不同施氮水平对植烟土壤关键酶活性和烤烟根系活力的影响

庄 晔葛嘉雪 魏永涛 顾会战 刘 领 何佶弦*

（1河南科技大学农学院，河南洛阳 471023；2四川省烟草公司广元市公司，四川广元 628100）

烤烟是我国重要的经济作物之一，在烤烟栽培过程中，施肥可显著影响烟叶产量和品质。一般而言，烟叶产量随施肥量的增加而提高，但过量施肥会降低烟叶品质。氮肥用量对烤烟生产和品质有着显著影响[1]，施氮量过多或过少均影响烟株的正常生长发育，进而影响烟叶的产量和品质[2-4]。植物根系是植物吸收土壤水分及养分同时固定植株地下部的器官[5]，其不仅具有合理吸收营养的功能，而且具有十分重要的生物合成和生理代谢功能。显而易见，当烤烟植株生长状况良好时，才能获得高品质的烟叶来生产卷烟。

土壤酶在土壤中参与重要的生化循环及有机质和矿物质的转化[6]。土壤酶活性对作物根系附近土壤的变化非常敏感，施肥、农业耕作形式、作物的根系分泌状况、土壤水分变化情况都会对土壤酶活性产生巨大影响[7]。因此，研究不同氮素水平下土壤酶活性对了解种植土壤中的氮素循环及种植过程中氮肥利用率有深远的意义[8]。

在烤烟施肥过程中，不仅要满足烤烟生长需肥特性，还要维持土地生产力，以利于提高烟叶产量和品质。本研究通过比较土壤酶活性的变化特征及不同生长期中的差异，揭示烤烟种植土壤中氮素转化的调控原理和作物根系土壤酶生态构成，以期为烤烟种植施肥提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2018年在河南科技大学试验农场进行，试验地块平坦，土壤类型为黄潮土，质地为中壤土，pH 值 7.56，有机质 20.44 g/kg，碱解氮 66.96 mg/kg，有效磷16.03 mg/kg，速效钾143.53 mg/kg，土壤全硒含量 0.23 μg/g。

1.2 供试材料

供试烤烟品种为云烟87。

供试肥料分别为饼肥、烟草专用肥、过磷酸钙、硫酸钾和硝酸钾。

1.3 试验设计

采用大田试验，设置6个氮素水平处理，分别为施氮量 0 kg/hm2（CK）、30 kg/hm2（T1）、45 kg/hm2（T2）、60 kg/hm2（T3）、75 kg/hm2（T4）、90 kg/hm2（T5）。 每个处理3次重复，共18个小区，采用随机区组排列，小区面积为120.0 m2左右。烤烟栽植行距为1.2 m，株距为 50 cm。施肥上，氮、磷、钾肥按 N∶P2O5∶K2O=1∶2∶3 的比例施用。其他栽培管理均保持一致。

烟苗在移栽后30 d左右进入团棵期，此时进行第1次取样；移栽后45 d烟苗进入旺长期，进行第2次取样；移栽后2个月烟苗进入现蕾期，进行第3次取样；在此基础上再过15 d烟苗进入打顶期，进行第4次取样；移栽3个月左右进入烟叶成熟期，进行第5次取样。各个阶段进行取样的叶片位置和部位保持一致。

1.4 测定内容与方法

土壤关键酶主要包括过脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶[9-10]。土壤脲酶活性采用苯酚钠-次氯酸钠比色法测定，即以24 h后1 g土壤中NH3-N的毫克数（mg）表示土壤脲酶活性；土壤蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水杨酸比色法测定，即以24 h后1 g土壤中葡萄糖的毫克数（mg）表示蔗糖酶活性；土壤过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴定法测定，即以每1 g干土30 min内消耗的0.1 mol/L的KMnO4体积数（mL）表示过氧化氢酶活性。根系活力（氯化苯基四唑还原强度）采用TTC法测定[11]。

1.5 数据处理

试 验 数 据 采 用 Word 2013、Origin 2018、SPSS 22.0软件进行统计、整理、绘图、制表和分析，对调查和测定的数据进行方差分析和多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同施氮水平对土壤脲酶活性的影响

由图1可知，土壤脲酶活性在烤烟整个生育期呈缓慢升高的趋势。各时期施氮处理的土壤脲酶活性均明显高于不施氮对照，在施氮量达到60 kg/hm2后，继续增加施氮量，土壤脲酶活性增加不显著。这说明适当的施氮水平能促进土壤脲酶活性提高。如果烤烟生长过程中没有施肥，脲酶活性会随着烟株生长发育有所降低，符合此时烟叶对氮素的需求规律，并不是施氮量高就对烤烟生长有利，土壤中氮素适当降低有利于烟叶成熟落黄。

图1 不同处理土壤脲酶活性

2.2 不同施氮水平对土壤蔗糖酶活性的影响

由图2可知，各处理土壤蔗糖酶活性在烟草整个生育期变化不明显，总体表现为旺长期缓慢升高，现蕾期缓慢降低，成熟期再缓慢升高。除旺长期处理T1和处理T2与CK无显著性差异外，其余各生育期处理 T1、T2、T3、T4、T5均显著高于 CK。 在施氮量达到75 kg/hm2后，土壤蔗糖酶活性的增长基本不再随着施氮水平的提高而增加，处理T4与处理T5蔗糖酶活性较高，这2个处理在各生育期均无显著性差异。土壤蔗糖酶与土壤中有机质、氮、磷含量及微生物数量和土壤呼吸强度有关，其酶促作用产物直接关系到作物的生长。一般情况下，土壤肥力越高，蔗糖酶活性越大[12]。

图2 不同处理土壤蔗糖酶活性

2.3 不同施氮水平对土壤过氧化氢酶活性的影响

由图3可知，除现蕾期过氧化氢酶活性稍微降低外，其余各时期缓慢上升。各时期施氮处理土壤过氧化氢酶活性均明显高于不施氮对照，在施氮量达到75 kg/hm2后，过氧化氢酶活性的增长基本不再随着施氮水平的提高而增加。处理T4与处理T5过氧化氢酶活性较高，在成熟期处理T5过氧化氢酶活性明显高于处理T4，其余各生育期二者均无显著性差异。一般情况下，土壤肥力越高，过氧化氢酶活性越大，适当提高施氮水平可以提高土壤腐殖质化的强度以及有机质转化的速度。

图3 不同处理土壤过氧化氢酶活性

2.4 不同施氮水平对烤烟根系活力的影响

由图4可知，烤烟根系活力在旺长期快速升高，然后在现蕾期迅速下降，此后一直到成熟期基本稳定。施氮处理在各个时期的烤烟根系活力均明显高于不施氮对照，在施氮量达到75 kg/hm2时根系活力达到最大值，超过75 kg/hm2时根系活力有所下降。由此说明，适当增加施氮量可以提升烤烟根系活力，促进根系对养分的汲取，但施氮量过多反而有可能抑制根系活力，破坏根系与耕作土壤相互接触的环境平衡。

图4 不同处理烤烟根系活力

3 结论与讨论

土壤酶活性是土壤状况的综合体现，以土壤不同酶的活性来评价土壤质量具有一定的客观性。适当施用氮肥有利于提高烟田土壤酶活性，改善土壤质量，对烟田具有良好的改良和土壤保育效果[13]。

在不同施氮水平条件下，土壤脲酶、蔗糖酶及过氧化氢酶的活性有较大的差异。总体而言，施氮处理高于不施氮处理。脲酶可催化土壤中尿素酰胺类氮水解成为铵态氮，其在耕作土壤氮元素的循环交流与形态转化的过程中一直扮演着重要的角色[14]。本试验结果表明，在施氮量为60 kg/hm2时，脲酶活性可以达到较高水平。土壤中蔗糖酶直接参与有机物质的代谢过程，其活性大小与土壤肥力成正相关关系，可以作为评价土壤熟化程度和土壤肥力的指标之一，也可以用来表征土壤生化强度[15]。在施氮量为70 kg/hm2时，蔗糖酶活性可以达到较高水平。过氧化氢酶活性与土壤有机质含量有关，也与微生物数量有关，过氧化氢酶活性可以反映土壤腐殖质化的强度大小以及有机质转化的速度[16]。本试验结果表明，在施氮量为70 kg/hm2时，过氧化氢酶活性达到较高水平。

植物根系是植物与耕作土壤相互接触并获取土壤养分的主要器官[17]。本研究中，施氮处理烤烟各生育期根系活力均显著高于不施氮对照，在施氮量为75 kg/hm2时根系活力达到峰值，当施氮量超过75 kg/hm2时根系活力就会下降。

总之，适当地增施氮肥，可以提高土壤酶活性，增强烤烟根系活力[18]，有利于土壤养分转化和保持土壤健康。