氮素对作物的生长发育及产质量形成起到重要作用，但是，目前我国农田氮肥利用率仅为 30%～35%^[1]，大量的氮素以活性氮形式（硝态氮、铵态氮）淋失到地表水或地下水中^[2]，造成环境面源污染，作物氮肥利用率低。洱海是云贵高原第二大淡水湖泊，近年来，洱海流域水体富营养化加剧^[3]，其中种植业导致的面源污染在总污染负荷中占比最高^[4]。烟草是洱海流域的主要经济产业之一^[5]，如何减少烤烟氮肥使用、降低植烟土壤氮素淋失，对于改善洱海流域生态环境、烟田可持续发展具有重要意义。

已有大量研究表明，聚天冬氨酸（PASP）有利于植物生长和土壤氮素积累^[6]。在牛粪好氧发酵中添加 PASP 能够控制高温堆肥中的氮素流失^[7]，马灿灿等^[8]在室内恒温培养试验中发现，在土壤中加入氮素配以 PASP 后，氮损失量降低，氮素利用率提高。PASP-尿素可提高水稻叶片的叶绿素浓度和光合速率，籽粒产量增加^[9]，减量施氮下 PASP-Ca 与尿素复配能够降低水稻田面氮素浓度，氮肥表观利用率提高^[10]。PASP 可促进小麦的干物质积累和氮素吸收量，对小麦产量有明显提升作用^[11-13]。PASP 通过提高硝酸还原酶（NR）活性促进玉米幼苗氮素同化^[14]，显著提高玉米产量和氮素利用效率^[15]。PASP 与壳聚糖复配配施氮肥能提高谷子土壤中硝态氮和铵态氮的含量，减少氮素流失，延缓叶片衰老进程，进而提高产量^[16]。

前人研究多集中在 PASP 在其他作物上的应用，对于植烟土壤的研究较少，且没有系统性地将土壤和烟叶种植联系起来。因此，本研究通过设置土柱淋失和烤烟盆栽试验，研究添加不同比例 PASP 条件下土壤矿质氮淋失的规律，和 PASP 对不同氮肥梯度下烤烟生长的影响，旨在为洱海流域烟区降低植烟土壤氮素流失、提高烤烟氮肥利用率提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点与材料

试验在河南农业大学烟草学院烟草栽培生理生化实验室进行。在云南省大理白族自治州洱源县凤羽镇采集 0～20 cm 耕层植烟土壤，风干后，用 2 mm 的筛子筛分，除去可见的植物残屑和石子，然后储存备用。土壤基础理化性质见表1。

供试烤烟品种为红花大金元。固态烟草专用有机肥（N 16.13 g/kg）、液态烟草专用肥含（N 60.00 g/kg）均为大理洱海生物肥业有限公司生产。硫酸钾（K₂O 52%）为国投新疆罗布泊钾盐有限责任公司生产，过磷酸钙（P₂O₅ 16%）为云南云天化股份有限公司生产。PASP 购买自上海麦克林生化科技股份有限公司，质量分数为 95%。

1.2 试验设计

1.2.1 土壤氮素淋失试验

采用单因素随机区组试验设计，试验模拟 80 mm/d 降水量（2021 年大理单日最大降水量），每次加入的水量约为 628 mL。按照土柱面积参考洱源当地常规施氮量（N 75 kg/hm²）计算每个土柱的有机肥用量为 3.95 g。共设 4 个处理，CK：不添加 PASP，T1：添加 2.5%PASP，T2：添加 5.0%PASP，T3：添加 7.5%PASP（其中 2.5%、5.0% 和 7.5%PASP 指添加 PASP 的量与施用肥料总氮量的百分比），各处理均重复 3 次。参照田间土壤容重，计算每个土柱所需的土壤重量为 4.04 kg。

采用高 50 cm、内径 10.4 cm 的圆柱形 PVC 管作为材料。装柱前，先将洗净并干燥后的石英砂装填于土柱底部（厚约 1.5 cm），上下各铺一层 0.075 mm 尼龙布，防止土壤颗粒撒漏。然后，将按照容重计算的一半装填土量装入 PVC 管下半层，再将剩余一半土量和烟草专用有机肥及 PASP 均匀混合装入上半层（20 cm 耕层），形成 40 cm 的土柱，装填时压实边缘土壤防止侧渗发生。土样压实装毕，尽量保持其容重与田间土壤容重一致。最后，在表层土壤铺上石英砂和上下两层尼龙布，防止灌水时扰动耕层土壤。

开始时土柱先加入去离子水淋洗使土壤湿润，调节土柱中土壤持水量与田间取样时相同。放置一周后，开始淋失试验。将去离子水用医用输液器控制流速，避免造成地表径流。待淋失液渗出时开始收集，收集完淋失液后，间隔 12 h 进行下一次淋洗，共进行 7 次淋洗。收集淋失液并测定每次的体积，后放入 4℃冰箱保存待测。所有淋洗结束之后，统一测定淋失液样品硝态氮和铵态氮含量。

1.2.2 烟株氮素利用试验

参考土柱氮素淋失结果，并考虑成本效益与大田烤烟实际生长情况，避免烟株吸收过多氮素造成后期落黄困难，故烟株氮素利用试验的 PASP 添加比例设置为 5.0%。采用单因素随机区组试验设计，共 5 个处理，CK：常规施氮、不添加 PASP， T1：常规施氮、添加 5.0%PASP，T2：减氮 10%、添加 5.0%PASP，T3：减氮 20%、添加 5.0%PASP， N0：不施氮、不添加 PASP，各处理均重复 15 次。 CK 按照 1 kg 土中施入 0.50 g 总氮且基肥∶追肥 = 4∶6 施入氮肥，基肥为固态烟草专用有机肥，追肥为液态烟草专用肥，其他处理按照 CK 计算施肥量。减量施氮指基肥和追肥皆减量，减氮的同时保持磷钾肥一致，不足的磷钾肥用过磷酸钙和硫酸钾补足。

将土壤、固态烟草专用有机肥和 PASP 均匀混合装入盆（高 10.2 cm，上口径 17.4 cm，下口径 10 cm，装土 1.8 kg），土样压实装毕，尽量保持其容重与田间土壤容重一致。开始时盆内先加入适量水使土壤湿润，调节土壤持水量与田间取样时相同。放置 1 周后，将烟苗移栽至盆中，在烟苗移栽后 50 d 进行测定取样。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 淋失液体积和硝态氮、铵态氮含量测定

收集每次淋失液并用量筒测定体积，最后一次淋洗结束后，计算淋失液总体积。将各处理所有淋失液均匀混合测定其硝态氮和铵态氮浓度，均使用苏州科铭生物技术有限公司的试剂盒进行测定。

其余指标按以下方法计算^[17]：

$\mathrm{硝}\mathrm{态}\mathrm{氮}\mathrm{淋}\mathrm{失}\mathrm{量}\mathrm{}=\mathrm{}\mathrm{淋}\mathrm{失}\mathrm{液}\mathrm{体}\mathrm{积}\mathrm{}\times \mathrm{}\mathrm{硝}\mathrm{态}\mathrm{氮}\mathrm{浓}\mathrm{度}$

$\mathrm{铵}\mathrm{态}\mathrm{氮}\mathrm{淋}\mathrm{失}\mathrm{量}\mathrm{}=\mathrm{}\mathrm{淋}\mathrm{失}\mathrm{液}\mathrm{体}\mathrm{积}\mathrm{}\times \mathrm{}\mathrm{铵}\mathrm{态}\mathrm{氮}\mathrm{浓}\mathrm{度}$

$\mathrm{矿}\mathrm{质}\mathrm{氮}\mathrm{淋}\mathrm{失}\mathrm{量}\mathrm{}=\mathrm{}\mathrm{硝}\mathrm{态}\mathrm{氮}\mathrm{淋}\mathrm{失}\mathrm{量}\mathrm{}+\mathrm{}\mathrm{铵}\mathrm{态}\mathrm{氮}\mathrm{淋}\mathrm{失}\mathrm{量}$

1.3.2 烟株生长指标的测定

选择各处理长势一致的烟株，测定烟株株高、茎围，选取由下而上第 6 片叶测定叶长和叶宽。

1.3.3 烟叶叶绿素含量和净光合速率的测定

选取由下而上第 6 片叶，使用便携式光合仪（YX-1102G，北京雅欣理仪科技有限公司）测定净光合速率，光源光照度为 800 μmol/（m² ·s）。取鲜烟样测定叶绿素含量，采用 95% 乙醇法测定^[18]。

1.3.4 烟叶碳氮代谢关键酶活性和根系活力的测定

选取由下而上第 6 片叶，取鲜烟样保存在液氮中，测定 NR、谷氨酰胺合成酶（GS）和蔗糖合成酶（合成方向；SS-Ⅱ）的活性，用清水冲洗根系测定烟株根系活力。3 种酶活性和根系活力均使用试剂盒进行测定，试剂盒购买自苏州科铭生物技术有限公司。

1.3.5 烟叶总氮、总糖和还原糖的测定

选取长势一致的植株，取同一部位烟叶在 105℃杀青 15min 后 65℃烘干，使用连续流动化学分析仪（AA Ⅲ，德国 BRAN+LUEBBE 公司）测定相关化学指标。

1.3.6 烟株氮肥利用率的测定

整株取样，分成根、茎、叶三部分，用清水冲洗干净，杀青烘干，称干物质重，并测定植株各部位总氮含量。其余指标按以下方法计算^[19]：

$\mathrm{氮}\mathrm{素}\mathrm{吸}\mathrm{收}\mathrm{量}（\mathrm{g}）=\mathrm{}\mathrm{干}\mathrm{物}\mathrm{质}\mathrm{量}\mathrm{}\times \mathrm{}\mathrm{总}\mathrm{氮}\mathrm{含}\mathrm{量}$

$\mathrm{氮}\mathrm{肥}\mathrm{表}\mathrm{观}\mathrm{利}\mathrm{用}\mathrm{率}（\mathrm{\%}）=（\mathrm{施}\mathrm{氮}\mathrm{处}\mathrm{理}\mathrm{总}\mathrm{吸}\mathrm{氮}\mathrm{量}\mathrm{}-\mathrm{}\mathrm{不}\mathrm{施}\mathrm{氮}\mathrm{处}\mathrm{理}\mathrm{总}\mathrm{吸}\mathrm{氮}\mathrm{量}）/\mathrm{}\mathrm{施}\mathrm{氮}\mathrm{量}\mathrm{}\times 100$

1.4 数据处理与分析

采用 DPS 7.05 和 Origin 2018 进行数据统计分析和作图，用 Duncan’s 新复极差法进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 聚天冬氨酸对土壤氮素淋失的影响

各处理的硝态氮、铵态氮和矿质氮淋失量见图1。由图1 可知，硝态氮是矿质氮的主要淋失形态，占矿质氮淋失量的 98% 以上。添加 PASP 之后，硝态氮、铵态氮和矿质氮的淋失量都显著减少，且随 PASP 添加比例的增加而下降。与 CK 相比，添加 7.5%PASP 之后，硝态氮、铵态氮和矿质氮的淋失量分别下降了 13.60%、26.16% 和 13.74%。试验结果说明，添加 PASP 能够降低土壤中矿质氮的淋失，且添加比例越高降低效果越佳。

注：不同小写字母表示处理间在 0.05 水平上差异显著，下同。

2.2 聚天冬氨酸对烟株生长的影响

由表2 可知，添加同一比例 PASP 之后，烟株各生长指标随着施氮量的减少呈降低的趋势，说明减氮对烟株生长存在负效应。与 CK 相比，常规施氮条件下添加 PASP 后，烟株长势显著变好，T1 处理的株高、茎围、叶长和叶宽分别比 CK 增加了 8.95%、15.71%、10.23% 和 26.16%。随着施氮量的减少，烟株长势变弱，T2 处理的株高和茎围与 CK 相差不大，叶长和叶宽显著高于 CK 8.46% 和 18.31%。T3 处理的株高、茎围和叶宽与 CK 相比无显著差异，叶长低于 CK 7.03%。

注：不同小写字母表示处理间在 0.05 水平上差异显著，下同。

2.3 聚天冬氨酸对烟叶叶绿素含量和净光合速率的影响

叶绿素是作物进行光合作用合成有机物的主要色素^[20]，光合作用是作用生长和产量形成的基础。由表3 可见，T1、T2、T3 处理随着施氮量的减少，叶片叶绿素含量和净光合速率均呈下降趋势。正常施肥条件下添加 PASP 能够显著促进烟叶的叶绿素合成和净光合速率的提高，与 CK 相比，T1 的叶绿素 a、叶绿素 b 和叶绿素总量分别增加了 5.83%、 7.14% 和 6.21%，净光合速率提高了 23.70%。减氮的 2 个处理添加 PASP 后，烟叶的叶绿素 a、叶绿素 b 和叶绿素总量与 CK 相比均没有显著差异，T2 的净光合速率较 CK 提高了 10.81%，T3 的净光合速率较 CK 降低了 9.38%。

2.4 聚天冬氨酸对烟叶碳氮代谢酶活性和根系活力的影响

NR 和 GS 是氮代谢关键酶，能够促进硝酸盐和铵的同化，SS-Ⅱ是碳代谢关键酶，促进蔗糖的合成^[21]。由表4 可以看出，施用 PASP 之后，T1 和 T2 处理的 NR、GS、SS-Ⅱ活性和根系活力均有一定程度的提高，T3 处理的 GS 活性和根系活力与 CK 相比差异不大，NR 活性下降了 5.04%，SS-Ⅱ 活性升高了 50.33%。T1 处理的 NR、GS 活性和根系活力最高，分别高出 CK 10.04%、7.84% 和 16.40%。T2 处理的 SS-Ⅱ活性最高，为 349.64 μg/ （g·min），比 CK 高 74.92%。

2.5 聚天冬氨酸对烟叶总氮、总糖和还原糖的影响

各处理烟叶的总氮和糖含量见表5。常规施氮添加 PASP 后，烟叶的总氮含量显著上升，高于 CK 23.03%，总糖和还原糖含量略有上升，与 CK 差异不明显。减氮添加 PASP 后，与 CK 相比，总氮含量在减氮 10% 添加 PASP 处理中升高，在减氮 20% 添加 PASP 处理中下降，总糖和还原糖含量在减氮处理之后均随下降，且随施氮量的减少而降低。与 CK 相比，T3 的总氮、总糖和还原糖含量分别降低了 6.12%、11.75% 和 17.62%。

2.6 聚天冬氨酸对烟株氮肥利用率的影响

从图2 可以看出，各处理的干物质量和氮素积累量均表现为叶 >茎 >根。4 个处理的根干重差异不明显，T1 的茎干重大于另外 3 个处理，高出最小值的 T3 处理 12.06%，减氮的 2 个处理的叶干重与 CK 相当。各部位的氮素积累量均表现为 T1>T2>CK>T3，与 CK 相比，T2 处理的根、茎氮素积累量略有升高但无显著变化，叶氮素积累量显著升高，T3 处理的各部位氮素积累量均显著小于 CK。从整株氮素积累量来看，各处理间差异显著，T1 最高，为 829.65 mg/ 株，T3 处理最低，为 584.18 mg/ 株， T1 和 T2 处理分别高于 CK 29.09% 和 14.25%，T3 处理低于 CK 9.10%。常规施氮和减施 10% 氮肥添加 PASP 后，烟株的氮肥利用率显著提高，分别比 CK 提高了 57.74% 和 42.54%，减氮 20% 之后添加 PASP，烟株的氮肥利用率与 CK 相当，仅高于 CK 2.81%。试验结果说明，单纯添加 PASP 或减施适量氮肥后添加 PASP 均能提高烟株的氮肥利用率。

3 讨论

3.1 聚天冬氨酸对土壤氮素淋失的影响

PASP 对于降低土壤氮素淋失，提高植物氮素利用率具有重要作用。陈倩等^[22]研究表明，在甜茶幼苗生长土壤中添加 PASP 后，土壤氮素残留率升高、损失率下降，且作用效果随 PASP 添加量的增加而更显著。本试验研究发现，在土柱中添加 PASP 后，土壤淋失液中的硝态氮和铵态氮含量显著下降，且 PASP 添加比例越高，降低效果越好，这可能是因为 PASP 延缓了氮素的释放速度^[23]，从而减少土壤中氮素的淋失。淋失形态以硝态氮为主，与曾招兵等^[24]的研究结果一致，因为土壤胶体大多带负电荷，容易吸附带正电荷的铵态氮，而对带负电荷的硝态氮吸附较弱^[25]。

3.2 聚天冬氨酸对烟株氮素利用的影响

硝态氮和铵态氮是作物吸收氮素的主要形态^[26]，添加 PASP 后，硝态氮和铵态氮淋失减少，土壤中残留氮素增加，促进烟株根系生长^[27]，根系活力提高。较高的根系活力可以加速烟株对氮素的吸收，提高各部位的氮素含量^[28]，叶绿素 a、叶绿素 b 等参加光合作用的主要色素^[29]含量增加，光合作用增强，干物质积累变多。本试验中，施用 PASP 后，烟叶氮代谢关键酶 NR、GS 活性增强，促进叶片氮同化作用，叶绿素含量升高。氮代谢为碳代谢提供酶和光合色素，碳代谢为氮代谢提供碳源和能量^[30]，氮同化作用的促进更有利碳代谢的进行。蔗糖是碳水化合物从叶片碳源向碳库转运的主要形式，蔗糖合成酶可能是限制叶片光合同化物输送的主要因素之一^[31]，碳代谢关键酶 SS-Ⅱ活性显著升高，烟株同化物供给能力增强，促进烟株生长。在高施氮水平下（常规施氮和减氮 10%）添加 PASP 后，烟叶的总氮含量上升，在低施氮水平下（减氮 20%）添加 PASP 后总氮含量下降，添加 PASP 之后，各处理的糖含量相较于 CK 变化不显著或下降，可能是因为 PASP 能够促进烟株氮素同化作用和光合作用，烟叶碳固定和转化代谢强度增大，糖分形式减弱^[32]。PASP 能将氮素螯合聚集在烟株根系附近，加强烟株氮素吸收^[33]，还能吸附 NH₄ ⁺，减少氨挥发造成的氮损失，有利于氮肥缓慢持续供应养分^[34]，从而提高烟株氮肥利用率。正常施氮和少量减施氮肥（减氮 10%）条件下增施 PASP 能促进烟株的生长发育，使叶片碳氮代谢增强，叶绿素含量升高，光合产物增加，叶面积增大，干物质积累变多，氮素积累量显著增加，氮肥利用率提高。结合大田验证试验，减氮 10% 配施 5.0%PASP 处理与 CK 相比，每公顷成本增加 1140 元，产值上升 4545 元，增收 3405 元，通过增效实现了减氮增产，具有经济可行性。

4 结论

PASP 能够降低植烟土壤中硝态氮和铵态氮的淋失，促进烤烟生长，提高烟株根系活力，有利于叶片叶绿素合成和净光合速率的提高，碳氮代谢关键酶活性增强，干物质量和氮素吸收量增加，从而提高烟株氮肥利用率。减氮 10% 配施 PASP 处理各指标均优于 CK，减氮 20% 配施 PASP 处理的烟株生长略弱于 CK，因此，可考虑通过减施 10% 氮肥配以一定比例的 PASP 来减少土壤氮素流失，提高烟株氮肥利用率。

参考文献