黃 容，謝一平，陳玉藍(lán)，張宗錦，李 冰，王昌全*

水分條件對(duì)不同類(lèi)型土壤氮礦化及酶活性的影響①

黃 容1，謝一平1，陳玉藍(lán)2，張宗錦3，李 冰1，王昌全1*

(1 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源學(xué)院，成都 611130；2 四川省煙草公司涼山州公司，四川西昌 615000；3 四川省煙草公司攀枝花市公司，四川攀枝花 617000)

針對(duì)涼攀煙區(qū)立體氣候特征明顯、干濕分明特征，從水分變化角度研究植煙土壤氮素礦化及其酶活變化特征，為合理調(diào)控土壤氮素供應(yīng)提供科學(xué)依據(jù)。以涼攀煙區(qū)土壤為研究對(duì)象，通過(guò)室內(nèi)培養(yǎng)法研究了不同水分條件(60% 田間持水量(60%WHC)、淹水狀態(tài)(FS))培養(yǎng)下，土壤(紅壤、紫色土)氮礦化動(dòng)力學(xué)及酶活性特征。結(jié)果表明，①與60%WHC相比，F(xiàn)S培養(yǎng)條件提高了土壤NH4+-N含量，且培養(yǎng)期內(nèi)紫色土NH4+-N平均含量較紅壤增加6.0% ～ 9.0%；60%WHC培養(yǎng)下土壤NO3–-N含量明顯高于FS，且培養(yǎng)期內(nèi)紅壤NO3–-N平均含量(40.7 ～ 64.1 mg/kg)高于紫色土(38.0 ～ 56.4 mg/kg)；②FS培養(yǎng)提高了土壤氨化速率，紫色土平均氨化速率均高于紅壤；60%WHC培養(yǎng)提高了土壤硝化速率，且紅壤平均硝化速率高于紫色土；③培養(yǎng)期內(nèi)，60%WHC培養(yǎng)下土壤無(wú)機(jī)氮累積礦化量明顯高于FS，紅壤氮礦化潛力強(qiáng)于紫色土，其中紅壤在60%WHC培養(yǎng)下的土壤無(wú)機(jī)氮累積礦化量最大(42.12 ～ 394.06 mg/kg)，其次是同一水分條件培養(yǎng)下的紫色土；④土壤脲酶、蛋白酶和亞硝酸還原酶的活性與土壤無(wú)機(jī)氮礦化累積量存在顯著的相關(guān)性，紅壤的脲酶活性強(qiáng)于紫色土，尤其是在60%WHC培養(yǎng)下的效果更為顯著；紫色土的蛋白酶活性和亞硝酸還原酶活性高于紅壤，尤其是在FS培養(yǎng)下的效果顯著。總體上，涼攀煙區(qū)紅壤氮礦化潛力強(qiáng)于紫色土，尤其是在60%WHC條件下，在推薦氮肥施用量時(shí)，不僅要考慮不同土壤類(lèi)型，而且還應(yīng)該注意土壤水分狀況的調(diào)控，防止烤煙生長(zhǎng)后期氮素供應(yīng)能力過(guò)強(qiáng)，影響煙葉成熟落黃和香氣物質(zhì)形成。

烤煙；土壤氮礦化；酶活性；田間持水量

氮素是烤煙生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中重要的營(yíng)養(yǎng)元素，尤其是后期土壤氮含量和礦化量對(duì)煙葉的品質(zhì)有直接的顯著影響[1-2]；當(dāng)后期土壤供氮較多時(shí)會(huì)增加烤煙上部葉的煙堿含量[3]。此外，烤煙是喜硝態(tài)氮的作物，土壤硝態(tài)氮的含量對(duì)烤煙的生長(zhǎng)發(fā)育有間接的影響[4-5]?？緹熒L(zhǎng)過(guò)程中所需的氮素主要來(lái)源于當(dāng)季施入的肥料氮和土壤有機(jī)氮的礦化，其中烤煙累積的氮素主要來(lái)源于土壤氮，占總量的50%[6]。谷海紅等[7]研究表明，無(wú)論是水稻土還是紅壤，烤煙生長(zhǎng)后期土壤的供氮能力是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)煙葉的關(guān)鍵。因此，植煙土壤的供氮特性和氮素礦化能力對(duì)優(yōu)質(zhì)煙葉的生長(zhǎng)有重要作用[8]。

土壤水分條件是土壤氮礦化的關(guān)鍵因素之一，濕潤(rùn)的土壤環(huán)境會(huì)促進(jìn)土壤氮礦化，但含水量過(guò)高或過(guò)低會(huì)降低土壤氮礦化[9]。烤煙生長(zhǎng)期間高溫高濕的氣候條件，會(huì)影響微生物數(shù)量和活性，進(jìn)而影響植煙土壤的氮礦化程度[10]，最終影響優(yōu)質(zhì)烤煙的生長(zhǎng)發(fā)育狀況。高真真等[8]對(duì)典型香型植煙土壤氮礦化特征研究表明，不同煙區(qū)土壤的含水量對(duì)土壤氮礦化影響各異，50% 田間持水量處理有利于質(zhì)地相對(duì)黏重的土壤氮素礦化，而減少了質(zhì)地相對(duì)較輕的土壤氮素礦化量和礦化速率。Stanford和Epstein[11]研究表明土壤含水量為飽和含水量50% ～ 60% 時(shí)，有利于土壤氮的硝化作用。趙長(zhǎng)盛等[12]研究指出，土壤礦化速率在土壤含水量為25% 時(shí)達(dá)到最大值，且土壤含水量與土壤氨化速率呈正相關(guān)關(guān)系，而與硝化速率呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。土壤酶活性是土壤肥力重要指標(biāo)之一，其活性大小會(huì)影響土壤氮礦化[13]。不同水分條件和不同土壤類(lèi)型會(huì)造成土壤酶活性的變化，最終影響土壤氮礦化。但目前對(duì)植煙土壤氮礦化及酶活性對(duì)土壤水分條件的響應(yīng)特征研究較少，涼攀煙區(qū)(涼山州和攀枝花)是四川地區(qū)主要烤煙生產(chǎn)地，區(qū)域內(nèi)地形多樣，立體氣候特征明顯，雨熱同期，干濕分明。本研究以涼攀煙區(qū)的土壤為研究對(duì)象，采用室內(nèi)培養(yǎng)法，研究了不同水分條件下紅壤、紫色土氮礦化特征及其相關(guān)的酶活性變化，以期為涼攀煙區(qū)合理調(diào)控土壤氮素和生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)烤煙提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于四川省涼山州和攀枝花市的主要烤煙生產(chǎn)地。涼山州(100°03′ ～ 103°52′E， 26°03′ ～ 29°18′N(xiāo))地處四川省西南部橫斷山區(qū)的東北部，青藏高原南緣，氣候類(lèi)型為亞熱帶季風(fēng)氣候，干濕分明，冬半年日照充足，少雨干暖；夏半年云雨較多，降水量集中在4—9月，氣候涼爽，年均氣溫6 ～ 17 ℃。攀枝花(101°08′ ～ 102°15′E，26°05′ ～ 27°2l′N(xiāo))地處四川西南川滇結(jié)合部，是以南亞熱帶為基帶的立體氣候小島，干雨季分明，晝夜溫差大，日照長(zhǎng)，降雨量集中在6—10月。涼山和攀枝花主要植煙土壤類(lèi)型為紅壤和紫色土。

1.2 土樣采集和試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 土樣采集 在涼山州和攀枝花市的主要烤煙生產(chǎn)區(qū)，采集紅壤和紫色土樣品。分別在煙苗移栽前，采集0 ～ 20 cm耕層土壤，在陰涼處風(fēng)干后去除可見(jiàn)的植物殘?bào)w和根系等。每個(gè)樣品采集3 kg，取部分用于土壤基本指標(biāo)測(cè)定，其余土壤樣品風(fēng)干過(guò)篩(2 mm)用于培養(yǎng)試驗(yàn)，土壤樣品基本理化性質(zhì)見(jiàn)表1。

1.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 取風(fēng)干后的植煙土壤樣品均勻地鋪裝于容積為500 ml的塑料瓶中，瓶口覆膜，留3個(gè)通氣孔，防止水分蒸發(fā)和通氣。為活化土壤，在培養(yǎng)試驗(yàn)前，加無(wú)氮水至土壤質(zhì)量含水量的60%，在25 ℃恒溫預(yù)培養(yǎng)一周?；诓蓸訁^(qū)烤煙生長(zhǎng)期氣候條件，模擬干濕兩季環(huán)境，本試驗(yàn)共設(shè)置兩種水分條件：60%田間持水量(60% WHC)和淹水狀態(tài)(FS)培養(yǎng)。60%WHC培養(yǎng)下，整個(gè)培養(yǎng)試驗(yàn)過(guò)程中保持土壤含水量為田間持水量的60%；FS培養(yǎng)下，整個(gè)培養(yǎng)試驗(yàn)過(guò)程中始終保持土壤在淹水狀態(tài)，土壤表面有1 ～ 2 cm淹水。預(yù)培養(yǎng)結(jié)束后，根據(jù)不同水分條件調(diào)整土壤含水量，土壤氮礦化培養(yǎng)試驗(yàn)在光照培養(yǎng)室內(nèi)進(jìn)行，溫度保持在25 ℃，空氣濕度為60%，每2天用重量法保持土壤含水量，添加散失水分。整個(gè)試驗(yàn)共培養(yǎng)64 d，分別在培養(yǎng)試驗(yàn)的第0、2、8、16、32、64 天取土樣，試驗(yàn)為不破壞性取樣，每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)，共計(jì)72個(gè)試驗(yàn)處理。

表1 土壤基本理化性質(zhì)

1.3 樣品測(cè)定及數(shù)據(jù)處理

1.3.1 土壤無(wú)機(jī)氮 培養(yǎng)試驗(yàn)采集的土壤樣品，用于測(cè)定土壤NH4+-N和NO3–-N含量。土壤NH4+-N和NO3–-N采用2 mol/L KCl提取，取濾液分別用靛酚藍(lán)比色法和紫外分光光度計(jì)法測(cè)定，具體測(cè)定詳細(xì)步驟參見(jiàn)文獻(xiàn)[14]。本研究中的土壤無(wú)機(jī)氮為土壤NH4+-N和NO3–-N含量之和。

土壤氮礦化速率(mg/(kg·d))=[N]/(D)

式中：[N]為培養(yǎng)第天時(shí)土壤NH4+-N或NO3–-N的含量(mg/kg)；D為兩次采樣之間的間隔天數(shù)(d)。

土壤礦化的無(wú)機(jī)氮累積過(guò)程采用一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行非線性擬合[15]：

N=0(1–e–kt)

式中：N為第天的土壤無(wú)機(jī)氮累積礦化量；0為氮礦化勢(shì)；為氮礦化速率常數(shù)。

1.3.2 土壤酶活性 脲酶活性采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法測(cè)定，以24 h后1 g土壤中NH3-N的毫克數(shù)(mg)表示；蛋白酶活性采用福林法測(cè)定，以2 h后1 g土壤中酪氨酸的微克數(shù)(mg)表示；亞硝酸還原酶測(cè)定采用碳酸鈣-亞硝酸鈉比色法，以24 h后土壤中NO2-N的濃度(mg/L)表示。具體方法詳見(jiàn)參考文獻(xiàn)[16]。

1.3.3 數(shù)據(jù)處理 采用SPSS 20.0、Origin 8.5和Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、繪圖制表。所有的結(jié)果均用 3 次測(cè)定結(jié)果的平均值表示。不同處理之間的多重比較采用LSD法(<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量

紅壤和紫色土在FS和60%WHC條件下土壤NH4+-N和NO3–-N含量隨培養(yǎng)時(shí)間的變化存在顯著差異。如圖1A所示，無(wú)論是紅壤還是紫色土，F(xiàn)S培養(yǎng)的土壤NH4+-N含量均高于60%WHC。FS培養(yǎng)下，紅壤和紫色土的NH4+-N含量均在第2 天時(shí)達(dá)到最大值，分別為12.91和12.44 mg/kg；隨著培養(yǎng)時(shí)間的增加，土壤NH4+-N含量均呈下降趨勢(shì)，在培養(yǎng)第64 天，紫色土NH4+-N含量較紅壤明顯增加了2.49 mg/kg (<0.05)。60%WHC培養(yǎng)下，土壤NH4+-N含量隨著培養(yǎng)時(shí)間的增加呈先增加后減少并趨于穩(wěn)定的變化趨勢(shì)；在培養(yǎng)的前16 天，紫色土NH4+-N含量較紅壤顯著提高了1.5% ～ 63.0%(<0.05)?？傮w上，F(xiàn)S培養(yǎng)的土壤NH4+-N含量明顯高于60%WHC，且培養(yǎng)期內(nèi)紫色土NH4+-N平均含量高于紅壤。

(圖中 * 表示同一水分條件下不同土壤間差異顯著(P<0.05))

培養(yǎng)期內(nèi)的土壤NO3–-N含量變化與NH4+-N含量存在差異，如圖1B所示，60%WHC培養(yǎng)的土壤NO3–-N含量明顯高于FS。FS培養(yǎng)下，各培養(yǎng)階段的紅壤和紫色土NO3–-N含量存在顯著差異，除培養(yǎng)第2 天外，紅壤的NO3–-N含量較紫色土增加了0.89 ～ 10.52 mg/kg。60%WHC培養(yǎng)下，紅壤的NO3–-N含量在培養(yǎng)第8 天達(dá)到最高值(91.69 mg/kg)，而紫色土在培養(yǎng)第32天達(dá)到最高值(80.38 mg/kg)?？傮w上，60%WHC培養(yǎng)的NO3–-N含量明顯高于FS，且培養(yǎng)期內(nèi)紅壤NO3–-N平均含量高于紫色土。

2.2 土壤氨化速率和硝化速率

如圖2所示，培養(yǎng)期內(nèi)，土壤氨化和硝化速率均隨培養(yǎng)時(shí)間呈先下降后平穩(wěn)的變化趨勢(shì)。對(duì)土壤NH4+-N而言(圖2A)，F(xiàn)S培養(yǎng)的氨化速率(0.07 ～ 6.46 mg/(kg·d))明顯高于60%WHC(0.02 ～ 2.03 mg/(kg·d))；FS培養(yǎng)下，紅壤氨化速率除在第8 天和第64 天低于紫色土外，其他培養(yǎng)時(shí)間內(nèi)均高于紫色土；60%WHC培養(yǎng)下，除第16 天外，紫色土氨化速率略高于紅壤；總體上，整個(gè)培養(yǎng)時(shí)期內(nèi)，紫色土平均氨化速率(0.52和1.75 mg/(kg·d))均高于紅壤(0.50和1.73 mg/(kg·d))。對(duì)土壤NO3–-N而言(圖2B)，F(xiàn)S培養(yǎng)的硝化速率均低于60%WHC，平均減少了27.2% ～ 79.8%；FS培養(yǎng)下，除第2 天外，紅壤硝化速率(1.59 ～ 7.13 mg/(kg·d))均高于紫色土(1.26 ～ 6.60 mg/(kg·d))；60%WHC培養(yǎng)下，紅壤硝化速率在培養(yǎng)前期(第16天之前)明顯高于紫色土；總體上，60%WHC培養(yǎng)的土壤硝化速率高于FS，且紅壤在60%WHC培養(yǎng)下的硝化速率明顯高于紫色土。

2.3 土壤無(wú)機(jī)氮累積礦化量及一級(jí)動(dòng)力學(xué)參數(shù)

如圖3所示，培養(yǎng)期內(nèi)，60%WHC培養(yǎng)的土壤無(wú)機(jī)氮累積礦化量明顯高于FS，其中紅壤60%WHC培養(yǎng)下的土壤無(wú)機(jī)氮累積礦化量最大，為42.12 ～ 394.06 mg/kg，其次是同一水分條件培養(yǎng)下的紫色土。通過(guò)一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行非線性擬合(表2)發(fā)現(xiàn)，土壤氮礦化符合動(dòng)力學(xué)方程，且相關(guān)性均達(dá)到極顯著水平。60%WHC培養(yǎng)的土壤氮礦化勢(shì)(0)高于FS，且紅壤的0較紫色土提高了4.8%(60%WHC)和7.4%(FS)；紫色土FS培養(yǎng)的土壤礦化率()高于60%WHC，而紅壤60%WHC培養(yǎng)下的略高于FS；施用綜合指數(shù)(0′)表現(xiàn)為60%WHC–紅壤>FS–紫色土>FS–紅壤>60%WHC–紫色土，其中紅壤60%WHC培養(yǎng)的供氮指數(shù)0′較同一水分條件培養(yǎng)下的紫色土增加了12.3mg/(kg·d)。

2.4 土壤酶活性

從表3可以看出，F(xiàn)S和60%WHC培養(yǎng)下，紅壤的脲酶活性均高于紫色土。FS培養(yǎng)下，紅壤和紫色土的脲酶活性均在第32 天時(shí)達(dá)到最高值，分別為NH3-N 1.09和0.82 mg/(g·24 h)；60%WHC培養(yǎng)下，隨著培養(yǎng)時(shí)間的增加，紅壤和紫色土脲酶活性呈先增加后減少的趨勢(shì)，仍在第32 天時(shí)達(dá)到最高值；整個(gè)培養(yǎng)期內(nèi)，紅壤60%WHC培養(yǎng)的土壤脲酶活性平均值最高，為NH3-N 0.86 mg/(g·24 h)。對(duì)土壤蛋白酶而言，F(xiàn)S培養(yǎng)下，紅壤蛋白酶活性在第16天前均高于紫色土，而培養(yǎng)結(jié)束后(第64 天)，其蛋白酶活性較紫色土明顯降低了53.6%；60%WHC培養(yǎng)下，土壤蛋白酶活性隨著培養(yǎng)時(shí)間的增加呈下降趨勢(shì)，且紅壤的蛋白酶活性高于紫色土，2種土壤的蛋白酶均在培養(yǎng)初期(第2 天)表現(xiàn)出較高的活性。從表3還可以看出，紫色土的亞硝酸還原酶的活性高于紅壤，培養(yǎng)期內(nèi)土壤亞硝酸還原酶活性平均值表現(xiàn)為：FS–紫色土>FS–紅壤>60%WHC–紫色土>60%WHC–紅壤。綜上，60%WHC培養(yǎng)的土壤脲酶活性高于FS，尤其在紅壤中效果較佳；而60%WHC培養(yǎng)的土壤蛋白酶活性和亞硝酸還原酶活性則低于FS，尤其是在紫色土培養(yǎng)中。

圖2 不同試驗(yàn)處理下土壤氨化和硝化速率的變化特征

圖3 不同試驗(yàn)處理下土壤無(wú)機(jī)氮累積礦化量的變化特征

2.5 土壤氮礦化與酶活性相關(guān)性

通過(guò)相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)(表4)，紫色土NO3–-N含量與土壤蛋白酶、亞硝酸還原酶活性存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，而紅壤NO3–-N含量與亞硝酸還原酶活性存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系；紫色土氨化速率與脲酶活性顯著負(fù)相關(guān)，紅壤和紫色土硝化速率與脲酶活性顯著負(fù)相關(guān)；除紫色土無(wú)機(jī)氮累積礦化量與蛋白酶活性不存在顯著相關(guān)外，2種土壤的無(wú)機(jī)氮累積礦化量均與脲酶、蛋白酶、亞硝酸還原酶活性存在顯著相關(guān)。不同水分條件培養(yǎng)下，60%WHC培養(yǎng)的土壤NO3–-N含量與亞硝酸還原酶活性之間存在顯著負(fù)相關(guān)；無(wú)論FS還是60%WHC培養(yǎng)，土壤氨化速率均與脲酶活性存在顯著相關(guān)；除FS培養(yǎng)的土壤無(wú)機(jī)氮累積礦化量與蛋白酶活性不存在顯著相關(guān)外，2種水分條件培養(yǎng)下的土壤無(wú)機(jī)氮累積礦化量均與脲酶、蛋白酶、亞硝酸還原酶活性間存在顯著相關(guān)。

表2 不同試驗(yàn)處理下土壤無(wú)機(jī)氮累積礦化量變化的一級(jí)動(dòng)力學(xué)模擬值

表3 不同試驗(yàn)處理下土壤酶活性的變化特征

注：表中小寫(xiě)字母不同表示同一培養(yǎng)條件下不同土壤類(lèi)型間差異顯著(<0.05)；大寫(xiě)字母不同表示不同處理間差異顯著(<0.05)。

表4 土壤氮礦化與酶活性相關(guān)性

注：*表示在<0.05水平顯著相關(guān)，**表示在<0.01水平顯著相關(guān)；括號(hào)內(nèi)表示紫色土或60%WHC培養(yǎng)條件下的相關(guān)系數(shù)。

3 討論

本研究中，水分條件對(duì)2種植煙土壤NH4+-N、NO3–-N含量和無(wú)機(jī)氮礦化存在顯著影響，這與高真真等[8]、王常慧等[17]研究結(jié)果一致。一般認(rèn)為，50% ～ 60% 田間持水量條件下土壤硝化作用最為活躍，因?yàn)樵撏寥浪趾考饶軡M足微生物所需的水分條件，又能滿足氧分分壓[18]。本試驗(yàn)培養(yǎng)期間，土壤NH4+-N和NO3–-N含量存在“此消彼長(zhǎng)”的關(guān)系，即淹水(FS)培養(yǎng)的土壤NH4+-N含量明顯高于60% 田間持水量(60%WHC)培養(yǎng)，而FS培養(yǎng)的土壤NO3–-N含量明顯低于60%WHC，可見(jiàn)FS培養(yǎng)不利于土壤NO3–-N累積，而增加了NH4+-N累積。一方面是因?yàn)镕S培養(yǎng)相較于60%WHC培養(yǎng)土壤通透性較差，氧分分壓較低，抑制了土壤氨氧化作用細(xì)菌的活性，從而促進(jìn)NH4+-N累積[19]；另一方面，F(xiàn)S培養(yǎng)的條件為反硝化作用提供了厭氧環(huán)境，促進(jìn)了土壤NO3–-N還原，從而減少土壤NO3–-N累積，但可能會(huì)導(dǎo)致更多的NO3–-N以氣態(tài)形式或淋溶損失，減少土壤氮的利用率[19-21]。

不同土壤類(lèi)型的土壤氮礦化特征各異，本研究中，培養(yǎng)期內(nèi)紅壤NH4+-N平均含量和平均礦化速率均低于紫色土，而其N(xiāo)O3–-N平均含量和平均礦化速率、無(wú)機(jī)氮累積礦化量均高于紫色土，可見(jiàn)四川涼攀煙區(qū)紅壤的礦化能力強(qiáng)于紫色土，這可能是因?yàn)椴煌?lèi)型的土壤性質(zhì)，如有機(jī)質(zhì)含量，導(dǎo)致了土壤的氮礦化潛力的差異[8, 22-23]。馬興華等[23]研究表明土壤有機(jī)氮的礦化率與土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著相關(guān)，有機(jī)質(zhì)含量高有利于土壤氮素礦化，提高了土壤的供氮能力。本試驗(yàn)條件下，紅壤有機(jī)質(zhì)含量(23.14g/kg)高于紫色土(16.54 g/kg)，有機(jī)氮源豐富，提高了微生物活性，因此在同一培養(yǎng)條件下紅壤的礦化能力較強(qiáng)。但王樹(shù)會(huì)和劉青麗[22]對(duì)云南主要植煙土壤的礦化特征研究表明，紫色土表層礦化能力和礦化量均高于紅壤，這可能是因?yàn)樵颇现饕獰焻^(qū)的紫色土潛在肥力高，陽(yáng)離子交換量大，透氣透水能力良好；此外該培養(yǎng)條件為間歇淋洗好氣培養(yǎng)法，為微生物的生長(zhǎng)發(fā)育提供了良好的微生態(tài)環(huán)境，加速了土壤礦化。土壤氮礦化勢(shì)(0)和礦化率()可以分別用來(lái)反映土壤的供氮容量和供氮速度；且施用綜合指標(biāo)(0′)可以更好地反映土壤真實(shí)的供氮情況[15]。一級(jí)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行非線性擬合結(jié)果表明(表2)，無(wú)論FS或60%WHC培養(yǎng)下紅壤礦化勢(shì)均高于紫色土，而紅壤的氮礦化率和供氮指標(biāo)僅在60%WHC培養(yǎng)下高于紫色土，這也進(jìn)一步說(shuō)明了該研究區(qū)的紅壤氮礦化潛力要強(qiáng)于紫色土，尤其是在60%WHC條件下，而含水量過(guò)高不利于土壤氮素礦化。

涼攀地區(qū)降水主要集中在4—9月，尤其是6—8月，如果烤煙生長(zhǎng)后期仍有大量的氮素供應(yīng)，會(huì)促進(jìn)煙葉合成更多的煙堿，影響烤煙品質(zhì)。本研究中，結(jié)合涼攀地區(qū)的降水特征，在降雨較少，土壤含水量較低的情況下，具有較強(qiáng)氮礦化潛力和較高硝化速率的紅壤在烤煙前期可以釋放大量的氮素供煙株吸收，但可能會(huì)引起烤煙后期仍有大量的氮素吸收，增加煙葉煙堿合成，導(dǎo)致煙堿含量過(guò)高。在降水量較多，土壤含水量過(guò)高的情況下，相較于紅壤而言，氨化速率較高的紫色土可能在烤煙中期會(huì)提供較多的NH4+-N，由于NH4+-N可以促進(jìn)芳香族揮發(fā)油，增加烤煙香味，但是過(guò)高的NH4+-N不利于煙株生長(zhǎng)后期碳氮代謝的轉(zhuǎn)化，最終影響煙葉品質(zhì)[21]。此外，在降水量相對(duì)較少的烤煙后期，紫色土的供氮水平可能低于紅壤，更有利于煙葉品質(zhì)。因此，烤煙實(shí)際生產(chǎn)中，在推薦氮肥施用量時(shí)，不但要考慮不同土壤類(lèi)型，還應(yīng)該注意土壤含水量的調(diào)控，防止烤煙生長(zhǎng)后期氮素供應(yīng)能力過(guò)強(qiáng)，不利于煙葉成熟落黃和香氣物質(zhì)形成，降低了煙葉品質(zhì)[24]。

土壤脲酶是土壤氮循環(huán)過(guò)程中重要的一種酰胺酶，可催化尿素生成易被植物吸收利用的無(wú)機(jī)氮和二氧化碳，其活性在一定程度上可以反映土壤供氮能力[25]。本研究中，紫色土的脲酶活性低于紅壤，這可能與紫色土的有機(jī)質(zhì)含量較低有關(guān)。有機(jī)質(zhì)可以為微生物提供碳源，促進(jìn)土壤微生物繁殖，促進(jìn)土壤脲酶的分泌[13]，從而增加了土壤無(wú)機(jī)氮的含量，因此無(wú)論是60%WHC還是FS培養(yǎng)，土壤脲酶活性均與土壤無(wú)機(jī)氮礦化累積量存在顯著的正相關(guān)關(guān)系(= 0.599 ～ 0.812，表4)。土壤蛋白酶是一種胞外酶，可將蛋白質(zhì)和肽類(lèi)等分解形成氨基酸[26]，F(xiàn)S培養(yǎng)的土壤蛋白酶活性高于60%WHC，可見(jiàn)水分條件是影響土壤蛋白酶活性的重要因素之一，尤其是在60%WHC培養(yǎng)條件下土壤蛋白酶活性顯著影響了土壤無(wú)機(jī)氮礦化累積量。亞硝酸還原酶是反硝化作用中的關(guān)鍵酶，催化NO3–-N形成NO氣體，其活性不僅受到自身成分的影響，還受到外界環(huán)境的影響，例如通氣情況、水分等均會(huì)影響到酶活性[27]。淹水培養(yǎng)較60%WHC為反硝化作用提供了厭氧環(huán)境，提高了土壤反硝化微生物的活性，進(jìn)而增加了土壤亞硝酸還原酶的活性。紅壤和紫色土NO3–-N含量均與亞硝酸還原酶存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，因此，較高亞硝酸還原酶活性的紫色土催化了NO3–-N形成NO氣體，從而減少了紫色土NO3–-N含量。

4 結(jié)論

1)淹水培養(yǎng)提高了土壤NH4+-N含量和氨化速率，但降低了土壤NO3–-N含量和硝化速率，且60% 田間持水量培養(yǎng)下的紅壤硝化速率高于紫色土；該煙區(qū)的紅壤氮礦化潛力要強(qiáng)于紫色土，尤其是在60% 田間持水量培養(yǎng)下，而含水量過(guò)高不利于土壤氮素礦化。

2)不同土壤類(lèi)型在不同水分條件下土壤酶活性各異。紅壤的脲酶活性強(qiáng)于紫色土，尤其是在60% 田間持水量培養(yǎng)的效果更為顯著；紫色土的蛋白酶活性和亞硝酸還原酶活性高于紅壤，尤其是在淹水培養(yǎng)下的效果顯著。土壤脲酶、蛋白酶和亞硝酸還原酶的活性能顯著影響土壤無(wú)機(jī)氮礦化累積量。

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Effects of Soil Water Status on Nitrogen Mineralization and Enzyme Activities in Different Soils

HUANG Rong1, XIE Yiping1, CHEN Yulan2, ZHANG Zongjin3, LI Bing1, WANG Changquan1*

(1 College of Resource, Sichuan Agricultural University, Chengdu 611130, China; 2 Liangshan Branch of Sichuan Tobacco Company, Xichang, Sichuan 615000, China; 3 Panzhihua Branch of Sichuan Tobacco Company, Panzhihua, Sichuan 617000, China)

In order to provide a theoretical basis for regulating soil nitrogen and producing high quality flue-cured tobacco, the characteristics of soil nitrogen mineralization were studied from the perspective of water status in Liangpan tobacco area with obvious three-dimensional climate as well as distinct dry and wet. In this study, the characteristics of nitrogen mineralization and enzyme activities in different types of tobacco-growing soils (red soil and purple soil) were studied under different water status (60% field water holding capacity, 60%WHC; flooded state, FS) via indoor culture method. Results show that: 1) compared with 60%WHC, FS increases soil ammonium (NH4+-N) content, and the average content of NH4+-N is increased by 6.0%-9.0% in purple soil compared to red soil during the incubation time. However, soil nitrate nitrogen (NO3–-N) content is significantly higher under 60%WHC than under FS, and the average content of NO3–-N is higher in red soil (40.7-64.1 mg/kg) than in purple soil (38.0-56.4 mg/kg) during the incubation time. 2) FS increases soil ammonification rate and the average rate is higher in purple soil than in red soil. In contrast, 60%WHC increases soil nitrification rate, and the average rate is higher in red soil than in purple soil. 3) In the incubation time, the amount of inorganic nitrogen accumulated mineralization is significantly higher under 60%WHC than under FS, and nitrogen mineralization potential is higher in red soil than in purple soil. The highest amount of inorganic nitrogen accumulated mineralization (42.12-394.06 mg/kg) is observed in red soil under 60%WHC, followed by purple soil under the same WHC. 4) The activities of soil urease, protease and nitrite reductase are significantly correlated with the accumulation of soil inorganic nitrogen mineralization. The activity of soil urease is higher in red soil than in purple soil, especially under 60%WHC. In contrast, the activities of protease and nitrite reductase are higher in purple soil than in red soil, especially under FS. Overall, the potential of nitrogen mineralization in red soil is stronger than in purple soil, especially under 60%WHC. Therefore, soil types and water status should both be paid attention in recommending nitrogen application rate to prevent over-strong nitrogen supply ability of flue-cured tobacco in late growth stage and avoid the formation of mature yellowing and aroma substances and quality deterioration of tobacco leaves.

Tobacco; Soil nitrogen mineralization; Enzymatic activity; Field water holding capacity

S153

A

10.13758/j.cnki.tr.2022.05.011

黃容, 謝一平, 陳玉藍(lán), 等. 水分條件對(duì)不同類(lèi)型土壤氮礦化及酶活性的影響. 土壤, 2022, 54(5): 950–957.

四川科技計(jì)劃重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目(2021YFN0127)和四川省煙草公司科技項(xiàng)目(SCYC202004，SCYC202105)資助。

(w.changquan@163.com)

黃容(1989—)，女，福州人，博士，講師，主要從事土壤質(zhì)量與環(huán)境研究。E-mail: 277840241@qq.com