張弘， 李影， 張玉軍， 朱金峰， 劉世亮?， 劉芳， 姜桂英?

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，450002，鄭州；2.河南省漯河市煙草公司，462000，河南漯河)

生物炭對植煙土壤氮素形態(tài)遷移及微生物量氮的影響

張弘1， 李影1， 張玉軍1， 朱金峰2， 劉世亮1?， 劉芳1， 姜桂英1?

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，450002，鄭州；2.河南省漯河市煙草公司，462000，河南漯河)

為了在植煙土壤中施加生物炭，以及在不同氮素水平下驗(yàn)證生物炭對土壤氮素的淋洗及遷移的影響。采用大田試驗(yàn)，設(shè)計(jì)5個(gè)處理，在磷肥和鉀肥施用量相同的基礎(chǔ)上，除對照(CK)處理不施生物炭與氮肥外，其余4個(gè)處理都添加1 600 kg/hm2的生物炭，施氮量分別為(N0)0、(N1)37.5、(N2)52.5和(N3)67.5 kg/hm2，對植煙土壤氮素在0～20、20～40和40～60 cm土層施加生物炭，研究全氮、堿解氮、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響及其遷移規(guī)律，以及0～20 cm土層微生物量氮的變化特征。結(jié)果表明：植煙土壤施用生物炭降低了0～20 cm以下土壤氮素質(zhì)量分?jǐn)?shù)，提高了植煙土壤對氮素的固定能力。與CK相比，增施生物炭的N0在0～20 cm以下土層，土壤全氮、堿解氮、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低率最高達(dá)到11.21%、49.07%、42.29%和31.35%。而施氮量對植煙土壤全氮、堿解氮和銨態(tài)氮的影響，主要集中在0～20 cm土層，且土壤氮素質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨施氮量的增加而增加，以N3處理各氮素指標(biāo)質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對最高，其全氮、堿解氮和銨態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高分別為2.10 g/kg、261.86 mg/kg和49.80 mg/kg。土壤硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨土層加深而下降，在0～20 cm土層，以N3處理最高，達(dá)264.90 mg/kg；但不同氮水平下，硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)在20～40 cm土層差異較其他土層更顯著。施用氮肥對植煙土壤氮素的影響主要表現(xiàn)在煙草移栽后前30 d。增施生物炭可以提高煙草移栽后60 d時(shí)土壤微生物量氮；而施氮量對微生物量氮熵的影響主要表現(xiàn)在煙草移栽30 d之后。施氮量對植煙土壤氮素的影響主要表現(xiàn)在0～20 cm土層，且在煙草生育前期效果顯著。生物炭可以明顯抑制植煙土壤本身及低量氮肥施用下氮素淋失遷移，但在高量氮肥施用下的抑制作用不明顯。在豫中煙區(qū)，以生物炭配施氮肥67.5 kg/hm2施肥措施，最利于植煙土壤氮素提高。

植煙土壤； 氮素； 生物炭； 施氮量； 遷移

煙草(NicotianaL.)作為我國重要經(jīng)濟(jì)作物，對其研究較多[1-2]。氮素是對煙草產(chǎn)量和品質(zhì)影響最大的敏感元素[3]。施氮量、氮素形態(tài)等影響煙株體內(nèi)氮素的合成與代謝，并影響煙草的產(chǎn)量、致香物質(zhì)的形成和品質(zhì)[4]；同時(shí)，植煙土壤氮素的遷移，也受施氮量的影響較大，最終影響煙草對氮素的吸收利用[5]；因此，有很多研究者開展了植煙土壤氮素形態(tài)調(diào)控研究：如邢云霞等[5]研究表明，施氮量對植煙土壤無機(jī)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)的調(diào)控，主要集中在0～20 cm土層，且氮素用量的調(diào)控作用隨煙株生長期的推移而減弱。化黨領(lǐng)等[6-7]研究認(rèn)為，施氮對煙草生育前期及0～20 cm土層硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響較大，煙草上部葉對土壤氮素的依賴更大。而土壤氮素形態(tài)方面，主要以硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的形態(tài)被吸收利用，尤其硝態(tài)氮是最易被煙草吸收利用[5]。但氮素的這2種形態(tài)轉(zhuǎn)化較快，銨態(tài)氮易硝化成硝態(tài)氮，而硝態(tài)氮在土壤中易于被淋洗流失，最終導(dǎo)致氮素利用率降低。

另有研究表明，生物炭可顯著增加土壤有機(jī)質(zhì)、全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)[8]、土壤碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)[9]以及速效氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)[10]。同時(shí)有研究發(fā)現(xiàn)，生物炭能夠有效地增加土壤持水能力，提高微生物量，促進(jìn)土壤氮固持能力；同時(shí)，降低黑土硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)[11]，即施用生物炭可以大幅度地降低氮素的淋失作用[12-13]。李文娟[14]研究表明，施用生物炭能夠降低硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的穿透能力，增加穿透時(shí)間，使運(yùn)移穿透點(diǎn)推遲出現(xiàn)；但生物炭對土壤微生物量氮的影響往往并不顯著。張婷[15]研究發(fā)現(xiàn)，單施生物炭對微生物量氮無明顯影響，而施用氮肥卻可以顯著提高土壤微生物量氮[16-17]。可見，施氮素及生物炭在對植煙土壤改良，特別是氮素調(diào)控方面都能起到較好的作用，但是缺少在生物炭改良植煙土壤的基礎(chǔ)上，探究不同施氮量對植煙土壤氮素轉(zhuǎn)化的相關(guān)研究；因此，在施用生物炭的基礎(chǔ)上，篩選最適宜施氮量來調(diào)控土壤氮素的遷移，具有很重要的意義。

河南省作為我國優(yōu)質(zhì)濃香型煙葉產(chǎn)地，由于植煙土壤連作時(shí)間長，土壤結(jié)構(gòu)遭到嚴(yán)重破壞，而且土壤氮素盈余過高，C/N比失調(diào)，導(dǎo)致煙葉氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)和煙堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)普遍過高，從而影響煙葉品質(zhì)，使典型濃香型風(fēng)味淡化；因此，需要通過增施高碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的有機(jī)物料，調(diào)節(jié)土壤C/N比，并對氮素遷移進(jìn)行調(diào)控。植煙土壤生物炭施用量最佳范圍為1 200～1 600 kg/hm2[18-19]，筆者采用大田試驗(yàn)，在1 600 kg/hm2生物炭施用量下，驗(yàn)證生物炭對土壤的改良效果，并在此基礎(chǔ)上，施用不同水平氮，探究生物炭施用對植煙土壤氮素形態(tài)及遷移的影響。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于河南省臨潁縣大郭鎮(zhèn)(E113°81′，N33°79′)。該區(qū)屬溫帶季風(fēng)氣候，四季分明，夏季炎熱多雨，冬季寒冷干燥。降水受季風(fēng)影響較明顯，年降水量720 mm，年平均氣溫14.5 ℃，無霜期226 d左右。供試土壤類型為黃褐土，其中，土壤理化性狀為：有機(jī)質(zhì)16.2 g/kg，堿解氮52.8 mg/kg，速效磷20.89 mg/kg，速效鉀159 mg/kg，pH值為7.74。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料與處理設(shè)計(jì)

煙草品種為中煙100。2016年在研究區(qū)，試驗(yàn)分別設(shè)置5個(gè)處理：(1)CK (不施生物炭和氮肥)、(2)N0(不施氮肥)、(3)N1(純氮用量為37.5 kg/hm2)、(4)N2(純氮用量為52.5 kg/hm2)和(5)N3(純氮用量為67.5 kg/hm2)；其中，52.5 kg/hm2為當(dāng)?shù)責(zé)熮r(nóng)常用氮肥施用量，且該處理N∶P2O5∶K2O(質(zhì)量比)=1∶1∶3.5，其他處理的磷鉀肥用量與該處理相同，每個(gè)處理重復(fù)3次，共設(shè)15個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積為66.7 m2，小區(qū)為隨機(jī)排列。除CK外，其余處理于煙草移栽前，在土壤表層增施生物炭1 600 kg/hm2，調(diào)節(jié)土壤碳氮比，然后起壟。施用尿素(含氮量45%)，調(diào)節(jié)土壤氮水平，施用的磷肥和鉀肥分別為過磷酸鈣(含P2O5量12%)和硫酸鉀(含K2O量50%)。每個(gè)處理的施肥量見表1。氮鉀肥基追比為7∶3(70%的氮鉀肥做基肥，30%追肥)，基肥采用25～30 cm寬度開溝雙條施肥，然后起壟。追肥于移栽37 d后施用，追肥位置是煙行兩側(cè)最大葉葉尖所指位置(約距離煙株15～20 cm)。

表1 不同處理施肥量Tab.1 Fertilizer application rate under different treatment

Note: CK: no biockar no N, N0: no N, N1: 37.5 kg/hm2N application, N2: 52.5 kg/hm2N application, N3: 67.5 kg/hm2N application. The same below.

煙苗于2016年5月9日進(jìn)行移栽，按0.50 m×1.22 m的株行距種植，并在2016年8月20日采收完畢。小區(qū)周邊種植2行煙草為保護(hù)行，其他按當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)煙草規(guī)范化栽培管理方式[20]進(jìn)行栽植。

2.2 樣品的采集與測定

在煙苗移栽后30、60和90 d，每個(gè)處理選取長勢一致的煙株3棵，在煙莖基部周圍的中點(diǎn)作為取樣點(diǎn)，隨機(jī)用土鉆采集0～20、20～40 和40～60 cm等不同層次土壤樣品，每一層次土樣充分混勻。土壤鮮樣一部分保存于4 ℃冰箱中，另一部分風(fēng)干過篩，測定常規(guī)理化性質(zhì)。堿解氮采用堿解擴(kuò)散法；全氮采用凱氏定氮法[21]；硝態(tài)氮和銨態(tài)氮采用流動(dòng)分析儀法(Auto Analyzer3)[6]：準(zhǔn)確稱取10 g鮮土于200 mL帶蓋塑料瓶中，加入100 mL濃度為0.01 mol/LCaCl2溶液，震蕩1 h后，過濾于50 mL帶蓋小塑料瓶中，放置于冰箱中待測；微生物量氮采用氯仿熏蒸法測定[22]。

2.3 數(shù)據(jù)處理

使用DPS 7.05軟件，采用Duncan新復(fù)極差法，比較不同處理間各種指標(biāo)之間的差異；使用Origin Pro 8.5進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和制圖。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同處理對植煙土壤不同土層全氮的影響

各處理各土層全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)見圖1。總體來說，各土層全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨移栽后天數(shù)呈下降趨勢，且在同一移栽時(shí)期，隨土層深度加深，全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降。在0～20 cm土層，土壤全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨施氮量的增加而增加，N3處理全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)在移栽后30 d時(shí)，達(dá)到最高值2.1 g/kg，并顯著高于其他處理。在移栽后60和90 d時(shí)，各配施生物炭處理，全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異并不顯著，說明在移栽60 d時(shí)，土壤氮素發(fā)生轉(zhuǎn)化，從而使全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異不顯著。在20～40 cm土層，各處理的全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異不顯著，說明在增施生物炭情況下，不同氮水平對該土層的全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響較小。在40～60 cm土層，全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)整體低于0～20和20～40 cm，且各處理全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化趨勢與20～40 cm土層相似。說明施用不同氮肥量，對土壤全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響只在0～20 cm土層，對更下層土壤的影響較小。

同列小寫字母不同表示5%差異顯著水平。下同。 The different letters in the same column mean significantly different at the 0.05 level. The same below.圖1 不同處理煙草移栽后不同時(shí)間不同土層全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fig.1 Total nitrogen mass fraction in different soil layers under different treatments during different days after tobacco transplanting

圖2 不同處理煙草移栽后不同時(shí)間不同土層堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fig.2 Available nitrogen mass fraction in different soil layers under different treatments during different days after tobacco transplanting

3.2 不同處理對植煙土壤不同土層堿解氮的影響

土壤堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)直接說明土壤的供氮強(qiáng)度。由圖2可見，各土層各處理堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著移栽后時(shí)間呈下降趨勢，且在移栽后30 d時(shí)，各處理不同層次堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高。在0～20 cm土層，N1、N2和N3的堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于對照，N3的堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于其他處理，且在移栽后30 d時(shí)，達(dá)到最高值261.86 mg/kg。說明增加施氮量，能夠顯著提高植煙土壤堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)，提高土壤對植株的供氮能力。在20～40 cm土層，施氮處理在移栽60 d前的堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于CK與N0，但在移栽后90 d時(shí)，N0的堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低，且施氮處理的堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)與CK無顯著性差異，說明在土壤堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低的水平下，施用生物炭能夠顯著降低土壤堿解氮的淋失作用。在40～60 cm土層，各處理的堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯低于0～20 和20～40 cm土層，且隨移栽后時(shí)間逐漸降低。

3.3 不同處理對植煙土壤不同土層硝態(tài)氮的影響

圖3 不同處理煙草移栽后不同時(shí)間不同土層硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fig.3 Nitrate nitrogen mass fraction in different soil layers under different treatments during different days after tobacco transplanting

圖4 不同處理煙草移栽后不同時(shí)間不同土層銨態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fig.4 Ammonium nitrogen mass fraction in different soil layer under different treatments during different days after tobacco transplanting

由圖3顯示，不同土層不同處理硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化，總體上各處理硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨移栽后天數(shù)，呈先上升后下降的趨勢。在0～20 cm土層，各處理硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)在移栽后60 d時(shí)達(dá)到最大值，但硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)并未隨施氮量的增加而呈現(xiàn)規(guī)律性增加。這可能是由于研究施用的氮素是由尿素提供，由尿素轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮形態(tài)，需要一定的時(shí)間[23]，且其硝化成硝態(tài)氮過程，在大田條件下影響因素較復(fù)雜。在20～40 cm土層，與不施氮處理相比(CK、N0)，施氮處理硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著增加，且在移栽后30和60 d，土壤硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨氮水平的增加而增加，在移栽后90 d時(shí)，施氮處理硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)仍顯著高于對照和N0，說明該土層硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)受施氮量的影響較大。在40～60 cm土層，土壤硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)整體還是隨施氮量增加而增加，說明該土層硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)仍受施氮量的影響，生物炭的施用，對硝態(tài)氮的淋洗作用影響主要表現(xiàn)在40～60 cm土層，以及煙草移栽后90 d，這可能是因?yàn)椴杉寥罉悠窌r(shí)，以壟上土層為表層，煙田土壤壟高于地表約20 cm；因此，施用的生物炭主要集中在20～40 cm土層，施用生物炭的N0只在煙草移栽后60 d時(shí)40～60 cm土層、90 d時(shí)0～40 cm土層的硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于CK，說明生物炭對煙草生育前期，以及20～40 cm土層硝態(tài)氮的固定作用并不明顯。

3.4 不同處理對植煙土壤不同土層銨態(tài)氮的影響

由圖4可知，不同土層各處理銨態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)總體上與硝態(tài)氮相似，隨移栽后天數(shù)呈先上升后下降的趨勢。在0～20 cm土層，除煙草移栽后90 d外，銨態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨施氮水平的增加而增加，說明在煙草移栽后90 d前，土壤銨態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)受施氮量的影響較大；而在移栽后90 d后，各不同施肥處理間銨態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異明顯減小。在20～40 cm土層，除移栽后60 d外，土壤銨態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)并未隨施氮量的增加而增加，說明在該土層土壤銨態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)受施氮水平的影響較??；且除移栽后30 d外，N0與CK也并無顯著差異，說明增施生物炭，對土壤銨態(tài)氮的影響并不顯著。在40～60 cm土層，除移栽后30 d外，土壤銨態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨施氮量增加而增加的規(guī)律并不明顯，說明施氮量在煙草移栽30 d后，對該土層銨態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響較小。從整個(gè)煙草生育期來看，各個(gè)土層CK與N0的銨態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)并無顯著差異，說明只施用生物炭，對減少土壤銨態(tài)氮作用不明顯。

3.5 不同處理對植煙土壤微生物量氮和微生物量氮熵的影響

土壤微生物量氮是指活的微生物體內(nèi)所含有的氮素。圖5(A)顯示，對于不同處理和不同移栽時(shí)間，0～20 cm土壤微生物量氮，除N3處理外，其他處理微生物量氮呈先下降后上升的趨勢，煙草在旺長期對氮素的需求，導(dǎo)致在移栽后60 d時(shí)土壤微生物量氮大幅度下降，而到移栽后90 d時(shí)，各處理微生物量氮又有所上升，這可能是因?yàn)榇藭r(shí)煙草對氮素的需求減少的原因。CK與N0相比，只有移栽后60 d時(shí)，N0微生物量氮顯著高于CK，這可能是因?yàn)樯锾扛纳屏宋⑸锃h(huán)境，促進(jìn)微生物的增加。說明生物炭對土壤微生物量氮的影響，只表現(xiàn)在煙草旺長期，在煙草與微生物爭氮的過程中，提高了微生物數(shù)量。

圖5 不同處理煙草移栽后不同時(shí)間土壤微生物量氮、微生物量氮熵Fig.5 Content of microbial biomass nitrogen and microbial biomass nitrogen entropy under different treatments during different days after tobacco transplanting

土壤微生物量氮熵是指土壤微生物量氮與土壤全氮的比值。圖5(B)顯示，對于不同處理和不同移栽時(shí)間，0～20 cm土壤微生物量氮熵的變化，總體上微生物量氮熵的變化趨勢與土壤微生物量氮的變化趨勢相似。在煙草旺長期移栽后60 d時(shí)，各處理土壤微生物量氮熵會(huì)因?yàn)闊煵輰Φ氐男枨蠖档?，而到移栽?0 d時(shí)，隨著煙草對氮素的需求量下降，土壤微生物量氮熵又會(huì)有所增加。除移栽后30 d外，其余時(shí)期土壤微生物量氮熵隨施氮量的增加而顯著增加，這說明施用氮肥對團(tuán)顆期后植煙土壤微生物量氮熵影響較大。與CK相比，施用生物炭的N0微生物量氮熵在移栽后30和60 d時(shí)高于CK，說明生物炭對植煙土壤微生物量氮熵的影響，主要在煙草成熟期以前。

4 討論

土壤本身是一個(gè)較大的氮庫，其氮素質(zhì)量分?jǐn)?shù)易受施肥措施等因素的影響。施用生物炭可以促進(jìn)植煙土壤全氮的積累[24]。有機(jī)氮肥與無機(jī)氮肥配合施用，能夠使植煙土壤全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高0.77%～10.42%[25]。李琰琰等[26]研究發(fā)現(xiàn)，土壤全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著土層深度的增加而降低，但隨施氮量的增加而增加。而筆者研究中，氮肥施用對土壤全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響，主要集中在煙草移栽后30 d前，且主要表現(xiàn)在0～20 cm土層，對0～20 cm以下土層并無顯著影響。這可能是因?yàn)橛绊懲寥廊|(zhì)量分?jǐn)?shù)的主要因素是氮素的輸入與輸出的相對值，深層土壤中，氮素主要為不易遷移形態(tài)；因此，其中全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化較小。另一方面，大田煙草在移栽后30 d內(nèi)，一般不澆灌，施用的氮肥主要集中在表層土壤，對深層土壤氮素質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響較小。

植煙土壤中的氮素來源的主要途徑是施用氮肥、生物固氮和大氣沉降的氮，且氮素90%以有機(jī)態(tài)存在，能夠被煙草直接吸收利用的無機(jī)態(tài)氮較少。生物炭能夠改良土壤物理性狀，促進(jìn)土壤有機(jī)氮的礦化分解。趙殿峰[27]研究表明，在低量生物炭條件下，能夠增加耕層土壤堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)，減少土壤氮素的淋溶損失。李琰琰[28]研究發(fā)現(xiàn)，在相同灌水條件下，施用氮肥可以有效的增加土壤堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)。牛靜等[29]也發(fā)現(xiàn)，植煙土壤堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨施氮量的增加呈上升趨勢，且隨煙苗移栽天數(shù)增多，呈先增后減再增趨勢。筆者研究土壤堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨施氮量的增加而顯著增加，與前人研究相似；但各土層堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨煙草移栽天數(shù)延長卻呈下降趨勢，與牛靜等[29]研究不同，這可能是增施生物炭后，提高了煙草對土壤堿解氮的吸收積累能力；同時(shí)，因?yàn)?0%的氮肥作為了基肥。因此，在煙草移栽后30d時(shí)，土壤堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到最大，而隨著煙草生長發(fā)育對氮素的大量需求，導(dǎo)致堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨煙草移栽天數(shù)的增加而持續(xù)降低。

硝態(tài)氮作為被植株直接吸收利用的氮素形態(tài)，在土壤中不易被土壤膠體吸附，其運(yùn)動(dòng)性強(qiáng)，是氮素淋失遷移的主要形態(tài)[30]。吳丹等[13]研究發(fā)現(xiàn)，生物炭可使硝態(tài)氮累計(jì)淋失總量減少3%；而土壤硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)會(huì)隨施氮量的增加而增加[31]。劉衛(wèi)群等[32]認(rèn)為，施用氮肥可以大幅度提高0～20 cm土層硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)，但只能維持7周左右。筆者研究中采集土壤樣品時(shí)，是以壟上土層為表層，煙田土壤壟高于地表約20 cm；因此，施用的生物炭主要集中在20～40 cm土層。結(jié)果表明，20～40 cm土層硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)受施氮量影響較大，這可能是因?yàn)橹矡熗寥?0～40 cm土層施用生物炭，提高了該層土壤對硝態(tài)氮的固定能力，但對20～40 cm土層理化性狀影響較小。

銨態(tài)氮易被土壤膠體吸附和礦物晶穴固定，而不易流失[33]，但銨態(tài)氮在一定條件下會(huì)發(fā)生硝化作用，以硝態(tài)氮形式流失[34]。李文娟等[14]發(fā)現(xiàn)，生物炭會(huì)降低銨態(tài)氮的穿透能力。J. Lehmann等[35]也認(rèn)為，生物炭可以吸附土壤中的銨態(tài)氮，減少銨態(tài)氮淋失。邢云霞等[5]對不同施氮量在不同土層的運(yùn)移研究表明，0～20 cm土層銨態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨施氮量的增加而增加，而在40～60 cm土層，則基本不受施氮量影響。筆者研究中，土壤銨態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)除了土壤本身含有的以外，就是由尿素轉(zhuǎn)化過來的。尿素在土壤中先轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮，銨態(tài)氮在有氧情況下硝化成硝態(tài)氮，且銨態(tài)氮是容易為土壤膠體所固定的，這可能是生物炭的施用，對底層銨態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響不明顯的原因。

土壤微生物量氮能在一定程度上反映土壤的供氮能力，因?yàn)槲⑸锪康峭寥赖氐V化分解的主要來源[36]。韓曉日等[37]通過應(yīng)用同位素15N示蹤技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，施肥后土壤微生物量氮主要來自化肥氮。趙軍等[38]研究表明，生物炭在玉米生育期，其對土壤微生物量氮影響不大。筆者研究表明，生物炭對植煙土壤微生物量氮的影響，只表現(xiàn)在移栽后60 d，這可能是因?yàn)樯锾扛纳屏送寥牢⑸锃h(huán)境，與對照土壤相比，在煙草與微生物爭氮的過程中，提高了微生物數(shù)量，進(jìn)而提高土壤微生物量氮。楊馨逸等[39]發(fā)現(xiàn)，微生物量氮隨施氮量的增加而增加，其與筆者研究結(jié)果一致。王杰等[40]研究發(fā)現(xiàn)，土壤微生物量氮與全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈顯著正相關(guān)。筆者研究中，微生物量氮與全氮的比值變化趨勢與微生物量氮變化趨勢相似，也說明了微生物量氮熵受施氮量影響較大，且生物炭對微生物量氮熵的影響時(shí)期也在移栽后60 d。

5 結(jié)論

1)氮肥施用量主要影響0～20 cm土層植煙土壤全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)，且N3處理土壤全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)在煙草生育前期顯著高于其他處理；生物炭對植煙土壤全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響并不顯著。

2)植煙土壤堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨氮肥施用量而增加，以N3處理堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高。在土壤堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低水平下，施用生物炭，能夠顯著降低土壤堿解氮向下層土壤的遷移。

3)20～60 cm土層硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)受施氮量影響較大，表現(xiàn)為隨施氮量的增加而增加，N3處理對土壤硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提升作用最顯著。生物炭對硝態(tài)氮的淋洗作用影響，主要表現(xiàn)在40～60 cm土層以及煙草移栽后90 d。

4)只施用生物炭對減少土壤銨態(tài)氮作用不明顯。在煙草移栽后90 d前，0～20 cm土層銨態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)受施氮量的影響較大，施氮量對20～40 cm土層及煙草移栽30 d以后的40～60 cm土層銨態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響不顯著。

5)生物炭對土壤微生物量氮及微生物量氮熵的影響，只表現(xiàn)在煙草成熟期以前；施氮量對土壤微生物量氮及微生物量氮熵的作用，主要表現(xiàn)在煙草移栽30 d以后，且二者隨施氮量的增加而升高，N3處理表現(xiàn)最顯著。

綜合分析，生物炭可以明顯抑制植煙土壤本身及低量氮肥施用下氮素淋失遷移作用，但在高量氮肥施用下，抑制作用不明顯。施氮量明顯影響0～20 cm土壤氮素主要形態(tài)及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)，且在煙草移栽30 d左右，作用效果顯著。在豫中煙區(qū)，以生物炭配施氮肥67.5 kg/hm2的施肥措施，最利于植煙土壤氮素的提高。

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Effects of biochar on nitrogen transformation and the microbial biomassnitrogen under different nitrogen application rates

ZHANG Hong1, LI Ying1, ZHANG Yujun1, ZHU Jinfeng2, LIU Shiliang1, LIU Fang1, JIANG Guiying1

(1.College of Resources and Environmental Sciences, Henan Agricultural University, 450002, Zhengzhou, China;2. Luohe City Tobacco Corporation of Henan Province, 462000, Luohe, Henan, China)

tobacco-planted soil; nitrogen; biochar; nitrogen application rate; transformation

2016-12-20

2017-04-06

張弘(1992—)，男，碩士研究生。主要研究方向：煙草營養(yǎng)調(diào)控。E-mail: 1402785590@qq.com

?通信作者簡介： 劉世亮(1970—)，男，教授，博士。主要研究方向：土壤肥力與烤煙營養(yǎng)調(diào)控。E-mail：shlliu70@163.com； 姜桂英(1983—)，女，講師，博士。主要研究方向：土壤肥力及其調(diào)控。E-mail: jgy9090@126.com

S158

A

2096-2673(2017)03-0026-10

10.16843/j.sswc.2017.03.004

項(xiàng)目名稱： 河南省煙草公司重大面上項(xiàng)目“不同生物炭對植煙土壤碳氮比和緊實(shí)度調(diào)節(jié)機(jī)制研究及應(yīng)用”(LYKJ201504)，“煙田有機(jī)廢棄物高效生物發(fā)酵資源化利用與技術(shù)集成”(HYKJ201215)