种植模式对土壤酶活性与烤烟光合特性的影响

张迪，李冬，李俊营，曾三军，徐放达，马文辉，谷洁洁

(1.河南省烟草公司平顶山市公司，河南 平顶山 467000；2.贵州省烟草公司黔东南州公司，贵州 凯里 556000;3.河南科技大学 食品与生物工程学院，河南 洛阳 471000)

生产优质烟叶的一个重要条件就是有高质量的土壤。然而由于土地资源的制约，我国大部分烟田长年连作，导致产生土壤结构不良、理化性质恶化、养分失调、病原物增多等一系列问题，严重阻碍了烟叶产量和质量的提高[1-3]。烤烟合理轮作能够有助于提高土壤养分状况，改善烟叶质量[4]。因此，选择科学的种植模式，对减轻连作障碍、保持土地肥力、提高烟叶的产量跟质量和保障农业生产可持续发展具有至关重要的意义。前人研究表明，烟麦套种能显著增加复种系数，充分利用土地、光、温、水等资源，且能增强烟株抗病能力，有效减轻烟草花叶病的发病率[5-6]。陈丹梅等[7]研究发现，烤烟与多种作物轮作时，轮作土壤中的过氧化物酶、过氧化氢酶、脲酶和转化酶活性及土壤pH均高于连作土壤。时安东等[8]研究表明，烤烟间作红薯可保持土壤营养环境和微生物群落组成有较合理的含量和比例，可降低作物根系分泌物对烤烟生长的抑制作用，更有利于烤烟生长。付利波等[9]研究表明，烟田套作可以调控烤烟生长后期的土壤养分供应状况，提高烤后烟叶的产量和品质。本研究结合当地生产实际，选取了3种具有代表性的种植模式，研究不同种植模式对烟株光合特性和土壤酶活性的影响，以期为平顶山烟区选择适宜烤烟种植模式，为当地土壤生态环境健康可持续发展提供科学的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验在平顶山市郏县李口乡王辛庄进行。供试土壤有机质含量14.30 g·kg-1，全磷含量0.27 g·kg-1，全氮含量0.79 g·kg-1，全钾含量19.81 g·kg-1；速效氮含量55.22 mg·kg-1，速效磷含量5.43 mg·kg-1，速效钾含量178.35 mg·kg-1，pH 7.8。供试烟草品种为中烟100，由平顶山市烟草公司烟叶育苗基地提供。

1.2 处理设计

试验共设3个处理：烟麦套种；烟薯套种；以烟草连作为对照(CK)。小区面积180 m2(15 m×12 m)，随机区组排列，重复3次。烟苗于5月15日移栽，行距120 cm，株距50 cm。所用肥料为烟草专用肥、硫酸钾、硝酸钾和尿素，其中烟草专用肥和硝酸钾全部基施，硫酸钾和尿素70%基施，15%窝施，15%于移栽后30 d追施。50%的烟株中心花开放后打顶。其他田间管理措施均统一按当地优质烟叶生产标准执行。

1.3 测定项目与方法

土壤酶活性测定。于移栽后30、60和90 d用土钻采集烟株根际0～20 cm土壤，充分混匀带回实验室，土样风干粉碎过0.42 mm孔径筛网，用于土壤脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性的测定。土壤脲酶活性采用比色法测定，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紫外分光光度法测定[10]。

烤烟光合特性测定。于移栽后90 d上午9:00—11:00，选择各小区长势一致且具有代表性的烟株10 株，采用美国LI-COR公司生产的Li-6400型便携式光合系统分析仪，测定标记叶片的净光合速率、胞间二氧化碳浓度、气孔导度和蒸腾速率。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2016进行数据处理和分析，采用SPSS 22.0软件进行方差分析，并运用Duncan’s 法进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 对土壤脲酶活性的影响

表1 不同种植模式对植烟土壤脲酶活性的影响

2.2 对土壤蔗糖酶活性的影响

土壤蔗糖酶能够将蔗糖水解成供烟株和土壤微生物吸收利用的葡萄糖和果糖，为土壤生物体提供能源，改善土壤碳营养状况，其活性高低可以反映土壤中碳的转化和呼吸强度[12-14]。由表2可知，随着烤烟种植时间的增加，不同种植模式下土壤蔗糖酶活性均表现出先升高后降低的趋势。在移栽30、60和90 d后，不同处理土壤蔗糖酶活性均表现烟薯套种>烟麦套种>对照，且不同处理间差异均达显著水平。

表2 不同种植模式对植烟土壤蔗糖酶活性的影响

2.3 对土壤过氧化氢活性的影响

土壤过氧化氢酶能够促进H2O2分解为分子氧和水，控制过氧化氢在土壤中过量积累而对烟株产生毒害，为烟株生长提供良好的土壤环境[12]。由表3可知，随着烤烟种植时间的增加，不同种植模式下土壤过氧化氢酶活性均表现出先升高后降低的趋势。与对照相比，在移栽30 d后，烟薯套种显著提高土壤过氧化氢酶活性，烟麦套种和对照间差异未达显著水平。在移栽60和90 d后，不同处理土壤过氧化氢酶活性表现为烟薯套种>烟麦套种>对照，且不同处理间差异均达显著水平。

表3 不同种植模式对植烟土壤过氧化氢活性的影响

2.4 对烟叶光合特性的影响

烤烟是叶用经济作物，其叶片的光合性能直接影响到烤烟叶片的产量和质量[15-16]。由表4可知，与对照相比，烟麦套种和烟薯套种烟叶净光合速率分别增强了14.7%和26.6%，蒸腾速率分别增加了31.6%和58.6%，胞间二氧化碳浓度分别降低了11.9%和14.4%，气孔导度分别增加了38.1%和71.4%，且不同处理间差异均达显著水平。说明合理套种能显著增强烟叶光合性能，且以烟薯套种模式效果最佳。

表4 不同种植模式对烟叶光合特性的影响

3 小结与讨论

土壤酶是具有催化活性的蛋白质，在参与土壤碳、氮循环过程中发挥着重要作用，能够调节土壤有机质的分解，其活性的高低直接反映土壤内物质代谢的旺盛程度，是评价土壤质量的重要指标之一[17-19]。于宁等[20]研究发现，连作烤烟土壤中的脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶、中性磷酸酶活性均有不同程度的降低。本研究结果表明，与烟草连作相比，烟麦套种和烟薯套种均能显著提高植烟区土壤脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性，均衡土壤养分供应，改善植烟土壤微生态环境，促进烟株根系和地上部生长发育，且以烟薯套种作用最好。贾健等[21]研究发现，烤烟连作严重破坏了土壤酶体系的平衡，相较于烤烟连作，烤烟套种有利于烟叶生长，提高并且均衡土壤酶活性，其中甘薯是较好的烤烟套种作物。这与本研究结果基本一致，可能是由于烟薯套种能丰富植物多样性，为土壤提供更多的有机体，利于微生物的活动和繁殖，且在甘薯收获时深刨的过程中，土壤的理化性质又能得到了进一步的改善。

烟草干物质的90%以上来自于叶片的光合作用，光合作用是烟草产量和品质形成的基础，研究烟株光合特性是分析环境因素影响烟株生长发育和代谢的重要途径[22-24]。净光合速率是反应叶片光合性能高低及衰老程度的重要指标，蒸腾速率和气孔导度和胞间二氧化碳浓度也是光合作用和蒸腾作用的重要参数[25-26]。本研究结果表明，与烟草连作相比，烟麦套种和烟薯套种均能显著提高烟叶净光合速率、蒸腾速率和气孔导度，显著降低胞间二氧化碳浓度，且以烟薯套种效果最佳。表明合理套种能够增强叶片中叶肉细胞对二氧化碳和光的吸收利用能力，增加光合产物和碳水化合物含量，从而提高干物质累积量和烟叶产质量。

试验结果表明，烟麦套种与烟薯套种均能打破连作障碍，提高植烟区土壤酶活性，改善烟株生长的土壤微生态环境，均衡土壤养分供应，促进烟株根系和地上部稳健生长，提高烟叶光合能力，改善烟叶质量，又以烟薯套种模式效应最佳。在实际生产中，烟薯套种能够充分利用土壤肥力，增强光合能力，提高复种指数和单位土地面积的生产效益。