始興煙區旱地烤煙氮素利用及生態經濟適宜施氮量

鄒 勇，葉曉青，余志虹，陳雨峰，王 維，陳建軍*

（1.深圳煙草工業有限責任公司，深圳 518109；2.深圳波頓香料有限公司，深圳 518051；3.華南農業大學煙草研究室，廣州510642）

始興煙區旱地烤煙氮素利用及生態經濟適宜施氮量

鄒 勇1，葉曉青1，余志虹2，陳雨峰1，王 維3，陳建軍3*

（1.深圳煙草工業有限責任公司，深圳 518109；2.深圳波頓香料有限公司，深圳 518051；3.華南農業大學煙草研究室，廣州510642）

為解決氮肥施用不合理引起的氮肥利用率低及環境惡化等問題，以烤煙品種K326為材料，研究了不同施氮水平對烤煙氮素利用率及經濟性狀的影響。結果表明，適當增施氮肥有利于提高烤煙產量及產值，以195 kg/hm2（N3）處理產量最高，150 kg/hm2（N2）處理產值最大。隨著施氮水平的增加烤煙的氮肥偏生產力（NPFP）、氮肥吸收利用率（NRE）逐漸減小，煙葉生產效率（NTPE）、氮肥生理利用率（NPE）、氮肥農學利用率（NAE）先增加后減小，施氮水平為150 kg/hm2（N2）時，NTPE、NPE、NAE最大，此時烤煙的氮肥利用率最高。通過環境經濟學的 Coase 原理和邊際收益分析，綜合煙葉產量、經濟和生態效益，當前始興煙區旱地烤煙適宜氮肥用量為115.10～162.13 kg/hm2，相應的產量為2381.42～2677.72 kg/hm2。

烤煙；生態經濟施氮量；氮素利用率；旱地

氮素是烤煙生長發育過程中不可缺少的營養元素，適宜的供氮量對優質煙葉的生產起著舉足輕重的作用。然而，在國內煙葉生產實際中，煙農往往過量施用氮肥來獲得較高的經濟效益［1］，這不僅導致煙葉內在品質下降，工業可用性降低［2］，而且對生態環境造成了巨大的損害［3］。因此，確定烤煙生產適宜施氮量，對提高我國煙葉品質，提升煙葉氮肥精益管理水平，減少環境污染具有重要意義。國內學者［4-6］對烤煙適宜施氮量進行了大量研究，但研究只是通過對煙葉產量和產值的考量來確定烤煙生長的適宜施氮量，而忽略了施氮量對生態環境的影響。近年來，部分學者對兼顧作物產量、經濟效益和生態效益的施氮量進行了研究，取得了較好的結果，并提出了生態經濟適宜施氮量的概念［7-11］。當前，有關烤煙生態經濟適宜施氮量的研究仍未見報道。為此，本試驗研究了不同施氮水平對烤煙經濟性狀及氮素利用率的影響，并結合環境經濟學的Coase原理和邊際收益分析，對烤煙生態經濟適宜施氮量進行了研究。以期為實現烤煙優質適產與環境友好結合的氮肥精益管理提供理論與實踐依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與土壤背景

2010—2011年在廣東省始興縣馬市鎮壢坪村進行。試驗材料為烤煙品種K326，試驗地為旱坡地，前茬為花生，土壤類型為紫色土，基本農化性狀為：pH值7.40，有機質15 g/kg，全氮0.098 %，全磷0.056 %，全鉀2.59 %，堿解氮84 mg/kg，速效磷16.7 mg/kg，速效鉀100 mg/kg。

1.2 田間試驗設計

采用隨機區組試驗設計，以氮素用量為試驗因素，設置4個不同施氮量處理，分別為0 kg/hm2、105 kg/hm2、150 kg/hm2、195 kg/hm2（當地常規施氮量）。每處理重復3次，共12個小區。每小區種植烤煙100株，株行距為0.6 m×1.2 m，周邊設保護行。肥源為煙草專用復合肥［m（N）:m（P2O5）: m（K2O）=13.0:9.0:14.0］、碳酸氫銨（N 17.1%）、過磷酸鈣（P2O512.0 %）、硝酸鉀［m（N）:m（K2O）=13.5:44.5］、硫酸鉀（K2O 50.0%）。各處理氮肥基追比為70%:30%，基肥用煙草專用復合肥和過磷酸鈣，追肥用碳酸氫銨和硝酸鉀，用過磷酸鈣、K2SO4調至各處理總磷量、總鉀量相同。追肥時將肥料溶解混配成20%的溶液，然后通過滴灌系統（1:100）施入。田間試驗于每年2—7月進行，2月26日移栽，4月26—5月1日打頂，每株留葉數20～22片，5月7日開始采收，7月4日采收完畢。其他田間管理措施按照當地優質烤煙規范化生產要求進行。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 經濟性狀的測定 各小區單獨采收、分竿烘烤，烤后煙葉按照國家烤煙42級標準進行分級，各級別煙葉價格參考當地煙葉收購價格計算產量和產值。

1.3.2 氮肥利用率的測定 各處理每次隨機取5株煙，測定根、莖、葉、頂和腋芽等器官的干重及其總氮含量。施肥前和采收完后分別取各小區0～20 cm的土層土樣，用于全氮含量測定。植株各器官和土壤的氮素含量用FOSS-2300型凱氏定氮儀測定，氮素吸收利用率的計算方法如下［11］：

氮收獲指數=煙葉吸氮量/煙株吸氮總量。

氮肥煙葉生產率/%=單位面積煙葉產量/單位面積植株氮素積累總量。

氮肥偏生產力/%=施氮區產量/氮肥用量。

氮肥生理利用率/%=（施氮區產量-空白區產量）/（施氮區地上部分總氮含量-空白區地上部總氮含量）。

氮肥吸收利用率/%=（施氮區地上部分總氮含量-空白區地上部總氮含量）/氮肥用量×100%。

氮肥農學利用率/%=（施氮區產量-空白區產量）/氮肥用量。

2 結 果

2.1 不同施氮水平對烤煙氮素吸收及利用率的影響

由表1可以看出，不同施氮水平對烤煙氮素吸收利用率具有較大影響。各施氮處理氮素積累總量（TNA）較不施氮處理均有顯著提高，且隨著施氮水平的增加，烤煙TNA顯著增加。氮素收獲指數（NHI）隨施氮水平的增加而增加，但當施氮水平達到150 kg/hm2以后，氮素收獲指數保持不變，這說明此時增施氮肥對煙葉產量沒有顯著的增加效果，氮素被流失浪費。同時，隨著施氮水平的增加烤煙氮肥煙葉生產效率（NTPE）、氮肥生理利用率（NPE）、氮肥農學利用率（NAE）呈先增加后減小的規律，當施氮水平為150 kg/hm2時，烤煙NTPE、NPE、NAE最大；而烤煙氮肥偏生產力（NPFP）、氮肥吸收利用率（NRE）隨施氮水平增加逐漸減小。綜合NHI、NTPE、NPFP、NAE、NRE、NPE等氮素利用率指標可以看出，當施氮水平為150 kg/hm2時，烤煙氮肥利用率最高，對煙葉增產作用較為明顯。通過氮肥未吸收量（損失量）與施氮水平進行非線性回歸分析，得到施氮水平與氮肥損失量回歸方程為：y1=0.0026x3-0.6574x2+0.9798x+0.2131（R2=0.9253**）。

2.2 不同施氮水平對烤煙經濟性狀的影響

由表2分析可得，隨著施氮水平的增加，烤煙產量呈顯著增加趨勢，但產值、均價、上等煙比例、中上等煙比例隨施氮水平的增加呈先增加后減小的趨勢，當施氮水平為150 kg/hm2時，烤煙產值、均價、上等煙比例、中上等煙比例最高，烤煙經濟效益最高。通過產量與施氮水平進行拋物線方程擬合，構建回歸方程為：y2=-0.0589x2+ 22.629x+ 557.13（R2=0.9785**）。通過產值與施氮水平的拋物線方程擬合，得回歸方程為：y3=-1.3231x2+434x +6041.3（R2=0.9691**）。

2.3 旱地烤煙生態適宜施氮量分析

2.3.1 旱地烤煙產量、生態效益兼顧的施氮量根據烤煙產量與氮素用量關系y2=-0.0589x2+ 22.629x+557.13，可求導數得氮素邊際產量與氮素施用量的關系為Y2=-0.1178x+22.629。氮素邊際損失量指增加每單位的氮素肥料所引起氮素損失量的增加量。根據施氮量與損失量關系y1= 0.0026x3-0.6574x2+0.9798x+0.2131，求導得出氮素邊際損失量與氮素施用量的關系為Y1=0.0052x2-1.3148x+0.9798。隨著施氮量增加，氮肥的邊際產量迅速下降，而氮素的邊際損失量卻迅速上升。根據環境經濟學Coase原理，邊際產量線與邊際損失量線相交點，即為生產上合理施肥點，此施肥量所對應的產量為合理產量［12］。由Y1=Y2可求得烤煙產量、生態效益兼顧施氮量為115.10 kg/hm2，其相應產量為2381.42 kg/hm2。

2.3.2 旱地烤煙經濟效益最佳施氮量 根據施氮量與烤煙生產收入（產值）的關系y3=-1.3231x2+434x+6041.3，求導得出邊際收益生產函數為Y3= -2.6462x+434。同時參考當年碳酸氫銨（含N 17.1%）價格為0.85 元/kg，則純氮價格 為4.97元/kg，求得邊際成本為4.97元，根據邊際收益分析原理即當邊際收益和邊際成本相等時，經濟效益最高，得出Y3=4.97，求得烤煙經濟效益最佳施氮量為162.13 kg/hm2，其相應產量為2677.72 kg/hm2。

表1 不同施氮水平下烤煙氮肥吸收與利用效率Table 1 Nitrogen uptake and utilization efficiency of flue-crud tobacco

表2 不同施氮水平對烤煙經濟性狀的影響Table 2 Effect of nitrogen supplying level on economic characters of flue-cured tobacco

3 討 論

氮肥利用率受到施氮水平、施用方法、土壤性狀、氣象條件、作物種類、品種類型等多種因素的影響，變化幅度較大［13］。適當增施氮肥有利于提高烤煙產量及產值，以195 kg/hm2處理產量最高，150 kg/hm2處理產值最大。隨著施氮水平的增加烤煙氮肥偏生產力（NPFP）、氮肥吸收利用率（NRE）隨施氮水平的增加逐漸減小，煙葉生產效率（NTPE）、氮肥生理利用率（NPE）、氮肥農學利用率（NAE）呈先增加后減小的規律，施氮水平為150 kg/hm2時，烤煙NTPE、NPE、NAE最大，此時烤煙的氮肥利用率最高，這與宋碧等［14］研究結果類似。

通過環境經濟學的 Coase 原理和邊際收益分析，當前生產和技術條件下始興煙區旱地烤煙生產、生態和經濟效益兼顧的適宜氮肥用量為115.10～162.13 kg/hm2，相應的產量為2381.42～2677.72 kg/hm2，這與賀廣生等［15］基于水田研究指出始興煙區能獲得較高煙葉產量、產值和氮肥利用率的適宜施氮量為75～110 kg/hm2相對偏高。華水金［16］等研究指出在不同的生態條件下，烤煙氮代謝會隨之產生相應的變化，在水田條件下烤煙煙葉硝酸還原酶活性較旱地烤煙大，說明在水田狀態下烤煙吸氮能力比旱地強。同時，水田的土壤含水量相對較旱地高，而適度的水分有利于促進植物氮素的吸收［17］，這也是導致旱地烤煙吸收利用率較水田低的原因之一。旱地土質疏松，保水保肥能力不如水田，土壤中的硝態氮在多雨水條件下易發生淋溶性損失，而銨態氮發生淋溶損失量則比硝態氮少［18］。因此，可通過滴灌、水澆等手段適當增加旱地煙田水分以促進氮素吸收，同時采取硝態氮、銨態氮配施降低淋溶損失量，進一步提高旱地烤煙氮肥利用率。在煙葉生產實際中可選擇115.10～162.13 kg/hm2的下限為目前始興煙區旱地烤煙生產、生態和經濟效益兼顧的適宜氮肥用量。

合理使用氮肥，實現作物高產優質高效與環境友好的結合是保證我國農業可持續發展的重要前提。烤煙作為我國重要的經濟作物，開展烤煙經濟生態適宜施氮量研究對我國農業可持續發展具有重要意義。然而，多效益兼顧的適宜施肥量也不是固定的，它會隨著生產條件和市場波動而發生變化，如經濟效益受化肥和農產品價格的影響，而生態環境效益則受土壤肥力和生產條件的影響。同時，本研究僅基于氮素水平這一單因素對旱地烤煙適宜施氮量進行研究，而沒有考慮品種、土壤、施肥方式、水分及水氮耦合等對旱地烤煙生長及氮肥利用率的影響，對此，有待進一步深入研究。

4 結 論

（1）適當增施氮肥有利于提高烤煙產量及產值，以195 kg/hm2處理產量最高，150 kg/hm2處理產值最大。

（2）隨著氮肥用量的增加，烤煙氮肥偏生產力、氮肥吸收利用率逐漸減小，煙葉生產效率、氮肥生理利用率、氮肥農學利用率呈先增加后減小，過量施用氮素會導致氮素利用率下降，引起氮素損失和環境污染。

（3）通過環境經濟學的 Coase 原理和邊際收益分析，當前生產和技術條件下始興煙區旱地烤煙生產、生態和經濟效益兼顧的適宜氮肥用量為115.10～162.13 kg/hm2，相應的產量為2381.42～2677.72 kg/hm2。

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Nitrogen Use Efficiency and Eco-economic Suitable Amount of Nitrogen Application on Dry Land Flue-cured Tobacco in Shixing

ZOU Yong1， YE Xiaoqing1， YU Zhihong2， CHEN Yufeng1， WANG wei3， CHEN Jianjun3*
（1. Shenzhen Tobacco Ind. Co.， Ltd.， Shenzhen 518109， China； 2. Shenzhen Boton Flavors & Fragrances Co.， Ltd.， Shenzhen 518051， China； 3. Tobacco Laboratory， South China Agricultural University， Guangzhou 510642， China）

In order to solve the problem of low utilization rate of nitrogen fertilizers and environmental deterioration caused by irrational application of nitrogen fertilizers， the effects of different nitrogen levels on nitrogen utilization rate and tobacco economic characters were studied using K326 as experimental material. The results showed that proper increase of nitrogen application can increase yield and output value of flue-cured tobacco. The yield of N3 treatment （195 kg/hm2） and the output value of N2 treatment（150 kg/hm2） was the highest. The nitrogen partial factor productivity （NPFP） and nitrogen recovery efficiency （NRE） were reduced with increased nitrogen application. The nitrogen tobacco productivity efficiency （NTPE）， nitrogen physiological efficiency （NPE） and nitrogen agronomy efficiency （NAE） increased first then decreased， reaching the maximum when nitrogen application rate was 150 kg/hm2（N2 treatment）. With the Coase Theory of Environmental Economics and the Marginal Revenue Analysis Theory， the ecological and economic satisfactory amount of nitrogen fertilizer usage on Shixing dry land flue-cured tobacco was 115.10～162.13 kg/hm2， with a yield of 2381.42～2677.72 kg/hm2under the condition of the current agricultural production technology.

flue-cured tobacco； economically-ecologically appropriate amount of nitrogen fertilizer applied； N use efficiency； dry land

S572.06

1007-5119（2015）04-0029-05

10.13496/j.issn.1007-5119.2015.04.005

國家煙草專賣局重點科技項目（110200902043）；廣東省煙草專賣局（公司）資助項目（粵煙科201101）、（粵煙科201001）、（粵煙科200820）；中國煙草實業發展中心科技項目（ZYSY201315）

鄒 勇（1987-），男，碩士，主要從事煙葉生產管理和煙葉質量評價研究。E-mail：zouyongmail@126.com

*通信作者，E-mail：chenjianjun@scau.edu.cn

2014-08-11

2015-07-13