混播綠肥壓青下植煙土壤微生物量及酶活性特征

陳偉 陳懿 姜超英 楊全柳 盧賢仁 蔣衛(wèi)

陳 偉，陳 懿，姜超英，等. 混播綠肥壓青下植煙土壤微生物量及酶活性特征［J］. 湖北農(nóng)業(yè)科學，2024，63（2）：88-93．

摘要：為探討混播綠肥壓青對植煙土壤微生物量及土壤酶活性的影響，采用小區(qū)定位試驗設計，設置不種植綠肥（對照）、單播黑麥草（Lolium perenne）、單播光葉紫花苕（Vicia villosa var. glabrescens）、混播黑麥草和光葉紫花苕（混播綠肥壓青）4個處理，連續(xù)定位2年后分析土壤微生物數(shù)量和酶活性。結(jié)果表明，混播綠肥壓青土壤的細菌總數(shù)和硝化細菌數(shù)量分別是對照的2.25～3.62倍和1.60～3.11倍，是單播黑麥草的1.31～1.76倍和1.43～2.92倍，是單播光葉紫花苕的1.25～1.88倍和1.08～1.27倍；混播綠肥壓青土壤的放線菌和真菌數(shù)量大田前期分別為單播綠肥的1.13～2.00倍和1.02～1.93倍，大田中后期均低于單播綠肥；大田后期土壤氨化細菌數(shù)量各處理間差異均不顯著。煙株不同生育時期混播綠肥壓青土壤的過氧化氫酶、蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶和纖維素酶的活性均顯著高于對照（P<0.05），也均不同程度地高于單播黑麥草和單播光葉紫花苕。由此可知，混播綠肥壓青有利于改善植煙土壤的微生態(tài)環(huán)境，可作為植煙土壤保育技術模式。

關鍵詞：植煙土壤；混播綠肥；土壤微生物；土壤酶活性

中圖分類號：S154； S142+.1? ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2024）02-0088-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2024.02.016 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Characteristics of microbial quantity and enzyme activity in tobacco planting soil under application of mixed seeding green manure

CHEN Wei1， CHEN Yi1， JIANG Chao-ying1， YANG Quan-liu1， LU Xian-ren1， JIANG Wei 2

（1.Guizhou Academy of Tobacco Science， Guiyang? 550081， China； 2.Bozhou Branch of Zunyi Tobacco Company， Zunyi? 563100， Guizhou， China）

Abstract： In order to study effects of the mixed seeding green manure application on the microbial count and enzyme activity of tobacco planting soil， a site-specific field experiment was conducted by performing no green manure（control）， Lolium perenne monocropping， Vicia villosa var. glabrescens monocropping， and Lolium perenne and Vicia villosa var. glabrescens mixture （application of mixed seeding green manure）. The microbial quantity and enzyme activities of soil were analyzed after the consecutive 2-year test. The results indicated that the total number of bacteria and nitrifying bacteria in soil under application of mixed green manure were 2.25～3.62 times and 1.60～3.11 times as the control， 1.31～1.76 times and 1.43～2.92 times as Lolium perenne monocropping， 1.25～1.88 times and 1.08～1.27 times as Vicia villosa var. glabrescens monocropping. The numbers of actinomyces and fungi in soil under application of mixed green manure were 1.13～2.00 times and 1.02～1.93 times as green manure monocropping at the early stage of the tobacco planting field， respectively， and lower than those of the green manure monocropping at the later stage of the tobacco planting field. There was no significant difference in the number of ammonifying bacteria in the soil among the treatments at the middle and later stage of the tobacco planting field. The activities of soil catalase， sucrase， urease， acid phosphatase and cellulase in the soil under application of the mixed green manure at different growth stages were significantly higher than those of the control， and also higher than those of Lolium perenne monocropping and Vicia villosa var. glabrescens monocropping. It could be seen that mixed seeding green manure application was beneficial to improve the micro-ecological environment of tobacco planting soil and could be used as a technical model for tobacco planting soil conservation.

Key words：tobacco-planting soil； mixed seeding green manure； soil microorganism； soil enzyme activity

中國部分煙區(qū)長期重視化肥，忽視有機肥，造成土壤碳氮比下降，理化性質(zhì)變差。綠肥作為一種養(yǎng)分較為全面的優(yōu)質(zhì)有機肥源，是農(nóng)作制度中重要的輪作作物，也是養(yǎng)分較為全面的優(yōu)質(zhì)生物肥源^［1］，施用綠肥能夠改變土壤化學及生物學性狀，并對作物生長產(chǎn)生影響^［2］。種植翻壓綠肥已被全國煙區(qū)作為改善植煙土壤理化性狀、提高土壤供肥能力的有效措施。微生物和酶是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成成分，可以調(diào)節(jié)和控制土壤代謝過程，常作為評價土壤質(zhì)量的重要指標^{［3，4］}。土壤微生物活性反映了土壤質(zhì)量狀況，保證了土壤正常代謝活動^{［3，5］}，土壤微生物量與土壤養(yǎng)分循環(huán)過程相關，可作為土壤理化性狀變化的早期指示指標^{［6，7］}。土壤酶活性高低能夠影響生物化學過程的強度和方向^［8］，并能夠在一定程度上反映土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化動態(tài)^［9］，常作為衡量土壤肥力水平的指標^［10］。一些學者在利用種植綠肥還田改良土壤理化性質(zhì)方面做了研究，集中在綠肥翻壓量、綠肥種類、翻壓年限、綠肥輪作等對植煙土壤微生物量、酶活性及養(yǎng)分狀況影響等方面^［11-15］。但這些研究均僅涉及單播綠肥，不同綠肥品種混播壓青對植煙土壤生物性狀的影響鮮見報道。實踐證明，黑麥草與豆科綠肥混播是合理利用土壤養(yǎng)分、提高綠肥產(chǎn)量、改良土壤和改善土壤供肥狀況的有效措施^［16］。本試驗探討不同種類綠肥及其混播壓青對植煙土壤微生物量及土壤酶活性的影響，以期為植煙土壤保育提供理論依據(jù)和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試烤煙品種為GZ40，供試綠肥品種為黑麥草（Lolium perenne）和光葉紫花苕（Vicia villosa var. glabrescens）。試驗于2018年11月至2020年9月在貴州省遵義煙草公司樂山科技園進行，海拔980 m。土壤類型為黃壤（黏化濕潤富鐵土），有機質(zhì)含量為40.07 g/kg，全氮含量為1.70 g/kg，有效氮（硝態(tài)氮+銨態(tài)氮）含量為27.05 mg/kg，全磷含量為0.89 g/kg，有效磷含量為17.96 mg/kg，全鉀含量為11.52 g/kg，有效鉀含量為197.12 mg/kg，pH為 6.87。

1.2 試驗設計

采用小區(qū)定位試驗設計，設置4個處理：處理1（CK），不種植綠肥；處理2（T1），單播黑麥草，播種量為60 kg/hm²；處理3（T2），單播光葉紫花苕，播種量為60 kg/hm²；處理4（T3），混播黑麥草和光葉紫花苕，播種量各30 kg/hm²。小區(qū)面積60 m²，3次重復。分別于2018年和2019年的11月上旬固定小區(qū)播種對應綠肥，次年的4月上旬綠肥刈割后均勻還田壓青，整地起壟。2年綠肥鮮草平均翻壓量：單播黑麥草為19 590 kg/hm²，單播光葉紫花苕為 22 335 kg/hm²、混播黑麥草和光葉紫花苕為20 625 kg/hm²。5月上旬移栽烤煙，烤煙密度為16 500株/hm²，行距1.0 m，株距0.6 m。不種植綠肥對照的純氮施用量為90 kg/hm²，氮、磷、鉀按 N∶P₂O₅∶K₂O=1.0∶1.5∶3.0 的比例施用。單播光葉紫花苕處理每翻壓1 500 kg鮮草純氮施用量減少22.50 kg/hm²，混播黑麥草和光葉紫花苕處理每翻壓1 500 kg鮮草純氮施用量減少11.25 kg/hm²，氮、磷、鉀的比例不變。氮肥采用煙草專用復合肥（N、P₂O₅、K₂O含量分別為10%、10%、25%），磷肥采用過磷酸鈣，鉀肥采用硫酸鉀。基肥與追肥比例為7∶3，栽煙后25 d一次性施完所有追肥。其他栽培管理措施按當?shù)爻Ｒ?guī)進行。

1.3 測定項目與方法

2020年烤煙移栽后30、60、90、120 d，采用五點取樣法，每點選取煙壟上相鄰2株煙正中位置采集0～20 cm土樣。鮮樣混勻后，一半過2 mm篩后于4 ℃下保存，用于土壤微生物測定；一半自然風干過1 mm篩后保存，用于測定土壤酶活性。

土壤微生物區(qū)系分析采用稀釋平板法^［17］，土壤細菌培養(yǎng)采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基，真菌培養(yǎng)采用馬丁氏培養(yǎng)基，放線菌培養(yǎng)采用改良的高氏1號培養(yǎng)基。硝化細菌和氨化細菌計數(shù)采用最大或然數(shù)法，具體方法參照文獻^［18］。

土壤酶活性測定參照文獻^［19］。土壤過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測定，以 每克干土1 h內(nèi)消耗的0.1 mol/L的KMnO₄的體積（mL）表示；土壤脲酶活性采用苯酚鈉比色法測定，以每克干土1 h內(nèi)產(chǎn)生的NH₃-N質(zhì)量（mg）表示；土壤酸性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法測定，以每克干土1 h內(nèi)釋放出酚的質(zhì)量（mg）表示；土壤蔗糖酶和纖維素酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法，以每克干土1 h內(nèi)產(chǎn)生的葡萄糖質(zhì)量（mg）表示。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

測定結(jié)果采用DPS 9.50軟件和Excel 2016軟件統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種類綠肥壓青對植煙土壤微生物數(shù)量的影響

2.1.1 不同種類綠肥壓青對植煙土壤細菌總數(shù)的影響 由表1可知，不種植綠肥對照的土壤細菌總數(shù)在移栽后30～90 d相對穩(wěn)定，移栽后120 d急劇減少；綠肥壓青各處理土壤細菌總數(shù)在煙株大田生育期內(nèi)均表現(xiàn)為倒“V”形變化，即先升高后持續(xù)降低，最大值出現(xiàn)在移栽后60 d。移栽后不同時間，T3土壤細菌總數(shù)均顯著高于其他處理，分別是CK、T1和T2的2.25～3.62倍、1.31～1.76倍和1.25～1.88倍。移栽后30 d，T1、T2與CK間細菌數(shù)量無顯著差異，但均顯著低于T3（P<0.05）；移栽后60～120 d，T1和T2間細菌數(shù)量差異不明顯，但均顯著高于對照（P<0.05）。

2.1.2 不同種類綠肥壓青對植煙土壤真菌數(shù)量的影響 由表1可知，T3土壤真菌數(shù)量呈先增后減的變化趨勢，最大值出現(xiàn)在移栽后60 d；其他處理土壤真菌數(shù)量表現(xiàn)為倒“N”形波動性變化，CK和T1最大值出現(xiàn)在移栽后30 d，T2最大值出現(xiàn)在移栽后90 d。移栽后30 d，綠肥壓青各處理的土壤真菌數(shù)量無明顯差異，均顯著低于CK（P<0.05）。移栽后60 d，T3與CK的真菌數(shù)量基本相當，均顯著高于T1和T2（P<0.05），T3分別是T1和T2的1.93倍和1.49倍。移栽后90 d和120 d，綠肥壓青各處理的土壤真菌數(shù)量均顯著低于CK；T1和T2間無統(tǒng)計學差異，但均顯著高于T3（P<0.05）。

2.1.3 不同種類綠肥壓青對植煙土壤放線菌數(shù)量的影響 由表1可知，T3土壤放線菌數(shù)量呈“N”形變化趨勢，其他處理移栽后90 d內(nèi)緩慢增加，移栽后120 d時急劇增多。移栽后不同時間，綠肥壓青處理的放線菌數(shù)量均高于對照。移栽后30 d和60 d，T3 土壤放線菌數(shù)量均顯著高于其他處理（P<0.05）。移栽后90 d和120 d，T3土壤放線菌數(shù)量高于CK，但無顯著差異；T1和T2間差異不明顯，二者均顯著高于T3和CK（P<0.05）。

2.1.4 不同種類綠肥壓青對植煙土壤硝化細菌數(shù)量的影響 由表1可知，各處理土壤硝化細菌數(shù)量整體呈減少趨勢，移栽后30～60 d較多，移栽后120 d大幅減少。整個生育期內(nèi)，T3硝化細菌數(shù)量均最多。移栽后30 d，T3土壤硝化細菌數(shù)量顯著高于其他處理（P<0.05），分別是CK、T1和T2的3.11倍、2.92倍和1.27倍；T1與CK間差異不明顯，二者顯著低于T2（P<0.05）。移栽后60 d和120 d，綠肥壓青各處理的土壤硝化細菌數(shù)量均顯著高于CK（P<0.05），T3分別是CK的2.70倍和3.00倍，是T1的1.70倍和1.50倍，與T2處理無顯著差異。移栽后90 d，T3與T2間、T1與CK間硝化細菌數(shù)量均無統(tǒng)計學差異，T3和T2的硝化細菌數(shù)量顯著高于T1與CK（P<0.05）。

2.1.5 不同種類綠肥壓青對植煙土壤氨化細菌數(shù)量的影響 由表1可知，各處理的土壤氨化細菌數(shù)量先增加后減少，最大值出現(xiàn)在移栽后90 d。移栽后30 d，綠肥壓青各處理的土壤氨化細菌數(shù)量均高于CK，T2顯著高于其他處理（P<0.05），分別是CK、T1和T3的1.79、1.25、1.67倍。移栽后60～120 d，各處理的氨化細菌數(shù)量均無統(tǒng)計學差異。

2.2 不同種類綠肥壓青對植煙土壤酶活性的影響

2.2.1 不同種類綠肥壓青對植煙土壤過氧化氫酶活性的影響 各處理土壤過氧化氫酶活性的變化規(guī)律相似，移栽后30 d出現(xiàn)最大值，之后無明顯波動（圖1）。大田前期的土壤過氧化氫酶活性出現(xiàn)高峰，可以緩解綠肥腐解產(chǎn)生的過氧化氫毒害。大田生長期內(nèi)，綠肥壓青處理的土壤過氧化氫酶活性均顯著高于CK（P<0.05），T3最高。T3土壤過氧化氫酶活性在移栽后不同時間比CK增加19.84%～24.24%，比T1、T2分別增加5.10%～7.96%和4.73%～11.35%；與CK相比，T1、T2土壤過氧化氫酶活性在移栽后不同時間的增幅分別為12.03%～15.28%和11.57%～14.43%。翻壓綠肥各處理間的差異未達顯著水平，說明過氧化氫酶活性受壓青綠肥種類影響不大。

2.2.2 不同種類綠肥壓青對植煙土壤蔗糖酶活性的影響 由圖2可知，各處理土壤蔗糖酶活性均表現(xiàn)為先下降再上升的變化，說明隨綠肥腐解和養(yǎng)分積累，土壤肥力水平逐漸提高。移栽后30、60、90 d，T3土壤蔗糖酶活性均顯著高于其他處理（P<0.05），T3比對照、T1和T2分別增加102.33%～107.71%、59.33%～70.35%和30.64%～48.88%；T2土壤蔗糖酶活性顯著高于對照（P<0.05），增幅為39.52%～55.08%；T1與對照無顯著差異。移栽后120 d，T3和T2的土壤蔗糖酶活性無統(tǒng)計學差異，均顯著高于CK和T1（P<0.05）；T3土壤蔗糖酶活性比CK和T1分別增加48.88%和67.32%，T1與對照差異不顯著。

2.2.3 不同種類綠肥壓青對植煙土壤脲酶活性的影響 從圖3可以看出，各處理土壤脲酶活性均呈“N”形波動變化，最大值出現(xiàn)在移栽后60 d。大田后期土壤脲酶活性減弱，抑制了土壤中氮向煙株可以直接利用的氮素形態(tài)轉(zhuǎn)化，有利于煙葉成熟。整個生育期內(nèi)，綠肥壓青各處理的土壤脲酶活性均高于對照；T3的土壤脲酶活性最高。在不同移栽后時間，與CK相比，T3、T1和T2土壤脲酶活性的增幅分別為33.68%～63.64%、4.82%～35.71%和18.07%～44.64%；T3土壤脲酶活性比T1、T2分別增加15.79%～52.11%和8.64%～31.71%。T2土壤脲酶活性在不同移栽后時間均高于T1，但差異均未達顯著水平。

2.2.4 不同綠肥壓青對植煙土壤酸性磷酸酶活性的影響 由圖4可知，各處理土壤酸性磷酸酶活性總體上呈降低趨勢。移栽后30 d，土壤酸性磷酸酶活性最強，促進了土壤中有機磷化合物水解，滿足煙株進入旺長期后莖桿生長需要大量的磷素營養(yǎng)。移栽后30 d，綠肥壓青各處理的土壤酸性磷酸酶活性無統(tǒng)計學差異，但均顯著高于CK（P<0.05），與CK相比，T3、T1和T2的土壤酸性磷酸酶活性增幅分別為40.17%、26.17%和24.58%。移栽后60、90、120 d，T3的土壤酸性磷酸酶活性均顯著高于其他處理（P<0.05），T3比CK、T1和T2分別增加52.63%～98.48%、23.81%～40.28%和33.95%～51.16%；T1與T2間土壤酸性磷酸酶活性差異不明顯，均在一定程度上高于對照。

2.2.5 不同種類綠肥壓青對植煙土壤纖維素酶活性的影響 各處理土壤纖維素酶活性均呈先上升再下降的趨勢（圖5）。移栽后30 d和60 d，綠肥壓青各處理的土壤纖維素酶活性均顯著高于CK（P<0.05），T3最高，分別比CK、T1和T2增加83.81%～123.23%、12.60%～22.05%和26.32%～40.37%；T1與T2差異不顯著。移栽后90 d，T3土壤纖維素酶活性顯著高于CK（P<0.05），增幅為29.15%；T1、T2與CK間土壤纖維素酶活性無統(tǒng)計學差異，T1、T2和T3間的差異也不明顯。移栽后120 d，T3和T1的土壤纖維素酶活性均顯著高于CK和T2（P<0.05），T3比CK和T2分別增加88.64%和61.64%，T2與CK差異不顯著。

3 討論

土壤微生物數(shù)量及其活性是土壤肥力的重要指標^［20］，土壤微生物數(shù)量多、多樣性復雜，表明其微生態(tài)系統(tǒng)平衡，有利于作物健康生長。本研究表明，混播綠肥壓青對土壤細菌總數(shù)和硝化細菌數(shù)量的增加效果明顯，說明混播綠肥壓青有利于土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化，提高土壤硝態(tài)氮含量，為烤煙生長提供良好的營養(yǎng)環(huán)境。放線菌可產(chǎn)生多種抗生素，抑制土壤中病原菌的生長^［21］，混播綠肥壓青對大田前期土壤放線菌數(shù)量增加效果明顯，有利于提高烤煙根系土壤對病原菌的拮抗能力，保證大田前期烤煙健康生長。同時，放線菌類群對有機質(zhì)具有較強的分解能力^［22］，混播綠肥壓青大田后期土壤的放線菌數(shù)量不如單播綠肥壓青，抑制了烤煙大田后期對有機養(yǎng)分的吸收，有利于煙葉正常成熟。混播綠肥壓青土壤的真菌數(shù)量低于不種植綠肥，這與劉國順等^［23］、李正等^［11］、佀國涵等^［12］的研究結(jié)果不一致，這可能與土壤類型、氣候環(huán)境和綠肥種類、烤煙品種等不同有關。有研究表明，土壤真菌的增加使得土壤潛在病害增加^［24］，混播綠肥壓青后的土壤真菌數(shù)量下降使得土傳病害有潛在降低的可能。由于土壤真菌的主要作用是分解有機殘體，并能形成一定量的腐殖質(zhì)，可改善土壤的物理狀況。因此，混播綠肥壓青后真菌數(shù)量的降低是利是弊仍有待進一步研究?；觳ゾG肥壓青對大田中后期土壤氨化細菌數(shù)量無顯著影響，表明混播綠肥壓青對土壤的氨態(tài)氮供應能力無明顯提升作用，應注重配施相應化肥。

土壤酶活性在一定程度可反映土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的動態(tài)，在土壤養(yǎng)分循環(huán)以及植物生長所需養(yǎng)分的供給過程中起到重要作用^［25］，因此土壤酶活性的高低可以評價土壤肥力、指示土壤生物學活性^［26］。本研究中，翻壓綠肥能夠提高植煙土壤酶活性，與前人^{［11，13，23，27］}的研究結(jié)論一致。綠肥翻壓還土后，綠肥腐解能夠在土壤中釋放各種酶類，同時提供了大量的有機碳源和氮源，根系分泌物增多，微生物活性增強，從而促進了土壤酶活性的提高?；觳ゾG肥壓青土壤的酶活性均不同程度地高于單播綠肥，可能是由于黑麥草碳氮比較高，光葉紫花苕碳氮比較低，使得混播綠肥壓青還田的碳氮比更接近微生物活動最適宜的碳氮比，為微生物生長活動提供了良好的環(huán)境，同時也增加了土壤酶的保護性位點。本研究發(fā)現(xiàn)，混播綠肥壓青對不同種類土壤酶活性的影響程度不同，與不種植綠肥相比，混播綠肥壓青對土壤蔗糖酶活性的影響最大，對土壤過氧化氫酶活性的影響相對最小，這可能是蔗糖酶活性與土壤中有機碳含量顯著正相關^［28］，混播綠肥壓青增加了土壤微生物的有機碳源，從而刺激了土壤蔗糖酶活性明顯升高。土壤過氧化氫酶可以用來表征土壤有機質(zhì)的積累程度^［29］，本研究土壤過氧化氫酶變化不明顯，暗示混播綠肥壓青在短時間內(nèi)對有機質(zhì)含量的增加效果有限，通過綠肥壓青來提高土壤有機質(zhì)含量將是一個較長期的過程。與單播黑麥草壓青相比，混播綠肥壓青對土壤蔗糖酶活性的提高效果最大，對過氧化氫酶活性的提高效果最小，說明混播綠肥壓青在提高肥力水平方面效果明顯。與單播光葉紫花苕相比，混播綠肥壓青對土壤纖維素酶活性的提高效果最好，對過氧化氫酶活性的提高效果最差，可見混播綠肥壓青更有利于翻壓綠肥腐解，促進土壤中纖維素轉(zhuǎn)化為碳供煙株吸收。

4 小結(jié)

連續(xù)2年的混播綠肥壓青對土壤細菌總數(shù)和硝化細菌數(shù)量的增加效果最為顯著；大田前期土壤的放線菌數(shù)量提高效果明顯，后期不如單播綠肥。混播綠肥壓青土壤的真菌數(shù)量低于不種植綠肥，大田前期高于單播綠肥，后期顯著低于單播綠肥（P<0.05）；綠肥壓青處理對大田中后期土壤氨化細菌數(shù)量無明顯影響?；觳ゾG肥壓青土壤的過氧化氫酶、蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶和纖維素酶活性顯著高于不種植綠肥對照（P<0.05），較單播綠肥壓青均有不同程度提高。因此，利用煙地冬閑期混播黑麥草和光葉紫花苕壓青，有利于增加植煙土壤微生物數(shù)量并增強土壤酶活，可作為煙區(qū)土壤保育技術模式。

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收稿日期：2023-01-10

基金項目：中國煙草總公司貴州省公司重點項目（2021XM06；2020XM06；201805）

作者簡介：陳 偉（1973-），男，四川武勝人，研究員，主要從事烤煙栽培與生理生化研究，（電話）15885085398（電子信箱）chenwei7309@163.com；通信作者，蔣 衛(wèi)，主要從事煙葉生產(chǎn)管理與技術推廣工作，（電子信箱）2352544493@qq.com。