佀國(guó)涵， 趙書(shū)軍， 王 瑞， 徐大兵 ， 秦興成 ， 譚 軍 ，向必坤， 袁家富*

(1 湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植保土肥研究所，湖北武漢 430064； 2 湖北省煙草公司恩施州公司， 湖北恩施 445000)

土壤的生物活性包括土壤微生物種群結(jié)構(gòu)及土壤酶活性，是土壤微生物環(huán)境中生理活性最強(qiáng)的部分，其作為評(píng)價(jià)土壤生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的指標(biāo)，越來(lái)越受到人們的重視[1]。保持最適宜的土壤結(jié)構(gòu)是土壤肥力管理中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，土壤團(tuán)聚體是土壤結(jié)構(gòu)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)和肥力的重要載體，而土壤緊實(shí)度是衡量土壤中三相物質(zhì)存在狀態(tài)和容積比例的重要指標(biāo)，對(duì)土壤的水、 肥、 氣、 熱及其物理化學(xué)和生物學(xué)過(guò)程等因素具有調(diào)控作用[2-4]。

綠肥作為一種養(yǎng)分全面的優(yōu)質(zhì)生物肥源，是我國(guó)農(nóng)作物種植制度中重要的輪作倒茬作物，它在提供農(nóng)作物所需養(yǎng)分、 改善農(nóng)田生態(tài)環(huán)境和防止侵蝕及污染等方面均有良好的作用[5]。種植并翻壓綠肥是保持和提高土壤質(zhì)量及其可持續(xù)利用的農(nóng)業(yè)措施之一。翻壓的綠肥種類以及綠肥和化肥的配施比例均可導(dǎo)致土壤微生物的種群、 數(shù)量和活性變化，從而使得土壤酶活性發(fā)生改變，這些變化對(duì)土壤的物理、 化學(xué)和生物性質(zhì)以及生產(chǎn)力產(chǎn)生重要影響。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)翻壓綠肥后土壤生物和生物化學(xué)性質(zhì)等方面曾做過(guò)大量研究，已有研究表明[6-9]，翻壓綠肥后明顯促進(jìn)了植煙土壤中脲酶、 蔗糖酶、 磷酸酶和過(guò)氧化氫酶活性，同時(shí)增加了土壤中微生物量碳、 氮的積累量。但是關(guān)于在長(zhǎng)期定位試驗(yàn)中，翻壓綠肥量及連年翻壓綠肥對(duì)植煙土壤中微生物種群數(shù)量及土壤酶活性的年際間動(dòng)態(tài)變化的研究，尤其是連年翻壓綠肥后對(duì)土壤緊實(shí)度及團(tuán)粒結(jié)構(gòu)等物理性狀的研究較少。因此本文開(kāi)展了連年翻壓綠肥后，土壤中微生物種群數(shù)量、 微生物量碳和土壤酶的年際變化，以及長(zhǎng)期翻壓綠肥后對(duì)植煙土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)和土壤緊實(shí)度影響等方面的研究，旨在為煙區(qū)土壤改良和特色煙葉開(kāi)發(fā)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

烤煙品種為云煙87，綠肥品種為光葉紫花苕子。試驗(yàn)區(qū)設(shè)在湖北恩施清江源現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)科技園區(qū) (30°20′14″N，109°26′13″E)，土壤類型為黃棕壤 (鐵質(zhì)濕潤(rùn)淋溶土)。土壤有機(jī)質(zhì)含量23.9 g/kg、 全氮2.1 g/kg、 堿解氮146.1 mg/kg、 速效磷34.1 mg/kg、 速效鉀160.0 mg/kg、 pH 6.3。綠肥鮮草養(yǎng)分含量為全氮 5.0 g/kg、 全磷 1.2 g/kg、 全鉀4.7 g/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3 樣品采集及測(cè)定項(xiàng)目和方法

土壤微生物區(qū)系分析采用稀釋平板法[10]。土壤細(xì)菌采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基，真菌用馬丁氏培養(yǎng)基，放線菌用改良的高氏1號(hào)培養(yǎng)基； 微生物量碳采用氯仿熏蒸培養(yǎng)法[11]； 土壤脲酶采用苯酚-次氯酸鈉比色法； 磷酸酶采用磷酸苯二鈉比色法，過(guò)氧化氫酶采用高錳酸鉀滴定法測(cè)定[12]。土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)分析采用沙維諾夫法進(jìn)行[13]。

1.4 數(shù)據(jù)分析與處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SAS 9.1軟件進(jìn)行ANOVA方差分析，其他統(tǒng)計(jì)分析采用Excel 2003軟件。團(tuán)聚體的平均質(zhì)量直徑(MWD)和幾何平均直徑(GWD)的計(jì)算公式為:

(1)

(2)

式中，Ri為某級(jí)別團(tuán)聚體平均直徑；ωi為該級(jí)別團(tuán)聚體重量。

2 結(jié)果與分析

2.1 綠肥翻壓對(duì)植煙土壤物理性狀的影響

2.1.1 綠肥翻壓對(duì)植煙土壤緊實(shí)度的影響 土壤緊實(shí)度由土壤抗剪力、 壓縮力和摩擦力等構(gòu)成，是衡量土壤致密強(qiáng)度的一個(gè)合成指標(biāo)。 它可預(yù)測(cè)土壤承載量、 耕性和根系伸展阻力，反映土壤的一個(gè)重要物理特性，用于評(píng)價(jià)土壤的耕性[13]。從2011年烤后期土壤緊實(shí)度測(cè)定結(jié)果(表1)來(lái)看，隨著土層深度的增加，土壤緊實(shí)度呈逐漸增加的趨勢(shì)； 通過(guò)對(duì)5 cm、 10 cm、 15 cm、 20 cm和25 cm處土壤緊實(shí)度的統(tǒng)計(jì)分析顯示，除10 cm處外，其他土層點(diǎn)的土壤緊實(shí)度均無(wú)顯著差異； 在10 cm處翻壓低量綠肥(GML)和翻壓高量綠肥(GMH)處理的土壤緊實(shí)度顯著低于CK，較CK分別降低了22.0%和29.9%； GMH處理的緊實(shí)度在10 cm處顯著低于常規(guī)施肥(F) 處理，但與其他處理間差異不顯著，GMH處理的土壤緊實(shí)度較F處理降低了25.4%，這表明翻壓30000 kg/hm2綠肥降低了10 cm土層的緊實(shí)度，對(duì)煙株的根系發(fā)育有明顯的促進(jìn)作用。

表1 綠肥翻壓對(duì)不同土層深度土壤緊實(shí)度的影響(kPa)

表2 綠肥翻壓對(duì)植煙土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體的影響

2.2 綠肥翻壓對(duì)植煙土壤生物性狀的影響

2.2.1 綠肥翻壓對(duì)植煙土壤微生物區(qū)系的影響 土壤中細(xì)菌數(shù)量的分析結(jié)果(圖1)表明，2009年不同處理間的土壤細(xì)菌數(shù)量無(wú)顯著差異； 2010年GMH處理的細(xì)菌數(shù)量顯著高于其他處理，較F和CK處理分別高42.2%和45.1%； 2011年GML和GMH處理的細(xì)菌數(shù)量均顯著高于F和CK處理，但GML和GMH處理間差異不顯著，其中GMH處理的土壤細(xì)菌數(shù)量較F和CK分別提高了49.0%和63.3%，這表明連年翻壓綠肥后土壤中的細(xì)菌數(shù)量顯著增加，且隨著翻壓綠肥年限的增長(zhǎng)，細(xì)菌數(shù)量呈逐漸增加的趨勢(shì)。

土壤中真菌數(shù)量的分析結(jié)果顯示，2009年CK處理中土壤真菌顯著高于其他處理； 在2010年，GML和GMH處理的土壤真菌數(shù)量顯著高于F處理，但與CK差異不顯著； 至2011年GML和GMH處理的土壤真菌數(shù)量顯著高于F和CK處理，其中GMH處理較F和CK處理分別提高了47.8%和50.0%，說(shuō)明連年翻壓綠肥顯著增加了土壤中的真菌數(shù)量，且隨著翻壓綠肥年限的增長(zhǎng)，真菌數(shù)量呈逐漸增加的趨勢(shì)。

圖1可以看出， 2009年GML處理的放線菌數(shù)量顯著高于F和GMH處理，但與CK的差異不顯著； 在2010年，GMH、 GML和CK處理的土壤放線菌的數(shù)量均顯著高于F處理，較F處理分別提高了30.8%、 32.5%和28.9%； 但至2011年時(shí)，GMH處理的放線菌數(shù)量比F和CK處理分別高35.4%和61.5%。表明翻壓高量綠肥可顯著提高土壤中放線菌的數(shù)量，土壤中放線菌數(shù)量增多，往往產(chǎn)生抗菌素，對(duì)土壤殘余組織中大量存在的越冬病原菌會(huì)產(chǎn)生拮抗作用。

圖1 綠肥翻壓對(duì)植煙土壤細(xì)菌、 真菌和放線菌數(shù)量的影響Fig.1 Effect of incorporating green manure on bacteria, fungi and actinomycetes in tobacco-planting soils

圖2 綠肥翻壓對(duì)植煙土壤微生物量碳的影響 Fig.2 Effect of incorporating green manure on microbial biomass carbon in tobacco-planting soils

2.3 綠肥翻壓對(duì)植煙土壤酶活性的影響

圖3 綠肥翻壓對(duì)植煙土壤酶活性的影響Fig.3 Effect of incorporating green manure on soil enzyme activity in tobacco-planting soils

2.3.2 對(duì)脲酶活性的影響 脲酶是一種將酰胺態(tài)有機(jī)氮化物水解轉(zhuǎn)化為植物可直接吸收利用的無(wú)機(jī)態(tài)氮化物的酶，其酶活性反映了土壤的供氮能力和水平[12]。圖3顯示，2009年土壤脲酶的活性不同處理間無(wú)顯著差異； 2010年GMH、 F和CK處理的土壤脲酶活性差異不顯著，但均顯著高于GML處理。2011年GMH處理的脲酶活性顯著高于其他處理，較GML處理、 F處理和CK處理分別提高了44.5%、 33.0%和30.0%，但GML、 F和 CK處理之間的差異不顯著。可見(jiàn)隨著翻壓綠肥年限的增加，翻壓高量綠肥能夠提高土壤中的脲酶活性。

2.3.3 對(duì)過(guò)氧化氫酶活性的影響 過(guò)氧化氫酶是參與土壤中物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化的一種重要氧化還原酶，在一定程度上可以表征土壤生物氧化過(guò)程的強(qiáng)弱[12]。2009年GML處理的過(guò)氧化氫酶的活性顯著低于GMH和F處理，比F處理降低了15.2%，但GMH處理的過(guò)氧化氫酶活性比F處理提高了4.3%； 至2010年，雖然GMH處理比F和CK處理分別提高了4.8%和6.7%，但不同處理間差異未達(dá)到顯著水平(圖3)。

3 討論

土壤微生物數(shù)量及其活性是土壤肥力的重要指標(biāo)之一[19]，微生物數(shù)量多，區(qū)系復(fù)雜，表明土壤微生態(tài)系統(tǒng)平衡，有利于作物的健康生長(zhǎng)。在本研究中，翻壓豆科綠肥后土壤中的細(xì)菌、 真菌和放線菌數(shù)量均出現(xiàn)不同程度的增加，這與楊曾平等的研究結(jié)果一致[5]，也與Dick[20]證明的施用綠肥有利于維持土壤微生物的多樣性和活性的結(jié)論一致； Bossio等[21]指出在有機(jī)質(zhì)低輸入的土壤中，高有機(jī)質(zhì)的輸入使微生物生物量持續(xù)增加。通過(guò)連續(xù)3年翻壓綠肥后，大量的低C/N比的豆科綠肥快速腐解，為土壤微生物提供充足的有機(jī)碳源，促進(jìn)土壤微生物的繁殖，土壤中細(xì)菌、 真菌、 放線菌以及微生物總量均不斷增加，有利于維持土壤微生物的多樣性及活性，對(duì)于提升煙田土壤肥力，提高煙葉的產(chǎn)量和品質(zhì)均能起到一定的作用。本研究結(jié)果表明，不施肥處理的土壤真菌數(shù)量在2009年均高于施肥處理，這與吳凡等人[22]的研究結(jié)果一致，即肥沃土壤中的真菌數(shù)量小于貧瘠土壤； 隨著種植年限的增長(zhǎng)，土壤中的養(yǎng)分不斷地被消耗，不施肥處理土壤中細(xì)菌、 真菌和放線菌的數(shù)量則呈降低的趨勢(shì)。

土壤微生物量碳的消長(zhǎng)反映微生物利用土壤碳源進(jìn)行自身細(xì)胞建成，并大量繁殖和解體使有機(jī)碳礦化的過(guò)程[23]。本試驗(yàn)表明，土壤中的微生物量碳的含量顯著高于翻壓低量綠肥和常規(guī)施肥，且隨著翻壓綠肥年限的增長(zhǎng)，土壤中微生物量碳呈逐年增加的趨勢(shì)。土壤中有機(jī)碳的微生物同化，主要受施入的碳源和氮源所支配[24]，在減施化肥的同時(shí)翻壓高量綠肥，土壤中施入的碳源和氮源的量均高于翻壓低量綠肥和常規(guī)施肥，從而影響了土壤微生物的數(shù)量和活性。

土壤酶活性常被作為土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)來(lái)研究，它在一定程度可反映土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的動(dòng)態(tài)，在土壤養(yǎng)分循環(huán)以及植物生長(zhǎng)所需養(yǎng)分的供給過(guò)程中起到重要作用[25]。本研究結(jié)果表明，隨著翻壓綠肥年限的增長(zhǎng)，翻壓高量綠肥處理的土壤脲酶、 過(guò)氧化氫酶和酸性磷酸酶的活性均呈逐年上升的趨勢(shì)，這與劉國(guó)順等[6]的研究結(jié)果基本一致。連年翻壓綠肥后，大量極易腐解的豆科綠肥為土壤提供了大量的有機(jī)碳源和氮源，促進(jìn)了土壤微生物的活性，從而提高了土壤酶的活性。本研究發(fā)現(xiàn)不施肥處理的土壤酸性磷酸酶活性較高，這與宋勇春等人[26]的研究結(jié)果一致，這可能是由于在不施肥情況下煙株缺磷脅迫嚴(yán)重，因而誘導(dǎo)分泌的酸性磷酸酶活性增強(qiáng)，這說(shuō)明根系對(duì)土壤酸性磷酸酶的貢獻(xiàn)占主導(dǎo)地位。由于翻壓低量綠肥的同時(shí)減施了15%的化肥用量，在無(wú)機(jī)氮肥施入不足的情況下，翻壓15000 kg/hm2綠肥輸入到土壤中的氮源和碳源較少，不利于土壤脲酶和過(guò)氧化氫酶活性的提高，因此翻壓低量綠肥的土壤脲酶和過(guò)氧化氫酶的活性均低于常規(guī)施肥，而當(dāng)綠肥的翻壓量達(dá)到30000 kg/hm2時(shí)，土壤中脲酶和過(guò)氧化氫酶活性恢復(fù)并有所提高，可見(jiàn)化肥與綠肥的配施比例對(duì)土壤酶活性具有重要的影響。

4 結(jié)論

1)連續(xù)3年翻壓綠肥顯著降低了10 cm土層處的土壤緊實(shí)度，且以翻壓 30000 kg/hm2綠肥的土壤緊實(shí)度最低，其土壤緊實(shí)度較常規(guī)施肥處理和不施肥處理分別降低了25.4%和29.9%。翻壓綠肥后土壤中大于7 mm的大團(tuán)聚體含量增加，而小于1 mm的小團(tuán)聚體的含量有所降低，但土壤中大于0.25 mm的機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體的數(shù)量、 平均重量直徑和幾何平均直徑在不同處理間無(wú)顯著差異。

2)翻壓豆科綠肥后土壤中的細(xì)菌、 真菌和放線菌數(shù)量及土壤微生物量碳的含量均隨著翻壓綠肥年限的增長(zhǎng)而出現(xiàn)不同程度的增加。翻壓3年綠肥后，翻壓30000 kg/hm2綠肥的土壤細(xì)菌、 真菌和放線菌數(shù)量以及土壤微生物量碳含量較常規(guī)化肥處理分別提高了49.0%、 47.8%、 35.4%和40.7%，較CK處理分別提高了63.3%、 50.0%、 61.5%和43.0%。

3)隨著翻壓綠肥年限的增長(zhǎng)，翻壓 30000 kg/hm2綠肥的土壤中脲酶、 過(guò)氧化氫酶和酸性磷酸酶活性均呈逐年上升的趨勢(shì)； 與常規(guī)施肥相比，翻壓15000 kg/hm2綠肥降低了土壤脲酶和過(guò)氧化氫酶的活性，但翻壓30000 kg/hm2綠肥能夠恢復(fù)和提高其活性。

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