溫度和水分對(duì)典型香型煙區(qū)植煙土壤氮素礦化的影響①

高真真，段衛(wèi)東，胡 坤，王 俊，楊惠娟，李洪亮，史宏志*

溫度和水分對(duì)典型香型煙區(qū)植煙土壤氮素礦化的影響①

高真真1，段衛(wèi)東2，胡 坤1，王 俊1，楊惠娟1，李洪亮3，史宏志1*

(1河南農(nóng)業(yè)大學(xué)國(guó)家煙草栽培生理生化研究基地，鄭州 450002；2河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，鄭州 450017；3許昌煙草公司襄縣分公司，河南許昌 461702)

為探究典型香型煙區(qū)植煙土壤氮素礦化特征及其與溫度和水分的關(guān)系，采用室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)研究了土壤溫度(15、28、37℃)和土壤相對(duì)含水量(50%、65%、80% 田間持水量)對(duì)云南大理、貴州畢節(jié)、河南許昌3個(gè)典型香型產(chǎn)區(qū)植煙土壤氮素礦化的影響。結(jié)果表明：不同地區(qū)植煙土壤礦質(zhì)氮和礦化速率變化規(guī)律與溫度和水分密切相關(guān)。3個(gè)產(chǎn)區(qū)植煙土壤的礦質(zhì)氮含量和礦化速率均隨著溫度的升高而升高，在同一溫度條件下，以土壤有機(jī)質(zhì)含量較高的云南大理土壤礦化量較大，有機(jī)質(zhì)含量較低的河南許昌土壤礦化量較小。不同地區(qū)植煙土壤含水量與氮素礦化的關(guān)系不盡相同，土壤相對(duì)黏重的貴州畢節(jié)土壤以50% 田間持水量處理土壤氮素礦化量和礦化速率最大，以80% 田間持水量處理最不利于氮素礦化；而質(zhì)地相對(duì)較輕的河南許昌土壤和云南大理土壤均為在65% 田間持水量條件下最有利于氮素礦化，以50% 田間持水量處理氮素礦化量較小?；谝患?jí)動(dòng)力學(xué)方程的模擬，3個(gè)植煙土壤的潛在礦化氮庫(kù)(0)都隨溫度的增加而提高，總體以28 ~ 37℃的培養(yǎng)溫度較為適宜，低于15℃不利于土壤有機(jī)氮的礦化，3個(gè)植煙土壤的0以云南大理最高，河南許昌最低；土壤礦化速率常數(shù)()以云南大理最大。土壤相對(duì)含水量也對(duì)0有一定影響，且土壤溫度和含水量對(duì)不同土壤氮素礦化量和礦化速率均存在顯著的互作影響，合理調(diào)控土壤溫度和土壤相對(duì)含水量，可以有效調(diào)節(jié)不同生態(tài)煙區(qū)土壤氮素礦化動(dòng)態(tài)變化。

煙草；土壤；氮素礦化；礦化速率；溫度；水分

氮素對(duì)煙草體內(nèi)重要代謝過(guò)程和形態(tài)建成具有重要作用[1]。煙株吸收的氮素主要來(lái)源于土壤氮和當(dāng)季施入的肥料氮，土壤中的氮絕大部分以有機(jī)態(tài)氮的形式存在于土壤有機(jī)質(zhì)中，而大多數(shù)的植物所吸收利用的氮素主要是無(wú)機(jī)態(tài)的銨態(tài)氮和硝態(tài)氮。植煙土壤的供氮特性在一定程度上取決于土壤有機(jī)氮的礦化，煙葉不同生育階段土壤氮素的礦化能力以及變化特征對(duì)煙葉質(zhì)量特色有重大的影響。據(jù)我國(guó)植煙土壤養(yǎng)分狀況普查成果，全國(guó) 50% 以上的植煙土壤有機(jī)質(zhì)含量超過(guò)25 g/kg，加之烤煙生長(zhǎng)期間高溫高濕的氣候條件，因此推測(cè)我國(guó)植煙土壤氮的礦化量可能較高，對(duì)煙草氮素供應(yīng)和品質(zhì)形成將會(huì)產(chǎn)生重要影響[2]。谷海紅等[3]研究了水稻土及紅壤的供氮特性及與烤煙氮素營(yíng)養(yǎng)的關(guān)系，認(rèn)為調(diào)節(jié)烤煙生長(zhǎng)后期土壤氮素的供應(yīng)是獲得優(yōu)質(zhì)煙葉的關(guān)鍵。有研究表明，烤煙生育期吸收的大部分氮素都來(lái)自于土壤礦化氮，隨著生育期的推進(jìn)，煙葉吸收土壤氮的比例不斷增加，在打頂之前以肥料氮的吸收為主，成熟期則是以土壤氮的吸收為主[4]，因此認(rèn)識(shí)不同土壤氮素礦化過(guò)程以及影響氮素礦化量的生態(tài)因子具有重要意義。土壤氮素礦化量與土壤質(zhì)地、有機(jī)質(zhì)含量、生物分解特性以及礦化的溫度和水分條件等都有關(guān)[5-6]。我國(guó)煙區(qū)分布廣泛，其中云南、河南和貴州是傳統(tǒng)的清香型、濃香型和中間香型烤煙典型產(chǎn)區(qū)，這些產(chǎn)區(qū)不僅氣候條件迥異，土壤理化性質(zhì)差異也較大。為了探究不同煙區(qū)植煙土壤有機(jī)氮礦化的差異，本研究分別選取了云南大理、河南許昌、貴州畢節(jié)煙區(qū)典型植煙土壤為研究對(duì)象，采用室內(nèi)培養(yǎng)法探討了3個(gè)典型香型煙區(qū)土壤礦質(zhì)氮和礦化速率與溫度和水分的關(guān)系，并用一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型模擬了土壤可礦化氮在不同溫度和水分條件下隨培養(yǎng)時(shí)間的變化規(guī)律，以為典型香型煙區(qū)烤煙合理施用氮肥、提高氮肥利用率、生產(chǎn)特色優(yōu)質(zhì)烤煙提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)的供試土壤為壤土、砂壤土、黏壤土，分別取自清香型代表產(chǎn)區(qū)云南大理的彌渡縣、濃香型代表產(chǎn)區(qū)河南許昌的襄縣和中間香型代表產(chǎn)區(qū)貴州畢節(jié)的七星關(guān)區(qū)。大理彌渡縣屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫15.1℃，主要植煙土壤為紅壤土，多屬微酸性至中性土壤，有機(jī)質(zhì)含量豐富，采樣煙田曾多年種植煙草，本季烤煙前作為豌豆；貴州畢節(jié)屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年均溫12.8℃，植煙土壤以黃壤土為主，有機(jī)質(zhì)含量較適宜，采樣地為典型煙田，本季烤煙前作為玉米；河南許昌襄城縣屬暖溫帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫14.7℃，土壤為黃河沉積物發(fā)育的潮土，為中性至弱堿性土壤，有機(jī)質(zhì)含量偏低，具有多年種煙歷史，采樣煙田前作為紅薯。在采樣地統(tǒng)一于煙株移栽前5 d(翻整過(guò)的土地)，按S形線路布點(diǎn)，共布置5個(gè)點(diǎn)作為一個(gè)混合樣，采集0 ~ 20 cm土層的混合土壤樣品。土壤經(jīng)室內(nèi)自然風(fēng)干，去除石礫和動(dòng)植物殘?bào)w、根系等，磨細(xì)過(guò)0.01 mm篩。分別取3種土樣的一部分，供理化性質(zhì)測(cè)定，其余儲(chǔ)存于4℃冷藏柜，用于室內(nèi)培養(yǎng)。供試土壤理化性質(zhì)見表1。

表1 供試土壤的基本理化性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)分別在3種土壤上設(shè)置3個(gè)溫度水平(15、28、35℃)和3個(gè)含水量水平(50%、65%、80% 田間持水量)，共27個(gè)處理組合，每處理重復(fù)3次，分5個(gè)時(shí)間取樣，共計(jì)405個(gè)培養(yǎng)樣品。具體操作如下：選取3種不同類型的土壤，各稱取過(guò)0.01 mm篩的風(fēng)干土樣20.00 g裝入100 ml三角瓶中，分別按田間持水量的 50%、65% 和 80% 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)加入蒸餾水來(lái)調(diào)節(jié)土壤含水量，并用保鮮膜封口，以保持空氣暢通。多數(shù)試驗(yàn)表明保鮮膜具有適度的通氣性，并能減少水分的傳遞[7]。同時(shí)，設(shè)置培養(yǎng)箱溫度分別為15、28、37℃，將培養(yǎng)樣品放置于培養(yǎng)箱中培養(yǎng)35 d，每隔7 d取出一批土樣，測(cè)定土壤中礦質(zhì)氮含量。培養(yǎng)期間每隔3 d通過(guò)稱重法補(bǔ)充瓶?jī)?nèi)水分。

1.3 分析項(xiàng)目及方法

土壤NH4+-N 采用靛酚藍(lán)比色法測(cè)定[8]；土壤NO– 3- N采用紫外分光光度法測(cè)定[9]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

礦質(zhì)氮含量=NH4+-N含量＋NO– 3-N含量

礦化速率=(培養(yǎng)后礦質(zhì)氮含量－培養(yǎng)前礦質(zhì)氮含量)/ 培養(yǎng)時(shí)間

土壤氮礦化過(guò)程用一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型模擬[10]：log(0-N)=log0–×/2.303。式中：N是時(shí)間內(nèi)的累積礦化氮量(mg/kg)；0是潛在可礦化氮量，也稱氮礦化勢(shì)(mg/kg)；為培養(yǎng)時(shí)間(周)；是礦化一級(jí)反應(yīng)速率常數(shù)。

用Excel 2013對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總計(jì)算、表格和圖表的制作，采用SPSS 22.0軟件中的ANOVA統(tǒng)計(jì)分析方法分別進(jìn)行3個(gè)植煙區(qū)礦質(zhì)氮含量的差異分析，用LSD多重比較對(duì)不同溫度、濕度處理進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)，并針對(duì)二者在不同培養(yǎng)時(shí)間下的礦質(zhì)氮含量進(jìn)行交互分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 云南大理植煙土壤氮素礦化與溫度和水分的關(guān)系

2.1.1 土壤礦質(zhì)氮含量 由圖1可以看出，大理植煙土壤中的礦質(zhì)氮含量隨著溫度的增加而明顯升高。當(dāng)土壤水分從50% 田間持水量增加至65% 時(shí)，礦質(zhì)氮的含量有所升高，當(dāng)達(dá)到80%田間持水量時(shí)，礦質(zhì)氮含量反而下降，這可能是由于土壤水分含量升高，土壤中的氧氣含量降低，從而導(dǎo)致厭氧細(xì)菌如反硝化細(xì)菌的作用加強(qiáng)，使土壤中的部分無(wú)機(jī)氮以氣體散失[11-12]。

表2所示為不同處理云南大理植煙土壤累積礦質(zhì)氮含量差異分析。方差分析的結(jié)果表明，溫度和土壤水分對(duì)大理植煙土壤礦質(zhì)氮含量均有極顯著的影響，且二者存在顯著的交互作用，隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，兩者交互作用越來(lái)越明顯。

(圖A、B、C分別表示50%、65%、80% 田間持水量)

表2 云南大理植煙土壤礦質(zhì)氮含量差異分析

2.1.2 土壤氮素礦化速率 由圖2可以看出，土壤氮素礦化速率整體都是隨著溫度的升高而升高。65%、80% 田間最大持水量條件下土壤氮素礦化速率在培養(yǎng)第7天時(shí)到達(dá)峰值，而50% 田間持水量條件下在培養(yǎng)第14天時(shí)達(dá)到峰值。土壤水分含量由50% 田間持水量增加至65% 時(shí)，不同溫度下的礦化速率均表現(xiàn)增加，當(dāng)水分含量增加至80% 田間持水量時(shí)，土壤氮素礦化速率反而降低，且3個(gè)水分條件下的土壤氮素礦化速率都在培養(yǎng)后期出現(xiàn)了負(fù)增長(zhǎng)。隨著水分含量的增加，土壤氮礦化表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)，表明在一定范圍內(nèi)，土壤含水量增大對(duì)氮素礦化越有利，超過(guò)一定范圍后，土壤水分含量增加不利于土壤的氮素礦化。在此次培養(yǎng)試驗(yàn)中，以65% 田間持水量對(duì)云南大理植煙土壤氮素礦化最有利。

2.1.3 土壤氮素礦化勢(shì)與礦化速率常數(shù) 從一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程的模擬值來(lái)看(表3)，云南大理植煙土壤的0值整體都隨著著溫度的上升不斷增加，表現(xiàn)為37℃時(shí)最高，15℃時(shí)最低，而土壤水分對(duì)0值的影響不明顯。云南大理植煙土壤氮素的礦化速率常數(shù)在土壤含水量為65%田間持水量、溫度為37℃時(shí)達(dá)到最大，為0.804 2，此時(shí)可礦化氮庫(kù)與時(shí)間的相關(guān)性較高，規(guī)律性較強(qiáng)。當(dāng)土壤含水量為80%田間持水量時(shí)，云南大理土壤氮素的礦化速率常數(shù)在不同溫度條件下均較低，且可礦化氮庫(kù)與時(shí)間的相關(guān)性較低，其他條件下的值變化不明顯。

(圖A、B、C分別表示50%、65%、80% 田間持水量)

表3 不同溫濕度下培養(yǎng)5周期間云南大理植煙土壤累積礦化氮變化的一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程模擬值

2.2 貴州畢節(jié)植煙土壤氮素礦化與溫度和水分的關(guān)系

2.2.1 土壤礦質(zhì)氮含量 圖3顯示貴州畢節(jié)植煙土壤礦質(zhì)氮含量隨培養(yǎng)溫度的增加而增大，且在3個(gè)不同水分條件下，礦質(zhì)氮含量隨著水分的升高而降低，以50% 田間持水量最佳。

由表4可知，溫度和水分對(duì)貴州畢節(jié)植煙土壤礦質(zhì)氮含量影響均達(dá)到顯著水平，多數(shù)情況下兩者對(duì)礦質(zhì)氮含量有明顯的交互作用。

2.2.2 土壤氮素礦化速率 由圖4可以看出，貴州畢節(jié)植煙土壤氮素礦化速率整體都呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，且都隨著溫度的升高而增加，隨著水分的增加而下降，各處理都在培養(yǎng)第7天時(shí)達(dá)到峰值，以80%田間持水量下的氮礦化速率速率最小，并與其他兩個(gè)水分處理差距較大，其他各處理間差距不明顯。

2.2.3 土壤氮素礦化勢(shì)與礦化速率常數(shù) 從表5可以看出，貴州畢節(jié)植煙土壤的氮礦化勢(shì)(0)整體隨溫度的升高不斷增加，以37℃時(shí)最高，當(dāng)溫度處于15℃時(shí)，各條件下的累計(jì)礦化氮量與培養(yǎng)時(shí)間的相關(guān)性較小，且0值較低。當(dāng)培養(yǎng)溫度相同時(shí)，貴州畢節(jié)植煙土壤的0值隨著土壤相對(duì)含水量的增加不斷降低，大小順序?yàn)?0% 田間持水量>65% 田間持水量>80% 田間持水量。氮礦化速率常數(shù)()在土壤含水量為80% 田間持水量、溫度為15℃時(shí)最小，為0.092 1；在土壤含水量為50% 田間持水量、溫度37℃時(shí)最大，為0.511 7；整體隨著溫度的升高不斷增加。

(圖A、B、C分別表示50%、65%、80% 田間持水量)

Fig.3 Effects of temperature and moisture on mineralized nitrogen content of tobacco planting soil in Bijie

表4 貴州畢節(jié)植煙土壤礦質(zhì)氮含量差異分析

(圖A、B、C分別表示50%、65%、80% 田間持水量)

表5 不同溫濕度下培養(yǎng)5周期間貴州畢節(jié)植煙土壤累積礦化氮變化的一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程模擬值

2.3 河南許昌植煙土壤氮素礦化與溫度和水分的關(guān)系

2.3.1 土壤礦質(zhì)態(tài)氮含量 圖5顯示河南許昌植煙土壤礦質(zhì)氮含量隨著溫度的增加而增加。當(dāng)土壤水分含量由50% 田間持水量增加至65% 時(shí)，各溫度下的礦質(zhì)氮含量達(dá)到最大。同一溫度處理下，不同水分條件下培養(yǎng)結(jié)束時(shí)礦質(zhì)氮含量總體表現(xiàn)為65% 田間持水量＞80% 田間持水量＞50% 田間持水量。

由表6可以看出，溫度和水分對(duì)河南許昌植煙土壤礦質(zhì)氮含量均有顯著影響，且溫度和水分條件對(duì)礦質(zhì)氮含量的影響有明顯的交互作用。

2.3.2 土壤氮素礦化速率 從圖6中可以看出，培養(yǎng)前期(0 ~ 14 d)，河南許昌植煙土壤氮素礦化速率較大，且隨著培養(yǎng)時(shí)間增加呈現(xiàn)先升高后降低的變化，培養(yǎng)14 d以后，土壤氮素礦化速率較低，且趨于穩(wěn)定。不同溫度對(duì)土壤氮素礦化速率的影響表現(xiàn)為：培養(yǎng)前期，培養(yǎng)溫度增加，土壤氮素礦化速率明顯增大，后期各溫度處理下氮素礦化速率受溫度影響不大。水分條件對(duì)氮素礦化速率也有較大影響，在此次培養(yǎng)水分條件下表現(xiàn)為：65% 田間持水量時(shí)氮素礦化速率高于80% 田間持水量條件下，50% 田間持水量條件下氮素礦化速率最低。

(圖A、B、C分別表示50%、65%、80% 田間持水量)

表6 河南許昌植煙土壤礦質(zhì)氮含量差異分析

2.3.3 土壤氮素礦化勢(shì)與礦化速率常數(shù) 表7顯示，河南許昌植煙土壤的0值隨著溫度的增加不斷增大。當(dāng)土壤含水量為65% 田間持水量時(shí)0最大，50% 田間持水量時(shí)0最小。當(dāng)土壤含水量為50% 田間持水量、溫度為15℃時(shí)，河南許昌植煙土壤的氮礦化速率常數(shù)以及0均達(dá)到最小，此時(shí)可礦化氮庫(kù)與時(shí)間的相關(guān)性最低，最不利于土壤有機(jī)氮的礦化，其他條件的值變化不明顯。

(圖A、B、C分別表示50%、65%、80% 田間最大持水量)

表7 不同溫濕度下培養(yǎng)5周期間河南許昌植煙土壤累積礦化氮變化的一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程模擬值

Fig.7 Estimated parameters of first-order kinetic model simulating N mineralization dynamics of tobacco planting soil in Xuchang incubated in five weeks under different temperatures and moisture

3 討論

本試驗(yàn)研究表明，3個(gè)典型香型煙區(qū)植煙土壤的礦質(zhì)氮含量、礦化速率整體都隨著溫度的升高而相應(yīng)的升高，這與巨曉棠和李生秀[13]及Loiseau和Soussana[14]的研究結(jié)論相似。相同的溫度下，3個(gè)煙區(qū)不同水分梯度下土壤的礦質(zhì)氮含量、礦化速率、硝化速率不盡相同，云南大理和河南許昌都表現(xiàn)為在50%、65%、80% 田間持水量條件下，隨著含水量的增加先增大后減小；貴州畢節(jié)在50%、65%、80% 田間持水量條件下，隨著含水量的增加逐漸降低。這與趙琦齊等[15]、王常慧等[16]的大部分研究結(jié)果一致，部分不一致的原因可能與這3個(gè)煙區(qū)植煙土壤本身的理化性質(zhì)有關(guān)。Stanford 和 Epstein[17]研究發(fā)現(xiàn)，氮素進(jìn)行硝化作用的最適土壤含水量為飽和含水量的50% ~ 60%，當(dāng)?shù)陀?0% 或高于70% 時(shí)硝化作用明顯下降。在本試驗(yàn)中，3個(gè)典型香型煙區(qū)的最適含水量以河南和云南相對(duì)較高，貴州相對(duì)較低，這可能與土壤質(zhì)地密切相關(guān)，所測(cè)試的貴州畢節(jié)土壤黏性較強(qiáng)，氮素礦化對(duì)土壤通透性要求更高，含水量過(guò)高不利于氮素礦化。在質(zhì)地較輕、通透性相對(duì)較好的土壤上更要注意保持適宜的含水量，特別是煙葉生長(zhǎng)前期干旱對(duì)土壤氮素礦化十分不利，易造成前期氮代謝偏弱，后期供氮能力過(guò)強(qiáng)，不利于煙葉成熟落黃。

在土壤培養(yǎng)試驗(yàn)過(guò)程中，不同煙區(qū)植煙土壤NH4+-N含量表現(xiàn)出一個(gè)共同的變化趨勢(shì)，隨著培養(yǎng)時(shí)間的增加，NH4+-N含量呈速增、平緩、速降，最終穩(wěn)定在一個(gè)較低水平。在不同煙區(qū)土壤中，以貴州畢節(jié)植煙土壤礦化過(guò)程中能夠產(chǎn)生的最大NH4+-N含量最高，其次為云南大理植煙土壤，而NO– 3-N含量則隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)整體呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，培養(yǎng)結(jié)束時(shí)NO– 3-N含量為云南大理>貴州畢節(jié)>河南許昌。在本試驗(yàn)中河南許昌植煙土壤的pH值最高，這與趙長(zhǎng)盛等[18]及田茂潔[19]所認(rèn)為的土壤中較高的pH有利于氮素的礦化，特別是NO– 3-N含量隨著pH的增加而呈現(xiàn)線性增加的觀點(diǎn)不符，可能是因?yàn)檫@3個(gè)地區(qū)植煙土壤的有機(jī)質(zhì)含量不同，且云南大理的有機(jī)質(zhì)含量最高，有機(jī)氮源豐富，土壤生物活性較高，因而在相同溫度條件下土壤礦化能力較強(qiáng)。在土壤培養(yǎng)過(guò)程中礦質(zhì)氮含量的變化趨勢(shì)與NO– 3-N變化趨勢(shì)一致，3個(gè)典型香型煙區(qū)的無(wú)機(jī)氮形態(tài)以NO– 3-N為主，研究結(jié)果與內(nèi)蒙古典型溫帶草原土壤氮礦化作用的研究結(jié)果相符[20]，即這3個(gè)地區(qū)氮礦化的變化主要表現(xiàn)為NO– 3-N的變異。這可能與3個(gè)地區(qū)植煙土壤中有機(jī)質(zhì)含量、微生物種類以及植被類型有關(guān)[21-23]。

溫度、濕度及其交互作用與氮礦化有顯著的相關(guān)性，在一定范圍內(nèi)，高溫會(huì)引起微生物種類、數(shù)量及活性的增加，而低溫和干燥對(duì)微生物種類、數(shù)量及活性有限制作用，反映在季節(jié)變化上尤其明顯。因此，在施用氮肥時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同地區(qū)的水熱條件和土壤有機(jī)氮庫(kù)，合理計(jì)算施用量，既保證土壤對(duì)生物的供氮能力，又不致于影響環(huán)境[19]。本次研究中，室內(nèi)培養(yǎng)結(jié)束時(shí)，3種典型香型煙區(qū)植煙土壤的有效氮含量為云南大理＞貴州畢節(jié)＞河南許昌，這與礦質(zhì)氮含量變化相符，同時(shí)顯示出云南大理植煙土壤中，土壤肥力及可供煙株吸收利用的有效氮含量豐富。河南許昌是典型的濃香型烤煙產(chǎn)區(qū)，其氣候特點(diǎn)是中后期降雨量較多，溫度高，相對(duì)于煙葉后期溫度較低的云南、貴州土壤更有利于土壤氮素礦化，因此應(yīng)特別注意調(diào)節(jié)土壤氮素的動(dòng)態(tài)供應(yīng)，通過(guò)提高土壤通氣性，調(diào)節(jié)土壤pH和土壤中的溫度和水分促進(jìn)前期煙葉對(duì)氮素的吸收，減少后期氮素供應(yīng)，促進(jìn)煙葉成熟落黃和香氣物質(zhì)形成，提高煙葉品質(zhì)[4]。貴州畢節(jié)的黏壤土因?yàn)槠浔Ｋ址誓芰^強(qiáng)，因此要特別注意其水分的調(diào)控，防止水分含量過(guò)高影響土壤的氧分壓，導(dǎo)致土壤中的氧氣含量越來(lái)越低抑制了氨化作用細(xì)菌的活性，從而降低土壤的礦化。

從一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程的模擬值可以看出，28 ~ 37℃是這3個(gè)植煙地區(qū)土壤氮素礦化的適宜溫度，溫度過(guò)低(<15℃)則不利于土壤中易分解有機(jī)氮礦化。因3個(gè)植煙地區(qū)的礦化速率常數(shù)變化不明顯，因此0越大土壤氮素供應(yīng)強(qiáng)度越大。

不同香型風(fēng)格的煙區(qū)生態(tài)條件迥異，其中氣候因素對(duì)煙葉香型等風(fēng)格特色的形成起決定作用，土壤因素如pH、有機(jī)質(zhì)含量等則對(duì)煙葉質(zhì)量影響較大，并對(duì)風(fēng)格特色起修飾作用，也直接影響煙葉特色的彰顯程度。本試驗(yàn)所測(cè)試的3大典型香型植煙土壤條件有顯著差異，土壤氮素礦化特性不盡相同，根據(jù)優(yōu)質(zhì)煙葉形成規(guī)律，改善土壤條件，促進(jìn)土壤氮素及時(shí)礦化，保證土壤氮素合理供應(yīng)，是促進(jìn)優(yōu)質(zhì)特色煙葉生產(chǎn)的重要途徑。

4 結(jié)論

溫度和濕度對(duì)3個(gè)典型香型煙區(qū)植煙土壤氮礦化的影響顯著，在15 ~ 37℃范圍內(nèi)溫度越高，0越大，礦化作用越強(qiáng)，3個(gè)地區(qū)均以28 ~ 37℃較為適宜，低于15℃則不利于可礦化氮庫(kù)的積累，同時(shí)礦化速率常數(shù)()在云南大理達(dá)到最大，其他地區(qū)變化不明顯。同一溫度不同水分梯度下，云南大理和河南許昌植煙土壤礦質(zhì)氮、礦化速率均是在65% 田間持水量條件下最高，貴州畢節(jié)植煙土壤氮素礦化作用最適宜水分含量為50% 田間持水量。土壤溫度和水分對(duì)土壤礦化存在交互作用。室內(nèi)培養(yǎng)結(jié)束時(shí)，3個(gè)不同植煙土壤的0值以及礦質(zhì)氮含量均為云南大理＞貴州畢節(jié)＞河南許昌，而有效氮含量的變化與其相符，顯示出云南大理植煙土壤中，土壤肥力及可供煙株吸收利用的有效氮含量豐富；貴州畢節(jié)的黏壤土因其持水保肥能力好，應(yīng)特別注意保持良好的土壤通透性；河南許昌砂壤土則要注意氮素運(yùn)籌，減少后期氮素供應(yīng)。

[1] 謝會(huì)雅, 朱列書, 趙松義. 不同施氮量對(duì)烤煙干物質(zhì)積累的影響[J]. 作物研究, 2007, 21(1): 22–23, 27

[2] 袁磊, 李文周, 陳文偉, 等. 戴云山自然保護(hù)區(qū)森林土壤氮轉(zhuǎn)化特點(diǎn)研究[J]. 土壤, 2017, 49(2): 240–247

[3] 谷海紅, 焦永鴿, 劉宏斌, 等. 不同來(lái)源氮素在烤煙體內(nèi)的累積分配及對(duì)煙葉品質(zhì)的影響[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2009,15(1):183–190

[4] 龍世平, 李宏光, 曾維愛, 等. 湖南省主要植煙區(qū)域土壤有機(jī)氮礦化特性研究[J]. 中國(guó)煙草科學(xué), 2013, 34(3): 6–9

[5] 張?jiān)剖? 劉驊, 王西和, 等. 灰漠土長(zhǎng)期試驗(yàn)地氮素礦化和硝化作用的特征[J]. 新疆農(nóng)業(yè)科學(xué),2008, 45(4): 700–703

[6] 李輝信, 胡鋒, 劉滿強(qiáng), 等. 紅壤氮素的礦化和硝化作用特征[J]. 土壤, 2000, 32(4): 194–197, 214

[7] 周才平, 歐陽(yáng)華, 劉金福. 溫度和濕度對(duì)暖溫帶落葉闊葉林土壤氮礦化的影響[J]. 植物生態(tài)學(xué)報(bào), 2001, 25(2): 204–209

[8] 詹曉燕, 劉臣輝, 范海燕, 等. 水體中氨氮測(cè)定方法的比較—納氏試劑光度法、靛酚藍(lán)比色法[J]. 環(huán)境科學(xué)與管理, 2010, 35(11): 132–134, 131

[9] 曹秀云, 謝茜. 如何利用紫外分光光度法測(cè)定水中硝酸根離子[J]. 硅谷, 2014, 7(5): 72–73

[10] 劉榮琴, 錢林波, 晏井春, 等. pH及共存金屬離子對(duì)生物質(zhì)炭吸附鉛穩(wěn)定性的影響[J]. 土壤, 2017, 49(3): 467–475

[11] Aulakh M S, Doran J W, Walters D T, et al. Legume residue and soil water effects on denitrification in soils of different textures [J]. Soil Biology & Biochemistry, 1991, 23(12): 1161–1167

[12] Aulakh M S, Doran J W, Walters D T, et al. Legume residue and soil water effects on denitrification in soils of different textures[J]. Soil Biology and Biochemistry, 1991, 23(12): 1161-1167.Aulakh M S, Doran J W, Walters D T, et al. Legume residue and soil water effects on denitrification in soils of different textures[J]. Soil Biology and Biochemistry, 1991, 23(12): 1161-1167.

[13] Aulakh M S, Doran J W, Walters D T, et al. Legume residue and soil water effects on denitrification in soils of different textures[J]. Soil Biology and Biochemistry, 1991, 23(12): 1161-1167.

[14] Aulakh M S, Doran J W, Walters D T, et al. Legume residue and soil water effects on denitrification in soils of different textures[J]. Soil Biology and Biochemistry, 1991, 23(12): 1161-1167.

[15] Aulakh M S, Doran J W, Walters D T, et al. Legume residue and soil water effects on denitrification in soils of different textures[J]. Soil Biology and Biochemistry, 1991, 23(12): 1161-1167.

[16] Aulakh M S, Doran J W, Walters D T, et al. Legume residue and soil water effects on denitrification in soils of different textures[J]. Soil Biology and Biochemistry, 1991, 23(12): 1161-1167.

[17] Aulakh M S, Doran J W, Walters D T, et al. Legume residue and soil water effects on denitrification in soils of different textures[J]. Soil Biology and Biochemistry, 1991, 23(12): 1161-1167.

[12] Rice C, Sierzega P, Tiedje J, et al. Stimulated denitrification in the microenvironment of a biodegradable organic waste injected into soil. Soil Science Society of America Journal, 1988, 52(1): 102–108

[13] 巨曉棠, 李生秀. 土壤氮素礦化的溫度水分效應(yīng)[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 1998, 4(1): 37–42

[14] Loiseau P, Soussana J F. Effects of elevated CO2temperature and N fertilization on nitrogen fluxes in a temperate grassland ecosystem[J]. Global Change Biology, 2000, 6(8): 953–965

[15] 趙琦齊, 沈玉娟, 李平, 等. 溫度對(duì)太湖湖濱帶不同水分梯度土壤氮礦化的影響[J]. 南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2011, 35(6): 147–150

[16] 王?；? 邢雪榮, 韓興國(guó). 溫度和濕度對(duì)我國(guó)內(nèi)蒙古羊草草原土壤凈氮礦化的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2004, 24 (11): 2472–2476

[17] Stanford G, Epstein E. Nitrogen Mineralization-Water Relations in Soils [J]. Soil Sci. Soc. Amer. Proc., 1974, 38(1): 289–299

[18] 趙長(zhǎng)盛, 胡承孝, 孫學(xué)成, 等. 溫度和水分對(duì)華中地區(qū)菜地土壤氮素礦化的影響[J]. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2012, 20(7): 861–866

[19] 田茂潔. 土壤氮素礦化影響因子研究進(jìn)展[J]. 西華師范大學(xué)學(xué)報(bào)(哲學(xué)社會(huì)自然科學(xué)版), 2004, 25(3): 298–303

[20] Biondini M E, Patton B D, Nyren P E. Grazing intensity and ecosystem processes in a northern mixed-grass prairie, USA[J]. Ecol. Appl., 1998, 8(2): 469–479

[21] 陳貴, 施衛(wèi)明, 趙國(guó)華, 等. 太湖地區(qū)主栽高產(chǎn)水稻品種對(duì)土壤和肥料氮的利用特性研究[J]. 土壤, 2016, 48(2): 241–247

[22] 宋摯, 于彩蓮, 劉智蕾, 等. 階段培養(yǎng)法測(cè)定稻田氮素礦化量的效果評(píng)價(jià)[J]. 土壤學(xué)報(bào), 2017, 54(3): 775–784

[23] 李昌明, 王曉玥, 孫波. 不同氣候和土壤條件下秸稈腐解過(guò)程中養(yǎng)分的釋放特征及其影響因素[J]. 土壤學(xué)報(bào), 2017, 54(5): 1206–1217

Effects of Temperature and Moisture on Soil Nitrogen Mineralization in Typical Aroma Tobacco-growing Areas

GAO Zhenzhen1, DUAN Weidong2, HU Kun1, WANG Jun1, YANG Huijuan1, LI Hongliang3,SHI Hongzhi1*

(1 National Tobacco Cultivation & Physiology & Biochemistry Research Center, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China; 2 China Tobacco Henan Industrial Limited Corporation, Zhengzhou 450017, China; 3 Xiangxian County Branch of Xuchang Tobacco Company, Xuchang, Henan 461702, China)

In order to explore the characteristics of nitrogen mineralization in tobacco planting soil and its relationship with temperature and water, effects of the soil temperature (15、28、37 ℃) and the relative water content (50%、65%、80% field capacity) on nitrogen mineralization of tobacco growing soils in three typical aromatic producing areas of Dali, Bijie and Xuchang were studied in laboratory culture. The results showed that soil mineral nitrogen and nitrogen mineralization rate were closely related with temperature and moisture, sharing the increasing trend with temperature increasing. Under the same temperature, nitrogen mineralization was the highest for soil in Dali due to its highest SOM content, while nitrogen mineralization was the lowest for soil in Xuchang due to its lowest SOM content. The relationship between soil moisture and nitrogen mineralization were different in the three different ecological areas, the clayey soil in Bijie had the highest and lowest nitrogen mineralization and mineralization rate under 50% and 80% field capacity, respectively, meanwhile, the coarse-textured soils in Xuchang and Dali had the highest and lowest nitrogen mineralization under 65% and 50% field capacity , respectively. Based on the simulation of first-order kinetic equation, the potential mineralized nitrogen pools (0) of three soils increased with the increase of temperature. Generally, 28-37℃ was more suitable for nitrogen mineralization while temperature below 15℃ was unconducive to nitrogen mineralization.0was the highest for soil in Dali but the lowest for soil in Xuchang while nitrogen mineralization rate constant () was the highest for soil in Dali. Soil moisture also had a certain impact on0, and the above results showed that soil temperature and moisture have significant interaction on nitrogen mineralization and mineralization rate, thus, reasonable regulation of soil temperature and moisture can effectively control the dynamic changes of soil nitrogen mineralization in different ecological tobacco-planting areas.

Tobacco; Soil; Nitrogen mineralization; Mineralization rate; Temperature; Moisture

國(guó)家煙草專賣局濃香型特色優(yōu)質(zhì)煙葉開發(fā)重大專項(xiàng)(110201101001(TS-01))和河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司特色煙葉開發(fā)項(xiàng)目資助。

(shihongzhi88@163.com)

高真真(1993—)，女，碩士研究生，研究方向?yàn)闊煵菰耘嗌怼-mail: 2411316935@qq.com

S152.3；S153.1

A

10.13758/j.cnki.tr.2019.03.004