腐植酸和氮肥用量及其互作對(duì)植煙土壤質(zhì)量的影響①

穆金麗，譚 鈞，劉國順，丁松爽，溫心怡

(1 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院，鄭州 450002；2 香港中向國際有限公司，北京 100022)

腐植酸和氮肥用量及其互作對(duì)植煙土壤質(zhì)量的影響①

穆金麗1，譚 鈞2，劉國順1，丁松爽1*，溫心怡1

(1 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院，鄭州 450002；2 香港中向國際有限公司，北京 100022)

以中煙 100為材料，采用腐植酸和氮肥雙因子盆栽試驗(yàn)，研究了腐植酸和氮肥用量及其互作對(duì)植煙土壤團(tuán)聚體組成、養(yǎng)分及酶活性的影響。結(jié)果表明：干、濕篩法測(cè)定的土壤團(tuán)聚體的平均重量直徑均以T3處理(腐植酸900 mg/kg + 氮肥40 mg/kg)最高，與其他處理相比提高幅度分別為15.3% ~ 23.2% 和6.5% ~ 20.0%；方差分析顯示，腐植酸與氮肥互作對(duì)土壤 pH、有機(jī)質(zhì)影響不顯著，但對(duì)土壤堿解氮、有效磷、速效鉀含量的影響達(dá)到極顯著水平(P<0.01)；二者互作對(duì)烤煙各生育期土壤脲酶、蔗糖酶活性影響不同。由此，腐植酸和氮肥用量及其互作對(duì)提高土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性、土壤主要養(yǎng)分含量及酶活性具有顯著效果。

腐植酸；團(tuán)聚體；土壤養(yǎng)分；土壤酶活性

土壤是作物生長(zhǎng)的基礎(chǔ)，良好的土壤環(huán)境和土壤質(zhì)量是優(yōu)質(zhì)烤煙生產(chǎn)的前提，但近年來由于土壤的不合理使用導(dǎo)致土壤板結(jié)、營(yíng)養(yǎng)失調(diào)，對(duì)優(yōu)質(zhì)煙葉的生產(chǎn)造成了嚴(yán)重的影響。土壤營(yíng)養(yǎng)狀況是影響煙葉品質(zhì)，特別是影響煙葉香吃味的重要因素[1]。腐植酸應(yīng)用于煙草生產(chǎn)已有多年，其在改良土壤、促進(jìn)土壤養(yǎng)分有效化和提高肥料利用率等方面有明顯的效果。通過在一些作物上的研究表明，腐植酸在改善土壤理化性質(zhì)，提高土壤肥力方面有較好的作用。這是由于腐植酸具有較大的表面積，同時(shí)具有較強(qiáng)的吸附性，施入土壤能顯著增加土壤中的養(yǎng)分含量，增加土壤中水穩(wěn)性團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的含量，改善土壤物理結(jié)構(gòu)，提高土壤的緩沖性能[2]。氮素是影響煙葉產(chǎn)量和品質(zhì)的重要營(yíng)養(yǎng)元素。但關(guān)于腐植酸與氮肥互作對(duì)植煙土壤影響方面的研究報(bào)道甚少，因此研究不同腐植酸與氮肥水平及其互作對(duì)植煙土壤的影響對(duì)于合理施肥、改良土壤、提高煙葉品質(zhì)具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2015年在河南農(nóng)業(yè)大學(xué)許昌校區(qū)煙草試驗(yàn)基地進(jìn)行，試驗(yàn)采用盆栽設(shè)計(jì)，供試煙草品種為中煙100。塑料盆裝土，每盆裝土25 kg，供試土壤基礎(chǔ)肥力為有機(jī)質(zhì)32.3 g/kg，堿解氮64.6 mg/kg，有效磷3.26 mg/kg，速效鉀106.3 mg/kg，pH 7.75。試驗(yàn)用肥料分別為硝酸銨、磷酸二氫鉀、硫酸鉀和腐植酸。腐植酸由香港中向國際有限公司提供，pH 5.4，含N 6.2 ~ 9.3 g/kg、P2O50.075 g/kg、K2O 0.168 g/kg、有機(jī)質(zhì) 681.4 ~ 962.8 g/kg、總腐植酸315.0 ~ 753.5 g/kg。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)設(shè)腐植酸兩個(gè)水平：HA 300 mg/kg(H1)、HA 900 mg/kg(H2)，氮肥兩個(gè)水平：N 40 mg/kg(N1)、N 120 mg/kg(N2)，共4個(gè)處理，分別為：T1，腐植酸H1氮肥N1；T2，腐植酸H1氮肥N2； T3，腐植酸H2氮肥N1；T4，腐植酸H2氮肥N2。所有處理保持磷、鉀肥用量一致：施磷量P2O5180 mg/kg，施鉀量K2O 360 mg/kg。每個(gè)處理15盆，隨機(jī)排列。

試驗(yàn)樣品采集于移栽后30 d開始，每隔15 d采集1次，每個(gè)處理隨機(jī)取3盆，混合制樣，裝袋后帶回實(shí)驗(yàn)室，樣品經(jīng)風(fēng)干后過20目篩備用。另外采集一部分原狀土樣，盡量避免擠壓，以保持原狀土壤結(jié)構(gòu)帶回實(shí)驗(yàn)室于陰涼通風(fēng)處晾干。團(tuán)聚體組成情況的測(cè)定采用干篩法：將原狀土風(fēng)干后取一小部分過孔徑為5、2、1、0.5、0.25 mm的篩組進(jìn)行篩分，然后按其百分比，配成2份質(zhì)量為50 g的土樣，做濕篩法分析。濕篩法：將樣品放置于孔徑自上而下為2、1、0.5、0.25 mm的各級(jí)套篩之上，先用水緩慢濕潤(rùn)5 min后，再放入圓柱筒的水中進(jìn)行篩分。濕篩完成后將各篩層上的土樣轉(zhuǎn)移至已稱重鋁盒，圓柱筒中水土懸濁液過0.106 mm篩，將篩上土樣淋洗入鋁盒，105℃烘干12 h后稱重，最后計(jì)算得到各級(jí)團(tuán)聚體的含量。

土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀外加熱法、堿解氮采用堿解擴(kuò)散法、有效磷采用0.5 mol/L碳酸氫鈉浸提鉬銻抗比色法、速效鉀采用火焰光度法、pH采用土︰水=1︰5酸度計(jì)法測(cè)定[3]；土壤脲酶活性采用苯酚鈉–次氯酸鈉比色法，蔗糖酶活性采用 3,5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定[4]。

土壤酶活性測(cè)定采用移栽后30、45、60、75、90 d樣品，土壤養(yǎng)分及團(tuán)聚體測(cè)定采用移栽后90 d樣品。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用 Microsoft Office Excel 2013 和IBM Statistics SPSS22.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 腐植酸與氮肥互作對(duì)土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響

土壤團(tuán)聚體作為土壤結(jié)構(gòu)的基本單位，其穩(wěn)定性直接影響土壤表層的水、土界面行為，影響土壤的水肥氣熱狀況[5]。團(tuán)聚體是決定土壤肥力狀況的重要因素，也是衡量和評(píng)價(jià)土壤肥力的重要指標(biāo)[6]。通常情況下，土壤團(tuán)聚體按照粒徑大小分為>0.25 mm的大團(tuán)聚體和<0.25 mm的微團(tuán)聚體[7]。土壤大團(tuán)聚體是土壤結(jié)構(gòu)最基本的單元，是土壤肥力的中心調(diào)節(jié)器，具有保證和協(xié)調(diào)土壤中的水肥氣熱、維持和穩(wěn)定土壤疏松熟化層等作用，在一定程度上表征土壤通氣性與抗蝕性[8–9]，因此大團(tuán)聚體含量越多土壤結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，即>0.25mm的團(tuán)聚體是最理想的團(tuán)聚體[10]。表 1顯示的是干篩法測(cè)定的土壤團(tuán)聚體組成結(jié)果。從表 1可知，T1、T2處理土壤以1 ~ 2 mm粒級(jí)團(tuán)聚體含量最高，T3、T4處理土壤以2 ~ 5 mm粒級(jí)團(tuán)聚體含量最高。團(tuán)聚體的穩(wěn)定性一般用平均重量直徑(MWD)來表示，大團(tuán)聚體的百分比越高，MWD的值越大，土壤結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定[11]。本研究各處理土壤平均重量直徑MWD以T3處理最大，分別高于T1、T2、T4處理15.34%、23.16%和15.96%。

濕篩法測(cè)定的團(tuán)聚體是水穩(wěn)性團(tuán)聚體，能夠很好地反映土壤抗水蝕的能力[12]。土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量高低能夠反映土壤結(jié)構(gòu)保持和供應(yīng)養(yǎng)分能力的強(qiáng)弱[13]。由表 2可以看出，各處理土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體皆以微團(tuán)聚體為主，各處理<0.25 mm團(tuán)聚體含量分別為 666、576、617和 652 g/kg。平均重量直徑以T3處理最大達(dá)到0.66 mm，與干篩法結(jié)果一致，即均以T3處理土壤團(tuán)聚體較為穩(wěn)定，相對(duì)于其他處理MWD分別提高了20.0%、6.45% 和11.86%。

表1 干篩法測(cè)定的各處理土壤團(tuán)聚體組成Table 1 Soil aggregate compositions under different treatments measured by dry-sieving method

表2 濕篩法測(cè)定的各處理土壤團(tuán)聚體組成Table 2 Soil aggregate compositions under different treatments measured by wet-sieving method

2.2 腐植酸與氮肥互作對(duì)土壤主要養(yǎng)分含量的影響

土壤養(yǎng)分是土壤肥力的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是土壤的基本屬性和本質(zhì)特征，其對(duì)煙草的產(chǎn)量和品質(zhì)有極大影響，特別是對(duì)于煙葉香吃味的影響。不同處理土壤主要養(yǎng)分的極差分析如表3所示。結(jié)果表明，N2處理(T2、T4)相對(duì)于N1處理(T1、T3)，pH有所降低，有機(jī)質(zhì)、有效磷含量均有所增加，堿解氮和速效鉀含量均有較大增加；H2處理(T3、T4)相對(duì)于H1處理(T1、T2)，pH有所降低，有機(jī)質(zhì)有所增加，堿解氮含量有較大增加，速效鉀含量則有所降低。各養(yǎng)分指標(biāo)中氮肥處理的極差均大于腐植酸處理極差，氮肥的影響較大。方差分析表明，腐植酸、氮肥對(duì)土壤堿解氮、有效磷、速效鉀含量的影響均達(dá)到極顯著水平(P< 0.01)；二者交互作用對(duì)堿解氮含量的影響達(dá)到顯著(P<0.05)，對(duì)有效磷、速效鉀含量的影響達(dá)到極顯著(P<0.01)，這可能是由于腐植酸的施用改善了土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，增加了對(duì)氮素的吸附緩釋，減少了氮素流失；同時(shí)也減少了磷素和鉀素的固定與流失。腐植酸、氮肥及二者的交互作用對(duì)土壤pH和有機(jī)質(zhì)的影響均不顯著(P>0.05)(表4)。

表3 腐植酸與氮肥互作對(duì)土壤主要養(yǎng)分含量的影響Table 3 Effects of interaction between humic-acid and nitrogen on main nutrients of soil

表4 腐植酸與氮肥互作對(duì)土壤主要養(yǎng)分含量影響的F檢驗(yàn)Table 4 F-test of the effects of interaction between humic acid and nitrogen on main nutrients of soil

2.3 腐植酸與氮肥互作對(duì)土壤酶活性的影響

2.3.1 土壤脲酶 土壤酶活性反映了土壤中各種生物化學(xué)過程的強(qiáng)度和方向，其大小可表征生化反應(yīng)的方向和強(qiáng)度，在營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化方面起著重要的作用[14]。土壤脲酶是土壤中最活躍的水解酶類之一，其酶促反應(yīng)產(chǎn)物氮是植物氮源之一，因此脲酶活性能夠表征土壤氮素狀況[15]。由表 5可知，各處理在整個(gè)大田期脲酶活性變化趨勢(shì)大致相同，都呈現(xiàn)出先降低，后有所升高之后又降低的變化趨勢(shì)，這可能是由于腐植酸是天然的脲酶抑制劑，能減少氨揮發(fā)，且腐植酸中的羧基、酚羥基等基團(tuán)對(duì)銨態(tài)氮有絡(luò)合作用、吸附緩釋作用，可以減少氮的流失，所以前期脲酶活性有下降趨勢(shì)，隨著氮的釋放，脲酶活性提高，后期由于氮素含量低，脲酶活性又呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

表5 腐植酸與氮肥互作對(duì)植煙土壤脲酶活性的影響(NH3-N，mg/(g·24h)) Table 5 Effects of interaction of humic acid with nitrogen on urease activity of tobacco soil

腐植酸與氮肥互作對(duì)不同時(shí)期土壤脲酶活性影響的極差分析如表5所示，N1處理(T1、T3)相對(duì)于N2處理(T2、T4)，移栽后45 d和90 d土壤脲酶活性有所增加，60 d則有所降低；H1處理(T1、T2)相對(duì)于H2處理(T3、T4)，移栽后45 d和60 d土壤脲酶活性有所增加；移栽后30、45和90 d，氮肥處理極差均大于腐植酸處理極差，氮肥對(duì)脲酶活性影響較大，60 d和75 d時(shí)腐植酸對(duì)脲酶活性影響較大。方差分析表明，腐植酸對(duì)各時(shí)期脲酶活性的影響不顯著(P>0.05)；氮肥對(duì)移栽后45 d脲酶活性的影響達(dá)到顯著水平(P<0.05)；二者互作對(duì)移栽后30 d和75 d土壤脲酶活性的影響達(dá)到顯著水平(P<0.05)(表6)。

表6 腐植酸與氮肥互作對(duì)植煙土壤脲酶活性影響的F檢驗(yàn)Table 6 F-test of the effects of interaction between humic acid and nitrogen on urease activity of tobacco soil

2.3.2 土壤蔗糖酶 蔗糖酶與土壤肥力關(guān)系密切，土壤蔗糖酶含量增加有利于土壤中有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化，有利于土壤肥力水平的改善和提高，它對(duì)增加土壤中易溶性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)也起著重要的作用[16]。由表 7可知，各處理在烤煙大田生育期土壤蔗糖酶活性變化趨勢(shì)大致相同，均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，移栽后60 ~ 75 d蔗糖酶活性達(dá)到最高，分別為G 29.84、32.89、33.53、33.26 mg/(g·24h)；這可能是由于旺長(zhǎng)期烤煙生長(zhǎng)迅速，對(duì)養(yǎng)分需求量大，蔗糖酶活性提高促進(jìn)了有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化，增加了土壤中易溶性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)以滿足烤煙的生長(zhǎng)需求。此外，移栽后45 ~ 75 d，T2、T3、T4處理蔗糖酶活性均高于T1處理，60 d時(shí)各處理相對(duì)于 T1處理蔗糖酶活性分別提高了 47.7%、45.9%和41.9%，達(dá)到了顯著差異(P<0.05)。

表7 腐植酸與氮肥互作對(duì)土壤蔗糖酶活性的影響(G，mg/(g·24h))Table 7 Effects of interaction of humic acid with nitrogen on invertase activity of tobacco soil

腐植酸與氮肥互作對(duì)植煙土壤蔗糖酶活性影響的極差分析表明(表7)，移栽后45 d和90 d各處理蔗糖酶活性差異不顯著(P>0.05)。N2處理(T2、T4)相對(duì)于N1處理(T1、T3)，移栽后45 d蔗糖酶活性有所增加；移栽后75 d和90 d，H2處理(T3、T4)相對(duì)于H1處理(T1、T2)蔗糖酶活性有所增加；移栽后45、60和90 d，氮肥處理極差均大于腐植酸處理極差，氮肥影響較大；30 d和75 d則是腐植酸對(duì)蔗糖酶活性影響較大。方差分析表明，移栽后 30 d和75 d，腐植酸對(duì)土壤蔗糖酶活性影響達(dá)到顯著水平(P<0.05)；移栽后60 d氮肥對(duì)蔗糖酶活性影響達(dá)到顯著水平(P<0.05)；二者的交互作用則是在移栽后 30 d和 60 d對(duì)蔗糖酶活性影響達(dá)到顯著水平(P<0.05)(表8)。

表8 腐植酸與氮肥互作對(duì)植煙土壤蔗糖酶活性影響的F檢驗(yàn)Table 8 F-test of the effects of interaction between humic acid and nitrogen on invertase activity of tobacco soil

3 討論

土壤團(tuán)聚體是土壤的“養(yǎng)分庫”，是形成土壤結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)[5]。良好的土壤結(jié)構(gòu)不僅有利于水土保持，提高土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，還間接控制著土壤的水、肥、氣、熱等綜合性質(zhì)[17–18]。在本試驗(yàn)干篩法中各處理>0.25 mm團(tuán)聚體含量介于 887 ~ 911 g/kg，濕篩法中各處理>0.25 mm團(tuán)聚體含量介于334 ~ 424 g/kg，說明土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性較好。這可能是由于腐植酸作為一種親水性的有機(jī)膠體，能與土壤中的礦物質(zhì)發(fā)生凝聚反應(yīng)形成有機(jī)–無機(jī)復(fù)合體，這種復(fù)合體活性高，吸附能力強(qiáng)，可以粘結(jié)土壤中的細(xì)粒物質(zhì)，并逐漸形成土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)[19]；土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成提高了土壤有機(jī)無機(jī)復(fù)合度，從而增加了土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體的數(shù)量，改善了土壤結(jié)構(gòu)。團(tuán)聚體的穩(wěn)定性一般用平均重量直徑(MWD)來表示，干篩法和濕篩法中均以T3處理(腐植酸900 mg/kg + 氮肥40 mg/kg)MWD值較高。

土壤養(yǎng)分是土壤肥力的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是土壤的基本屬性和本質(zhì)特征，其對(duì)煙草的產(chǎn)量和品質(zhì)有極大影響，特別是對(duì)于煙葉香吃味的影響。有研究證實(shí)腐植酸可增強(qiáng)土壤保水保肥能力，促進(jìn)氮、磷、鉀的轉(zhuǎn)化和吸收，改善土壤環(huán)境，提高土壤肥力。試驗(yàn)結(jié)果表明，腐植酸與氮肥互作對(duì)堿解氮含量的影響達(dá)到顯著水平(P<0.05)，對(duì)有效磷和速效鉀含量的影響均達(dá)到極顯著水平(P<0.01)，這可能是由于腐植酸的施用提高了有機(jī)物的礦化速度，促進(jìn)了養(yǎng)分元素的釋放。

腐植酸與氮肥互作對(duì)烤煙移栽后30 d和75 d土壤脲酶活性的影響達(dá)到顯著水平(P<0.05)；對(duì)于蔗糖酶活性的影響則是在移栽后30 d和60 d達(dá)到顯著水平(P<0.05)，這可能是由于腐植酸對(duì)脲酶的抑制作用使得前期脲酶活性較低，后期隨著氮素釋放，脲酶活性增加。

4 結(jié)論

腐植酸和氮肥用量及其互作有利于提高土壤大團(tuán)聚體數(shù)量穩(wěn)定性，并且干篩法和濕篩法中均以T3(腐植酸900 mg/kg + 氮肥40 mg/kg)處理MWD值較高。腐植酸與氮肥互作對(duì)堿解氮含量的影響達(dá)到顯著水平(P<0.05)，對(duì)有效磷和速效鉀含量的影響均達(dá)到極顯著水平(P<0.01)；但腐植酸、氮肥及二者的交互作用對(duì)土壤 pH和有機(jī)質(zhì)含量的影響均不顯著(P>0.05)。二者互作對(duì)烤煙移栽后30 d和75 d土壤脲酶活性的影響達(dá)到顯著水平(P<0.05)；對(duì)于蔗糖酶活性的影響則是在移栽后30 d和60 d達(dá)到顯著水平(P<0.05)。綜上，以T3(腐植酸900 mg/kg + 氮肥40 mg/kg)處理對(duì)改善植煙土壤質(zhì)量的效果最好。

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Effects of Humic Acid and Nitrogen Levels and Their Interaction on Tobacco Planting Soil Quality

MU Jinli1, TAN Jun2, LIU Guoshun1, DING Songshuang1*, WEN Xinyi1
(1 College of Tobacco Science, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China; 2 Hongkong Zhongxiang International Limited Company, Beijing 100022, China)

A pot experiment was carried out on effects of different humic acid and nitrogen levels and their interaction on tobacco planting soil aggregate composition, nutrient and enzyme activity with the flue-cured tobacco variety of zhongyan100. The results showed that the soil aggregate mean weight diameters of the treatment with T3 (900 mg/kg humic acid + 40 mg/kg nitrogen) were the highest in both dry and wet sieving method, and compared with those of the other treatments, they were increased by 15.3 percent to 23.2 percent and 6.5 percent to 20 percent, respectively. Variance analyses showed that the interactions of humic acid and nitrogen were not significant on soil pH and organic matter, but extremely significant on soil available nitrogen, available phosphorus and available potassium contents (P<0.01), and different on soil urease and invertase activities in each growing period. The results indicated that humic acid, nitrogen and their interactions have significant effects on improving soil aggregate stability, soil nutrient contents and soil enzyme activities.

Humic acid; Aggregates; Soil nutrient; Soil enzyme activity

S572

A

10.13758/j.cnki.tr.2017.01.005

香港中向國際有限公司“木本泥炭新型肥料在煙草領(lǐng)域應(yīng)用”項(xiàng)目和中國煙草總公司濃香型特色優(yōu)質(zhì)煙葉開發(fā)項(xiàng)目(110201101001(TS-01))資助。

* 通訊作者(shuangsd@126.com)

穆金麗(1989—)，女，河南淮陽人，碩士研究生，主要從事煙草栽培生理生化研究。E-mail:1951800462@qq.com