增施生物炭对烤烟成熟期根际土壤酶活性的影响

龚丝雨,聂亚平,3,张启明,钟思荣,张世川,何宽信,刘齐元

(1.江西农业大学 农学院/作物生理生态与遗传育种教育部重点实验室/江西省作物生理生态与遗传育种重点实验室，江西 南昌 330045；2.江西省烟叶科学研究所，江西 南昌 330025；3.浙江财经大学，浙江 杭州 310018)

增施生物炭对烤烟成熟期根际土壤酶活性的影响

龚丝雨1,聂亚平1,3*,张启明2,钟思荣1,张世川1,何宽信2,刘齐元1**

(1.江西农业大学 农学院/作物生理生态与遗传育种教育部重点实验室/江西省作物生理生态与遗传育种重点实验室，江西 南昌 330045；2.江西省烟叶科学研究所，江西 南昌 330025；3.浙江财经大学，浙江 杭州 310018)

田间试验向土壤中增施不同量的生物炭，再对烤烟成熟期根际土壤过氧化氢酶、脲酶、转化酶、多酚氧化酶活性进行了分析。结果表明：增施生物炭可显著提高土壤过氧化氢酶和脲酶活性，但对根际土壤转化酶和多酚氧化酶活性影响不显著；生物炭与有机肥配施比与无机肥配施改善土壤酶活性的效果更好。

生物炭；土壤酶；烤烟；成熟期

Abstract： The activities of catalase, urease, sucrase and polyphenol oxidase in the rhizospheric soil of flue-cured tobacco at maturity stage were studied by the field experiment of adding different amount of biochar to the soil. The results showed that increasing the application of biochar significantly increased the activities of catalase and urease in the rhizospheric soil, but it had no significant effects on the activities of soil sucrase and polyphenol oxidase. The combined application of biochar and organic fertilizer had better improvement effects on soil enzyme activity than the combined application of biochar and inorganic fertilizer.

Keywords： Biochar; Soil enzyme; Flue-cured tobacco; Maturity stage

近年来，不合理的耕作方式和过量施用化肥现象越来越普遍，人们在追求作物经济效益的同时，对土壤的负面影响也日渐凸显。烟草是我国重要的经济作物，土壤质量下降对烟叶的产量及品质会造成严重影响[1]，因此，适合烟叶生长发育的土壤环境(水、肥、气、热)是提高烟草产量及品质的关键。土壤酶对土壤中动植物残体及凋落物的分解与转化、化学元素的循环利用、土壤结构的形成等过程起着必不可少的作用[2]。土壤酶活性可以作为衡量土壤肥力和土壤微生物代谢活动强弱的重要指标[3]。生物炭是指植物生物质在部分或完全缺氧的条件下经热解炭化产生的一类富碳物质，具有较大的比表面积和丰富的微孔结构，能提高土壤的肥料吸附能力[4]、肥料养分利用率[5]、土壤持水性能[6]、土壤阳离子交换量[7]、土壤pH值[8]、土壤微生物种类及数量[9]，降低污染物对土壤环境的影响[10-11]。因此生物炭被广泛用于耕地土壤质地的改良。

目前施用生物炭对烤烟根际土壤酶活性的影响研究较少，本试验研究了生物炭分别与无机肥和有机肥配施对烤烟成熟期根际土壤酶活性的影响，旨在为利用生物炭改良土壤生物学特性、持续发展土壤生产力提供科学依据。

1 材料与方法

1.1试验地点概况

本试验在江西省赣州市信丰县西牛镇阳田村烟草实验基地进行，供试土壤类型为旱地紫色土，pH值为7.6，有机质9.0 g/kg，速效氮53.1 mg/kg，速效磷15.1 mg/kg，速效钾325 mg/kg。试验地水肥灌溉设施完善，土壤肥力均衡。

1.2供试材料

试验材料为烤烟K326，采用漂浮育苗，选取长势一致、苗龄适宜的健壮植株统一移栽，供试肥料为：生物有机肥(全氮0.44 g/kg，全磷0.23 g/kg，全钾0.067 g/kg)、生物炭(玉米秸秆)、烟草专用复合肥(10 %N、8% P2O5、20% K2O)、硝酸钾、硫酸钾、过磷酸钙。

1.3试验设计

在固定纯氮(N)用量为135 kg/hm2、N∶P2O5∶K2O为1∶1∶3的前提下，本试验设4个处理：T1：无机肥(100%化肥)；T2：有机肥(有机氮占总氮的20%)；T3：无机肥+生物炭(2250 kg/hm2)；T4：有机肥+生物炭。

每个处理3次重复，共12个小区。各处理供试肥料及磷肥作基肥施用，硝酸钾和硫酸钾作追肥并配施适量烟草专用复合肥。基肥在移栽前7 d开沟条施，开沟深度为20 cm。追肥采用定量浇施，在移栽后第30天分3次施下。

1.4测定项目及方法

1.4.1 取样 在烤烟的成熟期，每个处理采集烟株根际土壤样品各3份，混匀搅拌制成1份，剔除杂质和须根，自然风干之后研磨过筛，密闭保存，用于测定土壤酶活性。

1.4.2 测定土壤酶活性 采用关松荫[12]法测定过氧化氢酶(以单位土重消耗0.1 mol/L KMnO4的毫升数表示其活性，单位为mL/g)、脲酶(以单位土重产生的NH4-N的微克数表示其活性，单位为μg/g)、转化酶(以单位土重消耗0.1 mol/L Na2S2O3的毫升数表示其活性，单位为mL/g)、多酚氧化酶(以单位土重产生的红紫棓精的微克数表示其活性，单位为μg/g)的活性。

1.5数据处理

所有数据用Excel 2007和SPSS 19.0进行统计分析。

2 结果与分析

2.1增施生物炭对烤烟成熟期根际土壤过氧化氢酶活性的影响

由图1可以看出，各处理的过氧化氢酶活性依次为：T4(13.58 mL/g)>T2(10.07 mL/g)>T3(8.28 mL/g)>T1(5.54 mL/g)，各处理之间存在显著性差异，即T4的过氧化氢酶活性显著高于T2，T2显著高于T3，T3又显著高于T1。与T1相比，T3的过氧化氢酶活性提高了49.46%；与T2相比，T4的过氧化氢酶活性提高了34.86%，说明增施生物炭对土壤过氧化氢酶活性促进效果明显，其中以生物炭与有机肥配施(T4)改善效果最佳。

图1 增施生物炭对成熟期根际土壤过氧化氢酶活性的影响

2.2增施生物炭对烤烟成熟期根际土壤脲酶活性的影响

各处理脲酶活性(图2)依次为：T4(153.42 μg/g)>T2(122.15 μg/g)>T3(89.36 μg/g)>T1(74.00 μg/g)，各处理之间差异显著，说明增施生物炭对脲酶活性有显著促进作用。其中处理T3的脲酶活性比处理T1提高了23.84%；处理T4比处理T2的脲酶活性提高了25.83%，这表明增施生物炭能提高土壤脲酶活性，有机肥与生物炭配施(T4)优于其他处理，对促进土壤脲酶活性效果最好。

图2 增施生物炭对成熟期根际土壤脲酶活性的影响

2.3增施生物炭对烤烟成熟期根际土壤转化酶活性的影响

分析图3可知：各处理土壤转化酶活性由高到低依次为T4(2.62 mL/g)>T2(2.45 mL/g)>T3(2.13 mL/g)>T1(2.01 mL/g)，T1与T3之间、T2与T4之间均无显著性差异，这说明增施生物炭对土壤转化酶活性并无显著影响；而T1与T2之间、T3与T4之间差异显著，T4的转化酶活性最高，表明在有机肥基础上增施生物炭促进转化酶效果最佳。

2.4增施生物炭对烤烟成熟期根际土壤多酚氧化酶活性的影响

分析图4发现，在成熟期各处理多酚氧化酶活性依次为：T1(370.32 μg/g)>T3(361.23 μg/g)>T2(308.56 μg/g)>T4(298.61 μg/g)，因此各处理土壤腐殖化程度由高到低依次为：T4>T2>T3>T1。T1与T3之间、T2和T4之间无显著性差异，说明增施生物炭不能显著提高土壤腐殖化程度。T3与T4之间差异显著，生物炭与有机肥配施(T4)的效果优于生物炭与无机肥配施(T2)。

图3 增施生物炭对成熟期根际土壤转化酶活性的影响

图4 增施生物炭对成熟期根际土壤多酚氧化酶活性的影响

3 讨论与结论

3.1生物炭与土壤过氧化氢酶活性的关系

烟株的生长和土壤有益微生物活动常常受到过氧化氢的毒害，而土壤中的过氧化氢酶可以促进过氧化氢的分解，其活性在一定程度上可以反映土壤微生物活动的强弱[3]。王丽渊[13]研究发现，增施中低量的生物炭能够提高烤烟生长后期植烟土壤过氧化氢酶活性，而增施高量的生物炭则对生长后期产生抑制作用。周震峰等[14]认为，在土壤中增施生物炭对过氧化氢酶活性的影响为早期抑制、后期促进。本试验各处理的过氧化氢酶活性由高到低依次为：T4>T2>T3>T1，各处理之间差异显著，这说明增施生物炭可以在一定程度上提高土壤过氧化氢酶活性，本试验研究时期为烤烟成熟期，属于后期，这与前人研究结果基本一致。试验结果还表明生物炭与有机肥配施效果最佳，其原因可能是生物炭疏松多孔的结构能够吸附过氧化氢而降低对土壤的危害作用。

3.2生物炭与土壤脲酶活性的关系

脲酶是一种酰胺酶，参与土壤氮循环，能催化尿素生成烟株根系易于吸收的无机氮和二氧化碳[15]，其活性可以表示土壤氮素状况。郭俊娒等[16]将秸秆炭施入东北黑土后，其脲酶活性显著增加。冯爱青等[17]在棕壤中添加玉米秸秆生物炭后，该土壤的脲酶和脱氢酶活性得到显著提高。还有研究[14,18-20]表明，向土壤中添加不同量的生物炭会对脲酶活性产生不同的促进效果，中低水平添加量的生物炭对脲酶活性的促进作用显著低于高水平添加量。本研究结果的脲酶活性由高到低依次为：T4>T2>T3>T1，各处理之间存在显著性差异，这表明在土壤中增施生物炭对脲酶活性能产生显著提高作用，其中，在有机肥基础上增施生物炭比其他处理更好，更能促进土壤有机氮转化为无机氮，利于烟株对氮素的充分吸收，这可能主要是因为生物炭能吸附反应底物尿素，有机肥中又含有较多可利用的氮源，进而促进了酶促反应，加速了氮循环。

3.3生物炭与土壤转化酶活性的关系

土壤转化酶能够促使蔗糖分子水解，土壤的熟化程度越高，转化酶的活性则越强，所以人们常用转化酶活性高低来表征土壤的肥力水平和土壤的熟化程度[21]。有研究[22-23]表明，在东北黑土施入秸秆炭后，转化酶活性无显著提升，推测其原因是秸秆炭易吸附可溶性有机质，从而抑制了转化酶的酶促反应。陈心想等[24]研究玉米-小麦轮作试验，探究在塿土土壤中增施不同量的生物炭对土壤相关酶活性的影响，结果表明小麦季碱性磷酸酶和转化酶活性无显著变化。黄剑[18]的研究表明，当施用较高水平生物炭时，土壤碱性磷酸酶活性和转化酶活性显著增加。本试验各处理的土壤转化酶活性依次为T4>T2>T3>T1，处理T1与T3之间、T2与T4之间均无显著性差异，说明生物炭的增施对提高土壤转化酶活性无显著效果，可能是由于本试验的生物炭施用量较低。

3.4生物炭与土壤多酚氧化酶活性的关系

土壤中的多酚氧化酶是一种以铜为中心的蛋白酶，能够催化土壤中芳香类化合物生成腐殖质。土壤腐殖化程度越高，土壤中多酚氧化酶活性则越低。陈强龙[25]的研究表明，在土壤中施入秸秆生物炭对冬小麦根际土壤的多酚氧化酶活性的影响不显著。王涵等[26]对酸性土壤酶活性的研究结果显示多酚氧化酶活性呈现酸化抑制、碱化激活现象。本试验各处理的土壤腐殖化程度由高到低依次为：T4>T2>T3>T1，T1与T3之间、T2与T4之间均无显著性差异，表明增施生物炭对降低多酚氧化酶活性无显著影响，即对土壤腐殖化没有明显促进作用。推测原因是多酚氧化酶活性呈现酸化抑制、碱化激活，秸秆生物炭虽能提高土壤pH值，但可能由于短时内较难分解，试验土壤仍显中性。

以上试验结果表明：生物炭的增施能够不同程度地改善土壤酶的活性，特别是显著增加了过氧化氢酶和脲酶的活性，这对加快根系生理代谢活动，提高土壤肥力，维持植烟土壤微生态环境良性循环具有重要影响。试验结果还表明，生物炭与生物有机肥的配施效果最好，原因可能是生物炭具有多孔结构，吸附力较强，能提高土壤保水蓄水能力，可以吸附反应底物，提高土壤酶活性而促进酶促反应进行；生物炭能为土壤微生物提供栖息地，增加土壤微生物多样性；生物炭还可以稳定土壤碳库，维持土壤生态平衡。此外，生物有机肥兼具生物肥能提高土壤微生物活性和有机肥能增加土壤有机质含量的功能，因此两者的配施对提高土壤肥力和提升土壤熟化程度有重要作用。

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(责任编辑：许晶晶)

EffectsofIncreasingBiocharApplicationonSoilEnzymeActivitiesinRhizosphereofFlue-curedTobaccoduringMaturity

GONG Si-yu1, NIE Ya-ping1,3*, ZHANG Qi-ming2, ZHONG Si-rong1, ZHANG Shi-chuan1, HE Kuan-xin2, LIU Qi-yuan1**

(1. College of Agronomy, Jiangxi Agricultural University / Key Laboratory of Crop Physiology, Ecology and Genetic Breeding, Ministry of Education / Jiangxi Provincial Key Laboratory of Crop Physiology, Ecology and Genetic Breeding, Nanchang 330045, China; 2. Jiangxi Tobacco Leaf Research Institute, Nanchang 330025, China; 3. Zhejiang University of Finance and Economics, Hangzhou 310018, China)

S572

A

1001-8581(2017)10-0054-04

2017-06-08

江西省烟草专卖局科技项目(201301004)；江西省研究生创新专项资金项目(YC2015-S188)。

龚丝雨(1995─)，女，江西宜春人，主要研究方向：烟草生理生态。*共同第一作者：聂亚平。**通讯作者：刘齐元。