Straw Returning and Optimized Nitrogen Application Improved Nitrogen Uptake, Soil C and N Transformation of Flue-cured Tobacco

LIN Changhua; ZHANG Shirong; WANG Jun; DING Xiaodong

doi:10.3969/j.issn.1000-2561.2020.01.003

2020 , Vol. 41 >Issue 1: 15 - 23

DOI: https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-2561.2020.01.003

Crop Culture and Nutrition, Genetic Breeding

Straw Returning and Optimized Nitrogen Application Improved Nitrogen Uptake, Soil C and N Transformation of Flue-cured Tobacco

LIN Changhua ¹ ,
ZHANG Shirong ² ,
WANG Jun ³ ,
DING Xiaodong ^,²^,^*

Expand

1. Henry Fok School of Agricultural Science and Engineering, Shaoguan University, Shaoguan, Guangdong 512005, China
2. College of Resources and Environment, Qingdao Agricultural University, Qingdao, Shandong 266109, China
3. Nanxiong Tobacco Science Institute, Guangdong Tobacco Technology Center, Nanxiong, Guangdong 512400, China

* DING Xiaodong,E-mail： xiaodongding2004@163.com。

Received date: 2019-05-29

Request revised date: 2019-06-24

Online published: 2020-01-21

Fold

Abstract

Focusing on the problem of tobacco leaf quality decline caused by excessive nitrogen application in sandy soil in South China, the effects of straw returning and optimized nitrogen fertilizer application on nitrogen uptake, the soil carbon, nitrogen conversion and soil enzyme activities in different stages of tobacco were studied in field. The experiment was set up by a randomized block design with two factors of rice straw returning and nitrogen fertilizer, namely N1, traditional nitrogen fertilization with 169.50 kg/hm ²; N2, optimized nitrogen fertilization with 105.00 kg/hm ²; C0, 0 kg/hm ²; C1, half returning with 4500 kg/hm ²; C2, full returning with 9000 kg/hm ². The results showed that compared with N1, N uptake and accumulation of tobacco leaves and roots under N2 level was similar in the early stage, but decreased in the later stage when straws with two rates returned to field. Compared with budding stage, N content in roots in N2C1 and N2C2 treatments both decreased by 4.2 g/kg, and N content in leaves decreased by 3.8 g/kg and 3.0 g/kg at maturity stage, respectively. Compared with N1, soil inorganic N content in N2C1 and N2C2 treatments at maturity stage decreased by 30.4% and 20.0% respectively, and those at maturity stage had no difference between N2 and N. The soil NH₄ ⁺-N content in N2C1 treatment was higher and decreased during the whole growth period, while soil nitrate and inorganic N content were the lowest in the maturity stage, which indicated that the optimum application of medium straw treatment (N2C1) could maintain the content of inorganic N in soil at the early growth stage and reduce at the maturity stage. Compared with N1, the soil invertase activity in N2C1 and N2C2 treatments was 1.30 and 1.13 times as that in N1C1 and N1C2 treatments at the head stage, respectively, and that was 1.27 and 1.10 times at the rapid growing stage, respectively. Compared with N1, optimized N application under two straws returning reduced soil urease, phosphatase and catalase activities during the whole growth period. Under medium straw returning (C1), compared with N1, soil water-soluble carbon content in N2 at budding and maturity stage increased by 11.2% and 14.1%, respectively, and soil microbial biomass nitrogen content in N2 showed a decreasing trend compared with N1. In conclusion, optimized nitrogen application coupled with medium straw returning (C1N2) could improve soil water-soluble carbon content, maintain the rational supply of soil nitrogen, stabilize the absorption and accumulation of nitrogen in early growth stage of flue-cured tobacco, and reduce the luxury absorption of nitrogen in mature stage of tobacco, which was consistent with the regular pattern of N uptake of Flue-cured tobacco.

Key words： South China; enzyme activity; microbial biomass C and nitrogen; NO₃ ^--N; NH₄ ⁺-N

Cite this article

LIN Changhua , ZHANG Shirong , WANG Jun , DING Xiaodong . Straw Returning and Optimized Nitrogen Application Improved Nitrogen Uptake, Soil C and N Transformation of Flue-cured Tobacco[J]. Chinese Journal of Tropical Crops, 2020 , 41(1) : 15 -23 . DOI: 10.3969/j.issn.1000-2561.2020.01.003

在我国烤烟种植中,化学氮肥施用量占土壤施氮总量的87.6%,而广东烤烟种植每年化学氮肥投入量约35.6×10⁶ kg,平均169.50 kg/hm^2[1,2]。在华南沙泥田土壤烤烟种植中,稻-烟轮作是当地主要的种植模式,研究发现韶关沙泥田植烟土壤无机氮含量较高,而土壤C/N偏低。烤烟种植采用的施肥方式中氮肥以基施为主,加之后期氮肥投入过量,致使烤烟生育期内氮素需求与根际土壤氮素供应不匹配。同时,华南沙泥田土壤透气性差、氮肥过量施用导致烤烟整个生育期氮素奢侈吸收现象突出,烤烟产量和品质均呈下降趋势^[3,4,5]。

土壤增碳措施已被证实可以改良土壤及改善烟叶品质,而秸秆还田作为重要的碳投入方式,能够提高烤烟根际土壤有机碳含量^[6,7]。研究表明,秸秆还田及化肥配施能够显著提高土壤微生物量碳和氮,提高土壤各种酶活性,改善土壤的理化性质^[7];土壤酶活性与根际土壤碳氮比^[8,9]、氮肥施用量^[10]及土壤类型^[11]等因素密切有关,而秸秆还田及配施氮肥是否可以调节华南沙泥田土壤碳氮转化、酶活性及烤烟氮素营养的可行性途径鲜见报道。

本研究针对广东韶关沙泥田烟区因土壤碳氮比失衡而导致烟叶香气质稍差、香气量不足的问题,探讨秸秆还田与氮素优化配施下对沙泥田烤烟各生育期根际土壤碳氮转化、酶活性及氮素吸收的影响,阐明秸秆还田耦合优化施氮介导的土壤酶催化反应对根际土壤氮素转化过程的调控机理,以期为秸秆还田及氮肥施用改良沙泥田植烟土壤提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

供试烤烟品种为华南种植面积较大的云烟87,由广东省烟草南雄科学研究所提供。试验于2014年在韶关市南雄烟站开展,土壤类型为沙泥田,前茬作物为水稻。在水稻收割后、未起垄前,采用5点4分法取20 cm耕层土壤样品测定土壤基本农化性状：pH 6.20、有机质14.2 g/kg、碱解氮115.5 mg/kg、速效磷31.30 mg/kg、速效钾99.6 mg/kg。供试肥料为硝酸铵（N 30%）、钙镁磷肥（P₂O₅ 12%）、硫酸钾（K₂O 50%）。

1.2 方法

1.2.1 试验设计试验采用随机区组设计,设水稻秸秆还田与氮肥两因素,其中3个碳（秸秆还田）水平：C0,无秸秆还田,0 kg/hm²;C1,中量秸秆还田,4500 kg/hm²;C2,全部秸秆还田,9000 kg/hm²;2个氮水平：N1,传统施氮,169.50 kg/hm²;N2,优化施氮,105.00 kg/hm²。在整地起垄时秸秆打碎还田,氮肥采用基肥与团棵期追肥各占50%的施用方式;磷肥全部采用基肥施入,所有处理（P₂O₅）施用量为181.50 kg/hm²;钾肥施用量（K₂O）为385.50 kg/hm²,分基肥和现蕾期追肥2次施用,每次施用50%。每个处理重复3次,每个重复种植1行,株行距为0.6 m×1.2 m,总共种植18行。选取生长健壮、长势一致的烟苗移栽至每小区,其他田间栽培及农田管理采用当地烟农习惯措施执行。

1.2.2 取样方法在烤烟移栽后30 d（团棵期）、45 d（旺长期）、60 d（现蕾期）和90 d（成熟期）分次取根际土壤样和烟株样洗净晾干,将烟叶、茎、根系分开,烘干,测定干质量;烟株根际土壤样品采用抖落法采集,其中采集50 g的新鲜土样装入自封袋中,然后放入冰盒中,带回实验室后过2 mm筛,置于4 ℃冰箱贮存,供土壤微生物量碳、氮、氨态氮、硝态氮含量测定分析;剩余部分风干过2 mm筛后保存,用于土壤有机质及可溶性有机碳含量和土壤酶活性的测定。

1.2.3 植株氮素测定烤烟根系、地上部烟叶全氮采用H₂SO₄-H₂O₂消化,凯氏定氮法测定^[12]。

1.2.4 根际土壤无机氮（N_min）测定新鲜土壤样品采用0.01 mol/L CaCl₂溶液提取,NO₃^--N含量测定采用联氨还原比色法,紫外可见分光光度计在540 nm波长下比色;土壤NH₄⁺-N含量测定采用靛酚蓝比色法,在625 nm波长下比色。土壤无机氮（N_min）=NH₄⁺-N+NO₃^--N,折算为土壤干重含量表示^[12]。

1.2.5 根际土壤有机碳、可溶性碳含量测定根际土壤有机碳（SOC）用K₂Cr₂O₇氧化,外加热法测定^[12];根际土壤可溶性有机碳（DOC）采用0.5 mol/L K₂SO₄浸提,ANALYTIKJENA multi N/C 3100分析仪测定有机碳。

1.2.6 根际土壤微生物量碳、氮测定根际土壤微生物量氮（MBN）、微生物量碳（MBC）采用氯仿熏蒸,0.5 mol/L K₂SO₄浸提法,根据公式计算：MBN或MBC (mg/kg)=(F-UF)/KE,式中,F表示熏蒸土壤有机氮或有机碳含量;UF表示未熏蒸土壤的有机碳或有机碳含量;KE为微生物量碳、碳系数,表示微生物量氮、碳浸提测定比例,分别取0.45、0.38 ^[13,14]。

1.2.7 根际土壤酶活性测定根际土壤转化酶活性测定采用硫代硫酸钠滴定法^[12];根际土壤磷酸酶活性（以酚的质量计,37 ℃）测定采用对硝基苯磷酸盐法^[12];根际土壤过氧化氢酶活性测定采用高锰酸钾滴定法^[12];根际土壤脲酶活性测定采用靛酚蓝比色法^[12]。

1.3 数据处理

采用SPSS 22.0软件对数据进行单因素显著性检验^[15]。用LSD法在α=0.05水平进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 秸秆还田与优化施氮对烤烟根系、叶片氮素含量的影响

N1水平下,相同生育期内3个秸秆还田处理的烟株根系氮含量均无显著性差异,前3个生育期随生育期延长呈增加趋势,现蕾期后根系氮含量无明显变化（图1A）。N2水平下,根系氮含量在相同生育期内C1、C2处理间无差异,但是均高于C0处理的根系氮含量;在相同秸秆还田处理下,前3个生育期随生育期延长根系氮含量呈增加趋势,但是现蕾期后根系氮含量显著降低,其中C1、C2处理下成熟期与现蕾期相比根系氮含量均降低4.2 g/kg（图1A）;在前3个生育期内,与N1水平相比,N2水平的相同生育期内C1、C2处理根系氮含量均无显著差异,但是C1处理根系氮含量显著降低（图1A）;与现蕾期相比,成熟期时C1、C2处理下N2处理根系氮含量显著低于N1处理,分别降低26.2%、26.3%,这是因为传统施氮过量导致根系氮素奢侈吸收。

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图1 秸秆还田与优化施氮下根系和烟叶中的氮含量

TK：团棵期;WZ：旺长期;XL：现蕾期;CS：成熟期。柱子上不同小写字母表示同一氮水平下相同生育期内不同碳处理间差异显著（P<0.05）;不同大写字母表示同一碳水平下相同生育期内不同氮处理间差异显著（P<0.05）。

Fig. 1 Nitrogen content in roots and leaves of tobacco with straw returning and optimized nitrogen fertilizer

TK: Rosette; WZ: Rapid growing; XL: Flower budding; CS: Mature. Different lowercase letters on the bar chart indicated that there were significant difference among three carbon levels at the same growth period under the same nitrogen level (P<0.05), and different uppercase letters on the bar chart indicated significant difference between two N levels at the same growth period under the same carbon level (P<0.05).

N1水平下,现蕾期前3个秸秆还田处理的叶片氮含量均无显著性差异,C1、C2处理随生育期延长呈增加趋势,成熟期时叶片氮含量高于C0处理时（图1B）。N2水平下,叶片氮含量在相同生育期内C1、C2处理间无差异,均高于C0处理的叶片氮含量（团棵期除外）;在C1、C2处理下,现蕾期前叶片氮含量呈增加趋势,但是现蕾期后叶片氮含量显著降低,其中C1、C2处理下成熟期与现蕾期相比叶片氮含量分别降低3.8、3.0 g/kg（图1B）;而C0处理整个生育期叶片含量呈降低趋势;在前3个生育期内,相同碳水平下,与N1相比,N2处理的相同生育期内C1、C2处理叶片氮含量均无显著差异,但是C0处理的现蕾期叶片氮含量显著降低,相同碳处理下成熟期时N2处理叶片氮含量显著低于N1处理,其中C1、C2处理下分别降低了22.4%、26.3%（图1B）,表明相对于传统施氮（N1）,优化施氮（N2）能够满足生育期前期（团棵期至现蕾期）叶片氮需求,降低成熟期叶片氮含量,优化施氮处理时能够满足烤烟生育前、中期对氮素的需求,且生育后期能适时脱氮,与优质烤烟“少时富,老来贫”的氮素需求规律相吻合。

2.2 秸秆还田与优化施氮对烤烟根际土壤无机氮含量的影响

在N1或N2水平下,相同生育期内C1、C2处理的根际土壤NH₄⁺-N含量均无显著性差异,但是两者根际土壤NH₄⁺-N含量均显著高于C0处理（图2A）。在C0处理下,与N1水平相比,N2水平的根际土壤NH₄⁺-N含量呈上升趋势;在C1处理下,团棵期、旺长期时N2水平的根际土壤NH₄⁺-N含量是N1水平的1.37、1.15倍,现蕾期时2处理间根际土壤NH₄⁺-N含量无差异,但成熟期时前者处理是后者处理的0.63倍,同时N2C1处理根际土壤NH₄⁺-N含量随生育期延长呈降低趋势,而N1C1处理根际土壤NH₄⁺-N含量在整个生育期内保持稳定（图2A）;在C2处理下,与N1水平相比,前3个生育期内N2水平的根际土壤NH₄⁺-N含量均无显著差异,成熟期时N2水平根际土壤NH₄⁺-N含量显著低于N1水平,降低了28.2%,表明优化施氮（N2）下,2个秸秆还田处理促使根际土壤NH₄⁺-N含量保持较高或保持稳定,且能够降低成熟期时根际土壤NH₄⁺-N含量。

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图2 秸秆还田与优化施氮下根际土壤铵态氮、硝态氮和N_min含量

Fig. 2 NH₄⁺-N, NO₃^--N and N_min content in the rhizosphere soil with straw returning and optimized nitrogen fertilizer

无论在N1或N2水平下,相同生育期内C1、C2处理的根际土壤NO₃^--N含量均无显著性差异,但是两者根际土壤NO₃^--N含量均显著高于C0处理（图2B）。在C0处理下,与N1水平相比,N2水平的根际土壤NO₃^--N含量在相同生育期内呈降低趋势（图2B）;在C1或C2处理下,前3个生育期内,与N1水平相比,N2水平的根际土壤NO₃^--N含量在相同生育期内均无显著差异,但成熟期时N2水平根际土壤NO₃^--N含量显著低于N1水平,在C1、C2处理下分别降低了22.8%、20.0%（图2B）,表明在优化施氮（N2）下,2个秸秆还田处理维持生育前期根际土壤NO₃^--N含量,且能够降低成熟期时根际土壤NO₃^--N含量。

无论在N1或N2水平下,相同生育期内C1、C2处理的根际土壤N_min含量均无显著性差异,但是两者均显著高于C0处理（图2C）。在C0处理下,与N1水平相比,N2水平在相同生育期内的根际土壤N_min含量呈降低趋势（图2C）;在C1或C2处理下,前3个生育期内,与N1水平相比,N2水平在相同生育期内根际土壤N_min含量均无显著差异,但成熟期时N2水平根际土壤N_min含量显著低于N1水平,在C1、C2处理下分别降低了30.4%、20.0%（图2C）,表明优化施氮（N2）下,2个秸秆还田处理维持生育前期根际土壤无机氮含量,且能够降低成熟期时根际土壤无机氮含量。

2.3 秸秆还田与优化施氮对烤烟根际土壤酶活性的影响

在N1水平下,相同生育期内3个碳处理的根际土壤转化酶活性均无显著性差异（图3A）。在N2水平下,相同生育期内C0处理的根际土壤转化酶活性低于C1、C2处理（现蕾期除外）,而C1、C2处理在旺长期时无显著性差异,其他生育期内C1处理显著高C2处理（图3A）。在C0处理下,与N1水平相比,N2水平的根际土壤转化酶活性在相同生育期内无显著性差异（图3A）;在C1、C2处理下,团棵期、旺长期时N2处理的根际土壤转化酶活性均高于N1水平,其中团棵期时N2水平根际土壤转化酶活性是N1水平的1.30倍和1.13倍;旺长期时N2水平根际土壤转化酶活性是N1水平的1.27倍和1.10倍（图3A）,在现蕾期和成熟期2个施氮水平之间根际土壤转化酶活性无显著性差异（图3A）。与传统施氮相比,秸秆还田下优化施氮可以显著提高烟株生育前期根际土壤转化酶活性。

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图3 秸秆还田与优化施氮下根际土壤酶活性

Fig. 3 Enzyme activity of rhizosphere soil with straw returning and optimized nitrogen fertilizer

在N1或N2水平下,相同生育期内C0处理的根际土壤脲酶活性均显著低于C1、C2处理（图3B）,在N1水平下C1处理的根际土壤脲酶活性低于C2处理（成熟期时2个碳水平间无显著性差异）,在N2水平下C1处理的根际土壤脲酶活性均低于C2处理（旺长期时2个碳水平间无显著性差异）。在C0处理下,与N1水平相比,N2水平的根际土壤脲酶活性在相同生育期内无显著性差异,但是旺长期时N2水平的根际土壤脲酶活性显著低于N1水平（图3B）;在C1处理下,除旺长期外,其他生育期内N2水平的根际土壤脲酶活性均低于N1水平,团棵期、现蕾期、成熟期时N2水平根际土壤脲酶活性是N1水平的0.78、0.74、0.61倍;在C2处理下,除现蕾期外,其他生育期内N2水平的根际土壤脲酶活性均低于N1处理,团棵期、旺长期、成熟期时N2水平根际土壤脲酶活性是N1处理的0.83、0.85、0.72倍。与传统施氮相比,秸秆还田下优化施氮处理在一定程度上降低了整个生育期根际土壤脲酶活性。

在N1水平下,相同生育期内3个碳处理的根际土壤磷酸酶活性均无显著性差异（图3C）。在N2水平下,相同生育期内C0、C1处理间根际土壤磷酸酶活性无显著性差异,C1、C2处理间根际土壤磷酸酶活性无显著性差异,而C2处理根际土壤磷酸酶活性显著高C0处理（旺长期时除外）（图3C）。在C0处理下,与N1水平相比,N2水平时根际土壤磷酸酶活性在团棵期、旺长期、成熟期时无显著性差异,而在现蕾期时显著降低（图3C）;在C1、C2处理下,除了团棵期时,其他3个生育期内N2水平根际土壤磷酸酶活性均低于N1水平,旺长期时N2水平根际土壤磷酸酶活性是N1水平的0.82、0.81倍;现蕾期时N2水平根际土壤磷酸酶活性是N1水平的0.75、0.78倍;成熟期时N2水平根际土壤磷酸酶活性是N1水平的0.82、0.83倍（图3C）。与传统施氮相比,秸秆还田下优化施氮处理显著降低烟株根际土壤磷酸酶活性。

在N1水平下,团棵期时3个碳处理的根际土壤过氧化氢酶活性均无显著性差异,但是在团棵期后C1、C2处理的根际土壤过氧化氢酶活性显著高于C0处理（图3D）。在N2水平下,相同生育期内3个碳处理间根际土壤过氧化氢酶活性无显著性差异（图3D）。与N1处理相比,团棵期时N2水平根际土壤过氧化氢酶活性在相同碳处理时无显著性差异,而团棵期后根际土壤过氧化氢酶活性在相同碳处理间显著降低（图3D）。在C1、C2处理下,旺长期时N2水平根际土壤过氧化氢酶活性是N1水平的0.55倍和0.49倍;现蕾期时N2水平根际土壤过氧化氢酶活性是N1水平的0.56、0.55倍;成熟期时N2水平根际土壤过氧化氢酶活性是N1水平的0.47、0.53倍（图3D）,表明与传统施氮相比,C1、C2处理时优化施氮处理显著降低根际土壤过氧化氢酶活性。

2.4 秸秆还田与优化施氮对烤烟根际土壤有机质、可溶性碳及微生物量碳/氮含量的影响

无论N1还是N2水平下,随着秸秆还田量增加,根际土壤有机质含量呈增加趋势,在相同秸秆还田处理时,各生育期内根际土壤有机质含量无显著性差异（图4A）;与N1水平相比,N2水平根际土壤有机质含量在每个生育期内均无显著性差异（图4A）。

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图4 秸秆还田与优化施氮下土壤有机碳、水溶性碳、微生物量碳和微生物量氮含量

Fig. 4 Soil organic C, water soluble C, microbial biomass C and microbial biomass N content with straw returning and optimized nitrogen fertilizer

无论N1还是N2水平下,在团棵期时C0碳处理的根际土壤水溶性碳含量显著低于C1、C2处理,后两者无显著性差异;在团棵期后,每个生育期内根际土壤水溶性碳含量表现为C1处理> C2处理>C0处理（图4B）;在团棵期、旺长期时,与N1水平相比,N2水平的根际土壤水溶性碳含量在相同碳水平下无显著性差异,但是现蕾期、成熟期时N2水平的根际土壤水溶性碳含量在相同碳水平下显著高于N1处理,其中在C1处理下,与N1水平相比,N2水平根际土壤水溶性碳含量高11.2%、14.1%;在C2处理下,与N1水平相比,N2水平根际土壤水溶性碳含量高8.7%、9.3%（图4B）,表明与传统施氮相比,C1、C2处理时优化施氮处理在一定程度上提高了根际土壤水溶性碳含量。N1水平下,在相同生育期内随秸秆施用量增加根际土壤微生物碳含量显著增加（图4C）,在C1、C2处理时根际土壤微生物量氮无显著性差异,但是两者显著高于C0处理（图4D）;N2水平下,在相同生育期内根际土壤微生物量碳、氮均表现为C0处理显著低于C1、C2处理,后两者无显著性差异（图4C,图4D）。与N1水平相比,N2水平烟株根际土壤微生物量碳、氮含量均呈降低趋势（图4C,图4D）,在现蕾期、成熟期N2水平烟株根际土壤微生物量氮是传统施氮处理N1的77.2%和75.2%。上述结果表明,传统施氮（N1）条件下,秸秆还田能够提高烟株整个生育期微生物量碳、氮含量,而优化施氮N2水平下中量秸秆还田（C1）处理能够显著提高根际土壤水溶性碳含量和氮素的固持（微生物量氮）,降低烤烟后期氮供应,抵御烤烟对氮的奢侈吸收。

3 讨论

优化氮素供应是作物高产和品质提高的关键,优化施氮不但可以改善土壤环境、培肥土壤,而且可以促进烤烟产量和品质的提升^[16]。本研究发现,传统施氮水平结合秸秆还田使得烤烟整个生育期根际土壤N_min含量增加,而在优化施氮前提下,秸秆还田使烤烟生育前期根际土壤N_min能够满足烤烟氮素需求,且成熟期能够降低烟叶氮素含量,加快烟叶落黄成熟（图1,图2）。过量氮肥投入耦合秸秆还田措施,使得土壤无机氮养分被微生物固定,多余氮素持续供应烤烟生育期后期（成熟期）氮素吸收,进而导致烤烟氮素奢侈吸收、烟叶品质下降^[17]。本研究表明优化施氮耦合秸秆还田烤烟叶片氮含量在前中期（团棵-现蕾期）满足烤烟生长需求,且在旺长期后烟叶氮素含量显著下降,表明进入成熟期后烟株叶片氮代谢适时转入碳代谢,利于烤烟优良品质的形成。

秸秆还田利于提高土壤有机质含量,土壤有机碳的稳定影响土壤微生物活性、种群及群体大小,同时依赖于土壤氮素多寡^[18]。土壤微生物量碳/氮高低反映了土壤氮素供应能力,而土壤微生物氮可作为土壤活性氮的“库”和“源”^[18,19]。土壤可溶性碳含量不同将影响土壤微生物的繁殖和生长^[20,21]。本试验结果表明,烤烟不同生育期根际土壤有机质含量与秸秆还田量显著相关,而水溶性碳含量在同等秸秆还田处理下,氮肥优化处理高于传统施氮处理,表明优化施氮加之秸秆还田提高了土壤可溶性碳含量,而中量秸秆还田量（C1）提高烟株旺长期和现蕾期根际土壤微生物量碳、氮量,反映了优化施氮条件下,秸秆还田量调控烤烟各生育期根际土壤微生物的群体和土壤活性氮库,但当传统施氮加之秸秆还田时土壤微生物量活性加大导致土壤供氮能力过高,因此可以通过优化施氮和可溶性碳的输入调控土壤微生物氮库,以保证烟株的氮营养需求^[3]。在本实验条件下,优化施氮加之中量秸秆还田时烤烟根际土壤N_min和叶片氮含量变化规律较其他处理更加符合优质烤烟氮素营养特性,这可能与无机氮施用量、供试沙泥田土壤自身特性有关。

大量研究证实有机碳输入可显著提高土壤酶活性,不同来源的各种土壤酶在维持土壤生物化学过程和物质循环方面具有重要作用,特别是来源于微生物分泌的各种酶参与土壤各种养分的代谢过程^[22,23]。土壤可溶性碳有利于土壤各种微生物区系和微生物活性增加^[24,25]。不同氮量供应前提下,有机碳输入量不同而导致土壤可溶性碳和土壤无机氮含量存在差异,促使土壤微生物区系及酶活性在时空的变异。本研究发现,秸秆还田增加了烤烟各生育期根际土壤有机质和水溶性碳含量,且随着土壤C/N增加（可溶性碳增加）各生育期烤烟根际土壤有机质和水溶性碳水平呈增加趋势,而在传统施氮条件下土壤微生物量碳、氮含量呈增加趋势;与传统施氮相比,中量秸秆还田与优化施氮处理显著提高了整个生育期内根际土壤转化酶活性（图3A）,同时显著降低整个生育期内根际土壤脲酶活性（图3B）、磷酸酶活性（图3C）及根际土壤过氧化氢酶活性（图3D）,表明优化施氮下中量秸秆还田在生育前期根际土壤氮素转化方面较为活跃,后期逐渐降低,与烤烟生长对氮素需求规律较吻合。

综上所述,与传统施氮相比,优化施氮下秸秆还田能维持烤烟生育前期烟叶和根系对氮素的吸收和累积,降低生育后期烟叶和根系对氮素的吸收和累积;优化施氮下（N2）中量秸秆还田（C1）处理时烤烟根际土壤NH₄⁺-N含量在整个生育期内较高且呈降低趋势,而硝态氮和土壤N_min呈稳定趋势,且在团棵期、旺长期、现蕾期时显著高于成熟期,这与烟株氮素需求规律相匹配。而且中量秸秆还田（C1）与优化施氮处理显著提高整个生育期内根际土壤转化酶活性,同时显著降低整个生育期内根际土壤脲酶活性和转化酶活性及根际土壤过氧化氢酶活性,表明优化施氮下秸秆还田在生育前期根际土壤氮素转化较为活跃,后逐渐降低,与烤烟生长对氮素需求规律较吻合。

References

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1 材料与方法

1.1 材料

1.2 方法

1.3 数据处理

2 结果与分析

2.1 秸秆还田与优化施氮对烤烟根系、叶片氮素含量的影响

图1 秸秆还田与优化施氮下根系和烟叶中的氮含量

2.2 秸秆还田与优化施氮对烤烟根际土壤无机氮含量的影响

图2 秸秆还田与优化施氮下根际土壤铵态氮、硝态氮和Nmin含量

2.3 秸秆还田与优化施氮对烤烟根际土壤酶活性的影响

图3 秸秆还田与优化施氮下根际土壤酶活性

2.4 秸秆还田与优化施氮对烤烟根际土壤有机质、可溶性碳及微生物量碳/氮含量的影响

图4 秸秆还田与优化施氮下土壤有机碳、水溶性碳、微生物量碳和微生物量氮含量

3 讨论

References

图2 秸秆还田与优化施氮下根际土壤铵态氮、硝态氮和N_min含量