不同栽培模式对植烟土壤微生物与酶活性的影响

向必坤 谭军 上官力 赵秀云 施河丽 罗芳

摘要：研究不同栽培模式对植烟土壤微生物与土壤酶的影响。结果表明，与化肥相比，施用有机肥促进了植烟土壤细菌的繁殖，抑制真菌生长和繁殖，促进了旺长期放线菌的生长及后期氨化细菌的繁殖。成熟期60%化肥基肥+10%有机肥基肥+30%化肥追肥（模式二）硝化细菌明显增长，较70%化肥基肥+30%化肥追肥（模式一）增加141.4%。施用有机肥使土壤脲酶活性稳定并维持较高水平，各时期磷酸酶活性均高于模式一。有机肥明显提高土壤蔗糖酶活性，栽后60 d较模式一增加375%。有机肥显著提高土壤过氧化氢酶活性。模式二土壤总酶活性稳定，各时期总酶活性均高于模式一，平均酶活性提高41.9%。表明有机肥有利于土壤有益菌群的繁殖，增强酶活性，促进营养物质的转化和吸收。

关键词：栽培模式；有机肥；烟草；土壤微生物；土壤酶

中图分类号：S154.2 文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2018）16-0042-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.16.010 开放科学（资源服务）标识码（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

煙草是中国重要的经济作物之一，适宜的植烟土壤是优质烟叶生产的关键[1]。土壤中的微生物和酶是土壤生态系统中最活跃的组分，推动着土壤有机质的矿化分解和养分的循环与转化[2]，反映了土壤生化反应进程，是体现土壤肥力与生产力的重要指标。目前烤烟生产中，由于过于追求经济利益，烟农在生产中大量施用化肥，长期连作，缺乏有效的培肥措施[3]，竭泽而渔式生产，导致烟田土壤板结，肥力下降，营养元素不均衡，利用率下降，对烟草产量和烟叶质量产生严重影响，植烟土壤退化问题严重制约了国内烟草的可持续性发展[4]。为改善植烟土壤环境，培育优质烟田，烟草科技工作者进行了大量长期的相关研究。研究结果表明通过配施有机肥能有效改善植烟土壤微生态环境[5]，活化土壤养分并促进其转化，改善植株根际营养[6]，提高土壤有机质含量[7]，对烟草植株生产、烟叶产量质量提高具有重要意义。本试验研究配施有机肥的植烟土壤中烟草不同生育时期微生物数量与酶活性变化，研究有机肥营养释放规律与植烟土壤培肥改良作用机制，指导烟农合理施肥，为湖北省特色优质烟叶生产开发提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点及土壤气候条件

试验点设在湖北省利川市柏杨坝镇八台村，地理位置为北纬30°31′12″，东经108°57′2″，海拔1 073.6 m，该地属于二高山地带，春迟秋早，潮湿多雨，日照偏低，年平均气温12.3 ℃，无霜期232 d，年降水量1 200～1 400 mm，日照时数1 298.9 h。土壤类型为黄棕壤，质地疏松，通透性好，肥力中等，均衡一致，地势较为平坦，前茬作物为玉米。

1.2 试验设计

烟草品种为云烟87，共设两种栽培模式。模式一，70%化肥基肥+30%化肥追肥；模式二，60%化肥基肥+10%有机肥基肥+30%化肥追肥。试验地设置取样区，取样区不计产计质。

试验为大区试验，每个处理0.067 hm2，通过施用化肥或有机肥，研究不同栽培模式对烟草土壤微生物数量及土壤酶活性的影响。化肥为烟草专用复合肥。有机肥为腐熟的烟草秸秆肥，其每千克有效成分为氮0.01 kg、磷0.01 kg、钾0.02 kg，有机质含量56%。栽培模式一的基肥和追肥全部施用化肥。栽培模式二，有机肥作为基肥与化肥按照一定比例施用，追肥施用化肥。各模式中总氮施用量均为97.5 kg/hm2，氮∶磷∶钾施用比例为1∶1.5∶2.5。基肥在起垄前全部条施，追肥于移栽后30 d在距植株10 cm处穴施，穴深10～15 cm。

1.3 方法

分别在移栽后30、60、90 d和采收完毕采集土壤，按照5点取样法采集烤烟根系周围0～20 cm耕层土样，在烟田的5个不同地点分别采集0.5 kg土壤，将5份土样混匀。新鲜土样在低温情况下保存，测定土壤转化酶活性、过氧化氢酶活性、脲酶活性、磷酸酶活性，并测定土壤中细菌、真菌、放线菌、硝化细菌和氨化细菌的数量。5种土壤微生物采用室内恒温培养、计数的方法[8，9]。细菌采用牛肉膏蛋白胨培养基，37 ℃培养2～3 d；放线菌采用高氏1号培养基，28 ℃培养7～10 d；真菌采用PDA培养基，28 ℃培养5～7 d；氨化细菌采用蛋白胨氨化培养基，28 ℃培养5 d；硝化细菌采用硝化菌培养基[8]，28 ℃培养7 d。

土壤脲酶测定采用苯酚钠-次氯酸钠比色法，以100 g土中NH3-N的含量表示；土壤蔗糖酶的测定采用3，5-二硝基水杨酸比色法，以每克土样（24 h）所产生葡萄糖的质量来表示；土壤过氧化氢酶测定采用高锰酸钾滴定法，以每克土壤（25 ℃，20 min）分解的过氧化氢的毫克数表示；土壤酸性磷酸酶测定采用磷酸苯二钠比色法[10]，以每克风干土壤中的酚含量来表示。

总体酶活性指标：TEI=∑Xi/X，其中，Xi为供试样品第i种酶活性实测值，X为同种酶活性平均值[11]。采用Excel 2010與SPSS 19.0软件进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 不同栽培模式对植烟土壤微生物的影响

2.1.1 不同栽培模式对根际土壤细菌的影响 由图1可知，早期，模式一和模式二土壤细菌数量较一致，从移栽后60 d开始，模式二土壤细菌数量明显高于模式一。与模式一相比，移栽后60 d，模式二土壤细菌数量增加133.3%。模式二土壤细菌数量在移栽后60 d达到最高，然后减少，但仍高于模式一。结果表明，施用有机肥能促进植烟土壤中细菌的繁殖。细菌是土壤微生物主体，通过异养代谢，能有效分解土壤中复杂的有机成分，施用有机肥有利于土壤营养成分的分解代谢。

2.1.2 不同栽培模式对根际土壤真菌的影响 由图2可知，两种栽培模式土壤真菌数量变化趋势相近，前期、中期土壤真菌数量逐步下降，采收后真菌数量明显增加。在各个时期，模式一土壤真菌数量均高于模式二。表明施用有机肥有效抑制了土壤真菌的生长和繁殖。采收后，两种模式土壤真菌数量急剧上升，可能受当地该时期多雨低温气候影响，产生孢子，导致真菌数量明显增加。土壤真菌数量下降表征了土壤微生态环境的提升和土壤质量的改善。表明施用有机肥有利于提高土壤质量。

2.1.3 不同栽培模式对根际土壤放线菌的影响 从图3可以看出，早期，两种模式土壤放线菌数量相近。移栽后60 d，模式二放线菌数量达到峰值，较模式一放线菌数量增加84.3%。后期，模式二土壤放线菌呈下降趋势，低于模式一。表明施用有机肥能促进旺长期土壤放线菌的生长繁殖，此时烟株生长旺盛，良好的土壤环境有利于烟株生长，放线菌可产生各种抗生素类物质[12]，增强烟株对土传病害的拮抗能力。

2.1.4 不同栽培模式对根际土壤氨化细菌的影响 从图4可以看出，早期，模式一土壤氨化细菌数量较模式二高，此后呈下降趋势，后期，模式二土壤氨化细菌数量开始增加，移栽后90 d及采收后均高于模式一。表明施用有机肥可促进后期土壤氨化细菌的繁殖。氨化细菌能将土壤中有机氮分解为无机氨，可被烟株吸收利用。结果表明，在烟草现蕾期后有机肥明显促进土壤氨化作用。

2.1.5 不同栽培模式对根际土壤硝化细菌的影响 由图5可知，烟草生长早期和中期，两种模式土壤硝化细菌数量缓慢上升，差异不明显。在烟草进入成熟期后，模式二土壤硝化细菌数量明显上升，较模式一增加了141.4%。张新要等[13]指出饼肥在烤烟后期可促进土壤中硝化细菌数量的大量增加，与本研究结果一致。硝化细菌可将氨转化为烟草容易吸收的硝酸盐，后期土壤硝化细菌的增加，有利于土壤氮素的转化和吸收。

2.2 不同栽培模式对土壤酶活性的影响

2.2.1 不同栽培模式对土壤脲酶活性的影响 由图6可知，模式一土壤中脲酶活性变化较大，移栽后30 d活性最低，此后上升，移栽后90 d酶活性达到最高。模式二土壤中脲酶活性则较为稳定，脲酶活性持续稳定增长，除移栽后90 d外，脲酶活性均高于模式一。脲酶能将酰胺态有机氮化物水解转化为烟草可直接吸收利用的无机氮化物，其活性反映了土壤中氮素利用状况。结果表明，施用有机肥使土壤脲酶活性稳定并保持在较高水平，稳定有效地分解土壤中有机氮素，促进氮素的转化。

2.2.2 不同栽培模式对土壤磷酸酶活性的影响 由图7可知，在酸性土壤中，酸性磷酸酶能表征土壤磷素代谢情况。试验田为酸性土壤，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体呈下降趋势。模式二土壤磷酸酶活性则较稳定，始终保持在较高水平，各个时期的磷酸酶活性均高于模式一。结果表明，施用有机肥能提高和稳定土壤磷酸酶活性，促进无机磷分解，满足烟草对磷的需求。

2.2.3 不同栽培模式对土壤蔗糖酶活性的影响 由图8可知，蔗糖酶的活性反映了土壤熟化程度与肥力水平，表征了土壤中碳代谢情况。不同栽培模式下蔗糖酶活性变化趋势不同，模式一土壤蔗糖酶活性逐渐增加，采收后活性最高。模式二蔗糖酶活性变化波动幅度较大，移栽后60 d活性明显增加，较模式一增加375%，此后下降，采收后又上升至较高水平。在烟草生长的各个时期，模式二土壤蔗糖酶活性均高于模式一。结果表明，有机肥明显提高了土壤蔗糖酶活性，促进土壤熟化，提高土壤肥力，为烟株生长和土壤微生物提供了充足的碳源。

2.2.4 不同栽培模式对植烟土壤过氧化氢酶活性的影响 由图9可知，过氧化氢酶为氧化酶，能解除过氧化氢对生物体的毒害作用，其活性大小与有机质的转化关系密切，在有机质氧化和腐殖质形成过程中起重要作用[14]。模式一过氧化氢酶早期呈下降趋势，在移栽后60 d降至最低，此后上升。模式二土壤过氧化氢酶早期、中期呈上升趋势，移栽后90 d活性最高，末期略微下降。整体上模式二酶活性最高，除采收后外，各个时期均高于模式一。结果表明，施用有机肥显著提高了同生育期中土壤过氧化氢酶活性。分析表明，有机肥中富含大量有机质，氧化分解产生大量过氧化氢，刺激烟株与土壤微生物产生大量过氧化氢酶以维持土壤健康。

2.2.5 不同栽培模式土壤酶活的总体酶活性 4种酶在土壤中分别催化不同的生化反应，从结果分析，不同栽培模式对4种酶活性的影响各异，故通过分析单一种酶的活性来评价栽培模式对土壤肥力的影响较为片面，不能反映土壤整体酶活性。周礼恺等[15]、李双霖[16]提出总酶活更能准确反映土壤肥力情况。4种酶在土壤中作用均是不可替代的，故权重相同，为更全面准确评价不同施肥措施对土壤总酶活的影响，许静[11]提出以土壤总体酶活性指标TEI（Total enzymatic activity index）表征土壤酶活性的变化，TEI可定量指示土壤总酶活的大小，研究表明TEI与土壤各营养元素呈显著正相关。

两种栽培模式不同时期土壤总体酶活性见表1。从表1可以看出，不同栽培模式总体酶活性指数变化趋势相近，在移栽后30 d最低，然后酶活性逐渐上升。模式二各个时期土壤总体酶活性均高于模式一，平均酶活性较模式一高41.9%。模式二总体酶活性在移栽后60 d最高，明显高于模式一，较模式一高108.9%。表明施用有机肥可提高烟草生长各个时期的土壤总体酶活性。由表2可知，模式一土壤总体酶活性变异系数大，酶活性不稳定。模式二土壤总体酶活性较稳定，表明有机肥能有效提高土壤总体酶的活性和稳定性。

3 小结与讨论

不同栽培模式和施肥措施影响土壤中微生物的数量、种群结构、土壤酶活性[10]。研究结果表明，施用有机肥后，随着土壤微生物对有机物的分解，有机肥中营养物质逐步释放，促进了土壤细菌和放线菌的增殖，现蕾期模式二土壤细菌与放线菌数量出现峰值。刘添毅等[17]研究发现随着有机肥施用量的增大，土壤细菌数量显著上升，土壤真菌数量下降。有研究表明真菌数量越多，土壤肥力越差[18]。细菌与真菌的比值可作为土壤肥力指标[19]。本研究表明，施用有机肥能有效改善土壤环境，促进细菌、放线菌、硝化细菌、氨化细菌的增殖，抑制真菌生长。

土壤酶活性表征了土壤的肥力特征及土壤養分的转化进程[20]。有机肥能增加酶的活性，促进营养物质转化，提高土壤生物活性，增强土壤肥力。有报道表明施用有机肥后，土壤中蔗糖酶、脲酶与磷酸酶活性增强[17]。本研究表明，施用有机肥后，植烟土壤中脲酶、磷酸酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性明显增强。施用化肥导致土壤总体酶活性下降，而施用有机肥后，土壤总体酶活性明显升高。表明生产上若全部施用化肥将会导致土壤总体酶活性下降，而增施有机肥则可提高土壤酶活性，改善烟株根际营养状况。

微生物通过分解代谢促进土壤复杂有机营养物质转化，并产生各种代谢产物与酶。土壤酶能分解促进各营养元素转化，促进植株根系吸收。有机肥施入后，提供大量营养物质作为酶促反应基质和营养物质[21，22]，改善土壤理化性质，对土壤中物质转化、能量代谢影响显著[23]。总体来看，施用有机肥对植烟土壤微生物数量与酶活性影响较明显。有机肥能有效提高土壤有益微生物数量，抑制真菌繁殖，提高土壤酶活性，有助于改善植烟土壤环境，提高土壤肥力。

参考文献：

[1] 张 勇.有机肥在植烟土壤性状改良中应用的研究进展[J].安徽农业科学，2012，40（14）：8126-8129.

[2] 黄昌勇.土壤学[M].北京：中国农业出版社，2000.

[3] 郭群召，吴学巧.烟田施用菜子饼肥对土壤酶活性及烟叶质量的影响[J].中国农学通报，2007，22（12）：380-382.

[4] 冯再兴，李俊丽，张 凤，等.“生态四维”有机肥对烤烟经济效益及品质影响研究报告[J].烟草科技，2008（8）：69-70.

[5] 唐莉娜，张秋芳，陈顺辉.不同有机肥与化肥配施对植烟土壤微生物群落PLFAs和烤烟品质的影响[J].中国烟草学报，2010， 16（1）：36-40.

[6] 杨云高，王树林，刘 国，等.生物有机肥对烤烟产质量及土壤改良的影响[J].中国烟草科学，2012，33（4）：70-74.

[7] 白成云，刘金城.有机肥养分在农田中的生态效应分析[J].山西农业科学，1999，27（2）：33-36.

[8] 李振高，骆永明，滕 应.土壤与环境微生物研究法[M].北京：科学出版社，2008.

[9] 黄 珏.硝化细菌的分离鉴定[J].水产科技情报，2004，31（3）：130-134.

[10] 关松荫.土壤酶及其研究法[M].北京：农业出版社，1986.

[11] 许 静.培肥措施对烟田土壤生化活性及烟草品质影响的研究[D].陕西杨凌：西北农林科技大学，2010.

[12] 李琼芳.不同连作年限麦冬根际微生物区系动态研究[J].土壤通报，2006，37（3）：563-565.

[13] 张新要，袁仕豪，易建华，等.有机肥对土壤和烤烟生长及品质影响研究进展[J].耕作与栽培，2006（3）：20-21，46.

[14] LETTINGA G，FIELD J，VAN LIER J，et al. Advanced anaerobic wastewater treatment in the near future[J].Water Science and Technology，1997，35（10）：5-12.

[15] 周礼恺，张志明，曹承绵.土壤酶活性的总体在评价土壤肥力水平中的作用[J].土壤学报，1983，20（4）：413-418.

[16] 李双霖.应用聚类-主组元分析检验土壤酶活性作为土壤肥力指标的可行性[J].土壤通报，1990，21（6）：272-274.

[17] 刘添毅，李春英，熊德中，等.烤烟有机肥与化肥配合施用效应的探讨[J].中国烟草科学，2000，21（4）：23-26.

[18] 陈 慧，郝慧荣，熊 君，等.地黃连作对根际微生物区系及土壤酶活性的影响[J].应用生态学报，2007，18（12）：2755-2759.

[19] 胡江春，薛德林，王书锦，等.大豆连作障碍研究Ⅲ.海洋放线菌MB-97促进连作大豆增产机理[J].应用生态学报，2002，13（9）：1095-1098.

[20] 於忠祥，汪维云，沙宗珩，等.合肥郊区菜园土土壤酶活性研究[J].土壤通报，1996，27（4）：179-181.

[21] 关松荫.土壤酶活性影响因子的研究I.有机肥料对土壤中酶活性及氮磷转化的影响[J].土壤学报，1989，26（1）：72-78.

[22] 任祖淦，陈玉水，唐福钦，等.有机无机肥料配施对土壤微生物和酶活性的影响[J].植物营养与肥料学报，1996，2（3）：279-283.

[23] 周 焱，罗安程.有机肥处理对小麦根系生长、活力和磷吸收的影响[J].植物营养与肥料学报，1997，3（3）：243-248.