施氮肥对烤烟生长及养分吸收的影响

施氮肥对烤烟生长及养分吸收的影响

氮素是许多植物生长发育所必需的养分之一。它也是组成体内蛋白质、酶、维生素、碱性、蔬菜和其他生化物质的重要组成部分。因此，适当使用氮肥对促进作物的生长发育和养分生产影响最为显著。烤烟是我国重要经济作物之一,在我国西南山区种植极为广泛。氮素参与烟草植株体内蛋白质和烟碱等合成的关键功能酶表达与催化作用,是促进烤烟生长发育重要元素之一。在一定范围内适量提高施氮水平能够提高烟叶产量、改善烟叶品质;但过多的氮素供应又会导致烟碱含量过高、叶片过厚等不利于烟草品质形成的现象。因此,合理施用氮素是保障烤烟正常生长发育及产量和品质形成的基础。土壤理化特性是影响土壤肥力的内在条件,也是综合反映土壤质量的重要组成部分,它对作物生长发育具有重要的影响。土壤酶是土壤中的生物催化剂,土壤酶活性是评价土壤生物活性和土壤肥力的重要指标[5~6],其活性的增强能促进土壤代谢作用,从而使土壤养分形态发生变化,可以影响作物对养分吸收利用。因而研究土壤酶活性的变化,将有助于了解土壤肥力的现状和演化。近年来,关于氮肥施用量与烤烟的农艺经济性状及烟碱含量、生长和植物碱积累、养分吸收及产质量、酶活性及主要化学成分和叶面积系数与冠层光谱参数相互之间关系已有相关研究报道。李琰琰等研究了植烟土壤不同土层养分含量及土壤酶活性的变化规律,但还未研究不同施氮水平下植烟土壤同一土层深度的pH值、养分含量和酶活性的动态变化规律。本文在大田试验条件下,研究了不同氮肥施用量对种植烤烟云烟87后植烟土壤同一土层深度的理化特性和酶活性动态变化规律,以期了解施氮量对植烟土壤理化特性和酶活性动态影响情况,为提高烤烟施氮经济效益及其高产优质高效栽培和植烟土壤改良提供科技参考。1材料和方法1.1试验材料以不同施氮处理下种植目前重庆市推广面积最大的烤烟品种云烟87后,30~90d时期内同一土层深度的土壤为试验材料。1.2测试方法1.2.1施氮水处理本试验在重庆市彭水县靛水乡新田村实施,试验地海拔1100m,土壤为黄壤土。试验采用大区设计,设低氮和高氮2个处理,低氮处理为当地常规施氮水平,氮素用量118.5kg/hm2;高氮处理比低氮处理增加氮素供应31.3%,氮素用量155.6kg/hm2。每个施氮处理设3次重复,行距为1.10m,株距为0.6m,低氮处理移栽云烟87面积295m2,高氮处理移栽云烟87面积245m2。1.2.2土壤酶活性主要指标测定植烟土壤理化特性主要指标为土壤pH值及有机质、速效氮、速效磷和速效钾等土壤养分含量。采用中科院南京土壤研究所提出常规方法测定土壤理化特性主要指标,即pH值采用酸度计法、有机质含量采用重铬酸钾容量法、速效氮含量采用碱解扩散硼酸吸收法、速效磷含量采用0.5mol/L碳酸氢钠浸提与钼锑抗比色法和速效钾含量采用火焰光度法。测定植烟土壤酶活性主要指标为土壤蔗糖酶、蛋白酶和过氧化氢酶活性。采用关松荫提出的方法测定土壤酶活性主要指标,即蔗糖酶活性采用3,5-二硝基水杨酸比色法、蛋白酶活性采用茚三酮比色法和过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴定法。1.2.3处理数据应用DPS软件进行土壤理化特性及酶活性测试数据的统计分析,柱形图上a、b等小写英文字母表示处理间差异显著性(P<0.05)。2结果与分析2.1各指标含量测定种植云烟87前的土壤本底理化指标(对照)为pH值5.65、有机质含量22.3mg/g、速效氮含量0.04mg/g、速效磷含量0.02mg/g和速效钾含量0.182mg/g。种植云烟87后的低氮和高氮2种不同施氮处理下,30~90d时期内植烟土壤的pH值及有机质、速效氮、速效磷和速效钾等养分含量动态变化测定数据与统计分析结果如图1~5。2.1.1植烟土壤ph值分析测定数据结果表明:2种施氮处理植烟土壤在同一施氮水平下土壤pH值先增后降,在同一时间条件下前期土壤pH值随施氮量增加呈上升趋势而后期则相反,土壤还出现了酸化现象(图1)。从图1可以看出,在同一施氮水平下,低氮处理植烟土壤pH值变化范围为4.89~5.83,高氮处理植烟土壤pH值变化范围为4.94~5.43,低氮处理比高氮处理植烟土壤pH值变化幅度大了0.45;2种施氮处理植烟土壤pH值在烟苗移栽30~75d期间均表现出缓慢增加的趋势,在75d时都达到最大值,75~90d期间均出现缓慢下降趋势。在同一时间条件下,75d前土壤pH值随施氮量增加而上升,75d后植烟土壤pH值随施氮量增加而下降。2种处理植烟土壤在测试期间pH值总体比土壤本底pH值5.65低,表明出现了酸化现象。在30、60和75d时低氮处理和高氮处理两种施氮水平下,植烟土壤pH值差异还达到了显著水平。2.1.2施氮水平对土壤有机质含量的影响分析测定数据结果表明:2种施氮处理植烟土壤在同一施氮水平下土壤有机质含量变化趋势复杂,在同一时间条件下土壤有机质含量随施氮量增加呈上升趋势(图2)。从图2可以看出,在同一施氮水平下,低氮处理的植烟土壤有机质含量呈现先增加后降低再增加再降低的复杂变化趋势,其含量变化范围为1.57%~2.38%;高氮处理的植烟土壤有机质含量呈现先降低后增加再降低的复杂变化趋势,其含量变化范围为1.63%~2.44%,低氮处理和高氮处理2种施氮水平下的植烟土壤有机质含量变化幅度均为0.81%,在75d时均出现最高值并高于土壤本底水平2.23%。2种施氮处理所有测试时间点的植烟土壤有机质含量随施氮量增加而呈上升趋势,2种施氮处理植烟土壤的有机质含量差异均达到显著水平。2.1.3高氮处理对烟苗移栽土壤速效氮含量的影响分析测定数据结果表明:2种施氮处理植烟土壤在同一施氮水平下土壤速效氮含量先增后减再增,在同一时间条件下土壤速效氮含量随施氮量增加呈上升趋势(图3)。从图3可以看出,低氮处理植烟土壤速效氮含量变化范围为0.035~0.078mg/g,高氮处理植烟土壤速效氮含量变化范围为0.044~0.098mg/g,高氮处理比低氮处理植烟土壤速效氮含量变化幅度大了0.011mg/g;低氮处理和高氮处理2种施氮处理水平下,从烟苗移栽后30~45d土壤中速效氮含量快速增加,45~60d土壤中速效氮含量降低,60~90d土壤中速效氮含量又增加,在烟苗移栽后90d时土壤中速效氮含量最高。土壤速效氮含量低氮处理30、60d时低于土壤本底水平0.04mg/g,高氮处理的全部测试时间点均高于土壤本底水平。而所有测试时间点低氮处理和高氮处理2种施氮水平下植烟土壤速效氮含量差异均达到显著水平。2.1.4不同氮处理对土壤低氮氧氧体系中低氮磷含量的影响分析测定数据结果表明:2种施氮处理植烟土壤在同一施氮水平下土壤速效磷含量先减后增,在同一时间条件下土壤速效磷含量随着施氮量增加呈上升趋势(图4)。从图4可以看出,低氮处理植烟土壤速效磷含量变化范围为0.013~0.039mg/g,高氮处理植烟土壤速效磷含量变化范围为0.024~0.044mg/g,低氮处理比高氮处理植烟土壤速效磷含量变化幅度大了0.006mg/g;低氮处理和高氮处理2种施氮水平下,从烟苗移栽后30~75d时土壤速效磷含量缓慢降低,在90d时土壤速效磷含量成倍增加并达到最大值。土壤速效磷含量低氮处理30~75d时均低于土壤本底水平0.02mg/g,但在90d时高达0.039mg/g;高氮处理全部测试时间点土壤速效磷均高于土壤本底水平。所有测试时间点,低氮处理和高氮处理2种施氮水平下植烟土壤速效磷含量差异均达到显著水平。2.1.5高氮处理对植烟土壤速效钾的影响分析测定数据结果表明:2种施氮处理植烟土壤在同一施氮水平下土壤速效钾含量先增后减再增,在同一时间条件下土壤速效钾含量随着施氮量增加呈上升趋势(图5)。从图5可以看出,低氮处理植烟土壤速效钾含量变化范围为6.5~16.73mg/g,高氮处理植烟土壤速效磷含量变化范围为10.37~19.37mg/g,低氮处理比高氮处理植烟土壤速效钾含量变化幅度大了1.23mg/g;低氮处理和高氮处理2种施氮水平下,在90d时植烟土壤速效钾含量达到最高值。所有测试时间点低氮处理和高氮处理2种施氮水平下植烟土壤速效磷含量均高于土壤本底水平0.182mg/g,土壤速效磷含量差异均达到显著水平。2.2不同的氮处理对蔬菜表面酶活性的影响2.2.1不同氮素对植烟土壤蔗糖酶活性的影响分析测定数据结果表明:2种施氮处理植烟土壤在同一施氮水平下土壤蔗糖酶活性呈现先增后降趋势,在同一时间条件下土壤蔗糖酶活性随施氮量增加而呈上升趋势(图6)。从图6可以看出,低氮处理植烟土壤蔗糖酶活性变化范围为0.0018~0.43mg/g,高氮处理植烟土壤蔗糖酶活性变化范围为0.47~2.39mg/g,高氮处理比低氮处理植烟土壤蔗糖酶活性变化幅度大了1.92mg/g;低氮处理和高氮处理2种施氮水平下植烟土壤蔗糖酶活性最高值分别出现在45d时和60d时。高氮处理的土壤蔗糖酶活性在烟苗移栽后的各个时间段都要高于低氮处理,低氮处理和高氮处理2种施氮水平下植烟土壤蔗糖酶活性差异均达到显著水平。2.2.2不同氮处理对土壤消化酶活性的影响分析测定数据结果表明:2种施氮处理植烟土壤在同一施氮水平下或在同一时间条件下土壤蛋白酶活性变化趋势复杂(图7)。从图7可以看出,低氮处理植烟土壤蛋白酶活性变化范围为1.23~2.66mg/g,呈现先增后减的趋势;高氮处理植烟土壤蛋白酶活性变化范围为1.16~2.32mg/g,呈现逐渐减少的趋势;低氮处理比高氮处理植烟土壤蛋白酶活性变化幅度大0.27mg/g;低氮处理和高氮处理2种施氮水平下,植烟土壤蛋白酶活性最高值分别出现在75d和30d时。植烟土壤蛋白酶活性低氮处理在烟苗移栽后的前期低于高氮处理、后期高于高氮处理,低氮处理和高氮处理2种施氮水平下植烟土壤蛋白酶活性差异均达到显著水平。2.2.3不同氮处理对植烟土壤过氧化氢酶活性的影响分析测定数据结果表明:2种施氮处理植烟土壤在同一施氮水平下土壤过氧化氢酶活性先增后降,在同一时间条件下土壤过氧化氢酶活性随施氮量增加而呈下降趋势(图8)。从图8可以看出,低氮处理植烟土壤过氧化氢酶活性变化范围为3.70~5.02mg/g,高氮处理植烟土壤过氧化氢酶活性变化范围为3.96~4.65mg/g;低氮处理比高氮处理植烟土壤过氧化氢酶活性变化幅度大了0.63mg/g;低氮处理和高氮处理2种施氮水平下,植烟土壤过氧化氢酶活性最高值均出现在75d时。低氮处理下的植烟土壤过氧化氢酶活性在烟苗移栽后的30和90d时低于高氮处理、其它时段高于高氮处理,低氮处理和高氮处理2种施氮水平下,植烟土壤过氧化氢酶活性差异均达到显著水平。3土壤养分元素活性、三应素及养分活性的变化本试验研究结果表明,种植云烟87后低氮处理和高氮处理2种施氮水平下,植烟土壤理化特性(pH及养分含量)和酶活性表现出不同的动态变化规律。2种施氮处理植烟土壤在同一施氮水平条件下,随着烟苗移栽天数增多,土壤的pH、蔗糖酶活性和过氧化氢酶活性呈现先增后降的变化趋势,速效氮、速效钾含量呈现先增后减再增的变化趋势,速效磷含量呈现先减后增的变化趋势,有机质含量、蛋白酶活性变化趋势复杂。2种施氮处理植烟土壤在同一时间条件下,随着施氮量增加,土壤的pH、有机质含量、速效氮含量、速效磷含量、速效钾含量及蔗糖酶活性随施氮量增加呈上升趋势,土壤过氧化氢酶活性随施氮量增加而呈下降趋势,土壤蛋白酶活性变化趋势复杂,土壤pH、养分含量及酶活性在各处理间差异均达到显著水平,2种施氮处理植烟土壤还出现了酸化现象。分析上述研究结果表明,在土壤酶-土壤养分相互作用的体系中,土壤的pH、养分含量和酶活性随着烟苗移栽天数或施氮量增加表现出不同的动态变化规律,造成这一结果的可能原因众多,现分类进行讨论之。2种施氮处理植烟土壤在同一施氮水平条件下,随着烟苗移栽天数增多,土壤的pH、蔗糖酶活性和过氧化氢酶活性呈现先增后降的变化趋势,这可能是因为在酸性条件下植物会更多的吸收阴离子,同时抑制阳离子的吸收,放出OH-,使环境向中介点移动,因此前期土壤pH在增加,在后期,烟株又会吸收较多的阳离子,放出H+,使土壤pH降低;在烟株生长前期,土壤中的微生物数目较多,使得蔗糖酶和过氧化氢酶的活性增加,随着烟株不断从土壤中吸收养分,微生物的数量也在相应减少,因此,导致蔗糖酶和过氧化氢酶活性降低。速效氮、速效钾含量呈现先增后减再增的变化趋势,主要是因为烟株在生长前期长势较缓慢,对土壤养分的吸收较少,而微生物的活动又促使土壤中的速效氮和速效钾含量增多,最终使得土壤中速效氮和速效钾的含量增加,在烟株的旺长期,其对土壤中各种养分的吸收增多,虽然微生物的活动也在促使速效氮和速效钾含量的增多,但是整体表现为减少;在烟株生长后期,由于其长势基本稳定,对养分的吸收也较少,因此速效氮和速效钾的含量又相应的增多。速效磷含量呈现先减后增的变化趋势,主要是因为土壤pH在烟苗移栽后75d之前都在降低,使得土壤中的有机酸含量降低,因此土壤中的迟效难溶性的无机磷转化为速效磷的量就较少,致使土壤中速效磷的含量降低;而在烟苗移栽后75~90d,土壤pH增加,有机酸含量增加,因此将土壤中迟效难溶性的无机磷转化为速效磷的量就增多,致使土壤中的速效磷含量增加。有机质含量、蛋白酶活性变化趋势复杂,可能是因为土壤有机质含量和蛋白酶活性都受土壤微生物种类及数量影响较大,而土壤微生物种类及数量比较容易受到外界条件的影响,可能是在烟株的整个生育期,不同时期的降雨、温度等外界条件不同,对微生物的影响也不同,导致最终的结果无规律。2种施氮处理植烟土壤在同一时间条件下,随着施氮量的增加,植烟土壤的pH、有机质、速效氮、速效磷和速效钾含量以及土壤蔗糖酶活性均呈现增加的变化趋势。这可能是因为随着氮肥施用量的增加,土壤中的微生物活动比较活跃,加速了土壤中无机磷和矿物钾转变为速效磷和速效钾、也加速了土壤中腐殖质等的形成,从而导致土壤中速效磷、速效钾和有机质的含量增加。植烟土壤蔗糖酶活性的增加可能是因为施氮量的增多,土壤微生物种类及数量增长,促进了蔗糖酶更多的水解二糖[15~16]。土壤过氧化氢酶活性随着施氮量的增加呈降低的变化趋势,这可能是因为随着施氮量增多降低了土壤的