烤煙根系分泌物對植煙土壤酶及養(yǎng)分活化作用的影響

肖明禮，劉 高，韋建玉，金亞波，王 軍，王 行，王 維

（1.廣東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，廣東 廣州 510385；2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，廣東 廣州 510642；3.廣西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，廣西 南寧 530001；4.廣東省煙草南雄科學(xué)研究所，廣東 南雄 512400）

根系是植物的主要吸收器官，向周圍土壤環(huán)境釋放多種代謝產(chǎn)物，包括糖類、蛋白質(zhì)、氨基酸、維生素及有機(jī)酸、酚類等化合物，其中很多低分子量的化合物可作為化感物質(zhì)影響植物根際土壤中微生物群落、土壤酶活性及土壤養(yǎng)分含量，同時影響根系與植物及其他有機(jī)體之間的信息傳遞。近年來，國內(nèi)外學(xué)者對根系分泌物進(jìn)行了大量研究，王曉英［1］研究了白三葉根系分泌物的化感作用，結(jié)果表明，白三葉根系分泌物可抑制高羊茅、草地早熟禾種子的萌發(fā)和幼苗生長，并認(rèn)為這是白三葉能夠成功入侵禾本科草坪的原因之一；孫燕等［2］研究了咖啡根系分泌物對嫁接后植物生長的影響，結(jié)果表明，根系分泌物可以促進(jìn)植株生長或使植株生長所受抑制減少；徐國偉等［3］研究了秸稈還田和施氮量對水稻根系分泌物的影響，結(jié)果表明，根系分泌物與氮素積累量和氮素利用率呈顯著正相關(guān)。周冀衡等［4］對不同基因型烤煙根系分泌物進(jìn)行研究，結(jié)果表明香料煙（沙姆遜）根系分泌物的活化能力最強(qiáng)，白肋煙（白肋21）次之，烤煙（NC89）較弱。常二華等［5］研究表明，氮磷營養(yǎng)水平對水稻根系分泌物有重要的調(diào)控作用。宋日等［6］研究指出，不同作物根系分泌物對土壤團(tuán)聚體大小及穩(wěn)定性的影響具有重要作用，而土壤團(tuán)聚體與土壤理化性質(zhì)和生物學(xué)特性密切相關(guān)?？梢姡捣置谖飳χ参锷L發(fā)育至關(guān)重要。作物根系分泌物作為一個新興研究熱點已有大量研究，但有關(guān)烤煙根系分泌物對土壤結(jié)構(gòu)、土壤養(yǎng)分及酶活性影響的研究則較少。本研究以廣西河池產(chǎn)區(qū)植煙田為供試土壤，采用水培法收集烤煙根系分泌物，分析烤煙根系分泌物對土壤速效養(yǎng)分的影響，并通過對土壤酶活性的測定研究烤煙根系分泌物促進(jìn)土壤速效養(yǎng)分釋放的原因，為烤煙生產(chǎn)過程中土壤微生態(tài)深入研究提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試材料為廣西河池市羅城縣植煙土壤（沙泥田）0～20 cm耕作層的土壤，其基本理化性質(zhì)為pH 5.72、有機(jī)質(zhì)含量2.87%、全氮含量0.173%、全磷含量0.044%、全鉀含量2.84%、速效氮含量89.32 mg/kg、速效磷含量18.37 mg/kg、速效鉀含量124.65 mg/kg，土壤風(fēng)干過篩后備用。采用托盤育苗法進(jìn)行常規(guī)育苗，育苗營養(yǎng)液采用生產(chǎn)常規(guī)育苗肥料配方，待長到6～7葉期，剪葉一次，進(jìn)行水培移栽，水培營養(yǎng)采用Hoagland's（霍格蘭氏）營養(yǎng)液配方。待長到現(xiàn)蕾期，完整取出生長一致的煙株，分別放入1 L去離子水中培養(yǎng)，每隔24 h更換收集一次去離子水，連續(xù)收集2 d。將收集液減壓濃縮至原收集液體積的10%（45℃），過0.45 μm濾膜，獲得根系分泌物濃縮提取液。

1.2 試驗方法

將根系分泌物濃縮提取液設(shè)置低（A1：5 mL分泌物+10 mL去離子水））、中（A2：10 mL分泌物+5 mL去離子水）、高（A3：15 mL分泌物）3個濃度。取50 g土樣于培養(yǎng)皿中，將上述溶液均勻點滴入土樣中，各處理重復(fù)10次，置于25℃培養(yǎng)箱黑暗培養(yǎng)，每天稱重，用去離子水補(bǔ)足損失水分。培養(yǎng)5、15、30 d后，取土樣分析。

1.3 測定指標(biāo)及方法

土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體測定采用非真空快速浸潤法［7］，堿解氮含量測定采用凱氏定氮法、速效磷含量測定采用碳酸氫鈉浸提為鉬銻抗比色法）、速效鉀含量測定采用中性乙酸銨提取為火焰光度計法）、有機(jī)質(zhì)含量測定采用硫酸重鉻酸鉀容量法［8］；蔗糖轉(zhuǎn)化酶、磷酸酶、過氧化氫酶、多酚氧化酶活性測定采用熒光微型板酶檢測技術(shù)，脲酶活性測定采用NH+4釋放量法［9］。

2 結(jié)果與分析

2.1 烤煙根系分泌物對不同粒徑水穩(wěn)性團(tuán)聚體組成含量的影響

水穩(wěn)性團(tuán)聚體組成是影響土壤理化性質(zhì)及生物學(xué)性質(zhì)的重要因素，對土壤肥力及生產(chǎn)力至關(guān)重要。由表1可知，不同濃度烤煙根系分泌物處理下，土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體均主要集中于大團(tuán)聚體（粒級＞1 mm）和小團(tuán)聚體（粒級＜0.1 mm），且整個培養(yǎng)過程中，不同根系分泌物處理的土壤小團(tuán)聚體比例先降后升，大團(tuán)聚體比例則先升后降。整體來看，土壤水穩(wěn)性小團(tuán)聚體和大團(tuán)聚體分布比例均升高，且大團(tuán)聚體分布比例高于小團(tuán)聚體，其中各處理小團(tuán)聚體在培養(yǎng)過程中的升高比例分別為13.8%、19.8%、12.8%，而大團(tuán)聚體升高比例分別為38.4%、27.3%、30.7%，可見烤煙根系分泌物可顯著增加土壤中大團(tuán)聚體的數(shù)量，0.1～1.0 mm粒級的土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體分布比例降低。不同培養(yǎng)時間下，隨著根系分泌物濃度的增加，小團(tuán)聚體含量減少，大團(tuán)聚體含量增加，0.1～1.0 mm粒級土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體未表現(xiàn)明顯變化規(guī)律。說明，烤煙根系分泌物有利于微團(tuán)聚體團(tuán)聚成大團(tuán)聚體，減少烤煙生長過程中栽培技術(shù)措施對土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的破壞。

表1 根系分泌物對不同粒徑水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量（%）的影響

2.2 烤煙根系分泌物對土壤養(yǎng)分含量的影響

圖1 烤煙根系分泌物對土壤有機(jī)質(zhì)、速效磷含量的影響

由圖1可知，添加根系分泌物后，隨著培養(yǎng)時間增加，土壤中有機(jī)質(zhì)含量下降。培養(yǎng)5 d后不同濃度處理土壤有機(jī)質(zhì)含量差異不顯著。但培養(yǎng)30 d后，A1處理土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著高于A2、A3處理，而A2、A3處理間差異不顯著。

由圖1、圖2可知，添加根系分泌物后，隨著培養(yǎng)時間增加，土壤速效磷、速效鉀、速效氮含量增加。其中，培養(yǎng)5 d后，A2處理土壤速效磷含量明顯高于A1、A3處理，培養(yǎng)15、30 d后，A2、A3處理的速效磷含量均高于A1處理，而A2、A1處理間差異不顯著。不同濃度處理土壤速效鉀含量在培養(yǎng)5 d及培養(yǎng)15 d的變化趨勢和速效磷趨于一致，但在培養(yǎng)30 d后，A3處理土壤速效鉀含量與A1、A2處理相比顯著提高。培養(yǎng)5、15 d后，不同濃度處理間土壤速效氮含量差異不顯著，但培養(yǎng)30 d后，A2、A3處理顯著高于A1處理，A2、A3處理間差異不顯著。綜合分析認(rèn)為，不同濃度的根系分泌物對土壤養(yǎng)分含量有明顯影響，A3處理烤煙根系分泌物更有利于土壤中速效磷、速效鉀及速效氮的釋放。而A1處理烤煙根系分泌物則更有利于土壤有機(jī)質(zhì)含量增加。

圖2 烤煙根系分泌物對土壤速效氮、速效鉀含量的影響

2.3 烤煙根系分泌物對土壤酶活性的影響

由圖3～圖5可知，烤煙根系分泌物對土壤酶活性有一定影響。培養(yǎng)30 d后，A3處理土壤過氧化氫酶活性比A1處理提高9.4%，達(dá)到顯著水平。而在培養(yǎng)15 d前，各濃度處理間差異不顯著。各處理土壤的多酚氧化酶活性在培養(yǎng)15 d后達(dá)到最大值，且隨著根系分泌物濃度的增加土壤多酚氧化酶的活性增加，處理間差異顯著。培養(yǎng)30 d后，A3處理土壤多酚氧化酶活性顯著高于A1、A2處理。

圖3 烤煙根系分泌物對土壤過氧化氫酶、多酚氧化酶活性的影響

圖4 烤煙根系分泌物對土壤過脲酶、磷酸酶活性的影響

圖5 烤煙根系分泌物對土壤蔗糖轉(zhuǎn)化酶活性的影響

A1、A2處理土壤脲酶活性差異不顯著，且在培養(yǎng)15 d前，A2處理土壤脲酶活性顯著高于A3處理，而在培養(yǎng)30 d后，A3處理反而高出A2處理20.8%。A3處理土壤磷酸酶活性顯著高于A1處理，但與A2處理差異不顯著。各處理土壤磷酸酶活性隨培養(yǎng)時間的增加而增加。不同濃度根系分泌物的土壤蔗糖轉(zhuǎn)化酶活性在不同的培養(yǎng)時間下差異較大。培養(yǎng)5 d后，A1處理顯著高于A3處理，培養(yǎng)15 d后，土壤蔗糖轉(zhuǎn)化酶活性最高的為A2處理，而在培養(yǎng)30 d后，土壤蔗糖轉(zhuǎn)化酶活性最高的為A3處理，并分別比A2、A1處理提高35.3%、53.3%。

表2 土壤養(yǎng)分含量與土壤酶活性的相關(guān)分析

2.4 土壤養(yǎng)分含量與土壤酶活性的相關(guān)分析

從表2可以看出，過氧化氫酶和多酚氧化酶活性與土壤養(yǎng)分含量的相關(guān)系數(shù)較小，而脲酶活性、磷酸酶活性、蔗糖轉(zhuǎn)化酶活性與土壤有機(jī)質(zhì)、速效磷、速效氮、速效鉀的含量關(guān)系密切。其中，脲酶活性、磷酸酶活性、蔗糖轉(zhuǎn)化酶活性與土壤有機(jī)質(zhì)含量呈顯著負(fù)相關(guān)，說明脲酶活性、磷酸酶活性、蔗糖轉(zhuǎn)化酶活性的增加有助于土壤有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化。脲酶活性與土壤速效磷、速效鉀的含量呈極顯著正相關(guān)，與速效氮含量呈顯著正相關(guān)。此外，磷酸酶活性與速效磷、速效氮、速效鉀的含量呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.897、0.895、0.980。而蔗糖轉(zhuǎn)化酶與土壤速效鉀和速效磷的含量也呈顯著正相關(guān)。可見，土壤酶直接參與土壤中物質(zhì)的轉(zhuǎn)化及養(yǎng)分的釋放和固定，其活性與土壤肥力狀況密切相關(guān)。

3 結(jié)論與討論

土壤團(tuán)聚體是指土粒通過各種自然過程的作用而形成的直徑＜10 mm的結(jié)構(gòu)單位，根系分泌物是影響土壤團(tuán)聚體大小和數(shù)量的主要因素之一［10-12］。宋日等［13］研究表明，大豆根系分泌物可顯著增加土壤中水穩(wěn)性團(tuán)聚體的含量。本研究指出，根系分泌物可有效增加土壤團(tuán)聚體數(shù)量。土壤小團(tuán)聚體含量先減后增，土壤大團(tuán)聚體含量先增后減，但是整體來看，土壤大團(tuán)聚體的增加幅度大于土壤小團(tuán)聚體的增加幅度，所以不同濃度根系分泌物均能顯著增加土壤大團(tuán)聚體含量。在烤煙的生產(chǎn)過程中，大田起壟措施及二次培土都會很大程度的破壞土壤結(jié)構(gòu)，根系分泌物可以在一定程度上修復(fù)這種破壞。

有機(jī)質(zhì)含量是判別土壤活性的重要指標(biāo)之一，有機(jī)質(zhì)的分解、積累及平衡是保持和提高土壤肥力的基礎(chǔ)［14］，植煙土壤有機(jī)質(zhì)含量的高低對煙草的生長發(fā)育及產(chǎn)質(zhì)量有直接的影響［15-21］。耿貴［22］研究表明，玉米、大豆、甜菜3種作物的根系分泌物對土壤有機(jī)質(zhì)含量影響不明顯。本研究表明，不同濃度根系分泌物均能有效降低土壤有機(jī)質(zhì)含量，且濃度越大有機(jī)質(zhì)含量越低，可能是因為烤煙根系分泌物可以增強(qiáng)根系分泌酶活性，而根系分泌酶在土壤有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化過程中起重要作用，根系分泌酶活性增強(qiáng)，有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化、分解加快。土壤中的氮、磷、鉀是作物生長發(fā)育必不可缺的營養(yǎng)元素，作物根系分泌物中也含有少量的氮，但因為土壤中氮含量較多，并不會明顯增加土壤中全氮含量，但會改變土壤中活性氮的含量和比例［23］，本研究表明烤煙根系分泌物可以增加土壤中速效磷、速效鉀、速效氮含量，且隨根系分泌物濃度的增加而增加，所以烤煙根系分泌物可以通過提高土壤中速效磷、速效鉀、速效氮的含量和比例，進(jìn)而影響烤煙的生長發(fā)育。

土壤酶對作物的生長發(fā)育至關(guān)重要，主要來源于動植物殘體、土壤微生物及根系分泌物［24］，其活性可以反映土壤內(nèi)生化反應(yīng)的方向和強(qiáng)度。土壤過氧化氫酶是一種重要的土壤微生態(tài)環(huán)境指標(biāo)，能有效防止作物過氧化氫毒害［25］；土壤多酚氧化酶是一種復(fù)合酶，常用于土壤環(huán)境修復(fù)；脲酶在土壤氮素轉(zhuǎn)化過程中起著重要作用，其活性在一定程度上能夠反映土壤供氮的能力，可以作為土壤生化性質(zhì)的評價指標(biāo)之一［26-27］；土壤磷酸酶在土壤磷素循環(huán)中發(fā)揮著重要作用，其活性高低直接影響著土壤中有機(jī)磷的生物化學(xué)礦化過程和有效磷的供給水平；土壤轉(zhuǎn)化酶的強(qiáng)弱可以直接反映了土壤熟化程度和肥力的水平，其活性高低可作為評價土壤肥力的指標(biāo)［28-29］，在反映土壤肥沃狀況的同時比其他酶更為明顯［30］，土壤肥力高的轉(zhuǎn)化酶活性相應(yīng)就高。本試驗結(jié)果表明，根系分泌物可有效增強(qiáng)土壤過氧化氫酶、多酚氧化酶、脲酶、磷酸酶、蔗糖轉(zhuǎn)化酶活性?？緹煾捣置谖锟娠@著影響土壤過氧化氫酶活性，培養(yǎng)前期3種濃度處理差異不顯著，培養(yǎng)30 d時，過氧化氫酶活性隨根系分泌物濃度的增加而增加，并且需要一定的時間才能更好的發(fā)揮作用。培養(yǎng)15 d時，不同濃度根系分泌物可顯著影響土壤多酚氧化酶活性，整個培養(yǎng)過程中酶活性先增后降，說明根系分泌物對多酚氧化酶活性的影響有一定時效性。從整個培養(yǎng)過程來看，只有高濃度處理下，脲酶活性是一直增加的，這說明高濃度的根系分泌物對土壤脲酶的影響最大。不同濃度根系分泌物處理對磷酸酶活性的影響均隨培養(yǎng)時間的增加而增加，整個培養(yǎng)過程中、高濃度處理差異性均不顯著，這兩個處理與低濃度處理差異顯著。中低濃度根系分泌物隨培養(yǎng)時間增加對蔗糖轉(zhuǎn)化酶活性的影響均是先增后減，高濃度根系分泌物對蔗糖轉(zhuǎn)化酶活性的影響則是隨培養(yǎng)時間的增加而增加，在培養(yǎng)天數(shù)為30 d時，3種處理蔗糖轉(zhuǎn)化酶活性差異顯著，說明高濃度的根系分泌物對蔗糖轉(zhuǎn)化酶活性的影響最大且時效較長。

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