不同施氮水平對植煙土壤關(guān)鍵酶活性和烤煙根系活力的影響

莊 曄葛嘉雪 魏永濤 顧會戰(zhàn) 劉 領(lǐng) 何佶弦*

（1河南科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院，河南洛陽 471023；2四川省煙草公司廣元市公司，四川廣元 628100）

烤煙是我國重要的經(jīng)濟(jì)作物之一，在烤煙栽培過程中，施肥可顯著影響煙葉產(chǎn)量和品質(zhì)。一般而言，煙葉產(chǎn)量隨施肥量的增加而提高，但過量施肥會降低煙葉品質(zhì)。氮肥用量對烤煙生產(chǎn)和品質(zhì)有著顯著影響[1]，施氮量過多或過少均影響煙株的正常生長發(fā)育，進(jìn)而影響煙葉的產(chǎn)量和品質(zhì)[2-4]。植物根系是植物吸收土壤水分及養(yǎng)分同時固定植株地下部的器官[5]，其不僅具有合理吸收營養(yǎng)的功能，而且具有十分重要的生物合成和生理代謝功能。顯而易見，當(dāng)烤煙植株生長狀況良好時，才能獲得高品質(zhì)的煙葉來生產(chǎn)卷煙。

土壤酶在土壤中參與重要的生化循環(huán)及有機(jī)質(zhì)和礦物質(zhì)的轉(zhuǎn)化[6]。土壤酶活性對作物根系附近土壤的變化非常敏感，施肥、農(nóng)業(yè)耕作形式、作物的根系分泌狀況、土壤水分變化情況都會對土壤酶活性產(chǎn)生巨大影響[7]。因此，研究不同氮素水平下土壤酶活性對了解種植土壤中的氮素循環(huán)及種植過程中氮肥利用率有深遠(yuǎn)的意義[8]。

在烤煙施肥過程中，不僅要滿足烤煙生長需肥特性，還要維持土地生產(chǎn)力，以利于提高煙葉產(chǎn)量和品質(zhì)。本研究通過比較土壤酶活性的變化特征及不同生長期中的差異，揭示烤煙種植土壤中氮素轉(zhuǎn)化的調(diào)控原理和作物根系土壤酶生態(tài)構(gòu)成，以期為烤煙種植施肥提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2018年在河南科技大學(xué)試驗農(nóng)場進(jìn)行，試驗地塊平坦，土壤類型為黃潮土，質(zhì)地為中壤土，pH 值 7.56，有機(jī)質(zhì) 20.44 g/kg，堿解氮 66.96 mg/kg，有效磷16.03 mg/kg，速效鉀143.53 mg/kg，土壤全硒含量 0.23 μg/g。

1.2 供試材料

供試烤煙品種為云煙87。

供試肥料分別為餅肥、煙草專用肥、過磷酸鈣、硫酸鉀和硝酸鉀。

1.3 試驗設(shè)計

采用大田試驗，設(shè)置6個氮素水平處理，分別為施氮量 0 kg/hm2（CK）、30 kg/hm2（T1）、45 kg/hm2（T2）、60 kg/hm2（T3）、75 kg/hm2（T4）、90 kg/hm2（T5）。 每個處理3次重復(fù)，共18個小區(qū)，采用隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積為120.0 m2左右。烤煙栽植行距為1.2 m，株距為 50 cm。施肥上，氮、磷、鉀肥按 N∶P2O5∶K2O=1∶2∶3 的比例施用。其他栽培管理均保持一致。

煙苗在移栽后30 d左右進(jìn)入團(tuán)棵期，此時進(jìn)行第1次取樣；移栽后45 d煙苗進(jìn)入旺長期，進(jìn)行第2次取樣；移栽后2個月煙苗進(jìn)入現(xiàn)蕾期，進(jìn)行第3次取樣；在此基礎(chǔ)上再過15 d煙苗進(jìn)入打頂期，進(jìn)行第4次取樣；移栽3個月左右進(jìn)入煙葉成熟期，進(jìn)行第5次取樣。各個階段進(jìn)行取樣的葉片位置和部位保持一致。

1.4 測定內(nèi)容與方法

土壤關(guān)鍵酶主要包括過脲酶、蔗糖酶和過氧化氫酶[9-10]。土壤脲酶活性采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法測定，即以24 h后1 g土壤中NH3-N的毫克數(shù)（mg）表示土壤脲酶活性；土壤蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定，即以24 h后1 g土壤中葡萄糖的毫克數(shù)（mg）表示蔗糖酶活性；土壤過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測定，即以每1 g干土30 min內(nèi)消耗的0.1 mol/L的KMnO4體積數(shù)（mL）表示過氧化氫酶活性。根系活力（氯化苯基四唑還原強(qiáng)度）采用TTC法測定[11]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試 驗 數(shù) 據(jù) 采 用 Word 2013、Origin 2018、SPSS 22.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計、整理、繪圖、制表和分析，對調(diào)查和測定的數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施氮水平對土壤脲酶活性的影響

由圖1可知，土壤脲酶活性在烤煙整個生育期呈緩慢升高的趨勢。各時期施氮處理的土壤脲酶活性均明顯高于不施氮對照，在施氮量達(dá)到60 kg/hm2后，繼續(xù)增加施氮量，土壤脲酶活性增加不顯著。這說明適當(dāng)?shù)氖┑侥艽龠M(jìn)土壤脲酶活性提高。如果烤煙生長過程中沒有施肥，脲酶活性會隨著煙株生長發(fā)育有所降低，符合此時煙葉對氮素的需求規(guī)律，并不是施氮量高就對烤煙生長有利，土壤中氮素適當(dāng)降低有利于煙葉成熟落黃。

圖1 不同處理土壤脲酶活性

2.2 不同施氮水平對土壤蔗糖酶活性的影響

由圖2可知，各處理土壤蔗糖酶活性在煙草整個生育期變化不明顯，總體表現(xiàn)為旺長期緩慢升高，現(xiàn)蕾期緩慢降低，成熟期再緩慢升高。除旺長期處理T1和處理T2與CK無顯著性差異外，其余各生育期處理 T1、T2、T3、T4、T5均顯著高于 CK。 在施氮量達(dá)到75 kg/hm2后，土壤蔗糖酶活性的增長基本不再隨著施氮水平的提高而增加，處理T4與處理T5蔗糖酶活性較高，這2個處理在各生育期均無顯著性差異。土壤蔗糖酶與土壤中有機(jī)質(zhì)、氮、磷含量及微生物數(shù)量和土壤呼吸強(qiáng)度有關(guān)，其酶促作用產(chǎn)物直接關(guān)系到作物的生長。一般情況下，土壤肥力越高，蔗糖酶活性越大[12]。

圖2 不同處理土壤蔗糖酶活性

2.3 不同施氮水平對土壤過氧化氫酶活性的影響

由圖3可知，除現(xiàn)蕾期過氧化氫酶活性稍微降低外，其余各時期緩慢上升。各時期施氮處理土壤過氧化氫酶活性均明顯高于不施氮對照，在施氮量達(dá)到75 kg/hm2后，過氧化氫酶活性的增長基本不再隨著施氮水平的提高而增加。處理T4與處理T5過氧化氫酶活性較高，在成熟期處理T5過氧化氫酶活性明顯高于處理T4，其余各生育期二者均無顯著性差異。一般情況下，土壤肥力越高，過氧化氫酶活性越大，適當(dāng)提高施氮水平可以提高土壤腐殖質(zhì)化的強(qiáng)度以及有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化的速度。

圖3 不同處理土壤過氧化氫酶活性

2.4 不同施氮水平對烤煙根系活力的影響

由圖4可知，烤煙根系活力在旺長期快速升高，然后在現(xiàn)蕾期迅速下降，此后一直到成熟期基本穩(wěn)定。施氮處理在各個時期的烤煙根系活力均明顯高于不施氮對照，在施氮量達(dá)到75 kg/hm2時根系活力達(dá)到最大值，超過75 kg/hm2時根系活力有所下降。由此說明，適當(dāng)增加施氮量可以提升烤煙根系活力，促進(jìn)根系對養(yǎng)分的汲取，但施氮量過多反而有可能抑制根系活力，破壞根系與耕作土壤相互接觸的環(huán)境平衡。

圖4 不同處理烤煙根系活力

3 結(jié)論與討論

土壤酶活性是土壤狀況的綜合體現(xiàn)，以土壤不同酶的活性來評價土壤質(zhì)量具有一定的客觀性。適當(dāng)施用氮肥有利于提高煙田土壤酶活性，改善土壤質(zhì)量，對煙田具有良好的改良和土壤保育效果[13]。

在不同施氮水平條件下，土壤脲酶、蔗糖酶及過氧化氫酶的活性有較大的差異?？傮w而言，施氮處理高于不施氮處理。脲酶可催化土壤中尿素酰胺類氮水解成為銨態(tài)氮，其在耕作土壤氮元素的循環(huán)交流與形態(tài)轉(zhuǎn)化的過程中一直扮演著重要的角色[14]。本試驗結(jié)果表明，在施氮量為60 kg/hm2時，脲酶活性可以達(dá)到較高水平。土壤中蔗糖酶直接參與有機(jī)物質(zhì)的代謝過程，其活性大小與土壤肥力成正相關(guān)關(guān)系，可以作為評價土壤熟化程度和土壤肥力的指標(biāo)之一，也可以用來表征土壤生化強(qiáng)度[15]。在施氮量為70 kg/hm2時，蔗糖酶活性可以達(dá)到較高水平。過氧化氫酶活性與土壤有機(jī)質(zhì)含量有關(guān)，也與微生物數(shù)量有關(guān)，過氧化氫酶活性可以反映土壤腐殖質(zhì)化的強(qiáng)度大小以及有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化的速度[16]。本試驗結(jié)果表明，在施氮量為70 kg/hm2時，過氧化氫酶活性達(dá)到較高水平。

植物根系是植物與耕作土壤相互接觸并獲取土壤養(yǎng)分的主要器官[17]。本研究中，施氮處理烤煙各生育期根系活力均顯著高于不施氮對照，在施氮量為75 kg/hm2時根系活力達(dá)到峰值，當(dāng)施氮量超過75 kg/hm2時根系活力就會下降。

總之，適當(dāng)?shù)卦鍪┑?，可以提高土壤酶活性，增?qiáng)烤煙根系活力[18]，有利于土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和保持土壤健康。