陸引罡，謝永平，湛方棟，丁美麗

（1.貴州大學，貴陽 550025；2.貴州省煙草公司貴陽市分公司，貴陽 550001；3.云南農(nóng)業(yè)大學，昆明 650223）

貴州植煙黃壤一般比較粘重，烤煙生長前期低溫多雨，土壤氮素的生物有效性不高，氮素供不應求，難于滿足煙苗前期生長的需要。但是，在煙葉生長后期，氣溫升高，土壤氮素的生物有效性過高，氮素供過于求，致使煙葉難于落黃，上部煙葉可用性不高，煙堿含量偏高，嚴重影響了煙葉的產(chǎn)量品質(zhì)。由此可見，土壤氮素的供應與烤煙的需要不協(xié)調(diào)是貴州煙葉產(chǎn)量不高、品質(zhì)低下的主要原因之一。研究表明，土壤微生物態(tài)氮占土壤全氮量的1%～5%，為全年植物吸收氮量的 60%左右。該氮庫的周轉(zhuǎn)期為0.5～1年，其中根際的周轉(zhuǎn)率比土體快得多。對許多植物而言，氮素周轉(zhuǎn)期只有 0.2～0.6年，因此這部分養(yǎng)分的釋放量常大于這些植物的吸收量；土壤微生物態(tài)氮釋放的養(yǎng)分能滿足小麥和玉米生長的需要。施入土壤的無機氮肥的絕大部分在短時間內(nèi)就被微生物同化進入微生物氮庫[1]。由此可見，微生物態(tài)氮的數(shù)量和周轉(zhuǎn)強度可以用來表征氮素供應的容量和強度。由于土壤微生物的活性受到植物根系供應的碳源和能源以及根際土壤水分和養(yǎng)分的制約，所以研究土壤養(yǎng)分—微生物活性的相互作用及其機理，掌握土壤微生物氮素的轉(zhuǎn)化規(guī)律，是實現(xiàn)合理使用氮肥、提高煙葉產(chǎn)質(zhì)量的關(guān)鍵性基礎(chǔ)工作。弄清煙地土壤中與氮素轉(zhuǎn)化有關(guān)的微生物種類、數(shù)量、生理活性、動態(tài)變化，以及它們參與土壤氮庫轉(zhuǎn)化的生物化學過程及主控因子，可以弄清煙地土壤氮素供應的機理，協(xié)調(diào)土壤氮素供應與烤煙氮素需要，對于提高煙葉的產(chǎn)量、品質(zhì)有重要的理論意義和應用價值。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

土壤采自貴陽市花溪區(qū)，按中國土壤分類標準確定為黃壤，由沙頁巖風化物發(fā)育形成，屬于貴州省典型的地帶性分布土壤，也是貴州省主要的植煙土壤。土壤的基本性質(zhì)是pH 6.5，有機碳15.86g/k，全氮 1.94 g/kg，堿解氮 126.2 mg/kg，速效磷 7.6 mg/kg，速效鉀 53.4 mg/kg，陽離子交換量 12.15 cmol/kg。

1.2 試驗設(shè)計

設(shè)置常規(guī)施肥（有機肥＋施氮 105 kg/hm2）與不施氮肥（施有機肥）2個處理，小區(qū)面積333 m2，3次重復。烤煙品種為K326，分別在團棵期、現(xiàn)蕾期和成熟期（上部葉成熟），各處理選取15株健壯烤煙，去掉0～5 cm的表面土，然后挖取表層5～40 cm的根系，用小刀把大塊土壤除去，再輕輕抖動除去粘附在根表上的土粒，混合樣品后用滅菌的塑料紙帶回實驗室，稱取約8.00 g鮮根系，置于盛有100.0 mL無菌水的三角瓶中，振蕩15 min，除去根系后得到烤煙的根際土懸液備用[2]。

1.3 土壤微生物區(qū)系測定

細菌、真菌、放線菌采用平板培養(yǎng)法。細菌采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基，放線菌采用改良高氏1號培養(yǎng)基[3]，真菌采用馬丁氏培養(yǎng)基。

1.4 土壤微生物活性指標測定

1.4.1 土壤微生物生物量碳、氮的測定 土壤微生物生物量碳的測定采用氯仿熏蒸—0.5 mol/L K2SO4提取法，TOC自動分析儀測定；土壤微生物生物量氮的測定采用熏蒸提取—開氏定氮法測定微生物生物氮量[4]。

1.4.2 土壤氨化作用強度、硝化作用強度分析 土壤氨化作用測定采用土壤培養(yǎng)法，用半微量開氏定氮蒸餾法測定NH4+-N的含量；土壤硝化作用測定采用溶液培養(yǎng)法，用比色法測定NO2-N的減少量[4]。

1.5 土壤氮素礦化率測定

100 g土樣與0 g或0.5 g 氮混合，調(diào)節(jié)加氮處理的C/N為9和13后裝入950 mL培養(yǎng)瓶。各處理加水至土壤最大持水量的70%，放入堿管加蓋密封后置于恒溫箱（30℃）內(nèi)進行培養(yǎng)，4次重復，培養(yǎng)期為45 d（團棵期）、70 d（現(xiàn)蕾期）、90 d（成熟期），測定土壤氮素礦化率[4]。

2 結(jié) 果

2.1 植煙黃壤微生物群落結(jié)構(gòu)的變化

圖1 烤煙根際細菌數(shù)量動態(tài)變化Fig.1 Quantity dynamics of flue-cured tobacco rhizosphere bacteria

圖2 烤煙根際放線菌、真菌數(shù)量動態(tài)變化Fig.2 Quantity dynamics of flue-cured tobacco rhizosphere ctinomycetes and fungi

表1 無機氮對土壤有機碳礦化的影響Table1 Effects of nitrogen on mineralization ratio of organic carbon

如圖 1、2所示，施用氮肥處理與未施氮肥處理黃壤根際微生物三大菌數(shù)量的變化趨勢一致。各處理土壤的微生物總量在現(xiàn)蕾期以前差異顯著，但在成熟期差異不明顯。就各類微生物數(shù)量而言，大田烤煙根際微生物數(shù)量呈細菌＞放線菌＞真菌的趨勢；旺長期根際細菌數(shù)量劇增，成熟期劇減；根際放線菌和真菌數(shù)量在成熟期劇增。這表明在烤煙旺長期，根系分泌作用強烈，根際細菌對根分泌物的利用率和敏感性遠遠超過放線菌和真菌，出現(xiàn)微生物數(shù)量的高峰；在成熟期，可能由于根際細菌數(shù)量的劇減，對營養(yǎng)源和能源的競爭下降，使得放線菌和真菌有相對較多營養(yǎng)源和能源。值得注意的是，烤煙生育前期無機氮的施用雖然明顯促進了土壤固有細菌數(shù)量的增加，但并未明顯促進土壤有機碳的礦化（表1），與未施氮處理同期相比，其礦化率反而降低 0.22×10-4d-1；烤煙生長的中期（現(xiàn)蕾期）土壤細菌數(shù)量達到高峰，礦化率高于未施氮處理，且達最大值，土壤有機碳礦化量也達高峰，后期土壤細菌數(shù)量劇減，礦化率相應降低，土壤有機碳礦化也表現(xiàn)出明顯的下降，可見，烤煙生育中后期細菌數(shù)量的變化規(guī)律與土壤氮素轉(zhuǎn)化有相當?shù)恼嚓P(guān)關(guān)系。

2.2 植煙黃壤微生物活性的變化

2.2.1 植煙黃壤氮素礦化和硝化作用強度變化表2數(shù)據(jù)表明，氮的礦化強度4～8月份逐漸升高，8月最高為28.25 μg/g?d，9月份大幅下降。這種變化與溫度、降水、土壤濕度和土壤可礦化有機氮量有密切關(guān)系。4～8月份溫度逐漸升高，8月降水量與土壤濕度較小，積累的易礦化有機氮被迅速礦化，進入9月份，由于土壤通氣性下降，不利于氮素的礦化作用。在好氣條件下的礦化強度比嫌氣條件下高，同時，在前幾個月易礦化的很多成分已被礦化，可礦化物質(zhì)減少，因而氮礦化強度下降。從貴州烤煙生長發(fā)育進程來看，8月份正處于營養(yǎng)生長向生殖生長轉(zhuǎn)化時期，以優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)對土壤供氮的要求來看，此時對氮素的需求應該很少，甚至不供應氮素還有利于提高上部煙葉的質(zhì)量，但此期氮素礦化量高，與上部煙葉對氮的需求相互矛盾。

4～9月份的總硝化趨勢是上升的，6月和7月硝化強度最高，最高值出現(xiàn)在 6月份（29.32 μg/g?d），這與 5月和 6月土壤中硝化作用的基質(zhì)NH4+-N的含量較高有密切關(guān)系；8月和9月硝化強度大幅度降低，與土壤相對干燥有關(guān)，而硝化細菌只有在濕潤條件下活動才強烈。比較表2的數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)硝化強度大于礦化強度，主要是由于硝化作用的基質(zhì)除了來自于礦化的NH4+-N外，更多的是來自于肥料中的 NH4+-N。此外，硝化作用強度最高值的出現(xiàn)時間比礦化作用早 1～2個月，這表明硝化作用主要是以肥料中的NH4+-N為基質(zhì)的，也說明了植煙黃壤中參與硝化作用的微生物主要為異養(yǎng)型細菌或誘導型細菌，這為制定土壤微生物活性的調(diào)控技術(shù)措施提供了依據(jù)。

植煙黃壤中氮礦化、硝化強度與當月降雨量、氣溫等氣候因素之間具有很好的相關(guān)性（圖3）。降雨、氣溫是影響土壤氮礦化、硝化的關(guān)鍵因素，植煙黃壤中氮礦化、硝化強度與降雨量、氣溫呈正相關(guān)。植煙黃壤中氮礦化、硝化強度隨季節(jié)降雨量、氣溫的變化規(guī)律可為目前進行的煙水工程技術(shù)提供理論依據(jù)。

表2 植煙黃壤氮素礦化、硝化強度動態(tài) μg/g?dTable2 Nitrogen mineralization and nitrafication dynamics of yellow soil with tobacco

圖3 植煙黃壤礦化及硝化強度與氣候因子的關(guān)系Fig.3 Relationship between nitrogen mineralization and nitrafication and climate factors in yellow soil

2.2.2 植煙黃壤微生物生物量碳(Cmic)、氮(Nmic)及Cmic:Nmic比的變化 由于施入土壤的無機氮肥的絕大部分在短時間內(nèi)就被微生物同化進入微生物氮庫，但隨著作物的生長，這些被固定的養(yǎng)分又有很大部分釋放出來供作物吸收利用[5]，無機氮肥的生物固定和有機肥的礦化，是土壤中同時發(fā)生在氮素轉(zhuǎn)化過程中兩個極其重要的過程，這兩個過程進行的方向和強弱影響到烤煙的氮素營養(yǎng)狀況[6]，王巖等人研究表明[7]，這兩個過程主要受土壤中易分解的有機碳源和無機氮源數(shù)量的影響。氮素從無機氮轉(zhuǎn)化成土壤有機氮中間要經(jīng)歷一系列過程，這些過程大多發(fā)生在土壤微生物細胞內(nèi)，因而微生物態(tài)氮的數(shù)量和周轉(zhuǎn)強度可以用來表征氮素供應的容量和強度。因此，闡明土壤微生物生物量碳(Cmic)、氮(Nmic)及 Cmic︰Nmic比的消長過程有利于揭示植煙黃壤氮素固定和礦化的本質(zhì)。

從圖 4、5可以看出，施肥后至團棵期，微生物生物量碳有很大的上升幅度(與未施肥的對照相比升高了44%)，微生物生物量氮也有相似的變化規(guī)律（與未施肥的對照相比升高了 30%），這說明在烤煙團棵期以前所施用的氮肥以生物固定為主，促進有機碳礦化的作用不明顯，微生物與煙苗對氮的吸收有很強的競爭作用。由于煙地土壤在烤煙生長前期的硝化與反硝化損失也較大，導致貴州植煙黃壤上烤煙前期養(yǎng)分供應不足、營養(yǎng)生長不良，這可能是烤煙產(chǎn)量與質(zhì)量較低的重要原因之一。

圖4 黃壤微生物碳量的變化Fig.4 Changes of microbial carbon biomass in yellow soil

圖5 黃壤微生物氮量的變化Fig.5 Changes of microbial nitrogen biomass in yellow soil

隨著烤煙進入生育旺盛期，根系分泌作用強烈，根分泌物數(shù)量大，微生物生物量碳、微生物生物量氮從前期到中期（生育旺盛期）的過度卻相對平穩(wěn)，其促使土壤礦化增加烤煙氮素營養(yǎng)的作用與烤煙旺盛的氮素需要不協(xié)調(diào)；在烤煙生育后期，微生物生物量碳、微生物生物量氮逐漸下降，此時煙地土壤中的細菌數(shù)量也出現(xiàn)了大幅度的下降，土壤礦化作用強度相應下降。施用肥料（氮肥）處理與對照(未施氮肥處理)的微生物生物量碳(Cmic)、氮(Nmic)量在現(xiàn)蕾期以前呈顯著性差異，但在成熟期差異不明顯。

植煙黃壤微生物量碳、氮比的變化顯示（圖6），對土壤施肥提高了微生物Cmic︰Nmic比，在團棵期和旺長期呈小幅上升，在成熟期尤其突出，此時微生物可釋放出一部分多余的氮素，雖然數(shù)量不大，但這有利于烤煙生育前期對氮素的需要，但后期微生物釋氮對烤煙質(zhì)量不利。不施肥處理的土壤也有類似變化。從植煙黃壤微生物量碳、氮比的變化可推斷，由于微生物量碳、氮比在烤煙整個生育期均呈上升趨勢，成熟期上升幅度更大，調(diào)節(jié)烤煙生育后期土壤的碳、氮比例將有利于上部煙葉品質(zhì)的提高。

圖6 黃壤微生物碳氮比的變化Fig.6 Changes of microbial C:N ratio in yellow soil

3 結(jié) 論

（1）連續(xù) 2年的試驗結(jié)果表明，烤煙生育中期和后期細菌數(shù)量的變化規(guī)律與土壤氮素轉(zhuǎn)化呈正相關(guān)關(guān)系；植煙黃壤礦化強度變化與溫度、降水、土壤濕度和土壤可礦化有機氮量有密切關(guān)系，貴州地區(qū)植煙黃壤礦化強度在8月達到最高值（28.25 μg/g?d）；植煙黃壤氮的硝化強度隨土壤水分及硝化基質(zhì)的含量而變化，貴州地區(qū)最高值出現(xiàn)在 6月份（29.32 μg /g?d）。

（2）土壤微生物生物量碳、氮及Cmic︰Nmic比在植煙黃壤施氮肥或不施氮肥的變化基本一致，至烤煙生長中期，所施用的氮肥大部被微生物生物固定，這可能是導致貴州植煙黃壤上烤煙前期養(yǎng)分供應不足、營養(yǎng)生長不良的重要原因之一。而后期微生物生物量碳、微生物生物量氮雖逐漸下降，但微生物Cmic︰Nmic比卻有小幅上升，土壤仍有較強的礦化作用。根據(jù)貴州植煙黃壤上微生物活度變化規(guī)律，采用大壯苗深栽或提前起高壟結(jié)合覆膜等技術(shù)措施，通過基肥、追肥一次性施用或控制氮肥施用量的方法，對調(diào)節(jié)氨化、硝化細菌活性、改變土壤養(yǎng)分供應、滿足烤煙對養(yǎng)分的需求規(guī)律具有較好的效果，對提高烤煙中下部煙葉質(zhì)量也有較好的效果。

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