁殖。氨化細(xì)菌能將土壤中有機氮分解為無機氨，可被煙株吸收利用。結(jié)果表明，在煙草現(xiàn)蕾期后有機肥明顯促進(jìn)土壤氨化作用。

2.1.5 不同栽培模式對根際土壤硝化細(xì)菌的影響 由圖5可知，煙草生長早期和中期，兩種模式土壤硝化細(xì)菌數(shù)量緩慢上升，差異不明顯。在煙草進(jìn)入成熟期后，模式二土壤硝化細(xì)菌數(shù)量明顯上升，較模式一增加了141.4%。張新要等[13]指出餅肥在烤煙后期可促進(jìn)土壤中硝化細(xì)菌數(shù)量的大量增加，與本研究結(jié)果一致。硝化細(xì)菌可將氨轉(zhuǎn)化為煙草容易吸收的硝酸鹽，后期土壤硝化細(xì)菌的增加，有利于土壤氮素的轉(zhuǎn)化和吸收。

2.2 不同栽培模式對土壤酶活性的影響

2.2.1 不同栽培模式對土壤脲酶活性的影響 由圖6可知，模式一土壤中脲酶活性變化較大，移栽后30 d活性最低，此后上升，移栽后90 d酶活性達(dá)到最高。模式二土壤中脲酶活性則較為穩(wěn)定，脲酶活性持續(xù)穩(wěn)定增長，除移栽后90 d外，脲酶活性均高于模式一。脲酶能將酰胺態(tài)有機氮化物水解轉(zhuǎn)化為煙草可直接吸收利用的無機氮化物，其活性反映了土壤中氮素利用狀況。結(jié)果表明，施用有機肥使土壤脲酶活性穩(wěn)定并保持在較高水平，穩(wěn)定有效地分解土壤中有機氮素，促進(jìn)氮素的轉(zhuǎn)化。

2.2.2 不同栽培模式對土壤磷酸酶活性的影響 由圖7可知，在酸性土壤中，酸性磷酸酶能表征土壤磷素代謝情況。試驗田為酸性土壤，因此以酸性磷酸酶表征土壤磷酸酶的活性。模式一土壤磷酸酶活性整體呈下降趨勢。模式二土壤磷酸酶活性則較穩(wěn)定，始終保持在較高水平，各個時期的磷酸酶活性均高于模式一。結(jié)果表明，施用有機肥能提高和穩(wěn)定土壤磷酸酶活性，促進(jìn)無機磷分解，滿足煙草對磷的需求。

2.2.3 不同栽培模式對土壤蔗糖酶活性的影響 由圖8可知，蔗糖酶的活性反映了土壤熟化程度與肥力水平，表征了土壤中碳代謝情況。不同栽培模式下蔗糖酶活性變化趨勢不同，模式一土壤蔗糖酶活性逐漸增加，采收后活性最高。模式二蔗糖酶活性變化波動幅度較大，移栽后60 d活性明顯增加，較模式一增加375%，此后下降，采收后又上升至較高水平。在煙草生長的各個時期，模式二土壤蔗糖酶活性均高于模式一。結(jié)果表明，有機肥明顯提高了土壤蔗糖酶活性，促進(jìn)土壤熟化，提高土壤肥力，為煙株生長和土壤微生物提供了充足的碳源。

2.2.4 不同栽培模式對植煙土壤過氧化氫酶活性的影響 由圖9可知，過氧化氫酶為氧化酶，能解除過氧化氫對生物體的毒害作用，其活性大小與有機質(zhì)的轉(zhuǎn)化關(guān)系密切，在有機質(zhì)氧化和腐殖質(zhì)形成過程中起重要作用[14]。模式一過氧化氫酶早期呈下降趨勢，在移栽后60 d降至最低，此后上升。模式二土壤過氧化氫酶早期、中期呈上升趨勢，移栽后90 d活性最高，末期略微下降。整體上模式二酶活性最高，除采收后外，各個時期均高于模式一。結(jié)果表明，施用有機肥顯著提高了同生育期中土壤過氧化氫酶活性。分析表明，有機肥中富含大量有機質(zhì)，氧化分解產(chǎn)生大量過氧化氫，刺激煙株與土壤微生物產(chǎn)生大量過氧化氫酶以維持土壤健康。

2.2.5 不同栽培模式土壤酶活的總體酶活性 4種酶在土壤中分別催化不同的生化反應(yīng)，從結(jié)果分析，不同栽培模式對4種酶活性的影響各異，故通過分析單一種酶的活性來評價栽培模式對土壤肥力的影響較為片面，不能反映土壤整體酶活性。周禮愷等[15]、李雙霖[16]提出總酶活更能準(zhǔn)確反映土壤肥力情況。4種酶在土壤中作用均是不可替代的，故權(quán)重相同，為更全面準(zhǔn)確評價不同施肥措施對土壤總酶活的影響，許靜[11]提出以土壤總體酶活性指標(biāo)TEI（Total enzymatic activity index）表征土壤酶活性的變化，TEI可定量指示土壤總酶活的大小，研究表明TEI與土壤各營養(yǎng)元素呈顯著正相關(guān)。

兩種栽培模式不同時期土壤總體酶活性見表1。從表1可以看出，不同栽培模式總體酶活性指數(shù)變化趨勢相近，在移栽后30 d最低，然后酶活性逐漸上升。模式二各個時期土壤總體酶活性均高于模式一，平均酶活性較模式一高41.9%。模式二總體酶活性在移栽后60 d最高，明顯高于模式一，較模式一高108.9%。表明施用有機肥可提高煙草生長各個時期的土壤總體酶活性。由表2可知，模式一土壤總體酶活性變異系數(shù)大，酶活性不穩(wěn)定。模式二土壤總體酶活性較穩(wěn)定，表明有機肥能有效提高土壤總體酶的活性和穩(wěn)定性。

3 小結(jié)與討論

不同栽培模式和施肥措施影響土壤中微生物的數(shù)量、種群結(jié)構(gòu)、土壤酶活性[10]。研究結(jié)果表明，施用有機肥后，隨著土壤微生物對有機物的分解，有機肥中營養(yǎng)物質(zhì)逐步釋放，促進(jìn)了土壤細(xì)菌和放線菌的增殖，現(xiàn)蕾期模式二土壤細(xì)菌與放線菌數(shù)量出現(xiàn)峰值。劉添毅等[17]研究發(fā)現(xiàn)隨著有機肥施用量的增大，土壤細(xì)菌數(shù)量顯著上升，土壤真菌數(shù)量下降。有研究表明真菌數(shù)量越多，土壤肥力越差[18]。細(xì)菌與真菌的比值可作為土壤肥力指標(biāo)[19]。本研究表明，施用有機肥能有效改善土壤環(huán)境，促進(jìn)細(xì)菌、放線菌、硝化細(xì)菌、氨化細(xì)菌的增殖，抑制真菌生長。

土壤酶活性表征了土壤的肥力特征及土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化進(jìn)程[20]。有機肥能增加酶的活性，促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化，提高土壤生物活性，增強土壤肥力。有報道表明施用有機肥后，土壤中蔗糖酶、脲酶與磷酸酶活性增強[17]。本研究表明，施用有機肥后，植煙土壤中脲酶、磷酸酶、蔗糖酶、過氧化氫酶活性明顯增強。施用化肥導(dǎo)致土壤總體酶活性下降，而施用有機肥后，土壤總體酶活性明顯升高。表明生產(chǎn)上若全部施用化肥將會導(dǎo)致土壤總體酶活性下降，而增施有機肥則可提高土壤酶活性，改善煙株根際營養(yǎng)狀況。

微生物通過分解代謝促進(jìn)土壤復(fù)雜有機營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化，并產(chǎn)生各種代謝產(chǎn)物與酶。土壤酶能分解促進(jìn)各營養(yǎng)元素轉(zhuǎn)化，促進(jìn)植株根系吸收。有機肥施入后，提供大量營養(yǎng)物質(zhì)作為酶促反應(yīng)基質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì)[21，22]，改善土壤理化性質(zhì)，對土壤中物質(zhì)轉(zhuǎn)化、能量代謝影響顯著[23]?？傮w來看，施用有機肥對植煙土壤微生物數(shù)量與酶活性影響較明顯。有機肥能有效提高土壤有益微生物數(shù)量，抑制真菌繁殖，提高土壤酶活性，有助于改善植煙土壤環(huán)境，提高土壤肥力。

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