不同作物茬口對(duì)瀘州煙區(qū)土壤各形態(tài)氮素含量的影響

謝云波，謝檸枍，王 棋，陳韻松，王昌全，顧 勇，徐傳濤，李 冰

(1.中國(guó)煙草總公司 四川省公司，四川 成都 610041； 2.四川農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源學(xué)院，四川 成都 611130； 3.四川省煙草公司 瀘州市公司，四川 瀘州 646000)

煙草是以收獲葉片為主的經(jīng)濟(jì)作物，煙葉質(zhì)量的好壞直接決定煙葉的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，良好的土壤條件是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)烤煙的基礎(chǔ)[1]。煙草在生長(zhǎng)過程中對(duì)氮素極為敏感，氮不僅是煙草生長(zhǎng)必需的營(yíng)養(yǎng)元素，其形態(tài)和供應(yīng)情況等也是影響煙草產(chǎn)質(zhì)量的重要因素[2]。王樹會(huì)等[3]研究表明，氮對(duì)煙草產(chǎn)量和品質(zhì)的貢獻(xiàn)率可達(dá)45%和33%。種植制度對(duì)土壤養(yǎng)分和煙葉質(zhì)量也有不同程度的影響[4-5]，不同作物茬口，由于需肥規(guī)律、耕作措施、根系分泌物和殘留物等存在差異，對(duì)土壤養(yǎng)分形態(tài)及烤煙吸收累積養(yǎng)分的效率產(chǎn)生影響[6-9]。前茬為綠肥時(shí)，可增加土壤可溶性有機(jī)碳的含量[8]，前作為紫云英和黑麥草能顯著提升土壤中的銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量[10]。崔學(xué)林[6]研究認(rèn)為，前作種植小麥能提升土壤硝態(tài)氮及銨態(tài)氮的含量。研究不同作物茬口對(duì)土壤養(yǎng)分的影響，可為合理種植模式的選擇提供參考[10-11]。目前，關(guān)于植煙土壤氮素的已有研究主要側(cè)重于速效和全量養(yǎng)分[3,12-13]，而對(duì)土壤氮素的其他形態(tài)，尤其是可溶性氮素形態(tài)的研究較少，同時(shí)針對(duì)不同作物茬口對(duì)植煙土壤不同形態(tài)氮素影響的研究也少見報(bào)道。瀘州市作為四川省的五大煙區(qū)之一，烤煙種植制度多樣，但不同作物茬口下土壤各形態(tài)氮素的含量及其有效性均不清楚。為此，從不同作物茬口著手，研究不同作物茬口植煙土壤各形態(tài)氮素的含量及其有效性的變化特征，以期為瀘州及類似煙區(qū)優(yōu)質(zhì)烤煙的合理施肥提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

瀘州市地處四川盆地南部邊緣，南靠云貴高原，北接四川盆地的傾斜平原，屬亞熱帶濕潤(rùn)氣候區(qū)。市內(nèi)以低山與中山地貌為主，從中部長(zhǎng)江河谷向南北兩岸逐漸升高。其中，古藺縣、敘永縣為瀘州典型烤煙種植區(qū)域，植煙土壤類型以侏羅系、志留系及三疊系巖石發(fā)育形成的黃壤、紫色土為主。生產(chǎn)上夏季主要種植烤煙或玉米，冬季以空閑地或種植油菜為主。

1.2 材料

土壤樣品：62份，采自四川省瀘州市古藺縣大寨苗族鄉(xiāng)與敘永縣合樂苗族鄉(xiāng)典型烤煙種植區(qū)域。

1.3 方法

1.3.1 樣品采集 2018-2019年于作物生產(chǎn)季節(jié)(收獲期)在瀘州古藺縣大寨苗族鄉(xiāng)與敘永縣合樂苗族鄉(xiāng)，選取當(dāng)?shù)氐湫妥魑锊缈?烤煙、玉米、油菜、空閑)定點(diǎn)定位采集土樣，采樣深度為0～20 cm，按“S”型路線采集制成混合樣品。土壤類型為黃壤和紫色土，共采樣62份，研磨風(fēng)干后進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)。

1.3.2 指標(biāo)測(cè)定 測(cè)定指標(biāo)包括土壤全氮(TN)、堿解氮(AN)、銨態(tài)氮(NH4+-N)、硝態(tài)氮(NO3--N)、可溶性總氮(TSN)、可溶性有機(jī)氮(SON)和無機(jī)氮(SIN)。采用凱氏定氮法測(cè)定土壤全氮，采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定土壤堿解氮，采用靛酚藍(lán)比色法測(cè)定土壤銨態(tài)氮，采用紫外分光光度法測(cè)定硝態(tài)氮，采用堿性過硫酸鉀氧化測(cè)定土壤可溶性總氮，采用差減法測(cè)定土壤可溶性有機(jī)氮，采用連續(xù)流動(dòng)分析儀法測(cè)定土壤無機(jī)氮。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010和 SPSS 20對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析與制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同作物茬口土壤各形態(tài)氮素的含量

2.1.1 夏茬作物 從表1可知，夏茬烤煙和玉米土壤全氮、堿解氮、可溶性總氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、無機(jī)氮和可溶性有機(jī)氮的平均含量分別為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；夏茬烤煙除土壤全氮含量高于玉米外，其余形態(tài)氮素含量均低于玉米，夏茬玉米的土壤全氮含量較烤煙降低3.08%，夏茬玉米的土壤堿解氮、可溶性總氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、無機(jī)氮和可溶性有機(jī)氮含量較烤煙分別提高4.52%、19.61%、25.04%、20.19%、22.58%和13.69%。夏茬烤煙和玉米土壤各形態(tài)氮素的變異系數(shù)分別為14.67%～37.50%和11.22%～28.42%，夏茬烤煙土壤各形態(tài)氮素變異均大于玉米；其中，夏茬烤煙和玉米均以土壤可溶性有機(jī)氮變異最大，變異系數(shù)分別為37.50%和28.42%；夏茬烤煙土壤堿解氮變異最小，變異系數(shù)為14.67%；夏茬玉米土壤可溶性總氮變異最小，變異系數(shù)為11.22%。

表1 不同夏茬作物土壤各形態(tài)氮素的含量

2.1.2 冬茬作物 從表2可知，冬閑和冬茬油菜土壤全氮、堿解氮、可溶性總氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、無機(jī)氮和可溶性有機(jī)氮的平均含量分別為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；冬閑土壤全氮、銨態(tài)氮和可溶性有機(jī)氮含量均低于冬茬油菜，分別降低10.17%、12.15%和13.51%；冬閑土壤堿解氮、可溶性總氮、硝態(tài)氮和無機(jī)氮含量均高于冬茬油菜，分別提高2.86%、51.82%、212.08%和100.28%。冬閑和冬茬油菜土壤各形態(tài)氮素的變異系數(shù)分別為13.47%～24.80%和18.01%～40.08%，其中，冬閑土壤可溶性有機(jī)氮變異最大，變異系數(shù)為24.80%，無機(jī)氮變異最小，變異系數(shù)為13.47%；冬茬油菜土壤硝態(tài)氮變異最大，變異系數(shù)為40.08%，土壤全氮變異最小，變異系數(shù)為18.01%。

表2 不同冬茬作物土壤各形態(tài)氮素的含量

2.2 夏茬作物不同土壤類型各形態(tài)氮素含量

2.2.1 黃壤 從圖1可知，黃壤夏茬烤煙和玉米土壤全氮、堿解氮、可溶性總氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、無機(jī)氮和可溶性有機(jī)氮各形態(tài)氮素含量的變化。夏茬玉米各形態(tài)氮素含量除全氮和可溶性有機(jī)氮低于烤煙外，其余形態(tài)氮素含量均高于烤煙，黃壤夏茬玉米的全氮和可溶性有機(jī)氮含量較烤煙分別降低13.39%和7.32%，堿解氮、可溶性總氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和無機(jī)氮含量夏茬玉米較烤煙分別提高5.02%、13.28%、36.48%、15.79%和25.50%。

2.2.2 紫色土 從圖2可知，夏茬玉米對(duì)紫色土各形態(tài)氮素含量的提升效果更好，夏茬玉米紫色土全氮、堿解氮、可溶性總氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、無機(jī)氮和可溶性有機(jī)氮含量均高于烤煙。與夏茬烤煙相比，夏茬玉米紫色土可溶性有機(jī)氮、可溶性總氮和堿解氮含量分別提高73.71%、31.21%和7.60%。

2.3 冬茬作物不同土壤類型各形態(tài)氮素含量

2.3.1 黃壤 從圖3看出，冬閑和冬茬油菜黃壤的全氮、堿解氮、可溶性總氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、無機(jī)氮和可溶性有機(jī)氮含量的變化。與冬茬油菜相比，冬閑黃壤的堿解氮、可溶性總氮、硝態(tài)氮、無機(jī)氮的含量分別提高10.09%、75.52%、307.15%和135.70%，而全氮、銨態(tài)氮和可溶性有機(jī)氮的含量分別下降12.58%、6.98%和2.57%。可見，冬閑有利于提高除全氮、銨態(tài)氮和可溶性有機(jī)氮外其余形態(tài)氮素的含量。

2.3.2 紫色土 從圖4可知，冬閑和冬茬油菜紫色土的全氮、堿解氮、可溶性總氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、無機(jī)氮和可溶性有機(jī)氮含量的變化。與冬茬油菜相比，冬閑紫色土可溶性總氮、硝態(tài)氮和無機(jī)氮含量顯著增加，分別提高29.86%、140.66%和68.46%；全氮、堿解氮、銨態(tài)氮和可溶性有機(jī)氮含量下降，分別下降7.00%、4.95%、17.63%和24.09%。可見，冬閑紫色土有利于可溶性總氮、硝態(tài)氮和無機(jī)氮的積累，冬茬油菜紫色土則有利于全氮、堿解氮、銨態(tài)氮和可溶性有機(jī)氮的積累。

3 結(jié)論與討論

研究結(jié)果表明，夏茬烤煙除土壤全氮含量高于玉米外，其余形態(tài)氮素含量均低于玉米，夏茬為玉米土壤的全氮含量較烤煙降低3.08%，堿解氮、可溶性總氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、無機(jī)氮和可溶性有機(jī)氮含量夏茬玉米較烤煙分別提高4.52%、19.61%、25.04%、20.19%、22.58%和13.69%；冬閑土壤的全氮、銨態(tài)氮和可溶性有機(jī)氮含量均低于冬茬油菜，分別降低10.17%、12.15%和 13.51%；堿解氮、可溶性總氮、硝態(tài)氮和無機(jī)氮含量均高于冬茬油菜，分別提高2.86%、51.82%、212.08%、100.28%和13.69%。因此，提倡夏季種植玉米，并與烤煙輪作，冬季以冬閑最佳，種植油菜時(shí)需注意補(bǔ)給氮素。與冬茬油菜相比，冬閑黃壤的堿解氮、可溶性總氮、硝態(tài)氮和無機(jī)氮含量較冬茬油菜分別提高10.09%、75.52%、307.15%和135.70%，全氮、銨態(tài)氮和可溶性有機(jī)氮的含量較冬茬油菜分別下降12.58%、6.98%和2.57%；冬閑紫色土的可溶性總氮、硝態(tài)氮和無機(jī)氮含量較冬茬油菜分別提高29.86%、140.66%和68.46%；全氮、堿解氮、銨態(tài)氮和可溶性有機(jī)氮含量較冬茬油菜分別下降7.00%、4.95%、17.63%和24.09%。夏茬玉米黃壤全氮和可溶性有機(jī)氮含量較烤煙分別降低13.39%和7.32%，堿解氮、可溶性總氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和無機(jī)氮含量夏茬玉米較烤煙分別提高5.02%、13.28%、36.48%、15.79%和25.50%；夏茬玉米紫色土可溶性有機(jī)氮、可溶性總氮和堿解氮含量較烤煙分別提高73.71%、31.21%和7.60%。

與單作相比，不同的種植制度可以通過茬口效應(yīng)影響土壤理化性質(zhì)[14]。研究結(jié)果表明，研究區(qū)土壤各形態(tài)氮素含量總體特征為前茬玉米優(yōu)于烤煙。可能原因：茬口作物為烤煙時(shí)，土壤處于烤煙連作狀態(tài)，單一烤煙生長(zhǎng)對(duì)土壤氮的吸收較為固定，缺少其他作物對(duì)土壤氮素的調(diào)節(jié)和恢復(fù)，易使土壤性質(zhì)發(fā)生改變、氮素失調(diào)；而前茬為玉米時(shí)，習(xí)慣上多重施氮肥，且烤煙和玉米對(duì)土壤水分的利用狀況不同[15]，造成土壤各形態(tài)氮素的流失有所不同，同時(shí)，玉米生長(zhǎng)前期需氮量較大，后期偏少，又受夏季高溫影響，吸氮速率較快，有利于土壤氮素的恢復(fù)與積累。因此，與烤煙連作相比，玉米輪作可提升土壤各形態(tài)氮素的含量，與張科等[16]的研究結(jié)果相近。在黃壤上烤煙前茬的全氮含量高于玉米，說明玉米前茬并不利于調(diào)節(jié)土壤全氮含量，與YAO等[4]的研究結(jié)果相近。可能原因：相較于前茬烤煙，玉米的生物學(xué)產(chǎn)量可能更高，對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)和全氮的消耗量更大，使得黃壤全氮含量夏茬烤煙>夏茬玉米。另外，相較于黃壤，紫色土全氮含量為夏茬玉米>夏茬烤煙，但在研究區(qū)總體上為夏茬烤煙>夏茬玉米。說明，夏茬作物對(duì)全氮的累積作用黃壤>紫色土。不同類型土壤可溶性有機(jī)氮的含量存在差異，黃壤為夏茬烤煙>夏茬玉米，紫色土為夏茬玉米>夏茬烤煙，研究區(qū)總體為夏茬玉米>夏茬烤煙。可見，夏茬作物對(duì)可溶性有機(jī)氮的累積作用紫色土>黃壤，也說明夏季紫色土的供氮潛力較黃壤更具優(yōu)勢(shì)，可能是由于黃壤植被破壞問題更嚴(yán)重，致使黃壤可溶性有機(jī)氮受水分淋溶流失作用更大。

研究結(jié)果表明，不同冬茬下各類型土壤的硝態(tài)氮、無機(jī)氮含量均為冬閑>冬茬油菜，說明前茬油菜對(duì)烤煙生長(zhǎng)的限制性更大，與何丹[11]等的研究結(jié)果有所不同，其認(rèn)為烤煙油菜輪作最具優(yōu)勢(shì)。可能原因：一方面，種植油菜時(shí)施肥量可能不足，致使土壤氮的供應(yīng)能力下降，當(dāng)油菜在生長(zhǎng)過程中大量吸收土壤某些形態(tài)氮素后，缺乏適當(dāng)?shù)拇胧w還土壤相關(guān)形態(tài)的氮素，使土壤有效性氮含量降低；另一方面，硝態(tài)氮易溶于水，種植油菜進(jìn)行灌溉時(shí)可能使硝態(tài)氮向地下淋失，隨地下水流出土壤，同時(shí)若過量灌水，易形成通氣不良環(huán)境，使硝態(tài)氮經(jīng)反硝化作用損失，從而減少了土壤硝態(tài)氮的含量。而冬閑地則可能通過抑制雜草，恢復(fù)土壤養(yǎng)分及控制土壤侵蝕等作用提高了土壤氮含量[17]。各類型土壤全氮、銨態(tài)氮含量均為冬茬油菜>冬閑，與崔學(xué)林等[6,11]的研究結(jié)果較一致。冬茬油菜土壤全氮含量高，可能原因：一般情況下土壤有機(jī)質(zhì)與全氮含量及氮素礦化呈正相關(guān)[1,18-19]，黃壤本身有機(jī)質(zhì)含量較高，而紫色土盡管本身有機(jī)質(zhì)含量不高，但冬茬油菜施肥增加了土壤有機(jī)質(zhì)的含量，所以全氮含量較高。銨態(tài)氮含量高可能是因?yàn)槎缬筒烁祵?duì)土壤養(yǎng)分的富集作用和對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的改良作用一定程度上促進(jìn)土壤膠體對(duì)銨態(tài)氮的吸附作用，從而減少氮素的流失，同時(shí)不同于冬閑地?zé)o殘留物固定氮素，冬茬油菜根系分泌的有機(jī)酸，在一定程度上可以調(diào)節(jié)土壤的pH，從而減少銨態(tài)氮在堿性條件下的揮發(fā)損失。堿解氮含量在不同類型土壤不同，黃壤為冬閑地高，紫色土為冬茬油菜高，可能是因?yàn)閴A解氮含量受有機(jī)質(zhì)含量影響，黃壤本身有機(jī)質(zhì)含量高，冬閑地?zé)o植物消耗有機(jī)質(zhì)，有利于有機(jī)質(zhì)積累，而紫色土本身有機(jī)質(zhì)含量低，在冬茬油菜時(shí)施肥增加了土壤有機(jī)質(zhì)含量，另外紫色土風(fēng)化快，冬閑地時(shí)無植被保護(hù)水土，使土壤養(yǎng)分流失，從而影響土壤堿解氮含量。而堿解氮含量在總體特征上表現(xiàn)為冬閑地高，也反映出冬季黃壤氮素有效性高于紫色土。