吳嘉楠，閆海濤，彭桂新，呂世俊，于建春，張 璐，楊永鋒，劉國順*

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生物質(zhì)炭與氮肥配施對土壤氮素變化和烤煙氮素利用的影響①

吳嘉楠1，閆海濤1，彭桂新2，呂世俊1，于建春2，張 璐1，楊永鋒2，劉國順1*

(1 國家煙草栽培生理生化研究中心/煙草行業(yè)煙草栽培重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/河南省生物炭工程技術(shù)研究中心，鄭州 450002；2 河南中煙工業(yè)有限公司，鄭州 450000)

為探明生物質(zhì)炭與氮肥配施對土壤中氮素循環(huán)和烤煙氮素利用的影響，采用盆栽試驗(yàn)，設(shè)置4個(gè)處理：5 g/盆純氮(CK)，5 g/盆純氮+100 g/盆生物質(zhì)炭(T1)，3.5 g/盆純氮+100 g/盆生物質(zhì)炭(T2)，2 g/盆純氮+100 g/盆生物質(zhì)炭(T3)，利用15N標(biāo)記的氮肥，測定生物質(zhì)炭與氮肥配施條件下烤煙生長不同時(shí)期土壤中15N的殘留量、不同形態(tài)氮素的含量、土壤微生物生物量氮含量和移栽后90 d烤煙煙葉對不同氮源氮素的累積量。試驗(yàn)結(jié)果表明：相同施氮量時(shí)，生物質(zhì)炭的施用可以提高土壤中15N殘留量、土壤無機(jī)氮、堿解氮、微生物量氮的含量和葉片對氮素的累積量。生物質(zhì)炭與氮肥配施時(shí)提高了肥料氮在煙葉中的占比，使15N利用率提高了25.4% ~ 63.3%。與對照相比，T2處理植煙土壤中NH4+-N、NO– 3-N、堿解氮在烤煙移栽后75 d比對照分別提高了17.3%、8.0%、7.2%，堿解氮和微生物生物量氮的含量在烤煙移栽后90 d也高于對照。在本試驗(yàn)條件下，生物質(zhì)炭與氮肥配施對土壤氮素的影響是顯著的，施用生物質(zhì)炭時(shí)減少30% 氮肥用量是可行的。

生物質(zhì)炭；氮肥；15N；無機(jī)氮；氮素分配；氮素利用率

氮素是影響煙株形態(tài)建成的重要元素之一，是蛋白質(zhì)、氨基酸、核酸、葉綠素等的重要組成部分，也是煙堿的主要構(gòu)成元素，對煙葉的產(chǎn)量和品質(zhì)有著至關(guān)重要的影響。土壤中的氮素水平直接影響烤煙對氮素的吸收利用[1]，而施肥是調(diào)節(jié)土壤氮素水平的一個(gè)主要方式，但施入土壤中的氮肥除了被植株吸收利用之外，一部分卻隨著降水和微生物等的作用損失了[2]。近年來，由于氮肥的過量施用造成的資源浪費(fèi)和環(huán)境問題日趨嚴(yán)重，提高肥料利用率，減少氮肥施用迫在眉睫[3]。

生物質(zhì)炭是植物殘?bào)w、有機(jī)廢棄物和糞肥等生物質(zhì)在低氧或缺氧條件下經(jīng)過高溫?zé)峤舛a(chǎn)生的穩(wěn)定的富碳產(chǎn)物[4]。已有許多研究報(bào)道指出生物質(zhì)炭可以減少土壤中NO– 3-N的淋失[5-6]，減少堿性土壤中NO的排放[7]，提高NH4+-N的持留作用[8]，改變氮素的遷移動(dòng)態(tài)[9]，提高氮肥的利用效率。一些在菠菜、紅棗等上的研究表明，生物質(zhì)炭與氮肥配施可以提高土壤養(yǎng)分含量，提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)[10-11]。關(guān)于生物質(zhì)炭對煙草生長影響的研究已有不少，但大都是集中在生物質(zhì)炭的用量上[12-14]，而生物質(zhì)炭與氮肥配施的研究也多集中在對烤煙產(chǎn)質(zhì)量和土壤特性的影響上[15-16]，針對烤煙氮素積累和土壤氮循環(huán)影響的研究較少。

利用15N同位素示蹤技術(shù)可以檢測到土壤中肥料氮的含量變化和煙株中不同氮源的含量，進(jìn)而可以分析土壤中肥料氮與土壤中無機(jī)氮、堿解氮、微生物生物量氮等指標(biāo)的關(guān)系，較精確地計(jì)算出烤煙對于當(dāng)季肥料的利用率。因此，本試驗(yàn)采用15N同位素示蹤法，在施用生物質(zhì)炭的條件下設(shè)置不同的減氮梯度，探索生物質(zhì)炭與不同用量氮肥配施條件下土壤中氮素變化及其與肥料氮的關(guān)系，研究煙葉對不同來源氮素的累積和烤煙對肥料氮的利用率，以期為烤煙生產(chǎn)中生物質(zhì)炭施用條件下氮肥運(yùn)籌提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2016年4月至9月在河南農(nóng)業(yè)大學(xué)許昌校區(qū)現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)科技園進(jìn)行。供試烤煙品種為中煙100，采用盆栽方式，盆高40 cm，盆口直徑37 cm，盆底直徑27 cm，每盆裝土25 kg，土壤類型為砂壤土，有機(jī)質(zhì)含量12.77 g/kg，堿解氮81.6 mg/kg，有效磷2.5 mg/kg，速效鉀132.7 mg/kg，pH 7.56。

試驗(yàn)生物質(zhì)炭為在400 ℃條件下制成的花生殼炭，全碳、全氮含量為434.4 g/kg和13.2 g/kg，pH 8.25；氮肥采用15N標(biāo)記硫酸銨(上海化工研究院)，豐度為10.16%。每個(gè)處理標(biāo)記20株。磷肥為磷酸氫二鉀，鉀肥為硫酸鉀和磷酸氫二鉀，對照處理氮、磷、鉀比例(N∶P2O5∶K2O)為1∶1.5∶3，其他處理磷鉀肥用量不變，具體氮肥用量和生物質(zhì)炭用量見表1。移栽前將生物質(zhì)炭、肥料和土壤混勻后裝入盆中。室外自然條件下將塑料盆按120 cm×50 cm 的行株距埋于壟上，5月7日移栽煙苗，移栽后70 d打頂。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2 取樣與測定

從烤煙移栽后30 d開始取土樣。土壤樣品分為兩部分，一部分立即過篩(20目)，測定土壤含水率、NH4+-N、NO– 3-N和微生物生物量氮的含量；另一部分風(fēng)干過篩后(18目)用于其他養(yǎng)分含量的測定。移栽后90 d每個(gè)處理選取3株有代表性的煙株，從根部砍斷，并將盆倒扣取出整個(gè)根系，抖掉土塊，用清水沖洗干凈。將煙株分為根、莖、葉3部分，均在105 ℃殺青30 min后，65 ℃烘干稱重，隨后粉碎過篩后用于測定植株氮含量和15N豐度。

土壤NH4+-N、NO– 3-N、堿解氮、微生物生物量氮分別采用KCl浸提-靛酚藍(lán)比色法[17]、紫外分光光度法[18]、堿解擴(kuò)散法[17]和氯仿熏蒸法[19]進(jìn)行測定；樣品中全氮含量用全自動(dòng)CN分析儀(vario MAX CN，德國)進(jìn)行測定；15N百分超采用元素分析儀和同位素質(zhì)譜分析聯(lián)用儀(型號(hào)：Flash 2000 Delta ADVANTAGE)測定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

本文有關(guān)氮肥利用的計(jì)算公式為：氮肥利用率(%)=植物吸收的肥料氮量/施氮量×100；氮素殘留率(%)=土壤中殘留15N的量/施入土壤中氮素的量×100；氮素回收率(%)=氮素利用率(%)+氮素殘留率(%)；氮素?fù)p失率(%)=1-氮素回收率(%)；氮素依存率(%)=植物吸收的土壤氮的量/植株氮素總量×100。

本研究利用Microsoft Excel 2016 錄入數(shù)據(jù)和作圖，采用SPSS 22.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行多重比較(Duncan法)，文中圖表里不同的小寫字母表示不同處理之間差異達(dá)到顯著水平(<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤中15N豐度變化

由圖1可以看出，在煙株的整個(gè)生育期，由于烤煙生長吸收和不同途徑的流失，隨著時(shí)間的推移，土壤中15N的含量逐漸下降?？緹熞圃院?0 ~ 60 d，土壤中肥料氮的下降幅度最大，不同處理分別達(dá)到32.5%、41.9%、30.6%、29.1%，可能是因?yàn)檫@段時(shí)期煙株處于旺長期，對氮素的需求量大，不同處理土壤中的氮肥含量表現(xiàn)為T1>CK>T2>T3；移栽后60 ~ 90 d，土壤中的肥料氮含量下降幅度都比較小，60 d時(shí)15N的下降幅度為1.0% ~ 5.9%，移栽后90 d，T1處理的15N下降最多(0.1%)，CK、T2、T3處理分別下降了0.02%、0.04% 和0.02%。

圖1 生物質(zhì)炭與氮肥配施對土壤中15N豐度的影響

2.2 土壤中NO– 3-N含量的變化

土壤中的NO– 3-N是煙株能夠直接利用的氮素之一。從圖2中可以看出，在本試驗(yàn)條件下，移栽后30 ~ 90 d土壤NO– 3-N的含量呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，可能是施入土壤中的NH4+-N在土壤環(huán)境的作用下逐漸轉(zhuǎn)化為NO– 3-N，最后又被利用的原因。但不同處理NO– 3-N最高含量出現(xiàn)的時(shí)間不同。CK、T1兩個(gè)處理的NO– 3-N含量在烤煙移栽后的30 ~ 60 d不斷升高，在60 d時(shí)達(dá)到最大值59.97 mg/kg和63.80 mg/kg；T2、T3處理的NO– 3-N含量在移栽后60 d開始快速下降。在施氮量相同的情況下，施用生物質(zhì)炭可以使土壤中的NO– 3-N含量提高0.62 ~ 11.36 mg/kg；生物質(zhì)炭與氮肥配施的情況下，土壤中的NO– 3-N含量隨著施氮量的升高而升高。在烤煙生長的中前期，土壤中NO– 3-N的含量差異較大，在移栽后75 ~ 90 d，土壤中NO– 3-N含量表現(xiàn)為T1處理最大，T3處理最小，T2和CK處理的差異不顯著，說明施用生物質(zhì)炭時(shí)減氮30% 不會(huì)造成煙株生長后期土壤中氮素供應(yīng)不足，煙株脫肥的現(xiàn)象。

圖2 生物質(zhì)炭與氮肥配施對土壤NO– 3-N含量的影響

2.3 土壤中NH4+-N含量的變化

從圖3中可以看出，與土壤中NO– 3-N相比，NH4+-N的含量在煙草的整個(gè)生育期都處于較低水平，在烤煙移栽后的30 ~ 90 d，土壤中NH4+-N的含量呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢，除了被植株吸收利用之外，還與NH4+-N易被固定和易轉(zhuǎn)化為NO– 3-N的特性有關(guān)。同一時(shí)期不同處理的NH4+-N含量有所差異，在整個(gè)大田生育期，基本上表現(xiàn)為T1處理最高，T3處理含量最低，CK和T2處理的含量在不同時(shí)期差異不顯著。同一氮素水平下，移栽后75 ~ 90 d時(shí)，同一時(shí)期NH4+-N的含量表現(xiàn)為T1>CK，并且達(dá)到顯著水平，說明生物質(zhì)炭可能延緩了烤煙生長后期土壤NH4+-N的損失。在均施用生物質(zhì)炭的條件下，土壤中的NH4+-N含量隨著施氮量的降低而降低。

圖3 生物質(zhì)炭和氮肥配施對土壤NH4+-N含量的影響

2.4 土壤無機(jī)氮含量變化

土壤無機(jī)氮是土壤中NH4+-N和NO– 3-N含量的總和，是烤煙可以直接吸收利用的氮素。從圖4中可以看出，在整個(gè)煙草生育期土壤中無機(jī)氮含量先增加后降低，最后趨于平緩的趨勢，基本與土壤NO– 3-N含量變化一致。在施氮量一致的情況下，生物質(zhì)炭的施用可以使土壤中無機(jī)氮的含量提高3.52 ~ 11.77 mg/kg；同施生物質(zhì)炭時(shí)，施氮量越高，土壤中無機(jī)氮含量越高。從整個(gè)生育期來看，生物質(zhì)炭+減氮30% 的處理(T2)土壤無機(jī)氮含量與對照差異不大，生物質(zhì)炭+減氮60% 的處理(T3)土壤無機(jī)氮含量較低。

圖4 生物質(zhì)炭和氮肥配施對土壤無機(jī)氮含量的影響

2.5 土壤堿解氮含量變化

土壤堿解氮是衡量土壤供氮能力的重要指標(biāo)。從圖5中可以看出，在烤煙的整個(gè)大田生長期，土壤中的堿解氮含量呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，在移栽后45 d出現(xiàn)峰值。移栽后30 ~ 60 d，對照土壤中堿解氮含量一直處于最高水平，施用生物質(zhì)炭處理的土壤堿解氮含量隨著施氮量的降低而降低，但是各處理之間的差異并不顯著。在移栽后90 d，對照處理堿解氮的含量下降了24.1%，明顯高于其他處理，說明氮肥與生物質(zhì)炭配施可以提高烤煙生長后期土壤速效氮的含量。因此，在施用生物質(zhì)炭的基礎(chǔ)上，適量的減氮是可以保證煙株生長后期土壤中速效氮的含量。

圖5 生物質(zhì)炭和氮肥配施對土壤堿解氮含量的影響

2.6 土壤微生物生物量氮含量的變化

土壤微生物生物量氮是土壤有機(jī)氮的重要組成部分，可以調(diào)節(jié)土壤氮素循環(huán)，能在一定程度上表征土壤中微生物量。從圖6中可以看出，在整個(gè)生育期土壤微生物生物量氮的含量呈現(xiàn)出升高-降低-升高的趨勢，兩個(gè)峰值分別出現(xiàn)在移栽后45 d和75 d，含量最高的為T1處理，達(dá)到13.01 mg/kg；在施用生物質(zhì)炭的條件下，氮肥施用量越高，微生物生物量氮含量越高，在烤煙移栽后60 d，三個(gè)處理之間微生物生物量氮含量差異達(dá)到顯著水平；氮肥施用量一致的情況下，施用生物質(zhì)炭提高了土壤的微生物生物量氮含量，提高幅度達(dá)7.1% ~ 50.4%，在烤煙生長的中后期達(dá)到顯著水平?？緹熞圃院?5 ~ 90 d，微生物生物量氮含量開始下降，降幅大小為CK>T3>T1>T2。由CK和T3處理的差異可以看出，氮肥施用不足的情況下，土壤微生物量氮的含量明顯降低，說明施用生物質(zhì)炭時(shí)減氮要適度。

圖6 生物質(zhì)炭與氮肥配施對土壤微生物生物量氮含量的影響

2.7 烤煙葉片對不同來源氮素的積累

從表2中可以看出，移栽后90 d，不同處理煙葉總氮素累積量表現(xiàn)為T1>T2>CK>T3，說明同等施氮量條件下，生物質(zhì)炭的施用促進(jìn)了葉片的氮素累積。均施用生物質(zhì)炭的條件下，煙葉對氮素的累積量隨著施氮量的下降而下降。T1處理煙葉對于肥料氮和土壤氮的累積量顯著高于其他處理，T2處理對肥料氮的積累量與CK沒有顯著差異，但對土壤氮的累積顯著高于CK，說明生物質(zhì)炭與氮肥配施促進(jìn)了烤煙對土壤氮的累積。4個(gè)處理土壤氮的占比均大于肥料氮，說明烤煙在后期以吸收土壤氮為主。

表2 生物質(zhì)炭與氮肥配施烤煙葉片對不同氮源的累積

2.8 烤煙氮素利用率

4個(gè)處理的氮肥當(dāng)季利用率為22.6% ~ 37.0%，同等施氮量條件下，只施用化肥的處理15N利用率顯著低于施用生物質(zhì)炭的處理，說明生物質(zhì)炭的施用可以提高烤煙對當(dāng)季氮肥的利用率。與CK相比，生物質(zhì)炭與氮肥配施的處理15N利用率提高了25.4% ~ 63.6%，15N的損失率降低了24.7% ~ 51.7%，對土壤氮素依存率降低了7.4% ~ 18.6%，T3處理的氮肥回收率最高損失率最低，但是由于氮肥施用量太低，煙株氮素累積量偏低。T2處理的氮肥利用率和回收率都比較高，損失率較低，并且能夠維持煙株正常生長，可見施用生物質(zhì)炭時(shí)減氮30% 可以提高氮肥的回收率，減少煙株對于土壤氮素的依存率。

表3 生物質(zhì)炭與氮肥配施烤煙生長季肥料氮的去向

3 討論

氮素是烤煙生長的必需元素，其含量不僅影響到煙株的生長發(fā)育，對于烤后煙葉的香吃味也有重要的影響。本試驗(yàn)研究表明，在施氮量相同的情況下，生物質(zhì)炭的施用促進(jìn)了煙葉對土壤氮和肥料氮的累積，與張偉明等[20]的研究結(jié)果相似，可能是因?yàn)樯镔|(zhì)炭的施用提高了土壤中可利用氮素的含量，從而促進(jìn)了烤煙的生長。生物質(zhì)炭與氮肥配施提高了烤煙煙葉中肥料氮的占比，但肥料氮的比例仍然低于土壤氮，說明烤煙在生長后期以土壤氮為主，與王鵬等[21]的報(bào)道一致。因此，在烤煙種植時(shí)土壤肥力不宜過高，防止煙葉后期貪青晚熟。

提高肥料利用率對于節(jié)約化肥、減少面源污染，保護(hù)環(huán)境具有重要意義。本試驗(yàn)條件下，煙株的氮素利用率為22.6% ~ 37.0%，其中生物質(zhì)炭與氮肥配施的處理氮肥利用率顯著高于常規(guī)施肥處理，氮肥損失率也明顯降低，對土壤氮素的依存率也有所下降。當(dāng)前普遍認(rèn)為氮素利用率隨著施氮量的降低而升高，在本試驗(yàn)條件下T1處理的氮素利用率卻高于T3處理，可能是因?yàn)樵谝圃院?0 d T1處理氮素供應(yīng)較大，煙株氮代謝仍然處于較高水平，因此氮素含量過高。生物質(zhì)炭與氮肥配施可以提高土壤氮素利用率，可能的原因要從不同處理對于土壤中NH4+-N、NO– 3-N、堿解氮和微生物量氮等的影響多個(gè)方面來討論：

施入土壤中的肥料氮有被作物吸收利用、殘留在土壤中和通過不同途徑的散失3個(gè)去向。在烤煙生長的前期，生物質(zhì)炭與氮肥配施的處理土壤中15N豐度下降幅度均低于CK處理，而煙株在前期氮素積累量較小，因此前期土壤15N豐度的下降主要是氮素流失，說明生物質(zhì)炭與氮肥配施有效地減緩了煙株生長前期肥料氮素的損失，這可能是因?yàn)樯镔|(zhì)炭多孔結(jié)構(gòu)和巨大的比表面積使其能夠增加對陽離子的吸附能力，提高了土壤的陽離子交換量[22-23]，減少了肥料氮的流失。國內(nèi)外研究還表明，生物質(zhì)炭巨大的吸附性能可以使其在土壤中形成大粒徑的團(tuán)聚體，提高土壤對養(yǎng)分的保留作用[24-25]。生物質(zhì)炭還可以降低土壤容重提高土壤的通氣性，從而降低土壤的反硝化作用[26-27]，減少土壤中NO– 3-N的損失[28-29]。在煙株生長的中后期，土壤中15N豐度下降幅度較大，可能是因?yàn)檫M(jìn)入旺長期后煙株對氮素的需求量迅速增加，土壤中的微生物活性增強(qiáng)，煙株的吸收以及多種途徑的流失共同導(dǎo)致了3個(gè)處理的土壤中肥料氮的含量迅速下降。在移栽后90 d時(shí)，生物質(zhì)炭與氮肥配施處理土壤中15N的豐度隨著施氮量的降低而降低，一些研究報(bào)道土壤中總氮素徑流流失量隨著施氮量的增加而增加[30-31]，說明在生產(chǎn)實(shí)踐中適量的減少氮肥的施用，可以降低肥料的損失。

土壤無機(jī)氮是土壤中可以直接被植株根系吸收利用的氮素，主要由NH4+-N和NO– 3-N組成，氮肥施用量和生物質(zhì)炭的施用會(huì)影響土壤無機(jī)氮的含量。有研究表明，土壤中NO– 3-N含量受氮肥用量的影響比較大[32]，肥料氮對土壤NH4+-N的調(diào)控主要集中在煙株生長的前期[33]。本試驗(yàn)中不同處理在不同時(shí)期土壤無機(jī)氮的含量變化較大，但是其含量與土壤中15N豐度均呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系，說明可以通過調(diào)節(jié)氮肥用量調(diào)控土壤中無機(jī)氮的含量。在本試驗(yàn)條件下，生物質(zhì)炭與氮肥配施可以提高土壤中無機(jī)氮的含量，但NH4+-N和NO– 3-N在不同時(shí)期的變化規(guī)律不同，NH4+-N含量在移栽后30 d最高，NO– 3-N在移栽后45 ~ 60 d含量最高，這與不同形態(tài)的氮素在土壤中的轉(zhuǎn)化有關(guān)。銨態(tài)氮肥施入土壤后容易被土壤膠體和生物質(zhì)炭吸附[34]，而生物質(zhì)炭可提高土壤的碳氮比，促進(jìn)了微生物對于氮素的固定，因此隨著烤煙生育期的推進(jìn)，土壤中的NH4+-N含量逐漸減少，轉(zhuǎn)化為NO– 3-N、有機(jī)氮等其他形態(tài)的氮素。在移栽后45 ~ 60 d，煙株進(jìn)入旺長期，對氮素的吸收迅速增加，根系分泌物增加，土壤微生物活性增強(qiáng)，硝化作用增強(qiáng)，反硝化作用減弱[35]，土壤中的NO– 3-N含量達(dá)到最高。生物質(zhì)炭還能夠通過吸附土壤中的溶解態(tài)苯酚和萜烯類等抑制硝化反應(yīng)的產(chǎn)物以及增強(qiáng)土壤的通氣性等來促進(jìn)土壤中的硝化作用[36]。

土壤氮礦化也是無機(jī)氮的主要來源之一，氮肥用量和生物質(zhì)炭的施用可以通過影響氮素礦化改善土壤氮素含量，有研究表明土壤氮素礦化量與施氮量呈顯著遞減式拋物線關(guān)系(=0.984 3)[37]。國內(nèi)外對生物質(zhì)炭對氮礦化的影響研究較多[38-39]，有報(bào)道表明生物質(zhì)炭在施用后的短期時(shí)間內(nèi)(<90 d)對土壤氮礦化有激發(fā)效應(yīng)[40]，且在肥沃的砂質(zhì)土上低溫炭(350 ℃)比高溫炭(500 ℃)更有利于土壤的氮礦化[41]，可能是生物質(zhì)炭的施用給土壤微生物提供了新的碳源刺激了微生物的礦化作用[42-43]。一些研究則表明生物質(zhì)炭施用時(shí)間過長(250 ~ 500 d)，導(dǎo)致其吸附的土壤中的有機(jī)物質(zhì)無法釋放，使微生物缺乏營養(yǎng)源，土壤氮礦化減少[40]，還有一些研究表明生物質(zhì)炭的加入對土壤的氮礦化的影響不大[44]，或者抑制了土壤氮礦化[45]?？梢姡镔|(zhì)炭對于土壤氮素礦化的影響在不同的條件下可能得到不同的結(jié)論，基于本試驗(yàn)可以進(jìn)一步分析生物質(zhì)炭與氮肥配施對土壤氮礦化的影響，從而探索生物質(zhì)炭與氮肥配施對土壤氮素的影響機(jī)理。

有報(bào)道指出土壤微生物生物量氮不僅可以表征土壤中微生物的數(shù)量水平，與土壤可礦化氮之間也呈現(xiàn)出顯著的正相關(guān)關(guān)系[46]。本研究也表明土壤微生物生物量氮的含量與堿解氮的含量呈顯著正相關(guān)。本試驗(yàn)條件下，生物質(zhì)炭與適量氮肥配施提高了土壤微生物生物量氮和堿解氮的含量，在烤煙生長中后期達(dá)到顯著水平，說明生物質(zhì)炭與氮肥的配施提高了土壤中可礦化有機(jī)氮的含量，提高了土壤肥力。宋大利等[47]的研究也表明，秸稈生物質(zhì)炭配施氮肥可以提高潮土土壤微生物生物量氮的含量。微生物生物量氮含量的提高可能是生物質(zhì)炭的添加提高了土壤中有機(jī)碳的含量[48]，土壤碳氮比提高，微生物對于氮素的固定增加，但是氮肥施用不足，微生物生物量氮含量顯著偏低，因此要合理地控制配施氮肥的用量。此外，根系分泌物也能夠促進(jìn)土壤中微生物的繁殖，生物質(zhì)炭與氮肥配施提高了土壤中氮素含量，促進(jìn)了煙株的生長，提高了作物根系生物量和分泌物量[49-50]，從而提高了微生物生物量氮的含量。生物質(zhì)炭自身的特性也為微生物提供了良好的棲息環(huán)境[51]，提高了土壤中微生物的豐度。氮肥用量對土壤微生物量氮的影響也很大，本試驗(yàn)研究結(jié)果表明，減氮量過多(減氮60%)微生物生物量氮含量顯著低于其他處理，而適量的減氮對土壤微生物生物量氮的影響并不大，這與云鵬等[52]在潮土上的研究類似，說明適量的減氮仍然可以保證土壤微生物生物量氮含量。

4 結(jié)論

生物質(zhì)炭與氮肥配施能夠顯著增加土壤中15N殘留量、土壤無機(jī)氮、堿解氮、微生物生物量氮的含量，提高肥料氮在煙葉中的占比。生物質(zhì)炭與氮肥配施使烤煙對當(dāng)季肥料氮的利用率提高了25.4% ~ 63.3%，減小烤煙對土壤氮的依存率。生物質(zhì)炭與減量30% 氮肥配施的處理植煙土壤氮素水平與對照差異不大或略高于對照，完全可以保證煙株正常生長和成熟，且氮肥減量施用降低了面源污染的風(fēng)險(xiǎn)，從而達(dá)到節(jié)約資源保護(hù)環(huán)境的目的。但是由于生物質(zhì)炭的來源不同、土壤質(zhì)地和環(huán)境條件的不同等，不同地區(qū)減氮潛力可能會(huì)有一定的差異，仍然需要開展更多相關(guān)性研究，探索生物質(zhì)炭促進(jìn)氮肥利用的機(jī)理。

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Effects of Biochar Addition Combined with Nitrogen Fertilizer on Soil Nitrogen and Nitrogen Utilization of Flue-cured Tobacco

WU Jianan1, YAN Haitao1, PENG Guixin2, LV Shijun1, YU Jianchun2, ZHANG Lu1, YANG Yongfeng2, LIU Guoshun1*

(1 National Tobacco Cultivation and Physiology and Biochemistry Research Centre / Key Laboratory for Tobacco Cultivation in Tobacco Industry / Henan Engineering Research Center for Biochar, Zhengzhou 450002, China; 2 China Tobacco Henan Industrial Co., Ltd., Zhengzhou 450000, China)

In order to explore the effects of the combination of biochar and nitrogen fertilizer on the circulation of soil nitrogen and nitrogen utilization in flue-cured tobacco, a pot experiment was conducted with15N trace technique. Four treatments were set: 5 g pure nitrogen per pot (CK), 5 g pure nitrogen and 100 g biochar per pot (T1), 3.5 g pure nitrogen and 100 g biochar per pot (T2), 2 g pure nitrogen and 100 g biochar per pot (T3). The contents of15N, NH4+-N, NO– 3-N, alkali hydrolysable nitrogen(AN) and microbial biomass nitrogen (MBN) in soil in different growth periods and the accumulation of nitrogen from different resources in leaves at 90 days after transplanting were measured. The results showed under the same content of nitrogen, biochar application improved the contents of15N, NH4+-N, NO– 3-N, AN and MBN in soil and the nitrogen accumulation in tobacco leaves. The combination of biochar and nitrogen fertilizer improved the percentage of nitrogen fertilizer in leaves and increased the rate of15N utilization by 25.4%–63.6%. Compared with CK, the contents of NH4+-N, NO– 3-N, AN and SMBN of T2 increased 17.3%, 8.0%, 7.2% and 11.3%, respectively at 75 days after transplanting, AN and SMBN were also higher than the control at 90 days. Under the test conditions, the combination of biochar and nitrogen fertilizer has a significant effect on soil nitrogen, and the reduction of nitrogen fertilizer by 30% is feasible when biochar applied.

Biochar; Nitrogen fertilizer;15N; Inorganic nitrogen; Distribution of nitrogen; Nitrogen utilization

10.13758/j.cnki.tr.2018.02.005

植煙土壤肥力培育及提高肥料利用率技術(shù)研究項(xiàng)目(30800665)和基于土壤碳氮平衡的煙草專用肥工程化技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目(ZW2014005)資助。

(liugsh1851@163.com)

吳嘉楠(1993—)，女，河南洛陽人，碩士研究生，主要從事煙草栽培方向的研究。E-mail: 727539468@qq.com

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