不同施氮水平對植煙土壤關鍵酶活性和烤煙根系活力的影響

莊 曄葛嘉雪 魏永濤 顧會戰(zhàn) 劉 領 何佶弦*

（1河南科技大學農學院，河南洛陽 471023；2四川省煙草公司廣元市公司，四川廣元 628100）

烤煙是我國重要的經濟作物之一，在烤煙栽培過程中，施肥可顯著影響煙葉產量和品質。一般而言，煙葉產量隨施肥量的增加而提高，但過量施肥會降低煙葉品質。氮肥用量對烤煙生產和品質有著顯著影響[1]，施氮量過多或過少均影響煙株的正常生長發(fā)育，進而影響煙葉的產量和品質[2-4]。植物根系是植物吸收土壤水分及養(yǎng)分同時固定植株地下部的器官[5]，其不僅具有合理吸收營養(yǎng)的功能，而且具有十分重要的生物合成和生理代謝功能。顯而易見，當烤煙植株生長狀況良好時，才能獲得高品質的煙葉來生產卷煙。

土壤酶在土壤中參與重要的生化循環(huán)及有機質和礦物質的轉化[6]。土壤酶活性對作物根系附近土壤的變化非常敏感，施肥、農業(yè)耕作形式、作物的根系分泌狀況、土壤水分變化情況都會對土壤酶活性產生巨大影響[7]。因此，研究不同氮素水平下土壤酶活性對了解種植土壤中的氮素循環(huán)及種植過程中氮肥利用率有深遠的意義[8]。

在烤煙施肥過程中，不僅要滿足烤煙生長需肥特性，還要維持土地生產力，以利于提高煙葉產量和品質。本研究通過比較土壤酶活性的變化特征及不同生長期中的差異，揭示烤煙種植土壤中氮素轉化的調控原理和作物根系土壤酶生態(tài)構成，以期為烤煙種植施肥提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2018年在河南科技大學試驗農場進行，試驗地塊平坦，土壤類型為黃潮土，質地為中壤土，pH 值 7.56，有機質 20.44 g/kg，堿解氮 66.96 mg/kg，有效磷16.03 mg/kg，速效鉀143.53 mg/kg，土壤全硒含量 0.23 μg/g。

1.2 供試材料

供試烤煙品種為云煙87。

供試肥料分別為餅肥、煙草專用肥、過磷酸鈣、硫酸鉀和硝酸鉀。

1.3 試驗設計

采用大田試驗，設置6個氮素水平處理，分別為施氮量 0 kg/hm2（CK）、30 kg/hm2（T1）、45 kg/hm2（T2）、60 kg/hm2（T3）、75 kg/hm2（T4）、90 kg/hm2（T5）。 每個處理3次重復，共18個小區(qū)，采用隨機區(qū)組排列，小區(qū)面積為120.0 m2左右。烤煙栽植行距為1.2 m，株距為 50 cm。施肥上，氮、磷、鉀肥按 N∶P2O5∶K2O=1∶2∶3 的比例施用。其他栽培管理均保持一致。

煙苗在移栽后30 d左右進入團棵期，此時進行第1次取樣；移栽后45 d煙苗進入旺長期，進行第2次取樣；移栽后2個月煙苗進入現蕾期，進行第3次取樣；在此基礎上再過15 d煙苗進入打頂期，進行第4次取樣；移栽3個月左右進入煙葉成熟期，進行第5次取樣。各個階段進行取樣的葉片位置和部位保持一致。

1.4 測定內容與方法

土壤關鍵酶主要包括過脲酶、蔗糖酶和過氧化氫酶[9-10]。土壤脲酶活性采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法測定，即以24 h后1 g土壤中NH3-N的毫克數（mg）表示土壤脲酶活性；土壤蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定，即以24 h后1 g土壤中葡萄糖的毫克數（mg）表示蔗糖酶活性；土壤過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測定，即以每1 g干土30 min內消耗的0.1 mol/L的KMnO4體積數（mL）表示過氧化氫酶活性。根系活力（氯化苯基四唑還原強度）采用TTC法測定[11]。

1.5 數據處理

試 驗 數 據 采 用 Word 2013、Origin 2018、SPSS 22.0軟件進行統(tǒng)計、整理、繪圖、制表和分析，對調查和測定的數據進行方差分析和多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同施氮水平對土壤脲酶活性的影響

由圖1可知，土壤脲酶活性在烤煙整個生育期呈緩慢升高的趨勢。各時期施氮處理的土壤脲酶活性均明顯高于不施氮對照，在施氮量達到60 kg/hm2后，繼續(xù)增加施氮量，土壤脲酶活性增加不顯著。這說明適當的施氮水平能促進土壤脲酶活性提高。如果烤煙生長過程中沒有施肥，脲酶活性會隨著煙株生長發(fā)育有所降低，符合此時煙葉對氮素的需求規(guī)律，并不是施氮量高就對烤煙生長有利，土壤中氮素適當降低有利于煙葉成熟落黃。

圖1 不同處理土壤脲酶活性

2.2 不同施氮水平對土壤蔗糖酶活性的影響

由圖2可知，各處理土壤蔗糖酶活性在煙草整個生育期變化不明顯，總體表現為旺長期緩慢升高，現蕾期緩慢降低，成熟期再緩慢升高。除旺長期處理T1和處理T2與CK無顯著性差異外，其余各生育期處理 T1、T2、T3、T4、T5均顯著高于 CK。 在施氮量達到75 kg/hm2后，土壤蔗糖酶活性的增長基本不再隨著施氮水平的提高而增加，處理T4與處理T5蔗糖酶活性較高，這2個處理在各生育期均無顯著性差異。土壤蔗糖酶與土壤中有機質、氮、磷含量及微生物數量和土壤呼吸強度有關，其酶促作用產物直接關系到作物的生長。一般情況下，土壤肥力越高，蔗糖酶活性越大[12]。

圖2 不同處理土壤蔗糖酶活性

2.3 不同施氮水平對土壤過氧化氫酶活性的影響

由圖3可知，除現蕾期過氧化氫酶活性稍微降低外，其余各時期緩慢上升。各時期施氮處理土壤過氧化氫酶活性均明顯高于不施氮對照，在施氮量達到75 kg/hm2后，過氧化氫酶活性的增長基本不再隨著施氮水平的提高而增加。處理T4與處理T5過氧化氫酶活性較高，在成熟期處理T5過氧化氫酶活性明顯高于處理T4，其余各生育期二者均無顯著性差異。一般情況下，土壤肥力越高，過氧化氫酶活性越大，適當提高施氮水平可以提高土壤腐殖質化的強度以及有機質轉化的速度。

圖3 不同處理土壤過氧化氫酶活性

2.4 不同施氮水平對烤煙根系活力的影響

由圖4可知，烤煙根系活力在旺長期快速升高，然后在現蕾期迅速下降，此后一直到成熟期基本穩(wěn)定。施氮處理在各個時期的烤煙根系活力均明顯高于不施氮對照，在施氮量達到75 kg/hm2時根系活力達到最大值，超過75 kg/hm2時根系活力有所下降。由此說明，適當增加施氮量可以提升烤煙根系活力，促進根系對養(yǎng)分的汲取，但施氮量過多反而有可能抑制根系活力，破壞根系與耕作土壤相互接觸的環(huán)境平衡。

圖4 不同處理烤煙根系活力

3 結論與討論

土壤酶活性是土壤狀況的綜合體現，以土壤不同酶的活性來評價土壤質量具有一定的客觀性。適當施用氮肥有利于提高煙田土壤酶活性，改善土壤質量，對煙田具有良好的改良和土壤保育效果[13]。

在不同施氮水平條件下，土壤脲酶、蔗糖酶及過氧化氫酶的活性有較大的差異。總體而言，施氮處理高于不施氮處理。脲酶可催化土壤中尿素酰胺類氮水解成為銨態(tài)氮，其在耕作土壤氮元素的循環(huán)交流與形態(tài)轉化的過程中一直扮演著重要的角色[14]。本試驗結果表明，在施氮量為60 kg/hm2時，脲酶活性可以達到較高水平。土壤中蔗糖酶直接參與有機物質的代謝過程，其活性大小與土壤肥力成正相關關系，可以作為評價土壤熟化程度和土壤肥力的指標之一，也可以用來表征土壤生化強度[15]。在施氮量為70 kg/hm2時，蔗糖酶活性可以達到較高水平。過氧化氫酶活性與土壤有機質含量有關，也與微生物數量有關，過氧化氫酶活性可以反映土壤腐殖質化的強度大小以及有機質轉化的速度[16]。本試驗結果表明，在施氮量為70 kg/hm2時，過氧化氫酶活性達到較高水平。

植物根系是植物與耕作土壤相互接觸并獲取土壤養(yǎng)分的主要器官[17]。本研究中，施氮處理烤煙各生育期根系活力均顯著高于不施氮對照，在施氮量為75 kg/hm2時根系活力達到峰值，當施氮量超過75 kg/hm2時根系活力就會下降。

總之，適當地增施氮肥，可以提高土壤酶活性，增強烤煙根系活力[18]，有利于土壤養(yǎng)分轉化和保持土壤健康。