常軼梅， 陳紅麗， 周雅寧， 劉國順， 楊永鋒， 趙玲玲

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)國家煙草栽培生理生化研究基地，河南 鄭州 450002；2.中國煙草總公司鄭州煙草研究院，河南 鄭州 450001)

在煙葉生產(chǎn)中，煙農(nóng)通過施用化肥來增加煙葉產(chǎn)量的現(xiàn)象普遍存在，但過高的化肥施入不僅造成烤煙品質(zhì)下降，貪青晚熟，氮肥利用率過低，而且導(dǎo)致土壤板結(jié)，養(yǎng)分水平失調(diào)，供肥能力和自我修復(fù)能力下降[1～3].曹志平等[4]和路磊等[5]研究表明，大量化肥施入會直接毒害土壤微生物，造成土壤微生物活性降低，生物量減少；也有研究表明，短期施用無機氮肥對土壤酶活性和微生物影響較小，但長期施用會抑制土壤微生物的繁殖[6].徐陽春等[7]研究表明,施用有機肥料可以顯著提高土壤酶的活性和微生物的數(shù)量，尤其對與土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化有關(guān)的酶活性和微生物數(shù)量影響顯著.王兆榮[8]、季立聲[9]通過研究秸稈還田對土壤養(yǎng)分的影響表明，秸稈還田后，土壤脲酶、蔗糖酶、中性磷酸酶、過氧化氫酶活性較對照處理均有提高.目前，中國農(nóng)作物的秸稈年產(chǎn)量高，但利用率低，田間焚燒秸稈現(xiàn)象仍存在，不僅造成資源浪費，而且污染環(huán)境.國內(nèi)外研究學(xué)者對秸稈還田的方式、還田量、時間、翻壓程度、病蟲害防治等方面進行了許多研究[6～10]，但以往研究大多數(shù)局限于秸稈翻壓還田對小麥、玉米、水稻等主要糧食作物種植地的培肥效果及對土壤理化性質(zhì)的影響等方面，對植煙土壤改良和土壤特性改變的研究較少.河南是全國重要的小麥生產(chǎn)大省，有豐富的小麥秸稈資源；又是濃香型煙草生產(chǎn)大省，因此，通過研究腐熟小麥秸稈還田措施，探索河南煙區(qū)小麥秸稈堆漚腐熟后施入植煙土壤，實現(xiàn)小麥秸稈的無污染處理，對現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和煙田土壤改良，促進煙株合理發(fā)育具有重要意義.本試驗于2012年在河南農(nóng)業(yè)大學(xué)科教園進行盆栽種植，通過設(shè)置不同量腐熟秸稈還田，研究秸稈還田條件下對河南煙區(qū)植煙土壤特性的影響，為河南煙區(qū)煙葉生產(chǎn)及煙田土壤改良提供理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1供試材料

于2012年在河南農(nóng)業(yè)大學(xué)科教園進行試驗，供試土壤采自河南省許昌縣，土壤類型為黃褐土，質(zhì)地為壤土. pH值為6.85，有機質(zhì)含量12.10 g·kg-1，堿解氮50.20 mg·kg-1，有效磷 (P2O5)含量7.80 mg·kg-1，有效鉀(K2O)含量130.70 mg·kg-1.小麥秸稈從存放1 a以上的農(nóng)家堆漚麥垛里采集，充分腐熟的秸稈變軟并呈黑褐色，易結(jié)團、易拉斷；本試驗所用秸稈均為充分腐熟的小麥秸稈，自然風干后混勻，并粉碎至1.3～7.6 mm備用.

1.2試驗設(shè)置

本試驗采取盆栽，設(shè)6個處理，每個處理30盆，隨機排列，共計180盆.按120 cm×50 cm的行株距盆栽.處理1(CK)：腐熟秸稈添加量為0 g·盆-1；處理2(T1)：腐熟秸稈添加量為53.3 g·盆-1；處理3(T2)：腐熟秸稈添加量為106.6 g·盆-1；處理4(T3)：腐熟秸稈添加量為159.9 g·盆-1；處理5(T4)：腐熟秸稈添加量為213.2 g·盆-1；處理6(T5)：腐熟秸稈添加量為266.5 g·盆-1.盆栽用土經(jīng)風干并熏蒸消毒，通過0.5 cm×1 cm網(wǎng)篩，每盆裝土20 kg.每盆基肥施純氮3.5 g，m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=1∶2∶3，移栽前每盆的土壤與腐熟的小麥秸稈以及無機肥充分攪拌混勻.

1.3試驗材料

供試烤煙品種為NC 89，2012-05-05選取長勢一致的壯苗進行移栽，其他管理同大田.

1.4樣品采集與測定方法

分別于移栽后30 d(團棵期)，45 d(旺長期)，60 d(現(xiàn)蕾期)，75 d(圓頂期)，90 d(成熟期)采集0～20 cm耕層土壤樣品，每次每個處理采代表煙株3株.在土壤水分含量適中時采用剝落分離法[10]取樣，將帶土植株取出，輕輕抖動，采集黏附在根系上的土壤.樣品采回后，剔除可見的動植物殘體和石塊等雜質(zhì)，風干，磨細，過篩備用.

土壤堿解氮用堿解擴散法，土壤速效磷用鉬銻抗比色法，土壤速效鉀用火焰光度法，土壤有機質(zhì)用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定[11].脲酶采用靛酚藍比色法，過氧化氫酶采用高錳酸鉀滴定法測定，蔗糖酶用3，5-二硝基水楊酸比色法測定(37 ℃， 24 h)，纖維素酶活性用3，5-二硝基水楊酸比色法測定(37 ℃， 72 h)[12].

2 結(jié)果與分析

2.1腐熟秸稈還田對煙田土壤酶活性的影響

2.1.1 腐熟秸稈對煙田土壤脲酶含量的影響 土壤脲酶是一種酶促含氮有機物的水解酶，它直接參與尿素形態(tài)轉(zhuǎn)化，并促進有機質(zhì)分子中肽鍵的水解，其活性通常與微生物數(shù)量、有機質(zhì)含量、土壤全氮、速效氮等密切相關(guān)，在土壤肥力的研究中被廣泛使用[13，14].由表1可知，煙苗移栽后30 d到75 d，脲酶活性下降，75 d時脲酶活性達到最小值，而后又逐漸上升.隨著添加秸稈量的增加，土壤脲酶活性呈增加趨勢，并在移栽后90 d，T3，T4處理脲酶活性增加量更明顯，分別提高23.2%，25.4%，與對照達顯著差異(P<0.05)；T5處理脲酶活性反而降低，較對照降低6.2%.由表1可知，移栽后30 d，各處理脲酶活性較對照均有顯著性差異(P<0.05)，且都高于對照；移栽后45 d，各處理脲酶活性差異不顯著(P>0.05)；移栽后60 d，T3，T4處理脲酶活性低于其他處理，但到75 d和90 d脲酶活性又升高且高于其他處理.已有研究表明，脲酶的活性隨著微生物數(shù)量的增加及其生長速率的增大而增大[15].添加腐熟秸稈后，土壤活性有機質(zhì)含量增加，這為微生物的生長提供了較多更易利用的碳源，氮源等營養(yǎng)物質(zhì)，促進了微生物的生長，增加了某些土壤微生物的群體數(shù)量.移栽初期需肥量較小，一部分氮素被微生物固定，隨著烤煙的生長發(fā)育，土壤中氮素被大量消耗，在移栽后60 d(現(xiàn)蕾期)降到最低，此時被固定的氮素又被釋放，以供煙株生長發(fā)育需要，這可能是脲酶活性表現(xiàn)為先降低后升高的原因.

表1 添加不同量腐熟秸稈對脲酶活性的影響

2.1.2 腐熟秸稈對土壤蔗糖酶的動態(tài)影響 蔗糖酶是評價土壤肥力的重要指標之一，能增加土壤中易溶營養(yǎng)物質(zhì).由表2可知，添加不同量腐熟秸稈處理，蔗糖酶活性在整個生育期變化趨勢一致，表現(xiàn)為移栽后30 d到60 d逐漸升高并達到最大值，隨后又開始緩慢下降.隨著煙株生育期的推進，不同處理土壤蔗糖酶總體變化趨勢一致，在移栽后60 d達到最大值，在該時期T1，T2，T3，T4處理較對照蔗糖酶活性分別提高7.2%，18%，50%，76%，62%，T4處理增加量最大，說明隨著腐熟秸稈添加量的增加，蔗糖酶活性增大，但當添加量達一定值之后，蔗糖酶活性又開始下降.蔗糖酶活性與有機質(zhì)的轉(zhuǎn)化密切相關(guān)，隨著添加秸稈量的增加，土壤蔗糖酶活性增大，這可能是腐熟的秸稈既增加了蔗糖酶的反應(yīng)底物，又活躍了土壤微生物，使蔗糖酶的數(shù)量和活性均有提高[16，17].

表2 添加不同量腐熟秸稈對蔗糖酶活性的影響

2.1.3 腐熟秸稈對土壤過氧化氫酶的動態(tài)影響 過氧化氫酶廣泛存在于生物體內(nèi)，它由生物呼吸過程和有機物生物化學(xué)氧化反應(yīng)的結(jié)果產(chǎn)生，在生物氧化過程中起分解過氧化氫的作用，表征土壤生物氧化過程的強弱[12].在生物體和土壤存在的過氧化氫酶能促進過氧化氫分解為水和氧，從而降低過氧化氫的毒害作用[18].由表3可知，添加腐熟秸稈后，各處理過氧化氫酶有先升高后緩慢降低的趨勢，但各處理差異不太明顯(P>0.05).移栽后30 d各處理土壤過氧化氫酶平均活性較對照達到顯著差異水平(P<0.05)，其余各時期各處理和對照CK處理土壤過氧化氫酶活性均沒有顯著差異(P>0.05).添加秸稈后，在相同時期各處理過氧化氫酶活性呈先增加后降低的趨勢，除移栽后60 d對照處理過氧化氫酶活性較高，其余各時期各處理過氧化氫酶活性較對照均有提高.整個烤煙生育期，過氧化氫酶活性較高，T3處理各個時期過氧化氫酶活性較其他處理略有提高，T2，T4處理酶活性也處于較好水平，顯然有利于發(fā)揮其分解過氧化氫的作用，說明添加腐熟秸稈可促進煙田土壤養(yǎng)分平衡.

表3 添加不同量腐熟秸稈對過氧化氫酶活性的影響

2.1.4 腐熟秸稈對土壤纖維素酶的動態(tài)影響 纖維素酶可將植物殘體水解為最初產(chǎn)物纖維二糖，纖維二糖再進一步分解為葡萄糖，因此，纖維素酶是碳素循環(huán)中的一個重要酶[12].由表4可知，整個生育期內(nèi)，各處理煙田土壤纖維素酶活性呈降低趨勢，移栽后30 d纖維素酶活性最高，移栽后90 d纖維素酶活性最低，且CK，T1處理纖維素酶活性下降程度比其他處理幅度大，CK，T1，T2，T3，T4，T5處理在成熟期分別下降到團棵期的7.8%，8.8%，25.1%，19.6%，17.7%，17.3%.這可能是由于添加腐熟秸稈增加了碳源物質(zhì)和酶反應(yīng)底物，促進微生物的繁殖，刺激了酶活性提高，T2,T3處理提高效果顯著.由表4可知，移栽后30 d和90 d，T3，T4處理較其他處理有顯著差異(P<0.05)，移栽后45，60，75 d；T2，T3，T4處理纖維素酶活性較對照增加，各時期以上處理纖維素酶活性均存在顯著差異(P<0.05).T3,T4處理在全生育期，纖維素酶活性較其他處理均較高.

表4 添加不同量腐熟秸稈對纖維素酶活性的影響

2.2腐熟秸稈還田對煙田土壤養(yǎng)分的影響

由表5可知，隨著添加腐熟秸稈量的增加，盆栽處理土壤堿解氮、有機質(zhì)、速效鉀呈先增加后降低趨勢，速效磷含量呈一直增加趨勢.添加腐熟秸稈后，土壤堿解氮、有機質(zhì)、速效鉀含量無顯著差異(P<0.05)，變化范圍分別為74.47～89.29 mg·kg-1(堿解氮)，8.79～12.03 g·kg-1(有機質(zhì))，89.20～113.20 mg·kg-1(速效鉀)；添加腐熟秸稈后，T3處理速效磷含量較對照提高43%，T4，T5處理速效磷含量較對照分別提高58%,83%，差異達到顯著水平(P<0.05).在全生育期內(nèi)，堿解氮含量表現(xiàn)為T2>T1>T4>T5>T3>CK，有機質(zhì)含量表現(xiàn)為T4>T5>T3>T2>T1>CK，速效鉀表現(xiàn)為T5>T3>T4>T2>T1>CK，速效磷表現(xiàn)為T5>T4>T3>T2>T1>CK.T3處理的煙株全生育期土壤有機質(zhì)、堿解氮、速效鉀、速效磷較對照分別提高6.1%，31.8%，24.0%，42.5%，比其他處理表現(xiàn)要好.

表5 添加不同量腐熟秸稈對烤煙全生育期各養(yǎng)分含量均值的影響

2.3腐熟稈對土壤酶活性與土壤養(yǎng)分關(guān)系

土壤酶活性與土壤養(yǎng)分相關(guān)分析表明(表6)，添加腐熟秸稈后，土壤脲酶與其他化學(xué)或生物化學(xué)指標(蔗糖酶、過氧化氫酶和速效磷除外)均存在顯著或極顯著相關(guān)關(guān)系(P<0.05或P<0.01)；纖維素酶與堿解氮、速效鉀、速效磷存在顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.530，0.390，0.400；速效鉀與過氧化氫酶、纖維素酶、堿解氮存在顯著相關(guān)，與蔗糖酶和有機質(zhì)相關(guān)不顯著；土壤速效磷與蔗糖酶、纖維素酶相關(guān)關(guān)系顯著，相關(guān)系數(shù)分別為0.490，0.400.除脲酶和纖維素酶相關(guān)關(guān)系極顯著外，其他土壤酶之間相關(guān)均不顯著.這說明，添加腐熟秸稈的煙田土壤酶活性的高低受到土壤堿解氮、有機質(zhì)、速效鉀、速效磷等養(yǎng)分含量的制約.

3 結(jié)論與討論

3.1添加腐熟秸稈對土壤酶活性的影響

土壤酶在土壤營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)化過程中起著重要作用，其活性可反映土壤生物化學(xué)過程的強度和方向.同時，酶活性具有相對穩(wěn)定性，是靈敏可靠的土壤肥力指標之一.土壤酶反映土壤對植物根系供應(yīng)養(yǎng)分的潛在能力[19].不同量的腐熟秸稈在全生育期內(nèi)不同程度提高了植煙土壤酶活性.T3，T4處理土壤脲酶活性在移栽后30 d(團棵期)、45 d(旺長期)明顯高于其他處理，這主要是添加腐熟秸稈將大量的酶類帶入土壤，秸稈中的氮刺激了土壤微生物活性，使脲酶量增加，這與前人研究一致[17，20].土壤脲酶活性的提高可以提高氮的生物有效性，有益于土壤氮素轉(zhuǎn)化.蔗糖酶活性隨烤煙生長而升高，在移栽后60 d(現(xiàn)蕾期)達到最大值，這可能是由于烤煙進入旺長期后，根系代謝活動增強，根系分泌物增多；蔗糖酶活性又與土壤中有機質(zhì)和速效磷呈顯著正相關(guān)關(guān)系，這說明添加腐熟秸稈后，增加了土壤中蔗糖酶反應(yīng)底物，又活躍了土壤微生物，是蔗糖酶數(shù)量和活性提高[16].添加不同量腐熟秸稈后，各處理間土壤過氧化氫酶含量變化差異并不十分顯著，這與研究認為過氧化氫沒活性在施肥處理間差異較小結(jié)果相似[21].整個生育期內(nèi)，過氧化氫酶活性處于較高水平，這有利于土壤中過氧化氫分解，為烤煙生長和微生物活動創(chuàng)造良好的土壤環(huán)境，其中T3處理土壤過氧化氫酶活性在生育期內(nèi)較高于其他處理，有利于烤煙生長土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化吸收.土壤纖維素酶活性團棵期最高，隨后開始下降，成熟期活性達到最低，可能是因為添加腐熟秸稈，給煙草生長帶來了一定的外源纖維素酶和有機碳源的結(jié)果.

表6 土壤酶活性與土壤養(yǎng)分含量之間的相關(guān)系數(shù)

3.2添加腐熟秸稈對煙田土壤養(yǎng)分的影響

已有研究表明，施用有機肥可以提高土壤活性有機質(zhì)和土壤酶活性，但施用不同有機肥料和施用量不同之間有差異[22～24].本研究結(jié)果表明，不同量腐熟秸稈還田后，在烤煙全生育期內(nèi)，土壤堿解氮，速效磷，速效鉀和有機質(zhì)含量均有不同程度提高，但不同施用量之間差異不明顯.隨著腐熟秸稈添加量的增加，土壤堿解氮、有機質(zhì)、速效鉀呈先增加后減少再增加的趨勢，這可能是由于添加腐熟秸稈為土壤提供豐富的碳源、氮源，并帶入大量的微生物，提高了土壤微生物活性，但當腐熟秸稈添加到一定量之后，土壤養(yǎng)分和微生物活度達到高峰，之后隨腐熟秸稈量的添加反而又降低.速效磷活性隨秸稈量增加而增加，這可能是腐熟秸稈帶入的某些微生物，促進了土壤有效態(tài)磷的分解.綜合比較，T3處理對土壤改良作用較好.

3.3添加腐熟秸稈對煙田土壤的改良效應(yīng)

添加腐熟秸稈后，土壤酶活性和土壤養(yǎng)分含量增加，這可能是腐熟的秸稈肥料為土壤添加新的微生物群落和營養(yǎng)物質(zhì)，為微生物繁殖提供場所，使微生物數(shù)量增加，從而促進了土壤酶活性提高.這與前人研究添加有機肥料后促進土壤碳氮循環(huán)，土壤質(zhì)量明顯改善結(jié)果一致[25].土壤酶與土壤養(yǎng)分相關(guān)分析結(jié)果表明，添加腐熟秸稈有利于提高土壤速效鉀和堿解氮含量，從而提高土壤脲酶、纖維素酶活性.土壤中的一切生化過程都是在酶的作用下進行的，土壤酶促反應(yīng)快慢很大程度上由土壤營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化速度決定[26].添加腐熟秸稈為土壤酶促反應(yīng)提供基質(zhì)，土壤生化過程加快，有利于土壤有機物質(zhì)的轉(zhuǎn)化.本試驗研究表明，添加腐熟秸稈后，土壤纖維素酶、堿解氮、有機質(zhì)和速效鉀與脲酶活性達顯著相關(guān)，土壤脲酶、過氧化氫酶、纖維素酶和堿解氮與速效磷含量達顯著相關(guān)，這說明添加的腐熟秸稈改變了土壤碳氮供應(yīng)水平，導(dǎo)致了土壤的微環(huán)境變化，從而改變了土壤微生物特性.這些微生物學(xué)特性可作為科學(xué)評價土壤供肥能力和健康狀況的指標，從而科學(xué)反映土壤營養(yǎng)平衡狀況，預(yù)測土壤可持續(xù)發(fā)展的潛力.

綜上所述，添加腐熟秸稈后土壤酶活性和土壤養(yǎng)分的動態(tài)變化反映出土壤養(yǎng)分供應(yīng)與煙草生長發(fā)育之間的協(xié)調(diào)性，T3處理(159.9 g·盆-1)秸稈還田量在煙株整個生長發(fā)育時期為煙草碳氮代謝提供較好的營養(yǎng)條件，T1處理(53.3 g·盆-1)，T2處理(106.6 g·盆-1)改良效果不明顯，T4處理(213.2 g·盆-1)，T5處理(266.5 g·盆-1)在一定程度上也可為煙株生長提供較好的土壤條件，但還田量大，成本較高，不利于集約化現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展，因此，T3處理腐熟秸稈添加量159.9 g·盆-1(18 000 kg·hm-2)可作為河南煙區(qū)秸稈還田參考量.

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