種植模式對土壤酶活性與烤煙光合特性的影響

張迪，李冬，李俊營，曾三軍，徐放達，馬文輝，谷潔潔

(1.河南省煙草公司平頂山市公司，河南 平頂山 467000；2.貴州省煙草公司黔東南州公司，貴州 凱里 556000;3.河南科技大學 食品與生物工程學院，河南 洛陽 471000)

生產優質煙葉的一個重要條件就是有高質量的土壤。然而由于土地資源的制約，我國大部分煙田長年連作，導致產生土壤結構不良、理化性質惡化、養分失調、病原物增多等一系列問題，嚴重阻礙了煙葉產量和質量的提高[1-3]。烤煙合理輪作能夠有助于提高土壤養分狀況，改善煙葉質量[4]。因此，選擇科學的種植模式，對減輕連作障礙、保持土地肥力、提高煙葉的產量跟質量和保障農業生產可持續發展具有至關重要的意義。前人研究表明，煙麥套種能顯著增加復種系數，充分利用土地、光、溫、水等資源，且能增強煙株抗病能力，有效減輕煙草花葉病的發病率[5-6]。陳丹梅等[7]研究發現，烤煙與多種作物輪作時，輪作土壤中的過氧化物酶、過氧化氫酶、脲酶和轉化酶活性及土壤pH均高于連作土壤。時安東等[8]研究表明，烤煙間作紅薯可保持土壤營養環境和微生物群落組成有較合理的含量和比例，可降低作物根系分泌物對烤煙生長的抑制作用，更有利于烤煙生長。付利波等[9]研究表明，煙田套作可以調控烤煙生長后期的土壤養分供應狀況，提高烤后煙葉的產量和品質。本研究結合當地生產實際，選取了3種具有代表性的種植模式，研究不同種植模式對煙株光合特性和土壤酶活性的影響，以期為平頂山煙區選擇適宜烤煙種植模式，為當地土壤生態環境健康可持續發展提供科學的理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗在平頂山市郟縣李口鄉王辛莊進行。供試土壤有機質含量14.30 g·kg-1，全磷含量0.27 g·kg-1，全氮含量0.79 g·kg-1，全鉀含量19.81 g·kg-1；速效氮含量55.22 mg·kg-1，速效磷含量5.43 mg·kg-1，速效鉀含量178.35 mg·kg-1，pH 7.8。供試煙草品種為中煙100，由平頂山市煙草公司煙葉育苗基地提供。

1.2 處理設計

試驗共設3個處理：煙麥套種；煙薯套種；以煙草連作為對照(CK)。小區面積180 m2(15 m×12 m)，隨機區組排列，重復3次。煙苗于5月15日移栽，行距120 cm，株距50 cm。所用肥料為煙草專用肥、硫酸鉀、硝酸鉀和尿素，其中煙草專用肥和硝酸鉀全部基施，硫酸鉀和尿素70%基施，15%窩施，15%于移栽后30 d追施。50%的煙株中心花開放后打頂。其他田間管理措施均統一按當地優質煙葉生產標準執行。

1.3 測定項目與方法

土壤酶活性測定。于移栽后30、60和90 d用土鉆采集煙株根際0～20 cm土壤，充分混勻帶回實驗室，土樣風干粉碎過0.42 mm孔徑篩網，用于土壤脲酶、蔗糖酶和過氧化氫酶活性的測定。土壤脲酶活性采用比色法測定，蔗糖酶活性采用3,5-二硝基水楊酸比色法測定，過氧化氫酶活性采用紫外分光光度法測定[10]。

烤煙光合特性測定。于移栽后90 d上午9:00—11:00，選擇各小區長勢一致且具有代表性的煙株10 株，采用美國LI-COR公司生產的Li-6400型便攜式光合系統分析儀，測定標記葉片的凈光合速率、胞間二氧化碳濃度、氣孔導度和蒸騰速率。

1.4 數據處理

采用Microsoft Excel 2016進行數據處理和分析，采用SPSS 22.0軟件進行方差分析，并運用Duncan’s 法進行差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 對土壤脲酶活性的影響

表1 不同種植模式對植煙土壤脲酶活性的影響

2.2 對土壤蔗糖酶活性的影響

土壤蔗糖酶能夠將蔗糖水解成供煙株和土壤微生物吸收利用的葡萄糖和果糖，為土壤生物體提供能源，改善土壤碳營養狀況，其活性高低可以反映土壤中碳的轉化和呼吸強度[12-14]。由表2可知，隨著烤煙種植時間的增加，不同種植模式下土壤蔗糖酶活性均表現出先升高后降低的趨勢。在移栽30、60和90 d后，不同處理土壤蔗糖酶活性均表現煙薯套種>煙麥套種>對照，且不同處理間差異均達顯著水平。

表2 不同種植模式對植煙土壤蔗糖酶活性的影響

2.3 對土壤過氧化氫活性的影響

土壤過氧化氫酶能夠促進H2O2分解為分子氧和水，控制過氧化氫在土壤中過量積累而對煙株產生毒害，為煙株生長提供良好的土壤環境[12]。由表3可知，隨著烤煙種植時間的增加，不同種植模式下土壤過氧化氫酶活性均表現出先升高后降低的趨勢。與對照相比，在移栽30 d后，煙薯套種顯著提高土壤過氧化氫酶活性，煙麥套種和對照間差異未達顯著水平。在移栽60和90 d后，不同處理土壤過氧化氫酶活性表現為煙薯套種>煙麥套種>對照，且不同處理間差異均達顯著水平。

表3 不同種植模式對植煙土壤過氧化氫活性的影響

2.4 對煙葉光合特性的影響

烤煙是葉用經濟作物，其葉片的光合性能直接影響到烤煙葉片的產量和質量[15-16]。由表4可知，與對照相比，煙麥套種和煙薯套種煙葉凈光合速率分別增強了14.7%和26.6%，蒸騰速率分別增加了31.6%和58.6%，胞間二氧化碳濃度分別降低了11.9%和14.4%，氣孔導度分別增加了38.1%和71.4%，且不同處理間差異均達顯著水平。說明合理套種能顯著增強煙葉光合性能，且以煙薯套種模式效果最佳。

表4 不同種植模式對煙葉光合特性的影響

3 小結與討論

土壤酶是具有催化活性的蛋白質，在參與土壤碳、氮循環過程中發揮著重要作用，能夠調節土壤有機質的分解，其活性的高低直接反映土壤內物質代謝的旺盛程度，是評價土壤質量的重要指標之一[17-19]。于寧等[20]研究發現，連作烤煙土壤中的脲酶、蔗糖酶、過氧化氫酶、中性磷酸酶活性均有不同程度的降低。本研究結果表明，與煙草連作相比，煙麥套種和煙薯套種均能顯著提高植煙區土壤脲酶、蔗糖酶和過氧化氫酶活性，均衡土壤養分供應，改善植煙土壤微生態環境，促進煙株根系和地上部生長發育，且以煙薯套種作用最好。賈健等[21]研究發現，烤煙連作嚴重破壞了土壤酶體系的平衡，相較于烤煙連作，烤煙套種有利于煙葉生長，提高并且均衡土壤酶活性，其中甘薯是較好的烤煙套種作物。這與本研究結果基本一致，可能是由于煙薯套種能豐富植物多樣性，為土壤提供更多的有機體，利于微生物的活動和繁殖，且在甘薯收獲時深刨的過程中，土壤的理化性質又能得到了進一步的改善。

煙草干物質的90%以上來自于葉片的光合作用，光合作用是煙草產量和品質形成的基礎，研究煙株光合特性是分析環境因素影響煙株生長發育和代謝的重要途徑[22-24]。凈光合速率是反應葉片光合性能高低及衰老程度的重要指標，蒸騰速率和氣孔導度和胞間二氧化碳濃度也是光合作用和蒸騰作用的重要參數[25-26]。本研究結果表明，與煙草連作相比，煙麥套種和煙薯套種均能顯著提高煙葉凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導度，顯著降低胞間二氧化碳濃度，且以煙薯套種效果最佳。表明合理套種能夠增強葉片中葉肉細胞對二氧化碳和光的吸收利用能力，增加光合產物和碳水化合物含量，從而提高干物質累積量和煙葉產質量。

試驗結果表明，煙麥套種與煙薯套種均能打破連作障礙，提高植煙區土壤酶活性，改善煙株生長的土壤微生態環境，均衡土壤養分供應，促進煙株根系和地上部穩健生長，提高煙葉光合能力，改善煙葉質量，又以煙薯套種模式效應最佳。在實際生產中，煙薯套種能夠充分利用土壤肥力，增強光合能力，提高復種指數和單位土地面積的生產效益。