土壤酶與微生物對烤煙生長和品質(zhì)的影響

陳若星，蘇加坤，王建兵，蔡繼寶，楊虹琦，任周營，王得強，羅海濤，倪悅

1 江西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)研發(fā)中心,南昌市高新區(qū)京東大道201號 330096；

2 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)生物科學(xué)技術(shù)學(xué)院,煙草科學(xué)與健康重點實驗室,長沙市芙蓉區(qū)農(nóng)大路1號 410128

土壤酶與微生物對烤煙生長和品質(zhì)的影響

陳若星1，蘇加坤1，王建兵1，蔡繼寶1，楊虹琦2，任周營1，王得強1，羅海濤1，倪悅1

1 江西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)研發(fā)中心,南昌市高新區(qū)京東大道201號 330096；

2 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)生物科學(xué)技術(shù)學(xué)院,煙草科學(xué)與健康重點實驗室,長沙市芙蓉區(qū)農(nóng)大路1號 410128

為進一步研究土壤因素對烤煙生長和品質(zhì)的影響。對烤煙生育期內(nèi)不同土壤類型的酶活性和微生物數(shù)量進行了測定,分析了土壤酶活性及微生物數(shù)量的相關(guān)性以及二者與烤煙理化指標(biāo)的相關(guān)性。結(jié)果表明：紫色土微生物含量豐富,其土壤酶活性變化規(guī)律利于形成良好的煙葉品質(zhì)；水稻土植煙成熟期內(nèi)脲酶等活性較高,不利于烤煙脫氮；紅壤微生物數(shù)量較少,除過氧化氫酶外其他酶活性較低,可能造成養(yǎng)分利用率較低,不利于烤煙生長發(fā)育。

土壤微生物；土壤酶；烤煙；生長發(fā)育；品質(zhì)

土壤酶和微生物是土壤生物學(xué)特征的主要組成部分,它們的存在使得土壤具有與生物體相似的代謝能力,形成了分解、合成和轉(zhuǎn)化的循環(huán)體系[1]。土壤酶作為生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)化主要催化劑,幾乎參與土壤中所有生化反應(yīng)過程[2]。而不同類型土壤的起源、發(fā)生和發(fā)展條件不同,它們的酶活性狀況也不同,其差異亦可作為鑒別土壤類型依據(jù)[3]。土壤微生物的生命活動能促進土壤中有機態(tài)成分分解成植物可吸收的無機態(tài),而植物枝葉殘體等又為微

生物提供了C、N來源,微生物與植物相互影響,相互作用。所以土壤微生物種類、數(shù)量及其變化在一定程度上反映了土壤有機質(zhì)的礦化速度和各養(yǎng)分的存在狀態(tài)[4]。相關(guān)研究表明,細(xì)菌是土壤三大微生物類群中的主要部分,它對植物根系環(huán)境中物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)化起主導(dǎo)作用。放線菌主要參與植物根等殘體的分解過程,放線菌在生長過程中代謝產(chǎn)生的抗生素還可以抑制部分有害病原微生物生長[5]。桂陽煙區(qū)是湖南典型濃香型煙葉主產(chǎn)區(qū),該煙區(qū)土壤類型多樣,其中主要植煙土壤有水稻土、紅壤、紫色土、黃紅壤、黑色石灰土。目前針對前3種土壤類型與煙葉品質(zhì)關(guān)系的研究較少,陳若星等[6]討論了該三種土壤類型對烤煙品質(zhì)的影響,本文將分析3種土壤類型的土壤酶及微生物的差異,以期進一步了解土壤因素對煙葉品質(zhì)的影響,為改善植煙土壤環(huán)境,有效提高煙葉品質(zhì)提供試驗依據(jù)和理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗于2010年在湖南省郴州市桂陽縣進行。試驗品種為云煙87。分別選取氣候條件相近的3個村進行試驗,即仁義鎮(zhèn)梧桐村（水稻土）,銀河鄉(xiāng)潭池村（紫色土）,浩塘鄉(xiāng)大留村（紅壤）。各試驗點分別選取3戶具有代表性農(nóng)戶的地塊。于每個地塊中采用5點法取0～20 cm耕層土壤進行養(yǎng)分測定。取樣時間和土壤養(yǎng)分狀況見表1和表2。

表1 土壤取樣時間Tab.1 The sampling time of soils

表2 3種植煙土壤養(yǎng)分狀況Tab.2 Nutrient status of three types of tobacco-growing soil

1.2 測定項目與方法

土壤酶活性的測定參照關(guān)松蔭[3]主編《土壤酶及其研究方法》。土壤脲酶活性采用苯酚-次氯酸鈉比色法測定,即以脲素為基質(zhì)經(jīng)酶促反應(yīng)后測定生成的氨量求得土壤中脲酶活性。過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測定,用高錳酸鉀溶液滴定過氧化氫分解反應(yīng)剩余過氧化氫的量,以此表示過氧化氫酶的活性。蔗糖酶活性測定采用3,5-二硝基水楊酸比色法,通過測定蔗糖酶酶解蔗糖所生成的還原糖與 3,5- 二硝基水楊酸反應(yīng)而生成橙色的3-氨基-5-硝基水楊酸的顏色深度,確定還原糖產(chǎn)生量,以此表示蔗糖酶的活性。有機質(zhì)采用水合熱重鉻酸鉀氧化-比色法,利用濃H2SO4加入到K2Cr2O7水溶液中所產(chǎn)生的熱量（稀釋熱、水合熱）來氧化土壤有機質(zhì),過量的K2Cr2O7用標(biāo)準(zhǔn)FeSO4標(biāo)準(zhǔn)溶液來滴定,從所消耗的K2Cr2O7的量來計算有機碳的含量。土壤微生物按常規(guī)的稀釋分離平皿菌落計數(shù)法測定。細(xì)菌培養(yǎng)采用葡萄糖牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基,放線菌培養(yǎng)采用高氏1號培養(yǎng)基,真菌培養(yǎng)采用馬丁氏培養(yǎng)基。細(xì)菌、真菌、放線菌計數(shù)采用稀釋涂抹平板法。微生物數(shù)量以每克干土所含的菌數(shù)表示。文中所涉及到的烤煙生長和品質(zhì)情況詳見作者前文[6]。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理后采用SPSS 13.0進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同植煙土壤酶活性變化規(guī)律

由圖1可知,烤煙生育期內(nèi)土壤脲酶活性大致呈先升后降的趨勢,最高酶活性出現(xiàn)在打頂時期左右。紅壤除過氧化氫酶外其他酶活性均相對較低,這可能因為水稻土和紫色土微生物數(shù)量較多,而微生物向土壤釋放酶類時,糖酶和磷酸酶是首先釋放的；另一方面也可能由于紅壤質(zhì)地親水性不強,不利于酶類的穩(wěn)定。還可看出紫色土脲酶活性打頂前較高,進入成熟期后下降也較快,利于煙株前期的生長發(fā)育和后期煙葉成熟脫氮。水稻土打頂前脲酶活性較高,進入成熟期后酶活性下降較慢,成熟期內(nèi)脲酶活性依舊較高。紅壤脲酶活性在烤煙生育期內(nèi)都較低,可能造成氮素利用率較低?？緹熒趦?nèi)3種植煙土壤過氧化氫酶活性變化趨勢表現(xiàn)為呈先降后升,在煙葉采收后期又有所下降。其中紅壤中過氧化氫酶活性較高,這可能由于該土壤質(zhì)地偏砂性,透氣性較好,土壤含氧豐富,而過氧化氫酶產(chǎn)生菌多為需氧微生物。水稻土中過氧化氫酶活性在3種植煙土壤中相對較低。

移栽后一段時間內(nèi)蔗糖酶活性變化并不大,中耕培土后大幅升高,在成熟中期達(dá)到最大值之后有所下降。紫色土和水稻土蔗糖酶活性較高,紅壤較低。堿性磷酸酶能加速土壤中有機磷的脫磷速度,改善土壤供磷水平,土壤堿性磷酸酶活性在烤煙移栽后至旺長期呈增加趨勢,打頂后顯著下降?？緹熒趦?nèi),3種土壤中水稻土堿性磷酸酶活性最高,紫色土次之,但紫色土堿性磷酸酶活性在成熟前期降幅較大,所以在成熟后期酶活性檢測值略低于紅壤。

圖1 不同類型土壤中土壤酶活性變化規(guī)律Fig.1 Variation pattern of soil enzyme in different soil types

2.2 不同植煙土壤微生物數(shù)量及有機質(zhì)含量變化規(guī)律

由圖2可知,烤煙生育期內(nèi)3種土壤中微生物數(shù)量變化趨勢基本一致,但總量有所差異。紫色土中微生物數(shù)量最多,植煙后期下降趨勢更為明顯。水稻土微生物數(shù)量處于三者中間水平,但其細(xì)菌數(shù)量在煙葉成熟期內(nèi)下降不明顯,這可能由于后期養(yǎng)分保留量較多造成,也有可能由于其有機質(zhì)含量豐富,土壤環(huán)境相對濕潤,利于微生物增殖。紅壤中微生物數(shù)量均相對較少,這可能由于紅壤養(yǎng)分相對貧瘠。土壤有機質(zhì)主要來源于腐殖質(zhì)、動植物殘體和微生物體,其中土壤腐殖質(zhì)占80%以上[7]?？緹熒趦?nèi)土壤中有機質(zhì)含量整體呈增加趨勢,且成熟期內(nèi)增幅更為明顯,這可能由于后期高溫高濕的氣候條件加速了煙株根毛的的衰老枯落和植物體的腐爛,造成了根際土壤有機質(zhì)含量的升高。三者有機質(zhì)含量水稻土＞紫色土＞紅壤。

圖2 不同土壤類型中微生物和有機質(zhì)含量的變化規(guī)律Fig.2 Variation pattern of microorganism and organic matter content in different soil types

2.3 土壤酶活性及微生物數(shù)量與烤煙理化指標(biāo)相關(guān)性分析

烤煙生育期內(nèi)土壤酶活性變化和微生物含量相關(guān)性分析結(jié)果（表3）表明,土壤細(xì)菌與烤煙葉長、葉寬、寬長比、總氮和鉀含量呈顯著性正相關(guān),與總糖顯著性負(fù)相關(guān),這說明土壤細(xì)菌數(shù)量的增加對烤煙生長和鉀的吸收有明顯促進作用,但不利于煙葉糖類化合物合成,這可能由于促進氮素吸收后對作物碳氮循環(huán)造成了一定影響。放線菌和真菌與烤煙理化指標(biāo)未表現(xiàn)顯著相性關(guān)性。土壤脲酶活性與烤煙株高、莖圍、節(jié)距、單葉重和干物質(zhì)重顯著性正相關(guān),與煙葉總氮和煙堿含量極顯著性正相關(guān),說明高脲酶活性的土壤利于烤煙生長,但同時也會顯著促進煙葉氮素累積。過氧化氫酶活性與煙葉總糖含量顯著性正相關(guān),與煙葉總氮和煙堿含量顯著性負(fù)相關(guān)。蔗糖酶活性與烤煙葉長、葉寬、寬長比和鉀含量顯著性正相關(guān),其對煙葉開片有較好的促進作用。堿性磷酸酶與烤煙株高、莖圍顯著性正相關(guān),與總糖、還原糖和氯含量顯著性負(fù)相關(guān)。

表3 土壤微生物數(shù)量、酶活性與烤煙理化指標(biāo)相關(guān)性分析結(jié)果Tab.3 Correlation analysis results of enzyme activity, microbe quantity and physical characters of tobacco leaves.

2.4 土壤酶活與微生物數(shù)量相關(guān)性分析

烤煙生育期內(nèi)微生物含量和土壤酶活性變化相關(guān)性分析結(jié)果表明,細(xì)菌、真菌數(shù)量與脲酶、蔗糖酶活性有極顯著的正相關(guān)性,與堿性磷酸酶有顯著正相關(guān)性。這說明這3種酶的酶活性在烤煙生育期內(nèi)受微生物的影響較大,微生物是土壤脲酶和蔗糖酶的主要來源之一。堿性磷酸酶除微生物來源外,可能有少部分來自于植物根系等；而過氧化氫酶則可能主要來自植物根系。

表4 土壤酶活性與土壤微生物數(shù)量相關(guān)性分析結(jié)果Tab.4 Correlation analysis results of enzyme activity and microbe quantity

3 討論

不同類型土壤的起源、發(fā)生和發(fā)展條件不同,它們的生物學(xué)特征也不同。湛方棟認(rèn)為在中性紫色土中,根際細(xì)菌和放線菌的種群多樣[8]。卜洪震等研究了稻田不同土壤類型微生物數(shù)量,結(jié)果表明紫色土具有微生物含量極為豐富,有機質(zhì)和養(yǎng)分含量適中的特點[9]。紫色土在烤煙生育期內(nèi)的土壤生物學(xué)特征和供肥規(guī)律都利于煙葉生長和改善品質(zhì),這些特點可能是紫色土煙葉形成良好品質(zhì)的土壤條件。

本研究中烤煙不同生育期土壤酶和微生物活性變化規(guī)律與張友杰[10]等研究結(jié)果類似,但在后期并未出現(xiàn)其文中“明顯上升”的趨勢,這可能由于本文檢測時間和所使用土壤材料不盡相同所致。綜合前文及本研究結(jié)果可知,紫色土微生物含量豐富,打頂前脲酶和蔗糖酶活性較高,蔗糖酶活性適中,打頂后脲酶和蔗糖酶活性下降明顯,這既能保證烤煙前期生長發(fā)育所需養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化,也有助于煙葉后期脫氮,這是紫色土種植烤煙品質(zhì)優(yōu)于其他二者的土壤條件之一。水稻土脲酶、蔗糖酶、堿性磷酸酶活性較高,能促進土壤養(yǎng)分釋放和植株吸收,造成了烤煙后期生長量較大,氮素進一步累積,從而影響了烤煙品質(zhì)。而紅壤微生物數(shù)量少,酶活性低可能造成土壤養(yǎng)分分解困難,植株養(yǎng)分利用率較低,這也是導(dǎo)致其烤煙生長發(fā)育水平低于其他兩者的主要原因之一。

4 結(jié)論

土壤脲酶和磷酸酶對烤煙莖的發(fā)育作用明顯,蔗糖酶能有效促進葉片發(fā)育,四種酶又均與烤煙碳氮循環(huán)顯著相關(guān)。細(xì)菌數(shù)量不僅直接影響烤煙生長發(fā)育,其與真菌還能促進脲酶、堿性磷酸酶和蔗糖酶的釋放。

土壤酶與微生物的交互作用對烤煙生長發(fā)育及品質(zhì)形成有顯著影響,合理調(diào)控土壤微生物數(shù)量和酶活性有助于提高煙葉品質(zhì)。

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Effect of soil enzyme and edaphon on flue-cured tobacco growth and quality

CHEN Ruoxing1,SU Jiakun1, WANG Jianbing1, CAI Jibao1, YANG Hongqi2,REN Zhouying1, WANG Deqiang1,LUO Haitao1,NI Yue1
1 Technology Center, China Tobacco Jiangxi Industrial Co., Ltd., Nanchang 330096, China；
2 College of Bioscience and Biotechnology, Hunan Agricultural University, Key Laboratory of Tobacco Science & Health,Changsha 410128, China

Enzymatic activity and microbial numbers from different soil types at different growth stages of flue-cured tobacco were measured in order to determine their dynamic effect on physical characters of tobacco leaf.Results showed that purple soil that were rich in microbial content and high enzyme activity made forquality formation of flue-cured tobacco leaves.Tobacco leaves from paddy soil had high content of nitrogen compounds because of high activities of urease at maturing stages.The quantity of microbial and enzyme activity except catalase was lower in red soil, which resulted in reduced growth and development.

edaphon; soil enzyme; flue-cured tobacco; growth and development; quality

10.3969/j.issn.1004-5708.2014.03.012

S572.06 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1004-5708（2014）03-0073-06

江西省中煙工業(yè)有限責(zé)任公司專項項目“金圣品牌煙葉原料質(zhì)量保障體系的構(gòu)建”(贛煙工科計-01)

陳若星（1986—）,男,碩士,助理工程師,研究方向為煙草品質(zhì)化學(xué),Email：162047945@qq.com

2013-05-21