長期不同施肥制度下植煙土壤氮組分變化及影響因素分析

肖 鑫，叢 萍，徐艷麗，況 帥，楊如意，戰徊旭，姜淑禎，張 燕，董建新*

長期不同施肥制度下植煙土壤氮組分變化及影響因素分析

肖 鑫1,2，叢 萍1，徐艷麗1，況 帥1，楊如意1,2，戰徊旭1，姜淑禎1,2，張 燕1,2，董建新1*

（1.中國農業科學院煙草研究所，農業部煙草生物學與加工重點實驗室，中國農業科學院青島煙草資源與環境野外科學觀測試驗站，青島 266101；2.中國農業科學院研究生院，北京 100081）

探究不同施肥處理土壤氮組分變化及其與土壤化學性質、酶活性和基因豐度之間的關系。試驗共設5個處理：不施肥（CK）、無機肥（NPK）、有機肥（OM）、無機肥與有機肥配施（NPKO）和無機肥與冬閑季種植綠肥（NPKG）。結果表明：（1）與CK和NPK相比，OM和NPKO處理顯著增加土壤全氮、微生物量氮、可溶性有機氮和硝態氮含量。（2）與CK相比，OM和NPKO處理顯著增加土壤中全碳、微生物量碳和有效磷含量；與NPK相比，OM處理對碳組分和有效磷含量提升效果顯著。（3）與CK相比，OM、NPKO和NPKG處理顯著提高土壤氨單加氧酶、硝酸還原酶及土壤脲酶活性和、、及功能基因豐度，增幅分別為9.47%～31.13%、46.46%～1613.48%、50.41%～323.72%、108.19%～611.02%、64.19%～252.15%、153.20%～373.21%和56.90%～299.47%，而NPK處理顯著降低土壤硝酸還原酶、土壤脲酶及土壤亮氨酸氨基肽酶活性和及功能基因豐度。（4）土壤硝酸還原酶、脲酶和氧化亞氮還原酶是土壤氮組分變化的主要影響因子且土壤硝酸還原酶與土壤氮組分之間具有極顯著相關性（<0.01）。在長期施肥條件下，土壤氮轉化關鍵酶活性是影響植煙土壤氮素轉化的關鍵因素。

植煙土壤；氮組分；環境因子；土壤酶活性；基因豐度；結構方程；冗余分析

氮素是植物生長不可或缺的營養元素之一，對烤煙煙葉產量和質量都有重要影響[1]。氮素供應不足和過多都會對煙葉產量和品質產生負面影響[2]。在我國煙葉生產過程中，化學氮肥普遍過量施用，加之在土壤中極易損失，利用率較低[3]，會增加土壤硝酸鹽淋溶風險，加劇植煙土壤酸化和面源污染[4]。

土壤氮素礦化及其微生物多樣性與土壤類型及耕作、施肥、秸稈還田等措施關系密切[5-6]。其中，施肥是影響植煙土壤氮素轉化和酶活性最為關鍵的因素之一。長期施肥會改變土壤養分的有效性和平衡。王亞麟[7]研究認為，單施無機肥會使土壤中有機氮少量增加，但不能明顯提高土壤有機質及全氮含量。朱夢遙[8]、楊子儀等[9]研究結果表明，施肥能夠顯著增加植煙土壤全氮、微生物量碳和氮含量。土壤酶作為土壤質量的生物活性指標在土壤生態系統中扮演著重要角色，與土壤養分循環、能量轉移和環境質量等密切相關[10]。劉威等[11]、李想等[12]、楊海濱等[13]研究結果表明，長期施肥下植煙土壤和植茶土壤脲酶（UE）、硝酸還原酶（NR）和亞硝酸還原酶（NiR）活性有不同程度增強。然而，長期施肥對植煙土壤氮組分變化的影響研究還少有報道，植煙土壤氮組分與理化性質、酶活性及基因豐度之間的關系也需要進一步研究。因此，研究長期施肥下植煙土壤氮組分變化特征，了解土壤氮組分與環境因子和氮轉化的微生物特性之間的關系，對科學認識植煙土壤肥力演變特征和指導合理施肥具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況與供試材料

試驗地為中國農業科學院青島煙草資源與環境野外科學觀測試驗站（36°26′ N，120°34′ E，海拔75.0 m），地勢平坦，屬溫帶季風氣候，年平均氣溫12.7 ℃，降水量662.1 mm，蒸發量1?612.0 mm，無霜期203 d。試驗始于2009年，烤煙單作，生育期為每年5月中下旬至9月中下旬。土壤類型為棕壤，試驗前耕層（0～20 cm）土壤pH為5.56，有機質為1.66 g/kg，堿解氮、有效磷和速效鉀分別為52.69、10.6和105.25 mg/kg。

1.2 試驗設計

試驗共設置5個處理：①不施肥（CK）；②無機肥（NPK）；③有機肥（OM）；④無機肥與有機肥配施（NPKO）；⑤無機肥與冬閑季種植綠肥（NPKG）。有機肥為牛糞，綠肥為黑麥草。每個處理3次重復，隨機區組設計，各小區面積為22 m2。供試烤煙品種為NC89，每年5月下旬移栽，行株距為1.1 m×0.5 m，各小區栽煙40株。供試肥料：牛糞（含有機碳201.27 g/kg，N 11.40 g/kg，P2O510.15 g/kg，K2O 19.55 g/kg，鈣25.20 g/kg，鎂16.00 g/kg），復合肥（N 15%，P2O515%，K2O 15%），硫酸鉀（K2O 50%），磷酸二銨（N 16%，P2O540%），硝酸鉀（N 13%，K2O 46%），冬季綠肥黑麥草播種量為172.5 kg/hm2。田間管理措施按照當地種植習慣進行。各處理具體施肥量見表1。

1.3 樣品采集與測定

于2022年烤煙旺長期（移栽后50 d），在每個小區內用五點取樣法采集耕層（0～20 cm）土壤，充分混勻后四分法留取1.5 kg土樣：一部分樣品4 ℃保存，用于測定土壤硝態氮（NO? 3-N）、銨態氮（NH+ 4-N）、微生物量碳（MBC）和可溶性有機碳（DOC）等指標；另一部分風干研磨過篩后用于測定土壤pH、全氮（TN）、全碳（TC），速效鉀（AK）和有效磷（AP）含量。

表1 試驗處理肥料施用

1.3.1 土壤化學性質測定 全氮（TN）采用半微量凱氏定氮法測定，銨態氮（NH+ 4-N）和硝態氮（NO? 3-N）采用1 mol/L氯化鉀溶液浸提SEAL AA3連動流動分析儀測定，全碳（TC）采用HT3100分析儀（Jena Analytik，德國）測定，微生物量碳（MBC）和氮（MBN）采用氯仿熏蒸-硫酸鉀浸提法測定，可溶性有機碳（DOC）、可溶性有機氮（DON）采用K2SO4-MultiC/N3100分析儀（Jena Analytik，德國）測定，有效磷（AP）采用鉬銻抗比色法測定，速效鉀（AK）采用乙酸銨浸提-火焰光度計法測定。

1.3.2 土壤酶活性測定 土壤硝酸還原酶（NR）、亞硝酸還原酶（NiR）、脲酶（UE）和亮氨酸氨基肽酶（LAP）采用蘇州科銘生物技術有限公司提供的試劑盒進行測定，氨單加氧酶（AMO）和氧化亞氮還原酶（NOS）采用上海酶聯生物科技有限公司提供的試劑盒進行測定。

1.3.3 熒光定量PCR 采用Real-time PCR法測定、、、和基因豐度，反應在ABI7300 型熒光定量（Applied Biosystems，美國）上進行。反應體系為：2×ChamQ SYBR Color qPCR Maste Mix（南京諾唯贊生物科技有限公司）10 μL，上下游引物（5 μmol/L）各0.8 μL，50×ROXReference 0.4 μL，DNA模板2 μL，最后用超純水補充至20 μL。熒光定量PCR采用兩步法進行，條件為：95 ℃ 3 min；95 ℃ 5 s；58 ℃ 30 s；72 ℃ 1 min，40個循環。熒光定量PCR擴增效率為98.49%，2為0.997?3；擴增效率為89.18%，2為0.999?1；擴增效率為99.13%，2為0.999?8；擴增效率為103.61%，2為0.994?1；擴增效率為94.67%，2為0.990?1。

1.4 數據分析

采用Microsoft Excel 2016對試驗數據進行整理分析，利用IBM Statistics SPSS 26.0采用LSD法進行單因素方差分析和主成分分析，Origin 2021作圖；SPSS-AMOS進行結構方程建模（SEM）分析假設的途徑，以解釋氮組分變化的影響；Canoco 5.0軟件進行冗余分析（RDA）。

2 結 果

2.1 不同施肥處理對植煙土壤氮組分的影響

不同施肥處理后植煙土壤氮組分見圖1。與CK處理相比，各施肥處理均能顯著提高土壤TN含量；與NPK處理相比，施用有機肥處理TN含量增幅為21.87%～88.40%，其中，OM處理顯著高于其他處理。與CK和NPK處理相比，施用有機肥處理均提高了土壤MBN和DON含量，增幅分別為25.28%～104.55%和29.10%～83.04%，其中OM和NPKO處理增幅最大。與CK處理相比，NPK處理顯著增加NH+ 4-N含量，增幅為44.47%；與NPK處理相比，OM處理處理顯著降低NH+ 4-N含量，降幅為71.19%。與CK處理相比，各施肥處理均顯著增加NO? 3-N含量，其中NPKO處理增幅最大，為459.49%；與NPK處理相比，OM和NPKO處理顯著提高NO? 3-N含量，增幅分別為37.02%和115.00%。

注：不同小寫字母表示處理間差異顯著（<0.05），下同。

Note: Different lowercase letters indicate significant differences among treatments (<0.05), the same below.

圖1 不同施肥處理對植煙土壤氮組分的影響

Fig. 1 Effects of different fertilization treatments on nitrogen composition of tobacco-planting soil

2.2 不同施肥處理對植煙土壤氮轉化關鍵酶活性的影響

從圖2可知，與CK處理相比，施用有機肥處理顯著提高AMO、NR和UE活性，其中OM處理提升幅度最大，增幅分別為31.13%、1613.48%和323.72%，而NPK處理顯著降低NR、UE和LAP活性，降幅分別為36.11%、44.08%和10.88%。與NPK處理相比，OM處理顯著提高AMO、NR、NiR、UE和LAP活性，增幅分別為24.60%、2?582.05%、71.26%、657.73%和50.25%。與其余處理相比，NPKG顯著降低NOS活性，降幅為14.92%～18.10%。

圖2 不同施肥處理對植煙土壤氮轉化關鍵酶活性的影響

2.3 不同施肥處理對植煙土壤氮轉化功能基因豐度的影響

由圖3可知，土壤、、、和基因豐度范圍分別為3.14×107～7.94×107、5.67×106～5.62×107、2.13×107～9.03×107、4.42×107～ 2.31×108和7.26×107～3.45×108copies/g。其中，OM處理的、、、和基因豐度顯著高于其他處理。與CK處理相比，NPK處理顯著降低和基因豐度，降幅分別為45.31%和17.03%。與CK和NPK處理相比，NPKO和NPKG處理的、、和基因豐度顯著增加。

圖3 不同施肥處理對植煙土壤氮轉化功能基因豐度的影響

2.4 不同施肥處理對植煙土壤化學性質的影響

2.4.1 不同施肥處理對土壤碳組分的影響 不同施肥處理后植煙土壤碳組分如圖4所示。與CK處理相比，OM處理顯著提高TC、MBC和DOC含量，增幅分別為48.30%、75.14%和38.80%，NPKO處理顯著提高TC和MBC含量，增幅分別為30.36%和53.16%。與NPK處理相比，OM處理顯著提高3種碳組分含量，增幅分別為44.00%、64.86%和35.40%，NPKO處理顯著提高TC和MBC含量，增幅分別為26.58%和44.16%。

圖4 不同施肥處理對土壤碳組分的影響

2.4.2 不同施肥處理對土壤pH的影響 不同施肥處理后植煙土壤pH如圖5。與CK處理相比，NPK處理顯著降低pH，降低了0.24個單位，pH為5.08；OM處理顯著提高pH，增加了1.01個單位，pH為6.33；NPKO和NPKG處理土壤pH與CK相比較無顯著差異。綜上所述，長期施用無機肥（NPK處理）導致土壤pH顯著下降，而長期施用有機肥（OM處理）顯著提升土壤pH。

圖5 不同施肥處理對土壤pH的影響

2.4.3 不同施肥處理對土壤速效鉀和有效磷的影響 不同施肥處理對植煙土壤速效養分的影響如圖6所示。AK含量由高到低依次為NPK>NPKG> NPKO>OM>CK，與CK處理相比，NPK、NPKO和NPKG處理均顯著增加AK含量，增幅為18.44%～ 762.84%。與NPK處理相比，OM和NPKO處理顯著降低AK含量，降幅分別為79.18%和27.93%。AP含量由高到低依次為NPKG>OM>NPK>NPKO>CK，與CK處理相比，各施肥處理均顯著提高土壤AP含量，增幅為206.03%～363.29%。

圖6 不同施肥處理對土壤速效鉀和有效磷的影響

2.5 影響氮素轉化的關鍵因子分析

圖7為氮組分變化的結構方程模型（SEM）（GFI=0.953，SRMR=0.009?4），進一步反映了肥料施入后，土壤養分因子、氮轉化酶活性和氮轉化相關功能基因對氮組分變化的影響路徑。圖中顯示氮轉化相關酶活性與氮組分極顯著正相關（=0.713，<0.01）。同時氮轉化相關功能基因分別與土壤養分因子（=0.358，<0.01）和氮轉化相關酶活性（=0.866，<0.01）極顯著正相關。結果表明，氮轉化相關酶活性對氮組分的改變產生直接影響。

注：箭頭旁的數字表示標準化路徑系數。***代表<0.001。

Note: Numbers beside arrows denote standardized path coefficients. Significanes indicated with *** at< 0.001.

圖7 氮組分變化的結構方程模型

Fig. 7 Structural equation model for nitrogen composition changes

從氮組分和土壤化學性質的冗余分析（圖8a）結果來看，前兩軸累計解釋率79.47%，說明這些指標能夠很好地反映氮組分變化。在這些土壤化學因子中，MBC、AK和AP對氮組分的影響達到極顯著水平（<0.01），對氮組分的解釋率分別為65.6%、16.5%和10.7%。其中，MBC和AP與NH+ 4-N之間具有負相關關系，而與NO? 3-N、DON、MBN和TN之間均表現為正相關關系；其余土壤化學因子與氮組分之間相關性較弱。通過氮組分和氮轉化關鍵酶活性的冗余分析（圖8b）可知，前兩軸累計解釋土壤氮組分變異的77.3%。其中，NR和UE與NH+ 4-N之間表現為負相關關系，而與其余氮組分均表現為正相關關系；NOS與無機氮組分和有機氮組分之間均表現為正相關關系，而與TN表現出負相關關系；其余氮轉化相關酶活性與氮組分之間的相關性不顯著。土壤硝酸還原酶對TN及氮組分變異的解釋率達到了極顯著水平（<0.01），土壤脲酶和氧化亞氮還原酶達到了顯著水平（<0.05）。通過氮組分與氮轉化功能基因的冗余分析（圖8c）可知，氮轉化功能基因與NH+ 4-N呈負相關關系，與其余氮組分呈正相關關系；、和基因對TN及氮組分變異的解釋率達到了極顯著水平（<0.01）。

圖8 氮組分與土壤化學性質（a）、氮轉化關鍵酶活性（b）和氮轉化功能基因（c）的冗余分析

3 討 論

3.1 不同施肥處理下植煙土壤氮組分

氮素是作物生長的必需營養元素之一，作物吸收的氮素50%以上來自土壤，其余來源于當季施用的肥料[14]。本研究結果表明，長期無機肥與有機肥配施處理土壤TN含量較單施化肥增加，這與宋邦鵬[15]的研究一致。這可能是施入無機肥與有機肥后影響微生物活性，增加土壤養分含量。土壤MBN含量能夠反映土壤肥力狀況和土壤供氮水平[16]。本研究中，長期施肥能夠增加耕層土壤MBN和DON含量，且施用有機肥處理中微生物量含量高于單施無機肥處理，這可能是因為施肥為土壤微生物生長提供了良好的環境條件，充足的碳源和營養物質可促進微生物繁殖，進而提高土壤微生物生物量水平[17-18]。土壤無機氮是反映土壤質量和植物生長狀況的關鍵指標，可以反映土壤氮素供應能力[19]。本研究中，長期施肥增加了土壤中的NO? 3-N含量，與前人的研究結論一致[20]。

3.2 不同施肥處理下植煙土壤酶活性及氮轉化功能基因豐度

土壤酶活性能反映土壤生物活性和生化反應強度，被認為是評價土壤肥力的重要指標[21]。NR和NiR是硝酸鹽轉化為NO過程中的重要土壤酶[22-23]，其中NR活性可以表示氮素轉化強度[24]。本研究中，長期施用有機肥能顯著增強植煙土壤NR和NiR活性，從而提升土壤生物肥力，促進根系吸收更多氮素，增強氮轉化關鍵酶活性[25-26]，在一定程度上也會促進土壤反硝化作用進行[27]。UE是參與土壤氮素循環酶類中唯一能夠直接水解尿素的酶[28]。LAP在氮循環過程中可水解蛋白質，其活性可以充分反映土壤氮素轉化和供給情況[29]。本研究表明施用有機肥處理的UE和LAP活性與CK和NPK相比均有不同程度增強，其中，OM處理的UE和LAP活性較高，這與王鵬等[30]的研究結果一致。這可能是有機肥為微生物的繁殖和生長提供了必需碳源，增加了酶作用底物從而間接提高酶活性[31]。相反長期施用化肥處理的LAP活性顯著降低，可能是由于銨態氮含量顯著增加抑制了該酶活性，表現出一定的負反饋調節作用[32]。冗余分析表明，NR和UE活性與TN、MBN、DON和NO? 3-N之間具有正相關關系，表明反硝化作用關鍵酶與土壤氮含量之間存在密切聯系。因此，長期施肥顯著提高了氮轉化關鍵酶活性，增強了土壤氮庫的周轉能力，增加土壤有效氮含量。

土壤硝化作用的氨氧化過程是主要限速步驟[33]。本研究表明，硝化相關基因豐度高于，這與Chen等[34]、Boyle-Yarwood等[35]研究結果一致。長期施用有機肥處理顯著增加和基因豐度，可能是有機肥為硝化細菌提供了更多可利用的無機營養物質和碳源[36]，有助于促進硝化作用。反硝化作用是生物固氮的主要途徑，也是實現氮素完整循環的重要環節[37]。解開治等[38]、龔偉等[39]研究發現無機肥與有機肥配施處理顯著提高土壤和基因豐度，這與本研究結果一致。這可能是因為土壤養分能夠滿足反硝化微生物生長繁殖的要求，從而刺激反硝化微生物的大量繁殖。陳娜等[40]等發現有機肥處理、和反硝化細菌豐富顯著高于無機肥處理，這是因為長期施入有機肥為反硝化細菌和其他微生物提供了大量生物有效性碳源，促進微生物的大量繁殖，微生物活性的提高反過來又促進有機物的降解，從而增加土壤中的速效養分，為微生物的生長繁殖提供適宜的環境。

3.3 不同施肥處理下植煙土壤化學性質

本研究當中，與CK相比，各施肥處理均提高AK和AP含量。OM和NPKG處理AP含量顯著高于NPK，這可能是因為有機肥中含磷量較高，且有機肥的施入影響微生物活動及區系組成，進一步影響磷素的有效性[41]。長期施用有機肥處理的土壤碳全量和有機量均有不同程度提高，這可能是由于有機肥中含有大量的有機物，通過進一步腐解間接提高土壤碳含量[42]。OM和NPKO處理的TC和MBC含量均高于其余施肥處理，可能是有機肥不僅能為土壤微生物提供生命活動所必需的C、N等營養元素，而且能夠構建合理的土壤C/N，改變土壤物理性狀，為微生物營造適宜的生長環境和營養條件，從而提高土壤中微生物生物量[43]。冗余分析也表明，MBC、pH和TC含量與TN、MBN、DON和NO? 3-N之間具有極顯著正相關關系。

4 結 論

長期施肥能夠增加植煙土壤中氮組分含量和其他土壤養分含量，其中施用有機肥增加幅度最大。長期施用有機肥能夠增加土壤氮轉化關鍵酶活性和功能基因豐度，而無機肥處理顯著降低和基因豐度。土壤氮轉化關鍵酶活性是影響氮組分變化的直接因素，在長期施肥條件下，土壤硝酸還原酶、脲酶和氧化亞氮還原酶是影響氮組分變化的重要因子。

[1] 李青山，王德權，高政緒，等. 氮肥配施納米碳對植煙土壤氮素轉化及N2O排放的影響[J]. 土壤，2021，53（2）：258-264.

LI Q S, WANG D Q, GAO Z X, et al. Effects of nano-carbon on nitrogen transformation and N2O emissions from tobacco planting soils[J]. Soils, 2021, 53(2): 258-264.

[2] 劉青麗，張云貴，焦永鴿，等. 西南煙區氮素供應與烤煙氮素吸收的關系[J]. 植物營養與肥料學報，2017，23（3）：757-764.

LIU Q L, ZHANG Y G, JIAO Y G, et al. Relationship between nitrogen supply and nitrogen absorption of flue-cured tobacco in southwest China[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2017, 23(3): 757-764.

[3] 張弘，李影，張玉軍，等. 生物炭對不同氮水平下植煙土壤碳氮轉化的影響[J]. 農學學報，2018，8（9）：27-32.

ZHANG H, LI Y, ZHANG Y J, et al. Biochar affects carbon and nitrogen conversion under different nitrogen application rates in tobacco-planting soil[J]. Journal of Agriculture, 2018, 8(9): 27-32.

[4] 吳洪生，馬文舟，丁軍，等. 不同形態和用量氮肥對玉米生長及氮素利用率影響[J]. 中國農學通報，2023，39（17）：9-16.

WU H S, MA W Z, DING J, et al. Effects of different N fertilizer forms and doses on maize growth and nitrogen use efficiency[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2023, 39(17): 9-16.

[5] 徐一蘭，唐海明，肖小平，等. 長期施肥對雙季稻田土壤微生物學特性的影響[J]. 生態學報，2016，36（18）：5847-5855.

XU Y L, TANG H M, XIAO X P, et al. Effects of different long-term fertilization regimes on the soil microbiological properties of a paddy field[J]. Acta Ecologica Sinica, 2016, 36(18): 5847-5855.

[6] ASHRAF N M, HU C, WU L, et al. Soil and microbial biomass stoichiometry regulate soil organic carbon and nitrogen mineralization in rice-wheat rotation subjected to long-term fertilization[J]. Journal of Soils and Sediments, 2020 (prepublish): 1-11.

[7] 王亞麒. 長期種植施肥模式對煙地生產力和養分狀況的影響[D]. 重慶：西南大學，2021.

WANG Y Q. Effects of long-term cultivation and fertilization on tobacco-grown soil productivity and nutrients[D]. Chongqing: Dissertation of Southwest University, 2021.

[8] 朱夢遙. 長期施用有機肥對植煙土壤理化性質和微生物群落的影響[D]. 武漢：華中農業大學，2022.

ZHU M Y. Effects of long-term apply organic fertilizers on physicochemical properties and microbial community of tobacco planting soil[D]. Wuhan: Huazhong Agricultural University, 2022.

[9] 楊子儀，包玲鳳，濮永瑜，等. 深耕配合培肥對植煙根際土壤性質及煙葉產量的影響[J/OL]. 西南農業學報：1-11[2023-10-21]. http://kns.cnki.net/kcms/detail/51.1213.S.20230721.1415.056.html.

YANG Z Y, BAO L F, PU Y Y, et al. Effects of deep tillage and fertilization on soil properties and tobacco yield[J]. Southwest China Journal of Agricultural Sciences: 1-11[2023-10-21]. http://kns.cnki.net/kcms/detail/51.1213.S.20230721.1415.056.html.

[10] 丁維婷，武雪萍，張繼宗，等. 長期有機無機配施對暗棕壤土壤酶活性及春麥產量品質的影響[J]. 中國土壤與肥料，2020（6）：1-8.

DING W T, WU X P, ZHANG J Z, et al. Effects of long-term organic-inorganic combined application on enzyme activity of dark brown soil and yield, quality of spring wheat[J]. Soil and Fertilizer Sciences in China, 2020(6): 1-8.

[11] 劉威，陳小龍，趙園園，等. 有機肥施用對植煙土壤氮素礦化及土壤酶和微生物群落的影響[J/OL]. 土壤：1-11[2023-10-21]. http://kns.cnki.net/kcms/detail/32.1118.p.20230117.1714.001.html

LIU W, CHEN X L, ZHAO Y Y, et al. Effects of organic fertilizers on nitrogen mineralization, soil enzyme activities and microbial communities in tobacco-planting soil[J]. Soils: 1-11[2023-10-21]. http://kns.cnki.net/kcms/detail/32.1118.p.20230117.1714.001.html.

[12] 李想，劉艷霞，陳風雷，等. 長期不同施肥處理對貴州植煙土壤酶活及微生物群落的影響[J]. 中國煙草學報，2019，25（6）：50-59.

LI X, LIU Y X, CHEN F L, et al. Effects of long-term different fertilization treatments on soil enzyme activity and microbial community in tobacco-growing soil of Guizhou Province[J]. Acta Tabacaria Sinica, 2019, 25(6): 50-59.

[13] 楊海濱，李中林，鄧敏，等. 不同施肥措施對重慶茶園土壤氮轉化酶活性的影響[J]. 應用與環境生物學報，2020，26（5）：1107-1114.

YANG H B, LI Z L, DENG M, et al. Effects of the combined application of different fertilizers and urea on nitrogen transformation enzyme activities in tea-garden soil from Chongqing[J]. Chinese Journal of Applied and Environmental Biology, 2020, 26(5): 1107-1114.

[14] 孫昭安，陳清，朱彪，等. 化肥氮對冬小麥氮素吸收的貢獻和土壤氮庫的補償[J]. 植物營養與肥料學報，2020，26（3）：413-430.

SUN Z A, CHEN Q, ZHU B, et al. Contributions of fertilizer N to winter wheat N uptake and compensation of soil N pool in farmland[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2020, 26(3): 413-430.

[15] 宋邦鵬. 不同施氮水平配施有機肥對棉花養分吸收、產量及土壤養分的影響[D]. 烏魯木齊：新疆農業大學，2022.

SONG B P. Effects of different nitrogen levels combined with organic fertilizer application on cotton nutrient absorption, yield and soil nutrien[D]. Urumqi: Xinjiang Agricultural University, 2022.

[16] SEQUEIRA C H, ALLEY M M, JONES B P. Evaluation of potentially labile soil organic carbon and nitrogen fractionation procedures[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2011, 43(2): 438-444.

[17] 李春越，郝亞輝，薛英龍，等. 長期施肥對黃土旱塬農田土壤微生物量碳、氮、磷的影響[J]. 農業環境科學學報，2020，39（8）：1783-1791.

LI C Y, HAO Y H, XUE Y L, et al. Effects of long-term fertilization on soil microbial biomass carbon, nitrogen, and phosphorus in the farmland of the loess plateau, China[J]. Journal of Agro-Environment Science, 2020, 39(8): 1783-1791.

[18] 戚瑞敏，溫延臣，趙秉強，等. 長期不同施肥潮土活性有機氮庫組分與酶活性對外源牛糞的響應[J]. 植物營養與肥料學報，2019，25（8）：1265-1276.

QI R M, WEN Y C, ZHAO B Q, et al. Response of soil organic nitrogen fractions and enzyme activities to cattle manure addition in long-term fertilized fluvo-aquic soil[J]. Journal of Plant Nutrition Fertilizers, 2019, 25(8): 1265-1276.

[19] LI Z L, ZENG Z Q, TIAN D S, et al. Global variations and controlling factors of soil nitrogen turnover rate[J]. Earth-Science Reviews, 2020, 207: 103250.

[20] 邢云霞，劉世亮，劉芳，等. 施氮量對豫中煙區植煙土壤無機氮含量和氮素吸收的調控[J]. 水土保持學報，2015，29（5）：266-272.

XING Y X, LIU S L, LIU F, et al. Effect of nitrogen fertilizer application rate on inorganic nitrogen content and nitrogen absorption of tobacco-planted soil in midland of Henan Province[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2015, 29(5): 266-272.

[21] 王含瑞，徐得雨，肖雯麗，等. 生物有機肥替代化肥對旱地玉米土壤養分和產量的影響[J]. 山西農業科學，2022，50（8）：1105-1110.

WANG H R, XU D Y, XIAO W L, et al. Effects of bio-organic fertilizer replacing chemical fertilizer on soil nutrients and yield of maize in dryland[J]. Journal of Shanxi Agricultural Sciences, 2022, 50(8): 1105-1110.

[22] 丁濟娜，李東坡，武志杰，等. 土壤理化性質與生物活性對持續施用緩/控釋尿素肥料的響應[J]. 生態學雜志，2014，33（7）：1769-1778.

DING J N, LI D P, WU Z J, et al. Responses of soil physicochemical properties and biological activity to continuous application of slow/controlled releasing urea[J]. Chinese Journal of Ecology, 2014, 33(7): 1769-1778.

[23] 王蘇平，輝建春，林立金，等. 施肥制度對川中丘陵區玉米不同生育期土壤反硝化酶活性的影響[J]. 水土保持研究，2012，19（3）：274-277，283.

WANG S P, HUI J C, LIN L J, et al. Effect of fertilizer on soil denitrification enzyme activity at different growth stages of maize in hilly regions of middle Sichuan[J]. Research of Soil and Water Conservation, 2012, 19(3): 274-277, 283.

[24] 劉天. 添加秸稈和生物炭對煙田生態系統凈碳收支的影響[D]. 鄭州：河南農業大學，2022.

LIU T. Effects of biochar and straw returning on net carbon budget of tobacco-field ecosystem[D]. Zhengzhou: Henan Agricultural University, 2022.

[25] 王書停，李文廣，蔡慧芳，等. 有機無機肥配施對旱地冬小麥產量和氮素吸收利用的影響[J]. 農業資源與環境學報，2023，40（2）：393-402.

WANG S T, LI W G, CAI H F, et al. Effects of the combined application of organic and inorganic fertilizers on yield and nitrogen uptake and utilization by winter wheat in drylands[J]. Journal of Agricultural Resources and Environment, 2023, 40(2): 393-402.

[26] 陶瑞. 化肥減量有機替代下滴灌農田氮素轉化與N2O排放[D]. 石河子：石河子大學，2015.

TAO R. Response of soil N transformation and nitrous oxide emission to organic fertilizer partial substitution for chemical fertilizer on drip irrigated cotton field[D]. Shihezi: Shihezi University, 2015.

[27] 羅躍. 河西綠洲灌區玉米間作綠肥根茬還田的氮肥減施效應[D]. 貴陽：貴州大學，2022.

LUO Y. Effects of nitrogen fertilizer reduction on maize intercropping with green manure root returning to field in Hexi oasis irrigation area[D]. Guiyang: Guizhou University, 2022.

[28] 朱孔鑫，莊舜堯，錢壯壯，等. 套種綠肥對尾巨桉人工林土壤細菌群落特征的影響[J]. 土壤，2023，55（2）：313-320.

ZHU K X, ZHUANG S Y, QIAN Z Z, et al. Effects of green manure intercropping on soil bacterial community of×plantation[J]. Soils, 2023, 55(2): 313-320.

[29] 錢佳彤. 不同輪作與施肥方式下土壤固碳特征及碳氮轉化研究[D]. 重慶：西南大學，2022.

QIAN J T. Study on soil carbon fixation characteristics and carbon and nitrogen transformation under different rotation and fertilization[D]. Chongqing: Southwest University, 2022.

[30] 王鵬，溫明霞，金龍飛，等. 不同施肥處理對柑橘根圍土壤質量及叢枝菌根定殖的影響[J/OL]. 應用生態學報：1-9[2023-10-21]. DOI:10.13287/j.1001-9332.202310.012.

WANG P, WEN M X, JIN L F, et al. Effects of different fertilizer applications on citrus rhizosphere soil quality and arbuscular mycorrhizae colonization[J]. Chinese Journal of Applied Ecology: 1-9[2023-10-21]. DOI:10.13287/j.1001-9332.202310.012.

[31] 王興龍，朱敏，楊帆，等. 配施有機肥減氮對川中丘區土壤微生物量與酶活性的影響[J]. 水土保持學報，2017，31（3）：271-276.

WANG X L, ZHU M, YANG F, et al. Effects of reducing nitrogen and applying organic fertilizers on soil microbial biomass carbon and enzyme activity in the hilly area of central Sichuan basin[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2017, 31(3): 271-276.

[32] 閔凱凱，何向陽，吳倩怡，等. 參與碳氮磷轉化的水解酶對不同施肥響應的差異[J]. 土壤，2020，52（4）：718-727.

MIN K K, HE X Y, WU Q Y, et al. Different responses of soil hydrolases involved in transformation of carbon, nitrogen and phosphorus to different fertilizers[J]. Soils, 2020, 52(4): 718-727.

[33] DE BOER W, KOWALCHUK G A. Nitrification in acid soils: micro-organisms and mechanisms[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2001, 33(7-8): 853-866.

[34] CHEN X P, ZHU Y G, XIA Y, et al. Ammonia-oxidizing archaea: important players in paddy rhizosphere soil?[J]. Environmental Microbiology, 2008, 10(8): 1978-1987.

[35] BOYLE-YARWOOD S A, BOTTOMLEY P J, MYROLD D. D. Community composition of ammonia-oxidizing bacteria and archaea in soils under stands of red alder and Douglas fir in oregon[J]. Environmental Microbiology, 2008, 10(11): 2956-2965.

[36] 趙普生，韓苗，熊子怡，等. 長期定位施肥對中性紫色土硝化作用及氨氧化微生物的影響[J]. 中國土壤與肥料，2018（5）：85-90.

ZHAO P S, HAN M, XIONG Z Y, et al. Effects of long-term fertilization on the nitrification and ammoxidation in neutral purple soil[J]. Soil and Fertilizer Sciences in China, 2018(5): 85-90.

[37] WALLENSTEIN M D, MYROLD D D, FIRESTONE M, et al. Environmental controls on denitrifying communities and denitrification rates: insights from molecular methods[J]. Ecological applications, 2006, 16(6): 2413-2152.

[38] 解開治，徐培智，蔣瑞萍，等. 有機無機肥配施提升冷浸田土壤氮轉化相關微生物豐度和水稻產量[J]. 植物營養與肥料學報，2016，22（5）：1267-1277.

XIE K Z, XU P Z, JIANG R P, et al. Combined application of inorganic and organic fertilizers improve rice yield and the abundance of soil nitrogen-cycling microbes in cold waterlogged paddy fields[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2016, 22(5): 1267-1277.

[39] 龔偉，顏曉元，王景燕. 長期施肥對土壤肥力的影響[J]. 土壤，2011，43（3）：336-342.

GONG W, YAN X Y, WNAG J Y. Effect of long-term fertilization on soil fertility[J]. Soils, 2011, 43(3): 336-342.

[40] 陳娜，劉毅，黎娟，等. 長期施肥對稻田不同土層反硝化細菌豐度的影響[J]. 中國環境科學，2019，39（5）：2154-2160.

CEHN N, LIU Y, LI J, et al. Effects of long-term fertilization on the abundance of the key denitrifiers in profile of paddy soil profiles[J]. China Environmental Science, 2019, 39(5): 2154-2160.

[41] 張秀芝. 長期施肥對黑土及團聚體中有機磷形態的影響及轉化研究[D]. 長春：吉林農業大學，2020.

ZHANG X Z. Effects of long-term fertilization on phosphorus characteristic and transformation in black soil and its aggregates[D]. Changchun: Jilin Agricultural University, 2022.

[42] SPIELES D J, MITSCH W J. Macroinvertebrate community structure in high-and low-nutrient constructed wetlands [J]. Wetlands, 2000, 20: 716-729.

[43] 李春越，苗雨，薛英龍，等. 長期施肥黃土旱塬農田土壤-微生物-植物系統碳氮磷生態化學計量特征[J]. 生態學報，2022，42（1）： 370-378.

LI C Y, MIAO Y, XUE Y L, et al. Ecological stoichiometric characteristics of soil-microorganism-plant system in the Loess upland under long-term fertilization [J]. Acta Ecologica Sinica, 2022, 42(1): 370-378.

Analysis of Changes in Nitrogen Components and Influencing Factors in Tobacco Soil under Different Long-term Fertilization Regimes

XIAO Xin1,2, CONG Ping1, XU Yanli1, KUANG Shuai1, YANG Ruyi1,2, ZHAN Huaixu1,JIANG Shuzhen1,2, ZHANG Yan1,2, DONG Jianxin1*

(1. Institute of Tobacco Research of CAAS, Key Laboratory of Tobacco Biology and Processing, Ministry of Agriculture, Qingdao Tobacco Resources and Environment Feild Station of CAAS, Qingdao 266101, China; 2. Graduate School of Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China)

Five treatments were analyzed to investigate the changes in soil N fractions and their relationship with soil chemical properties, enzyme activities and gene abundance in different fertilization treatments, including no fertilization (CK), single application of inorganic fertilizer (NPK), single application of organic fertilizer (OM), combined application of inorganic fertilizer and organic fertilizer (NPKO), and combined application of inorganic fertilizer and winter green manure (NPKG). The results showed that: (1) Compared with CK and NPK, the OM and NPKO treatments significantly increased the contents of soil total nitrogen, microbial biomass nitrogen, water-soluble organic nitrogen and nitrate nitrogen. (2) Compared with CK, the OM and NPKO treatments significantly increased whole carbon, microbial biomass carbon and effective phosphorus contents of the soil; Compared with NPK, the OM treatment had a significant effect on carbon composition and available phosphorus contents. (3) Compared with CK, the OM, NPKO and NPKG treatments significantly increased soil ammonia monooxygenase, nitrate reductase and urease activities and functional gene abundance of,,andby 9.47%～31.13%, 46.46%～1613.48%, 50.41%～323.72%, 108.19%～611.02%, 64.19%～252.15%, 153.20%～373.21% and 56.90%～299.47%, respectively, while NPK significantly reduced the activities of soil nitrate reductase, urease and leucine aminopeptidase andandfunctional gene abundance. (4) Soil nitrate reductase, urease and nitrous oxide reductase were the main influencing factors for the change of soil nitrogen composition, and there was a highly significant correlation between soil nitrate reductase and soil N fractions (p<0.01). Under long-term fertilization conditions, the activities of key enzymes related to soil nitrogen conversion was a key factor affecting nitrogen conversion in tobacco-planting soils.

tobacco-planting soils; nitrogen components; environmental factors; soil enzyme activity; gene abundance; model of structural equations; Redundant analysis

S572.01

A

1007-5119(2023)06-0012-09

中央級公益性科研院所基本科研業務費專項（1610232023011）；山東臨沂煙草有限公司技術開發項目（2021371300260162）

肖 鑫（1998-），男，碩士研究生，主要從事植煙土壤肥力研究。E-mail：xinxiao981208@163.com。*通信作者，E-mail：dongjianxin@caas.cn

2023-08-24

2023-10-28

10.13496/j.issn.1007-5119.2023.06.003