紫色土田施用有机肥对烟株根际土壤酶活性·速效氮的影响

文国宇，陈 杰，文志强，何振峰，王 军*

(1.广东烟草韶关市有限公司，广东韶关512023;2.广东省烟草南雄科学研究所，广东南雄512400)

根际(Rhizosphere)是指围绕于植物活根周围很小的土壤微域，是土壤-植物根系-微生物三者相互作用的场所，其范围与植物种类、土壤类型、土壤含水量、根系的特定分布及其产物等因子有关［1］。自1904年德国科学家Lorenz Hiltner提出根际概念以来，由于它在植物营养研究中的重要地位，人们对植物根际营养和根际环境的研究方法［2］、营养环境［3］、生物活性［4］等方面展开大量的研究和讨论。目前，这方面的研究已成为植物-土壤学领域最活跃、最前沿的研究领域［5］。

土壤中的酶能促进土壤有机物质和矿质化合物的转化，在碳、氢、磷、硫等重要营养元素的生物学循环中起重要作用［6］。许多学者认为，土壤酶是表征土壤中物质、能量代谢旺盛程度和土壤质量的一个重要指标。酶活性的强弱与营养元素水平显著相关，可用其作为评价土壤肥力的指标［7］。

烟田施用有机物可改善烟田土壤小气候环境［8］，利于土壤有机、无机复合体性质的改善和水稳性团粒结构的形成，从而使土壤疏松多孔，抗压力显著减少，土壤容重变小，土壤通气性和持水性增强［9］;土壤熟化程度提高，耕性变好［10］，土壤微生物数量［11］和土壤酶活性［12］增加，从总体上改善植烟土壤的物理化学和生物特性，进而促进烟株的生长发育［13］，提高烟叶产量，提高烟叶的香气量和化学品质［14］。笔者研究了几种有机肥施入烟田后对烤烟不同生育期根际土壤酶活性、速效养分的影响，以期为烤烟合理施用有机肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况 试验于2013年度安排在广东省烟草南雄科学研究所试验基地。试验田土壤为紫色土水田(牛肝土田)，其基本农化性状为:pH 7.60，有机质3.575%，全氮0.204%，全磷0.084%，全钾1.667%，水解氮157.8 mg/kg，速效磷20.5 mg/kg，速效钾100.0 mg/kg。

1.2 试验材料 供试有机肥分别为花生饼肥和玉米芯(均充分腐熟);供试生物有机肥由广州奉和生物科技有限公司提供。3种有机肥的养分含量见表1。供试烤烟品种为K326。

表1 供试有机肥主要养分含量 %

1.3 试验设计 设4个处理:T1不施有机肥;T2施用花生饼肥600 kg/hm2;T3施用生物有机肥600 kg/hm2;T4施用玉米芯600 kg/hm2。每个处理3次重复，每个小区植烟50株。4个处理化肥施用量一致，总化学氮施用量为135 kg/hm2，N∶P2O5∶K2O=1.0∶0.8∶2.0。有机肥在移栽前做基肥一次性穴施。试验田于2008年2月20日移栽，种植行距为1.2 m，株距为0.6 m。

1.4 指标测定与方法 在移栽后第30、45、60、75天和采收完毕时进行取样。每次在每个小区随机挖取3株烟，采取抖落法［15］获取根际土壤，然后混匀，带回实验室。取部分根际鲜土，立即测定铵态氮和硝态氮含量［16］，余下根际土风干后过2 mm筛，用于测定土壤酶活性。土壤转化酶、过氧化氢酶、蛋白酶、碱性磷酸酶和脲酶活性分别用3，5-二硝基水杨酸比色法、0.1 mol/L KMnO4滴定法、茚三酮比色法、磷酸苯二钠法及靛酚蓝比色法测定［17-18］。在移栽后第75天取根际土时，同时取烟株根系末端白嫩根，立即带回实验室，采用TTC 法［19］测定根系活力。

1.5 数据处理 用SPSS17.0进行数据统计(LSD)，用Excel2007作图。

2 结果与分析

2.1 土壤酶活性变化

2.1.1 转化酶。转化酶又叫蔗糖酶或β-呋喃果糖苷酶，能裂解蔗糖分子中果糖基的β-葡萄糖苷碳原子处的化合键，使得蔗糖水解成葡萄糖和果糖，其活性与土壤有机质、氮、磷含量、微生物数量及土壤呼吸强度等有关，对增加土壤中易溶性营养物质起着重要作用。它不仅能够表征土壤生物学活性强度，而且可以作为评价土壤熟化强度和土壤肥力水平的重要指标。从图1可以看出，各处理烟株根际土壤转化酶活性皆呈先上升后下降趋势，且在移栽后第60天达到最大值。其中，T3处理全期烟株根际土壤转化酶活性高于其他处理，在移栽后第60天达到最大值时活性极显著高于T1处理、T2处理和T4处理(P＜0.001)，其他处理间差异不显著。

2.1.2 过氧化氢酶。过氧化氢酶几乎存在于所有的生物体内。它能酶促分解H2O2，从而解除H2O2对土壤微生物、作物根系的危害，其活性与土壤有机质含量、土壤微生物数量密切相关，因此它可表征土壤总的生物学活性、肥力状况。从图2可以看出，各处理烟株根际过氧化氢酶活性皆呈“M”型变化，且全期活性大小顺序为T3处理＞T2处理＞T4处理＞T1处理。在2个峰顶(移栽后第45天/旺长期和移栽后第75天/成熟期)时，前者T3处理显著高于T4处理(P＜0.05)，极显著高于T1处理(P＜0.01)，T3处理与T2处理间差异不显著;后者T3处理极显著高于T1处理、T2处理和T4处理(P＜0.01)，T1处理显著低于T2处理和T4处理(P＜0.05)。

2.1.3 蛋白酶。蛋白酶能将蛋白质和多肽水解为氨基酸，进而被植物吸收和利用，因此它对土壤潜在的供氮能力具有重要意义。从图3可以看出，烟田施用不同有机肥可以在不同程度影响烟株根际土壤蛋白酶活性。在烟株大田生育期，不同处理烟株根际蛋白酶活性皆先增加至移栽后第60天时达最大，然后开始持续下降。在全期烟株根际土壤蛋白酶活性T3处理＞T2处理＞T4处理＞T1处理;在移栽后第60天时，除T2处理和T4处理间差异达显著水平(P＜0.05)外，其他处理间差异皆达到极显著水平(P＜0.01);在移栽后第75天，T2处理显著高于T1(P＜0.05)，T4处理和T1处理间、T2处理和T4处理间差异不显著，T3处理极显著高于其他处理(P＜0.01)。

2.1.4 脲酶。脲酶存在于大多数细菌、真菌和高等植物中。它是一种酰胺酶，能酶促脲素分子中肽键的水解，生成氨和碳酸供植物吸收和利用，其活性与土壤有机质含量、微生物数量、全氮和速效氮含量呈正相关。人们常用土壤脲酶活性来表征土壤的氮素状况。由图4可知，各处理烟株根际土壤脲酶活性皆在移栽后第45天达到最大值，然后开始持续下降，直至烟叶采收完毕。在最高时(移栽后第45天)，T3处理显著高于T4处理(P＜0.05)，T1处理极显著低于T2处理和T3处理(P＜0.01)。

2.1.5 碱性磷酸酶。磷酸酶是一种水解有机磷化合物的酶，可加速有机磷的脱磷速度，与土壤有效磷含量呈正相关，其活性是评价土壤磷素生物转化方向与强度的指标。研究表明，在偏碱性土壤中，碱性磷酸酶活性比中性、酸性磷酸酶活性更能反映土壤磷酸酶的活性状况［20］。该试验测定了烟株不同大田生育期根际土壤碱性磷酸酶活性。由图5可知，各处理烟株根际土壤碱性磷酸酶活性在烟株大田生育期呈先增加，至移栽后第45天时达最大值，然后开始持续下降，直至烟叶采收完毕。在此过程中，每个时期烟株根际土壤碱性磷酸酶活性皆是T3处理＞T2处理＞T4处理＞T1处理。在移栽后第45天，T3处理烟株根际土壤碱性磷酸酶活性极显著高于T1处理和T4处理(P＜0.01)，T2处理极显著高于T1处理(P＜0.01)，T3处理显著高于T2处理(P＜0.05)，T2处理显著高于T4处理(P＜0.05)，T1处理和T4处理间差异不显著。

2.2 土壤速效氮

2.2.1 铵态氮。由图6可知，各处理烟株根际土壤铵态氮含量皆呈先上升后下降趋势，但是不同处理烟株根际土壤铵态氮含量最高峰的出现时期不同，其中T1处理出现在移栽后第45天，T3处理出现在移栽后第60天，T2和T4处理同时出现在移栽后第75天。在移栽后第45天(旺长期)，各处理烟株根际土壤铵态氮含量大小顺序为T3处理＞T2处理＞T1处理＞T4处理，T3处理显著高于T2处理(P＜0.05)，极显著高于T1处理和T4处理(P＜0.01)，其他处理间差异不显著;在收获完毕后，各处理烟株根际土壤铵态氮含量大小顺序为T2处理＞T4处理＞T3处理＞T1处理，除T3和T4处理间差异为显著水平(P＜0.05)外，其他处理间差异皆达到0.01显著水平。

2.2.2 硝态氮。由图7可知，T3处理在移栽后75 d前维持较高的含量，然后急剧下降;T2处理和T4处理在移栽后75 d内呈上升趋势，然后急剧下降;T1处理则在移栽后第45天达到最高值。在移栽后第45天(旺长期)，各处理烟株根际硝态氮含量高低顺序为T3处理＞T1处理＞T2处理＞T4处理，但方差分析结果显示仅T3处理和T4处理间差异达到显著水平(P＜0.05);在烟株收获完毕后，各处理烟株根际土壤硝态氮含量高低顺序为T4处理＞T2处理＞T3处理＞T1处理，方差分析结果显示T4处理和T3处理间、T1处理和T2处理间差异达到0.05显著水平，T1处理和T4处理间差异达到0.01显著水平。

2.3 成熟期烟株根系活力 由图8可知，在烟株移栽后第75天，烤烟施用不同有机肥对烟株成熟期根系活力有显著影响，其中T3处理根系活力显著高于其他处理(P＜0.05)，T2处理烟株根系活力显著高于T1处理和T4处理(P＜0.05)，而T1处理和T4处理间烟株根系活力无显著差异。

2.4 烟株根际各土壤酶活性与烟株根际土壤速效氮含量关系 利用大田烟株不同生育期根际土壤酶活性及铵态氮和硝态氮含量进行相关分析。从表2可以看出，烤烟大田期烟株根际土壤铵态氮和硝态氮含量与根际土壤转化酶、过氧化氢酶、蛋白酶、碱性磷酸酶及脲酶活性呈极显著相关关系(P＜0.01)。

表2 烟株根际各土壤酶与烟株根际土壤速效氮含量关系

3 结论与讨论

研究表明，在南雄烟区紫色土(水)田，施用有机肥可在不同程度提高烤烟大田期烟株根际土壤酶活性。这与刘添毅等［12，21-22］研究结果一致。这可能是由于有机肥的施入一方面可以带来外源酶［23］;另一方面伴随有机肥施入而进入土壤的大量碳源为微生物活动提供良好的环境，而土壤中微生物数量与土壤酶活性呈正相关［5，20-21］，进而提高土壤酶活性。这也与试验中生物有机肥处理提高烟株根际土壤酶活性最大的结论相一致;同时，伴随有机肥施入而进入土壤的大量酶促反应的基质也直接地促进烟株根际土壤酶活性［21］。

土壤酶参与有机质的分解和腐殖质的形成，是土壤生物活性的综合表现。它催化土壤中的生物化学反应，影响土壤养分的形成、累积［24］。研究表明，施用有机肥对烟株根际土壤速效氮含量产生不同程度的影响，且与土壤酶活性呈极显著相关关系。这可能是由于有机肥的施入改变了烟株根际土壤有效养分、微生物种类及数量、土壤酶活性，再受烟株根系生理活性而影响微生物的生命活动所产生的酶，进一步改变了烟株根际土壤有效养分含量，而生物有机肥本身带有大量微生物，因此其处理烟株根际土壤速效氮含量的变化幅度最大。

该试验结果还表明，施用花生饼肥或生物有机肥可显著提高成熟期烟株根系活力。这对延缓烟株衰老、确保烟叶的田间耐熟性具有积极的实践意义。

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