土壤酶与微生物对烤烟生长和品质的影响

陈若星，苏加坤，王建兵，蔡继宝，杨虹琦，任周营，王得强，罗海涛，倪悦

1 江西中烟工业有限责任公司技术研发中心,南昌市高新区京东大道201号 330096；

2 湖南农业大学生物科学技术学院,烟草科学与健康重点实验室,长沙市芙蓉区农大路1号 410128

土壤酶与微生物对烤烟生长和品质的影响

陈若星1，苏加坤1，王建兵1，蔡继宝1，杨虹琦2，任周营1，王得强1，罗海涛1，倪悦1

1 江西中烟工业有限责任公司技术研发中心,南昌市高新区京东大道201号 330096；

2 湖南农业大学生物科学技术学院,烟草科学与健康重点实验室,长沙市芙蓉区农大路1号 410128

为进一步研究土壤因素对烤烟生长和品质的影响。对烤烟生育期内不同土壤类型的酶活性和微生物数量进行了测定,分析了土壤酶活性及微生物数量的相关性以及二者与烤烟理化指标的相关性。结果表明：紫色土微生物含量丰富,其土壤酶活性变化规律利于形成良好的烟叶品质；水稻土植烟成熟期内脲酶等活性较高,不利于烤烟脱氮；红壤微生物数量较少,除过氧化氢酶外其他酶活性较低,可能造成养分利用率较低,不利于烤烟生长发育。

土壤微生物；土壤酶；烤烟；生长发育；品质

土壤酶和微生物是土壤生物学特征的主要组成部分,它们的存在使得土壤具有与生物体相似的代谢能力,形成了分解、合成和转化的循环体系[1]。土壤酶作为生态系统中物质循环和能量转化主要催化剂,几乎参与土壤中所有生化反应过程[2]。而不同类型土壤的起源、发生和发展条件不同,它们的酶活性状况也不同,其差异亦可作为鉴别土壤类型依据[3]。土壤微生物的生命活动能促进土壤中有机态成分分解成植物可吸收的无机态,而植物枝叶残体等又为微

生物提供了C、N来源,微生物与植物相互影响,相互作用。所以土壤微生物种类、数量及其变化在一定程度上反映了土壤有机质的矿化速度和各养分的存在状态[4]。相关研究表明,细菌是土壤三大微生物类群中的主要部分,它对植物根系环境中物质和能量的转化起主导作用。放线菌主要参与植物根等残体的分解过程,放线菌在生长过程中代谢产生的抗生素还可以抑制部分有害病原微生物生长[5]。桂阳烟区是湖南典型浓香型烟叶主产区,该烟区土壤类型多样,其中主要植烟土壤有水稻土、红壤、紫色土、黄红壤、黑色石灰土。目前针对前3种土壤类型与烟叶品质关系的研究较少,陈若星等[6]讨论了该三种土壤类型对烤烟品质的影响,本文将分析3种土壤类型的土壤酶及微生物的差异,以期进一步了解土壤因素对烟叶品质的影响,为改善植烟土壤环境,有效提高烟叶品质提供试验依据和理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2010年在湖南省郴州市桂阳县进行。试验品种为云烟87。分别选取气候条件相近的3个村进行试验,即仁义镇梧桐村（水稻土）,银河乡潭池村（紫色土）,浩塘乡大留村（红壤）。各试验点分别选取3户具有代表性农户的地块。于每个地块中采用5点法取0～20 cm耕层土壤进行养分测定。取样时间和土壤养分状况见表1和表2。

表1 土壤取样时间Tab.1 The sampling time of soils

表2 3种植烟土壤养分状况Tab.2 Nutrient status of three types of tobacco-growing soil

1.2 测定项目与方法

土壤酶活性的测定参照关松荫[3]主编《土壤酶及其研究方法》。土壤脲酶活性采用苯酚-次氯酸钠比色法测定,即以脲素为基质经酶促反应后测定生成的氨量求得土壤中脲酶活性。过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴定法测定,用高锰酸钾溶液滴定过氧化氢分解反应剩余过氧化氢的量,以此表示过氧化氢酶的活性。蔗糖酶活性测定采用3,5-二硝基水杨酸比色法,通过测定蔗糖酶酶解蔗糖所生成的还原糖与 3,5- 二硝基水杨酸反应而生成橙色的3-氨基-5-硝基水杨酸的颜色深度,确定还原糖产生量,以此表示蔗糖酶的活性。有机质采用水合热重铬酸钾氧化-比色法,利用浓H2SO4加入到K2Cr2O7水溶液中所产生的热量（稀释热、水合热）来氧化土壤有机质,过量的K2Cr2O7用标准FeSO4标准溶液来滴定,从所消耗的K2Cr2O7的量来计算有机碳的含量。土壤微生物按常规的稀释分离平皿菌落计数法测定。细菌培养采用葡萄糖牛肉膏蛋白胨培养基,放线菌培养采用高氏1号培养基,真菌培养采用马丁氏培养基。细菌、真菌、放线菌计数采用稀释涂抹平板法。微生物数量以每克干土所含的菌数表示。文中所涉及到的烤烟生长和品质情况详见作者前文[6]。

1.3 数据处理与分析

数据经标准化处理后采用SPSS 13.0进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同植烟土壤酶活性变化规律

由图1可知,烤烟生育期内土壤脲酶活性大致呈先升后降的趋势,最高酶活性出现在打顶时期左右。红壤除过氧化氢酶外其他酶活性均相对较低,这可能因为水稻土和紫色土微生物数量较多,而微生物向土壤释放酶类时,糖酶和磷酸酶是首先释放的；另一方面也可能由于红壤质地亲水性不强,不利于酶类的稳定。还可看出紫色土脲酶活性打顶前较高,进入成熟期后下降也较快,利于烟株前期的生长发育和后期烟叶成熟脱氮。水稻土打顶前脲酶活性较高,进入成熟期后酶活性下降较慢,成熟期内脲酶活性依旧较高。红壤脲酶活性在烤烟生育期内都较低,可能造成氮素利用率较低。烤烟生育期内3种植烟土壤过氧化氢酶活性变化趋势表现为呈先降后升,在烟叶采收后期又有所下降。其中红壤中过氧化氢酶活性较高,这可能由于该土壤质地偏砂性,透气性较好,土壤含氧丰富,而过氧化氢酶产生菌多为需氧微生物。水稻土中过氧化氢酶活性在3种植烟土壤中相对较低。

移栽后一段时间内蔗糖酶活性变化并不大,中耕培土后大幅升高,在成熟中期达到最大值之后有所下降。紫色土和水稻土蔗糖酶活性较高,红壤较低。碱性磷酸酶能加速土壤中有机磷的脱磷速度,改善土壤供磷水平,土壤碱性磷酸酶活性在烤烟移栽后至旺长期呈增加趋势,打顶后显著下降。烤烟生育期内,3种土壤中水稻土碱性磷酸酶活性最高,紫色土次之,但紫色土碱性磷酸酶活性在成熟前期降幅较大,所以在成熟后期酶活性检测值略低于红壤。

图1 不同类型土壤中土壤酶活性变化规律Fig.1 Variation pattern of soil enzyme in different soil types

2.2 不同植烟土壤微生物数量及有机质含量变化规律

由图2可知,烤烟生育期内3种土壤中微生物数量变化趋势基本一致,但总量有所差异。紫色土中微生物数量最多,植烟后期下降趋势更为明显。水稻土微生物数量处于三者中间水平,但其细菌数量在烟叶成熟期内下降不明显,这可能由于后期养分保留量较多造成,也有可能由于其有机质含量丰富,土壤环境相对湿润,利于微生物增殖。红壤中微生物数量均相对较少,这可能由于红壤养分相对贫瘠。土壤有机质主要来源于腐殖质、动植物残体和微生物体,其中土壤腐殖质占80%以上[7]。烤烟生育期内土壤中有机质含量整体呈增加趋势,且成熟期内增幅更为明显,这可能由于后期高温高湿的气候条件加速了烟株根毛的的衰老枯落和植物体的腐烂,造成了根际土壤有机质含量的升高。三者有机质含量水稻土＞紫色土＞红壤。

图2 不同土壤类型中微生物和有机质含量的变化规律Fig.2 Variation pattern of microorganism and organic matter content in different soil types

2.3 土壤酶活性及微生物数量与烤烟理化指标相关性分析

烤烟生育期内土壤酶活性变化和微生物含量相关性分析结果（表3）表明,土壤细菌与烤烟叶长、叶宽、宽长比、总氮和钾含量呈显著性正相关,与总糖显著性负相关,这说明土壤细菌数量的增加对烤烟生长和钾的吸收有明显促进作用,但不利于烟叶糖类化合物合成,这可能由于促进氮素吸收后对作物碳氮循环造成了一定影响。放线菌和真菌与烤烟理化指标未表现显著相性关性。土壤脲酶活性与烤烟株高、茎围、节距、单叶重和干物质重显著性正相关,与烟叶总氮和烟碱含量极显著性正相关,说明高脲酶活性的土壤利于烤烟生长,但同时也会显著促进烟叶氮素累积。过氧化氢酶活性与烟叶总糖含量显著性正相关,与烟叶总氮和烟碱含量显著性负相关。蔗糖酶活性与烤烟叶长、叶宽、宽长比和钾含量显著性正相关,其对烟叶开片有较好的促进作用。碱性磷酸酶与烤烟株高、茎围显著性正相关,与总糖、还原糖和氯含量显著性负相关。

表3 土壤微生物数量、酶活性与烤烟理化指标相关性分析结果Tab.3 Correlation analysis results of enzyme activity, microbe quantity and physical characters of tobacco leaves.

2.4 土壤酶活与微生物数量相关性分析

烤烟生育期内微生物含量和土壤酶活性变化相关性分析结果表明,细菌、真菌数量与脲酶、蔗糖酶活性有极显著的正相关性,与碱性磷酸酶有显著正相关性。这说明这3种酶的酶活性在烤烟生育期内受微生物的影响较大,微生物是土壤脲酶和蔗糖酶的主要来源之一。碱性磷酸酶除微生物来源外,可能有少部分来自于植物根系等；而过氧化氢酶则可能主要来自植物根系。

表4 土壤酶活性与土壤微生物数量相关性分析结果Tab.4 Correlation analysis results of enzyme activity and microbe quantity

3 讨论

不同类型土壤的起源、发生和发展条件不同,它们的生物学特征也不同。湛方栋认为在中性紫色土中,根际细菌和放线菌的种群多样[8]。卜洪震等研究了稻田不同土壤类型微生物数量,结果表明紫色土具有微生物含量极为丰富,有机质和养分含量适中的特点[9]。紫色土在烤烟生育期内的土壤生物学特征和供肥规律都利于烟叶生长和改善品质,这些特点可能是紫色土烟叶形成良好品质的土壤条件。

本研究中烤烟不同生育期土壤酶和微生物活性变化规律与张友杰[10]等研究结果类似,但在后期并未出现其文中“明显上升”的趋势,这可能由于本文检测时间和所使用土壤材料不尽相同所致。综合前文及本研究结果可知,紫色土微生物含量丰富,打顶前脲酶和蔗糖酶活性较高,蔗糖酶活性适中,打顶后脲酶和蔗糖酶活性下降明显,这既能保证烤烟前期生长发育所需养分的转化,也有助于烟叶后期脱氮,这是紫色土种植烤烟品质优于其他二者的土壤条件之一。水稻土脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶活性较高,能促进土壤养分释放和植株吸收,造成了烤烟后期生长量较大,氮素进一步累积,从而影响了烤烟品质。而红壤微生物数量少,酶活性低可能造成土壤养分分解困难,植株养分利用率较低,这也是导致其烤烟生长发育水平低于其他两者的主要原因之一。

4 结论

土壤脲酶和磷酸酶对烤烟茎的发育作用明显,蔗糖酶能有效促进叶片发育,四种酶又均与烤烟碳氮循环显著相关。细菌数量不仅直接影响烤烟生长发育,其与真菌还能促进脲酶、碱性磷酸酶和蔗糖酶的释放。

土壤酶与微生物的交互作用对烤烟生长发育及品质形成有显著影响,合理调控土壤微生物数量和酶活性有助于提高烟叶品质。

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Effect of soil enzyme and edaphon on flue-cured tobacco growth and quality

CHEN Ruoxing1,SU Jiakun1, WANG Jianbing1, CAI Jibao1, YANG Hongqi2,REN Zhouying1, WANG Deqiang1,LUO Haitao1,NI Yue1
1 Technology Center, China Tobacco Jiangxi Industrial Co., Ltd., Nanchang 330096, China；
2 College of Bioscience and Biotechnology, Hunan Agricultural University, Key Laboratory of Tobacco Science & Health,Changsha 410128, China

Enzymatic activity and microbial numbers from different soil types at different growth stages of flue-cured tobacco were measured in order to determine their dynamic effect on physical characters of tobacco leaf.Results showed that purple soil that were rich in microbial content and high enzyme activity made forquality formation of flue-cured tobacco leaves.Tobacco leaves from paddy soil had high content of nitrogen compounds because of high activities of urease at maturing stages.The quantity of microbial and enzyme activity except catalase was lower in red soil, which resulted in reduced growth and development.

edaphon; soil enzyme; flue-cured tobacco; growth and development; quality

10.3969/j.issn.1004-5708.2014.03.012

S572.06 文献标志码：A 文章编号：1004-5708（2014）03-0073-06

江西省中烟工业有限责任公司专项项目“金圣品牌烟叶原料质量保障体系的构建”(赣烟工科计-01)

陈若星（1986—）,男,硕士,助理工程师,研究方向为烟草品质化学,Email：162047945@qq.com

2013-05-21