不同種類有機肥對植煙土壤生物學特性及烤煙產質量的影響

楊茜　張弘蒙　楊潔　孫曙光　石剛　李志剛　吳勇　楊永霞　王鵬

摘要：為探究有機肥施用對廣元植煙土壤的改良效果，采用大田試驗，以純施化肥為對照，研究了配施菜籽餅肥（T1）、芝麻餅肥（T2）、農家肥（T3）、高碳基肥（T4）對植煙土壤酶活性、可培養微生物數量、根際土壤微生物碳代謝特征及烤煙產質量的影響。結果表明，施用有機肥能夠提高移栽后60 d 土壤酶活性，增加土壤細菌、真菌、放線菌數量，明顯提高煙葉產量、產值，協調化學成分，以 T3農家肥處理提質增產效果最顯著，產量、產值分別增加214.91 kg/hm2、7225.39元/hm2。不同配施處理，以 T1處理菜籽餅肥土壤蔗糖酶活性最高，較對照提高了74.03%，T3處理農家肥對提高土壤脲酶活性作用明顯，較對照提高42.42%；有機肥施用明顯提高土壤真菌和放線菌數量，且 T3處理農家肥顯著增加細菌、真菌、放線菌數量，與對照相比增幅分別為44.50%、100.79%、162.45%；施用有機肥能提高根際土壤微生物碳代謝活性，尤其是 T3處理農家肥AWCD 值、Shannon 指數、Simpson 指數高于其他處理，氨基酸類、羧酸類碳源利用率分別較對照提高49.26%、60.56%。綜上，配施農家肥效果最好。

關鍵詞：烤煙；土壤酶活性；微生物功能多樣性

中圖分類號： S572.01?????????? 文獻標識碼： A?????????? 文章編號：1007-5119（2023）01-0008-07

Effects of Different Organic Fertilizers on Biological Characteristics of Tobacco Growing Soil， Yield and Quality of Flue-cured Tobacco

YANG Xi1， ZHANG Hongmeng2， YANG Jie3， SUN Shuguang2， SHI Gang2，LI Zhigang2， WU Yong2， YANG Yongxia1*， WANG Peng2*

（1. College of Tobacco Science， Henan Agricultural University， National Tobacco Cultivation Physiology and Biochemistry ResearchCenter， Key Laboratory of Tobacco Cultivation in the Tobacco Industry， Zhengzhou 450002， China;2. Wuhan Cigarette Factory ofHubei China Tobacco Industry Co.， Ltd.， Wuhan 430000， China;3. Jiange Branch of Guangyuan City Company of Sichuan TobaccoCompany， Guangyuan， Sichuan 628000， China）

Abstract： In order to explore the effect of organic fertilizers on soil improvement in Guangyuan， field experiments were carried out， with pure chemical fertilizer as a control， to study the effects of rapeseed cake fertilizer（T1）， sesame cake fertilizer（T2）， farmyard manure（T3）， high carbon base fertilizer（T4） on soil enzyme activities， number of culture able microorganisms， carbon metabolism capacity of rhizosphere soil microorganisms，? yield and quality of flue-cured tobacco. The results showed that the application of organic? fertilizers? enhanced? soil? enzyme? activities 60 days? after? transplanting，? increased? the? number? of soil? bacteria，? fungi， actinomycetes， and? significantly promoted yield and output value of tobacco leaves， also coordinated chemical composition of tobacco leaves. The effect of improving quality and increasing yield by applying farmyard fertilizer was the most remarkable， and the yield and output value per hectare were increased by 214.91 kg and 7225.39 yuan. With different combined application treatments， the combined application of rapeseed cake fertilizer had the greatest increase in soil sucrase activity by 74.03%， and the combination of farmyard manure had the most obvious effect on soil urease activity， which was 42.42% higher than pure chemical fertilizer. The application of organic fertilizer significantly increased the number of soil fungi and actinomycetes， and the number of bacteria， fungi and actinomycetes was significantly increased by farmyard manure， which was 44.50%， 100.79% and 162.45% higher than pure chemical? fertilizer. Besides this， application of organic fertilizer improved the carbon metabolism activities of rhizosphere soil microorganisms， especially the AWCD value， Shannon index and Simpson index of farmyard manure treatment were higher than that of the other treatments， and the utilization rates of amino acids and carboxylic acids carbon sources were significantly increased by 49.26% and 60.56% compared with the control， respectively. To sum up， the effect of applying farmyard manure is the best.???? Keywords： flue-cured tobacco; soil enzyme activity; microbial functional diversity

廣元煙區位于川北地區，是四川省的五大煙區之一，生產的煙葉以醇甜香型風格特征聞名[1-2]。川北煙區植煙土壤有機質含量及肥力水平偏低，隨烤煙種植年限的延長，土壤耕層退化、養分失衡、板結、酸化加劇，違背優質煙葉可持續生產的要求[3-4]。有機肥本身含有部分酶和有益菌群，與無機肥配施后為微生物提供大量有機營養，促進烤煙根系發育，能加速微生物代謝、活化，提高碳代謝活性，是改良土壤微生態環境、培肥地力的有效手段[5-7]。農傳江等[8]研究發現，化肥配施精制有機肥和生物有機肥有利于文山州植煙土壤有機碳的積累，改善土壤肥力，以配施生物有機肥效果最好。朱夢遙等[9]研究表明，施用商用有機肥、農家肥、綠肥均能不同程度提高湖北省恩施州旺長期植煙土壤微生物碳代謝能力，以商品有機肥提升效果最為顯著。聶慶凱等[10]研究發現高碳基肥和炒芝麻配施能顯著優化周口煙區農田土壤微生態環境，提高植煙土壤微生物碳源利用能力。因此，有機肥施用效果受當地氣候、土壤類型、栽培措施和有機肥種類等影響。應因地制宜，研究適合當地植煙土壤保育的肥料類型。近年來，有關廣元煙區施用有機肥的影響研究多集中在土壤養分狀況與烤煙產質量等方面，但對廣元煙區植煙土壤生物學特性的研究少有涉及。因此，本試驗針對廣元市煙區植煙土壤現狀，通過對比試驗整體評價施用不同種類有機肥對土壤微生物數量、酶活性、微生物群落碳源利用能力及烤煙產質量的影響，為當地優化施肥措施提供理論依據。

1材料與方法

1.1試驗地概況

2021年，試驗在廣元市劍閣縣漢陽鎮云豐村開展（東經105°49′88″、北緯32°15′46″）。廣元市劍閣縣屬亞熱帶濕潤季風氣候，年平均氣溫16.0 C，年平均降雨量約1077.5 mm ，全年無霜期278 d ，年日照時數1450 h。供試土壤類型為黃壤黏土，土壤的基本理化性質如下： pH 7.64，有機質18.69 g/kg ，全氮1.18 g/kg，全碳13.16 g/kg，堿解氮42.53 mg/kg，速效磷8.10 mg/kg，速效鉀152.60 mg/kg。

1.2試驗設計

試驗共設5個處理：CK，純化肥（煙草復合肥）； T1，化肥+菜籽餅肥； T2，化肥+芝麻餅肥； T3，化肥+農家肥； T4，化肥+高碳基肥。各處理重復3次，共15個小區，小區面積為66 m2（12 m ×5.5 m ），隨機區組排列。供試品種為云煙87，株距0.5 m ，行距1.2 m 。各處理遵循“等氮量”原則，純氮用量為106.5 kg/hm2，m （N ）∶m （P2O5）∶m （K2O ）=1∶1.37∶3.25，具體施肥情況見表1。過磷酸鈣、硫酸鉀、煙草復合肥與有機肥混勻后作基肥于起壟前條施，硝酸鉀、專用追肥分別于5月16日、6月20日作追肥溶于水穴施。煙苗于5月6日移栽，其他大田管理按當地優質煙葉管理措施進行。

1.3樣品采集

1.3.1土樣采集于煙苗移栽后60d，隨機選取煙壟上兩株煙正中位置（距煙株25 cm處）采集0～20 cm 土壤，每小區采集5個土樣，混勻后作為一個樣品，自然風干后過1 mm 篩。將樣品分為兩份，一份用于測定土壤酶活性；另一份過2 mm 篩后于4 C下保存，用于測定土壤微生物數量。每小區選取反映小區整體長勢并一致的煙株3株，通過抖土法采集根際土壤，將同小區根際土壤混合后作為一個樣品，于4 C保存，用于測定根際土壤微生物功能多樣性。1.3.2煙樣采集分別選取不同處理烘烤后等級為 B2F、C3F、X2F 煙葉樣品各1.0 kg 用于常規化學成分的測定。

1.4測定項目和方法

1.4.1土壤酶活性土壤脲酶采用比色法測定；蔗糖酶采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定；堿性磷酸酶采用磷酸苯二鈉比色法測定，過氧化氫酶采用 KMnO4滴定法測定[11]。

1.4.2微生物數量和功能多樣性采用平板計數法[12]對細菌、真菌、放線菌數量進行測定，通過 Biolog-ECO 板（Biolog ，Hayward ，USA）對根際土壤微生物功能多樣性進行測定[13]。

1.4.3烤后煙葉常規化學成分參照煙草行業標準 YC/T 159—2002、YC/T 162—2002、YC/T 217—2007測定煙葉中煙堿、總氮、還原糖、總糖、鉀、氯的含量，并計算糖堿比、氮堿比、鉀氯比。

1.4.4烤后煙葉經濟性狀各試驗小區單采，單獨編稈烘烤，根據國家煙葉分級標準 GB/T 2635—1992統計各小區烤后煙葉產量、產值、上等煙比例、上中等煙比例，并計算均價。

1.5數據處理

對于 Biolog 試驗，選取培養120 h 在590 nm 下的光密度值進行分析。利用每孔平均顏色變化率（AWCD）表征根際土壤微生物對31種碳源的代謝強度，用4種功能多樣性指數描述微生物特征。其中豐富度指數、Shannon 指數、 Simpson 指數、 McIntosh 指數分別用 S、H、D 、U 表示。相關計算公式如下[13-14]：

AWCD=∑（A_i-A₁）/31

S=被利用的碳源總數

H=- ∑p_i（ln P_i）

D==1- ∑p_i²

U=（∑n_i²）^1/2

碳源利用率=∑（A_i-A₁）/n

式中： Ai 為第 i 孔的吸光度值， A1為對照孔的吸光度值； S 用于計算光密度值大于0.2的孔數； Pi 為第 i 孔的相對吸光度值與整個平板相對吸光度和的比值；ni 為第 i 孔的相對吸光度；n 為同屬于相同碳源的孔數。31類碳源中糖類10種、氨基酸類6種、羧酸類7種、胺類2種、酚酸類2種、聚合物類4種。

采用 Microsoft? Excel 2016進行數據處理和繪圖， SPSS 24.0進行 LSD 差異顯著性分析和主成分分析。

2結果

2.1施用有機肥對植煙土壤酶活性的影響

由圖1可知，配施有機肥均顯著提高土壤脲酶、蔗糖酶、堿性磷酸酶、過氧化氫酶活性，較 CK 分別提高28.81%～42.42%、43.54%～74.03%、42.16%～66.49%、53.14%～87.22%。其中蔗糖酶、堿性磷酸酶活性以 T1處理最高，土壤脲酶、過氧化氫酶活性以 T3處理最高。

2.2施用有機肥對土壤微生物數量的影響

施用有機肥能夠顯著提高土壤真菌和放線菌數量，均表現為 T3＞T4＞T2＞T1＞CK，且 T3處理與其他處理間差異顯著（表2），其真菌、放線菌數量分別較 CK 提高了100.79%、162.45%。T3處理顯著增加土壤細菌數量，較對照增幅達44.50%。

2.3施用有機肥對根際土壤微生物功能多樣性的影響

2.3.1 AWCD 值由圖2可知，隨著培養時間的延長，所有處理的 AWCD 值呈逐漸升高的趨勢。培養24 h 時，各處理 AWCD 值較小，微生物對碳源的利用能力弱，碳代謝活性低；24～120 h 時，AWCD 值迅速升高，此階段是微生物碳源利用能力的快速增長期；120 h 時， AWCD 值表現為 T3＞T1＞T4＞T2＞CK，且有機肥處理與對照間差異顯著（p＜0.05）。120～168 h 時， AWCD 值逐漸趨于平穩。2.3.2 土壤微生物對不同類型碳源的利用能力將 Biolog-ECO 板上31種碳源底物分為糖類、氨基酸類、羧酸類、胺類、酚酸類、聚合物類6大類，以每類碳源吸光度的平均值作圖，可以直觀反應土壤微生物對不同碳源的利用特征。由圖3可知，各處理土壤微生物對糖類、氨基酸類、羧酸類和聚合物類的碳源利用率較高，對胺類、酚酸類碳源的利用率較低。有機肥處理均能顯著提高土壤微生物對氨基酸類、羧酸類、胺類和酚酸類碳源的利用能力，以 T3處理效果最明顯，較對照分別提高49.26%、60.56%、154.55%、75.00%。與 CK 相比， T1、T3處理顯著提高土壤微生物對糖類碳源的利用率，除 T2處理外，施加有機肥能顯著提高土壤微生物對聚合物類碳源的利用率。

2.3.3根際土壤微生物功能多樣性分析選取培養120 h 的 AWCD 值進行多樣性指數分析，進一步了解土壤微生物群落功能多樣性。豐富度、Shannon、 Simpson 和 McIntosh 指數分別反映土壤微生物群落中物種的數目、多樣性、優勢度和均勻度。由表3可知，施用有機肥能不同程度地提高土壤微生物多樣性指數，與 CK 相比，有機肥處理顯著提高根際土壤微生物豐富度、 Shannon 、Simpson 指數， T1、 T3處理顯著提高 McIntosh 指數。

2.3.4土壤微生物對碳源代謝的主成分分析利用培養120 h 后的 BIOLOG 比色結果進行主成分分析，從變量中提取到7個主成分因子，從表4可知， PC1、PC2的累計方差貢獻率為59.02%。其余各主成分方差貢獻率均不足10%，不足以表征原有變量特征。降維后各變量因子在2D 坐標軸的相對位置便于直觀區分各處理根際土壤微生物利用碳源能力的差異。如圖4所示，各處理的空間排布有明顯不同， T2、T4位于第Ⅰ象限， CK 位于第Ⅱ象限，T1位于第Ⅲ象限，T3位于第Ⅳ象限。 T2、T3、T4分布緊密，與 CK、T1相距較遠，表明 T2、T3、T4處理微生物利用碳源的方式類似，施加有機肥對微生物碳源的利用類型產生明顯影響。

2.4施用有機肥對烤煙化學成分的影響

有機肥施用降低各部位烤后煙葉煙堿、總氮含量和氮堿比，提高還原糖、總糖、鉀離子含量和鉀氯比，明顯提高下部葉還原糖含量、中下部葉糖堿比，中下部葉總氮含量顯著下降（表5）。其中，上中部葉氮堿比、煙堿及總氮含量、各部位烤后煙鉀氯比處于適宜化學成分范圍內。與 CK 相比，中部葉糖堿比更協調，T1、T2、T3、T4處理分別提高54.83%、42.30%、66.62%和28.85%。不同部位烤煙相比，上部葉氯含量降低，鉀氯比增高，燃燒性更好，與 CK 相比， T1、T3處理鉀氯比顯著提高35.93%、36.34%。

2.5施用有機肥對烤煙經濟性狀的影響

由表6可知，各處理在產量、產值、上等煙比例、上中等煙比例、均價上總體表現為 T1、T3處理最優，T2、T4次之。與 CK 相比，有機肥處理的產量、產值分別顯著增加144.95～214.91 kg/hm2、4960.40～7225.39元/hm2，均價提高4.13%～6.09%。

3討論

土壤酶是土壤微生物、動植物殘體分解及根系分泌活動的產物[15]，與土壤微生物活性密切相關，反映植煙土壤表觀肥力特征，是衡量土壤生物學活性的指標[16-17]。本研究表明，有機肥處理能顯著提高植煙土壤脲酶、蔗糖酶、堿性磷酸酶、過氧化氫酶活性，其中配施芝麻餅肥處理的土壤脲酶、蔗糖酶、堿性磷酸酶活性顯著高于配施高碳基肥的處理，這與前人[10]研究結果不同，這可能是土壤類型、環境因子不同導致，四川黏土相比于周口潮土速效養分低，等量餅肥較高碳基肥營養元素高且釋放快[18]。

土壤微生物作為改良土壤生態系統的重要一環，參與土壤中速效養分釋放和累積、有機物分解、團粒構成等過程，與土壤生態健康、抵御環境脅迫和作物生產能力密切相關[19]。本研究結果表明，配施有機肥使可培養細菌、真菌、放線菌數量增加，這可能是由于高C/N 比有機肥的施入帶來大量有機碳源，促進微生物增殖；另一方面微生物參與有機肥的分解，有機肥自身攜帶部分微生物起“接種”作用[20]。各有機肥處理均能提高土壤微生物對六大類碳源的利用能力，且糖類、氨基酸類、羧酸類、聚合物類碳源利用率高，表明此類碳源是土壤微生物的偏好類型。其中，施用菜籽餅肥顯著提高土壤微生物對聚合物類、羧酸類碳源的利用率，與向羽等[21]研究結果不一致，可能是菜籽餅肥施入量不同導致，本試驗菜籽餅肥施入量相對較高，含有的植酸和碳水化合物能持續供給肝糖和羧酸類有機組分[22]。高碳基肥處理對糖類碳源利用率幾乎無影響，可能原因是生物炭施入后根系和土壤微生物間競爭激化，抑制了部分以碳源為底物的微生物活動[23]。主成分分析發現，施入有機肥影響土壤微生物群落代謝特征，其中配施芝麻餅肥、農家肥、高碳基肥的處理微生物利用碳源的方式相似，但有機肥施入后造成根際土壤微生物碳源利用特征發生變異的機理尚不清楚，有待進一步研究。

研究發現，有機無機肥配施，加大了碳源投入，改善土壤微生態環境和菌群結構，促進微生物生長繁衍，提高了土壤酶活性[24]，更利于養分釋放，且疏松土壤促進了根系生長和對養分的吸收，進而促進煙株地上部的生長發育，改善烤后煙葉的產量和品質[8]。本研究中，施用有機肥提高了廣元煙區土壤酶活和微生物代謝活性，對產質量提升具有正向效應，鉀離子和糖含量提高，降堿增糖效果顯著，以施用農家肥的處理效果較好。但配施不同種類有機肥對植煙土壤生物學特性和烤煙產質量的影響是一個長期過程，需長期試驗驗證。

4結論

結果表明，等氮磷鉀條件下，在廣元煙區施用有機肥能提高土壤脲酶、蔗糖酶、堿性磷酸酶和過氧化氫酶活性，增加可培養細菌、真菌和放線菌數量，提高微生物 AWCD 值、六大類碳源利用能力和功能多樣性指數，提質增產效果較好，以農家肥效果更佳。應在當地持續開展有機肥定位試驗，探索其長期效應，以優化有機肥施用技術。

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