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EFFECT OF INCORPORATING MODELS OF Astragalus sinicus INTO SOIL ON MICROBES AND ENZYME IN TOBACCO SOIL

紫云英还田方式对烟田土壤微生物及酶的影响



全 文 :  核 农 学 报 2010, 24 (1) : 0130~0135
Journal of N uclear Agricultura l Sciences
收稿日期 : 2009204212 接受日期 : 2009208218
基金项目 :中国科学院知识创新工程项目 ( KZCX22YW 2437) ,国家自然科学基金项目 (40771116) ,国家支撑计划项目课题 (2008BADA7B09)
作者简介 :肖嫩群 (19752) ,女 ,湖南宁乡人 ,硕士生 ,助理实验师 ,研究方向为土壤微生物学。E2mail: xiaonenqun@ sohu. com
通讯作者 :肖和艾 (19622) , 男 ,湖南洞口人 ,副研究员 ,研究方向为土壤生物学。E2mail: haxiao@ isa. ac. cn
张杨珠 (19562) ,男 ,湖南安仁人 ,教授 ,研究方向为土壤质量演变与评价。E2mail: zhangyangzhu2006@1631com
文章编号 : 100028551 (2010) 0120130206
紫云英还田方式对烟田土壤微生物及酶的影响
肖嫩群 1, 3  沈宝明 2  谭周进 3  张祺玲 2  肖和艾 4  张杨珠 1
(11湖南农业大学资源环境学院 ,湖南 长沙 410128; 21湖南农业大学生物安全科技学院 ,湖南 长沙 410128;
31湖南中医药大学 ,湖南 长沙 410208; 41中国科学院亚热带农业生态研究所 ,湖南 长沙 410125)
摘  要 :为探明紫云英不同还田方式对土壤生物学特性的影响 ,选择合理的还田方式 ,通过定位试验进行
了全层翻耕紫云英覆盖、全层翻耕紫云英深埋和全层翻耕紫云英不还田 3种方法对烟草不同生育期的
土壤微生物数量、微生物活度和酶活性的影响研究。结果表明 :在烟草生育期内 ,好气性细菌数量呈现
前期急速下降 ,中期缓慢上升 ,后期稍微波动的趋势 ,深埋处理都略高于覆盖处理 ;真菌数量整体呈现上
升趋势 ,紫云英覆盖前期可显著增加真菌数量 ,深埋对真菌数量影响不大 ;放线菌数量紫云英还田处理
呈现前期下降 ,中期急速上升 ,后期缓慢上升的趋势。土壤微生物活度则先下降再持续上升 ,至烟草成
熟期 ,紫云英覆盖﹥紫云英深埋﹥不还田。土壤纤维素酶活性以旺长期为分界点 ,表现为前期增加、后
期下降的特点 ,紫云英还田高于不还田 ;土壤脲酶活性呈现先迅速下降 ,再缓慢上升 ,再急速上升的趋
势 ,以紫云英深埋处理的脲酶活性最高 ;土壤蛋白酶和过氧化氢酶的活性在烟草生育期的变化不大 ,都
表现为早期稍微下降 ,以后趋于平缓 ,以紫云英深埋的酶活性较高。土壤生物学综合评价表明 ,采用全
层翻耕紫云英深埋 (1500kg /667m2 )更利于提高土壤质量。
关键词 :紫云英 ;还田方式 ;土壤微生物 ;微生物活度 ;土壤酶
EFFECT O F INCO RPO RATING MOD EL S O F Astraga lus sin icus STRAW
INTO SO IL O N M ICRO BES AND ENZYM ES IN TO BACCO SO IL
X IAO Nen2qun1, 3  SHEN Bao2m ing2  TAN Zhou2jin3  ZHANG Q i2ling2  X IAO He2ai4  ZHANG Yang2zhu1
(11College of R esource and Environm ent Science, Hunan Agricu ltura l U niversity, Changsha, Hunan  410128;
21College of B iosafety Science and Technology, Hunan Agricu ltural U niversity, Changsha, Hunan 410128;
31Hunan U niversity of Traditional Chinese M edicine, Changsha, Hunan 410208;
41 Institu te of Subtropica l Agricu lture, Chinese Academ y of Sciences, Changsha, Hunan  410125)
Abstract: In order to determ ine the models of incorporating A straga lus sin icus into soil, the studies were conducted on
the effect of different incorporating models of A straga lus sin icus on soil m icrobial quantity, m icrobial activity and enzyme
activity during different growing periods of tobacco. The experiments were carried out by three full2thickness tillage
models, with 1500kg/667m2 Astraga lus sin icus straw on soil surface, with 1500kg/667m2 A straga lus sin icus straw deep in
soil and without app lied A straga lus sin icus straw in soil ( control). The results showed that the number of aerobic bacteria
decreased rap idly at the early tobacco growth stage, and slowly increased at the m iddle growth stage and then slightly
fluctuated. The quantity of aerobic bacteria in soil with 1500kg/667m2 A straga lus sin icus deep in soil was more than that
covered on surface. The amount of fungi decreased during the whole tobacco growth period. The amount of fungi in soil
covered with 1500kg/667m2 A straga lus sin icus on surface increased during early tobacco growth period. The quantity of
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 1期 紫云英还田方式对烟田土壤微生物及酶的影响
fungi in soil with 1500kg /667m2 Astraga lus sin icus deep in soil did not change that much. The quantity of actinomycetes
decreased at the early tobacco growth stage, followed by a sharp ly increase at the m iddle tobacco stage, and finally
gradually increased at the late tobacco stage. The quantity of actinomycetes in soil covered with 1500kg/667m2
Astraga lus sin icus on surface was more than the treatment with A straga lus sin icus deep in soil, and more than control.
M icrobial activity decreased at early tobacco stage, and continually increased at the later stages. Until the later tobacco
stage, the m icrobial activity in soil covered with 1500kg/667m2 A straga lus sin icus on surface was more than that deep in
soil, and more than control. Cellulase activity increased before vigorous growing stage and decreased after that.
Cellulase activity in soil with A straga lus sin icus was more than that without A straga lus sin icus. U rease activity dropped
sharp ly, followed by slightly increase, and then increased sharp ly at late growing stage. U rease activity was the highest
in soil with 1500kg/667m2 A straga lus sin icus deep in soil. Activities of p rotease and catalase were not affected seriously
during the whole growth period, which decreased slightly at the early growth stage and were higher in soil with 1500kg/
667m2 A straga lus sin icus deep in soil than those of the other treatments. Results suggested that full - thickness tillage
with 1500kg/667m2 A straga lus sin icus deep in soil was the op timal way to imp rove soil quality.
Key words:A straga lus sin icus; returning ways of A straga lus sin icus; soil m icrobes; m icrobial activity; soil enzyme
  秸秆还田是合理利用资源、培肥土壤的有效措施。
作物轮作能够提高土壤微生物数量及其活性 ,改善土
壤质量 [ 1 ] ,将前茬秸秆合理还田更有利于培肥土壤。
紫云英是一种很好的有机肥料 ,具有很强的固氮能力 ,
每公顷每年可固定空气中氮 75~150kg。紫云英还田
可丰富和平衡土壤养分 ,改良土壤物理性状 ,增加作物
产量 ,平衡和调节农作物吸收氮、磷、钾及微量元素 ,提
高农产品品质。大量使用紫云英作肥料 ,可保障农业
在提高整体素质和效益的基础上持续、稳定发展 [ 2, 3 ] ,
绿肥还田还具有蓄水保墒 ,调节地温和保持水土等功
能 [ 4 ] ,L i等还证明紫云英等不同土壤改良剂能够减少
土壤中铜和镉的含量 [ 5 ]。但是 ,关于紫云英还田的方
式及其培肥土壤的机理研究不多 ,以土壤生物学特性
来评价紫云英还田功效和机理的报道就更少。微生物
和酶在土壤有机质矿化、腐殖质形成和分解、植物营养
转化、土壤污染修复中发挥着重要作用 ,可以通过种植
制度和施肥等农业技术来调控土壤生物性状 ,进而改
善土壤肥力 [ 6, 7 ]。土壤微生物活度是土壤水解酶活性
总量的一种体现 ,是土壤 - 植物体系中有机质转化的
较好指标 [ 8, 9 ] ,以 FDA水解法测定的土壤微生物活度
能够反映微生物在土壤物质循环中的生化作用 [ 10 ]。
研究表明 ,稻草还田能够改善植烟土壤的理化性状和
生物性状 [ 11 ] ,稻草和紫云英的 C /N比与物质组成不
同 ,对土壤的影响特点也有所不同。本研究试图以土
壤生物性状来评价紫云英还田方式下植烟土壤培肥效
果与机制 ,为合理的紫云英还田方式提供依据。
1 材料和方法
111 田间试验处理与设计
田间试验设在湖南省龙山县烟草主要种植区 ,土
壤为黄灰土 ,试验时间为 2008年。试验处理设 :处理
1:全层翻耕紫云英覆盖 :施用烟草专用复合肥后 ,进行
翻耕 ,然后将紫云英覆盖在表面 ;处理 2:全层翻耕紫
云英深埋 :施用烟草专用复合肥和紫云英后 ,进行翻
耕 ,将紫云英 (紫云英鲜草养分为 0135% N , 0109%
P2 O5 , 0125% K2 O)进行深埋 ;对照 :施用烟草专用复
合肥后 ,进行翻耕 ,不施用紫云英。紫云英施用量约为
1500kg/667m2 ,烟草专用复合肥的 N∶P∶K比为 1∶1∶
215,施用标准按每 667m2 施用 N 715kg, P 715kg, K
17175kg进行。小区面积为 67m2 ,每个处理设 3次重
复 ,每小区栽培 60株烟草 ,烟草品种为 K326。分别在
压青前 (4月 25日 )、烟草团棵期 (6月 8日 )、旺长期
(6月 21日 )和成熟期 (7月 24日 ) ,采集土壤样品。
112 土样采集方式
用土钻进行新鲜土样采样 ,每小区按梅花型采集
5钻 5~15cm土层的土壤 ,混匀 (为排除因气候环境等
因素对表层土壤微生物影响所造成的实验误差 ,去除
0~5cm表层土壤 ) ,装在无菌自封袋中 ,带回放于冰箱
中保存备用 ;将新鲜土样摊开 ,自然风吹干 ,得风干土
样保存备用。
113 测定
11311 土壤微生物数量  用上述土壤样品测定。牛
肉膏蛋白胨琼脂 [ 12 ]用于培养土壤好气性细菌 ;高泽氏
1号琼脂 [ 12 ]用于培养土壤放线菌 ;马丁 - 孟加拉红链
霉素琼脂 [ 12 ]用于培养土壤真菌。好气性细菌在 30℃
下培养 30h,放线菌和真菌在 28℃~30℃下培养 5d。
采用稀释平板计数法 [ 12 ]分别测定 3大类土壤微生物
的数量 ,各 3次重复。
11312 土壤微生物活度  微生物活度的测定用新鲜
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核 农 学 报 24卷
土壤 ,采用改进的 FDA法 [ 9 ] ,在 490 nm波长处进行比
色 ,记录 OD值 ,以隔日 2次高压湿热灭菌土壤为对
照。
11313 土壤酶活性  土壤风干后过 2mm孔径筛 ,用
比色法测定土壤纤维素酶、蛋白酶和脲酶活性 [ 13, 14 ]。
纤维素酶活性以 10g土壤在 3315℃恒温培养 72h水解
生成 1μg葡萄糖定义为 1个 U;蛋白酶活性以 1g土壤
在 27℃恒温培养 24h水解生成 1μg氨基酸定义为 1
个 U;脲酶活性以 5g土壤在 3314℃恒温培养 24h水解
生成 1μg NH3 2N定义为 1个 U14 ]。用滴定法测定过氧
化氢酶活性 ,以 2g土壤在 30℃恒温振荡培养 20m in水
解 1m l 013% H2 O2 定义为 1个 U [ 14 ]。各种酶活性测
定均 3次重复。
11314 土壤水分的测定  将新鲜土壤和风干土壤分
别在 105℃~110℃下烘干 ,计算含水量 ,土壤生物学
指标以烘干土进行计算。
114 统计分析方法
采用 Duncan 新复极差法中的 standard error of
mean ( SEM )进行分析。
2 结果与分析
211 土壤微生物数量
由图 1可知 ,压青前土壤的好气性细菌数量为
7189 ×106 CFU /g土。团棵期 ,覆盖处理、深埋处理、
CK的好气性细菌数量明显下降 ,分别为压青前的
0127倍、0129倍和 0118倍。旺长期 ,好气性细菌数量
均有所增加 ,分别为团棵期的 1157倍、1153倍和 1181
倍 ,且深埋﹥覆盖﹥不还田。成熟期 ,覆盖和深埋处理
的土壤好气性细菌数量略有下降 ,而对照土壤的好气
性细菌数量有所上升。说明紫云英深埋比覆盖更有利
于好气性细菌的生长繁殖。
由图 2可知 ,压青前土壤的放线菌数量为 2176 ×
106 CFU /g土。团棵期 ,覆盖处理、深埋处理的放线菌
数量显著下降 ,分别为压青前的 5612%和 5114% ,而
对照上升为压青前的 14614%。旺长期 ,覆盖处理、深
埋处理的土壤放线菌数量分别上升 ,而对照则下降。
至成熟期 , 3个处理的土壤放线菌数量都略有上升。
团棵期 ,覆盖和深埋处理的紫云英使土壤水分增加 ,限
制了放线菌的生长 ,故放线菌数量都减少。到旺长期 ,
随着紫云英的腐解 ,提供了大量的有机质 [ 15 ] ,使覆盖
和深埋处理的土壤放线菌数量增加并超过对照土壤。
紫云英表层覆盖的土壤相对深埋的土壤水分较少 [ 16 ] ,
所以表层覆盖紫云英更利于放线菌的生长。
图 1 紫云英还田方式对烟田土壤
好气性细菌数量的影响
Fig. 1 Effects of returning way of Astraga lus
sin icus straw on amount
of aerobic bacteria in tobacco soil
处理 1:全层翻耕紫云英覆盖 ;
处理 2:全层翻耕紫云英深埋 ;
CK:全层翻耕紫云英不还田。下图均同
treatment 1: Full - thickness tillage with Astragalus sinicus straw covered
in soil; treatment 2: Full - thickness tillage with A stragalus sin icus straw
deep in soil; CK: Full - thickness tillage without A stragalus sin icus straw.
The same as following figures.
由图 3可知 ,压青前土壤的真菌数量为 1119 ×104
CFU /g土。团棵期 ,紫云英覆盖处理土壤的真菌数量
急速上升 ,为压青前的 2176倍 ,而深埋和不还田处理
的略微上升。旺长期 ,覆盖处理土壤的真菌数量达到
最大值 ,深埋和不还田处理的继续稳步上升。成熟期 ,
覆盖处理土壤的真菌数量下降 ,深埋和不还田处理的
真菌数量继续上升并达到最大值。深埋和不还田处理
的真菌数量一直相近 ,可见紫云英深埋对真菌数量影
响不显著 ,而覆盖在生长前期可显著增加真菌数量。
212 土壤微生物活度
由图 4可知 ,压青前土壤的微生物活度为 01325,
之后 3个处理的土壤微生物活度都呈先下降后上升的
趋势 ,但紫云英覆盖处理的微生物活度是先缓慢上升
再急速上升 ,而深埋和不还田处理的则上升较平稳 ,至
成熟期 , 3种处理的微生物活度都高于压青前。团棵
期 ,覆盖处理、深埋处理和 CK的微生物活度分别为压
青前的 4915%、5012%和 5315%。旺长期 , 3个处理
231
 1期 紫云英还田方式对烟田土壤微生物及酶的影响
图 2 紫云英还田方式对烟田土壤
放线菌数量的影响
Fig. 2 Effects of returning way of A straga lus
sin icus straw on amount of actinomycetes
in tobacco soil
图 3 紫云英还田方式对烟田土壤真菌数量的影响
Fig. 3 Effects of returning way of A straga lus
sin icus straw on amount of fungi in tobacco soil
的微生物活度分别为团棵期的 112、118和 118倍。成
熟期 , 3个处理的微生物活度分别为旺长期的 214、114
和 112倍 ,并且都达到最大值 ,其中覆盖﹥深埋﹥不还
田。这种变化趋势与晚稻有所不同 [ 17 ] ,说明土壤微生
物活度同时受施入土壤中的秸秆等营养物质及作物生
长过程中根系分泌物的影响。
图 4 紫云英还田方式对烟田土壤微生物活度的影响
Fig. 4 Effects of returning way of A straga lus sin icus
straw on m icrobial activities in tobacco soil
213 土壤酶活性
由图 5 可知 , 压青前土壤的纤维素酶活性为
45115 U。团棵期 ,各处理的土壤纤维素酶活性均有所
下降 ,此时期的酶活性为覆盖﹥深埋﹥不还田。旺长
期 ,土壤纤维素酶活性分别开始上升 ,酶活性是深埋﹥
覆盖﹥不还田。成熟期的土壤纤维素酶活性与旺长期
的土壤纤维素酶活性相差不大。在各生育期覆盖和深
埋处理的纤维素酶活性无明显差异 ,但两者的纤维素
酶活性都明显高于对照。
由图 6可知 ,压青前土壤的脲酶活性为 0183 U。
团棵期 ,覆盖处理、深埋处理、CK的脲酶活性都下降 ,
分别为压青前的 3317%、3611%和 2219%。旺长期 , 3
个处理的脲酶活性开始上升。成熟期 , 3个处理的脲
酶活性都急速上升 ,分别为旺长期的 316倍、3倍和
311倍。在烟草整个生育期内 ,土壤脲酶活性呈现“先
急速下降 ,再缓慢上升 ,再急速上升 ”的趋势。
压青前土壤的过氧化氢酶活性为 0180 U (图 7)。
到团棵期 ,覆盖处理、深埋处理、CK的过氧化氢酶活性
都稍有下降 , 分别为压青前的 8613%、8715% 和
9010%。随后的旺长期和成熟期 , 3个处理的过氧化
氢酶活性都无明显波动。在烟草整个生育期内土壤过
氧化氢酶活性变化趋于缓和 ,不同的还田方式之间也
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核 农 学 报 24卷
图 5 紫云英还田方式对烟田土壤纤维素酶的影响
Fig. 5 Effects of returning way of A straga lus
sin icus straw on cellulose in tobacco soil
图 6 紫云英还田方式对烟田土壤脲酶的动态影响
Fig. 6 Effects of returning way of A straga lus
sin icus straw on urease in tobacco soil
无明显差异 ,说明过氧化氢酶活性比较稳定 ,受生育期
和还田方式的影响不大。
压青前土壤的蛋白酶活性为 4111 U (图 8)。团棵
期 , 3个处理的蛋白酶活性都有所下降 , 3个处理的酶
活性为不还田﹥覆盖﹥深埋。旺长期 , 3个处理的蛋
白酶活性没有明显波动 ,深埋﹥不还田﹥覆盖。成熟
图 7 紫云英还田方式对烟田土壤
过氧化氢酶的动态影响
Fig. 7 Effects of returning way of Astraga lus
sin icus straw on catalase in tobacco soil
期 3个处理的蛋白酶活性都缓慢上升 ,分别为旺长期
的 1104倍、1102倍和 1109倍。土壤蛋白酶活性在压
青前至成熟期差别不明显 ,可能与烟草根系对土壤蛋
白酶活性的刺激有关。
图 8 紫云英还田方式对烟田土壤蛋白酶的动态影响
Fig. 8 Effects of returning way of Astraga lus
sin icus straw on p rotease in tobacco soil
3 讨论
烟草生长发育过程中 ,采用全程翻耕覆盖、深埋和
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不还田处理的土壤好气性微生物数量都是先急速下
降 ,再缓慢上升 ,这是由于本文研究所测的土壤好气性
细菌大多为兼性好气性细菌 ,这类微生物约占土壤微
生物总数的 70% ,是土壤物质转化的重要作用者 ,并
且 ,土壤细菌中异养微生物和自养微生物都有分布 ,自
养微生物受新输入土壤养分的影响比异养微生物所受
的影响相对较小 [ 6, 8, 17 ]。在不同生育时期深埋处理好
气性细菌数量都略高于覆盖处理 ,说明紫云英翻耕深
埋处理较覆盖对土壤微生物总数量的影响较大。放线
菌数量呈现前期急速下降 ,中期急速上升 ,后期缓慢上
升的趋势 ,这是因为土壤放线菌都为异养微生物 ,前期
受输入土壤的紫云英残体养分的影响较大 ,后期则主
要受烟草根系分泌物的影响。覆盖处理的真菌数量是
前期急速上升 ,中期缓慢上升 ,后期急速下降 ,而深埋
和不还田处理则是前期和后期缓慢上升 ,中期急速上
升。因为土壤真菌多为好气性微生物 ,并且全为异养
微生物 ,覆盖在表面的新鲜有机质在早期刺激了土壤
真菌的繁殖 ,这种影响会在前期加速有机质的分解 ,可
能减少有机质在土壤中的残留。
土壤微生物活度反映的是土壤水解酶总活性 [ 10 ] ,
其变化代表着土壤总水解酶活性的变化。纤维素酶活
性与土壤肥力密切相关 ,可作为表征土壤肥力的重要
指标 [ 13 ]。在本研究中 ,纤维素酶活性以旺长期为分界
点 ,表现为前期上升 ,后期下降的趋势 ,同时紫云英覆
盖处理和深埋处理的纤维素酶活力明显高于不还田处
理 ,表明紫云英的投入激活了土壤纤维素酶的活性 ,紫
云英还田能够培肥土壤 ,并且深埋处理要优越于覆盖
处理。土壤脲酶活性是影响土壤氮素损失的因素之
一 ,并且脲酶在土壤中比较稳定 [ 18 ] ,本研究中土壤脲
酶活性呈现“先急速下降 ,再缓慢上升 ,再急速上升 ”
的特点 ,如何配合有效方法来抑制烟草后期的土壤脲
酶是值得研究的一个课题。土壤过氧化氢酶活性和蛋
白酶活性在整个烟草生育期都是在团棵期略有下降 ,
随后趋于和缓 ,说明还田方式对这 2种酶的酶活性影
响不大。
根据本研究所分析的指标来看 ,紫云英压青前土
壤的各项指标都高于翻耕后土壤的数值 ,这可能与翻
耕对土壤物理结构的影响有关。土壤微生物数量及酶
的活性受土壤肥力的影响 ,同时 ,土壤微生物及酶又可
以反映土壤肥力。土壤微生物代谢活跃 ,对土壤系统
的变化反应灵敏 ,因此 ,土壤微生物也逐渐被用作土壤
质量评价的生物指标 [ 19 ] ,从本研究中不同处理对土壤
微生物及酶的影响来看 , 全层翻耕紫云英深埋
(1500kg/667m2 )更利于提高植烟稻田土壤质量。
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(责任编辑  邱爱枝 )
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