氰氨化钙及其与生物炭和饼肥配施对植烟土壤酶活性与微生物总量的影响
2021-12-13戴林建陈昱安刘晨祥
戴林建，陈昱安，刘晨祥，钟 军
（湖南农业大学农学院，长沙 410128）
0 引言
在氰氨化钙、生物炭、饼肥对植烟土壤酶活性与微生物总量的影响上，前人有很多研究成果。氰氨化钙作为一种土壤改良剂[1]，不仅可以有效地改良土壤的生物学特性[2]、土壤微生物种群结构[3]，改善作物的生长发育[4]，同时又可以防治黄瓜根结线虫病[5]和根腐病[6]、花椰菜和芸薹属植物的根肿病[7-8]等作物的各种病害；施用生物炭可以有效调节土壤生物功能多样性[9]、土壤微生态[10]、土壤肥力[11]、增强固氮能力[12]、改善土壤微生物及酶活性[13-15]和生物活性[16]、作物的产质量等[17]；施用饼肥可以改良土壤性状[18]和生物学特性[19]、提高有机质等[20]，从而促进烟株的健康生长。土壤酶能够反映土壤中物质代谢的旺盛程度、土壤微生物的活性以及养分物质循环状况，是衡量土壤质量的重要指标[21]；而土壤有机质的分解与矿化都是在土壤微生物的参与下进行的，土壤微生物可影响土壤的物理结构、促进土壤肥力形成[22-23]；其中，细菌是土壤中分布最广，数量最多的土壤微生物，并参与土壤中重要元素的循坏[24]；土壤真菌参与腐殖质的形成和分解，在土壤的有机质转化中起重要作用[25]；土壤放线菌作为土壤中数量第二多的微生物，对有机物的矿化起着重要作用[26]；因此土壤微生物是评价土壤肥力的一项重要指标。
但在氰氨化钙与生物炭和饼肥配施上，至今未见报道，因此本试验以氰氨化钙、生物炭、饼肥等为材料，在原施肥基础上，通过研究氰氨化钙及其与生物炭和饼肥配施对烟田土壤酶活性和微生物总量的变化特征，以明确改善烟田土壤酶活性和微生物总量的有效施肥技术，以期为指导烟农合理施肥提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
本试验于2018—2019年在湖南省浏阳市永安镇丰裕村与永州市江永县夏层铺镇高家村进行。施用肥料为烤烟专用复合肥(N:P2O5:K2O=8:12:25)，氰氨化钙购于上海阿兹肯化工有限公司（总氮≥19.8%，钙≥35%），生物炭为稻壳生物炭（有机质≥45%，氮磷钾≥5%，总碳≥20%），饼肥由当地烟农提供(N+P2O5+K2O≥8%)。
1.2 试验方法
1.2.1 试验设计 供试土壤均为烟稻轮作土，其中浏阳永安为红壤土，pH 5.39，有机质32.71 g/kg，碱解氮165.34mg/kg，速效磷37.70mg/kg，速效钾129.53mg/kg；永州江永为砂质土，pH 5.63，有机质30.86 g/kg，碱解氮 181.90 mg/kg，速效磷29.80 mg/kg，速效钾117.26 mg/kg。常规施肥措施为烤烟专用复合肥施用量为1200 kg/hm2，分1次基肥和2次追肥进行。
试验包括4个处理。T1为150 kg/hm2氰氨化钙，T2为施用150 kg/hm2氰氨化钙+600 kg/hm2生物炭，T3为施用150 kg/hm2氰氨化钙+600 kg/hm2饼肥，对照CK处理为常规施肥（即不施用氰氨化钙、生物炭和饼肥）。烟株行距1.2 m，株距0.5 m，每小区种植300株烤烟，小区之间由田埂隔开，随机排列；其他田间管理以当地烟叶生产技术方案为标准。
1.2.2 取样方法 于烟株移栽后40天和100天2个时期进行取样，每个处理随机选定3个点，每个点选取5株烟（此后固定取样烟株），并按距烟株7 cm为半径的圆周处取根围土样，每株每个时期取2个点（对称点），每个点的5株烟（2个点/株）根围土壤充分混合为一个样（200 g左右）装入无菌密封袋中，一部分用于土壤酶活性检测分析，另一部分放入冰盒中，带回实验室后放入在-80℃冰箱保存，用于土壤微生物检测分析。
1.2.3 测定项目 土壤脲酶、转化酶、磷酸酶和过氧化氢酶的活性分别采用苯酚钠-次氯酸钠比色法、3,5-二硝基水杨酸比色法、磷酸苯二钠比色法和高锰酸钾滴定法进行测定[21]。
土壤细菌、真菌、放线菌数量采用稀释平板涂抹法进行测定[27]。细菌采用牛肉膏蛋白胨培养基，平板计数采用10-3、10-4土壤稀释液涂板；真菌采用孟加拉红培养基，真菌的计数用10-1、10-2土壤稀释液；放线菌的计数用10-3、10-4土壤稀释液涂板，培养基采用高氏一号培养基。所有处理均是3次重复，培养结束后运用平板菌落计数法测定各菌落数量。计算如式(1)所示。
1.2.4 数据分析 统计分析使用SPSS 22.0，数据平均值和标准偏差采用单因素方差分析法获取，差异显著性分析采用Duncan氏新复极差法(P＜0.05)。
2 结果与分析
2.1 氰氨化钙及其与生物炭和饼肥配施对植烟土壤酶活性的影响
2.1.1 土壤脲酶 由图1可知，烟株在移栽后的40天和100天2个时期内，浏阳永安的土壤脲酶活性均表现为T2＞T3＞T1＞CK，且4个处理间在移栽后的40天（前期）差异不显著但在移栽后的100天，T1、T2、T3与CK处理间呈显著性差异而前3个处理间的差异不显著；永州江永的土壤脲酶活性均表现为T3＞T2＞T1＞CK，在移栽后的40天（前期）和100天（后期），T1、T2、T3与CK处理间均呈显著性差异而前3个处理间的差异均不显著。
图1 氰氨化钙及其与生物炭和饼肥配施对土壤脲酶活性的影响
与永州江永的脲酶活性相比，浏阳永安的4个处理在烟株移栽后的40天和100天2个时期内分别高出10.80%、10.09%、0.83%、12.28%和37.11%、34.97%、29.33%、38.77%，且两者间的差异达显著水平。
以上结果说明，浏阳永安和永州江永均表现为T1处理（单独施用氰氨化钙）的土壤脲酶活性显著高于对照的（CK，不施用氰氨化钙）。在配施中，浏阳永安虽以T2处理（氰氨化钙配施生物炭）效果最好但与T3处理（氰氨化钙配施饼肥）的差异不显著，永州江永以T3处理效果最好但与T2处理的差异不显著。浏阳永安的配施效果好于永州江永的。
2.1.2 转化酶 由图2可知，浏阳永安和永州江永的烟株在移栽后的40天和100天2个时期内，其土壤转化酶活性均表现为T3＞T2＞T1＞CK，T3与T1和T2处理间、T1和T2与CK处理间均呈显著性差异，而T1与T2处理间的差异不显著。
图2 氰氨化钙及其与生物炭和饼肥配施对土壤转化酶活性的影响
与永州江永的转化酶活性相比，浏阳永安的4个处理在烟株移栽后的40天和100天2个时期内分别高出35.67%、41.99%、3.89%、31.36%和30.23%、29.75%、25.82%、33.95%，且两者间的差异达显著水平。
以上结果说明，浏阳永安和永州江永均表现为T1处理（单独施用氰氨化钙）的脲酶活性显著高于对照的（CK，不施用氰氨化钙）。在配施中，浏阳永安和永州江永均以T3处理（氰氨化钙配施饼肥）效果最好且与T2处理（氰氨化钙配施生物炭）达显著性差异。浏阳永安的配施效果好于永州江永的。
2.1.3 酸性磷酸酶 由图3可知，浏阳永安和永州江永的烟株在移栽后的40天和100天2个时期内，其土壤酸性磷酸酶活性均表现为T3＞CK＞T2＞T1，且4个处理间几乎均呈显著性差异。
图3 氰氨化钙及其与生物炭和饼肥配施对土壤磷酸酶活性的影响
烟株在移栽后的40天（前期），浏阳永安T1和T2处理的土壤酸性磷酸酶活性低于而T3和CK处理高于永州江永的，且差异均达显著水平；在移栽后的100天（后期），浏阳永安除T1处理的稍高于永州江永的且差异不显著外，其他3个处理的均低于永州江永的，其中两者的差异在T3处理间表现为不显著而在T2和CK处理间呈显著性差异。
与永州江永的转化酶活性相比，浏阳永安的4个处理在烟株移栽后的40天和100天2个时期内分别高出-14.99%、-17.73%、4.85%、11.32%和8.81%、-17.31%、-2.37%、-14.31%，且两者间的差异达显著水平。
以上结果说明，浏阳永安和永州江永均表现为对照的（CK，不施用氰氨化钙）显著高于T1处理（单独施用氰氨化钙）和T2处理（氰氨化钙配施生物炭）。在配施中，浏阳永安和永州江永均以T3处理（氰氨化钙配施饼肥）效果最好且与CK处理的差异达显著水平。在移栽后的40天（前期）以浏阳永安T3处理的效果好于永州江永的且两者间的差异达显著水平，而在移栽后的100天（后期）则正好相反，但两者间的差异不显著。
2.1.4 过氧化氢酶 由图4可知，浏阳永安和永州江永的烟株在移栽后的40天和100天2个时期内，其土壤的过氧化氢酶活性均表现为T3＞T2＞T1＞CK；在移栽后的40天（前期），浏阳永安的4个处理间的差异均不显著性，永州江永的T1、T2、T3处理与CK处理间呈显著性差异，但T3处理与T1、T2处理间的差异不显著性；在移栽后的100天（后期），浏阳永安的T3处理与T1、T2和CK处理间呈显著性差异，而T1和T2与CK处理间及其均T1与T2处理间的差异均不显著，永州江永的T3处理均与T1、T2和CK处理间呈显著性差异，而T1、T2和CK处理间的差异不显著性。
图4 氰氨化钙及其与生物炭和饼肥配施对土壤过氧化氢酶活性的影响
与永州江永的过氧化氢酶活性相比，浏阳永安的4个处理在烟株移栽后的40天和100天2个时期内分别高出46.85%、45.43%、37.05%、46.05%和66.34%、66.09%、41.21%、60.48%，且两者间呈差异显著。
以上结果说明，浏阳永安和永州江永均表现为T1处理（单独施用氰氨化钙）的显著高于对照的（CK，不施用氰氨化钙）。在配施中，浏阳永安和永州江永均以T3处理（氰氨化钙配施饼肥）效果最好，其在移栽后的40天与T2处理（氰氨化钙配施生物炭）的差异不显著而在移栽后的100天与T2处理达显著性差异。浏阳永安的配施效果好于永州江永的。
2.2 氰氨化钙及其与生物炭和饼肥配施对植烟土壤微生物总量的影响
2.2.1 细菌 由图5可知，浏阳永安和永州江永的烟株在移栽后的40天和100天2个时期内，其土壤细菌的数量均表现为T3＞T2＞T1＞CK，且4个处理间的差异均达显著水平。
图5 氰氨化钙及其与生物炭和饼肥配施对土壤细菌的影响
与永州江永的细菌总量相比，浏阳永安的4个处理在烟株移栽后的40天和100天2个时期内分别高出60.29%、60.62%、61.12%、119.67%和50.95%、69.38%、83.72%、33.46%，且两者间的差异达显著水平。
以上结果说明，浏阳永安和永州江永均表现为T1处理（单独施用氰氨化钙）的显著高于对照的（CK，不施用氰氨化钙）。在配施中，浏阳永安和永州江永均以T3处理（氰氨化钙配施饼肥）效果最好且与T1和T2处理（氰氨化钙配施生物炭）的差异均达显著水平。浏阳永安的配施效果好于永州江永的。
2.2.2 真菌 由图6可知，浏阳永安和永州江永的烟株在移栽后的40天和100天2个时期内，其土壤真菌的总量均表现为T1＞T3＞T2＞CK，浏阳永安T1与T3处理间的差异不显著、T1、T3与T2、CK处理间的差异达显著水平；永州江永的T1、T2、T3处理间的差异不显著，但它们与CK间的处理达显著性差异。
图6 氰氨化钙及其与生物炭和饼肥配施对土壤真菌的影响
与永州江永的细菌总量相比，浏阳永安的4个处理在烟株移栽后的40天和100天2个时期内分别高出48.79%、32.26%、56.70%、95.05%和71.08%、33.33%、82.61%、133.84%，且两者间的差异达显著水平。
以上结果说明，浏阳永安和永州江永均表现为T1处理（单独施用氰氨化钙）的高于T3处理（氰氨化钙配施饼肥）但差异不显著，显著高于T2处理（氰氨化钙配施生物炭）和对照的（CK，不施用氰氨化钙）。在配施中，T3处理的效果优于T2处理的且差异均呈显著水平。浏阳永安的施用效果好于永州江永的。
2.2.3 放线菌 由图7可知，浏阳永安和永州江永的烟株在移栽后的40天和100天2个时期内，其土壤放线菌的总量均表现为T1＞T2＞T3＞CK，且4个处理间的差异呈达显著性。
图7 氰氨化钙及其与生物炭和饼肥配施对放线菌的影响
与永州江永的放线菌总量相比，浏阳永安的4个处理在烟株移栽后的40天和100天2个时期内分别低出5.98%、10.38%、11.36%、4.05%和1.55%、12.64%、18.79%、19.69%，且两者间在T1处理是差异不显著外，在其他的3个处理上的差异均达显著水平。
以上结果说明，浏阳永安和永州江永均表现为T1处理（单独施用氰氨化钙）的显著高于T2处理（氰氨化钙配施生物炭）、T3处理（氰氨化钙配施饼肥）和对照的（CK，不施用氰氨化钙）。在配施中，T2处理的效果优于T3处理的且差异均呈显著水平。浏阳永安的施用效果好于永州江永的。
3 结论与讨论
3.1 氰氨化钙及其与生物炭和饼肥配施对植烟土壤酶活性的影响
本试验的研究表明：（1）浏阳永安和永州江永两地除了酸性磷酸酶表现为CK（不施用氰氨化钙）显著高于T1（施用氰氨化钙）、T2（氰氨化钙配施生物炭）和T3（氰氨化钙配施饼肥）处理的外，其他的酶活性均表现为T2和T3处理的显著高于T1处理，而T1处理的又显著高于CK的，这与邬奇峰[28]的研究结果一致。（2）与T1处理相比，在浏阳永安和永州江永两地的两时期均表现为T2和T3处理显著提高了土壤酶活性，这与前人的研究结果[3,14]一致。（3）在配施中，虽然土壤脲酶活性在浏阳永安以T2处理效果最好，但与T3处理的差异均不显著；而在土壤转化酶、磷酸酶和过氧化氢酶活性上，浏阳永安和永州江永两地均表现为T3处理的效果优于T2处理的；这可能是由于配施中的生物炭主要提供了有机质，这与和文祥的“土壤脲酶活性与其有机质呈极显著正相关”研究结论一致[29]。（4）在T3处理中，除了土壤的磷酸酶活性外，其他3种酶活性均表现为浏阳永安的效果显著优于永州江永的，这可能是与浏阳永安和永州江永的土壤质地（前者为红壤土后者为砂质土）有关，这与李冰的“土壤磷酸酶活性与土壤砂粒呈极显著正相关”研究结论一致[30]。
3.2 氰氨化钙及其与生物炭和饼肥配施对植烟土壤微生物总量的影响
在微生物总量上，浏阳永安和永州江永两地均表现为T1处理的显著高于CK的，这与贲海燕[6]的结果一致；而在氰氨化钙及其与生物炭和饼肥配施的细菌总量上均表现为T3＞T2＞T1＞CK，在真菌总量上均表现为T1＞T3＞T2＞CK，在放线菌总量上均表现为T1＞T2＞T3＞CK，这说明与对照相比，施用氰氨化钙可以促进微生物总量的增加；但氰氨化钙与生物炭和饼肥配施则对植烟土壤微生物数量的影响不同，其中氰氨化钙配施生物炭和饼肥可以促进土壤中细菌总量生长，而单独施用氰氨化钙则有益于促进真菌和放线菌总量的增加。
