潘昊東 田顯蕓 劉建萍 王鵬 伍德洋 秦燚鶴 葉協(xié)鋒 姚鵬偉

摘 ?要：通過(guò)兩年盆栽試驗(yàn)，研究增施不同有機(jī)物料對(duì)植煙土壤生物學(xué)特性和速效養(yǎng)分的影響。結(jié)果表明，與純施化肥相比，增施芝麻餅肥顯著增加土壤堿解氮和速效磷含量，增施生物炭顯著增加速效鉀含量;增施腐熟秸稈土壤蔗糖酶活性顯著提升12%，芝麻餅肥和生物炭處理脲酶活性均顯著增加19%，生物炭處理過(guò)氧化氫酶活性顯著增加27%。增施腐熟秸稈土壤微生物生物量碳最高，達(dá)到234.52 mg/kg，生物炭處理土壤微生物生物量氮最高，達(dá)到35.29 mg/kg。細(xì)菌為植煙土壤可培養(yǎng)菌中的優(yōu)勢(shì)菌，增施生物炭顯著提升可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量，增施腐熟秸稈顯著提升可培養(yǎng)真菌和放線菌數(shù)量?？傮w來(lái)看，增施不同有機(jī)物料能改善土壤生物學(xué)特性，增加速效養(yǎng)分含量，從而改善植煙土壤質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：有機(jī)物料;植煙土壤;生物學(xué)特性;速效養(yǎng)分

Abstract： A two-year pot experiment was conducted to study the effects of different organic materials on the biological characteristics and available nutrients of tobacco-planted soil. The results from both years showed that the application of sesame cake increased the contents of soil alkali hydrolyzed N and soil available P significantly. The content of soil available potassium was increased significantly in the biochar treatment. The activities of soil invertase were increased by 12% in the decomposed straw treatment， and the activities of soil urease were increased by 19% in both the sesame cake treatment and the biochar treatment. The activities of catalase were increased by 27% in the biochar treatment compared to the chemical fertilizer treatment. In addition， the content of soil microbial biomass carbon was the highest in the straw treatment （234.52 mg/kg）， and the content of soil microbial biomass nitrogen was the highest in the biochar treatment （35.29 mg/kg）. Bacteria were the dominant cultivable microbes in the tobacco-planted soil. The application of biochar could significantly increase the number of cultivable bacteria. And the application of decomposed straw significantly increased the number of cultivable fungi and actinomycetes. Therefore， organic materials application could improve the quality of tobacco-planted soil through enhancing soil microbial characteristics and available nutrients.

Keywords： organic materials; tobacco-planted soil; microbial characteristics; soil available nutrients

河南是我國(guó)典型的濃香型煙葉產(chǎn)區(qū)，由于過(guò)度依賴化肥和長(zhǎng)年連作導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重，酸化，碳氮比失調(diào)，作物品質(zhì)下降[1]，因此煙田土壤改良勢(shì)在必行。增施有機(jī)物料是植煙土壤改良中的一種重要途徑，有研究表明添加作物秸稈、生物炭、有機(jī)肥能顯著增加土壤養(yǎng)分含量，改善土壤微生物特性，提高煙株生長(zhǎng)質(zhì)量[2]。劉華山等[3]在河南周口研究表明，無(wú)機(jī)肥配施餅肥顯著增加土壤脲酶、過(guò)氧化氫酶活性，并提升煙葉質(zhì)量。薄國(guó)棟等[4]研究發(fā)現(xiàn)秸稈還田能提高植煙土壤蔗糖酶、脲酶活性，增加土壤細(xì)菌群落的豐度，并增加煙葉產(chǎn)量。張繼旭等[5]在湖北恩施研究發(fā)現(xiàn)，添加生物炭促進(jìn)煙株根系發(fā)育，并明顯提升土壤酶活性。

目前大量研究表明，無(wú)機(jī)肥配施有機(jī)物料能改善土壤理化性質(zhì)，提高土壤生物活性，但關(guān)于連續(xù)添加不同有機(jī)物料對(duì)連作植煙土壤生物學(xué)特性的影響以及將土壤生物學(xué)性質(zhì)與土壤養(yǎng)分結(jié)合分析的研究較少。本研究以豫中植煙土壤為對(duì)象，通過(guò)連續(xù)2年盆栽試驗(yàn)，明確不同施肥措施對(duì)土壤速效養(yǎng)分、生物學(xué)特性的影響，并分析兩者之間的關(guān)系，為煙田土壤改良，實(shí)現(xiàn)土壤可持續(xù)利用提供參考。

1 ?材料與方法

1.1 ?試驗(yàn)材料

采用盆栽試驗(yàn)，分別于2017和2018年在河南農(nóng)業(yè)大學(xué)科教園區(qū)進(jìn)行。供試土壤質(zhì)地為砂壤土，pH 7.85，有機(jī)質(zhì)15.70 g/kg，堿解氮35.00 mg/kg，速效磷26.12 mg/kg，速效鉀180.34 mg/kg。供試品種為中煙100。兩年移栽所選煙苗與移栽方法均一致，株高（8.5±0.3）cm，莖圍（1.5±0.1）cm，有效葉8～9片，移栽平均生長(zhǎng)點(diǎn)為高于土壤表面2 cm處。

使用直徑45 cm，高35 cm筒型塑料花盆作為試驗(yàn)用盆。供試土壤過(guò)5 mm 篩后裝盆，每盆裝土35 kg，每處理30盆。試驗(yàn)按120 cm×50 cm行株距挖壟溝，將盆置于壟溝內(nèi)，再對(duì)壟溝進(jìn)行封土，使盆頂部與外部土壤保持在同一水平面。土壤裝盆時(shí)，將需加入物料與土壤混合均勻一并裝入，第1年試驗(yàn)完成后將土壤保存，供第2年試驗(yàn)繼續(xù)使用。腐熟小麥秸稈、芝麻餅肥和生物炭氮磷鉀含量如表1所示。

1.2 ?試驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)置4種施肥處理：施氮磷鉀（NPK）、氮磷鉀+腐熟小麥秸稈（NPKW）、氮磷鉀+芝麻餅肥（NPKS）和氮磷鉀+生物炭（NPKB）。肥料種類及用量如表1所示。兩年施肥方法一致，所有肥料用作基肥在移栽（兩年均在5月1日）前一次施入。煙草種植管理均與當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)煙葉栽培管理措施一致。

1.3 ?樣品采集與測(cè)定方法

分別于2017年烤煙移栽后30、45、60、75、90和105 d，2018年移栽后30、60、90 d距煙株莖干10 cm處取土壤樣品。每個(gè)處理采集3份，共300 g土壤，除去雜物后，過(guò)10目篩，一部分放入冰箱4 ℃保存，供土壤酶、微生物生物量碳、微生物生物量氮測(cè)定;另一部分放置陰涼處自然風(fēng)干，過(guò)20目篩保存，供土壤速效養(yǎng)分測(cè)定。土壤脲酶的測(cè)定采用靛酚比色法，蔗糖酶活性測(cè)定采用二硝基水楊酸法[6]，土壤過(guò)氧化氫酶活性測(cè)定用紫外分光光度法[7]。土壤微生物生物量碳（MBC）測(cè)定采用熏蒸提取?容量分析法，土壤微生物生物量氮（MBN）的測(cè)定采用熏蒸提取-茚三酮比色法[8]。堿解氮含量測(cè)定采用堿解擴(kuò)散法;有效磷含量測(cè)定采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法;速效鉀含量測(cè)定采用乙酸銨浸提-火焰光度法[9]。平板分離計(jì)數(shù)土壤中的細(xì)菌（牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基）、真菌（馬丁氏培養(yǎng)基）、放線菌（高氏一號(hào)培養(yǎng)基）[10]，均以干土基計(jì)算。

1.4 ?數(shù)據(jù)處理

用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)的基本處理，SPSS 22.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2 ?結(jié) ?果

2.1 ?不同施肥措施對(duì)土壤速效養(yǎng)分含量的影響

2.1.1 ?堿解氮 ?如表2所示，兩年中，處理NPKW、NPKS、NPKB堿解氮含量均大于處理NPK。2017年，各處理堿解氮含量在移栽后60 d均達(dá)到最高水平，表現(xiàn)為NPKS>NPKB>NPKW>NPK。2018年，生育期內(nèi)各處理堿解氮含量呈上升趨勢(shì)，移栽后90 d，各處理含量表現(xiàn)為NPKS>NPKW>NPKB>NPK。

2.1.2 ?速效磷 ?表2所示，兩年中，各處理土壤速效磷含量隨生育期延長(zhǎng)呈下降趨勢(shì)，處理NPKW、NPKS、NPKB均高于處理NPK，其中處理NPKS效果最明顯。2018年移栽后90 d，處理NPKS速效磷含量為NPK的1.61倍。

2.1.3 ?速效鉀 ?2018年速效鉀含量整體高于2017年（表2）。速效鉀含量整體表現(xiàn)為NPKB>NPKW>NPKS>NPK，兩年試驗(yàn)?zāi)┢?，處理NPKB相較NPK速效鉀含量分別提升39%、100%。

2.2 ?不同施肥措施對(duì)土壤酶活性的影響

2.2.1 ?蔗糖酶活性 ?表3所示，2017年移栽后45 d內(nèi)施有機(jī)物料處理NPKW、NPKS、NPKB蔗糖酶活性顯著高于處理NPK。2018年，處理NPKW、NPKS蔗糖酶活性均高于處理NPK，移栽后90 d，處理NPKW、NPKS蔗糖酶活性分別為處理NPK的1.12、1.10倍。

2.2.2 ?脲酶活性 ?表3所示，2017年，處理NPKW、NPKS、NPKB顯著增加了移栽后45 d內(nèi)脲酶活性。2018年各處理在移栽后30 d脲酶活性最高，移栽后90 d處理 NPKW、NPKS、NPKB比處理NPK分別提高2%、19%、19%。

2.2.3 ?過(guò)氧化氫酶活性 ?兩年試驗(yàn)中，生育期內(nèi)各處理過(guò)氧化氫酶活性都有先增加后下降的趨勢(shì)（表3），兩年試驗(yàn)中均在移栽后60 d達(dá)到最大值，活性大小均表現(xiàn)為NPKB>NPKW>NPKS>NPK。2018年移栽后90 d，NPKW、NPKS、NPKB過(guò)氧化氫酶活性分別是處理NPK的1.08、1.18、1.27倍。

2.3 ?不同施肥措施對(duì)土壤微生物生物量碳氮的影響

表4所示，兩年試驗(yàn)中，增施有機(jī)物料處理NPKW、NPKS、NPKB微生物生物量碳MBC含量整體高于NPK處理。2018年移栽后90 d，NPKW、NPKS處理MBC含量顯著高于其他處理，分別是NPK的1.49、1.39倍。兩年試驗(yàn)中，移栽后30 d各處理微生物生物量氮（MBN）含量較高（表4），3種施有機(jī)物料處理MBN含量整體高于NPK處理。2018年移栽后90 d，處理NPKB的MBN含量最高，是NPK處理的1.15倍。

2.4 ?不同施肥措施對(duì)可培養(yǎng)微生物數(shù)量的影響

2.4.1 ?細(xì)菌數(shù)量 ?移栽后90 d處理間細(xì)菌數(shù)量表現(xiàn)為NPKB>NPKS>NPKW>NPK（表5）。3種增施有機(jī)物料處理細(xì)菌數(shù)量均大于處理NPK，NPKB處理在移栽后60 d、90 d提升顯著。

2.4.2 ?真菌數(shù)量 ?生育期內(nèi)各處理真菌數(shù)目均為先增后降的趨勢(shì)（表5）。生育期內(nèi)真菌數(shù)目整體表現(xiàn)為NPKW>NPKS>NPKB>NPK，3種增施有機(jī)物料處理均大于NPK處理，其中處理NPKW增加效果最顯著。

2.4.3 ?放線菌數(shù)量 ?生育期內(nèi)各處理放線菌數(shù)目整體呈逐漸升高趨勢(shì)（表5）。不同時(shí)期處理NPKW放線菌數(shù)量均大于處理NPK。

2.5 ?相關(guān)性分析

由表6看出，土壤細(xì)菌數(shù)量與MBC含量、速效鉀含量顯著相關(guān)。真菌數(shù)量與脲酶活性呈極顯著負(fù)相關(guān)，與過(guò)氧化氫酶活性呈極顯著相關(guān)。放線菌數(shù)量與堿解氮含量間呈顯著相關(guān)。蔗糖酶活性與MBN含量、MBC含量呈顯著相關(guān)。脲酶與MBN間呈極顯著相關(guān)。MBN含量與堿解氮含量間呈極顯著負(fù)相關(guān)，與速效磷含量間呈極顯著相關(guān)。

3 ?討 ?論

土壤速效養(yǎng)分是土壤肥力最直觀的反映。本研究顯示，2018年隨生育期推進(jìn)，土壤堿解氮含量呈增加趨勢(shì)，這可能是由于2017年有機(jī)物料中未分解的部分和2018年施入的有機(jī)物料養(yǎng)分釋放造成[11]。配施有機(jī)物料處理速效磷含量顯著高于單施化肥處理，與郭麗等[12]研究結(jié)果一致，一方面增施的有機(jī)物料本身含有磷素，另一方面有機(jī)物料可減少土壤對(duì)磷的固定，使土壤速效磷含量保持較高水平。季璇等[13]研究表明，長(zhǎng)期配施有機(jī)物料可持續(xù)提升土壤供鉀能力，這與本試驗(yàn)研究結(jié)果相吻合。生物炭對(duì)土壤速效鉀含量提升最明顯，一方面其具有相對(duì)高比例的游離態(tài)鉀，另一方面能夠改善陽(yáng)離子交換量[14]而提高土壤速效鉀含量。此外生物炭較強(qiáng)的吸附性還可以降低土壤鉀離子的淋失損失[15]。通過(guò)相關(guān)性分析得出，土壤中可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量、MBC、速效鉀含量三者間顯著相關(guān)，這可能由于有機(jī)物料通過(guò)增加土壤有機(jī)碳促進(jìn)解鉀類細(xì)菌繁殖[16]，進(jìn)而提高土壤速效鉀含量。

土壤微生物、植物的分泌物及其殘?bào)w是土壤酶的主要來(lái)源，土壤酶活性能靈敏地反映不同管理措施對(duì)土壤肥力的影響[17-18]。本研究表明，添加3種有機(jī)物料均不同程度提高了土壤酶活性，其中秸稈還田對(duì)蔗糖酶活性提升最明顯。這可能是由于秸稈易分解，且在分解過(guò)程中能吸附水分，從而提高微生物數(shù)量，進(jìn)而提高蔗糖酶活性[19]。芝麻餅肥對(duì)脲酶活性提升最明顯，這主要是由于餅肥富含蛋白質(zhì)等有機(jī)物，并且礦化后能提升土壤堿解氮含量，從而提高脲酶活性[20]。生物炭對(duì)土壤酶活性的影響沒(méi)有明顯規(guī)律。這可能是由于一方面生物炭含有的少量易被利用的養(yǎng)分能夠促進(jìn)酶活性提高;另一方面生物炭能通過(guò)吸附酶基質(zhì)而抑制酶促反應(yīng)的進(jìn)行[21-22]，從而降低酶活性。

土壤微生物生物量碳氮與土壤養(yǎng)分密切相關(guān)。兩年試驗(yàn)結(jié)果均表明增施有機(jī)物料顯著增加土壤微生物生物量碳、氮含量。有機(jī)物料不僅可為土壤微生物生長(zhǎng)提供碳源、氮源和其他養(yǎng)分，而且能改變土壤水分、溫度和透氣性，改善微生物生存環(huán)境，從而促進(jìn)微生物量碳氮的積累[23-24]。研究表明秸稈對(duì)微生物量碳提升顯著，生物炭對(duì)微生物量氮提升顯著。這與秸稈更利于高含碳量的真菌、放線菌繁殖，生物炭更利于低含碳量的細(xì)菌繁殖的試驗(yàn)結(jié)果相吻合。

微生物數(shù)量變化與土壤物質(zhì)轉(zhuǎn)化過(guò)程密切相關(guān)[25]，本試驗(yàn)結(jié)果表明可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量遠(yuǎn)高于真菌、放線菌，這與細(xì)菌是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的主導(dǎo)菌類的研究相一致[26]。試驗(yàn)中，芝麻餅肥C/N低，具有易降解的特點(diǎn)，能較快提供富營(yíng)養(yǎng)環(huán)境，使菌群快速增長(zhǎng)。添加秸稈為微生物提供了碳水化合物、氨基酸和多聚物等必需物，對(duì)纖維素利用菌等菌群生長(zhǎng)促進(jìn)效果明顯[27-28]。生物炭由于極高的含碳量顯著改變土壤碳氮比，而巨大的比表面積和疏松多孔的結(jié)構(gòu)為微生物生存提供生長(zhǎng)空間和附著位點(diǎn)，利于微生物棲息[29]。相關(guān)性分析結(jié)果表明，過(guò)氧化氫酶與真菌數(shù)量極顯著相關(guān)，這主要是由于參與氧化分解過(guò)程的過(guò)氧化氫酶大量存在于真菌中。

4 ?結(jié) ?論

兩年試驗(yàn)中，添加腐熟秸稈對(duì)MBC、蔗糖酶、真菌和放線菌數(shù)量提升明顯，添加芝麻餅肥對(duì)堿解氮、速效磷、蔗糖酶和脲酶活性提升明顯，添加生物炭對(duì)土壤速效鉀、MBN、脲酶、過(guò)氧化氫酶、細(xì)菌提升顯著。在煙草生產(chǎn)中采用無(wú)機(jī)肥配施腐熟小麥秸稈、芝麻餅肥和生物質(zhì)炭均能不同程度提高土壤生物學(xué)特性和土壤速效養(yǎng)分的含量，進(jìn)而提升土壤綜合質(zhì)量。今后還需通過(guò)田間試驗(yàn)進(jìn)一步研究不同施肥措施對(duì)土壤生物學(xué)特性和養(yǎng)分的長(zhǎng)期影響。

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