施氮量對煙田CO2排放及土壤溫度和水分的影響

杜興華，何登峰，朱 峰，趙洋洋

（1.中國煙草總公司陜西省公司，西安 710000；2陜西省煙草公司安康市公司，陜西 安康 725000；3.寶雞市煙草公司隴縣分公司，陜西 寶雞 721000）

由于CO2等主要溫室氣體的排放，全球氣候變暖已是無可爭議的事實，碳排放已經(jīng)成為全球氣候變化的研究熱點之一［1-5］。農(nóng)田是陸地生態(tài)系統(tǒng)的一個重要組成部分，CO2的排放量約占人為CO2排放量的11%。煙草是中國重要的經(jīng)濟作物之一，2017年全國煙種植面積91.81萬hm2，因此煙田的碳排放也是不容忽視的問題［6-8］。農(nóng)田碳排放的研究多集中于旱地玉米、小麥田以及南方水稻田，對煙田的研究還鮮有報道［9-16］。

氮肥對土壤含水量有重要影響，施用氮肥不僅能影響土壤的水分特性（持水特性和供水能力），還可以通過提高土壤水勢來增強土壤水的有效性，增加有效水含量；還能改變土壤的持水容量和增加土層最大儲水量，提高水分利用率［17-21］。但氮肥與土壤溫度間的關(guān)系還鮮有報道。本試驗以不同地區(qū)不同煙草品種作為研究對象，通過設置不同的氮肥施用水平，重點研究了陜西省煙田氮肥施用對碳排放及土壤溫度和水分的影響，同時分析了煙田土壤養(yǎng)分變化情況，以期為緩解煙葉生產(chǎn)對自然資源和環(huán)境的壓力，實現(xiàn)煙草的低碳環(huán)保生產(chǎn)提供參考和依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試煙草品種為云煙87和遼煙17。試驗地點安排在陜西省安康市旬陽縣煙草試驗站和寶雞市隴縣煙草試驗站。

1.2 方法

每個試驗小區(qū)設2個氮肥處理，施氮（純N）量分別為 60、75kg／hm2。 煙田栽植密度為 13 500 株／hm2，其他操作按照當?shù)貎?yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)技術(shù)方案進行。

1.3 測定項目與方法

在煙株移栽成苗后開始測定土壤碳排放、不同土層土壤溫度、含水量、硝態(tài)氮含量及成熟后煙葉化學成分的變化情況。

1.3.1 土壤碳排放量測定 使用北京華云分析儀器研究所生產(chǎn)的便攜式紅外線二氧化碳分析儀（GXH-3010E1）測定。每個處理安裝一個直徑為16 cm、高度為18.35 cm的土壤呼吸室。每個小區(qū)安裝一個PVC底座，深度為5 cm，在整個生長季需去除底座內(nèi)的一切植物。

圖1 不同氮肥處理對煙田CO2排放的影響

1.3.2 土壤溫度及含水量 土壤溫度的測定與土壤呼吸同步，使用電子溫度計（沈陽華盛昌機電設備有限公司生產(chǎn)，型號為 TP3001）測定各個小區(qū)內(nèi)5、10、15、20 cm土層溫度。取20 cm土壤后，烘干法測定土壤含水量及化學法測定硝態(tài)氮含量。

1.3.3 煙葉化學成分 取烤后原煙X3F 45℃烘干至恒重，粉碎，過0.2 mm篩備用。常規(guī)化學成分鉀、氯、煙堿、還原糖含量按照王瑞新等［21］的方法測定，總糖含量采用流動分析儀測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氮肥處理對煙田CO2排放的影響

從圖1可以看出，在烤煙生育期內(nèi)，旬陽和隴縣煙田不同氮肥施用量處理CO2排放速率均呈現(xiàn)出先升高后下降的趨勢。6月20日起，煙田CO2排放速率逐漸升高，旬陽和隴縣試驗點分別在7月18日和7月16日到達排放峰值，此后煙田CO2排放速率逐漸下降，分別至8月22日、8月30日達到最低，此后至煙草成熟期，煙田CO2排放速率一直維持在較低水平并保持穩(wěn)定。在旬陽和隴縣兩個試驗點，75 kg／hm2的施氮量處理較 60 kg／hm2的施氮量處理均顯著提高了煙田CO2排放速率。

2.2 不同氮肥處理對煙田土壤溫度的影響

從圖 2 可以看出，旬陽煙田 5、10、15、20 cm 4種土層深度下土壤溫度均呈先上升后下降的趨勢，不同氮肥施用量處理對土壤溫度的影響較小，未改變土壤溫度的變化趨勢以及土壤溫度到達最大值和最小值的時間，但75 kg／hm2的施氮量處理相對提高了4個土層的土壤溫度最高值，但2個氮肥施用量處理之間無顯著差異。另外，隨著土層深度的加深，土壤溫度整體呈下降趨勢，5 cm土層土壤溫度最高。

從圖3可以看出，隴縣與旬陽試驗點相似，5、10、15、20 cm土層深度土壤溫度均呈先上升后持續(xù)下降的趨勢。氮肥水平對土壤溫度值影響不顯著，未改變土壤溫度變化趨勢，但75 kg／hm2的施氮量處理可以提高4種土層深度的土壤溫度最高值。

2.3 不同氮肥處理對煙田土壤含水量的影響

圖2 不同氮肥處理對煙田土壤溫度的影響（旬陽）

圖3 不同氮肥處理對煙田土壤溫度的影響（隴縣）

由圖4可以看出，旬陽和隴縣兩個試驗點20 cm土層土壤含水量變化趨勢不同。旬陽試驗點20 cm土層土壤含水量在整個生育期出現(xiàn)波動，分別在6月30日、8月14日、9月11日出現(xiàn)峰值；隴縣20 cm土層土壤含水量也出現(xiàn)波動，分別在7月16日、8月30日出現(xiàn)峰值。查看旬陽和隴縣兩地降雨情況，兩地20 cm土層土壤含水量變化趨勢與當?shù)亟涤耆掌谙嘁恢?。因此，氮肥處理?0 cm土層土壤含水量影響不顯著，未改變土壤含水量，且兩地土壤含水量的變化主要是與當?shù)亟涤暧嘘P(guān)。

2.4 不同氮肥處理對煙田土壤硝態(tài)氮含量的影響

由圖5可知，氮肥水平明顯影響旬陽和隴縣試驗點的煙田土壤硝態(tài)氮含量，75 kg／hm2的施氮量處理顯著提高了煙田土壤硝態(tài)氮含量。旬陽試驗點數(shù)據(jù)表明，高氮處理（75 kg／hm2）下硝態(tài)氮含量在取樣前期最高，并于8月30日之前一直呈下降趨勢，隨后略有上升；60 kg／hm2的施氮量處理煙田硝態(tài)氮含量則表現(xiàn)出先升后降其后上升的趨勢，分別在7月27日和8月22日達到最大值和最小值。隴縣試驗點的結(jié)果表明，不同氮肥處理下的煙田硝態(tài)氮含量變化趨勢相似，75 kg／hm2的施氮量處理下煙田土壤硝態(tài)氮變化幅度較大，在取樣第一天含量最大，總體保持下降，在取樣后期有微弱上升；60 kg／hm2的施氮量處理下煙田硝態(tài)氮含量一直保持較低水平。

2.5 不同氮肥處理對煙葉化學成分的影響

從表1可以看出，隨著施氮量的增加，兩個試驗點上部煙葉的總糖和還原糖含量呈增加趨勢，煙堿、總氮含量在兩試驗點變化趨勢不同，鉀離子、氯離子含量受施氮量的影響不大，糖堿比、氮堿比和鉀氯比在低氮處理時較為適宜。

2.6 相關(guān)性分析

圖4 不同氮肥處理對煙田土壤含水量的影響

圖5 不同氮肥處理對煙田土壤硝態(tài)氮含量的影響

分別對土壤溫度、水分和硝態(tài)氮含量與碳排放（煙田CO2排放速率）做相關(guān)性分析，結(jié)果見表2?？傮w上，土壤碳排放與土壤溫度的相關(guān)性較高，且施氮水平越高，相關(guān)性越強。碳排放與土壤含水量總體上沒有顯著相關(guān)性，除在旬陽地區(qū)遼煙17在60 kg／hm2的施氮量處理時存在顯著正相關(guān)，與其他處理間相關(guān)性均不顯著。碳排放與硝態(tài)氮含量之間沒有顯著相關(guān)性。

表1 不同氮肥處理對煙葉化學成分的影響

表2 碳排放與土壤溫度、水分及硝銨態(tài)氮含量的相關(guān)性分析

3 小結(jié)

總體上，在 60、75 kg／hm2的施氮量處理下，隴縣試驗點煙田CO2排放速率均低于旬陽試驗點。在兩個試驗地點的兩個煙草品種，75 kg／hm2的施氮量處理均顯著提高了煙田CO2排放速率。

氮肥處理對土壤溫度的影響程度較小，對兩地區(qū)土壤含水量影響不同。不同氮肥施用量顯著影響了各試驗點煙田的硝態(tài)氮含量，75 kg／hm2的施氮量處理顯著提高了煙田土壤硝態(tài)氮含量。隨著施氮量的增加，兩個試驗點上部煙葉的總糖和還原糖含量呈增加趨勢，低氮處理時的糖堿比、氮堿比和鉀氯比在適宜范圍內(nèi)。

總體上，土壤碳排放與土壤溫度存在顯著相關(guān)性，與土壤溫度相關(guān)性較差；碳排放與75 kg／hm2的施氮量處理存在一定的相關(guān)性，但與60 kg／hm2的施氮量處理的相關(guān)性較差；碳排放與土壤含水量之間總體上沒有顯著相關(guān)性；總體上碳排放與硝態(tài)氮含量之間沒有顯著相關(guān)性。施氮處理是通過影響土壤溫度來影響土壤碳排放的。