免耕对湘西烟田土壤微生物和酶活性及烟叶经济性状的影响

吴海勇，田 峰，李明德*，陈前锋，刘琼峰

（1.湖南省农业科学院土壤肥料研究所，长沙 410125；2.湖南省烟草公司湘西自治州公司，湖南 吉首 416000）

免耕对湘西烟田土壤微生物和酶活性及烟叶经济性状的影响

吴海勇1，田 峰2，李明德1*，陈前锋2，刘琼峰1

（1.湖南省农业科学院土壤肥料研究所，长沙 410125；2.湖南省烟草公司湘西自治州公司，湖南 吉首 416000）

为明确免耕栽培对植烟旱地土壤微生物和酶活性的变化特征及对烟叶产量的影响，设置了免耕栽培、翻耕不中耕栽培、常规翻耕栽培田间试验。结果表明：（1）植烟土壤中细菌数量占大部分，其次是放线菌，真菌最少，细菌数量和微生物总活性在烤烟成熟期达到最大值，免耕对微生物数量的影响主要集中在 0～5 cm 表层土壤，随着土层加深，影响减小；（2）蔗糖酶活性在烤烟生长中后期最高，脲酶、磷酸酶活性在伸根期达到最高，免耕对土壤酶活性的影响集中在 0～5 cm 表层土壤，随土层加深，影响减小；（3）免耕栽培对烟叶产量、产值、均价及中上等烟叶比例等影响不显著。综合考虑土壤生态、经济效益，免耕栽培值得在湘西旱地植烟区推广。

免耕；土壤微生物；土壤酶活性；烟叶；经济性状；湘西

随着现代烟草农业的发展，烟叶生产方式已由传统的散户耕作逐步向规模化、集约化和专业化方向发展。然而湘西旱地植烟区由于地块面积小，坡度较大，不利于机械化发展，仍是传统的散户种植，并以翻耕的耕作方式为主，用工多、劳动强度大，且翻耕容易破坏土壤结构，造成水肥流失，致使烟田地力下降等，这一系列突出问题仍限制着烤烟生产效率的提高[1-2]。免耕是保护性耕作方法之一，具有保护土壤结构、省工、省时、提高水肥气热协调性等优点[3]，在小麦[4]、油菜[5]、玉米[6]、马铃薯[7]等作物中的应用效果已有许多报道，然而由于烤烟实行垄作等原因，免耕栽培未受到重视。

土壤微生物和土壤酶是土壤的重要组成部分，既是土壤有机物转化的执行者，又是植物营养元素的活性库，是评价土壤肥力的重要指标[8-9]。许多报道指出，土壤微生物和酶活性受耕作方式[10]、作物种类[4-7]、作物生育期[11]及施肥[12-14]等因素影响，而不同的耕作模式对植烟土壤中微生物和酶的影响鲜有研究。本研究在湖南省湘西典型旱地烤烟生产区，通过田间试验，分析了免耕栽培、翻耕不中耕栽培、常规翻耕栽培3种模式下，土壤微生物和酶活性随着烤烟生长时间的动态变化及不同土层的空间分布状况，比较了不同耕作方式下烟叶产量产值等经济指标的差异，旨在了解免耕对植烟土壤生态效应、烟草生产经济效应的影响，为旱地烟区土壤生态环境保护及烟草生产效率提升提供科技支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于 2013 年在湖南省湘西自治州凤凰县千工坪烟草基地进行。该区域属于中亚热带季风湿润性气候，年平均气温为 15.9 ℃，历年平均降雨量1308.1 mm，是湖南省主要的旱地植烟区之一。供试土壤为黄灰土，试前土壤基本理化性质为：pH 6.4，有机质 13.3 g/kg，碱解氮 72 mg/kg，有效磷18 mg/kg，速效钾 186 mg/kg。烟草品种为云烟 87，前作为烟草。

1.2 试验设计

选择上一年植烟旱土（植烟后冬闲），设置 3个处理，处理 1（T1）为免耕栽培：不耕作、按照移栽行距进行开沟做箱（即上一年植烟田中，不翻耕，保留耕作原垄体基础上开沟，并在原垄体上栽培。）、不中耕培土；处理 2（T2）为翻耕不中耕栽培：土壤翻耕、起垄栽培，不中耕培土；处理 3（CK）为常规翻耕栽培：翻耕、起垄、中耕培土。随机区组排列，重复 3次。3个处理施肥情况一致，基肥用量为专用基肥[m(N):m(P5O2):m(K2O)=8:15:7] 50 kg/667m2+专用追肥[m(N):m(P5O2):m(K2O)=10:5:29] 10 kg/667m2+ 活 性 肥[m(N):m(P5O2):m(K2O)=6:1:1] 20 kg/667m2， 提 苗 肥 为 [m(N):m(P5O2):m(K2O)= 20:9:0] 5 kg/667m2（专用提苗肥），追肥为专用追肥10 kg/667m2+硫酸钾 20 kg/667m2。

小区面积为 92.4 m2，即 7 行×22 株=154 株/小区。各处理大田农事操作相同，烤烟栽培管理按照当地标准化生产技术执行。

1.3 测定项目及分析方法

在烤烟主要生长发育时期，即伸根期、旺长期、中部叶成熟期（简称成熟期）、上部叶采收末期（简称采收末期，下同）采集耕层土壤（0～20 cm）测定土壤有机质、微生物总活性和各微生物数量（包括土壤细菌、真菌、放线菌）、酶活性（包括过蔗糖酶、氧化氢酶、脲酶、磷酸酶）。在成熟期，分3个土层（0～5 cm、5～20 cm、20～40 cm）采集土壤样品，测定土壤微生物数量和酶活性。其中，微生物总活性采用氢氧化钠吸收法，微生物数量的测定采用稀释平板法测定；土壤蔗糖酶活性采用 3,5 二硝基水杨酸比色法测定，过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴定法测定，脲酶活性采用苯酚次氯酸比色法测定，磷酸酶采用氨基安替比林—铁氰化钾法测定。各小区烟叶均挂牌单独采收、单独烘烤，分小区存放保管。待试验地烟叶全部采收烘烤完毕后，按照国标对各小区烟叶逐叶分级，各小区分别称重，测定每个小区烤烟的实际产量、产值、均价、中上等烟比例等。

2 结 果

2.1 各处理土壤微生物的变化特征

2.1.1 烤烟不同生长期土壤微生物数量变化 细菌是土壤微生物的主体，在数量上和种类上超过其他的土壤有机体[15]。由图1 可知，植烟耕层土壤中细菌数量占了微生物总数的 90%左右，其次是放线菌，真菌最少。旺长期和成熟期耕层土壤中细菌含量较高，从伸根期至旺长期，细菌数量呈增加趋势，T1 至成熟期时达到最大值，为 349.48×104cfu/g，至采收末期又有所减少，而 T2、CK 从旺长期后则数量减少。从处理间来看，T1 在旺长期与 T2、CK 比较接近，其余各个时期均大于 T2、CK，这说明免耕对比常规栽培和不中耕栽培模式，有利于细菌的生长繁殖。真菌是常见的土壤微生物之一，尽管数量最少，但从生物量上来讲，占有极其重要的地位[16]。T1、T2 真菌数量波动较大，伸根期至旺长期呈减少的过程，然后数量又增加；而CK真菌数量比较稳定，但含量较低。从处理间差异来看，伸根期和采收末期，T1、T2 的真菌数量都大于 CK，这表明免耕和不中耕培土总体上有利于真菌数量的增加。各处理在伸根期至旺长期，放线菌数量有所下降，然后不断增加，至采收末期达到最大值。从处理间差异来看，在旺长期和采收末期，各处理间差异很小，而伸根期和成熟期表现为T1＞T2＞CK，烤烟整个生育期内，免耕处理的放线菌数量仍占一定的优势。

微生物总活性表征了土壤中整个微生物群体的活跃程度，是土壤一植物体系中有机质转化的较好指标[17]。T1、T2、CK 微生物总活性在伸根期均较小，之后保持增加，至成熟期后达到最大值，采收末期又有所降低。从处理看，T1微生物总活性要高于 T2，CK 最低，尤其至旺长期和成熟期，T1、CK差异较大，而伸根期和采收末期差异较小。

图1 烤烟不同生长期土壤微生物数量变化Fig. 1 The change of soil microbial CFUs during the period of tobacco growth

表1 各处理不同土层微生物数量及总活性Table 1 Soil microbial CFUs of different soil layers under different treatments

2.1.2 不同土层微生物数量变化 综合考虑土壤熟化程度、烤烟的生长状况，选取了成熟期对微生物数量随土层的分布进行了调查，见表1。结果表明，不同土层中，仍是细菌数量最多（90%左右），放线菌次之，真菌最少。细菌和放线菌的数量均以0～5 cm土层中最多，其次是 5～20 cm 土层，20～40 cm土层中最低，微生物总活性变化规律也一致。而本试验中 T2 处理，细菌 5～20 cm 的土层数量略高于0～5 cm 土层，CK 处理 0～5 cm 土层与 5～20 cm 土层数量较接近，但高于 20～40 cm 土层。

从各土层处理间差异看，3种微生物数量及其微生物总活性基本以T1最高，T2次之，CK 最小。0～5 cm 土层内，处理间差异最大，至 5～20 cm 土层，处理间差异变小，而 20～40 cm 土层内，各处理间土壤微生物数量、总活性非常接近。

2.2 各处理土壤酶活性的变化特征

2.2.1 烤烟不同生长期土壤酶活性变化 由图2 可知，伸根期至旺长期，3个处理中蔗糖酶活性变化不大，处理间差异较小，至成熟期和采收末期，蔗糖活性明显增加，至采收末期处理间差异减小。蔗糖酶活性基本均表现为 T1＞T2＞CK，在成熟期内差异最大，伸根期和采收末期差异较小。

图2 烤烟不同生长期土壤酶活性变化Fig. 2 The change of soil enzyme activities during the period of tobacco growth

伸根期至旺长期，各处理耕层土壤过氧化氢酶活性增加，并达到最高值，之后活性不断降低。从处理间看，整个烤烟生长期内，T1过氧化氢酶活性均高于 T2、CK，土壤磷酸酶活性在烤烟生长期内呈先降低后增加的变化趋势，在伸根期最高，旺长期最低。处理间差异在伸根期和成熟期最大，表现为 T1＞T2＞CK，旺长期内各处理酶活性非常接近，采收末期 T1 和 T2 非常接近，但明显高于CK。这说明免耕对提高土壤磷活性效果较好，翻耕不中耕培土也有一定的作用，但效果较免耕差。各处理土壤脲酶活性最大值出现在伸根期，伸根期至旺长期，呈现大幅度下降趋势，至成熟期有一定提高，采收末期又有所降低。处理间差异也较明显，伸根期、旺长期和成熟期 T1 高于 T2、CK，采收末期时差异减小。

2.2.2 不同土层酶活性变化 从各个土层分布看，酶活性也表现出一些差异，详见表2。成熟期内，蔗糖酶和过氧化氢酶随着土层加深，酶活性下降；磷酸酶活性最高出现在 5～20 cm 土层，其次是 0～5 cm 土层，20～40 cm 最低；而本试验中脲酶活性则在 20～40 cm 土层最高。

同一土层内，4种酶活性基本表现为T1＞T2＞CK，且蔗糖酶、过氧化氢酶、脲酶均是土层越深，处理间的差异越小，但是，磷酸酶在 20～40 cm 土层内各处理间差异最大。这说明，免耕模式主要影响耕层土壤（0～20 cm）酶活性，尤其是0～5 cm 表层土壤，这与对土壤微生物的影响一致。

2.3 各处理对烟叶经济性状的影响

由 表3 可 知 ， 各 处 理 产 量 为 178.40 ～184.52 kg/667m2，CK 高于 T2、T1；烟叶均价为21.47～22.38 元/kg，T2 略高于 T1，CK 最低；各处理产值较为接近，为 3958.95～4010.49 元/667m2，中上等烟叶比例为 89.05%～91.64%，T2 略高于 T1、CK。对以上4项经济指标进行方差分析，处理间没有显著性差异。

表2 各处理不同土层酶活性变化Table 2 Soil enzyme activities of different soil layers under different treatments

表3 不同处理对烤烟经济性状的影响Table 3 The economic property of tobacco under different treatments

3 讨 论

微生物既是土壤有机质和养分转化与循环的动力，又是土壤中有效养分的储备库，是生物多样性与生态平衡的一个重要方面[18]。植烟土壤中不同时期和不同土层中，均是细菌数量最多，放线菌其次，真菌最少，这与前人许多报道一致[19-20]。3 种微生物数量及总活性，表现为随着土层增加而减少的趋势，这主要是因为，表层有充足的能源和丰富的碳源物质，且通气性较好等条件适宜微生物繁殖生长，而土层越深，以上条件则越差。从各土层差距来看，0～5 cm 土层，T1 与 CK 之间相差较大，T1土壤中细菌、真菌、放线菌约是 CK的 2倍，微生物活性也明显高于 CK，至 5～20 cm 土层，差距缩小，至 20～40 cm 土层时，各处理间的微生物数量接近，主要因为耕作过程对 0～20 cm 土层翻动加大，尤其是对 0～5 cm 土层影响较大。之前有研究[21-22]指出，少免耕与翻耕相比，土壤中的微生物数量增多，细菌和真菌数量均较高，并指出可能是由于土壤（尤其是 0～7.5 cm 土层）长期以毛管水浸润，水热稳定，土壤微生物少受到外界因子的影响，与本研究结果一致。

土壤酶活性反映土壤中物质代谢的旺盛程度，是土壤物理化学特性的综合体现。过氧化氢酶活性在旺长期出现高值后，逐渐降低，这可能由于烤烟旺长期土壤呼吸强度最大，诱导了该酶活性增加。脲酶和磷酸酶表征了土壤供氮、磷的水平，基肥和追肥施入大量的速效养分，且烟草专用基肥中含有丰富的有机物料，是酶促作用的基质，在伸根期出现了较高值，之后有所降低。从各处理间差异看，T1 中酶活性要高于 T2、CK，从不同土层看，基本表现为随着土层加深，酶活性下降，T1各个土层中差异相对较大，而CK在各个土层中变化幅度相对较小，而 T2酶活性介于T1和 CK之间，这与微生物活性表现出一致的变化规律。免耕对酶活性影响机制与对土壤微生物一致，微生物活动频繁，提高了土壤酶活性。而酶活性提高又增加了土壤微生物的活动，形成了良好的“互动效应”。但是脲酶 20～40 cm 土层，活性仍比较高，甚至高于 0～5 cm 和5～20 cm 两个土层，具体原因有待进一步研究。

4 结 论

本研究表明，在湘西旱地植烟区应用免耕栽培技术，能提高土壤微生物数量和酶活性，尤其对 0～5 cm 表层土壤影响较大。免耕相比传统翻耕，免去了翻耕操作，省工省时，提高了生产效率，作者认为免耕栽培在旱地烟区值得推广；翻耕不中耕培土模式，节省了中耕培土这一耗工耗时的操作，土壤生态效益优于翻耕，且经济效益可观，亦可小范围的试验性推广。不过由于烤烟连作易加重病虫害等问题，连续免耕栽培的生态、经济效应状况，有待2～3 年的定位试验进一步研究。

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Effects of No-tillage on Soil Microbes and Enzyme Activities and the Economical Characters of Tobacco in Xiangxi of Hunan Province

WU Haiyong1, TIAN Feng2, LI Mingde1*, CHEN Qianfeng2, LIU Qiongfeng1
(1. Institute of Soil and Fertilizer, Academy of Agricultural Sciences of Hunan Province, Changsha 410125, China; 2. Xiangxi Tobacco Company of Hunan Province, Jishou, Hunan 416000, China)

In order to evaluate the spatiotemporal dynamics of soil microbes and enzyme activities and tobacco output in tobacco-planting upland under no-tillage system, a field experiment with 3 treatments (no-tillage, tillage with no-hilling, and conventional tillage) was carried out. The results showed that (1) Among the soil macrobiotics, bacteria was the most, then was actinomycetes, and fungus was the least. The quantity of bacteria and microorganism activity increased firstly, then decreased during the tobacco growth period, which had maximum values at tobacco maturity. The quantity of soil microorganism decreased with soil depths, and the influence of no-tillage on the quantity of soil microorganism occurred mainly in 0 -5 cm surface soil. (2) Invertase activity increased during the later period of tobacco growth, the activity of urease and phoshatase were high at resettling stage, then decreased, and catalase activity increased firstly, then decreased. The effect of no-tillage on soil enzyme activity occurred mainly in 0-5 cm surface soil. This influence decreased with soil depths. (3) The no-tillage planting had not significant influences on yield, output value, average price of tobacco leaves and the ratio of superior tobacco leaves. Therefore, no-tillage system is worthy to be popularized in upland in western Hunan.

no-tillage; soil microbes; soil enzyme activity; economical character; tobacco; western Hunan

S572.05

1007-5119（2014）05-0017-06

10.13496/j.issn.1007-5119.2014.05.004

中国烟草总公司湖南省公司科技项目“湘西山地特色优质烟叶研究与开发”（11-14Aa02）

吴海勇，男，硕士，助理研究员，主要研究方向为土壤肥力与土壤生态学。E-mail：haiyongwu@163.com *通信作者，E-mail：limingde460@sohu.com

2014-02-07

2014-10-26