植煙土壤氮礦化影響因素研究進(jìn)展

王 欣，趙云飛，閆鐵軍

(1．湖北省煙草科學(xué)研究院，湖北武漢 430030；2.湖北中煙工業(yè)有限公司技術(shù)研發(fā)中心，湖北武漢 430052)

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植煙土壤氮礦化影響因素研究進(jìn)展

王 欣1，趙云飛1，閆鐵軍2*

(1．湖北省煙草科學(xué)研究院，湖北武漢 430030；2.湖北中煙工業(yè)有限公司技術(shù)研發(fā)中心，湖北武漢 430052)

綜述了近年來(lái)影響植煙土壤氮礦化的生物因素和非生物因素，其中，非生物因素包括土壤環(huán)境、土壤理化性質(zhì)、施肥和土壤區(qū)域，對(duì)保證煙草產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

氮素礦化；植煙土壤；影響因素

氮是植物生長(zhǎng)發(fā)育所需要的重要元素，也是植物從土壤中吸收量最大的礦質(zhì)元素。煙草在生長(zhǎng)發(fā)育中需要大量的氮素，主要來(lái)源于土壤[1-6]。土壤中92% ～98%的氮以有機(jī)態(tài)存在，但在煙草生長(zhǎng)發(fā)育中，并不能直接吸收有機(jī)態(tài)氮，必須經(jīng)過(guò)土壤微生物和細(xì)菌的分解，將有機(jī)態(tài)氮轉(zhuǎn)化成無(wú)機(jī)態(tài)氮，才能被煙草吸收和利用。從有機(jī)態(tài)氮到無(wú)機(jī)態(tài)氮的轉(zhuǎn)化過(guò)程即為土壤的礦化。土壤氮礦化是反映土壤供氮能力的重要因素之一。

烤煙在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，生長(zhǎng)前期需要吸收大量的氮素，煙株才能正常生長(zhǎng)，生長(zhǎng)后期需要吸收氮素較少，煙葉才能適時(shí)落黃成熟。如果在生長(zhǎng)后期仍有較多的氮素供應(yīng)，則易導(dǎo)致煙葉煙堿含量過(guò)高。氮礦化過(guò)程對(duì)土壤無(wú)機(jī)氮?jiǎng)討B(tài)變化有重要影響，因此，對(duì)土壤礦化過(guò)程及其影響因素進(jìn)行研究，對(duì)于制訂合理的施肥措施、改善土壤環(huán)境以及生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)煙葉具有重要意義。影響植煙土壤氮礦化的因素很多，筆者結(jié)合近年來(lái)有關(guān)文獻(xiàn)對(duì)影響植煙土壤氮礦化的生物因素和非生物因素進(jìn)行綜述。

1 影響植煙土壤氮礦化的生物因素

土壤動(dòng)物能夠促進(jìn)土壤有機(jī)氮的礦化，土壤動(dòng)物對(duì)細(xì)菌的取食也能影響細(xì)菌生物氮的礦化和轉(zhuǎn)化過(guò)程[7]。Sulkava等[8]研究發(fā)現(xiàn)，土壤中銨態(tài)氮數(shù)量與白蟲生物量呈顯著正相關(guān)，白蟲有利于土壤氮礦化。其他學(xué)者通過(guò)研究線蟲和蚯蚓等也得出相似結(jié)論[9-10]。

土壤微生物在氮素循環(huán)中起著重要作用，可以有效分解和礦化土壤有機(jī)質(zhì)。隨著土壤深度的增加，微生物活性降低，氮素的礦化勢(shì)也隨之下降[11-12]。Puri等[13]研究表明，土壤微生物量氮在土壤可礦化氮素中占有重要地位。微生物種類不同，氮礦化也有所不同。就細(xì)菌和真菌而言，細(xì)菌對(duì)埋入土壤中有機(jī)質(zhì)的降解作用更明顯，而真菌對(duì)地表有機(jī)質(zhì)的降解作用大于其他微生物[14]。

2 影響植煙土壤氮素礦化的非生物因素

2.1 土壤環(huán)境

2.1.1 土壤溫度。一般而言，土壤溫度升高會(huì)促進(jìn)土壤氮循環(huán)，有利于氮礦化。Ineson等[15]研究發(fā)現(xiàn)，升溫不僅增加了氮礦化，還增加了礦質(zhì)氮的植物吸收。Shaw等[16]研究表明，在干燥環(huán)境中，溫度升高會(huì)使凈氮礦化速率在1年后提高60%。也有學(xué)者利用不同海拔間比較研究溫度的影響。高海拔土壤年凈氮礦化速率是低海拔的3倍[17]。王樹(shù)會(huì)等[18]在云南主要植煙區(qū)選擇紫色土、水稻土和紅壤3種土壤分層采集，室內(nèi)20和30 ℃下培養(yǎng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，30 ℃下的土壤氮礦化速率和礦化量高于20 ℃。周才平等[19]研究發(fā)現(xiàn)，在5～25 ℃下，土壤凈氮礦化速率隨著溫度的升高而增加；但當(dāng)溫度超過(guò)25 ℃時(shí)，土壤凈氮礦化速率下降。

2.1.2 土壤濕度。研究表明，礦化氮隨水勢(shì)升高而顯著增加，氮礦化的最佳水分含量在-0.03～-0.01 MPa[20]。土壤含水量的降低會(huì)減慢氮礦化速率[21]。Calderon 等[22]研究發(fā)現(xiàn)，土壤含水量減少能使氮和碳的礦化速率降低15%。

在多種類型的土壤中，無(wú)論在田間還是實(shí)驗(yàn)室，溫度和濕度都是控制氮礦化的主要因子[23]。在一定溫度范圍內(nèi)，氮礦化速率隨溫度升高而升高，隨土壤水分增加而增加。Puri等[13]研究發(fā)現(xiàn)，土壤溫濕度是影響土壤氮礦化的最重要因素，且溫度的影響高于濕度，二者有明顯的正交互作用。

2.2 土壤理化性質(zhì)

2.2.1 土壤類型和質(zhì)地。土壤類型和質(zhì)地是影響烤煙礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)吸收與累積的重要環(huán)境因素。土壤類型不同，礦化勢(shì)不同。劉青麗等[24]研究表明，中部主要植煙土壤潮土等的土壤礦化勢(shì)平均為51.9 mg/kg，北部主要植煙土壤暗棕壤等的土壤礦化勢(shì)平均為112.2 mg/kg，南部主要植煙土壤黃壤等的土壤礦化勢(shì)在150.0 mg/kg以上。王鵬等[25]研究發(fā)現(xiàn)，植煙黑鈣土有較強(qiáng)的供氮能力，土壤肥力較高，生產(chǎn)中應(yīng)注意氮肥用量的控制。馬興華等[26]采用Warning淹水培養(yǎng)方法，研究了不同類型土壤的氮礦化過(guò)程，結(jié)果表明，云南羅平黃壤、宣威水稻土、羅平紅壤土壤氮礦化率隨培養(yǎng)時(shí)間增加逐漸增加，羅平黃壤的土壤氮礦化速率最高，宣威紫色土最低。嚴(yán)德翼等[27]通過(guò)好氣性培養(yǎng)指出，黃土區(qū)0～28 d 礦化氮量由大到小依次為淋溶褐土、紅油土、黑壚土。研究表明，水稻土氮素供應(yīng)能力較高，棕壤和褐土氮素供應(yīng)能力較低[28]。張恒等[29]指出，貴州省典型植煙土壤氮礦化速率不同，由高到低依次為石灰土、黃壤、紫色土。云南不同土壤類型中，土壤上層，紫色土氮礦化強(qiáng)度較大，氮礦化累積量較高，紅壤相對(duì)較低；土壤下層，水稻土氮礦化累積量較高，紫色土較低[18]。

土壤質(zhì)地對(duì)氮礦化具有重要影響。與粗質(zhì)土相比，細(xì)質(zhì)土能固定更多碳、氮，氮礦化率較高[30]。砂土的氮礦化高于壤土和黏土。此外，砂土中微生物生物量的C/N高于壤土和黏土，且與單位微生物氮生物量的礦化率呈正相關(guān)。陸琳等[31]研究表明，不同質(zhì)地土壤在烤煙不同生育期氮礦化量的差異極顯著。氮礦化速率為前高后低型的，以黏土及砂土為主，對(duì)烤煙產(chǎn)質(zhì)量的形成有利。

2.2.2 土壤有機(jī)質(zhì)含量。土壤有機(jī)質(zhì)含量能夠影響參與分解的微生物是否容易獲得自身分解的氮素，與土壤氮礦化關(guān)系密切。Reich等[32]研究指出，土壤中黏粒含量和有機(jī)質(zhì)含量對(duì)土壤氮礦化影響較大，有機(jī)質(zhì)含量越高氮礦化能力越強(qiáng)，黏粒含量越高氮礦化能力越弱。張恒等[33]通過(guò)對(duì)貴州省943份短期培養(yǎng)樣品進(jìn)行檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，土壤有機(jī)質(zhì)含量與植煙黃壤潛在供氮能力呈顯著正相關(guān)。馬興華等[28]研究表明，土壤氮礦化量與土壤有機(jī)質(zhì)含量和土壤全氮含量均呈極顯著正相關(guān)或正相關(guān)，說(shuō)明有機(jī)質(zhì)和全氮含量越高的土壤其氮礦化量越高，土壤供氮能力越強(qiáng)。

2.2.3 土壤深度與土壤pH。土壤深度是影響氮礦化的重要因素。氮礦化一般隨土層深度增加而降低，土層淺則氮素的礦化作用強(qiáng)[34]。Paul等[11]對(duì)不同土層氮礦化進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在0～15.0 cm土層中，氮礦化的32%～38%發(fā)生在0～2.5 cm土層；52%～56%發(fā)生在0～5.0 cm土層；80%～90%發(fā)生在0～10.0 cm的土層。Berendse[35]認(rèn)為，隨著土壤深度的增加，氮礦化隨之下降。云南不同植煙土壤紫色土、水稻土和紅壤中，不同深度土壤以0～20 cm土層礦化速率和礦化量最高，其次是20～40 cm土層，再次是40～60 cm土層，最低的是60～80 cm土層和80～100 cm土層[18]。

2.3 施肥 土壤氮礦化勢(shì)是表示土壤供氮潛力的參數(shù)。不同肥力植煙土壤間，礦化勢(shì)由高到低依次為高肥力土、中肥力土、低肥力土[37]。戴曉艷等[39]通過(guò)對(duì)黑土、棕壤、紅壤等土壤的研究表明，同一土類中不同肥力的土壤，肥力高的土壤其微團(tuán)聚體的土壤氮礦化勢(shì)均大于肥力低土壤中各相應(yīng)粒級(jí)的土壤氮礦化勢(shì)，這是因?yàn)椴煌柿Φ耐寥榔湮F(tuán)聚體組成不同，各粒級(jí)微團(tuán)聚體的養(yǎng)分含量、酶活性等不同。

氮磷鉀化肥和有機(jī)肥配施顯著提高了土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量，促進(jìn)土壤氮礦化量和礦化率；氮磷鉀化肥處理可以提高土壤無(wú)機(jī)氮含量，但對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、氮礦化量和礦化率的影響較小[40]。

劉衛(wèi)群等[6]研究了烤煙生育期內(nèi)植煙土壤中的氮素轉(zhuǎn)化和供氮狀況，結(jié)果表明，施用無(wú)機(jī)氮肥可大幅度提高0～20 cm土壤中的無(wú)機(jī)氮濃度。Haynes[41]研究發(fā)現(xiàn)，土壤有機(jī)氮的凈礦化速率隨肥料氮的增加而呈上升趨勢(shì)，但在肥料用量增加到一定值后，土壤有機(jī)氮的凈礦化速率達(dá)到最高，之后呈下降趨勢(shì)。Klemmedson[42]研究表明，施肥增加氮礦化只是暫時(shí)現(xiàn)象，種植豆科植物比施氮肥更加經(jīng)濟(jì)有效。

2.4 土壤區(qū)域 研究表明，土壤礦化勢(shì)在不同植煙區(qū)間差異顯著，南方煙區(qū)顯著高于北方煙區(qū)、黃淮煙區(qū)[24]。我國(guó)植煙區(qū)的潛在供氮能力呈南北高中間低的分布趨勢(shì)。貴州省不同植煙區(qū)氮礦化勢(shì)差異較大，主要植煙黃壤的潛在供氮能力以中部地區(qū)較低，四周逐漸增強(qiáng)[33]。湖南省植煙土壤有機(jī)氮礦化速率均表現(xiàn)為前期較快、后期緩慢。湘南、湘中、湘西植煙土壤有機(jī)氮礦化積累量、礦化速率、礦化勢(shì)相差較大，且由高到低依次為湘中、湘南、湘西[43]。

3 結(jié)語(yǔ)

在植煙土壤中，由于氮肥投入不當(dāng)，會(huì)造成煙株矮小或形成黑暴煙，顯著影響煙葉的產(chǎn)量和質(zhì)量，從而影響煙草產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展。在所有必需營(yíng)養(yǎng)元素中，氮是限制煙草生長(zhǎng)和產(chǎn)質(zhì)量的首要因素。煙葉所吸收氮素主要來(lái)自土壤，而土壤中的氮主要以有機(jī)態(tài)存在。因此，研究植煙土壤的氮礦化，對(duì)保證煙草產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

影響氮礦化的因素較多，如溫度、濕度等環(huán)境因素，土壤類型、質(zhì)地、有機(jī)質(zhì)、pH等土壤理化性質(zhì)，土壤動(dòng)物、微生物等生物因素，且不同因素之間存在交互作用；不同條件下各種因素的影響強(qiáng)度也存在較大差異。在烤煙生產(chǎn)中，打頂前需要較多的氮素供應(yīng)，促進(jìn)煙株早生快發(fā)，打頂后減少氮素供應(yīng)，以利于煙葉優(yōu)質(zhì)適產(chǎn)。應(yīng)充分根據(jù)土壤的有機(jī)質(zhì)和全氮含量制訂施肥策略，充分利用土壤自身供氮潛力，使養(yǎng)分供應(yīng)與烤煙營(yíng)養(yǎng)需求規(guī)律相吻合，以改善煙葉品質(zhì)[44]。

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Research Process of Impact Factors in Planting Tobacco Soil Nitrogen Mineralization

WANG Xin1, ZHAO Yun-fei1, YAN Tie-jun2*

(1. Tobacco Research Institute of Hubei Province, Wuhan, Hubei 430030; 2. Technology Center, China Tobacco Hubei Industrial Co. Ltd., Wuhan, Hubei 430052)

The biological factors and nonbiological factors impacting planting tobacco soil nitrogen mineralization in recent years were reviewed, nonbiological factors include soil environment, soil physicochemical properties, fertilization and soil region. The study has significance for guaranteeing sustainable development of tobacco industry.

Nitrogen mineralization; Planting tobacco soil; Impact factor

王欣(1983- )，女，河南方城人，農(nóng)藝師，碩士，從事煙草科研管理工作。*通訊作者，高級(jí)農(nóng)藝師，碩士，從事煙葉原料應(yīng)用技術(shù)及質(zhì)量評(píng)價(jià)研究。

2016-08-29

S 15

A

0517-6611(2016)29-0118-03