不同餅肥配比對(duì)煙田土壤生物學(xué)特性及氮素轉(zhuǎn)化的影響①

李 亮，張佩佳，張 翔*，毛家偉，司賢宗，索炎炎，余 瓊，李 琦，范藝寬

不同餅肥配比對(duì)煙田土壤生物學(xué)特性及氮素轉(zhuǎn)化的影響①

李 亮1，張佩佳2，張 翔1*，毛家偉1，司賢宗1，索炎炎1，余 瓊1，李 琦3，范藝寬3

(1 河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物營養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，鄭州 450002；2 英國謝菲爾德大學(xué)信息學(xué)院，英國謝菲爾德 S10 2TN；3 河南省煙草專賣局(公司)，鄭州 450000)

施用芝麻餅肥是河南煙葉提質(zhì)增效的一大特色，純芝麻餅肥因量少價(jià)高在生產(chǎn)上的使用受到限制，而菜籽餅肥資源豐富且價(jià)格低廉，本研究擬通過比較不同菜籽和芝麻餅肥配比對(duì)土壤微生物區(qū)系、微生物生物量、酶活性及氮素轉(zhuǎn)化的影響，明確能培肥煙田土壤及提升煙葉質(zhì)量的合理餅肥配比，實(shí)現(xiàn)菜籽和芝麻餅肥資源的優(yōu)化配置。結(jié)果表明：較其他處理，芝麻餅肥配比高的T5(化肥 + 30% 菜籽餅肥 + 70% 芝麻餅肥)和T6(化肥 + 100% 芝麻餅肥)處理在烤煙團(tuán)棵期、旺長期和現(xiàn)蕾期土壤有較好的微生物增殖，但菜籽餅肥配比高的T2(化肥 + 100% 菜籽餅肥)和T3(化肥 + 70% 菜籽餅肥 + 30% 芝麻餅肥)處理在烤煙成熟期土壤微生物數(shù)量多于其他處理。各處理微生物生物量碳均在烤煙現(xiàn)蕾期出現(xiàn)峰值，微生物生物量氮和磷在團(tuán)棵期有峰值。除過氧化氫酶外，脲酶、蛋白酶、磷酸酶及蔗糖酶活性在烤煙旺長期有峰值且T5和T6處理高于其他處理。腐熟芝麻餅配比高的T5和T6處理更符合優(yōu)質(zhì)烤煙生產(chǎn)的氮素營養(yǎng)特性，且兩者間無顯著差異。菜籽餅肥配比高的T2和T3處理氮素礦化速度慢，不利于煙葉后期的品質(zhì)建成。因此，推薦以30% 菜籽餅肥 + 70% 芝麻餅肥來替代100% 芝麻餅肥處理，這樣既可節(jié)約成本，又能有效改善煙田土壤生物學(xué)特性，平衡烤煙氮素營養(yǎng)，提升煙葉品質(zhì)。

餅肥；煙田；土壤微生物；微生物生物量；酶活性

河南煙葉“吃味醇和、香氣濃郁、勁頭適中、油潤豐滿、燃燒性強(qiáng)”，曾是我國濃香型煙葉的典型代表。但近些年來，由于煙區(qū)人均耕地較少，煙田復(fù)種指數(shù)較高，長期大量施用化肥忽視有機(jī)肥，對(duì)煙田土壤重“用”輕“養(yǎng)”，勢必造成煙田土壤板結(jié)、有機(jī)質(zhì)含量下降、微量元素缺乏、有益微生物區(qū)系發(fā)生變化，致使病菌群增多、煙株生長發(fā)育不良、化學(xué)成分不協(xié)調(diào)、煙葉香氣品質(zhì)下降，不能滿足卷煙工業(yè)的需求，成為煙葉產(chǎn)量和品質(zhì)提高的重要限制因素。

施用餅肥是我國煙草栽培史上一大特色。餅肥是油料種子榨油后剩下的殘?jiān)?，我國菜籽餅、花生餅、大豆餅等餅肥資源豐富。餅肥作為一種有機(jī)物料，以含氮(N)為主，并含有相當(dāng)數(shù)量的磷(P)、鉀(K)及鈣(Ca)、鎂(Mg)等中量元素和鐵(Fe)、錳(Mn)、鋅(Zn)等微量元素。長期研究表明，合理施用餅肥可增加土壤中各種養(yǎng)分含量，同時(shí)還能調(diào)節(jié)土壤微生物活性，促進(jìn)烤煙生長發(fā)育，有利于碳、氮代謝的協(xié)調(diào)，增加煙葉的香氣吃味，效果優(yōu)于其他普通有機(jī)肥[1-2]。有報(bào)道指出，以50% 的餅肥氮和50% 的化肥氮配施效果最佳[3]；也有研究表明，以20% 的餅肥氮配施80% 的無機(jī)肥氮對(duì)烤煙的生長發(fā)育有良好的促進(jìn)作用。河南煙區(qū)煙葉生產(chǎn)表明，25% 的腐熟芝麻餅氮配施75% 的無機(jī)肥氮可改良煙田土壤環(huán)境，有助于提高河南煙區(qū)煙草的產(chǎn)量和品質(zhì)，改善煙葉的等級(jí)結(jié)構(gòu)。

盡管芝麻餅在提高煙葉品質(zhì)方面具有十分獨(dú)特的作用，但我國芝麻種植面積較小，芝麻餅作為有機(jī)肥成本較高。油菜籽作為世界第三大油料作物，在我國的種植面積居世界首位，因菜籽餅資源豐富，獲取成本也較低。但目前還缺乏有關(guān)不同餅肥配比在煙草生產(chǎn)上的效果研究，因此，本研究通過田間小區(qū)試驗(yàn)，研究了菜籽餅和芝麻餅不同餅肥配比對(duì)土壤生物學(xué)特性及氮素轉(zhuǎn)化的影響，探討煙草生產(chǎn)上如何以菜籽餅代替芝麻餅施用，為改良河南煙區(qū)土壤質(zhì)量、提高煙葉品質(zhì)、降低餅肥施用成本及科學(xué)合理施用餅肥提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試烤煙品種為當(dāng)?shù)刂髟云贩N中煙100，由臨潁縣煙草公司提供。試驗(yàn)于2016年5月至10月在河南省漯河市臨潁縣固廂鎮(zhèn)大師村開展。供試土壤類型為潮土，質(zhì)地為砂壤土，前茬作物為煙草。在未施肥起壟前，采用5點(diǎn)4分法取0 ~ 20 cm耕層土壤樣品測定其基本理化性質(zhì)：pH 7.8，有機(jī)質(zhì)12.0 g/kg，堿解氮114.3 mg/kg，有效磷8.7 mg/kg，速效鉀134.8 mg/kg。供試肥料為一銨(含N 110 g/kg，P2O5440 g/kg)、硝銨磷(含N 320 g/kg，P2O540 g/kg)、硫酸鉀(含K2O 500 g/kg)、腐熟菜籽餅肥(含N 51 g/kg，P2O58.9 g/kg，K2O 9.1 g/kg)和腐熟芝麻餅肥(含N 54 g/kg，P2O510.4 g/kg，K2O 10.0 g/kg)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)6個(gè)不同餅肥配比處理：T1，對(duì)照(不施用菜籽餅和芝麻餅)；T2，化肥 + 100% 菜籽餅肥；T3，化肥 + 70% 菜籽餅肥 + 30% 芝麻餅肥；T4，化肥 + 50% 菜籽餅肥 + 50% 芝麻餅肥；T5，化肥 + 30%菜籽餅肥 + 70% 芝麻餅肥；T6，化肥 + 100% 芝麻餅肥。每個(gè)處理施純氮(N)量為80.00 kg/hm2，其中，無機(jī)氮占75%，有機(jī)氮占25%。采用當(dāng)?shù)馗觳俗扬灪椭ヂ轱炁渲撇煌壤袡C(jī)肥，各處理及肥料施用量如表1所示。餅肥全部作基肥條施，無機(jī)氮肥采用70% 條施、30% 穴施。所有處理的P2O5施用量為101.25 kg/hm2，全部作基肥施入；K2O施用量為236.25 kg/hm2，采用50% 條施、20% 穴施、30% 追施。

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每個(gè)小區(qū)面積72 m2(4.8 m × 15 m)，每小區(qū)種植4行，行株距為120 cm × 50 cm，每個(gè)處理3次重復(fù)，共18個(gè)小區(qū)。試驗(yàn)于5月5日選取長勢健壯、大小均勻一致的煙苗進(jìn)行移栽，其他栽培及田間管理措施按當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)管理規(guī)范進(jìn)行。

1.3 取樣及測定

于烤煙生長的4個(gè)生育期(團(tuán)棵期，移栽后30 d；旺長期，移栽后45 d；現(xiàn)蕾期，移栽后60 d；成熟期，移栽后90 d)，采集不同處理煙壟上2株煙正中位置0 ~ 20 cm土層3個(gè)重復(fù)的土壤樣品，所有樣品均為多點(diǎn)混合樣品，用四分法留存1 kg裝入無菌自封袋帶回實(shí)驗(yàn)室，一份鮮樣去雜后存于4℃冰箱保存供測土壤微生物區(qū)系和微生物生物量碳、氮、磷，另一份風(fēng)干、去雜、細(xì)化(孔徑1 mm篩)供土壤酶活和土壤全氮及堿解氮的測定。同時(shí)，每個(gè)生育期隨機(jī)選取3株植株樣，分根、莖、葉取樣并沖洗干凈，放入烘箱105℃殺青30 min，在70℃下烘干，粉碎后測根、莖、葉中氮含量。

表1 試驗(yàn)處理

土壤微生物區(qū)系采用稀釋平板分離測數(shù)法測定[4]，微生物生物量采用氯仿熏蒸法測定[5]；脲酶活性采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法測定，蛋白酶活性采用茚三酮比色法測定，磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法測定，蔗糖酶活性采用水楊酸比色法測定，過氧化氫酶活性采用KMnO4滴定法測定[6]；土壤全氮和堿解氮含量參照鮑士旦[7]方法測定；植株根、莖、葉氮含量采用凱氏定氮法測定[7]；烤后煙葉總糖采用蒽酮比色法測定，還原糖采用DNS比色法測定，煙堿采用提取脫色法測定，總氮采用凱氏定氮法測定，鉀采用火焰光度法測定，氯采用莫爾法測定[8]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2013軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，Origin 8.0軟件作圖，SPSS 17.0軟件進(jìn)行方差分析(Duncan 法)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同餅肥配比對(duì)煙田土壤生物學(xué)特性的影響

2.1.1 土壤微生物區(qū)系 土壤微生物是土壤的重要組成部分，是土壤碳、氮、磷等元素轉(zhuǎn)化的主要驅(qū)動(dòng)力，對(duì)土壤-植物生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流通起決定性作用[9]。如圖1A ~ C所示，煙田土壤中微生物數(shù)量呈細(xì)菌＞放線菌＞真菌的規(guī)律，餅肥處理微生物數(shù)量均顯著高于同期對(duì)照，表明施用餅肥對(duì)改善土壤質(zhì)量具有正效應(yīng)。

細(xì)菌是土壤微生物的主體，直接參與土壤中含氮有機(jī)化合物的氨化作用，把植物不能同化的、復(fù)雜的含氮有機(jī)物變?yōu)榭杀恢参镏苯永玫男螒B(tài)。如圖1A所示，各處理細(xì)菌數(shù)量均在烤煙旺長期增加到峰值，之后又逐漸降低。T5和T6處理在前3個(gè)生育期的細(xì)菌數(shù)量最多，且與其他處理間存在顯著性差異。成熟期，芝麻餅肥配比高的T5和T6處理細(xì)菌數(shù)量反而低于菜籽餅肥配比高的T2和T3處理。

放線菌能分解氨基酸等蛋白物質(zhì)，在促進(jìn)物質(zhì)循環(huán)、促進(jìn)土壤形成團(tuán)粒結(jié)構(gòu)及改良土壤中起重要作用。如圖1B所示，放線菌數(shù)量的變化規(guī)律與土壤細(xì)菌的變化規(guī)律類似，除成熟期外，其余生長期均是芝麻餅肥配比高的T5和T6處理放線菌數(shù)量居多，但二者間無顯著差異。生育期內(nèi)T2、T3、T4、T5和T6處理放線菌數(shù)量較對(duì)照分別提高了58.05% ~ 100.46%、82.37% ~ 129.79%、87.35% ~ 166.81%、42.91% ~ 198.37% 和33.82% ~ 190.78%。

真菌能分解纖維素、木質(zhì)素、果膠及蛋白質(zhì)，特別是真菌菌絲體的積累因鏈條效應(yīng)可明顯改良土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，進(jìn)而改善土壤質(zhì)量狀況。如圖1C所示，烤煙團(tuán)棵期，芝麻餅肥配比高的T5和T6處理真菌數(shù)量顯著高于菜籽餅肥配比高的T2和T3處理，但在成熟期，前者與后者無顯著差異。生育期內(nèi)T2、T3、T4、T5和T6處理真菌數(shù)量較對(duì)照的提高幅度分別為2.47% ~ 84.44%、6.37% ~ 69.30%、7.77% ~ 88.11%、21.55% ~ 91.09% 和17.89% ~ 108.64%。

2.1.2 土壤微生物生物量碳、氮、磷 土壤微生物生物量雖在土壤中的含量極少，但它是土壤養(yǎng)分儲(chǔ)存庫和植物生長可利用養(yǎng)分的重要來源[10]。土壤微生物生物量碳僅占土壤有機(jī)碳的1.3% ~ 6.4%，但它是土壤有機(jī)質(zhì)中的活性部分，很大程度上反映土壤有效養(yǎng)分狀況和生物活性[11-12]。表2表明，各處理微生物生物量碳動(dòng)態(tài)變化有相似規(guī)律性，均在烤煙現(xiàn)蕾期出現(xiàn)峰值，且T2、T3、T4、T5和T6處理分別比對(duì)照增加了44.11%、19.26%、41.85%、75.91% 和78.89%。從餅肥施用效果來看，T5和T6處理土壤微生物生物量碳均高于同期其他處理，與對(duì)照相比，提高幅度分別為45.26% ~ 130.00% 和35.54% ~ 147.12%，且T5和T6處理間無顯著性差異。

微生物生物量氮指活微生物體內(nèi)所含的氮，由于微生物生物量氮的周轉(zhuǎn)率比土壤有機(jī)氮快5倍多，所以大部分礦化氮來自于土壤微生物生物量氮，是土壤氮素的重要儲(chǔ)備庫，其在土壤氮素循環(huán)與轉(zhuǎn)化中起重要的調(diào)節(jié)作用[13-14]。施用餅肥處理微生物生物量氮明顯高于對(duì)照，均在團(tuán)棵期有峰值，且T2、T3、T4、T5和T6處理分別比對(duì)照增加了76.66%、115.10%、258.75%、322.29% 和388.59%。

(圖中不同小寫字母表示同一生育期不同處理間差異顯著(P<0.05)，下圖同)

表2 不同處理對(duì)煙田土壤微生物生物量的影響(mg/kg)

注：表中同行不同小寫字母表示處理間差異顯著(<0.05)，表3同。

微生物生物量磷既是土壤磷素最為活躍的部分，也是土壤有效磷的“源”和“庫”[15]。與對(duì)照相比，T2、T3、T4、T5和T6處理微生物生物量磷提高幅度分別為42.57% ~ 68.43%、30.83% ~ 77.09%、55.53% ~ 62.25%、64.83% ~ 87.25%和58.04% ~ 98.04%。餅肥處理在烤煙團(tuán)棵期微生物生物量磷最高。餅肥施用提供了可被微生物利用的碳、氮、磷等養(yǎng)分，使微生物在短時(shí)間內(nèi)增殖，促進(jìn)微生物對(duì)磷的吸收利用，團(tuán)棵期煙株對(duì)磷的需求較小，更多的磷固持在微生物體內(nèi)以免流失。

2.1.3 土壤酶活性 土壤酶促作用直接影響著土壤有機(jī)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化、合成及植物的生長發(fā)育，其活性的高低能反映土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化能力的強(qiáng)弱，是表征土壤生物學(xué)肥力質(zhì)量變化的潛在指標(biāo)[16-17]。脲酶與土壤中氮循環(huán)密切相關(guān)，在一定程度上反映了土壤的供氮水平。表3表明，各處理脲酶活性呈先增加后下降的趨勢，均在烤煙旺長期達(dá)到峰值，且T2、T3、T4、T5和T6處理分別比對(duì)照處理增加了60.80%、48.48%、63.64%、195.45% 和206.06%。團(tuán)棵期到現(xiàn)蕾期，脲酶活性均隨著芝麻餅比例的增加呈增加趨勢，T5和T6處理在同一生育期差異不顯著；成熟期，芝麻餅比例高的T5和T6處理卻低于菜籽餅比例高的T2和T3處理。脲酶活性在生長前期高，有利于氮代謝，以便供給烤煙所需的氮素；后期活性降低，有利于烤煙氮代謝向碳代謝轉(zhuǎn)變，為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)煙葉奠定基礎(chǔ)[18]。

蛋白酶與土壤有機(jī)質(zhì)、氮素有關(guān)，在一定程度上反映了土壤氮素養(yǎng)分狀況[18]?？緹熗L期土壤蛋白酶活性明顯提高，且T2、T3、T4、T5和T6分別比對(duì)照處理增加了43.77%、27.01%、42.88%、88.89% 和100.01%，之后隨著煙株生長，蛋白酶活性逐漸降低。不同餅肥配比處理蛋白酶活性均高于對(duì)照，除了成熟期各處理間沒有達(dá)到顯著性差異，其他生育期均是T5和T6處理明顯高于其他處理，表明芝麻餅配比越高越有利于生長前期蛋白酶活性的提高，原因可能是芝麻餅帶入了大量微生物和含氮有機(jī)化合物。

磷酸酶活性的高低直接影響土壤有機(jī)磷分解轉(zhuǎn)化及其生物有效性，表征土壤的磷素營養(yǎng)狀況。不同處理磷酸酶活性在煙株生育期的動(dòng)態(tài)變化大致相同，即在旺長期時(shí)磷酸酶活性最強(qiáng)，隨后磷酸酶活性逐漸降低，可能是旺長期需要消耗大量磷素來滿足煙株的生長需要，后期需磷量減少，磷酸酶活性降低。與對(duì)照相比，T2、T3、T4、T5和T6處理提高幅度分別為10.46% ~ 132.64%、9.00% ~ 172.45%、11.18% ~ 171.00%、38.46% ~ 210.06% 和66.05% ~ 209.88%。

蔗糖酶主要參與高分子有機(jī)物的分解，水解蔗糖生成葡萄糖和果糖以補(bǔ)充碳源和能量，可反映土壤熟化程度和肥力水平[19]。各處理蔗糖酶活性均在烤煙旺長期出現(xiàn)峰值，T2、T3、T4、T5和T6處理分別比對(duì)照處理增加了35.94%、30.96%、34.29%、42.59% 和37.85%，表明此時(shí)隨著餅肥的分解和養(yǎng)分的積累，土壤的熟化程度及肥力水平逐漸提高，有利于土壤中碳的轉(zhuǎn)化和煙株對(duì)養(yǎng)分的吸收。前3個(gè)生育期T5和T6處理蔗糖酶活性高于其他處理，成熟期T2、T3和T4處理大于其他處理。

過氧化氫酶可以促進(jìn)過氧化氫的分解，從而減輕或解除過氧化氫對(duì)生物體的毒害作用，土壤過氧化氫酶活性與土壤有機(jī)質(zhì)含量和微生物數(shù)量均有關(guān)[18]。在整個(gè)生育期，過氧化氫酶活性的變化幅度較小，且同一生育期不同處理間過氧化氫酶活性差異均不顯著，表明過氧化氫酶對(duì)餅肥的施入效應(yīng)不明顯。

表3 不同處理對(duì)煙田土壤酶活性的影響

2.2 不同餅肥配比對(duì)煙田土壤氮素含量的影響

土壤氮是烤煙氮素營養(yǎng)的主要來源，施用餅肥帶入的有機(jī)氮對(duì)煙田土壤氮素狀況產(chǎn)生重要影響[2, 20]。餅肥在土壤中的礦化、氮素的釋放快慢及釋放量直接影響煙葉氮素的營養(yǎng)及品質(zhì)。圖2A顯示，與不施餅肥相比，施用菜籽餅和芝麻餅均能顯著提高土壤全氮，各處理土壤全氮含量隨生育期呈降低趨勢。T5和T6處理土壤全氮含量在團(tuán)棵期、旺長期、現(xiàn)蕾期時(shí)明顯高于T2、T3和T4處理，但在成熟期，二者土壤全氮含量又顯著低于T2、T3和T4處理，且在相同生育期內(nèi)T5和T6處理無顯著差異。圖2B顯示，各處理堿解氮含量與土壤全氮含量有相同的變化趨勢，T5和T6處理土壤堿解氮含量在前3個(gè)生育期相對(duì)較高，而成熟期時(shí)二者又顯著低于T2、T3和T4處理，且與對(duì)照處理無顯著差異?？赡茉诔墒炱冢ヂ轱炁浔雀叩奶幚硗寥牢⑸飻?shù)量比菜籽餅配比高的處理低，降低了氨化、硝化細(xì)菌的數(shù)量，導(dǎo)致土壤堿解氮含量較菜籽餅配比高的處理低，致使烤煙成熟期氮素的枯竭，從而減少煙葉氮素的含量，促進(jìn)烤煙正常的成熟落黃[2]。

2.3 不同餅肥配比對(duì)烤煙根、莖、葉氮素含量的影響

由圖3A可知，旺長期到成熟期，各處理烤煙根中氮含量呈下降趨勢，且各處理根中氮含量在4個(gè)生育期的變幅較小，對(duì)照處理根中氮含量顯著低于同期其他處理，其余處理根中氮含量在同期無顯著性差異。由圖3B可知，T5和T6處理烤煙莖中氮含量在團(tuán)棵期、旺長期時(shí)顯著高于同期其他處理，但兩者間無顯著性差異；兩者在成熟期時(shí)，莖中氮含量較現(xiàn)蕾期顯著降低，且低于同期T2、T3和T4處理，T2、T3和T4處理莖中氮含量在4個(gè)生育期均無顯著差異。由圖3C可知，各處理煙葉氮含量逐漸降低，該趨勢從團(tuán)棵期持續(xù)到烤煙成熟期。T5和T6處理在成熟期顯著低于T2、T3和T4處理，但與對(duì)照處理差異不顯著，表明施用腐熟芝麻餅配比高的T5和T6處理能夠滿足烤煙生育前、中期對(duì)氮素的需求，在生育后期氮素逐漸枯竭，促進(jìn)了烤煙的成熟落黃，與優(yōu)質(zhì)煙葉“少時(shí)富，老來貧”的氮素需求規(guī)律相吻合[21]。菜籽餅配比高的T2和T3處理可能因菜籽餅氮素礦化速度慢，在烤煙生育后期氮素不能有效衰竭，導(dǎo)致煙葉貪青晚熟，不能正常落黃。

2.4 不同餅肥配比對(duì)烤后煙葉化學(xué)成分的影響

優(yōu)質(zhì)煙葉總糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18% ~ 22%，還原糖16% ~ 18%，煙堿2.4% ~ 2.6%，總氮1.9% ~ 2.1%，鉀2% 以上，氯1% 以下，糖堿比6 ~ 10，氮堿比0.8 ~ 1.0，鉀氯比≥8.0，還原糖與總糖的比值應(yīng)≥0.9[22]。從表4看出，芝麻餅肥配比高的T5和T6處理比菜籽餅肥配比高的T2和T3處理烤后中部煙葉內(nèi)在化學(xué)品質(zhì)更協(xié)調(diào)。T5和T6處理中部煙葉的總糖、還原糖、氯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)及糖堿比、氮堿比和兩糖比均在適宜范圍內(nèi)，且煙堿、總氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著低于其他處理，鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于其他處理。

圖2 不同處理對(duì)土壤全氮(A)和堿解氮含量(B)的影響

圖3 不同處理對(duì)烤煙根(A)、莖(B)、葉(C)中氮含量的影響

表4 不同處理對(duì)烤后中部煙葉化學(xué)成分的影響

注：表中同列不同小寫字母表示處理間差異顯著(<0.05)，表5同。

2.5 不同餅肥配比對(duì)烤煙經(jīng)濟(jì)性狀的影響

如表5所示，T2、T3、T4、T5、T6處理烤煙的產(chǎn)量、產(chǎn)值、均價(jià)、上中等煙率均顯著高于T1對(duì)照，其中，以T5和T6處理的提高幅度最大，且兩處理間差異不顯著，表明芝麻餅配比高的T5和T6處理更有利于烤煙產(chǎn)量和產(chǎn)值的提高，對(duì)烤煙的經(jīng)濟(jì)效益有積極的促進(jìn)作用。菜籽餅肥配比高的T2和T3處理產(chǎn)值、均價(jià)相對(duì)較差，這可能是煙株生長過程中，菜籽餅氮素礦化速度慢，肥效不能有效衰竭，導(dǎo)致煙葉貪青晚熟，不能正常落黃所致。

表5 不同處理對(duì)烤煙經(jīng)濟(jì)性狀的影響

3 討論

土壤是優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)的基礎(chǔ)，也是土壤生物的棲息場所。土壤生物學(xué)特性影響肥料的分解、轉(zhuǎn)化，進(jìn)而影響煙株根系對(duì)養(yǎng)分的吸收利用，是獲得優(yōu)質(zhì)煙葉的重要因素[23]。土壤微生物既是土壤有機(jī)物轉(zhuǎn)化的參與者，又是植物營養(yǎng)元素的活性庫[17]。佀國涵等[24]報(bào)道了，施用餅肥能提高土壤微生物數(shù)量，土壤微生物數(shù)量多，區(qū)系復(fù)雜，表明土壤微生態(tài)系統(tǒng)平衡，有利于煙株的健康生長。劉添毅等[25]研究表明，煙田施用菜籽餅和花生餅后，土壤中細(xì)菌和放線菌明顯增加。但餅肥施用量過多，會(huì)致使烤煙生長后期土壤中硝化細(xì)菌數(shù)量的增加，不利于優(yōu)質(zhì)烤煙的成熟落黃[26]。添加菜籽餅和芝麻餅均能顯著提高土壤微生物數(shù)量，一方面餅肥帶入的活性有機(jī)碳源是微生物增殖的主要原因之一，另一方面，施入的餅肥也帶入了大量的活體微生物，起到了“接種”作用。本研究發(fā)現(xiàn)，芝麻餅比例高的T5和T6處理能較好地引起微生物的增殖，使煙田土壤生物學(xué)性質(zhì)得以改善，土壤肥力水平得到提高。

有研究報(bào)道，芝麻餅肥的施用可顯著提高土壤微生物生物量碳和氮[27]。本研究發(fā)現(xiàn)土壤微生物生物量碳在烤煙生長的現(xiàn)蕾期達(dá)到峰值。團(tuán)棵期，較低的碳氮比加速了餅肥的分解，且餅肥為微生物的生存提供了碳源；旺長期，煙株生長對(duì)碳源需求量增大，此時(shí)，微生物生命活動(dòng)旺盛也需消耗大量碳源，使微生物生物量碳減少，隨著餅肥中復(fù)雜有機(jī)物的進(jìn)一步分解，在現(xiàn)蕾期達(dá)到峰值，隨后又逐漸下降。微生物生物量氮在整個(gè)生育期呈現(xiàn)“減小-增大-減小”的規(guī)律，且團(tuán)棵期出現(xiàn)峰值。在團(tuán)棵期，土壤無機(jī)氮含量較高，但煙株根系發(fā)育小對(duì)氮素的吸收較少，絕大部分氮被微生物固定；隨著煙草的生長發(fā)育進(jìn)入旺長期，煙株對(duì)氮的吸收增多，微生物活性增強(qiáng)，土壤氮含量逐漸降低，部分微生物氮又被釋放出來，以供烤煙的生長發(fā)育所需；現(xiàn)蕾期，煙株的生理逐漸成熟，對(duì)氮素的需求明顯減少，多余的氮素再次被微生物固定[14]。

土壤中一切生化反應(yīng)都是在酶的作用下進(jìn)行的，土壤酶主要來自土壤微生物和植物根系的分泌，土壤酶活性的提高與微生物的增殖和餅肥促進(jìn)煙株根系生理代謝有關(guān)。本研究在施入菜籽和芝麻餅肥后，除過氧化氫酶外，脲酶、蛋白酶、磷酸酶及蔗糖酶活性在旺長期顯著增強(qiáng)，究其原因，一是腐熟的餅肥本身可帶入大量的酶類；二是餅肥作為一種有機(jī)物料，為土壤酶提供了作用基質(zhì)；三是隨著氣溫升高土溫逐漸升高，酶活性增強(qiáng)；四是煙草在旺長期生長旺盛，根系活性強(qiáng)，煙株根系可分泌各種酶。但隨著時(shí)間的推移，供酶分解基質(zhì)逐漸減少和養(yǎng)分的積累，土壤酶活性受到抑制，這樣也利于烤煙后期的落黃和煙葉品質(zhì)的提高[18]。

氮素對(duì)烤煙產(chǎn)量和品質(zhì)的影響最大，只有適時(shí)適量的供給氮素才能保證協(xié)調(diào)的碳氮代謝，獲得高品質(zhì)的煙葉[28]。雖有部分研究者認(rèn)為施用餅肥肥效的滯后性易造成煙葉煙堿含量的超標(biāo)[29]。但大多研究認(rèn)為，經(jīng)過發(fā)酵腐熟的餅肥在煙草全生育期氮素釋放量的79.67% ~ 90.49% 集中在其施入土壤后50 d內(nèi)，后期氮釋放量較少，這與烤煙對(duì)氮的吸收規(guī)律相一致，既不會(huì)因缺肥造成烤煙的早衰而影響煙葉品質(zhì)，又利于煙葉后期的成熟落黃，故施用適量腐熟的餅肥不會(huì)導(dǎo)致過高的煙堿含量[30-31]。本研究發(fā)現(xiàn)，腐熟芝麻餅肥配比高的T5和T6處理能夠滿足烤煙生育前、中期對(duì)氮素的需求，而在生長后期土壤氮素較菜籽餅配比高的處理反而要低，致使烤煙成熟期氮素的枯竭，從而減少煙葉氮素的含量。菜籽餅配比高的T2和T3處理可能因菜籽餅氮素礦化速度較慢，在烤煙生育后期氮素不能有效耗竭，會(huì)導(dǎo)致煙葉貪青晚熟。

4 結(jié)論

無論施用菜籽餅肥還是芝麻餅肥，土壤微生物數(shù)量、微生物生物量、酶活性均得以大大改善，尤其以化肥 + 30% 菜籽餅肥 + 70% 芝麻餅肥處理和化肥 + 100% 芝麻餅肥處理更符合優(yōu)質(zhì)烤煙生產(chǎn)的氮素營養(yǎng)特性，兩處理間差異不顯著。因純芝麻餅作為肥料成本太高，菜籽餅肥相對(duì)價(jià)格低廉，菜籽餅肥配比太高的處理氮素礦化速度慢，不利于煙葉后期的品質(zhì)建成，推薦以30% 菜籽餅肥 + 70% 芝麻餅的餅肥配比來替代100% 芝麻餅處理，這樣既可節(jié)約成本，又能有效改善河南煙田土壤生物學(xué)特性，平衡烤煙氮素營養(yǎng)，提升煙葉品質(zhì)。

[1] 任小利, 王麗萍, 徐大兵, 等. 菜粕堆肥與無機(jī)肥配施對(duì)烤煙產(chǎn)量和品質(zhì)以及土壤微生物的影響[J]. 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2012, 35(2): 92–98

[2] 朱經(jīng)偉, 彭友, 李志宏, 等. 配施菜籽餅對(duì)貴州省煙葉氮素和煙堿累積的影響[J]. 中國土壤與肥料, 2016(2): 120–125

[3] 韓錦峰, 楊素勤, 呂巧靈. 餅肥種類及其與化肥配比對(duì)烤煙生長發(fā)育及其產(chǎn)質(zhì)的影響[J]. 河南農(nóng)業(yè)科學(xué), 1998(3): 11–14

[4] 李振高,駱永明,滕應(yīng).土壤與環(huán)境微生物研究法[M].北京:科學(xué)出版社, 2008

[5] 王巖,沈其榮,史瑞和.有機(jī)無機(jī)肥料施用后土壤生物量C、N、P的變化及N素轉(zhuǎn)化[J].土壤學(xué)報(bào),1998, 35(2):227–233

[6] 關(guān)松蔭.土壤酶及其研究法[M].北京:農(nóng)業(yè)出版社,1986

[7] 鮑士旦. 土壤農(nóng)化分析[M]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)出版社, 2000

[8] 王瑞新. 煙草化學(xué)[M]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)出版社, 2003

[9] 張?jiān)苽? 徐智, 湯利, 等. 不同有機(jī)肥對(duì)烤煙根際土壤微生物的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2013, 24(9): 2551–2556

[10] 施嫻, 劉艷紅, 張德剛, 等. 豬糞與化肥配施對(duì)植煙土壤酶活性和微生物生物量動(dòng)態(tài)變化的影響[J]. 土壤, 2015, 47(5): 899–903

[11] 胡誠, 曹志平, 葉鐘年, 等. 不同的土壤培肥措施對(duì)低肥力農(nóng)田土壤微生物生物量碳的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2006, 26(3): 808–814

[12] 李正, 劉國順, 敬海霞, 等. 翻壓綠肥對(duì)植煙土壤微生物量及酶活性的影響[J]. 草業(yè)學(xué)報(bào), 2011, 20(3): 225–232

[13] 劉國順, 李正, 敬海霞, 等. 連年翻壓綠肥對(duì)植煙土壤微生物量及酶活性的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2010, 16(6): 1472–1478

[14] 張四偉, 李根原, 朱利群, 等. 不同有機(jī)肥與煙草專用肥配施對(duì)烤煙生長、土壤微生物量、產(chǎn)質(zhì)量及黑脛病的影響[J]. 江西農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2015, 27(11): 39–43

[15] 來璐. 土壤微生物量磷影響因素及機(jī)理研究[D]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)大學(xué), 2007

[16] 李素儉, 李新平, 劉瑞豐, 等. 商洛藥源基地土壤脲酶、磷酸酶和土壤養(yǎng)分的關(guān)系[J]. 水土保持學(xué)報(bào), 2010, 24(6): 227–230

[17] 李文斌, 李新平, 李海洋, 等. 不同摻沙比例對(duì)煙區(qū)黏質(zhì)土壤微生態(tài)特征的影響[J]. 西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2012, 40(11): 85–90

[18] 李波, 魏成熙, 文庭池, 等. 農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物發(fā)酵后的有機(jī)肥對(duì)植煙土壤微生物數(shù)量及酶活性的影響[J]. 土壤通報(bào), 2012, 43(4): 821–825

[19] 盧萍, 單玉華, 楊林章, 等. 綠肥輪作還田對(duì)稻田土壤溶液氮素變化及水稻產(chǎn)量的影響[J]. 土壤, 2006, 38(3): 270–275

[20] 巨曉棠, 劉學(xué)軍, 張福鎖. 長期施肥對(duì)土壤有機(jī)氮組成的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2004, 37(1): 87–91

[21] 王軍, 丁效東, 張士榮, 等. 不同碳氮比有機(jī)肥對(duì)沙泥田烤煙根際土壤碳氮轉(zhuǎn)化及酶活性的影響[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2015, 24(8): 1280–1286

[22] 劉國順. 煙草栽培學(xué)[M]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)出版社, 2003

[23] 張書泰, 楊秋明, 陳欽, 等. 福建南平不同植煙土壤微生物數(shù)量與養(yǎng)分狀況分析[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報(bào), 2014, 30(31): 76–81

[24] 佀國涵, 趙書軍, 王瑞, 等. 連年翻壓綠肥對(duì)植煙土壤物理及生物性狀的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2014, 20(4): 905–912

[25] 劉添毅, 李春英, 熊德中, 等. 烤煙有機(jī)肥與化肥配合施用效應(yīng)的探討[J]. 中國煙草科學(xué), 2000(4): 23–26

[26] 郭紅祥, 劉衛(wèi)群, 姜占省. 施用餅肥對(duì)烤煙根系土壤微生物的影響[J]. 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2002, 36(4): 344–347

[27] 武雪萍. 餅肥有機(jī)營養(yǎng)對(duì)土壤生化特性和烤煙品質(zhì)作用機(jī)理的研究[D]. 山西太谷: 山西農(nóng)業(yè)大學(xué), 2003

[28] 張恒, 王晶君, 石俊雄. 貴州省主要植煙黃壤氮素礦化潛力研究[J]. 土壤學(xué)報(bào), 2013, 50(2): 324–330

[29] 郭群召, 吳學(xué)巧, 黃平俊. 餅肥對(duì)土壤性狀、烤煙生長及煙葉品質(zhì)的影響[J]. 中國土壤與肥料, 2007(6): 68–70

[30] 武雪萍, 劉增俊, 趙躍華. 施用芝麻餅肥對(duì)植煙根際土壤酶活性和微生物碳、氮的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2005, 11(4): 541–546

[31] 武雪萍, 鐘秀明, 劉增俊, 等. 餅肥在植煙土壤中的礦化速率和腐殖化系數(shù)分析[J]. 中國土壤與肥料, 2007(5): 32–35

Effects of Different Ratios of Cake Fertilizers on Soil Biological Characteristics and Nitrogen Transformation in Tobacco Field

LI Liang1, ZHANG Peijia2, ZHANG Xiang1*, MAO Jiawei1, SI Xianzong1, SUO Yanyan1, YU Qiong1, LI Qi3, FAN Yikuan3

(1 Institute of Plant Nutrition, Agricultural Resources and Environmental Science, Henan Academy of Agricultural Sciences, Zhengzhou 450002, China; 2 School of Information, University of Sheffield, Sheffield S102TN, UK; 3 Henan Tobacco Company, Zhengzhou 450000, China)

The application of sesame cake fertilizer can improve significantly the yield and quality of tobacco in Henan, but its wide use in tobacco planting is hindered by the high cost, however rapeseed cake fertilizer is more abundant and cheaper, and is possibly used to partly replaced sesame cake fertilizer for tobacco planting. In this study, the different ratios of rapeseed and sesame cake fertilizers were designed and their effects on microbial flora and biomass, enzyme activities and nitrogen conversion were studied in order to determine the reasonable ratio of the two cake fertilizers for fertilizing soil and improving tobacco quality. The results showed that compared with other treatments, the treatments of T5 (inorganic fertilizer + 30% rapeseed cake fertilizer + 70% sesame cake fertilizer) and T6 (inorganic fertilizer + 100% sesame cake fertilizer) had better microbial proliferation in the resettling, vigorous growing and budding stages, but the treatments of T2 (chemical fertilizer + 100% rapeseed cake fertilizer) and T3 (chemical fertilizer + 70% rapeseed cake fertilizer + 30% sesame cake fertilizer) had more microorganisms than those other treatments in the mature stage. The microbial biomass carbon reached the peak in thebudding stage, but the microbial biomass nitrogen and phosphorus reached the peaks in the resettling stage. The activities of urease, protease, phosphatase and invertase were all significantly increased in the vigorous growing stage except for catalase, and the treatments of T5 and T6 had higher enzyme activities than other treatments. The treatments of T5 and T6 were more consistent with nitrogen nutrition characteristics in high-quality tobacco production and no significant difference between the two treatments. The treatments of T2 and T3 had slow nitrogen mineralization which was not satisfied with the demand for nitrogen absorption by tobacco. Therefore, the ratio of 30% rapeseed cake fertilizer + 70% sesame cake fertilizer is recommended to replace 100% sesame cake fertilizer in tobacco planting because it can save the cost, effectively improve the soil biological characteristics, balance the nitrogen nutrition and improve the quality of tobacco.

Cake fertilizer; Tobacco field; Soil microorganism; Microbial biomass; Enzyme activity

河南省煙草專賣局科技項(xiàng)目(HYKJZD201503)、河南省煙草業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)科技攻關(guān)項(xiàng)目(2018410000270036)和中國煙草總公司科技項(xiàng)目(110201502013)資助。

(zxtf203@163.com)

李亮(1982—)，女，甘肅通渭人，博士，助理研究員，主要從事煙草施肥研究。E-mail：joyce121@163.com

S141.5

A

10.13758/j.cnki.tr.2019.04.004