生物炭還田對植煙土壤活性有機(jī)碳及酶活性的影響

杜 倩 黃 容 李 冰,* 王昌全 文登鴻 謝云波 陳玉藍(lán) 馮 浪

(1 四川中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，四川 成都 610066；2 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源學(xué)院，四川 成都 611130；3 中國煙草總公司四川省公司，四川 成都 610041；4 四川省煙草公司涼山州公司，四川 西昌 615000)

近年來，農(nóng)田連作和過量施用化肥等不合理的農(nóng)田活動(dòng)已造成了土壤板結(jié)、土壤碳庫下降、土壤養(yǎng)分失調(diào)、土壤微生物群落結(jié)構(gòu)失衡、土壤酶活性降低等現(xiàn)象[1-2]。而煙草生產(chǎn)過程中連作現(xiàn)象也較為普遍，長期連續(xù)種植煙草，不僅加速了土壤質(zhì)量的惡化，而且嚴(yán)重制約了優(yōu)質(zhì)煙草的生產(chǎn)[3]。因此，保障植煙土壤養(yǎng)分協(xié)調(diào)和微生態(tài)環(huán)境健康，是提高煙草產(chǎn)量及品質(zhì)的關(guān)鍵，也是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)煙草的基礎(chǔ)[4]。

生物炭是農(nóng)業(yè)廢棄物等生物質(zhì)在缺氧條件下，經(jīng)熱解形成的一類高度芳香化的含碳物質(zhì)[5]。生物炭作為土壤改良劑和固碳劑，已廣泛用于改善農(nóng)田土壤質(zhì)量，成為切實(shí)有效的農(nóng)業(yè)管理措施[6]。生物炭還田不僅可以提高土壤有機(jī)碳含量和pH值[7-8]，增加作物產(chǎn)量和土壤養(yǎng)分[9]，改善土壤微生態(tài)環(huán)境和生物有效性[10]，而且在固碳減排方面也發(fā)揮了重要作用[11-13]。生物炭還田通過向土壤中輸入碳物料來改善土壤碳環(huán)境，用以改良土壤質(zhì)量和提升煙葉質(zhì)量[14]，在我國烤煙種植過程中，得到了較為廣泛的應(yīng)用和研究[15]。張繼旭等[16]通過盆栽試驗(yàn)表明，不同添加量(0.2%～5%)的水稻秸稈生物炭增加了植煙土壤總有機(jī)碳及活性有機(jī)碳的含量，且活性有機(jī)碳的增加效果更明顯。葉協(xié)鋒等[17]對比不同材料來源生物炭(500℃厭氧)對植煙土壤碳庫的影響，發(fā)現(xiàn)生物炭(花生殼、稻殼和麥秸生物炭)還田顯著增加了土壤有機(jī)碳礦化速率、土壤水溶性碳含量、土壤易氧化有機(jī)碳含量、土壤碳庫指數(shù)，其中花生殼生物炭對土壤易氧化有機(jī)碳含量、土壤碳庫指數(shù)的提升效果最好。張璐等[2]研究表明，在總碳投入量一致的條件下，花生殼生物炭較草炭和氣爆玉米秸稈降低了植煙土壤碳庫活度，且3種有機(jī)物料對土壤酶活性的效果不同。而相關(guān)研究指出，生物炭還田后可以吸附酶分子，保護(hù)酶促反應(yīng)結(jié)合位點(diǎn)，最終抑制酶促反應(yīng)[18]。目前，關(guān)于生物炭對植煙土壤質(zhì)量的影響研究已有報(bào)道，但不同來源的生物炭由于所含的碳素結(jié)構(gòu)與組分不同，會(huì)造成燒制的生物炭結(jié)構(gòu)不同，最終對土壤碳庫和酶活性的影響效果存在差異[2, 17, 19]。此外，不同還田方式會(huì)直接影響肥料的利用效果，王衛(wèi)民等[20]研究表明根區(qū)穴施水稻秸稈生物炭可以增加植煙土壤的有機(jī)質(zhì)含量，且不同施用量處理間差異不顯著；而閆海濤[14]通過條施不同用量的小麥秸稈生物炭(400～500℃低氧炭化30 min)，發(fā)現(xiàn)隨著生物炭施用量的增加，土壤總有機(jī)碳和微生物生物量碳(microbial biomass carbon, MBC)含量增加?？梢姡锾繉χ矡熗寥捞紟旌兔富钚缘挠绊懪c生物炭種類、施用方式等相關(guān)。

四川涼山彝族自治州是我國優(yōu)質(zhì)烤煙最適宜的種植區(qū)之一[21]，但由于烤煙連作以及煙農(nóng)過度施用單一化肥、不重視肥力培育，導(dǎo)致該煙區(qū)出現(xiàn)土壤酸化、肥力下降等問題，最終影響烤煙品質(zhì)，制約優(yōu)質(zhì)烤煙的生產(chǎn)。因此，本研究以四川鹽源典型紅壤為研究對象，通過田間試驗(yàn)，采用不同來源的生物炭(玉米秸稈生物炭和油菜秸稈生物炭)，并結(jié)合不同的施用方式(條施、穴施、條施+穴施)，研究分析了在不同生物炭類型、不同還田方式下，連年種植的植煙土壤活性有機(jī)碳組分和酶活性的動(dòng)態(tài)變化特征，旨在探索不同來源的生物炭及其還田方式對連續(xù)種植植煙土壤的改良效果，以期為植煙土壤保育技術(shù)和生物炭在煙草生產(chǎn)中的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2017年4月在四川省涼山州鹽源縣干海鄉(xiāng)(101°29′35.583″E，27°29′48.107″N)選擇常年植煙田進(jìn)行田間試驗(yàn)。研究區(qū)地處鹽源盆地中部，地形平坦；屬亞熱帶季風(fēng)氣候，冬春干旱，夏秋雨量集中，四季分明，雨熱同期，日照充足，具有“一山分四季，十里不同天”的典型立體氣候特征；平均海拔2 349 m，年平均氣溫13.2℃，年平均降水量727.30 mm。試驗(yàn)區(qū)土壤為紅壤，表層土壤(0～20 cm)基本理化性質(zhì)為：pH值6.38，有機(jī)質(zhì)含量22.46 g·kg-1，堿解氮含量87.12 mg·kg-1，有效磷含量為9.48 mg·kg-1，速效鉀含量84.15 mg·kg-1。

供試烤煙(NicotianatabacumL.)品種為KRK26，由四川省涼山煙草公司提供。試驗(yàn)用生物炭為玉米生物炭和油菜生物炭，分別是以玉米秸稈和油菜秸稈為原料，于400～500℃厭氧低溫裂解后所得產(chǎn)物，由四川美日佳生物質(zhì)能源公司提供。玉米生物炭的有機(jī)碳含量537.3 g·kg-1，灰分含量12 g·kg-1，pH值9.97，全氮、全磷和全鉀含量分別為4.5、1.7和15.6 g·kg-1；油菜生物炭的有機(jī)碳含量481.4 g·kg-1，灰分含量20.8 g·kg-1， pH值9.65，全氮、全磷和全鉀含量分別為5.9、0.9和26.0 g·kg-1。試驗(yàn)用肥料為煙草專用復(fù)合肥(N-P-K：9-9-27)、硝酸鉀肥(14% N，44% K2O)和硫酸鉀肥(51% K2O)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用雙因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，包括生物炭類型和還田方式兩個(gè)因素，生物炭類型包括玉米秸稈生物炭和油菜秸稈生物炭，均分別設(shè)計(jì)3個(gè)施用方式(條施、穴施、條施+穴施)，另設(shè)一個(gè)對照處理，共7個(gè)處理：①對照：常規(guī)施肥，不添加生物炭(CK)；②常規(guī)施肥+7 600 kg·hm-2玉米生物炭條施(YM1)；③常規(guī)施肥+7 600 kg·hm-2玉米生物炭穴施(YM2)；④常規(guī)施肥+3 800 kg·hm-2玉米生物炭條施+3 800 kg·hm-2玉米生物炭穴施(YM3)；⑤常規(guī)施肥+7 600 kg·hm-2油菜生物炭條施(YC1)；⑥常規(guī)施肥+7 600 kg·hm-2油菜生物炭穴施(YC2)；⑦常規(guī)施肥+3 800 kg·hm-2油菜生物炭條施+3 800 kg·hm-2油菜生物炭穴施(YC3)。每處理3個(gè)重復(fù)，采取隨機(jī)區(qū)組排列，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)20 m×4.8 m。各試驗(yàn)處理的常規(guī)施肥用量相同，均為675 kg·hm-2煙草專用復(fù)合肥，225 kg·hm-2硝酸鉀肥，225 kg·hm-2硫酸鉀肥，45 kg·hm-2微量元素肥(B∶Mg∶Zn=1.0∶5.3∶1.5，四川金葉化肥有限公司)，300 kg·hm-2工業(yè)發(fā)酵油枯，0.75 kg·hm-2菌劑(楊凌玉鯤生物技術(shù)有限公司)。于2017年4月中旬，選取長勢一致的6葉煙苗統(tǒng)一移栽，每穴一株，株距0.55 m，行距1.20 m，壟高30 cm，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)共植煙150株，田間日常管理參照當(dāng)?shù)責(zé)熑~生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范進(jìn)行。

分別于烤煙生長的團(tuán)棵期、旺長期、現(xiàn)蕾期和成熟期采集表層土壤樣品。在試驗(yàn)小區(qū)隨機(jī)采取5棵煙株，在選定的煙株周圍采集土樣，避開施肥點(diǎn)，將多個(gè)平行樣點(diǎn)混合成一個(gè)均勻的土樣，采用四分法至各混合土樣保留1 kg左右。取三分之一的土壤樣品置于4℃冰箱中，用于土壤活性有機(jī)碳組分和土壤酶活性的測定，剩余土壤在陰涼干燥通風(fēng)處風(fēng)干，剔除異物雜質(zhì)后，過1 mm和0.25 mm篩備用。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 土壤有機(jī)碳組分測定 土壤總有機(jī)碳(total organic carbon，TOC)含量采用重鉻酸鉀-外加熱法測定[22]；土壤可溶性有機(jī)碳(dissolved organic carbon，DOC)含量用去離子水(土水比1∶2)提取，過0.45 μm微孔濾膜，濾液直接在Multi N/C 2100總有機(jī)碳分析儀(耶拿，德國)測定[23]；土壤MBC含量采用氯仿熏蒸-K2SO4浸提法測定(MBC含量=EC/KEC，其中EC為熏蒸和未熏蒸樣品浸提液測定的有機(jī)碳差值，KEC為轉(zhuǎn)換系數(shù)，取值為0.38)[24]；易氧化有機(jī)碳(readily oxidizable carbon，ROC)含量采用高錳酸鉀氧化比色法測定[25]；顆粒態(tài)有機(jī)碳(particulate organic carbon，POC)含量參照文獻(xiàn)[26]測定顆粒所占比例及有機(jī)碳含量，據(jù)此計(jì)算POC含量。

1.3.2 土壤酶活性測定 蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定；β-葡萄糖苷酶活性采用硝基酚比色法測定；脲酶活性采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法測定；蛋白酶活性采用茚三酮比色法測定[27]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 20.0、Origin 8.5和Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、繪圖制表。所有結(jié)果均用3次測定結(jié)果的平均值表示。對所有數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)，對符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)進(jìn)行t檢驗(yàn)或單因素方差分析，對不符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)進(jìn)行非參數(shù)檢驗(yàn)(Wilcox檢驗(yàn)、Kruskal-Wallis檢驗(yàn))。采用單因素方差分析(或Kruskal-Wallis檢驗(yàn))對同一生育期內(nèi)不同處理之間土壤有機(jī)碳組分含量、酶活性進(jìn)行差異性分析(P<0.05)。同時(shí)，利用SPSS 20.0軟件進(jìn)行二因素方差分析(不包含CK數(shù)據(jù))，用Duncan法對平均值進(jìn)行多重比較(P<0.05，P<0.01)。用t檢驗(yàn)(或Wilcox檢驗(yàn))對2種生物炭平均值進(jìn)行差異性分析，用單因素方差分析(或Kruskal-Wallis檢驗(yàn))對3種還田方式平均值進(jìn)行差異性分析(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤總有機(jī)碳

由表1、表2可知，施用生物炭提高了烤煙不同生育期土壤的TOC含量；且油菜生物炭處理的土壤TOC含量均值顯著高于玉米生物炭，穴施處理的烤煙各生育期(除旺長期外)土壤TOC均值顯著高于條施處理。由表1可知，在團(tuán)棵期，油菜生物炭穴施處理(YC2)的TOC含量最高，較CK顯著增加了36.5%，而玉米生物炭條施(YM1)和油菜生物炭條施處理(YC1)均低于其他生物炭處理；在旺長期，油菜生物炭條施+穴施處理(YC3)的TOC含量最高，較CK顯著增加了34.6%；在現(xiàn)蕾期，與CK相比，YC2和YM2的土壤TOC含量分別顯著增加了34.5%和30.0%；在成熟期，同一還田方式下，油菜生物炭還田處理(YC1，YC2，YC3)的土壤TOC含量均高于玉米生物炭還田處理(YM1，YM2，YM3)?？梢?，生物炭還田處理增加了植煙土壤TOC含量，其中以油菜生物炭穴施方式還田較佳。通過雙因素分析發(fā)現(xiàn)(表2)，生物炭類型、還田方式及其交互作用對團(tuán)棵期和旺長期的土壤TOC含量具有顯著影響，但二者的交互作用對現(xiàn)蕾期和成熟期的土壤TOC含量影響不顯著。

表1 不同處理下烤煙不同生育期的土壤TOC含量

表2 不同生物炭類型、不同還田方式對土壤有機(jī)碳組分、酶活性的影響

表2(續(xù))

2.2 土壤活性有機(jī)碳

由圖1可知，施用生物炭增加了土壤活性有機(jī)碳含量，且烤煙旺長期的土壤活性有機(jī)碳含量高于其他生育期，其中油菜生物炭穴施還田對活性有機(jī)碳含量的提升效果較佳。如圖1-A所示，生物炭處理總體較CK顯著增加了土壤可溶性有機(jī)碳(DOC)含量，且油菜生物炭處理的土壤DOC均值顯著高于玉米生物炭，但穴施處理土壤DOC均值僅在團(tuán)棵期顯著高于條施(表2)；同一生物炭類型下，各生育期YM2和YC2的土壤DOC含量最大，分別較CK顯著增加了25.3%～36.4%和33.3%～51.3%，且均在旺長期達(dá)到最高值(61.11～88.05 mg·kg-1)；同一還田方式下，油菜生物炭處理的DOC含量高于玉米生物炭處理。

由表2可知，油菜生物炭處理的土壤微生物量碳(MBC)均值顯著高于玉米生物炭，且穴施處理的土壤MBC均值高于其他還田方式，但烤煙成熟期，不同還田方式間的土壤MBC含量差異不顯著。由圖1-B可知，與CK(194.42～244.59 mg·kg-1)相比，生物炭處理顯著增加了土壤MBC含量；各處理的土壤MBC含量均在烤煙旺長期達(dá)到最高值，并于成熟期達(dá)到最低值，其中YC2烤煙旺長期的土壤MBC含量最高，較CK顯著提高了34.6%。

同樣，油菜生物炭處理的土壤易氧化有機(jī)碳(ROC)均值顯著高于玉米生物炭，除旺長期外，穴施處理的土壤ROC均值顯著高于其他還田方式(表2)。如圖1-C所示，除YM3外，各處理的土壤ROC含量均在旺長期達(dá)到最高值(2.30～3.18 mg·kg-1)，其中，YC2的土壤ROC含量最高，其次是YM2和YC3，分別較CK顯著增加了28.9%、23.6%和22.8%。

由表2可知，生物炭類型、還田方式對烤煙各生育期的土壤DOC、MBC、ROC含量(除團(tuán)棵期的土壤ROC含量外)均具有顯著影響，但二者的交互作用僅對旺長期的土壤DOC和ROC含量具有顯著影響。

注：不同小寫字母表示同一生育期不同處理間存在顯著差異(P<0.05)。下同。

2.3 土壤顆粒態(tài)有機(jī)碳

由圖2、表2可知，施用生物炭增加了烤煙各生育期土壤的顆粒態(tài)有機(jī)碳(POC)含量，玉米生物炭處理的土壤POC均值顯著高于油菜生物炭，且穴施處理的土壤POC均值顯著高于條施?？緹煾魃诘耐寥繮OC含量經(jīng)生物炭還田處理后總體均顯著高于CK(1.82～2.30 mg·kg-1)；各處理的土壤POC均在烤煙旺長期達(dá)到最大值，其中YC2在旺長期的土壤POC含量最大，較其他處理增加了0.01～0.88 mg·kg-1。 同一生物炭類型下，YM2或YM3的土壤POC含量高于YM1，YC2的土壤POC含量(2.64～3.18 mg·kg-1) 高于YC1和YC3；同一還田方式下，YM3的烤煙各生育期土壤POC含量高于YC3，除旺長期達(dá)到顯著差異外，其他生育期差異不顯著。

圖2 各試驗(yàn)處理下煙株不同生育期的土壤顆粒態(tài)有機(jī)碳含量變化

2.4 土壤酶活性

由圖3、表2可知，生物炭處理均增加了烤煙各生育期土壤蔗糖酶、β-葡萄糖苷酶、脲酶和蛋白酶活性，但隨著生育期呈不同的變化趨勢；且通過均值比較發(fā)現(xiàn)，油菜生物炭、玉米生物炭處理的土壤蔗糖酶活性均值之間存在顯著差異。由圖3-A可知，與CK相比，生物炭處理增加了土壤蔗糖酶活性，其中在烤煙旺長期，YC2的土壤蔗糖酶活性最高，較同期CK顯著增加了5.56 mg·g-1·d-1； 同一還田方式下，油菜生物炭處理的土壤蔗糖酶活性高于同一生育期(除現(xiàn)蕾期外)的玉米生物炭。對土壤β-葡萄糖苷酶而言，2種生物炭類型(除團(tuán)棵期外)、3種還田方式的土壤β-葡萄糖苷酶活性均值間差異不顯著；如圖3-B所示，現(xiàn)蕾期的土壤β-葡萄糖苷酶活性較低，其中YC1和YC3的酶活性明顯高于其他處理。由圖3-C可知，土壤脲酶活性隨著煙株生育期呈先增加后降低再增加的趨勢，生物炭處理較CK(0.81～0.86 mg·g-1·d-1)提高了土壤脲酶活性；在團(tuán)棵期和旺長期，油菜生物炭處理的土壤脲酶活性高于同一還田方式下的玉米生物炭；現(xiàn)蕾期和成熟期則相反。油菜、玉米生物炭處理的土壤蛋白酶活性均值間無顯著差異；由圖3-D可知，與CK相比，生物炭處理顯著提高了土壤蛋白酶活性(除團(tuán)棵期YM1和YM3外)；在團(tuán)棵期，同一生物炭類型下YC2或YM2的土壤蛋白酶活性高于其他還田方式；在現(xiàn)蕾期，玉米生物炭處理的土壤蛋白酶活性高于同期的油菜生物炭處理。

另外，由表2可知，除現(xiàn)蕾期外，生物炭類型、還田方式及其交互作用對烤煙各生育期的土壤蔗糖酶活性存在顯著影響；團(tuán)棵期、旺長期和成熟期的土壤β-葡萄糖苷酶活性受生物炭類型的顯著影響，但還田方式對其影響不顯著，二者的交互作用僅對團(tuán)棵期和旺長期有顯著影響；生物炭類型對團(tuán)棵期和成熟期的土壤脲酶活性存在顯著影響，且還田方式僅對旺長期的土壤脲酶活性存在顯著影響，二者的交互作用對其活性影響不顯著；團(tuán)棵期的土壤蛋白酶活性受生物炭類型、還田方式及其交互作用的顯著影響。

2.5 土壤有機(jī)碳組分與酶活性的相關(guān)性分析

由表3相關(guān)性分析可知，土壤有機(jī)碳組分之間存在顯著的相關(guān)關(guān)系。土壤蔗糖酶活性與土壤TOC、DOC、MBC、ROC、POC含量均存在顯著的相關(guān)關(guān)系；而土壤β-葡萄糖苷酶活性與土壤有機(jī)碳各組分含量間均不存在顯著的相關(guān)性。

表3 土壤有機(jī)碳組分與酶活性的相關(guān)性

圖3 各試驗(yàn)處理下煙株不同生育期的土壤酶活性變化

3 討論

3.1 生物炭還田對植煙土壤活性有機(jī)碳的影響

生物炭是含碳生物質(zhì)材料，施入土壤后不僅可以直接提高土壤有機(jī)碳含量，還可以通過自身的孔隙結(jié)構(gòu)為微生物提供良好的微生態(tài)環(huán)境，間接提高土壤有機(jī)碳含量[6,16]。本研究結(jié)果表明，生物炭還田增加了烤煙各生育期的土壤DOC、MBC、ROC和POC含量，分別較常規(guī)施肥(CK)提高了9.3%～51.3%、10.7%～40.7%、1.6%～46.4%和11.7%～53.4%，尤其是以油菜生物炭穴施還田處理的效果較佳。這可能是因?yàn)椴煌牧现苽涞纳锾啃阅懿町愝^大，不同的活性碳組分含量和降解特性，均會(huì)造成土壤活性碳組分含量的差異[14]。一方面，油菜秸稈外表面具有厚角質(zhì)層，而中間是由易被腐解的髓填充，其腐解速率高于外表層被蠟質(zhì)層覆蓋的玉米、水稻等秸稈，施入土壤后養(yǎng)分釋放相對較快[28]，可以有效增加土壤活性有機(jī)碳庫；同時(shí)油菜生物炭與玉米生物炭自身養(yǎng)分條件具有差異，會(huì)影響微生物群落對碳的相對利用率，最終影響土壤有機(jī)碳庫水平[29]；另一方面，油菜秸稈制備的生物炭脂肪族和氧化態(tài)碳含量較多，穩(wěn)定性低，自身降解相對較快[30]，這可能導(dǎo)致了油菜生物炭對活性有機(jī)碳和顆粒態(tài)有機(jī)碳含量的增加效果優(yōu)于玉米生物炭。此外，本研究中玉米生物炭的C/N(C/N=119.4)高于油菜生物炭(C/N=81.6)，在施用量相同的條件下，玉米生物炭相較于油菜生物炭會(huì)增加植煙土壤有機(jī)碳的礦化[1]，最終減少了土壤活性有機(jī)碳含量。

本研究結(jié)果表明，土壤有機(jī)碳庫含量除受生物炭類型影響外，還受還田方式的顯著影響。不同施肥方式可通過肥料施用位置的改變來影響肥效發(fā)揮[31-32]，進(jìn)而影響土壤有機(jī)碳庫。有研究表明，撒施肥料會(huì)使部分養(yǎng)分不易運(yùn)移至玉米根系，造成養(yǎng)分損失；而適當(dāng)?shù)难ㄊ?、條施可提高養(yǎng)分在耕層的集中度，提高養(yǎng)分利用率和根系對養(yǎng)分的吸收，減少養(yǎng)分損失[33-35]。本研究中，生物炭穴施處理的土壤活性有機(jī)碳和顆粒態(tài)有機(jī)碳含量高于條施、條施+穴施。此外穴施的生物炭在土壤中高度集中，形成了肥際微域[33]，使肥域和根際得到了較好的匹配，有利于根系活躍生長，增加根系分泌物，從而增加外源有機(jī)碳的攜入量[2]，提高土壤有機(jī)碳庫含量；同時(shí)本研究中的穴施深度(5～10 cm)低于條施(15～20 cm)，而后者的土壤氧氣濃度低于前者，不利于好氧微生物的生長[36]，從而減少了耕層土壤有機(jī)碳庫含量。土壤活性有機(jī)碳組分易被氧化并被微生物分解利用，本研究中，各處理的土壤活性有機(jī)碳含量在煙株旺長期達(dá)到最高值。這可能是因?yàn)樵摃r(shí)期煙株生長所需的養(yǎng)分較高，促進(jìn)了土壤有機(jī)質(zhì)分解，增加了土壤活性有機(jī)碳組分含量，同時(shí)，旺長期煙株根系生長加強(qiáng)，增加了根系分泌物[13]，從而增加外源有機(jī)碳的攜入量[2]。

3.2 生物炭還田對植煙土壤酶活性的影響

土壤酶活性反映了土壤微生物活性、養(yǎng)分循環(huán)狀況等，是土壤生物活性的重要指標(biāo)[4]，其活性受土壤環(huán)境狀況(土壤養(yǎng)分、土壤酸堿性等)和人為因素(施肥方式、耕作方式等)的影響。生物炭還田后，可通過改善土壤的理化性質(zhì)提高土壤酶活性；此外生物炭自身具有多孔結(jié)構(gòu)和吸附性能，可以吸附酶促反應(yīng)的底物，為土壤酶提供更多的結(jié)合位點(diǎn)，提高土壤酶活性。但也有研究指出，生物炭可以吸附酶分子，從而限制酶促反應(yīng)，抑制酶活性[18]。本研究中，與CK相比，油菜生物炭和玉米生物炭處理均增加了烤煙各生育期土壤蔗糖酶、β-葡萄糖苷酶、脲酶和蛋白酶活性，但隨著生育期呈不同的變化趨勢，這與張璐等[2]和張繼旭等[16]的研究結(jié)果相似。而王麗淵等[37]研究則表明，小麥秸稈生物炭還田抑制了土壤蔗糖酶活性，但隨著煙株生長時(shí)間推移，抑制作用逐漸減弱。可見不同來源的生物炭對土壤酶活性的影響不同，這可能與生物炭自身的理化性質(zhì)、施用量不同有關(guān)。此外，同一還田方式下，油菜生物炭對土壤酶活性的提升效果高于玉米生物炭，這可能是因?yàn)榻?jīng)過500℃碳化的玉米生物炭表面呈現(xiàn)出更多的C-O結(jié)合位點(diǎn)(如-COOH)，表現(xiàn)出較強(qiáng)的吸附能力[38-39]，可吸附更多的酶分子，阻礙酶與底物的結(jié)合，進(jìn)而影響酶活性[38]。

除生物炭類型外，生物炭不同還田方式對土壤酶活性的影響也存在差異。本研究中，生物炭穴施處理的土壤蔗糖酶、β-葡萄糖苷酶、脲酶和蛋白酶活性總體高于條施或條施+穴施。這可能是因?yàn)檠ㄊ┨幚碛欣诜孰H微域的形成[33]，進(jìn)而提高了根際土壤酶活性。此外，穴施處理的土壤活性有機(jī)碳庫含量較高，有利于直接為微生物提供碳源，促進(jìn)微生物生長發(fā)育，提高土壤酶的分泌，增加土壤酶活性[2]。另外，本研究相關(guān)性分析結(jié)果表明，土壤酶活性，尤其是蔗糖酶和蛋白酶活性與土壤活性有機(jī)碳、顆粒態(tài)有機(jī)碳含量存在顯著的相關(guān)性，進(jìn)一步說明穴施可以通過增加土壤活性碳庫含量，提高土壤酶活性。

土壤蔗糖酶反映了土壤有機(jī)碳累積和分解規(guī)律。本研究中，土壤蔗糖酶活性受生物炭類型(除現(xiàn)蕾期)、還田方式的顯著影響，且土壤蔗糖酶活性與有機(jī)碳庫各組分含量存在顯著相關(guān)性，可能是由于生物炭還田可以調(diào)節(jié)土壤有機(jī)碳庫組分，增加酶促反應(yīng)的底物，最終提高土壤蔗糖酶活性。有研究表明，土壤β-葡萄糖苷酶可用于評價(jià)土壤肥力高低，與土壤有機(jī)質(zhì)存在顯著正相關(guān)關(guān)系[40]，但本研究中，土壤β-葡萄糖苷酶與土壤活性有機(jī)碳、顆粒有機(jī)碳含量相關(guān)性不顯著，且生物炭類型和還田方式對β-葡萄糖苷酶的影響具有可變性，這與張毅博等[41]的研究結(jié)果相一致，可能是生物炭還田后雖然增加了土壤有機(jī)碳含量，但β-葡萄糖苷酶的變化不僅與有機(jī)碳有關(guān)，還與土壤pH值有關(guān)，生物炭添加會(huì)中和土壤pH值，改變?chǔ)?葡萄糖苷酶的最適環(huán)境，最終改變其活性[41]。土壤蛋白酶是一種具有離體活性的胞外酶，由微生物活動(dòng)以及植物根系分泌而富集于土壤[42]。本研究中，生物炭還田后，土壤蛋白酶活性隨烤煙的生長呈先增加后降低的趨勢，這可能與生物炭自身特性、不同作物生育期不同需求等有關(guān)。此外，土壤蛋白酶活性與有機(jī)碳組分存在顯著的相關(guān)性，且生物炭類型和還田方式對團(tuán)棵期的蛋白酶活性存在顯著影響?？赡苁巧锾窟€田初期，增加了底物濃度，提高了蛋白酶活性，且生物炭還田初期可促進(jìn)根系生長，有利于植物根系分泌蛋白酶[43]。綜上，生物炭還田增加了土壤酶活性，且油菜生物炭以穴施還田處理的效果較佳；生物炭類型和還田方式對土壤蔗糖酶的影響較大，且在不同生育期對β-葡萄糖苷酶、脲酶和蛋白酶活性的影響具有可變性，這可能與生物炭自身特性、生育期不同需求以及處理間不同土壤氮水平有關(guān)，其具體機(jī)理有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

生物炭還田對植煙土壤有機(jī)碳組分和酶活性均有影響，生物炭還田增加了土壤活性有機(jī)碳和顆粒態(tài)有機(jī)碳含量，尤其是油菜生物炭穴施還田處理的提升效果最佳；此外，生物炭還田增加了烤煙各生育期土壤蔗糖酶、β-葡萄糖苷酶、脲酶和蛋白酶活性，且同一還田方式下，油菜生物炭還田的植煙土壤酶活性總體高于玉米生物炭。不同生物炭類型和不同還田方式對烤煙各生育期土壤總有機(jī)碳和活性有機(jī)碳含量變化有顯著影響，且二者的交互作用主要集中在烤煙團(tuán)棵期和旺長期；土壤蔗糖酶活性受生物炭類型(除現(xiàn)蕾期)、還田方式及其交互作用的顯著影響。因此，在生物炭改良植煙土壤應(yīng)用中，應(yīng)選擇適宜的生物炭類型和還田方式；在本試驗(yàn)條件下，相較于玉米生物炭而言，油菜生物炭以穴施還田方式對四川鹽源植煙土壤有機(jī)碳和酶活性的提升效果最佳。