連續灌溉對張家界植煙土壤有機氮礦化的影響

戴 曦，趙振祥，操張洪，王 東，姚 旺，彭 宇

（1. 湖南省煙草公司張家界市公司，湖南 張家界 427000；2. 湖南中煙技術中心，湖南 長沙 410019）

土壤水分和氮肥互作對烤煙產量、品質的影響較大[1]，氮素營養和土壤水分是烤煙生長發育和煙葉產量與質量形成的重要影響因子[2-3]。烤煙全生育期吸收的氮大部分來自于土壤礦化氮[4]，煙葉采收結束時煙株體內土壤礦化氮占煙株氮總累積量的82%，是肥料氮的4.5 倍[5]。土壤礦化氮與煙葉品質關系密切，對上部煙葉煙堿含量影響尤為明顯[6-8]。土壤氮礦化是微生物參與的生物化學過程，礦化的強度和數量不僅取決于土壤中有機氮含量的多少，而且受溫度、水分、pH 值、通氣性等外界條件的影響[9]，這些因素通過改變土壤中與氮轉化相關的微生物群落結構和活性來影響土壤氮轉化速率[10]。在其他因素相同情況下，農田灌溉對土壤氮礦化的影響較大。一般認為旱地灌溉改善了土壤水分條件，有利于氮礦化過程[11-12]，但也有研究表明，土壤有機氮的礦化受灌水量的影響，土壤水分過多將抑制其礦化過程[13]。為此，試驗探討了田間不同灌溉方式條件下，土壤有機氮在烤煙各時期的礦化速率、礦化量及煙株吸氮量的變化，以期明確土壤水分狀況對土壤有機氮礦化的影響，從而為張家界旱地植煙土壤的水分管理措施提供理論依據，促進當地優質煙葉生產。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2019 年在張家界桑植縣官地坪鎮山羊棟村進行。供試烤煙品種為K326，煙田為前茬煙草采收后冬閑地，植煙土壤為水稻土，土壤質地為粉砂質黏壤土。整地前取樣測定基礎養分含量，其pH 值為5.43，有機碳、全氮、全磷、全鉀分別為23.7、2.59、0.58、25.3 g/kg，速效氮、速效磷、速效鉀分別為28.4、11.8、82.5 mg/kg。試驗地不施入任何氮肥，磷、鉀肥施用同當地施肥方案，即一次性條施作為基肥；施基肥后起壟；煙苗于5 月3 日移栽，移栽行株距為1.2 m×0.5 m，當天澆灌等量清水作為安蔸水。在現蕾時打頂，留葉數13～16 片。其他田間管理措施按當地優質煙葉生產技術方案執行。

1.2 試驗設計

連續灌溉試驗設計參照徐清泉等[14]的方法進行，設置3 個處理，分別為：A，大田生育期全壟溝連續灌溉，每條壟溝均保證有1 cm 的潤溝水；B，大田生育期半壟溝連續灌溉，每隔1 條壟溝保證有1 cm 的潤溝水；C（CK），不灌溉，自然降水后保證壟溝不積水。每個處理設置3 個重復，每個小區6 行，每行長為6 m，隨機區組排列。

1.3 取樣測定

采用埋袋法于烤煙移栽后0、14、27（團棵期）、48、62（現蕾期）、72（圓頂期）、83、97、114 和130 d 分10 次測定土壤氮凈礦化量。具體方法為：（1）在每小區煙壟上2 株煙中間位置壟脊及垂直于壟的兩邊各20 cm 處選3 點取耕作層土樣，混合均勻；（2）分取一半裝封口袋中，置冰桶內帶回試驗室冰箱冷藏；（3）將另一半土壤裝入120 目尼龍網兜中埋入壟脊中間取土位置，埋深為15 cm，保持水氣通透進行田間原位培養；（4）培養結束后取出網兜并轉入封口袋，放入冰桶內帶到試驗室冰箱冷藏，同時進行下輪培養；（5）測定并計算培養前后土壤中的NO3-N 和NH4-N總和的差值，其差值為某培養時期的土壤有機氮礦化量，某時期的礦化速率=某時期的礦化量/培養時間。

在大田生育各時期，分別收集各處理打掉的底腳葉、頂芽、煙杈、成熟采烤的下部葉、中部葉和上部煙葉，分別殺青制樣，制成混合樣；在采烤結束后挖取根和莖，分別制樣。測定不同處理根、莖、葉（和芽）的生物量，送檢測定全氮含量。

所有樣品均送往湖南省農業科學院農化檢測中心采用常規方法[15]分析檢測。

2 結果與分析

2.1 不同灌溉處理土壤有機氮的礦化速率

大田生育期內，不同灌溉處理下土壤有機氮礦化速率的變化規律相似（圖1），總體均表現為前期平緩升高，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 內，所有處理的礦化速率差異不大。從27～72 d，半壟溝連續灌溉處理（處理B）的有機氮礦化速率快速增加；而其他2 個處理的快速增長期出現在移栽后48～62 d，且與處理B 相比增幅較小、延續時間短。烤煙生長后期，土壤有機氮的礦化速率明顯降低，處理C（CK）和半壟溝連續灌溉處理的土壤氮礦化速率下降快、降幅大；而全壟溝連續灌溉處理（處理A）的波動幅度較小，土壤有機氮的礦化速率要高于其他2 個處理。這說明適量的土壤水分含量對土壤有機氮的礦化潛力影響較大。在采烤后期，3 個處理的土壤都存在一個較小的有機氮礦化高峰，全壟溝連續灌溉的礦化速率變幅較大，可能與后期高溫與土壤水分互作對土壤有機氮的礦化影響有關。

圖1 不同時期土壤有機氮礦化速率的動態變化

2.2 不同灌溉處理土壤有機氮的礦化累積量

不同灌溉處理的土壤有機礦化氮的總累積量有顯著差異（表1）。在大田全生育期內，全壟溝連續灌溉（處理A）、半壟溝連續灌溉（處理B）和對照（處理C）的土壤有機礦化氮累積總量分別為22.63、29.20 和24.50 mg/kg。從煙苗移栽后48 d 開始，全壟溝連續灌溉處理的土壤有機氮礦化總累積量均為最低；對照處理在煙苗移栽后0～62 d 土壤有機氮礦化總累積量均最高，且顯著高于全壟溝連續灌溉；從煙苗移栽后72 d開始，半壟溝連續灌溉處理的土壤有機氮礦化總累積量則最高，并與全壟溝連續灌溉處理差異顯著，說明土壤有機氮的礦化速率和礦化總量受土壤水分的影響較大。

表1 不同處理下土壤有機氮礦化總累積量的動態變化 （mg/kg）

從表1 中還可以看出，煙苗移栽后不同時期內各處理的土壤有機氮礦化量存在顯著差異。煙苗移栽后0～27 d，對照處理的土壤有機氮礦化量最大；煙苗移栽后48～83 d，半壟溝連續灌溉處理的土壤有機氮礦化量最大；煙苗移栽后97～130 d，全壟溝連續灌溉處理的土壤有機氮礦化量最大。3 個處理的土壤有機氮礦化量均在煙苗移栽后48～62 d 期間達到高峰，其中半壟溝連續灌溉處理的土壤有機氮礦化量最大，達到8.15 mg/kg，分別是全壟溝連續灌溉和對照處理的1.73和1.22 倍。

2.3 不同灌溉處理煙株生物量及其氮積累量

不同灌溉對煙株氮的累積量及其分配影響明顯（表2）。半壟溝連續灌溉處理的根、莖、葉及全株的氮積累量均為最大，其總氮積累量分別為全壟溝連續灌溉和對照處理的1.24 和1.29 倍。氮積累量各部位分配比例也有差異，對照處理根和莖中的氮積累量分配比例大于其他2 個處理，而半壟溝灌溉葉中氮的積累量分配比例最大。土壤水分、有機氮的礦化和供應量是影響煙株生物量及其氮積累量的主要原因。

表2 不同處理下煙株的氮積累量及其分配

不同灌溉條件下烤煙的干物質積累量及其在根、莖、葉中的分配存在較大差異（表3）。半壟溝連續灌溉處理的根、莖和葉的干物質積累量均為最大，根中的干物質積累量和總干物質積累量分別比全壟溝連續灌溉處理高32.56%和22.47%，差異顯著。各處理根中干物質的分配比例以對照處理最高，并隨灌溉水量的增加而下降；半壟溝連續灌溉處理莖中的干物質分配比例最高，對照處理最低；而葉中干物質分配比例則以全壟溝連續灌溉處理最高，半壟溝連續灌溉處理最低。

表3 不同處理下煙株的干物質積累量及其分配

3 結論與討論

試驗以半壟溝或全壟溝連續灌溉的方式營造不同水分狀況的土壤環境，研究了其對植煙土壤有機氮礦化速率、礦化量及煙株吸氮量等的影響。結果表明：灌溉對土壤有機氮的礦化速率和礦化量具有顯著影響；在大田生育中期（團棵期到圓頂期），半壟溝連續灌溉處理土壤有機氮的礦化速率和氮礦化量快速增長，顯著高于不灌溉和全壟溝連續灌溉處理，其土壤有機氮礦化量在現蕾時（煙苗移栽后48～62 d）達到高峰，為8.15 mg/kg，分別是全壟溝灌溉和不灌溉的1.73 和1.22 倍；而全壟溝連續灌溉處理在成熟采烤后期依然保持較大的土壤有機氮礦化速率和礦化量，不灌溉和半壟溝連續灌溉的礦化作用則明顯減弱。灌溉對煙株氮的累積量及其干物質積累量也影響顯著。半壟溝連續灌溉處理煙株的總氮積累量最大，分別為全壟溝連續灌溉和不灌溉處理煙株的1.24 和1.29倍；半壟溝連續灌溉處理根中的干物質積累量和總干物質積累量分別比全壟溝連續灌溉處理高32.56%和22.47%，差異顯著。由此可見，半壟溝連續灌溉有利于土壤有機氮的礦化，其氮素養分供應更符合煙草在旺長期內需氮量大的需肥規律，并促進了煙株對氮的吸收利用和煙草的生長發育，是相對較為理想的灌溉方式。

水分對煙草的生長發育、生理生化代謝、煙葉產量和品質都有十分顯著的影響[2]。在土壤缺水條件下煙草的生長發育受阻。但水分過多，淹水條件下土壤中氧氣不足，同樣影響煙草根系發育及其對養分的吸收，進而可導致煙葉產量降低，品質下降[2]。在試驗中不同灌溉方式下土壤有機氮的礦化總量以及煙草生長發育不同時期土壤有機氮的礦化強度都有明顯的差異。因為試驗沒有施用氮肥，所以有機礦化氮為煙草最主要氮素來源。水分和礦化氮的供應，影響了煙草對養分的吸收利用，導致了氮的吸收累積量和煙草生物量的差異。張家界是山地煙產區，煙地水分管理一直是限制煙葉產質量提升的瓶頸。現有條件下，實現滴灌等灌溉方式還有諸如成本和自然條件的限制。試驗中探索的壟溝連續濕潤灌溉，是一種行之有效、便于推廣的煙地灌溉措施。從試驗結果來看，半壟溝連續灌溉效果較好，有利于保持土壤適宜的濕度和通氣性能，對煙草氮素營養和生長發育均產生積極的作用，但對具體的濕潤灌溉時期和適宜灌溉水量等還有待深入研究。

氮素是影響煙株生長發育和煙葉產量、品質最重要的營養元素[16]。煙株現蕾時應吸收氮素總量的95%，其后持續吸收的氮素一般在5%左右，最多不能超過總吸氮量的10%[17]，成熟期煙株吸氮過多會嚴重影響煙葉的品質[2]。煙草成熟后期土壤供氮能力偏強，是張家界煙區上部煙葉全氮和煙堿含量過高的主要原因。在試驗中，不灌溉、半壟溝連續灌溉和全壟溝連續灌溉的土壤氮的礦化總量比例，在現蕾期（煙苗移栽后62 d）時分別為71.14%、55.99%和45.78%，在圓頂期（煙苗移栽后72 d）時分別為84.49%、80.41%和58.06%，與煙草氮素營養的需求規律有一定差異。而且隨著灌溉水量的增加，后期土壤有機氮礦化能力增強。因此，有必要深入研究壟溝連續灌溉措施與施肥的配套運籌，通過多點、多年驗證增強該技術的可靠性和適用性，為大湘西煙葉生產推廣烤煙水肥管理適用技術提供科學和實踐依據。