免耕對湘西煙田土壤微生物和酶活性及煙葉經濟性狀的影響

吳海勇，田 峰，李明德*，陳前鋒，劉瓊峰

（1.湖南省農業(yè)科學院土壤肥料研究所，長沙 410125；2.湖南省煙草公司湘西自治州公司，湖南 吉首 416000）

免耕對湘西煙田土壤微生物和酶活性及煙葉經濟性狀的影響

吳海勇1，田 峰2，李明德1*，陳前鋒2，劉瓊峰1

（1.湖南省農業(yè)科學院土壤肥料研究所，長沙 410125；2.湖南省煙草公司湘西自治州公司，湖南 吉首 416000）

為明確免耕栽培對植煙旱地土壤微生物和酶活性的變化特征及對煙葉產量的影響，設置了免耕栽培、翻耕不中耕栽培、常規(guī)翻耕栽培田間試驗。結果表明：（1）植煙土壤中細菌數(shù)量占大部分，其次是放線菌，真菌最少，細菌數(shù)量和微生物總活性在烤煙成熟期達到最大值，免耕對微生物數(shù)量的影響主要集中在 0～5 cm 表層土壤，隨著土層加深，影響減小；（2）蔗糖酶活性在烤煙生長中后期最高，脲酶、磷酸酶活性在伸根期達到最高，免耕對土壤酶活性的影響集中在 0～5 cm 表層土壤，隨土層加深，影響減小；（3）免耕栽培對煙葉產量、產值、均價及中上等煙葉比例等影響不顯著。綜合考慮土壤生態(tài)、經濟效益，免耕栽培值得在湘西旱地植煙區(qū)推廣。

免耕；土壤微生物；土壤酶活性；煙葉；經濟性狀；湘西

隨著現(xiàn)代煙草農業(yè)的發(fā)展，煙葉生產方式已由傳統(tǒng)的散戶耕作逐步向規(guī)模化、集約化和專業(yè)化方向發(fā)展。然而湘西旱地植煙區(qū)由于地塊面積小，坡度較大，不利于機械化發(fā)展，仍是傳統(tǒng)的散戶種植，并以翻耕的耕作方式為主，用工多、勞動強度大，且翻耕容易破壞土壤結構，造成水肥流失，致使煙田地力下降等，這一系列突出問題仍限制著烤煙生產效率的提高[1-2]。免耕是保護性耕作方法之一，具有保護土壤結構、省工、省時、提高水肥氣熱協(xié)調性等優(yōu)點[3]，在小麥[4]、油菜[5]、玉米[6]、馬鈴薯[7]等作物中的應用效果已有許多報道，然而由于烤煙實行壟作等原因，免耕栽培未受到重視。

土壤微生物和土壤酶是土壤的重要組成部分，既是土壤有機物轉化的執(zhí)行者，又是植物營養(yǎng)元素的活性庫，是評價土壤肥力的重要指標[8-9]。許多報道指出，土壤微生物和酶活性受耕作方式[10]、作物種類[4-7]、作物生育期[11]及施肥[12-14]等因素影響，而不同的耕作模式對植煙土壤中微生物和酶的影響鮮有研究。本研究在湖南省湘西典型旱地烤煙生產區(qū)，通過田間試驗，分析了免耕栽培、翻耕不中耕栽培、常規(guī)翻耕栽培3種模式下，土壤微生物和酶活性隨著烤煙生長時間的動態(tài)變化及不同土層的空間分布狀況，比較了不同耕作方式下煙葉產量產值等經濟指標的差異，旨在了解免耕對植煙土壤生態(tài)效應、煙草生產經濟效應的影響，為旱地煙區(qū)土壤生態(tài)環(huán)境保護及煙草生產效率提升提供科技支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于 2013 年在湖南省湘西自治州鳳凰縣千工坪煙草基地進行。該區(qū)域屬于中亞熱帶季風濕潤性氣候，年平均氣溫為 15.9 ℃，歷年平均降雨量1308.1 mm，是湖南省主要的旱地植煙區(qū)之一。供試土壤為黃灰土，試前土壤基本理化性質為：pH 6.4，有機質 13.3 g/kg，堿解氮 72 mg/kg，有效磷18 mg/kg，速效鉀 186 mg/kg。煙草品種為云煙 87，前作為煙草。

1.2 試驗設計

選擇上一年植煙旱土（植煙后冬閑），設置 3個處理，處理 1（T1）為免耕栽培：不耕作、按照移栽行距進行開溝做箱（即上一年植煙田中，不翻耕，保留耕作原壟體基礎上開溝，并在原壟體上栽培。）、不中耕培土；處理 2（T2）為翻耕不中耕栽培：土壤翻耕、起壟栽培，不中耕培土；處理 3（CK）為常規(guī)翻耕栽培：翻耕、起壟、中耕培土。隨機區(qū)組排列，重復 3次。3個處理施肥情況一致，基肥用量為專用基肥[m(N):m(P5O2):m(K2O)=8:15:7] 50 kg/667m2+專用追肥[m(N):m(P5O2):m(K2O)=10:5:29] 10 kg/667m2+ 活 性 肥[m(N):m(P5O2):m(K2O)=6:1:1] 20 kg/667m2， 提 苗 肥 為 [m(N):m(P5O2):m(K2O)= 20:9:0] 5 kg/667m2（專用提苗肥），追肥為專用追肥10 kg/667m2+硫酸鉀 20 kg/667m2。

小區(qū)面積為 92.4 m2，即 7 行×22 株=154 株/小區(qū)。各處理大田農事操作相同，烤煙栽培管理按照當?shù)貥藴驶a技術執(zhí)行。

1.3 測定項目及分析方法

在烤煙主要生長發(fā)育時期，即伸根期、旺長期、中部葉成熟期（簡稱成熟期）、上部葉采收末期（簡稱采收末期，下同）采集耕層土壤（0～20 cm）測定土壤有機質、微生物總活性和各微生物數(shù)量（包括土壤細菌、真菌、放線菌）、酶活性（包括過蔗糖酶、氧化氫酶、脲酶、磷酸酶）。在成熟期，分3個土層（0～5 cm、5～20 cm、20～40 cm）采集土壤樣品，測定土壤微生物數(shù)量和酶活性。其中，微生物總活性采用氫氧化鈉吸收法，微生物數(shù)量的測定采用稀釋平板法測定；土壤蔗糖酶活性采用 3,5 二硝基水楊酸比色法測定，過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測定，脲酶活性采用苯酚次氯酸比色法測定，磷酸酶采用氨基安替比林—鐵氰化鉀法測定。各小區(qū)煙葉均掛牌單獨采收、單獨烘烤，分小區(qū)存放保管。待試驗地煙葉全部采收烘烤完畢后，按照國標對各小區(qū)煙葉逐葉分級，各小區(qū)分別稱重，測定每個小區(qū)烤煙的實際產量、產值、均價、中上等煙比例等。

2 結 果

2.1 各處理土壤微生物的變化特征

2.1.1 烤煙不同生長期土壤微生物數(shù)量變化 細菌是土壤微生物的主體，在數(shù)量上和種類上超過其他的土壤有機體[15]。由圖1 可知，植煙耕層土壤中細菌數(shù)量占了微生物總數(shù)的 90%左右，其次是放線菌，真菌最少。旺長期和成熟期耕層土壤中細菌含量較高，從伸根期至旺長期，細菌數(shù)量呈增加趨勢，T1 至成熟期時達到最大值，為 349.48×104cfu/g，至采收末期又有所減少，而 T2、CK 從旺長期后則數(shù)量減少。從處理間來看，T1 在旺長期與 T2、CK 比較接近，其余各個時期均大于 T2、CK，這說明免耕對比常規(guī)栽培和不中耕栽培模式，有利于細菌的生長繁殖。真菌是常見的土壤微生物之一，盡管數(shù)量最少，但從生物量上來講，占有極其重要的地位[16]。T1、T2 真菌數(shù)量波動較大，伸根期至旺長期呈減少的過程，然后數(shù)量又增加；而CK真菌數(shù)量比較穩(wěn)定，但含量較低。從處理間差異來看，伸根期和采收末期，T1、T2 的真菌數(shù)量都大于 CK，這表明免耕和不中耕培土總體上有利于真菌數(shù)量的增加。各處理在伸根期至旺長期，放線菌數(shù)量有所下降，然后不斷增加，至采收末期達到最大值。從處理間差異來看，在旺長期和采收末期，各處理間差異很小，而伸根期和成熟期表現(xiàn)為T1＞T2＞CK，烤煙整個生育期內，免耕處理的放線菌數(shù)量仍占一定的優(yōu)勢。

微生物總活性表征了土壤中整個微生物群體的活躍程度，是土壤一植物體系中有機質轉化的較好指標[17]。T1、T2、CK 微生物總活性在伸根期均較小，之后保持增加，至成熟期后達到最大值，采收末期又有所降低。從處理看，T1微生物總活性要高于 T2，CK 最低，尤其至旺長期和成熟期，T1、CK差異較大，而伸根期和采收末期差異較小。

圖1 烤煙不同生長期土壤微生物數(shù)量變化Fig. 1 The change of soil microbial CFUs during the period of tobacco growth

表1 各處理不同土層微生物數(shù)量及總活性Table 1 Soil microbial CFUs of different soil layers under different treatments

2.1.2 不同土層微生物數(shù)量變化 綜合考慮土壤熟化程度、烤煙的生長狀況，選取了成熟期對微生物數(shù)量隨土層的分布進行了調查，見表1。結果表明，不同土層中，仍是細菌數(shù)量最多（90%左右），放線菌次之，真菌最少。細菌和放線菌的數(shù)量均以0～5 cm土層中最多，其次是 5～20 cm 土層，20～40 cm土層中最低，微生物總活性變化規(guī)律也一致。而本試驗中 T2 處理，細菌 5～20 cm 的土層數(shù)量略高于0～5 cm 土層，CK 處理 0～5 cm 土層與 5～20 cm 土層數(shù)量較接近，但高于 20～40 cm 土層。

從各土層處理間差異看，3種微生物數(shù)量及其微生物總活性基本以T1最高，T2次之，CK 最小。0～5 cm 土層內，處理間差異最大，至 5～20 cm 土層，處理間差異變小，而 20～40 cm 土層內，各處理間土壤微生物數(shù)量、總活性非常接近。

2.2 各處理土壤酶活性的變化特征

2.2.1 烤煙不同生長期土壤酶活性變化 由圖2 可知，伸根期至旺長期，3個處理中蔗糖酶活性變化不大，處理間差異較小，至成熟期和采收末期，蔗糖活性明顯增加，至采收末期處理間差異減小。蔗糖酶活性基本均表現(xiàn)為 T1＞T2＞CK，在成熟期內差異最大，伸根期和采收末期差異較小。

圖2 烤煙不同生長期土壤酶活性變化Fig. 2 The change of soil enzyme activities during the period of tobacco growth

伸根期至旺長期，各處理耕層土壤過氧化氫酶活性增加，并達到最高值，之后活性不斷降低。從處理間看，整個烤煙生長期內，T1過氧化氫酶活性均高于 T2、CK，土壤磷酸酶活性在烤煙生長期內呈先降低后增加的變化趨勢，在伸根期最高，旺長期最低。處理間差異在伸根期和成熟期最大，表現(xiàn)為 T1＞T2＞CK，旺長期內各處理酶活性非常接近，采收末期 T1 和 T2 非常接近，但明顯高于CK。這說明免耕對提高土壤磷活性效果較好，翻耕不中耕培土也有一定的作用，但效果較免耕差。各處理土壤脲酶活性最大值出現(xiàn)在伸根期，伸根期至旺長期，呈現(xiàn)大幅度下降趨勢，至成熟期有一定提高，采收末期又有所降低。處理間差異也較明顯，伸根期、旺長期和成熟期 T1 高于 T2、CK，采收末期時差異減小。

2.2.2 不同土層酶活性變化 從各個土層分布看，酶活性也表現(xiàn)出一些差異，詳見表2。成熟期內，蔗糖酶和過氧化氫酶隨著土層加深，酶活性下降；磷酸酶活性最高出現(xiàn)在 5～20 cm 土層，其次是 0～5 cm 土層，20～40 cm 最低；而本試驗中脲酶活性則在 20～40 cm 土層最高。

同一土層內，4種酶活性基本表現(xiàn)為T1＞T2＞CK，且蔗糖酶、過氧化氫酶、脲酶均是土層越深，處理間的差異越小，但是，磷酸酶在 20～40 cm 土層內各處理間差異最大。這說明，免耕模式主要影響耕層土壤（0～20 cm）酶活性，尤其是0～5 cm 表層土壤，這與對土壤微生物的影響一致。

2.3 各處理對煙葉經濟性狀的影響

由 表3 可 知 ， 各 處 理 產 量 為 178.40 ～184.52 kg/667m2，CK 高于 T2、T1；煙葉均價為21.47～22.38 元/kg，T2 略高于 T1，CK 最低；各處理產值較為接近，為 3958.95～4010.49 元/667m2，中上等煙葉比例為 89.05%～91.64%，T2 略高于 T1、CK。對以上4項經濟指標進行方差分析，處理間沒有顯著性差異。

表2 各處理不同土層酶活性變化Table 2 Soil enzyme activities of different soil layers under different treatments

表3 不同處理對烤煙經濟性狀的影響Table 3 The economic property of tobacco under different treatments

3 討 論

微生物既是土壤有機質和養(yǎng)分轉化與循環(huán)的動力，又是土壤中有效養(yǎng)分的儲備庫，是生物多樣性與生態(tài)平衡的一個重要方面[18]。植煙土壤中不同時期和不同土層中，均是細菌數(shù)量最多，放線菌其次，真菌最少，這與前人許多報道一致[19-20]。3 種微生物數(shù)量及總活性，表現(xiàn)為隨著土層增加而減少的趨勢，這主要是因為，表層有充足的能源和豐富的碳源物質，且通氣性較好等條件適宜微生物繁殖生長，而土層越深，以上條件則越差。從各土層差距來看，0～5 cm 土層，T1 與 CK 之間相差較大，T1土壤中細菌、真菌、放線菌約是 CK的 2倍，微生物活性也明顯高于 CK，至 5～20 cm 土層，差距縮小，至 20～40 cm 土層時，各處理間的微生物數(shù)量接近，主要因為耕作過程對 0～20 cm 土層翻動加大，尤其是對 0～5 cm 土層影響較大。之前有研究[21-22]指出，少免耕與翻耕相比，土壤中的微生物數(shù)量增多，細菌和真菌數(shù)量均較高，并指出可能是由于土壤（尤其是 0～7.5 cm 土層）長期以毛管水浸潤，水熱穩(wěn)定，土壤微生物少受到外界因子的影響，與本研究結果一致。

土壤酶活性反映土壤中物質代謝的旺盛程度，是土壤物理化學特性的綜合體現(xiàn)。過氧化氫酶活性在旺長期出現(xiàn)高值后，逐漸降低，這可能由于烤煙旺長期土壤呼吸強度最大，誘導了該酶活性增加。脲酶和磷酸酶表征了土壤供氮、磷的水平，基肥和追肥施入大量的速效養(yǎng)分，且煙草專用基肥中含有豐富的有機物料，是酶促作用的基質，在伸根期出現(xiàn)了較高值，之后有所降低。從各處理間差異看，T1 中酶活性要高于 T2、CK，從不同土層看，基本表現(xiàn)為隨著土層加深，酶活性下降，T1各個土層中差異相對較大，而CK在各個土層中變化幅度相對較小，而 T2酶活性介于T1和 CK之間，這與微生物活性表現(xiàn)出一致的變化規(guī)律。免耕對酶活性影響機制與對土壤微生物一致，微生物活動頻繁，提高了土壤酶活性。而酶活性提高又增加了土壤微生物的活動，形成了良好的“互動效應”。但是脲酶 20～40 cm 土層，活性仍比較高，甚至高于 0～5 cm 和5～20 cm 兩個土層，具體原因有待進一步研究。

4 結 論

本研究表明，在湘西旱地植煙區(qū)應用免耕栽培技術，能提高土壤微生物數(shù)量和酶活性，尤其對 0～5 cm 表層土壤影響較大。免耕相比傳統(tǒng)翻耕，免去了翻耕操作，省工省時，提高了生產效率，作者認為免耕栽培在旱地煙區(qū)值得推廣；翻耕不中耕培土模式，節(jié)省了中耕培土這一耗工耗時的操作，土壤生態(tài)效益優(yōu)于翻耕，且經濟效益可觀，亦可小范圍的試驗性推廣。不過由于烤煙連作易加重病蟲害等問題，連續(xù)免耕栽培的生態(tài)、經濟效應狀況，有待2～3 年的定位試驗進一步研究。

[1] 吳震，曾中，田峰，等．湖南煙葉標準化生產現(xiàn)狀與發(fā)展對策[J]．中國煙草科學，2013，34（1）：7-11．

[2] 陳恩明，朱志偉，張曉輝．我國煙草田間生產機械化現(xiàn)狀及發(fā)展對策[J]．農機化研究，2008（10）：227-230．

[3] 郭曉霞，劉景輝，張星杰，等．免耕對土壤物理性質及作物產量的影響[J]．干旱地區(qū)農業(yè)研究，2010，28（5）：38-42．

[4] 路怡青，朱安，張佳寶，等．免耕和秸稈還田對小麥生長期內土壤酶活性的影響[J]．生態(tài)農村環(huán)境學報，2013，29（3）：329-334．

[5] Aon M A, Cabello M N, Sarena D E, et a1. Spatio-temporal patterns of soil microbial and enzymatic activities in an agricultural soil[J]. Appl Soil Ecol, 2001, 18: 239-254.

[6] 邱紅波，何騰兵，龍友華，等．免耕栽培對玉米根系性狀及其產量的影響[J]．貴州農業(yè)科學，2011，39（9）：55-57．

[7] 吳明陽，王西瑤，黃雪麗，等．免耕壟作對馬鈴薯、甘薯產量及經濟效益的影響[J]．江蘇農業(yè)科學，2010（4）：73-76．

[8] 許景偉，王衛(wèi)東，李成．不同類型黑松混交林土壤微生物、酶及其與土壤養(yǎng)分關系的研究[J]．北京林業(yè)大學學報，2000，22（1）：51-55．

[9] 李倩茹，符夏梨．紅樹林土壤微生物與土壤酶活性分析[J]．廣東農業(yè)科學，2009（7）：93-96．

[10] 鄒應斌．國外作物免耕栽培的研究與應用[J]．作物研究，2004（3）：127-132．

[11] 張翼，曹仕明，史俊．煙草土壤微生物與土壤酶活性分析[J]．湖北農業(yè)科學，2012，51（19）：4229-4232．

[12] 吳迪，廖鳳林，唐金剛．有機肥與無機肥配施對酒用高梁根際土壤微生物和酶的影響[J]．江蘇農業(yè)科學，2012，40（10）：303-305．

[13] 劉添毅，李春英，熊德中，等．烤煙有機肥與化肥配合施用效應的探討[J]．中國煙草科學，2000，21（4）：23-26．

[14] 郭天財，宋曉，馬冬云．氮素營養(yǎng)水平對小麥根際微生物及土壤酶活性的影響[J]．水土保持學報，2006，20（3）：129-140．

[15] 李姣，劉國順，高琴，等．不同生物有機肥與煙草專用復合肥配施對烤煙根際土壤微生物及土壤酶活性的影響[J]．河南農業(yè)大學學報，2013，47（2）：132-136．

[16] Heal O W, Madean S F. Comparative productivity in ecosystem-secondary productivity. Van dobben W H, Melonnel P H L. Unifying Concepts Ecology[M]．Hague: The Hague Holland Press House, 1975: 89-108.

[17] 周禮愷．土壤酶學[M]．北京：科學出版社，1988．

[18] 李阜棣．土壤微生物學[M]．北京：中國農業(yè)出版社，1995．

[19] 溫曉霞，殷瑞敬，高茂盛，等．不同覆蓋模式下旱作蘋果園土壤酶活性和微生物數(shù)量時空動態(tài)研究[J]．西北農業(yè)學報，2011，20（11）：82-88．

[20] 張恩平，陳聰，張淑紅，等．長期定位施肥對菜田土壤微生物及酶活性的影響[J]．沈陽農業(yè)大學學報，2011，42（6）：672-676．

[21] Liu X, Lindemann W C, Whitfords W G. Microbial diversity and activity of disturbed soil in the northern Chihuahuan Desert[J]. Biology and Fertility of Soil, 2000, 32(3): 243-249.

[22] 張磊，肖劍英，謝德體，等．長期免耕水稻田土壤的生物特征研究[J]．水土保持學報，2002，16（2）：111-114．

Effects of No-tillage on Soil Microbes and Enzyme Activities and the Economical Characters of Tobacco in Xiangxi of Hunan Province

WU Haiyong1, TIAN Feng2, LI Mingde1*, CHEN Qianfeng2, LIU Qiongfeng1
(1. Institute of Soil and Fertilizer, Academy of Agricultural Sciences of Hunan Province, Changsha 410125, China; 2. Xiangxi Tobacco Company of Hunan Province, Jishou, Hunan 416000, China)

In order to evaluate the spatiotemporal dynamics of soil microbes and enzyme activities and tobacco output in tobacco-planting upland under no-tillage system, a field experiment with 3 treatments (no-tillage, tillage with no-hilling, and conventional tillage) was carried out. The results showed that (1) Among the soil macrobiotics, bacteria was the most, then was actinomycetes, and fungus was the least. The quantity of bacteria and microorganism activity increased firstly, then decreased during the tobacco growth period, which had maximum values at tobacco maturity. The quantity of soil microorganism decreased with soil depths, and the influence of no-tillage on the quantity of soil microorganism occurred mainly in 0 -5 cm surface soil. (2) Invertase activity increased during the later period of tobacco growth, the activity of urease and phoshatase were high at resettling stage, then decreased, and catalase activity increased firstly, then decreased. The effect of no-tillage on soil enzyme activity occurred mainly in 0-5 cm surface soil. This influence decreased with soil depths. (3) The no-tillage planting had not significant influences on yield, output value, average price of tobacco leaves and the ratio of superior tobacco leaves. Therefore, no-tillage system is worthy to be popularized in upland in western Hunan.

no-tillage; soil microbes; soil enzyme activity; economical character; tobacco; western Hunan

S572.05

1007-5119（2014）05-0017-06

10.13496/j.issn.1007-5119.2014.05.004

中國煙草總公司湖南省公司科技項目“湘西山地特色優(yōu)質煙葉研究與開發(fā)”（11-14Aa02）

吳海勇，男，碩士，助理研究員，主要研究方向為土壤肥力與土壤生態(tài)學。E-mail：haiyongwu@163.com *通信作者，E-mail：limingde460@sohu.com

2014-02-07

2014-10-26