植烟土壤氮矿化影响因素研究进展

王 欣，赵云飞，闫铁军

(1．湖北省烟草科学研究院，湖北武汉 430030；2.湖北中烟工业有限公司技术研发中心，湖北武汉 430052)



植烟土壤氮矿化影响因素研究进展

王 欣1，赵云飞1，闫铁军2*

(1．湖北省烟草科学研究院，湖北武汉 430030；2.湖北中烟工业有限公司技术研发中心，湖北武汉 430052)

综述了近年来影响植烟土壤氮矿化的生物因素和非生物因素，其中，非生物因素包括土壤环境、土壤理化性质、施肥和土壤区域，对保证烟草产业的可持续发展具有重要意义。

氮素矿化；植烟土壤；影响因素

氮是植物生长发育所需要的重要元素，也是植物从土壤中吸收量最大的矿质元素。烟草在生长发育中需要大量的氮素，主要来源于土壤[1-6]。土壤中92% ～98%的氮以有机态存在，但在烟草生长发育中，并不能直接吸收有机态氮，必须经过土壤微生物和细菌的分解，将有机态氮转化成无机态氮，才能被烟草吸收和利用。从有机态氮到无机态氮的转化过程即为土壤的矿化。土壤氮矿化是反映土壤供氮能力的重要因素之一。

烤烟在生长发育过程中，生长前期需要吸收大量的氮素，烟株才能正常生长，生长后期需要吸收氮素较少，烟叶才能适时落黄成熟。如果在生长后期仍有较多的氮素供应，则易导致烟叶烟碱含量过高。氮矿化过程对土壤无机氮动态变化有重要影响，因此，对土壤矿化过程及其影响因素进行研究，对于制订合理的施肥措施、改善土壤环境以及生产优质烟叶具有重要意义。影响植烟土壤氮矿化的因素很多，笔者结合近年来有关文献对影响植烟土壤氮矿化的生物因素和非生物因素进行综述。

1 影响植烟土壤氮矿化的生物因素

土壤动物能够促进土壤有机氮的矿化，土壤动物对细菌的取食也能影响细菌生物氮的矿化和转化过程[7]。Sulkava等[8]研究发现，土壤中铵态氮数量与白虫生物量呈显著正相关，白虫有利于土壤氮矿化。其他学者通过研究线虫和蚯蚓等也得出相似结论[9-10]。

土壤微生物在氮素循环中起着重要作用，可以有效分解和矿化土壤有机质。随着土壤深度的增加，微生物活性降低，氮素的矿化势也随之下降[11-12]。Puri等[13]研究表明，土壤微生物量氮在土壤可矿化氮素中占有重要地位。微生物种类不同，氮矿化也有所不同。就细菌和真菌而言，细菌对埋入土壤中有机质的降解作用更明显，而真菌对地表有机质的降解作用大于其他微生物[14]。

2 影响植烟土壤氮素矿化的非生物因素

2.1 土壤环境

2.1.1 土壤温度。一般而言，土壤温度升高会促进土壤氮循环，有利于氮矿化。Ineson等[15]研究发现，升温不仅增加了氮矿化，还增加了矿质氮的植物吸收。Shaw等[16]研究表明，在干燥环境中，温度升高会使净氮矿化速率在1年后提高60%。也有学者利用不同海拔间比较研究温度的影响。高海拔土壤年净氮矿化速率是低海拔的3倍[17]。王树会等[18]在云南主要植烟区选择紫色土、水稻土和红壤3种土壤分层采集，室内20和30 ℃下培养，结果发现，30 ℃下的土壤氮矿化速率和矿化量高于20 ℃。周才平等[19]研究发现，在5～25 ℃下，土壤净氮矿化速率随着温度的升高而增加；但当温度超过25 ℃时，土壤净氮矿化速率下降。

2.1.2 土壤湿度。研究表明，矿化氮随水势升高而显著增加，氮矿化的最佳水分含量在-0.03～-0.01 MPa[20]。土壤含水量的降低会减慢氮矿化速率[21]。Calderon 等[22]研究发现，土壤含水量减少能使氮和碳的矿化速率降低15%。

在多种类型的土壤中，无论在田间还是实验室，温度和湿度都是控制氮矿化的主要因子[23]。在一定温度范围内，氮矿化速率随温度升高而升高，随土壤水分增加而增加。Puri等[13]研究发现，土壤温湿度是影响土壤氮矿化的最重要因素，且温度的影响高于湿度，二者有明显的正交互作用。

2.2 土壤理化性质

2.2.1 土壤类型和质地。土壤类型和质地是影响烤烟矿质营养吸收与累积的重要环境因素。土壤类型不同，矿化势不同。刘青丽等[24]研究表明，中部主要植烟土壤潮土等的土壤矿化势平均为51.9 mg/kg，北部主要植烟土壤暗棕壤等的土壤矿化势平均为112.2 mg/kg，南部主要植烟土壤黄壤等的土壤矿化势在150.0 mg/kg以上。王鹏等[25]研究发现，植烟黑钙土有较强的供氮能力，土壤肥力较高，生产中应注意氮肥用量的控制。马兴华等[26]采用Warning淹水培养方法，研究了不同类型土壤的氮矿化过程，结果表明，云南罗平黄壤、宣威水稻土、罗平红壤土壤氮矿化率随培养时间增加逐渐增加，罗平黄壤的土壤氮矿化速率最高，宣威紫色土最低。严德翼等[27]通过好气性培养指出，黄土区0～28 d 矿化氮量由大到小依次为淋溶褐土、红油土、黑垆土。研究表明，水稻土氮素供应能力较高，棕壤和褐土氮素供应能力较低[28]。张恒等[29]指出，贵州省典型植烟土壤氮矿化速率不同，由高到低依次为石灰土、黄壤、紫色土。云南不同土壤类型中，土壤上层，紫色土氮矿化强度较大，氮矿化累积量较高，红壤相对较低；土壤下层，水稻土氮矿化累积量较高，紫色土较低[18]。

土壤质地对氮矿化具有重要影响。与粗质土相比，细质土能固定更多碳、氮，氮矿化率较高[30]。砂土的氮矿化高于壤土和黏土。此外，砂土中微生物生物量的C/N高于壤土和黏土，且与单位微生物氮生物量的矿化率呈正相关。陆琳等[31]研究表明，不同质地土壤在烤烟不同生育期氮矿化量的差异极显著。氮矿化速率为前高后低型的，以黏土及砂土为主，对烤烟产质量的形成有利。

2.2.2 土壤有机质含量。土壤有机质含量能够影响参与分解的微生物是否容易获得自身分解的氮素，与土壤氮矿化关系密切。Reich等[32]研究指出，土壤中黏粒含量和有机质含量对土壤氮矿化影响较大，有机质含量越高氮矿化能力越强，黏粒含量越高氮矿化能力越弱。张恒等[33]通过对贵州省943份短期培养样品进行检测发现，土壤有机质含量与植烟黄壤潜在供氮能力呈显著正相关。马兴华等[28]研究表明，土壤氮矿化量与土壤有机质含量和土壤全氮含量均呈极显著正相关或正相关，说明有机质和全氮含量越高的土壤其氮矿化量越高，土壤供氮能力越强。

2.2.3 土壤深度与土壤pH。土壤深度是影响氮矿化的重要因素。氮矿化一般随土层深度增加而降低，土层浅则氮素的矿化作用强[34]。Paul等[11]对不同土层氮矿化进行研究，结果发现，在0～15.0 cm土层中，氮矿化的32%～38%发生在0～2.5 cm土层；52%～56%发生在0～5.0 cm土层；80%～90%发生在0～10.0 cm的土层。Berendse[35]认为，随着土壤深度的增加，氮矿化随之下降。云南不同植烟土壤紫色土、水稻土和红壤中，不同深度土壤以0～20 cm土层矿化速率和矿化量最高，其次是20～40 cm土层，再次是40～60 cm土层，最低的是60～80 cm土层和80～100 cm土层[18]。

2.3 施肥 土壤氮矿化势是表示土壤供氮潜力的参数。不同肥力植烟土壤间，矿化势由高到低依次为高肥力土、中肥力土、低肥力土[37]。戴晓艳等[39]通过对黑土、棕壤、红壤等土壤的研究表明，同一土类中不同肥力的土壤，肥力高的土壤其微团聚体的土壤氮矿化势均大于肥力低土壤中各相应粒级的土壤氮矿化势，这是因为不同肥力的土壤其微团聚体组成不同，各粒级微团聚体的养分含量、酶活性等不同。

氮磷钾化肥和有机肥配施显著提高了土壤有机质和全氮含量，促进土壤氮矿化量和矿化率；氮磷钾化肥处理可以提高土壤无机氮含量，但对土壤有机质、全氮、氮矿化量和矿化率的影响较小[40]。

刘卫群等[6]研究了烤烟生育期内植烟土壤中的氮素转化和供氮状况，结果表明，施用无机氮肥可大幅度提高0～20 cm土壤中的无机氮浓度。Haynes[41]研究发现，土壤有机氮的净矿化速率随肥料氮的增加而呈上升趋势，但在肥料用量增加到一定值后，土壤有机氮的净矿化速率达到最高，之后呈下降趋势。Klemmedson[42]研究表明，施肥增加氮矿化只是暂时现象，种植豆科植物比施氮肥更加经济有效。

2.4 土壤区域 研究表明，土壤矿化势在不同植烟区间差异显著，南方烟区显著高于北方烟区、黄淮烟区[24]。我国植烟区的潜在供氮能力呈南北高中间低的分布趋势。贵州省不同植烟区氮矿化势差异较大，主要植烟黄壤的潜在供氮能力以中部地区较低，四周逐渐增强[33]。湖南省植烟土壤有机氮矿化速率均表现为前期较快、后期缓慢。湘南、湘中、湘西植烟土壤有机氮矿化积累量、矿化速率、矿化势相差较大，且由高到低依次为湘中、湘南、湘西[43]。

3 结语

在植烟土壤中，由于氮肥投入不当，会造成烟株矮小或形成黑暴烟，显著影响烟叶的产量和质量，从而影响烟草产业的持续发展。在所有必需营养元素中，氮是限制烟草生长和产质量的首要因素。烟叶所吸收氮素主要来自土壤，而土壤中的氮主要以有机态存在。因此，研究植烟土壤的氮矿化，对保证烟草产业的可持续发展具有重要意义。

影响氮矿化的因素较多，如温度、湿度等环境因素，土壤类型、质地、有机质、pH等土壤理化性质，土壤动物、微生物等生物因素，且不同因素之间存在交互作用；不同条件下各种因素的影响强度也存在较大差异。在烤烟生产中，打顶前需要较多的氮素供应，促进烟株早生快发，打顶后减少氮素供应，以利于烟叶优质适产。应充分根据土壤的有机质和全氮含量制订施肥策略，充分利用土壤自身供氮潜力，使养分供应与烤烟营养需求规律相吻合，以改善烟叶品质[44]。

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Research Process of Impact Factors in Planting Tobacco Soil Nitrogen Mineralization

WANG Xin1, ZHAO Yun-fei1, YAN Tie-jun2*

(1. Tobacco Research Institute of Hubei Province, Wuhan, Hubei 430030; 2. Technology Center, China Tobacco Hubei Industrial Co. Ltd., Wuhan, Hubei 430052)

The biological factors and nonbiological factors impacting planting tobacco soil nitrogen mineralization in recent years were reviewed, nonbiological factors include soil environment, soil physicochemical properties, fertilization and soil region. The study has significance for guaranteeing sustainable development of tobacco industry.

Nitrogen mineralization; Planting tobacco soil; Impact factor

王欣(1983- )，女，河南方城人，农艺师，硕士，从事烟草科研管理工作。*通讯作者，高级农艺师，硕士，从事烟叶原料应用技术及质量评价研究。

2016-08-29

S 15

A

0517-6611(2016)29-0118-03