连续灌溉对张家界植烟土壤有机氮矿化的影响

戴 曦，赵振祥，操张洪，王 东，姚 旺，彭 宇

（1. 湖南省烟草公司张家界市公司，湖南 张家界 427000；2. 湖南中烟技术中心，湖南 长沙 410019）

土壤水分和氮肥互作对烤烟产量、品质的影响较大[1]，氮素营养和土壤水分是烤烟生长发育和烟叶产量与质量形成的重要影响因子[2-3]。烤烟全生育期吸收的氮大部分来自于土壤矿化氮[4]，烟叶采收结束时烟株体内土壤矿化氮占烟株氮总累积量的82%，是肥料氮的4.5 倍[5]。土壤矿化氮与烟叶品质关系密切，对上部烟叶烟碱含量影响尤为明显[6-8]。土壤氮矿化是微生物参与的生物化学过程，矿化的强度和数量不仅取决于土壤中有机氮含量的多少，而且受温度、水分、pH 值、通气性等外界条件的影响[9]，这些因素通过改变土壤中与氮转化相关的微生物群落结构和活性来影响土壤氮转化速率[10]。在其他因素相同情况下，农田灌溉对土壤氮矿化的影响较大。一般认为旱地灌溉改善了土壤水分条件，有利于氮矿化过程[11-12]，但也有研究表明，土壤有机氮的矿化受灌水量的影响，土壤水分过多将抑制其矿化过程[13]。为此，试验探讨了田间不同灌溉方式条件下，土壤有机氮在烤烟各时期的矿化速率、矿化量及烟株吸氮量的变化，以期明确土壤水分状况对土壤有机氮矿化的影响，从而为张家界旱地植烟土壤的水分管理措施提供理论依据，促进当地优质烟叶生产。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2019 年在张家界桑植县官地坪镇山羊栋村进行。供试烤烟品种为K326，烟田为前茬烟草采收后冬闲地，植烟土壤为水稻土，土壤质地为粉砂质黏壤土。整地前取样测定基础养分含量，其pH 值为5.43，有机碳、全氮、全磷、全钾分别为23.7、2.59、0.58、25.3 g/kg，速效氮、速效磷、速效钾分别为28.4、11.8、82.5 mg/kg。试验地不施入任何氮肥，磷、钾肥施用同当地施肥方案，即一次性条施作为基肥；施基肥后起垄；烟苗于5 月3 日移栽，移栽行株距为1.2 m×0.5 m，当天浇灌等量清水作为安蔸水。在现蕾时打顶，留叶数13～16 片。其他田间管理措施按当地优质烟叶生产技术方案执行。

1.2 试验设计

连续灌溉试验设计参照徐清泉等[14]的方法进行，设置3 个处理，分别为：A，大田生育期全垄沟连续灌溉，每条垄沟均保证有1 cm 的润沟水；B，大田生育期半垄沟连续灌溉，每隔1 条垄沟保证有1 cm 的润沟水；C（CK），不灌溉，自然降水后保证垄沟不积水。每个处理设置3 个重复，每个小区6 行，每行长为6 m，随机区组排列。

1.3 取样测定

采用埋袋法于烤烟移栽后0、14、27（团棵期）、48、62（现蕾期）、72（圆顶期）、83、97、114 和130 d 分10 次测定土壤氮净矿化量。具体方法为：（1）在每小区烟垄上2 株烟中间位置垄脊及垂直于垄的两边各20 cm 处选3 点取耕作层土样，混合均匀；（2）分取一半装封口袋中，置冰桶内带回试验室冰箱冷藏；（3）将另一半土壤装入120 目尼龙网兜中埋入垄脊中间取土位置，埋深为15 cm，保持水气通透进行田间原位培养；（4）培养结束后取出网兜并转入封口袋，放入冰桶内带到试验室冰箱冷藏，同时进行下轮培养；（5）测定并计算培养前后土壤中的NO3-N 和NH4-N总和的差值，其差值为某培养时期的土壤有机氮矿化量，某时期的矿化速率=某时期的矿化量/培养时间。

在大田生育各时期，分别收集各处理打掉的底脚叶、顶芽、烟杈、成熟采烤的下部叶、中部叶和上部烟叶，分别杀青制样，制成混合样；在采烤结束后挖取根和茎，分别制样。测定不同处理根、茎、叶（和芽）的生物量，送检测定全氮含量。

所有样品均送往湖南省农业科学院农化检测中心采用常规方法[15]分析检测。

2 结果与分析

2.1 不同灌溉处理土壤有机氮的矿化速率

大田生育期内，不同灌溉处理下土壤有机氮矿化速率的变化规律相似（图1），总体均表现为前期平缓升高，中期先快速增加后迅速下降，后期稍有增加后再下降。在移栽后14 d 内，所有处理的矿化速率差异不大。从27～72 d，半垄沟连续灌溉处理（处理B）的有机氮矿化速率快速增加；而其他2 个处理的快速增长期出现在移栽后48～62 d，且与处理B 相比增幅较小、延续时间短。烤烟生长后期，土壤有机氮的矿化速率明显降低，处理C（CK）和半垄沟连续灌溉处理的土壤氮矿化速率下降快、降幅大；而全垄沟连续灌溉处理（处理A）的波动幅度较小，土壤有机氮的矿化速率要高于其他2 个处理。这说明适量的土壤水分含量对土壤有机氮的矿化潜力影响较大。在采烤后期，3 个处理的土壤都存在一个较小的有机氮矿化高峰，全垄沟连续灌溉的矿化速率变幅较大，可能与后期高温与土壤水分互作对土壤有机氮的矿化影响有关。

图1 不同时期土壤有机氮矿化速率的动态变化

2.2 不同灌溉处理土壤有机氮的矿化累积量

不同灌溉处理的土壤有机矿化氮的总累积量有显著差异（表1）。在大田全生育期内，全垄沟连续灌溉（处理A）、半垄沟连续灌溉（处理B）和对照（处理C）的土壤有机矿化氮累积总量分别为22.63、29.20 和24.50 mg/kg。从烟苗移栽后48 d 开始，全垄沟连续灌溉处理的土壤有机氮矿化总累积量均为最低；对照处理在烟苗移栽后0～62 d 土壤有机氮矿化总累积量均最高，且显著高于全垄沟连续灌溉；从烟苗移栽后72 d开始，半垄沟连续灌溉处理的土壤有机氮矿化总累积量则最高，并与全垄沟连续灌溉处理差异显著，说明土壤有机氮的矿化速率和矿化总量受土壤水分的影响较大。

表1 不同处理下土壤有机氮矿化总累积量的动态变化 （mg/kg）

从表1 中还可以看出，烟苗移栽后不同时期内各处理的土壤有机氮矿化量存在显著差异。烟苗移栽后0～27 d，对照处理的土壤有机氮矿化量最大；烟苗移栽后48～83 d，半垄沟连续灌溉处理的土壤有机氮矿化量最大；烟苗移栽后97～130 d，全垄沟连续灌溉处理的土壤有机氮矿化量最大。3 个处理的土壤有机氮矿化量均在烟苗移栽后48～62 d 期间达到高峰，其中半垄沟连续灌溉处理的土壤有机氮矿化量最大，达到8.15 mg/kg，分别是全垄沟连续灌溉和对照处理的1.73和1.22 倍。

2.3 不同灌溉处理烟株生物量及其氮积累量

不同灌溉对烟株氮的累积量及其分配影响明显（表2）。半垄沟连续灌溉处理的根、茎、叶及全株的氮积累量均为最大，其总氮积累量分别为全垄沟连续灌溉和对照处理的1.24 和1.29 倍。氮积累量各部位分配比例也有差异，对照处理根和茎中的氮积累量分配比例大于其他2 个处理，而半垄沟灌溉叶中氮的积累量分配比例最大。土壤水分、有机氮的矿化和供应量是影响烟株生物量及其氮积累量的主要原因。

表2 不同处理下烟株的氮积累量及其分配

不同灌溉条件下烤烟的干物质积累量及其在根、茎、叶中的分配存在较大差异（表3）。半垄沟连续灌溉处理的根、茎和叶的干物质积累量均为最大，根中的干物质积累量和总干物质积累量分别比全垄沟连续灌溉处理高32.56%和22.47%，差异显著。各处理根中干物质的分配比例以对照处理最高，并随灌溉水量的增加而下降；半垄沟连续灌溉处理茎中的干物质分配比例最高，对照处理最低；而叶中干物质分配比例则以全垄沟连续灌溉处理最高，半垄沟连续灌溉处理最低。

表3 不同处理下烟株的干物质积累量及其分配

3 结论与讨论

试验以半垄沟或全垄沟连续灌溉的方式营造不同水分状况的土壤环境，研究了其对植烟土壤有机氮矿化速率、矿化量及烟株吸氮量等的影响。结果表明：灌溉对土壤有机氮的矿化速率和矿化量具有显著影响；在大田生育中期（团棵期到圆顶期），半垄沟连续灌溉处理土壤有机氮的矿化速率和氮矿化量快速增长，显著高于不灌溉和全垄沟连续灌溉处理，其土壤有机氮矿化量在现蕾时（烟苗移栽后48～62 d）达到高峰，为8.15 mg/kg，分别是全垄沟灌溉和不灌溉的1.73 和1.22 倍；而全垄沟连续灌溉处理在成熟采烤后期依然保持较大的土壤有机氮矿化速率和矿化量，不灌溉和半垄沟连续灌溉的矿化作用则明显减弱。灌溉对烟株氮的累积量及其干物质积累量也影响显著。半垄沟连续灌溉处理烟株的总氮积累量最大，分别为全垄沟连续灌溉和不灌溉处理烟株的1.24 和1.29倍；半垄沟连续灌溉处理根中的干物质积累量和总干物质积累量分别比全垄沟连续灌溉处理高32.56%和22.47%，差异显著。由此可见，半垄沟连续灌溉有利于土壤有机氮的矿化，其氮素养分供应更符合烟草在旺长期内需氮量大的需肥规律，并促进了烟株对氮的吸收利用和烟草的生长发育，是相对较为理想的灌溉方式。

水分对烟草的生长发育、生理生化代谢、烟叶产量和品质都有十分显著的影响[2]。在土壤缺水条件下烟草的生长发育受阻。但水分过多，淹水条件下土壤中氧气不足，同样影响烟草根系发育及其对养分的吸收，进而可导致烟叶产量降低，品质下降[2]。在试验中不同灌溉方式下土壤有机氮的矿化总量以及烟草生长发育不同时期土壤有机氮的矿化强度都有明显的差异。因为试验没有施用氮肥，所以有机矿化氮为烟草最主要氮素来源。水分和矿化氮的供应，影响了烟草对养分的吸收利用，导致了氮的吸收累积量和烟草生物量的差异。张家界是山地烟产区，烟地水分管理一直是限制烟叶产质量提升的瓶颈。现有条件下，实现滴灌等灌溉方式还有诸如成本和自然条件的限制。试验中探索的垄沟连续湿润灌溉，是一种行之有效、便于推广的烟地灌溉措施。从试验结果来看，半垄沟连续灌溉效果较好，有利于保持土壤适宜的湿度和通气性能，对烟草氮素营养和生长发育均产生积极的作用，但对具体的湿润灌溉时期和适宜灌溉水量等还有待深入研究。

氮素是影响烟株生长发育和烟叶产量、品质最重要的营养元素[16]。烟株现蕾时应吸收氮素总量的95%，其后持续吸收的氮素一般在5%左右，最多不能超过总吸氮量的10%[17]，成熟期烟株吸氮过多会严重影响烟叶的品质[2]。烟草成熟后期土壤供氮能力偏强，是张家界烟区上部烟叶全氮和烟碱含量过高的主要原因。在试验中，不灌溉、半垄沟连续灌溉和全垄沟连续灌溉的土壤氮的矿化总量比例，在现蕾期（烟苗移栽后62 d）时分别为71.14%、55.99%和45.78%，在圆顶期（烟苗移栽后72 d）时分别为84.49%、80.41%和58.06%，与烟草氮素营养的需求规律有一定差异。而且随着灌溉水量的增加，后期土壤有机氮矿化能力增强。因此，有必要深入研究垄沟连续灌溉措施与施肥的配套运筹，通过多点、多年验证增强该技术的可靠性和适用性，为大湘西烟叶生产推广烤烟水肥管理适用技术提供科学和实践依据。