不同作物茬口对泸州烟区土壤各形态氮素含量的影响

谢云波，谢柠枍，王 棋，陈韵松，王昌全，顾 勇，徐传涛，李 冰

(1.中国烟草总公司 四川省公司，四川 成都 610041； 2.四川农业大学 资源学院，四川 成都 611130； 3.四川省烟草公司 泸州市公司，四川 泸州 646000)

烟草是以收获叶片为主的经济作物，烟叶质量的好坏直接决定烟叶的经济价值，良好的土壤条件是生产优质烤烟的基础[1]。烟草在生长过程中对氮素极为敏感，氮不仅是烟草生长必需的营养元素，其形态和供应情况等也是影响烟草产质量的重要因素[2]。王树会等[3]研究表明，氮对烟草产量和品质的贡献率可达45%和33%。种植制度对土壤养分和烟叶质量也有不同程度的影响[4-5]，不同作物茬口，由于需肥规律、耕作措施、根系分泌物和残留物等存在差异，对土壤养分形态及烤烟吸收累积养分的效率产生影响[6-9]。前茬为绿肥时，可增加土壤可溶性有机碳的含量[8]，前作为紫云英和黑麦草能显著提升土壤中的铵态氮和硝态氮含量[10]。崔学林[6]研究认为，前作种植小麦能提升土壤硝态氮及铵态氮的含量。研究不同作物茬口对土壤养分的影响，可为合理种植模式的选择提供参考[10-11]。目前，关于植烟土壤氮素的已有研究主要侧重于速效和全量养分[3,12-13]，而对土壤氮素的其他形态，尤其是可溶性氮素形态的研究较少，同时针对不同作物茬口对植烟土壤不同形态氮素影响的研究也少见报道。泸州市作为四川省的五大烟区之一，烤烟种植制度多样，但不同作物茬口下土壤各形态氮素的含量及其有效性均不清楚。为此，从不同作物茬口着手，研究不同作物茬口植烟土壤各形态氮素的含量及其有效性的变化特征，以期为泸州及类似烟区优质烤烟的合理施肥提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

泸州市地处四川盆地南部边缘，南靠云贵高原，北接四川盆地的倾斜平原，属亚热带湿润气候区。市内以低山与中山地貌为主，从中部长江河谷向南北两岸逐渐升高。其中，古蔺县、叙永县为泸州典型烤烟种植区域，植烟土壤类型以侏罗系、志留系及三叠系岩石发育形成的黄壤、紫色土为主。生产上夏季主要种植烤烟或玉米，冬季以空闲地或种植油菜为主。

1.2 材料

土壤样品：62份，采自四川省泸州市古蔺县大寨苗族乡与叙永县合乐苗族乡典型烤烟种植区域。

1.3 方法

1.3.1 样品采集 2018-2019年于作物生产季节(收获期)在泸州古蔺县大寨苗族乡与叙永县合乐苗族乡，选取当地典型作物茬口(烤烟、玉米、油菜、空闲)定点定位采集土样，采样深度为0～20 cm，按“S”型路线采集制成混合样品。土壤类型为黄壤和紫色土，共采样62份，研磨风干后进行室内试验。

1.3.2 指标测定 测定指标包括土壤全氮(TN)、碱解氮(AN)、铵态氮(NH4+-N)、硝态氮(NO3--N)、可溶性总氮(TSN)、可溶性有机氮(SON)和无机氮(SIN)。采用凯氏定氮法测定土壤全氮，采用碱解扩散法测定土壤碱解氮，采用靛酚蓝比色法测定土壤铵态氮，采用紫外分光光度法测定硝态氮，采用碱性过硫酸钾氧化测定土壤可溶性总氮，采用差减法测定土壤可溶性有机氮，采用连续流动分析仪法测定土壤无机氮。

1.4 数据处理

采用Excel 2010和 SPSS 20对数据进行处理、分析与制图。

2 结果与分析

2.1 不同作物茬口土壤各形态氮素的含量

2.1.1 夏茬作物 从表1可知，夏茬烤烟和玉米土壤全氮、碱解氮、可溶性总氮、铵态氮、硝态氮、无机氮和可溶性有机氮的平均含量分别为1.95 mg/kg和1.89 mg/kg、139.02 g/kg和145.30 g/kg、40.28 mg/kg和48.18 mg/kg、13.22 mg/kg和16.53 mg/kg、13.62 mg/kg和16.37 mg/kg、26.84 mg/kg和32.90 mg/kg、13.44 mg/kg和15.28 mg/kg；夏茬烤烟除土壤全氮含量高于玉米外，其余形态氮素含量均低于玉米，夏茬玉米的土壤全氮含量较烤烟降低3.08%，夏茬玉米的土壤碱解氮、可溶性总氮、铵态氮、硝态氮、无机氮和可溶性有机氮含量较烤烟分别提高4.52%、19.61%、25.04%、20.19%、22.58%和13.69%。夏茬烤烟和玉米土壤各形态氮素的变异系数分别为14.67%～37.50%和11.22%～28.42%，夏茬烤烟土壤各形态氮素变异均大于玉米；其中，夏茬烤烟和玉米均以土壤可溶性有机氮变异最大，变异系数分别为37.50%和28.42%；夏茬烤烟土壤碱解氮变异最小，变异系数为14.67%；夏茬玉米土壤可溶性总氮变异最小，变异系数为11.22%。

表1 不同夏茬作物土壤各形态氮素的含量

2.1.2 冬茬作物 从表2可知，冬闲和冬茬油菜土壤全氮、碱解氮、可溶性总氮、铵态氮、硝态氮、无机氮和可溶性有机氮的平均含量分别为1.59 mg/kg和1.77mg/kg、140.42 g/kg和136.51 g/kg、46.73 mg/kg和30.78 mg/kg、7.74 mg/kg和8.81 mg/kg、27.65 mg/kg和8.86 mg/kg、35.39 mg/kg和17.67 mg/kg、11.33 mg/kg和13.10 mg/kg；冬闲土壤全氮、铵态氮和可溶性有机氮含量均低于冬茬油菜，分别降低10.17%、12.15%和13.51%；冬闲土壤碱解氮、可溶性总氮、硝态氮和无机氮含量均高于冬茬油菜，分别提高2.86%、51.82%、212.08%和100.28%。冬闲和冬茬油菜土壤各形态氮素的变异系数分别为13.47%～24.80%和18.01%～40.08%，其中，冬闲土壤可溶性有机氮变异最大，变异系数为24.80%，无机氮变异最小，变异系数为13.47%；冬茬油菜土壤硝态氮变异最大，变异系数为40.08%，土壤全氮变异最小，变异系数为18.01%。

表2 不同冬茬作物土壤各形态氮素的含量

2.2 夏茬作物不同土壤类型各形态氮素含量

2.2.1 黄壤 从图1可知，黄壤夏茬烤烟和玉米土壤全氮、碱解氮、可溶性总氮、铵态氮、硝态氮、无机氮和可溶性有机氮各形态氮素含量的变化。夏茬玉米各形态氮素含量除全氮和可溶性有机氮低于烤烟外，其余形态氮素含量均高于烤烟，黄壤夏茬玉米的全氮和可溶性有机氮含量较烤烟分别降低13.39%和7.32%，碱解氮、可溶性总氮、铵态氮、硝态氮和无机氮含量夏茬玉米较烤烟分别提高5.02%、13.28%、36.48%、15.79%和25.50%。

2.2.2 紫色土 从图2可知，夏茬玉米对紫色土各形态氮素含量的提升效果更好，夏茬玉米紫色土全氮、碱解氮、可溶性总氮、铵态氮、硝态氮、无机氮和可溶性有机氮含量均高于烤烟。与夏茬烤烟相比，夏茬玉米紫色土可溶性有机氮、可溶性总氮和碱解氮含量分别提高73.71%、31.21%和7.60%。

2.3 冬茬作物不同土壤类型各形态氮素含量

2.3.1 黄壤 从图3看出，冬闲和冬茬油菜黄壤的全氮、碱解氮、可溶性总氮、铵态氮、硝态氮、无机氮和可溶性有机氮含量的变化。与冬茬油菜相比，冬闲黄壤的碱解氮、可溶性总氮、硝态氮、无机氮的含量分别提高10.09%、75.52%、307.15%和135.70%，而全氮、铵态氮和可溶性有机氮的含量分别下降12.58%、6.98%和2.57%。可见，冬闲有利于提高除全氮、铵态氮和可溶性有机氮外其余形态氮素的含量。

2.3.2 紫色土 从图4可知，冬闲和冬茬油菜紫色土的全氮、碱解氮、可溶性总氮、铵态氮、硝态氮、无机氮和可溶性有机氮含量的变化。与冬茬油菜相比，冬闲紫色土可溶性总氮、硝态氮和无机氮含量显著增加，分别提高29.86%、140.66%和68.46%；全氮、碱解氮、铵态氮和可溶性有机氮含量下降，分别下降7.00%、4.95%、17.63%和24.09%。可见，冬闲紫色土有利于可溶性总氮、硝态氮和无机氮的积累，冬茬油菜紫色土则有利于全氮、碱解氮、铵态氮和可溶性有机氮的积累。

3 结论与讨论

研究结果表明，夏茬烤烟除土壤全氮含量高于玉米外，其余形态氮素含量均低于玉米，夏茬为玉米土壤的全氮含量较烤烟降低3.08%，碱解氮、可溶性总氮、铵态氮、硝态氮、无机氮和可溶性有机氮含量夏茬玉米较烤烟分别提高4.52%、19.61%、25.04%、20.19%、22.58%和13.69%；冬闲土壤的全氮、铵态氮和可溶性有机氮含量均低于冬茬油菜，分别降低10.17%、12.15%和 13.51%；碱解氮、可溶性总氮、硝态氮和无机氮含量均高于冬茬油菜，分别提高2.86%、51.82%、212.08%、100.28%和13.69%。因此，提倡夏季种植玉米，并与烤烟轮作，冬季以冬闲最佳，种植油菜时需注意补给氮素。与冬茬油菜相比，冬闲黄壤的碱解氮、可溶性总氮、硝态氮和无机氮含量较冬茬油菜分别提高10.09%、75.52%、307.15%和135.70%，全氮、铵态氮和可溶性有机氮的含量较冬茬油菜分别下降12.58%、6.98%和2.57%；冬闲紫色土的可溶性总氮、硝态氮和无机氮含量较冬茬油菜分别提高29.86%、140.66%和68.46%；全氮、碱解氮、铵态氮和可溶性有机氮含量较冬茬油菜分别下降7.00%、4.95%、17.63%和24.09%。夏茬玉米黄壤全氮和可溶性有机氮含量较烤烟分别降低13.39%和7.32%，碱解氮、可溶性总氮、铵态氮、硝态氮和无机氮含量夏茬玉米较烤烟分别提高5.02%、13.28%、36.48%、15.79%和25.50%；夏茬玉米紫色土可溶性有机氮、可溶性总氮和碱解氮含量较烤烟分别提高73.71%、31.21%和7.60%。

与单作相比，不同的种植制度可以通过茬口效应影响土壤理化性质[14]。研究结果表明，研究区土壤各形态氮素含量总体特征为前茬玉米优于烤烟。可能原因：茬口作物为烤烟时，土壤处于烤烟连作状态，单一烤烟生长对土壤氮的吸收较为固定，缺少其他作物对土壤氮素的调节和恢复，易使土壤性质发生改变、氮素失调；而前茬为玉米时，习惯上多重施氮肥，且烤烟和玉米对土壤水分的利用状况不同[15]，造成土壤各形态氮素的流失有所不同，同时，玉米生长前期需氮量较大，后期偏少，又受夏季高温影响，吸氮速率较快，有利于土壤氮素的恢复与积累。因此，与烤烟连作相比，玉米轮作可提升土壤各形态氮素的含量，与张科等[16]的研究结果相近。在黄壤上烤烟前茬的全氮含量高于玉米，说明玉米前茬并不利于调节土壤全氮含量，与YAO等[4]的研究结果相近。可能原因：相较于前茬烤烟，玉米的生物学产量可能更高，对土壤有机质和全氮的消耗量更大，使得黄壤全氮含量夏茬烤烟>夏茬玉米。另外，相较于黄壤，紫色土全氮含量为夏茬玉米>夏茬烤烟，但在研究区总体上为夏茬烤烟>夏茬玉米。说明，夏茬作物对全氮的累积作用黄壤>紫色土。不同类型土壤可溶性有机氮的含量存在差异，黄壤为夏茬烤烟>夏茬玉米，紫色土为夏茬玉米>夏茬烤烟，研究区总体为夏茬玉米>夏茬烤烟。可见，夏茬作物对可溶性有机氮的累积作用紫色土>黄壤，也说明夏季紫色土的供氮潜力较黄壤更具优势，可能是由于黄壤植被破坏问题更严重，致使黄壤可溶性有机氮受水分淋溶流失作用更大。

研究结果表明，不同冬茬下各类型土壤的硝态氮、无机氮含量均为冬闲>冬茬油菜，说明前茬油菜对烤烟生长的限制性更大，与何丹[11]等的研究结果有所不同，其认为烤烟油菜轮作最具优势。可能原因：一方面，种植油菜时施肥量可能不足，致使土壤氮的供应能力下降，当油菜在生长过程中大量吸收土壤某些形态氮素后，缺乏适当的措施归还土壤相关形态的氮素，使土壤有效性氮含量降低；另一方面，硝态氮易溶于水，种植油菜进行灌溉时可能使硝态氮向地下淋失，随地下水流出土壤，同时若过量灌水，易形成通气不良环境，使硝态氮经反硝化作用损失，从而减少了土壤硝态氮的含量。而冬闲地则可能通过抑制杂草，恢复土壤养分及控制土壤侵蚀等作用提高了土壤氮含量[17]。各类型土壤全氮、铵态氮含量均为冬茬油菜>冬闲，与崔学林等[6,11]的研究结果较一致。冬茬油菜土壤全氮含量高，可能原因：一般情况下土壤有机质与全氮含量及氮素矿化呈正相关[1,18-19]，黄壤本身有机质含量较高，而紫色土尽管本身有机质含量不高，但冬茬油菜施肥增加了土壤有机质的含量，所以全氮含量较高。铵态氮含量高可能是因为冬茬油菜根系对土壤养分的富集作用和对土壤结构的改良作用一定程度上促进土壤胶体对铵态氮的吸附作用，从而减少氮素的流失，同时不同于冬闲地无残留物固定氮素，冬茬油菜根系分泌的有机酸，在一定程度上可以调节土壤的pH，从而减少铵态氮在碱性条件下的挥发损失。碱解氮含量在不同类型土壤不同，黄壤为冬闲地高，紫色土为冬茬油菜高，可能是因为碱解氮含量受有机质含量影响，黄壤本身有机质含量高，冬闲地无植物消耗有机质，有利于有机质积累，而紫色土本身有机质含量低，在冬茬油菜时施肥增加了土壤有机质含量，另外紫色土风化快，冬闲地时无植被保护水土，使土壤养分流失，从而影响土壤碱解氮含量。而碱解氮含量在总体特征上表现为冬闲地高，也反映出冬季黄壤氮素有效性高于紫色土。