潘昊东 田显芸 刘建萍 王鹏 伍德洋 秦燚鹤 叶协锋 姚鹏伟

摘  要：通过两年盆栽试验，研究增施不同有机物料对植烟土壤生物学特性和速效养分的影响。结果表明，与纯施化肥相比，增施芝麻饼肥显著增加土壤碱解氮和速效磷含量，增施生物炭显著增加速效钾含量;增施腐熟秸秆土壤蔗糖酶活性显著提升12%，芝麻饼肥和生物炭处理脲酶活性均显著增加19%，生物炭处理过氧化氢酶活性显著增加27%。增施腐熟秸秆土壤微生物生物量碳最高，达到234.52 mg/kg，生物炭处理土壤微生物生物量氮最高，达到35.29 mg/kg。细菌为植烟土壤可培养菌中的优势菌，增施生物炭显著提升可培养细菌数量，增施腐熟秸秆显著提升可培养真菌和放线菌数量。总体来看，增施不同有机物料能改善土壤生物学特性，增加速效养分含量，从而改善植烟土壤质量。

关键词：有机物料;植烟土壤;生物学特性;速效养分

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

河南是我国典型的浓香型烟叶产区，由于过度依赖化肥和长年连作导致土壤结构破坏严重，酸化，碳氮比失调，作物品质下降[1]，因此烟田土壤改良势在必行。增施有机物料是植烟土壤改良中的一种重要途径，有研究表明添加作物秸秆、生物炭、有机肥能显著增加土壤养分含量，改善土壤微生物特性，提高烟株生长质量[2]。刘华山等[3]在河南周口研究表明，无机肥配施饼肥显著增加土壤脲酶、过氧化氢酶活性，并提升烟叶质量。薄国栋等[4]研究发现秸秆还田能提高植烟土壤蔗糖酶、脲酶活性，增加土壤细菌群落的丰度，并增加烟叶产量。张继旭等[5]在湖北恩施研究发现，添加生物炭促进烟株根系发育，并明显提升土壤酶活性。

目前大量研究表明，无机肥配施有机物料能改善土壤理化性质，提高土壤生物活性，但关于连续添加不同有机物料对连作植烟土壤生物学特性的影响以及将土壤生物学性质与土壤养分结合分析的研究较少。本研究以豫中植烟土壤为对象，通过连续2年盆栽试验，明确不同施肥措施对土壤速效养分、生物学特性的影响，并分析两者之间的关系，为烟田土壤改良，实现土壤可持续利用提供参考。

1  材料与方法

1.1  试验材料

采用盆栽试验，分别于2017和2018年在河南农业大学科教园区进行。供试土壤质地为砂壤土，pH 7.85，有机质15.70 g/kg，碱解氮35.00 mg/kg，速效磷26.12 mg/kg，速效钾180.34 mg/kg。供试品种为中烟100。两年移栽所选烟苗与移栽方法均一致，株高（8.5±0.3）cm，茎围（1.5±0.1）cm，有效葉8～9片，移栽平均生长点为高于土壤表面2 cm处。

使用直径45 cm，高35 cm筒型塑料花盆作为试验用盆。供试土壤过5 mm 筛后装盆，每盆装土35 kg，每处理30盆。试验按120 cm×50 cm行株距挖垄沟，将盆置于垄沟内，再对垄沟进行封土，使盆顶部与外部土壤保持在同一水平面。土壤装盆时，将需加入物料与土壤混合均匀一并装入，第1年试验完成后将土壤保存，供第2年试验继续使用。腐熟小麦秸秆、芝麻饼肥和生物炭氮磷钾含量如表1所示。

1.2  试验设计

设置4种施肥处理：施氮磷钾（NPK）、氮磷钾+腐熟小麦秸秆（NPKW）、氮磷钾+芝麻饼肥（NPKS）和氮磷钾+生物炭（NPKB）。肥料种类及用量如表1所示。两年施肥方法一致，所有肥料用作基肥在移栽（两年均在5月1日）前一次施入。烟草种植管理均与当地优质烟叶栽培管理措施一致。

1.3  样品采集与测定方法

分别于2017年烤烟移栽后30、45、60、75、90和105 d，2018年移栽后30、60、90 d距烟株茎干10 cm处取土壤样品。每个处理采集3份，共300 g土壤，除去杂物后，过10目筛，一部分放入冰箱4 ℃保存，供土壤酶、微生物生物量碳、微生物生物量氮测定;另一部分放置阴凉处自然风干，过20目筛保存，供土壤速效养分测定。土壤脲酶的测定采用靛酚比色法，蔗糖酶活性测定采用二硝基水杨酸法[6]，土壤过氧化氢酶活性测定用紫外分光光度法[7]。土壤微生物生物量碳（MBC）测定采用熏蒸提取?容量分析法，土壤微生物生物量氮（MBN）的测定采用熏蒸提取-茚三酮比色法[8]。碱解氮含量测定采用碱解扩散法;有效磷含量测定采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法;速效钾含量测定采用乙酸铵浸提-火焰光度法[9]。平板分离计数土壤中的细菌（牛肉膏蛋白胨培养基）、真菌（马丁氏培养基）、放线菌（高氏一号培养基）[10]，均以干土基计算。

1.4  数据处理

用Excel 2010进行数据的基本处理，SPSS 22.0进行数据统计分析。

2  结  果

2.1  不同施肥措施对土壤速效养分含量的影响

2.1.1  碱解氮  如表2所示，两年中，处理NPKW、NPKS、NPKB碱解氮含量均大于处理NPK。2017年，各处理碱解氮含量在移栽后60 d均达到最高水平，表现为NPKS>NPKB>NPKW>NPK。2018年，生育期内各处理碱解氮含量呈上升趋势，移栽后90 d，各处理含量表现为NPKS>NPKW>NPKB>NPK。

2.1.2  速效磷  表2所示，两年中，各处理土壤速效磷含量随生育期延长呈下降趋势，处理NPKW、NPKS、NPKB均高于处理NPK，其中处理NPKS效果最明显。2018年移栽后90 d，处理NPKS速效磷含量为NPK的1.61倍。

2.1.3  速效钾  2018年速效钾含量整体高于2017年（表2）。速效钾含量整体表现为NPKB>NPKW>NPKS>NPK，两年试验末期，处理NPKB相较NPK速效钾含量分别提升39%、100%。

2.2  不同施肥措施对土壤酶活性的影响

2.2.1  蔗糖酶活性  表3所示，2017年移栽后45 d内施有机物料处理NPKW、NPKS、NPKB蔗糖酶活性显著高于处理NPK。2018年，处理NPKW、NPKS蔗糖酶活性均高于处理NPK，移栽后90 d，处理NPKW、NPKS蔗糖酶活性分别为处理NPK的1.12、1.10倍。

2.2.2  脲酶活性  表3所示，2017年，处理NPKW、NPKS、NPKB显著增加了移栽后45 d内脲酶活性。2018年各处理在移栽后30 d脲酶活性最高，移栽后90 d处理 NPKW、NPKS、NPKB比处理NPK分别提高2%、19%、19%。

2.2.3  过氧化氢酶活性  两年试验中，生育期内各处理过氧化氢酶活性都有先增加后下降的趋势（表3），两年试验中均在移栽后60 d达到最大值，活性大小均表现为NPKB>NPKW>NPKS>NPK。2018年移栽后90 d，NPKW、NPKS、NPKB过氧化氢酶活性分别是处理NPK的1.08、1.18、1.27倍。

2.3  不同施肥措施对土壤微生物生物量碳氮的影响

表4所示，两年试验中，增施有机物料处理NPKW、NPKS、NPKB微生物生物量碳MBC含量整体高于NPK处理。2018年移栽后90 d，NPKW、NPKS处理MBC含量显著高于其他处理，分别是NPK的1.49、1.39倍。两年试验中，移栽后30 d各处理微生物生物量氮（MBN）含量較高（表4），3种施有机物料处理MBN含量整体高于NPK处理。2018年移栽后90 d，处理NPKB的MBN含量最高，是NPK处理的1.15倍。

2.4  不同施肥措施对可培养微生物数量的影响

2.4.1  细菌数量  移栽后90 d处理间细菌数量表现为NPKB>NPKS>NPKW>NPK（表5）。3种增施有机物料处理细菌数量均大于处理NPK，NPKB处理在移栽后60 d、90 d提升显著。

2.4.2  真菌数量  生育期内各处理真菌数目均为先增后降的趋势（表5）。生育期内真菌数目整体表现为NPKW>NPKS>NPKB>NPK，3种增施有机物料处理均大于NPK处理，其中处理NPKW增加效果最显著。

2.4.3  放线菌数量  生育期内各处理放线菌数目整体呈逐渐升高趋势（表5）。不同时期处理NPKW放线菌数量均大于处理NPK。

2.5  相关性分析

由表6看出，土壤细菌数量与MBC含量、速效钾含量显著相关。真菌数量与脲酶活性呈极显著负相关，与过氧化氢酶活性呈极显著相关。放线菌数量与碱解氮含量间呈显著相关。蔗糖酶活性与MBN含量、MBC含量呈显著相关。脲酶与MBN间呈极显著相关。MBN含量与碱解氮含量间呈极显著负相关，与速效磷含量间呈极显著相关。

3  讨  论

土壤速效养分是土壤肥力最直观的反映。本研究显示，2018年随生育期推进，土壤碱解氮含量呈增加趋势，这可能是由于2017年有机物料中未分解的部分和2018年施入的有机物料养分释放造成[11]。配施有机物料处理速效磷含量显著高于单施化肥处理，与郭丽等[12]研究结果一致，一方面增施的有机物料本身含有磷素，另一方面有机物料可减少土壤对磷的固定，使土壤速效磷含量保持较高水平。季璇等[13]研究表明，长期配施有机物料可持续提升土壤供钾能力，这与本试验研究结果相吻合。生物炭对土壤速效钾含量提升最明显，一方面其具有相对高比例的游离态钾，另一方面能够改善阳离子交换量[14]而提高土壤速效钾含量。此外生物炭较强的吸附性还可以降低土壤钾离子的淋失损失[15]。通过相关性分析得出，土壤中可培养细菌数量、MBC、速效钾含量三者间显著相关，这可能由于有机物料通过增加土壤有机碳促进解钾类细菌繁殖[16]，进而提高土壤速效钾含量。

土壤微生物、植物的分泌物及其残体是土壤酶的主要来源，土壤酶活性能灵敏地反映不同管理措施对土壤肥力的影响[17-18]。本研究表明，添加3种有机物料均不同程度提高了土壤酶活性，其中秸秆还田对蔗糖酶活性提升最明显。这可能是由于秸秆易分解，且在分解过程中能吸附水分，从而提高微生物数量，进而提高蔗糖酶活性[19]。芝麻饼肥对脲酶活性提升最明显，这主要是由于饼肥富含蛋白质等有机物，并且矿化后能提升土壤碱解氮含量，从而提高脲酶活性[20]。生物炭对土壤酶活性的影响没有明显规律。这可能是由于一方面生物炭含有的少量易被利用的养分能够促进酶活性提高;另一方面生物炭能通过吸附酶基质而抑制酶促反应的进行[21-22]，从而降低酶活性。

土壤微生物生物量碳氮与土壤养分密切相关。两年试验结果均表明增施有机物料显著增加土壤微生物生物量碳、氮含量。有机物料不仅可为土壤微生物生长提供碳源、氮源和其他养分，而且能改变土壤水分、温度和透气性，改善微生物生存环境，从而促进微生物量碳氮的积累[23-24]。研究表明秸秆对微生物量碳提升显著，生物炭对微生物量氮提升显著。这与秸秆更利于高含碳量的真菌、放线菌繁殖，生物炭更利于低含碳量的细菌繁殖的试验结果相吻合。

微生物数量变化与土壤物质转化过程密切相关[25]，本试验结果表明可培养细菌数量远高于真菌、放线菌，这与细菌是农田生态系统的主导菌类的研究相一致[26]。试验中，芝麻饼肥C/N低，具有易降解的特点，能较快提供富营养环境，使菌群快速增长。添加秸秆为微生物提供了碳水化合物、氨基酸和多聚物等必需物，对纤维素利用菌等菌群生长促进效果明显[27-28]。生物炭由于极高的含碳量显著改变土壤碳氮比，而巨大的比表面积和疏松多孔的结构为微生物生存提供生长空间和附着位点，利于微生物栖息[29]。相关性分析结果表明，过氧化氢酶与真菌数量极显著相关，这主要是由于参与氧化分解过程的过氧化氢酶大量存在于真菌中。

4  结  论

两年试验中，添加腐熟秸秆对MBC、蔗糖酶、真菌和放线菌数量提升明显，添加芝麻饼肥对碱解氮、速效磷、蔗糖酶和脲酶活性提升明显，添加生物炭对土壤速效钾、MBN、脲酶、过氧化氢酶、细菌提升显著。在烟草生产中采用无机肥配施腐熟小麦秸秆、芝麻饼肥和生物质炭均能不同程度提高土壤生物学特性和土壤速效养分的含量，进而提升土壤综合质量。今后还需通过田间试验进一步研究不同施肥措施对土壤生物学特性和养分的长期影响。

参考文献

[1] 冯婷婷，王梦雅，符云鹏，等. 不同有机物料对土壤和烟叶主要质量指标的影响[J]. 中国烟草科学，2016，37（5）：22-27，33.

FENG T T， WANG M Y， FU Y P， et al. Effect of different organic materials on the main quality indicators of soil and tobacco[J]. Chinese Tobacco Science， 2016， 37（5）： 22-27， 33.

[2] 李艳平，刘国顺，丁松爽，等. 混合有机肥用量对烤烟根系活力及根际土壤生物特性的影响[J]. 中国烟草科学，2016，37（1）：32-36，44.

LI Y P， LIU G S， DING S S， et al. Effects of mixed organic fertilizer amount on root vigor and rhizosphere soil biological characteristics of flue-cured tobacco[J]. Chinese Tobacco Science， 2016， 37（1）： 32-36， 44.

[3] 劉华山，韩锦峰，曾涛，等. 饼肥与化肥配施对烤烟根际土壤酶活性的影响[J]. 中国烟草科学，2005（1）：14-16.

LIU H S， HAN J F， ZENG T， et al. Effects of chemical fertilizer combined with cake fertilizer on rhizosphere soil enzyme activities in flue-cured tobacco field[J]. Chinese Tobacco Science， 2005（1）： 14-16.

[4] 薄国栋，申国明，陈旭，等. 秸秆还田对植烟土壤酶活性及细菌群落多样性的影响[J]. 中国烟草科学，2017，38（1）：53-58.

BO G D， SHEN G M， CHEN X， et al. Effect of straw returning on soil enzyme activities and diversity of bacterial communities in tobacco planting fields[J]. Chinese Tobacco Science， 2017， 38（1）： 53-58.

[5] 张继旭，张继光，张忠锋，等. 秸秆生物炭对烤烟生长发育、土壤有机碳及酶活性的影响[J]. 中国烟草科学，2016，37（5）：16-21.

ZHANG J X， ZHANG J G， ZHANG Z F， et al. Effects of straw biochar on tobacco growth， soil organic carbon and soil enzyme activities[J]. Chinese Tobacco Science， 2016， 37（5）： 16-21.

[6] 關松荫. 土壤酶及其研究法[M]. 北京：农业出版社，1986.

GUAN S Y. Soil enzyme and its research method[M]. Beijing： Agricultural Press， 1986.

[7] 杨兰芳，曾巧，李海波，等. 紫外分光光度法测定土壤过氧化氢酶活性[J]. 土壤通报，2011，42（1）：1207-210.

YANG L F， ZENG Q， LI H B， et al. Measurement of catalase activity in soil by ultraviolet spectrophotometry[J]. Chinese Journal of Soil Science， 2011， 42（1）： 207-210.

[8] 吴金水，林启美，黄巧云，等. 土壤微生物生物量测定方法及其应用[M]. 北京：气象出版社，2006：54-84.

WU J S， LIN Q M， HUANG Q Y， et al. Determination method and application of soil microbial biomass[M]. Beijing： Meteorological Press， 2006： 54-84.

[9] 鲍士旦. 土壤农化分析[M]. 北京：农业出版社，1999.

BAO S D. Soil agrochemical analysis[M]. Beijing： Agricultural Press， 1999.

[10] 姚槐应，黄昌勇. 土壤微生物生态学及其实验技术[M]. 北京：科学出版社，2006.

YAO H Y， HUANG C Y. Soil microbial ecology and its experiment taltechnology[M]. Beijing： Science Press， 2006.

[11] 代文才，高明，兰木羚，等. 不同作物秸秆在旱地和水田中的腐解特性及养分释放规律[J]. 中国生态农业学报，2017，25（2）：188-199.

DAI W C， GAO M， LAN M L， et al. Nutrient release patterns and decomposition characteristics of different crop straws in drylands and paddy fields[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture， 2017， 25（2）： 188-199.

[12] 郭丽，曹彩云，李科江，等. 不同土壤肥力条件下施肥措施对冬小麦-夏玉米产量及土壤养分的影响[J]. 河北农业科学，2018，22（2）：48-52.

GUO L， CAO C Y， LI K J， et al. Effects of fertilization methods under different soil fertility on yields of winter wheat and summer maize and soil nutrients[J]. Journal of Hebei Agricultural Sciences， 2018， 22（2）： 48-52.

[13] 季璇，冯长春，郑学博，等. 饼肥等氮替代化肥对植烟土壤养分、酶活性和氮素利用的影响[J]. 中国烟草科学，2019，40（5）：23-29.

JI X， FENG C C， ZHENG X B， et al. Effects of combined application of rapeseed cake and chemical fertilizers on nutrients， enzyme activity of tobacco growing soil and nitrogen utilization[J]. Chinese Tobacco Science， 2019， 40（5）： 23-29.

[14] 何绪生，张树清，佘雕. 生物炭对土壤肥料的作用及未来研究[J]. 中国农学通报，2011，27（15）：16-25.

HE X S， ZHANG S Q， SHE D. Effects of biochar on soil and fertilizer and future research[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin， 2011， 27（15）： 16-25.

[15] VAN Z L， KIMBER S， MORRIS S， et al. Effects of biochar from slow pyrolysis of papermill wasteon agronomic performance and soil fertility[J]. Plant Soil， 2010， 327 （1/2）： 235-246.

姜敏，汪霄，张润花，等. 生物炭对土壤不同形态钾素含量的影响及机制初探[J]. 土壤通报，2016，47（6）：1433-1441.

[16] JIANG M， WANG X， ZHANG R H， et al. Effect and mechanism of biochar application on different forms of soil potassium contents[J]. Chinese Journal of Soil Science， 2016， 47（6）： 1433-1441.

[17] WANG G Y， SU T， HAN H L， et al. Effects of long-term fertilization on soil microbial community structure，labile organic carbon and nitrogen and Enzym e activity in paddy field and upland[J]. Meteorological and Environmental Research， 2019， 10（5）： 105-111.

[18] 張璐，任天宝，阎海涛，等. 不同有机物料对烤烟根际土壤碳库、酶活性及根系活力的影响[J]. 中国烟草科学，2018，39（2）：39-45.

ZHANG L， REN T B， YAN H T， et al. Effects of different organic materials on rhizosphere soil carbon pool， enzyme activity and root activity of flue-cured tobacco[J]. Chinese Tobacco Science， 2018， 39（2）： 39-45.

[19] 刘玮斌，田文博，陈龙，等. 不同秸秆还田方式对土壤酶活性和玉米产量的影响[J]. 中国土壤与肥料，2019（5）：25-29.

LIU W B， TIAN W B， CHENG L， et al. Effects of different straw returning methods on soil enzyme activity and maize yield[J]. Soil and Fertilizer Sciences in China， 2019， 26（5）： 25-29. Effect of Rape-seed-cake on the Soil Enzyme Activities and Rice Senescence during the Grain Filling Stage

[20] 王墨浪，晋艳，杨宇虹，等. 不同土壤类型饼肥矿化过程中土壤酶活性及理化指标的变化[J]. 中国烟草学报，2010，16（5）：60-64.

WANG M L， JIN Y， YANG Y H， et al. Study on changes of soil enzyme activity and physical and chemical indexes during cake fertilizer's mineralization in different soil types[J]. Acta Tabacaria Sinica， 2010， 16（5）： 60-64.

[21] 周涵君，于晓娜，秦燚鹤，等. 施用生物炭对Cd污染土壤生物学特性及土壤呼吸速率的影响[J]. 中国烟草学报，2017，23（6）：61-68.

ZHOU H J， YV X N， QIN Y H， et al. Effect of biochar application on soil biological characteristics and soil respiration rate in Cd contaminated soil[J]. Acta Tabacaria Sinica， 2017， 23（6）： 61-68.

[22] 丁艳丽，刘杰，王莹莹. 生物炭对农田土壤微生物生态的影响研究进展[J]. 应用生态学报，2013，24（11）：3311-3317.

DING Y L， Liu J， Wang Y Y. Effects of biochar on microbial ecology in agriculture soil： a review[J]. Chinese Journal of Applied Ecology， 2013， 24（11）： 3311-3317.

[23] 王文锋，李春花，黄绍文，等. 不同施肥模式对设施菜田土壤微生物量碳、氮的影响[J]. 植物营养与肥料学报，2016，22（5）：1286-1297.

WANG W F， LI C H， HUANG S W， et al. Effects of different fertilization patterns on microbial biomass carbon and nitrogen in greenhouse vegetable soil[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science， 2016， 22（5）： 1286-1297.

[24] 涂志华，范志平，王善祥，等. 大伙房水庫流域不同水源涵养林土壤微生物量碳氮特征及其影响因素[J]. 中国水土保持科学，2019，17（4）：130-140.

TU Z H， FAN Z P， WANG S X， et al. Soil microbial biomass properties and its controlling factors under different vegetation types of water conservation forests in Dahuofang Watershed[J]. Science of Soil and Water Conservation， 2019， 17（4）： 130-140.

[25] FU G， LIU Z W， CUI F F. Features of soil enzyme activities and the number of microorganisms in plantations and their relationships with soil nutrients in the Qinling Mountains[J]. Academic Abstracts of Chinese Universities and Forestry， 2009， 4（3）： 344-350.

[26] FRANCISKA T V， ELLIS H， LIJBERT B， et al. Fungal/bacterial ratios in grasslands with contrasting nitrogen management[J]. Soil Biologyand Biochemistry， 2006， 38： 2092-2103.

[27] 荣国华. 秸秆还田对土壤酶活性、微生物量及群落功能多样性的影响[D]. 哈尔滨：东北农业大学，2018.

RONG G H. Effects of straw returning on soil enzyme activity， microbial biomass and community functional diversity[D]. Harbin： Northeast Agricultural University， 2018.

[28] 邬奇峰，陆扣萍，毛霞丽，等. 长期不同施肥对农田土壤养分与微生物群落结构的影响[J]. 中国农学通报，2015，31（5）：150-156.

WU Q F， LU K P， MAO X L， et al. Responses of soil nutrients and microbial biomass and community composition to long-term fertilization in cultivated land[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin， 2015， 31（5）： 150-156.

[29] 李宽莹，王泽林，徐兴有，等. 不同施肥处理对日光温室内土壤微生物数量与酶活性的影响[J]. 西北林学院学报，2019，34（2）：56-61.

LI K Y， WANG Z L， XU X Y et al. Effects of fertilization pattern on soil microorganism quantity and soil enzyme activity under the greenhouse grape-cultivating system[J]. Journal of Northwest Forestry University， 2019， 34（2）： 56-61.