作物茬口對(duì)土壤酶活性及煙葉化學(xué)成分的影響

陳彥春 卜婷 趙遂生 楊軍杰 董昆樂 王惠

摘要：在大田條件下研究玉米、大豆、甘薯、煙草等4種不同作物茬口的土壤有機(jī)質(zhì)、酶活性及對(duì)煙草化學(xué)成分的影響。結(jié)果表明，玉米茬的土壤有機(jī)質(zhì)含量高于其他作物茬口，土壤脲酶、磷酸酶活性以玉米茬較高，土壤轉(zhuǎn)化酶、過氧化氫酶的活性以甘薯茬、大豆茬較高；煙葉內(nèi)在品質(zhì)則表現(xiàn)為甘薯茬>大豆茬>煙草茬>玉米茬。

關(guān)鍵詞：作物茬口；酶活性；煙草；化學(xué)成分

中圖分類號(hào)：S572 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2018）04-0047-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.04.012

Effects of Crop Stubble on Soil Enzyme Activity and

Chemical Composition of Tobacco Leaf

CHEN Yan-chun1，BU Ting2，ZHAO Sui-sheng1，YANG Jun-jie1，DONG Kun-le2，WANG hui2

（1.Sanmenxia Tobacco Company，Sanmenxia 472000，Henan，China；2.Luoyang Tobacco Company，Luoyang 471003，Henan，China）

Abstract： The effects of the soil organic matter and enzymatic activity from four different crop stubbles （maize，soya，sweet potato and tobacco etc.） and chemical composition of tobacco leaf were analyzed in field conditions. The results showed that the soil organic matter content of maize stubble was higher than other crop stubbles and the soil urease and phosphatase of maize stubble were more active. Moreover，the activity of soil invertase and catalase was higher in sweet potato stubble and soya stubble. As a results，the interior quality of tobacco were sweet potato stubble>soya stubble>tobacco stubble>maize stubble.

Key words： crop stubble； enzyme activities； tobacco； chemical composition

煙草是一種特殊的葉用經(jīng)濟(jì)作物，優(yōu)質(zhì)是煙草栽培的關(guān)鍵，煙葉的內(nèi)在質(zhì)量主要是在田間環(huán)境條件作用下逐漸形成的，環(huán)境條件的不同導(dǎo)致煙株的生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量及品質(zhì)具有明顯的差異[1，2]。作物對(duì)土壤養(yǎng)分的利用方式不同，其根系產(chǎn)生的代謝物各異，導(dǎo)致作物茬口對(duì)土壤養(yǎng)分、土壤生物和土壤微生物產(chǎn)生不同的作用。土壤酶是一種具有生物催化活性的高分子蛋白質(zhì)，酶活性的大小不僅反映土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化水平以及土壤供應(yīng)植物根系養(yǎng)分的潛在能力，而且是評(píng)價(jià)土壤供肥能力大小、土壤環(huán)境質(zhì)量?jī)?yōu)劣的一個(gè)重要指標(biāo)[3-5]。前人對(duì)作物茬口特性與土壤肥力的關(guān)系、不同類型土壤的酶活性等進(jìn)行了較為深入的研究[6-14]。但各種作物在其生長(zhǎng)發(fā)育過程中的代謝物不同，其植株殘?bào)w的分解方式各異，尤其對(duì)土壤微生物、土壤酶活性及土壤養(yǎng)分的利用產(chǎn)生較大差異。不同作物茬口的土壤特性及對(duì)煙草品質(zhì)影響的研究鮮有報(bào)道。本研究探討了不同作物茬口對(duì)煙田土壤酶活性及煙草內(nèi)在化學(xué)成分的影響，以期為生產(chǎn)上煙草的輪作倒茬、合理安排作物茬口提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

在豫西地區(qū)選擇種植面積比較大的玉米、大豆、甘薯、煙草4種作物的前茬為研究對(duì)象。供試土壤為紅黏土，0～20 cm土壤耕層有機(jī)質(zhì)14.2 g/kg，堿解氮73.15 mg/kg，速效磷6.61 mg/kg，速效鉀176.8 mg/kg，土壤pH 8.16。該地區(qū)年平均降雨量為600 mm左右，年平均氣溫為14.6 ℃，年日照時(shí)數(shù) 2 291.6 h，全年無霜期為184～224 d。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試烤煙品種為秦?zé)?6，由洛陽市煙草公司提供。

試驗(yàn)采取大區(qū)對(duì)比方法進(jìn)行，每區(qū)面積0.1 hm2，田間種植采用起壟覆膜栽培，起壟時(shí)條施600 kg/hm2煙草專用復(fù)合肥作基肥。煙苗于2015年5月6日進(jìn)行移栽，行距110 cm，株距55 cm，密度16 530株/hm2，田間管理參照優(yōu)質(zhì)煙栽培技術(shù)規(guī)范進(jìn)行管理。

土壤采集按照“完全隨機(jī)、多點(diǎn)混合”的原則，在每個(gè)田塊選10～15個(gè)點(diǎn)，采集煙株根際5～10 cm，深20 cm之內(nèi)的土樣，剔除雜物，混合制樣后備用。

烤后煙葉樣品的制備：不同茬口煙葉單獨(dú)采收、單獨(dú)烤制并單獨(dú)存放，烘烤結(jié)束后按照GB-2635-92進(jìn)行分級(jí)。將各茬口烘烤后B2F、C3F的煙葉分別取3～5 kg，去掉煙葉主脈，粉碎后過60目篩，裝袋保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

有機(jī)質(zhì)含量參照季天委[15]的重鉻酸鉀容量法進(jìn)行測(cè)定。

土壤脲酶活性測(cè)定采用靛酚比色法測(cè)定；磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法測(cè)定；蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定；過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測(cè)定[16]。

煙葉產(chǎn)量、品質(zhì)測(cè)定：各處理煙葉成熟后分區(qū)采收，單獨(dú)編桿裝炕烘烤，烘烤后按照GB2635-92進(jìn)行分級(jí)、計(jì)產(chǎn)、計(jì)值；化學(xué)成分采用連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)定煙葉中的總糖、還原糖、煙堿、鉀和氯含量等，方法參照《中華人民共和國(guó)煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel、SAS進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用Excel 2003繪制相應(yīng)的圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同作物茬口對(duì)煙田土壤有機(jī)質(zhì)的影響

土壤有機(jī)質(zhì)是土壤中包括原狀的或處于不同分解階段的全部有機(jī)物質(zhì)的總稱，土壤有機(jī)質(zhì)可改善土壤的理化性狀，提高土壤的保水保肥及供肥能力，是衡量土壤肥力高低的重要指標(biāo)。由圖1可以看出，隨著烤煙生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程的推進(jìn)，不同作物茬口煙田土壤有機(jī)質(zhì)含量呈逐漸降低的趨勢(shì)。團(tuán)棵期，土壤有機(jī)質(zhì)含量表現(xiàn)為玉米茬>大豆茬>煙草茬>甘薯茬；成熟期，土壤有機(jī)質(zhì)含量表現(xiàn)為玉米茬>煙草茬>大豆茬>甘薯茬。

2.2 不同作物茬口對(duì)煙田土壤酶活性的影響

土壤脲酶能夠分解有機(jī)物，催化反應(yīng)生成氨，氨是煙草生長(zhǎng)主要的氮素來源，脲酶活性與土壤中氮的供應(yīng)與利用密切相關(guān)。由圖2可知，在煙草的生長(zhǎng)期內(nèi)，玉米、甘薯、大豆、煙草4種茬口煙田土壤脲酶活性的動(dòng)態(tài)變化呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)。旺長(zhǎng)期，土壤脲酶活性達(dá)到最高，脲酶活性的增加促進(jìn)了土壤中有機(jī)氮向無機(jī)態(tài)氮轉(zhuǎn)化，以供應(yīng)煙株對(duì)氮素的需求。在煙草旺長(zhǎng)期以玉米茬煙田土壤脲酶活性最大，且與另外3種茬口相比達(dá)到顯著性差異。成熟期，脲酶活性較旺長(zhǎng)期有所降低，脲酶活性的降低減少了土壤有機(jī)物的分解，對(duì)煙葉適時(shí)落黃、成熟較為有利。

蔗糖酶又稱轉(zhuǎn)化酶，是土壤中參與碳循環(huán)的一種重要酶，它使蔗糖水解為果糖和葡萄糖，產(chǎn)生容易被植物吸收利用的有機(jī)物質(zhì)，給土壤微生物提供能源[17]。由圖3可以看出，蔗糖酶活性隨著煙草生育期的推進(jìn)呈增加趨勢(shì)，除玉米茬外其他茬口的蔗糖酶活性均在成熟期達(dá)到最大值，不同茬口的蔗糖酶活性則均表現(xiàn)為甘薯茬>大豆茬>玉米茬>煙草茬。

土壤磷酸酶可催化磷酸脂類或磷酸酐的水解，使蓄態(tài)磷向有效磷轉(zhuǎn)化，其活性的大小影響著土壤有機(jī)磷的分解轉(zhuǎn)化及其生物有效性。由圖4可知，不同作物茬口的磷酸酶活性隨著煙草的生長(zhǎng)發(fā)育，呈先升高后降低的趨勢(shì)，在旺長(zhǎng)期，磷酸酶活性達(dá)到高峰，磷酸酶活性強(qiáng)有利于土壤活化更多的有效態(tài)磷，為煙草的生長(zhǎng)發(fā)育提供更多的磷素。從不同茬口來看，玉米茬、煙草茬的磷酸酶活性大于甘薯茬和大豆茬，在成熟期土壤磷酸酶活性表現(xiàn)為玉米茬>大豆茬>煙草茬>甘薯茬。

土壤過氧化氫酶能催化H2O2分解，降解H2O2對(duì)煙草的毒害，其活性大小可表征土壤消除呼吸過程所產(chǎn)生H2O2的能力。由圖5可知，在烤煙整個(gè)生育期內(nèi)，土壤過氧化氫酶活性有先增高后降低的趨勢(shì)。從團(tuán)棵期看，不同茬口土壤過氧化氫酶活性表現(xiàn)為大豆茬>甘薯茬>玉米茬>煙草茬。

2.3 不同作物茬口對(duì)煙葉內(nèi)在化學(xué)成分的影響

煙葉烘烤后的內(nèi)在化學(xué)成分是評(píng)價(jià)煙葉質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。烤煙的糖含量在一定的范圍內(nèi)與評(píng)吸質(zhì)量呈正相關(guān)，過低或過高均會(huì)對(duì)煙氣產(chǎn)生不良影響[1]。由表1可知，在C3F和B2F等級(jí)的煙葉中總糖、還原糖含量表現(xiàn)為甘薯茬>大豆茬>煙草茬>玉米茬，甘薯茬、大豆茬的還原糖含量在22.98%～24.01%，有利于優(yōu)質(zhì)煙葉品質(zhì)的形成。

煙葉的勁頭、吃味受煙堿含量的影響，煙堿最適含量范圍在2.2%～2.8%。由表1可知，煙堿含量表現(xiàn)為甘薯茬>豆茬>煙草茬>玉米茬；在C3F等級(jí)中，煙草茬、玉米茬煙葉的煙堿含量低于最適范圍，在B2F等級(jí)中，玉米茬煙葉的煙堿含量略低于最適范圍。

煙草是忌氯作物，煙草中的氯離子含量影響其燃燒性，若氯離子含量過高，煙葉易發(fā)生黑灰熄火，煙葉中氯離子含量適宜范圍在0.4%～0.6%。由表1可知，在C3F和B2F等級(jí)的煙葉中，氯離子含量表現(xiàn)為玉米茬>煙草茬>大豆茬>甘薯茬，甘薯茬的氯離子含量較低，玉米茬和煙草茬的氯離子含量較高。

鉀能促進(jìn)煙株體內(nèi)碳水化合物的運(yùn)轉(zhuǎn)，增加煙葉的燃燒性，提高煙葉品質(zhì)。由表1可知，在C3F和B2F等級(jí)的煙葉中，鉀含量表現(xiàn)為甘薯茬>大豆茬>煙草茬>玉米茬。

還原糖與煙堿含量的比值稱為糖堿比，其比值適宜范圍在8～10。由表1可知，C3F、B2F等級(jí)煙葉中，甘薯茬、大豆茬煙葉的糖堿比在適宜范圍內(nèi)，表明甘薯茬、大豆茬煙田的烤煙品質(zhì)相對(duì)較好。

3 小結(jié)與討論

茬口特性是指種植某一作物后土壤所表現(xiàn)出的生產(chǎn)性能，不同的作物其茬口特性有較大差異[18]。彭云等[19]研究認(rèn)為不同的作物前茬能夠顯著影響煙株的生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量和評(píng)吸質(zhì)量，煙草的前茬以小麥、油菜或綠肥為最佳。王欣英等[20]研究認(rèn)為玉米茬根際和非根際土壤的氮、磷含量低于甘薯茬，而鉀和氯的含量則高于甘薯茬，甘薯茬與玉米茬相比對(duì)提高煙草的產(chǎn)量和品質(zhì)更為有利；劉優(yōu)雄等[21]研究認(rèn)為水稻茬和油菜茬能夠促進(jìn)烤煙生長(zhǎng)，增加煙葉內(nèi)在化學(xué)成分的協(xié)同性，有利于煙葉產(chǎn)量和化學(xué)品質(zhì)的提高，而玉米茬和煙草茬則不利于烤煙的生長(zhǎng)，烤后煙葉的化學(xué)成分比例不協(xié)調(diào)，降低了煙葉的產(chǎn)量和品質(zhì)。本試驗(yàn)結(jié)果表明，玉米茬的土壤有機(jī)質(zhì)含量、脲酶、磷酸酶的活性高于其他作物茬口，而蔗糖酶、過氧化氫酶活性則低于大豆茬和甘薯茬，不同作物茬口對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量及酶活性有顯著影響，從而影響到煙株的生長(zhǎng)發(fā)育，這與彭云等[19]的研究結(jié)果基本一致。從不同茬口煙葉的化學(xué)成分來看，以甘薯茬、大豆茬煙葉的內(nèi)含物協(xié)調(diào)性好，品質(zhì)最佳，這一結(jié)果與王欣英等[20]、劉優(yōu)雄等[21]的研究結(jié)果一致。在豫西煙區(qū)，以甘薯茬或豆茬有利于煙株生長(zhǎng)，煙葉內(nèi)在化學(xué)成分比較協(xié)調(diào)，煙葉內(nèi)在品質(zhì)較好。而玉米茬對(duì)煙草生育及品質(zhì)的不利影響則有待進(jìn)一步深入研究。

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