不同植烟模式对土壤有机质和细菌数量及酶活性的影响

许仪+千慧敏+琚联营+薛立新++刘欢欢++裴建锋++李铭++周扬++蒋士君

摘要 通过连续3年的田间定位试验，对济源烟区白菜制种接茬烟田与冬闲连作烟田和轮作烟田进行了比较，分析了土壤有机质含量、细菌数量及酶活性（土壤淀粉酶、蔗糖酶和纤维素酶）等土壤健康相关指标，并调查了相应的烤烟植物学性状和根茎病害发病情况。结果表明，接茬烟田和连作烟田的土壤除成熟期的蔗糖酶之外，其他上述土壤健康相关指标多数显著低于轮作烟田；与连作烟田相比，接茬烟田土壤蔗糖酶、淀粉酶活性各时期低于连作烟田，仅团棵期时土壤有机质含量、细菌数量和纤维素酶活性稍高于连作烟田；接茬烟田与连作烟田无显著差异，其植物学性状差，烟草黑胫病、根黑腐病和根结线虫病发病重，而轮作烟田烟株发育好，根茎病害发病轻。综合评价认为，白菜制种接茬烟田和冬闲连作烟田土壤均处于亚健康状态。为了改善白菜制种田接茬烟草的品质和抗性，修复接茬烟田土壤健康是非常必要的。

关键词 烟草；白菜制种田；接茬；连作；轮作；土壤健康

中图分类号 S572；TS411.1 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）24-0008-03

Effects of Cropping Patterns on Soil Organic Matter，Bacterial Number and Enzyme Activities

XU Yi 1 QIAN Hui-min 2 QU Lian-ying 1 XUE Li-xin 1 LIU Huan-huan 2 PEI Jian-feng 2 LI Ming 2 ZHOU Yang 2 JIANG Shi-jun 2 *

（1 Jiyuan Branch，Henan Tobacco Company，Jiyuan Henan 459000； 2 Henan Agricultural University）

Abstract A 3-year fixed field experiment in Jiyuan tobacco production area was carried out to compare the soil health of tobacco field from different cropping systems，including continuous cropping tobacco，tobacco follow-up chinese cabbage seed production and crop-roation tobacco. Some soil healthrelated indicators including soil organic matter content，soil bacterial number and activity of soil amylase，invertase，cellulase，as well as the corresponding botanic traits and occurence of soil-bornediseases were investigated. The results showed that most of the soil healthrelated indicators of follow-up tobacco and continuous cropping tobacco were significantly lower than crop-roationtobacco，except the mature period of sucrose. Compared with continuous cropping tobacco，the soil invertase and amylase of follow-up tobaccowere lower than the continuous cropping tobacco field in each period，while only soil organic carbon content，the number of bacteria and cellulase activity increased slightly in the group stage. The botany characters offollow-up tobacco whose performance was similar to continuous cropping tobacco were poor，and the tobacco root knot nematode disease，black shank and root black rot disease incidence was serious，while tobacco plant had better traits and lighter rhizome diseases occurrence.According to consider comprehensively，each soil of follow-up tobacco and continuous cropping tobacco are in sub-healthy state. In order to improve the quality and resistance of follow-up tobacco，it is necessary to repair the follow-up tobacco soil health.

Key words tobacco；chinese cabbage seed field；follow-up；continuous cropping；crop-roation；soil health

受土地資源的制约，接茬种植烤烟已具有一定的历史，甚至成为部分烟区的主要栽培模式之一。如油菜接种烤烟不仅提高了复种指数，而且使烟叶生长于较好的环境条件，有利于增质增产，还可以改良土壤营养状况[1-3]。但随着接茬种植烤烟面积的扩大以及单一种植模式的持续，接茬种植烟叶也表现出了一定的不利影响。如春季油菜接茬烤烟的产量与质量下降、花叶病和地下害虫逐年加重[4-5]；有研究发现，油菜接茬烟田土壤的根际微生物较冬闲前茬有降低的趋势[6]。endprint

河南省济源市具有独特的土壤和气候条件，已成为河南省最大的蔬菜制种基地和全国最大的十字花科蔬菜制种基地，旱地白菜制种田接茬烤烟已成为当地烟叶生产的主要栽培模式之一[7-8]。近年来，随着当地蔬菜制种规模不断扩大，接茬烟叶的质量和病虫害问题已逐渐凸显[9]。为了更好地评价十字花科制种对植烟土壤的影响，本研究从土壤健康的角度，比较分析了3种不同植烟模式包括白菜制种接茬烟草、冬闲连作烟草和轮作烟草土壤有机质含量、可培养细菌数量及酶活性等指标，以及不同植烟模式烟草的植物学性状、根茎病害发生情况，旨在为探索针对性改善白菜制种田接茬烟草的品质提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验在济源市王屋乡茶房村进行，供试烟草品种为当地主栽品种中烟100。选择土壤肥力一致的烟田为试验田，前茬为玉米，供试烟田土壤基础养分含量为有机质12.3 g/kg、速效氮99.2 mg/kg、速效磷13.4 mg/kg、速效钾239.5 mg/kg。

1.2 试验设计

试验设3种栽培模式，分别为连作烟田：种植模式为每年5月栽烟，至10月采收完毕，冬春季闲置；轮作烟田：种植模式为小麦—玉米一年两熟制，至第3年5月栽烟；接茬烟田：每年1—6月种植白菜，6月菜种采收完毕后栽烟。大区试验，不设重复，各处理面积均为670 m2，试验于2013年开始至2015年结束，共计3年。烟草栽培密度16 500株/hm2，行株距1.2 m×0.6 m，其他所有生产管理措施与当地常规一致。

1.3 调查内容与方法

1.3.1 土壤健康相关指标调查。2015年分别于烟草团棵期和成熟期应用五点取样法于烟株根部10 cm处，采集0～20 cm的耕层土壤，采集的土样分为2个部分，一部分自然风干、研碎、过筛用于测定土壤有机质含量和酶活性，一部分保存于4 ℃用于测定土壤细菌数量。土壤有机质测定采用重铬酸钾法[10]，土壤可培养细菌测定采用TSA固体培养基-稀释平板法[11]，土壤蔗糖酶、淀粉酶及纤维素酶活性的测定采用3，5-二硝基水杨酸比色法[12]。

1.3.2 烟草植物学性状调查。于成熟期采用五点取样法，每点15株，在各处理田测量烟草的株高、叶数和最大叶叶长和叶宽[13]。

1.3.3 烟草根茎病害调查。成熟期调查烟草黑胫病和根黑腐病的发病情况，并于采收末期调查烟草根结线虫病的发病情况。烟草根茎病害分级标准参照国家标准进行[14]。

1.4 数据分析

本研究中的试验数据采用Excel 2003和SPASS17.0软件进行Duncan′s显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同栽培模式烟田土壤健康分析

2.1.1 不同栽培模式对土壤有机质含量的影响。由图1可知，团棵期和成熟期，轮作烟田的土壤有机质含量均高于连作烟田和接茬烟田，其中，团棵期轮作烟田土壤有机质含量为14.34 mg/g，较连作烟田和接茬烟田分别提高了55.60%和32.54%，成熟期土壤有机质含量为17.55 mg/g，较连作烟田和接茬烟田分别提高了50.74%和77.75%；而接茬烟田则在团棵期高于连作烟田，提高了17.40%，至成熟期又降低了15.20%，但统计分析表明，两者的土壤有机质含量在2个取样期均无差异（P<0.01）。土壤有机质是土壤的重要成分，也是土壤肥力的重要指标之一，显著影响着土壤的物理、化学及生物学性质，合理轮作是改善土壤健康的有效手段，本分析结果也验证了轮作烟田的土壤有机质含量明显高于连作烟田和接茬烟田。

2.1.2 不同栽培模式对土壤细菌数量的影响。土壤微生物可以反映土壤生态系统的稳定程度，并参与土壤的多种生命活动和营养物质循环，也是评价土壤健康的重要指标之一，同时，土壤微生物数量和种群的变化还与土传病害密切相关。其中，土壤细菌是土壤微生物的最重要类群，占土壤微生物总量的70%～90%，因此，土壤细菌数量及多样性的变化可以用来反映土壤微生物的变化[15]。本分析結果发现（图2），轮作烟田的细菌数量在团棵期和成熟期均高于连作烟田和接茬烟田，团棵期分别提高了69.27%、53.94%，成熟期分别提高了22.48%、41.36%，连作烟田则在团棵期低于接茬烟田，降低了9.05%，至成熟期高于连作烟田，提高了15.42%，但统计分析表明，两者在2个取样期的细菌数量均无差异（P<0.01）。由此说明，轮作能有效提高土壤细菌数量，对改良土壤健康状况有积极促进意义，但接茬烟田与连作烟田则降低土壤细菌数量，不利于土壤健康的改良。

2.1.3 不同栽培模式对土壤酶活性的影响。土壤酶主要来自微生物细胞和动植物残体，土壤酶活性与土壤健康及土壤养分转化等有很大的关系，其活性大小可以敏感地反映出土壤中生化反应的方向和强度，是土壤肥力和生产力的重要指标。由分析结果可知（图3、4、5），轮作烟田的土壤蔗糖酶、淀粉酶和纤维素酶活性在团棵期和成熟期均高于接茬烟田和连作烟田，这一变化趋势与土壤有机质含量和细菌数量一致，其中对淀粉酶提高效果最显著，团棵期较接茬烟田和连作烟田分别提高了109.73%、94.96%，成熟期分别提高了120.57%、66.03%；而接茬烟田的土壤酶活性整体低于连作烟田，其蔗糖酶活性在团棵期和成熟期较连作烟田分别降低了8.61%、7.81%，淀粉酶活性分别降低了7.04%、24.72%，但统计分析表明，两者的蔗糖酶活性和淀粉酶活性在2个取样期均无差异（P<0.01），其土壤纤维素酶活性仅在团棵期高于连作烟田，提高了0.26%，统计分析两者无差异（P<0.01），成熟期则又显著降低了13.03%。综合土壤有机质含量及细菌数量的分析结果可知，轮作是改善土壤质量状况的有效手段，而连作烟田和接茬烟田均不利于土壤健康修复，出现了土壤有机质含量降低、细菌数量下降及酶活性降低的状况，但生产中由于土地有限，轮作往往难以实现，连作和接茬种植普遍存在，因此研究连作烟田和接茬烟田的土壤健康修复技术是济源烟区烟草生产亟待解决的问题。endprint

2.2 不同栽培模式对烟草植物学性状的影响

植物学性状调查表明（表1），不同栽培模式烟草生长情况不同，其中轮作烟田生长发育状况最好，连作烟田次之，接茬烟田最差，其中连作烟田和接茬烟田的株高、叶数、最大叶叶长和叶宽、最大叶面积分别相差17.23 cm、0.49片、3.71 cm、2.98 cm、227.69 cm2。统计分析表明，连作烟田和接茬烟田烟草各植物学性状指标均无差异（P<0.01），轮作烟田的最大叶面积与连作烟田和接茬烟田差异极显著，其他无差异（P<0.01）。这也说明烟草不同栽培模式土壤健康状况直接影响了烤烟地上部生长发育，与土壤健康指标分析结果一致。

2.3 不同栽培模式对烟草主要土传病害的影响

在土传根茎类病害发病高峰期调查结果表明（表2），轮作烟田的烟草黑胫病、根黑腐病和根结线虫病的发病情况明显较接茬烟田和轮作烟田轻，轮作烟田3种根茎病害的病情指数为1.08～2.18，烟草黑胫病和根黑腐病的发病率均小于7.00%，分别为6.66%和5.13%。接茬烟田则发病最重，其3种根茎病害的病情指数为6.82～9.58，烟草黑胫病和根黑腐病的发病率均大于13.00%，分别为15.34%和13.93%，较连作烟田高9.57%和5.53%，统计分析则表明，接茬烟田和连作烟田3种根茎病害的发病率和病情指数均无差异（P<0.01）。说明轮作一方面能有效中断病原菌的寄主，降低病害尤其土传病害的发病情况；另一方面，轮作土壤健康状况的改善也为土壤有益微生物的生长繁殖提供了良好的土壤微环境，抑制病原菌的生长发育，防止病害的发生蔓延，连作烟田和接茬烟田则与之恰恰相反，因此病害发病重，但不同栽培模式对烟草土传病害影响的具体机制还有待进一步研究。

3 結论与讨论

烟草是适宜轮作的作物，有研究发现，烟草与其他作物轮作能够提高土壤肥力、改善土壤物理性状，有利于烟草的生长发育，可以提高烟叶品质[16-19]。连作则会导致烟草产量产值降低、可吸食性差、土壤养分失衡、理化性状恶化、土壤微生物多样性降低，连作导致土壤健康恶化的直接后果就是烟草病害严重、烟株发育不良等[20-22]。

本研究调查发现，相较于轮作，接茬烟田和连作烟田的土壤健康指标较低、烟株的主要农艺学性状较差、根茎病害发病重，而接茬烟田和连作烟田无显著差异。调查结果还发现，接茬烟田在团棵期的土壤有机质含量、细菌数量和纤维素酶活性高于连作烟田，至成熟期又低于连作烟田，这可能与制种田前茬作物的根系分泌物、有机肥残存有关。由此，本调查结果说明，济源烟区连续多年实行的白菜制种田接茬种植烟草模式，其烟田土壤亚健康状况并没有因接茬种植十字花科作物而明显改善，依然存在较突出的连作障碍、土传病害危害重等问题。

土壤健康是指维持生物生产力、动植物健康的能力，机制较为复杂，与土壤的质量密不可分[22]；土壤有机质对土壤结构、养分供应有重要影响，是土壤质量评价中极为重要的指标，同时作为土壤肥力的核心物质，土壤有机质的稳定反映了土壤抵抗干扰和恢复原来水平的能力[23-24]。本研究发现的济源白菜制种田接茬烟草的土壤问题、烟草发育及病害问题，说明此栽培模式必须进行针对性的土壤健康管理与调控，才能快速恢复土壤健康、改善烟草品质和提高抗病性。近年的大量研究和示范表明，生物质炭在快速修复土壤健康、有效防控土传病害方面具有独特功能和应用价值[25]，因此，能否利用生物质炭改良白菜制种田接茬烟草的烟田土壤健康将有待进一步研究，以期能够提高烟株的抗病性、降低根茎病害的发生，进而达到增值增产的目标。

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