有机肥C/N优化下氮肥运筹对烟株根际无机氮和酶活性的影响

材料与方法

1.1 试验材料

供试烤烟品种为云烟87，由广东烟草粤北烟叶生产技术中心（广东省烟草南雄科学研究所）提供。试验于2012年度在梅州市蕉岭县广福镇开展，土壤类型为砂泥田，土壤基本理化性质：pH6.15，有机质16.8g/kg.碱解氮130.46mg/kg.速效磷34.79 mg/kg.速效钾96.63mg/kg。供试肥料为硝酸铵（N30%）、钙镁磷肥（Psub>2Osub>5Osub>52O50%）、腐熟花生饼肥[N4.60%，Psub>2Osub>52O1.00%，w（C）/wCN）=10.65]和腐熟猪厩肥[N0.50%， Psub>2Osub>52O0.25%，w（C）/w（N）=94.5]。

1.2 试验设计

采用裂区设计，主处理为施氮量（无机氮），设3个水平，Nl，48.0kg/h㎡：N2，108.0kgm㎡；N3，168.0kg/h㎡。副处理为氮肥基追比，设3个水平SI：（10：0）；S2（7：3）；S3（5：5），每处理重复4次。基肥在移栽前条施后覆膜时施用，采用当地腐熟花生饼肥和猪厩肥配制碳氮比w（C）/wCN）=25的有机肥，猪厩肥3750kg/h㎡、花生饼肥300kg/h㎡；其中有机肥全部作基肥施用，无机氮肥采用基肥与团棵期追肥；所有处理的Psub>2Osub>52O施用量为硫酸钾231.3kg/h㎡，采用基肥（50%）与现蕾期追肥（50%）。

试验采用随机区组设计，每个小区面积30.0㎡，每小区种植l行，行距×株距=1.2m×0.6m，每处理4次重复，共36个小区。其他栽培及田间管理措施按照当地习惯进行。

1.3 取样及测定方法

在烤烟大田生育期内（团棵期，移栽后30d；旺长期，移栽后45d；现蕾期，移栽后60d；成熟期，移栽后90d）分次采用抖落法取根际土壤样，其中一部分新鲜土样装入自封袋中带回实验室，过2mm筛，置于4℃冰箱贮存，供分析微生物生物量碳和氮、微生物数量；另一部分在室温下风干，过1.0和0.25mm筛，用于土壤理化性状和土壤酶活性的测定。

1.3.1 土壤无机氮测定参照鲍士旦方法测定。样品采用0.01MCaClsub>2提取；NOsub>3-N的测定采用联氨还原比色法，紫外可见分光光度计540 nm下比色。NH4⁺-N的测定采用靛酚蓝比色法，在625nm下比色。土壤无机氮=NH4⁺-N+NOsub>3-N，折算为土壤干重含量表示。

1.3.2 土壤酶活性测定脲酶用靛酚蓝比色法测定：土样5.00g加入lmL甲苯15min后添加10mL不同浓度（0.01，0.025，0.05，0.1，0.2mol/L）尿素溶液20mL，pH6.7柠檬酸缓冲液37℃下培养，培养结束后滤液中被脲酶水解成的氨氮用靛酚兰比色测定，计算脲酶活性及脲酶动力学参数（以NH4⁺计）；土壤转化酶活性采用硫代硫酸钠滴定法测定。

1.3.3 微生物量碳、氮测定土样微生物量碳和氮采用Joergensen和Mueller及Vance等的氯仿熏蒸-K2S04浸提法，浸提液中的微生物量碳采用Ksub>2Crsub>2Osub>7加热氧化，FeSOsub>4滴定法；浸提液中的微生物量氮采用凯氏定氮法。每个土样重复测定3次。微生物量碳（Bc）=EC/KC，EC表示未熏蒸与熏蒸对照土壤的浸取有机碳的差值，KC为转换系数，取值0.45。

1.4 数据分析

采用SPSS 22.0软件对数据进行单因素显著性检验（SAS Institute Inc.，1989）。用LSD法在P=0.05水平进行多重比较。

2 结果

2.1 氮水平与基追比对烤烟叶片氮索含量的影响

在团棵期、旺长期，烟叶氮含量在中氮、高氮处理间无差异，高于同期低氮处理，表明低氮处理在团棵一旺长期不能满足烟株对氮素的吸收和积累（图1）；烟株旺长期，烟叶氮素含量在同一施氮水平下，随基追比降低呈增加趋势。在团棵期至成熟期高氮及低基追比处理烟叶氮含量显著高于中氮三个基追比处理，而中氮处理基追比为7：3时旺长期至现蕾期烟叶氮含量显著降低冲氮及基追比为5：5时能够满足烤烟生育前、中期对氮素的需求，且生育后期能适时脱氮，与优质烤烟“少时富，老来贫”的氮素需求规律相吻合。

2.2 氮水平与基追比对根际土壤铵态氮和硝态氮含量的影响

团棵期时，高氮（N3）处理根际土壤NH4⁺-N含量显著高于低氮（NI）和中氮（N2）处理（图2）。同一施氮水平根际NH4⁺-N和NOsub>3-N含量随基追比降低而下降；同等基追比下，“移栽一团棵”时根际NH4⁺-N和N03--N随基施氮肥数量增加而增加。旺长时，根际NH4⁺-N和NOsub>3-N含量在同一施氮水平下，随基追比降低呈增加趋势。

根际NOsub>3-N含量随氮水平而增加（图2）。从整个生育期来看，团棵一旺长期时各处理根际NOsub>3--N含量急剧下降，可能是揭膜后降雨增加导致NOsub>3-N淋失；“旺长-现蕾”阶段保持平稳，而中氮（N2）处理有增加趋势，可能是中氮（N2）处理无机氮与有机碳输入量相匹配，团棵一旺长期利于微生物繁殖和生长，固定部分有效氮，进入“旺长一现蕾”阶段微生物量氮转化为无机氮，提高根际NOsub>3-N含量；烟株现蕾进入成熟期后各处理不同程度下降。

2.3 氮水平与基追比对根际土壤微生物量碳、氮含量的影响

根际微生物量碳随氮水平增加而增加，且随生育进程增加（图3）。低氮（NI）时，不同基追比间微生物量碳在同一生育期内无差异。中氮（N2）和高氮（N3）时，土壤微生物量碳随生育进程而增加；现蕾期后高氮（N3）时基追比为7：3、5：5时微生物量碳显著高于其他处理，表明无机氮有效促进根际微生物对土壤水溶性碳固定，微生物量碳提高。

根际微生物量氮随氮水平增加而增加，且在团棵一现蕾时高氮（N3）处理微生物量氮显著高于低氮（NI）和中氮（N2）处理（图3）。低氮（NI）时不同基追比处理微生物量碳在各生育期间、同一生育期内无差异；中氮（N2）和高氮（N3）时微生物量氮随生育进程而增加。同一氨水平下，团棵期时微生物氮随基追比增加而增加；旺长期后，追施氮肥提高微生物量氮，且随基追比增加而增加，表明施入土壤无机氮，部分氮迅速被微生物固持，成为土壤活性氮“库”和“源”，对烟株氮素供应有效调控。而高氮（N3）显著提高成熟期土壤微生物量氮，且随基追比增加而增加，表明施氮量能够促使成熟期土壤活性氮“库”和“源”丰盈，烤烟正常成熟落黄具有较大风险。

2.4 氮水平与基追比对根际土壤脲酶和转化酶活性的影响

随氮水平增加根际土壤脲酶活性显著增强，低氮（NI）、中氮（N2）时土壤脲酶活性在成熟期时降低，而高氮（N3）时整个生育期持续增加（图4）。低氮（NI）时脲酶活性较低，反映该施氮水平根际土壤氮素转化较弱，不能满足烟株正常生长发育对氮素需求；高氮（N3）时因施氮量过大而导致土壤有效氮持续供应过强，不能在成熟期及时“氮素调亏”；而中氮（N2）时各处理土壤脲酶活性先增加后降低，符合烤烟各生育期对氮素需求，而在此施氮水平下，基追比为7：3时以适当增加追施比（5：5）致使其在“旺长一现蕾”阶段保持相对较高脲酶活性，与该阶段烟株对氮需求规律相吻合。团棵期时无机氮基追比较高时转化酶活性强，而团棵后无机氮的基追比较低其转化酶活性强（图4）。表明根际土壤转化酶活性与土壤无机氮含量呈正相关关系，土壤速效氮较高时，微生物活性较强，其繁殖和生长加快，可供微生物利用的土壤碳消耗加剧，促使酶促反应进程加快，转化酶活性增强。

3 讨论

3.1 无机氮施用量及基追比调控烤烟不同生育期根际土壤供氮强度，具有直接性和时效性

不同供氮方式和施氮量对烤烟生长和氮素吸收的影响较大，根际土壤速效氮含量与移栽时基施、团棵时追施的无机氮绝对量呈正相关：随时间推移施入土壤无机氮受土壤生物化学过程影响趋于变大。本试验表明，中氮（N2）且基追比为5：5处理根际土壤NH4⁺-N在“团棵-旺长”阶段呈缓慢上升趋势，而后缓慢下降至现蕾期，再以较大速率下降至成熟期（图2）：NOsub>3-N则在“团棵一旺长”急剧下降，“旺长一现蕾”保持平稳并稍有增加趋势，而后在成熟期又能适时下降（图2）。充分反映了该施肥方式在大田烟株“团棵一旺长一现蕾”具有持续充足的速效氮供应，而在成熟期适时氮素调亏，较符合优质烟叶生产中烟株对氮素需求规律。

施入土壤的无机氮、有机氮、有机碳在微生物和土壤酶作用下经复杂的生物化学过程，调控烟株不同生育期养分供应。本试验条件下，因无机氮施入量和基追比不同，加之大田生育期环境因子的变化，导致烟株生长发育过程中根际土壤生物化学过程存在差异。各处理在旺长前根际有机质皆表现为不同程度积累，可能是因为“移栽一旺长”阶段特定气候条件导致土壤有机质合成过程强于其矿化分解过程所致。进入旺长后，随气温升高和降雨增多，加上团棵期追施无机氮肥的“激发效应”，有机质矿化分解加剧，土壤无机氮浓度较高时（N3基追比7：3、N3基追比5：5、N2基追比7：3），有机质矿化分解加快，表现为土壤有机质含量下降，其中高氮水平（N3）且增加追施比（5：5）处理在成熟期高温高湿环境下，加剧土壤有机质矿化，土壤速效氮含量增加，不利于烤烟正常成熟落黄，而低氮（NI）且一次性基施（10：0）最有利于成熟期有机质积累转化，此期根际速效氮含量也相应处于较低水平。

3.2 无机氮施用量及基追比通过影响土壤生物化学过程调控土壤供氮，具有一定的滞后性

土壤水溶性碳为微生物提供可利用碳源，加速微生物繁殖和生长。无机氮对有机质矿化分解具有“激发效应”，使土壤水溶性碳随无机氮增加而增加。随水溶碳增加，微生物可利用碳和氮充足，根际微生物繁殖生长速度加快，水溶性碳被土壤微生物固定积累，表现为根际水溶性碳随烟株生育进程逐渐下降，但被微生物固定的微生物量碳和氮却随施氮量增加而呈增加趋执。本试验条件下，施入无机一有机氮在土壤酶和微生物作用下，通过有机质积累、矿化以及微生物的“蓄水池”作用实现土壤氮素供应调节；在移栽基施和团棵追施后团棵期和旺长期土壤脲酶、转化酶活性随施氮量增加而增强，土壤氮、碳转化趋于活跃，土壤微生物利用碳、氮增加直接促进土壤微生物繁殖与生长，促进微生物量碳、氮积累。在烤烟生育前期（团棵一旺长期）因有机质矿化量小于合成量而表现为随生育进程呈积累状态。进入现蕾期和成熟期后，南方降雨增多和温度升高促使有机质矿化，在大量无机氮（N3）“激发”下，有机质矿化加剧，表现为脲酶活性持续较高，土壤微生物繁殖和生长旺盛，水溶性碳降低，微生物量碳和氮积累，不利于烤烟正常成熟落黄。而中氮（N2）时基追比为5：5处理能有效增加烟田土壤当季有机质积累，同时其脲酶活在烟株大田生育期呈先增加后下降趋势，且在“旺长一现蕾”阶段保持相对较高的脲酶活性，并能在成熟期适时下降，这与该阶段烟株对氮素需求较高的规律最为吻合。

4 结论

在一定时间内，基施一团棵，团棵一旺长烟株根际土壤速效氮与此期（移栽时基施、团棵时追施）施入无机氮量呈正相关；随时间推移施入土壤无机氮受土壤微生物过程影响趋于变大。本试验条件下，高氮（168.0kg/h㎡）时因施氮量过大导致根际土壤有效氮持续供应过强，成熟期时不能及时“氮素调亏”而降低烟叶品质；而中氮（108kg/h㎡）时，各处理脲酶活性呈先增加后下降趋势，较符合烟株各生育期对氮素需求，而此施氮水平下，以适当增加追施比（5：5）使其在“旺长一现蕾”阶段保持相对较高脲酶活性，与该阶段烟株对氮素需求规律相一致。