餅肥等氮替代化肥對(duì)植煙土壤養(yǎng)分、酶活性和氮素利用的影響

季璇 馮長(zhǎng)春 鄭學(xué)博 宋文靜 陳玉藍(lán) 況帥 董建新 杜如萬

摘? 要：為探明四川涼山植煙區(qū)適宜的施肥方式，改善煙區(qū)土壤肥力和烤煙氮素利用狀況，通過田間試驗(yàn)，研究等氮條件下菜籽餅肥替代化肥對(duì)土壤養(yǎng)分、酶活性及氮素利用的影響。結(jié)果表明，菜籽餅肥氮替代30%化肥氮處理顯著提高植煙土壤總有機(jī)碳、可溶性有機(jī)碳、有效磷、速效鉀含量和土壤脲酶活性，顯著降低了土壤pH和烤煙成熟期土壤過氧化物酶和多酚氧化酶活性。Pearson相關(guān)分析表明，土壤過氧化物酶和多酚氧化酶活性與可溶性有機(jī)碳負(fù)相關(guān)性較強(qiáng)，土壤多酚氧化酶活性與NO₃^--N含量極顯著正相關(guān)，土壤過氧化物酶活性與NH₄⁺-N含量極顯著正相關(guān)。土壤脲酶活性與土壤有機(jī)碳極顯著正相關(guān)，與有效磷、速效鉀以及碳氮比顯著正相關(guān)，而與pH極顯著負(fù)相關(guān)。菜籽餅肥氮替代30%化肥氮處理顯著提高了烤煙成熟期干物質(zhì)積累量、氮含量、氮積累量和氮素利用率。菜籽餅肥氮替代30%化肥氮是改善土壤肥力，提高烤煙生長(zhǎng)和氮素利用的適宜施肥方式。

關(guān)鍵詞：菜籽餅肥;等氮替代;植煙土壤;氮素利用

中圖分類號(hào)：S572.06?? ???????文章編號(hào)：1007-5119（2019）05-0023-07????? DOI：10.13496/j.issn.1007-5119.2019.05.004

Abstract： In order to find out the suitable fertilization methods and improve the soil fertility and nitrogen utilization of flue-cured tobacco in tobacco planting areas of Liangshan， Sichuan， field experiments were conducted to study the effects of combined application of rapeseed cake and chemical fertilizer on tobacco growing soil nutrients， enzyme activities and nitrogen utilization under same nitrogen conditions. The results showed that rapeseed cake fertilizer nitrogen replacement 30% chemical fertilizer nitrogen treatment significantly increased the contents of total organic carbon， dissolved organic carbon， available phosphorus， available potassium and soil urease activity; significantly decreased soil pH， activities of soil peroxidase and polyphenol oxidase in flue-cured tobacco mature stage. Pearson correlation analysis showed that the activities of soil peroxidase and polyphenol oxidase were negatively correlated with dissolved organic carbon， soil polyphenol oxidase activity was significantly positively correlated with NO₃^--N content， soil peroxidase activity was significantly positively correlated with NH₄⁺-N content. soil urease activity was significant positively correlated with soil carbon， available phosphorus， available potassium and carbon nitrogen ratio， but significant negatively correlated with soil pH. rapeseed cake fertilizer nitrogen replacement 30% chemical fertilizer nitrogen treatment significantly improved flue-cured tobacco dry matter accumulation， nitrogen content， nitrogen accumulation and nitrogen utilization rate in the mature stage. The replacement of 30% chemical fertilizer nitrogen by rapeseed cake fertilizer is a suitable fertilization method to improve soil fertility and increase the growth of flue-cured tobacco and nitrogen utilization.

Keywords：rapeseed cake fertilizer; equal nitrogen replacement; tobacco planting soil; nitrogen utilization

基金項(xiàng)目：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程（ASTIP-TRIC03）;中國(guó)煙草總公司四川省公司科技項(xiàng)目“涼山山地原生態(tài)特色煙葉關(guān)鍵生產(chǎn)技術(shù)研究應(yīng)用與品牌開發(fā)”（LSYC201601）;四川省煙草公司涼山州公司科技項(xiàng)目“涼山煙草促進(jìn)煙農(nóng)增收示范基地建設(shè)”（201851340024339）施用有機(jī)肥一直是我國(guó)煙區(qū)土壤保育和提升烤煙品質(zhì)的一項(xiàng)重要舉措，近年來有機(jī)肥部分替代化肥已成為我國(guó)煙區(qū)普遍采用的一種施肥模式，這也是實(shí)現(xiàn)我國(guó)2020年化肥零增長(zhǎng)的重要途徑^[1-3]。研究發(fā)現(xiàn)，施用有機(jī)肥可顯著提高烤煙生長(zhǎng)中后期土壤C/N、土壤活性碳和活性氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，同時(shí)土壤總有機(jī)碳和總有機(jī)氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)也顯著提高，進(jìn)而促進(jìn)烤煙生長(zhǎng)中后期營(yíng)養(yǎng)的持續(xù)均衡供應(yīng)^[4];有機(jī)肥配施無機(jī)肥可顯著提高植煙土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀含量以及土壤過氧化氫酶和脲酶的活性^[5];配施菌肥能顯著提高植煙土壤有機(jī)碳和速效養(yǎng)分含量、顯著增加土壤脲酶活性，從而提高土壤肥力^[6]。

菜籽餅肥是我國(guó)南方煙區(qū)的重要有機(jī)肥源，研究表明，腐熟的菜籽餅肥對(duì)植煙土壤養(yǎng)分、烤煙根系生長(zhǎng)、氮素利用率和土壤碳礦化、氮礦化提高均具有顯著影響^[7-8]?；诖吮狙芯坎捎么筇镌囼?yàn)，研究等氮量條件下菜籽餅肥部分替代化肥對(duì)我國(guó)四川涼山煙區(qū)土壤養(yǎng)分、酶活性及氮素利用的影響，以期為確定適宜的有機(jī)-無機(jī)配施模式，進(jìn)一步提升土壤質(zhì)量和保障烤煙生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)和科學(xué)指導(dǎo)。

1? 材料與方法

1.1? 試驗(yàn)地概況

本試驗(yàn)于2018年4—10月進(jìn)行，試驗(yàn)區(qū)位于四川省西昌市大興鄉(xiāng)新民村中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院西南煙草試驗(yàn)基地（102°21′ E，27°50′ N），海拔1670 m。供試土壤為紫色砂巖發(fā)育的紫色土，經(jīng)調(diào)查有較長(zhǎng)種植水稻的歷史，后改為旱作。為平衡地力，試驗(yàn)地經(jīng)整治后連續(xù)3年（2015—2017年）每年5—9

月種植水稻，10月至次年4月閑置。0～20 cm表層土壤基本理化性質(zhì)為：pH 7.51，有機(jī)質(zhì)15.83 g/kg，全氮0.90 g/kg，堿解氮73.73 mg/kg，有效磷10.61 mg/kg，速效鉀106.62 mg/kg。

1.2? 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)置4個(gè)處理：CK（不施肥）;T1（常規(guī)氮磷鉀施肥）;T2（70%化肥氮+30%菜籽餅肥氮，磷鉀用量同T1處理）;T3（單施菜籽餅肥氮，磷鉀用量同T1處理）。各小區(qū)隨機(jī)排列，3次重復(fù)。小區(qū)面積47 m²，各小區(qū)間用水泥埂隔開。供試氮肥為硝酸銨鈣（含N 15.5%）、磷肥為過磷酸鈣（含P₂O₅12%）、鉀肥為硫酸鉀（含K₂O 50%），有機(jī)肥為經(jīng)堆捂發(fā)酵腐熟的菜籽餅肥，其C、N、P₂O₅和K₂O含量分別為465、50、15和15 g/kg，C/N為9.30。所有肥料全部基施，各處理肥料具體用量見表1。供試烤煙品種為云煙87，于2018年5月10日移栽，行距、株距分別為110 cm、50 cm。

1.3? 試驗(yàn)方法

于烤煙成熟采摘期，各小區(qū)“S”形選取5個(gè)點(diǎn)，用直徑5 cm土鉆采集0～20 cm土樣，混勻和去雜后分為兩部分：一部分4 ℃保存（過2 mm篩），一部分風(fēng)干后室溫保存（分別過2 mm和0.145 mm篩）。

土壤屬性測(cè)定方法：有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀-硫酸外加熱法;全氮采用半微量凱氏定氮法;NH₄⁺-N和NO₃^--N先用KCl溶液（1 mol/L）浸提（新鮮土壤），過濾后采用Seal-AA3連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)定^[9];pH采用電位法[m（水）∶m（土）=2.5∶1];有效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法;速效鉀采用乙酸銨浸提-火焰光度法^[10];可溶性有機(jī)碳（DOC）采用K₂SO₄[0.5 mol/L，m（水）∶m（土）= 5∶1]浸提，Multi N/C-3100型TOC分析儀測(cè)定^[11]。土壤過氧化物酶、多酚氧化酶及脲酶采用蘇州科銘生物技術(shù)有限公司提供的試劑盒進(jìn)行測(cè)定。

植株樣品采集及其測(cè)定：烤煙打頂后（移栽第70天），各小區(qū)選取5株代表性煙株，洗凈風(fēng)干后分根、莖、葉和花序，105 ℃殺青30 min，75 ℃烘至恒重后分別測(cè)定質(zhì)量，然后粉碎過篩（0.25 mm），H₂SO₄-H₂O₂消煮，凱氏定氮法測(cè)定全氮^[10]。

1.4? 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2016處理數(shù)據(jù)，繪制圖表。單因素方差分析（One-way ANOVA）和相關(guān)性分析（Pearson指數(shù)）使用SAS 9.4軟件，采用Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行差異顯著性分析（p< 0.05）。

2? 結(jié)? 果

2.1? 菜籽餅肥對(duì)土壤有機(jī)碳和可溶性有機(jī)碳含量的影響

由表2看出，T2處理較CK處理顯著提高有機(jī)碳含量，T1和T3處理也有提高，但各施肥處理間無顯著差異。可溶性有機(jī)碳方面，T2處理較CK和T1處理分別顯著提高42.86%和57.89%;T3處理較CK和T1處理分別顯著提36.83%和51.23%。各處理的可溶性有機(jī)碳比例大小為T2>T3>CK>T1，處理間無顯著性差異。

2.2? 菜籽餅肥對(duì)土壤速效養(yǎng)分、pH和C/N的影響

由表3可見，施肥提高土壤NH₄⁺-N和NO₃^--N含量，T1處理最高。T1、T2和T3處理NH₄⁺-N含量較CK處理分別顯著提高187.87%、27.87%、30.50%;NO₃^--N含量提高79.87%、29.07%、10.22%。T1、T2和T3處理有效磷和速效鉀含量顯著高于CK處理;T2處理有效磷含量較T3和T1處理顯著提高60.08%和131.05%，速效鉀含量分別提高44.65%和43.72%。較CK和T1處理，T2處理pH顯著下降0.17～0.34個(gè)單位，T3處理顯著降低0.12～0.29個(gè)單位。T2處理的C/N較CK和T1處理提高10.37%和21.11%，T3處理提高8.19%和18.71%。

2.3? 菜籽餅肥對(duì)土壤酶活的影響及其與土壤養(yǎng)分指標(biāo)間相關(guān)關(guān)系

由圖1A可知，T1處理較CK處理顯著提高土壤多酚氧化酶活性，T3處理顯著降低該酶活性。圖1B顯示，較CK處理，T1處理顯著提高土壤過氧化物酶活性，T2和T3處理均降低了該酶活性。施肥均顯著提高了土壤脲酶活性（圖1C），各施肥處理間無顯著性差異。

由表4可知，土壤多酚氧化酶活性與過氧化物酶均與可溶性有機(jī)碳含量負(fù)相關(guān)性較大（r<-0.500），土壤多酚氧化酶活性與NO₃^?-N含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，而土壤過氧化物酶活性不僅與NO₃^--N含量顯著正相關(guān)，還與NH₄⁺-N含量存在極顯著正相關(guān)關(guān)系。土壤脲酶活性與土壤有機(jī)碳呈極顯著正相關(guān)，與有效磷、速效鉀以及C/N顯著正相關(guān)，而與pH呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。

2.4? 菜籽餅肥對(duì)烤煙成熟期干物質(zhì)積累量、氮素積累量及氮素利用率的影響

圖2顯示，烤煙成熟期，T2處理根、莖、葉的干物質(zhì)積累量顯著高于CK處理，與其他處理差異不顯著;而花序的干物質(zhì)積累量顯著高于其他3個(gè)處理。由表5可知，烤煙打頂后，T2處理有明顯提高烤煙氮含量的趨勢(shì)，各部位氮含量均高于其他處理。氮積累量方面（表6），T2處理顯著提高烤煙不同部位氮積累量，大小關(guān)系為T2>T1>T3>CK。由表7可知，T2處理顯著增加氮積累量，各處理差異顯著。T2處理的氮素利用率最高，顯著高于T1和T3處理。

3? 討? 論

研究表明，土壤中有機(jī)碳總量短期內(nèi)很難發(fā)生顯著變化，而可溶性有機(jī)碳作為土壤微生物碳源和土壤養(yǎng)分庫(kù)，其含量變化動(dòng)態(tài)直接影響土壤有機(jī)碳的累積和分解，能更靈敏地響應(yīng)施肥措施。此外，可溶性有機(jī)碳比例更能反映土壤有機(jī)碳的質(zhì)量和穩(wěn)定性，比值越高有機(jī)碳活性越高、周轉(zhuǎn)越快，越易被作物和微生物吸收利用^[12]。本研究中，施用菜籽餅肥均提升了土壤有機(jī)碳和可溶性有機(jī)碳含量，這與賀美等^[13]與陳潔等^[14]研究結(jié)果一致。其原因可能是菜籽餅肥本身有機(jī)碳含量高易被微生物分解利用，土壤微生物活性提高，促進(jìn)了土壤中難分解有機(jī)碳的降解^[15]，加速了土壤碳周轉(zhuǎn)。菜籽餅肥所含的可溶性有機(jī)碳和微生物分解產(chǎn)生的可溶性有機(jī)碳共同提高了可溶性有機(jī)碳的比例。

土壤堿解氮、有效磷和速效鉀是反映土壤養(yǎng)分供給的主要指標(biāo)^[10]。有機(jī)肥可顯著增加土壤有效磷和速效鉀含量，而有機(jī)無機(jī)肥配施更利于維持土壤供鉀能力^[16]。本研究發(fā)現(xiàn)，純化肥處理（T1）的無機(jī)氮肥供氮強(qiáng)度顯著強(qiáng)于其他處理，然而氮素利用率卻不是最高的，說明只施化肥在該地區(qū)易發(fā)生NH₄⁺-N與NO₃^--N的徑流和淋溶損失，不能被烤煙充分吸收利用^[17]。菜籽餅肥配施化肥（T2）顯著提高了土壤速效鉀含量，可滿足烤煙生長(zhǎng)期對(duì)鉀的大量需求，進(jìn)而提高煙葉質(zhì)量。此外，菜籽餅肥顯著提高了土壤磷的有效性，原因可能是該處理土壤pH的下降（表3）促進(jìn)了土壤中結(jié)合態(tài)磷的溶解。土壤碳氮比是預(yù)測(cè)土壤碳氮平衡的重要指標(biāo)，對(duì)烤煙種植而言，煙田土壤適宜的C/N大致為20～40^[18]，而表3中碳氮比數(shù)據(jù)均在9以下，表明其有待進(jìn)一步提升。施菜籽餅肥較對(duì)照提高土壤碳氮比值9.73%～21.11%，可見菜籽餅肥有提高土壤碳氮比的潛力，進(jìn)而影響土壤碳、氮固定和礦化，調(diào)節(jié)土壤碳、氮供應(yīng)強(qiáng)度。

土壤過氧化物酶和多酚氧化酶活性與土壤腐殖質(zhì)化程度顯著負(fù)相關(guān)^[19]。烤煙成熟期，與只施化肥相比，施用菜籽餅肥顯著降低了以上兩種酶活性。表明菜籽餅肥直接增加土壤有機(jī)物料源的同時(shí)促進(jìn)了土壤中有機(jī)物的腐殖質(zhì)化進(jìn)程，有利于土壤有機(jī)碳水平的提高。土壤脲酶是專一性酰胺酶，存在于多數(shù)真菌和細(xì)菌中^[20]，專一性促進(jìn)土壤有機(jī)氮向無機(jī)氮轉(zhuǎn)化。本研究中，土壤脲酶活性在菜籽餅肥配施處理中最大，這與張恩平等^[21]研究結(jié)果一致，其原因是菜籽餅肥自身氮素以蛋白質(zhì)氮為主，需經(jīng)微生物分解才能被作物吸收利用，菜籽餅肥既增加了土壤有機(jī)氮源，又可通過改良土壤通氣性促進(jìn)細(xì)菌真菌繁殖生長(zhǎng)，最終提高了土壤脲酶活性，促進(jìn)了土壤有機(jī)氮轉(zhuǎn)化。相關(guān)性分析表明土壤多酚氧化酶、過氧化物酶以及脲酶對(duì)土壤碳氮代謝起著重要作用。

研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)無機(jī)肥配施顯著提高烤煙干物質(zhì)、氮積累量及表觀生產(chǎn)率^[22]，本研究中，菜籽餅肥氮替代30%化肥氮處理烤煙各部位干物質(zhì)積累量、氮含量、氮積累量及氮素利用率顯著高于其他處理，表明菜籽餅肥氮替代30%化肥氮處理可保證烤煙整個(gè)生育期的養(yǎng)分供應(yīng)。但純菜籽餅肥處理中菜籽餅肥所含的有機(jī)物質(zhì)未被徹底分解成烤煙能直接吸收的大量元素，進(jìn)而限制了其生長(zhǎng)。純化肥處理中的養(yǎng)分可被烤煙直接吸收，但卻存在烤煙生育后期養(yǎng)分供應(yīng)不足的問題。

4? 結(jié)? 論

菜籽餅肥氮替代30%化肥氮處理顯著提高了土壤養(yǎng)分含量，土壤脲酶活性及烤煙植株對(duì)氮素的吸收利用，顯著降低土壤pH以及土壤多酚氧化酶和過氧化物酶活性。同時(shí)土壤多酚氧化酶和過氧化物酶活性與土壤速效氮含量呈顯著正相關(guān)。可見，菜籽餅肥氮替代30%化肥氮處理是提高四川植煙土壤肥力和烤煙氮素利用率的適宜施肥方式。

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