施用秸秆对烤烟土壤酶活性及烤烟氮和钾含量的影响

翟优雅，阮 志，张立新*，高 梅，赵永桂，韦成才，马英明，陈 伟

（1.西北农林科技大学生命科学学院，陕西 杨凌 712100；2.陕西省烟草研究所，西安 710000；3.贵州省烟草科学研究院，贵阳 550081）

施用秸秆对烤烟土壤酶活性及烤烟氮和钾含量的影响

翟优雅1，阮 志1，张立新1*，高 梅1，赵永桂1，韦成才2，马英明2，陈 伟3

（1.西北农林科技大学生命科学学院，陕西 杨凌 712100；2.陕西省烟草研究所，西安 710000；3.贵州省烟草科学研究院，贵阳 550081）

为了充分利用农作物废弃物，建立合理的资源循环系统，改善植烟土壤环境，以秦烟 96 为材料，采用盆栽试验，探索了秸秆施用量对烤烟土壤酶活性、烟叶和根系氮、钾含量的影响。结果表明，外施秸秆显著提高了土壤酶活性和烤烟烟叶和根系氮、钾含量。在适量范围内，随着秸秆施用量的增加，土壤酶活性和烤烟烟叶和根系氮、钾含量均呈递增趋势。

烤烟；秸秆；土壤酶；氮含量；钾含量

有研究表明，土壤中添加秸秆可以改善土壤中微生物的性状，为微生物和土壤动物生长提供良好的环境[1-3]。随着对土壤学研究的深入，土壤酶活性已成为农业土壤质量和生态系统功能的一项重要指标[4]。氮、钾对烤烟的生长发育、代谢过程有显著影响[5-6]。氮素是蛋白质、核酸和磷脂的主要成分，在生命活动中具有特殊作用[7]。钾在植物体内为多种酶的活化剂，可以增强植株抗逆性[7]，其含量也是评价烟草品质的指标之一。添加秸秆对土壤氮素影响较大，从而影响烤烟对氮的吸收[8]。有研究表明，在不施钾肥的条件下，秸秆与氮磷肥配施对提高土壤速效钾有显著效果[9-10]。植物生长所需的养分主要通过根系从土壤中吸收获取，根系的生长状况对烤烟的生长发育有很大影响。以往的研究多集中于秸秆还田对土壤结构、土壤理化性质的影响，以及作物碳、氮代谢关键酶和产、质量的影响[11-18]。在植烟土壤中，外施秸秆对整个烤烟生育期土壤酶活性、烟叶和根系营养状况的影响研究却鲜见报道。本研究通过盆栽试验，考察秸秆施用对土壤酶活性及烤烟根系和叶片氮、钾营养的影响，为充分利用农作物秸秆废弃物，改善土壤肥力，保证烟区可持续发展提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于 2012 年 5—12 月在西北农林科技大学实验基地进行，采用盆栽试验，供试品种为秦烟 96。供试土壤为黄棕壤，其基本理化性质为：全氮 1.09 g/kg，碱解氮 97.93 mg/kg，全磷 0.43 g/kg，速效磷5.24 mg/kg，全钾 30.70 g/kg，速效钾 166.28 mg/kg，有机质 7.23 g/kg，pH 7.68。试验用土通过 0.5 cm× 1 cm 网过筛，每盆装土 35 kg。通过添加小麦秸秆（秸秆粉碎至 1.3～7.6 mm，C/N=68.3，N 0.6%，P 0.29%，K 1.07%），调节土壤碳氮比值。试验为单因子（秸秆用量）5水平试验，5个处理水平分别为施用秸秆 0（CK）、93.28、140.00、186.55、233.28 g/盆，其对应的 C/N 分别为 3.44、4.28、4.67、5.10、5.50。施用时将腐熟秸秆、土和肥料混合均匀后进行 。 每 盆 肥 料 用 量 为 氮 素 4.5 g ，m(N):m(P2O5):m(K2O)=1:1.5:3，每个处理 30 盆，完全随机排列，行株距 120 cm×50 cm，共计 150 盆。烟苗移栽时间为 2012 年 5 月 7 日，其他管理按规范化栽培措施进行。

1.2 测定指标和方法

分别在烤烟移栽后 30、45、60、75、90 d 进行取样，每个处理取具有代表性烤烟5株，同时取对应处理的根际土壤样品。土样测定项目和方法为：过氧化氢酶活性测定采用容量法，蔗糖酶活性测定采用 3,5-二硝基水杨酸比色法，碱性磷酸酶活性测定磷酸苯二钠比色法，脲酶活性测定采用比色法[4]。烟样用浓硫酸-双氧水法消煮[11]后采用高分辨自动化学分析仪（德国 SEAL，AA3）测定氮含量，采用火焰光度计（英国 Sherwood，M410）测定钾含量，每个指标重复测定3次。

1.3 数据分析

采用 SPSS16.0 软件进行统计分析。

2 结 果

2.1 土壤酶活性

2.1.1 过氧化氢酶 从表1 可以看出，同一取样时间内土壤过氧化氢酶活性处理间变化趋势不同，移栽后 30 d，过氧化氢酶活性处理间无显著差异；移栽后 45、75 和 90 d，施用秸秆的处理过氧化氢酶活性显著高于对照；移栽后 60 d，趋势与 45 d 等的相似，虽然施用秸秆 93 g/盆的处理与对照差异不显著。各处理土壤过氧化氢酶活性动态变化趋势不同，CK、93.28 g 和 233.28 g 秸秆用量的处理随着生育期延长，酶活性表现为高-低-高；而 140.00 和186.55 g 秸秆用量的处理则表现为高-低-高-低。综合来看，秸秆用量 233.28 g 的处理土壤过氧化氢酶活性最高。这些结果说明施用秸秆对土壤过氧化氢酶活性有促进作用。

2.1.2 蔗糖酶 从表2 可以看出，随着烤烟生育期的延长，各处理土壤蔗糖酶活性总体表现出高-低-高的趋势，移栽 90 d 时酶活性达到最高。同一测定时期，添加秸秆处理酶活性显著高于对照，且随秸秆施用量增加，土壤蔗糖酶活性逐渐升高，施用秸秆 233.28 g 的处理蔗糖酶活性最高。此说明施用秸秆能显著提高土壤蔗糖酶活性。

2.1.3 碱性磷酸酶 随生育期延长，各处理中土壤碱性磷酸酶活性逐渐升高（表3），至 60 d 时达到最高，之后逐渐降低。同一时期，施用秸秆的处理与对照相比，差异均达到显著水平。综合分析，外施秸秆能显著提高土壤碱性磷酸酶活性。

2.1.4 脲酶 从表4 可知，随生育期延长各处理土壤脲酶活性均表现出先升后降的趋势。不施或施用量低于 140 g 的处理，移栽 45 d 时脲酶活性达到最高，而施用秸秆较多的处理则在移栽 60 d 时最高，且移栽 90 d 时 5 个处理酶活性最低。同一时期，各处理土壤脲酶活性差异显著，添加秸秆的处理显著高于对照，且脲酶活性随着秸秆施加量的增大表现出升高的趋势。各时期均以秸秆用量 233.28 g 的处理脲酶活性最高，说明外施秸秆能够显著增强土壤脲酶活性。

2.2 烤烟烟叶和根系氮、钾含量

从图1可以看出，烤烟烟叶（地上部分）氮钾含量，除对照外，其他所有施用秸秆的4个处理表现出随生育期的延长，氮含量先升高后降低，钾含量为低-高-低的趋势。所有施用秸秆的处理移栽后60 d 时氮、钾含量达到最大值。整个生育期对照氮、钾含量变化不大，移栽后 30 d 时氮含量最高，75 d时钾含量最高。5个时期中，随着秸秆用量的增加，地上部分氮、钾含量逐渐增加。所有处理中，施用量最高的处理（233.28 g）氮、钾含量最高，CK 最低。外施秸秆对提高烤烟地上部分氮素和钾素含量有明显的促进作用。就根系氮钾含量而言，不同处理中烟株根系氮、钾含量随生育期延长，均表现出先升高后降低的趋势。移栽 60 d 时，烟株根系氮、钾含量达到最大值，90 d 时最小。与对照相比，外施秸秆对促进根系氮、钾含量的累积效果明显。随着秸秆施用量增加烟叶氮、钾含量逐渐增加。

表1 施用秸秆后植烟土壤过氧化氢酶活性 mL/(g•20 min)Table 1 The activity of soil catalase after straw applying

表2 施用秸秆后植烟土壤蔗糖酶活性 mg/(g•d)Table 2 The activity of soil sucrase after straw applying

表3 施用秸秆后植烟土壤碱性磷酸酶活性 mg/(g•d)Table 3 The activity of alkaline phosphratase after straw applying

表4 施用秸秆后植烟土壤脲酶活性 μg/(g•d)Table 4 The activity of urease after straw applying

3 讨 论

土壤酶主要来源于土壤微生物活动分泌、植物根系分泌和植物残体以及土壤动物躯体分解。参与土壤中的各种生物化学反应过程，其活性反映了生物化学过程的强度和方向，与有机物质矿化分解、矿质营养循环密切相关，是土壤肥力评价的重要指标之一[19-20]。随时间延长，秸秆腐解能够增加土壤中的有机质含量，补充氮、磷、钾和微量元素，加速土壤物质的生物循环[25]。本试验中，添加小麦秸秆对烤烟根际土壤酶活性均有显著影响，尤其提高土壤蔗糖酶、碱性磷酸酶和脲酶活性。徐伟国等[21]通过麦秸还田对土壤理化性质及酶活性的影响研究发现，土壤中脲酶、过氧化氢酶和碱性磷酸酶活性增强。张友杰等[22]研究 2 种不同植烟土壤质地中土壤酶活性动态变化发现，土壤过氧化氢酶和碱性磷酸酶表现为降低-升高-降低的趋势，蔗糖酶表现为升高-降低-再升高。本试验结果中，蔗糖酶活性变化趋势与其研究结果相似，但过氧化氢酶整体上表现出升高-降低-升高的趋势，碱性磷酸酶则是随生育期推迟逐渐升高。这可能与植烟土壤理化性质与土壤微生物种类和数量，以及小麦秸秆在腐解过程中的养分供应状况有关。刘美玉等[25]研究水氮耦合对烤烟生育期内土壤酶活性的影响，结果表明，随生育期延长，植烟土壤脲酶活性呈现先增加后降低的趋势，本试验结果与之相似。

图1 不同处理对烤烟根系氮、钾含量的影响Fig.1 Effect of different treatments on contents of nitrogen and potassium in tobacco leave and roots

农作物秸秆中富含植物生长所必需的氮、磷、钾和微量元素[18]，虽然短期内由于腐解速率慢，作用效果不明显[24]，但秸秆的 C/N 值较大，对土壤氮素的转化有一定的影响[26]，同时，作物吸收的钾素80%积累在秸秆中，而且可以快速释放，是一种重要的速效性钾素资源[27]。熊茜等[15]研究表明，适量的秸秆覆盖提高了烤后烟叶中、上部烟叶的氮、钾含量。本试验中，施秸秆能够明显提高烤烟整株烟叶和根系氮、钾含量。同时，在一定范围内烤烟烟叶及根系氮、钾含量随着秸秆用量的增多而逐渐升高。

本研究已对施秸秆后土壤酶活性及烤烟根系和叶片氮、钾营养的动态变化进行了研究分析，而小麦秸秆腐解过程中的养分释放规律与土壤酶活性变化、烟株养分累积及分配状况的关系则需要进一步深入研究。

4 结 论

综合不同秸秆用量条件下土壤酶活性及烤烟养分状况可知，在一定的土壤条件下施用秸秆能显著提高土壤过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶和碱性磷酸酶活性，提高程度因秸秆用量而异；同时促进烤烟烟叶和根系氮、钾元素的累积。

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Effects of Straw Application on Soil Enzyme Activities and Nitrogen and Potassium Contents in Flue-cured Tobacco

ZHAI Youya1, RUAN Zhi1, ZHANG Lixin1*, GAO Mei1, ZHAO Yonggui1, WEI Chengcai2, MA Yingming2, CHEN Wei3
(1. College of Life Sciences, Northwest A & F University, Yangling, Shaanxi 712100, China; 2. Tobacco Research Institute of Shaanxi, Xi’an 710000, China ; 3. Guizhou Tobacco Research Academy, Guiyang 550081, China)

Pot experiments have been carried out to study the effect of external straw application on soil enzyme activities and the nitrogen and potassium contents in tobacco leaves and roots for tobacco variety Qinyan 96. The purpose of this study was to efficiently take advantage of crop waste in order to establish a reasonable resource recycling system and improve the soil environment of tobacco growth. The result shows that external straw addition significantly increased the soil enzyme activity and the nitrogen and potassium contents in tobacco leaves and roots. In a certain range, as the straw usage increased, the soil enzyme activity and the nitrogen and potassium contents in tobacco roots also increased.

flue-cured tobacco; straw; soil enzyme; nitrogen content; potassium content

S572.06

1007-5119（2014）05-0045-05

10.13496/j.issn.1007-5119.2014.05.009

陕西省特色烟叶开发重大专项（ZDZX2011-001）；中间香型特色优质烟叶科学保障大田生长时间配套技术研究（TS-02-20110015）

翟优雅，硕士研究生，主要从事烟草营养生理生态方面的研究。E-mail：87877016@qq.com *通信作者，E-mail：zhanglixinyangling88@yahoo.com.cn

2013-10-24

2014-05-28