化學氮肥配施有機肥對煙草品質、氮素吸收及利用率的影響

湯 宏，曾掌權，張楊珠，李向陽，王建偉，劉倫沛，嚴紅光

(1.凱里學院 大健康學院，貴州 凱里 556011；2.湖南省林業科學院，湖南衡山森林生態系統定位觀測研究站，湖南 長沙 410004；3.湖南農業大學 資源環境學院，湖南 長沙 410128)

目前，在我國烤煙生產中，存在復種指數高，長期大量單一施用化學肥料，忽視有機肥料施用的現象，造成土壤結構破壞、土壤酸化嚴重、煙田土壤肥力下降和氮磷鉀養分利用率下降等問題，難以滿足生產優質煙草所需的土壤環境和營養條件[1-2]。有機肥與化學氮肥配施可以改善土壤環境和營養條件，提高煙草產質量[3-4]。適當配比的有機無機氮素營養是獲取優質高產煙葉的必要條件[4]。化學氮肥和有機氮的配比不當均會給煙草的生長和煙葉的產量、質量帶來不利影響，降低肥料氮素利用率，造成資源的巨大浪費，還會引起嚴重的環境問題。因此，研究對于煙草合適的有機無機氮施用量，對提高煙草質量和經濟效益，提高氮素利用率及減輕環境污染具有十分重要的意義。關于不同有機無機氮素配比對煙葉化學成分和氮肥利用的影響，不少學者進行了大量的相關研究。研究表明，化肥氮與芝麻餅肥氮配施可以顯著提高煙葉中游離氨基酸的含量，以及游離氨基酸占氨基酸總量的比例，無機氮與有機氮為1∶1時為最適比例，促使煙葉化學成分更加協調，提高煙葉品質[5-6]。化肥與有機肥配施可明顯提高煙葉中鉀、還原糖和總糖的含量，提高糖堿比和氮堿比，降低煙葉中煙堿、總氮和氯離子含量，使煙葉中的化學成分更趨協調[7]。當化肥氮和餅肥氮比例為1∶3時，可降低煙葉焦油含量，煙葉有機酸含量適中且有更好的香氣特征[8]。煙草作為貴州省黔東南地區的重要經濟支柱，是當地主要栽種的經濟作物之一，烤煙生產在促進當地農民增收和脫貧致富中起著重要的作用。在當前復種指數不斷提高和煙農普遍追求高產及經濟效益的背景下，在烤煙生產中，過量片面施用化學氮肥、不施或少施有機肥的現象極其普遍，造成氮肥利用率下降，煙葉品質下降，煙農不但沒有獲得好的經濟效益，反而增加了生產成本。而在本煙草種植區有關不同量化學氮肥配施有機氮對烤煙品質及氮肥利用率的研究尚鮮見報道。為此，在本地區開展不同量無機氮和有機氮配施的試驗研究，探討適合本煙草種植區適宜的有機和無機施氮量，為促進烤煙栽培過程中減肥降耗和增產提質增效提供科學依據。

1 材料和方法

1.1 研究區概況

試驗地處云貴高原向湘桂丘陵過渡的斜坡地帶，隸屬于貴州省黔東南州麻江縣龍山鎮大塘村，N26°27′，E107°43′，海拔885 m，年降雨量1 200～1 500 mm，相對濕度在80%左右，年平均氣溫14～16 ℃，無霜期長達270～301 d，屬典型的亞熱帶季風濕潤氣候區，四季分明、雨量充沛。烤煙是該村主要種植的經濟作物之一。

1.2 試驗材料

供試煙草品種：云煙87，由貴州省黔東南州麻江縣煙草專賣局(煙草公司)提供。

供試肥料：尿素(含N 46.00%)、過磷酸鈣(含P2O512.00%)和硫酸鉀(含K2O 50.00%)，均購自當地農資公司，有機肥料為菜枯(用M表示)，購自當地榨油廠，菜枯的氮、磷、鉀含量分別為45.01，18.79，10.43 g/kg。

供試土壤：試驗田土壤類型為中壤質黃壤，試驗開始時耕層土壤有機質21.90 g/kg，全氮1.40 g/kg，堿解氮120.00 mg/kg，全磷0.62 g/kg，有效磷20.60 mg/kg，全鉀11.10 g/kg，速效鉀95.00 mg/kg，pH 值7. 01，陽離子交換量14.00 cmol/kg。

1.3 試驗設計

2016年夏秋季在上述試驗地點開展此田間試驗，試驗田前茬作物為夏玉米，冬季休閑。試驗田土壤肥力均勻，田間排灌條件良好。田間小區試驗設置CK1、CK2、MNiPK(i=0或1或2或3)(其中M表示有機肥)6個不同施肥處理，3次重復，共計18個小區，隨機區組排列，小區面積為36 m2，并設置保護行，植煙株距為50 cm，行距為120 cm，每小區種植烤煙50株。本研究中MNiPK(i=0或1或2或3)各處理化學氮肥的施用量不同，化學鉀肥、磷肥和有機肥的施用量一致(表1)。CK1處理(空白處理)不施任何肥料，CK2處理僅施有機肥。CK2、MNiPK各處理均按當地有機肥施用習慣和平均施用水平施用，各小區有機肥的施用量和施用方法完全一致。有機肥全部作基肥，在試驗田翻耕整地時一次性施用。MNiPK處理各種化學肥料的施用量按表1中所列的量施用，具體施肥方法見表2。磷肥全部作基肥，氮肥和鉀肥分基肥和追肥分次施用，氮肥和鉀肥的基追比分別為6∶4和4∶6。磷肥和用作基肥的氮肥及鉀肥在試驗田翻耕整地時一次性施用，追肥分別在煙草移栽后的還苗期和旺長期內分2次施用，追施方法均為灌施，追肥量的15%在煙草的還苗期內追施，剩余的追肥在煙草的旺長期內一次性追施。供試煙苗由當地煙草公司統一提供，煙苗于4月 17日移栽，移栽后田間管理措施均與當地優質烤煙生產所采用的管理措施完全一致。

表1 田間小區試驗處理設置和各處理的施肥量Tab.1 Field plot experiment treatments establishment and fertilizer rate of each treatment kg/hm2

表2 不同處理的施肥方法Tab.2 Fertilization method of each treatment

1.4 測定項目及方法

1.4.1 煙株鮮質量和干質量及各器官全氮含量的測定 在每小區中選取長勢中等的3株烤煙，用土鏟挖取整顆煙株，包括地下整個根系，根據根系實際伸展范圍延伸挖坑的大小，做到盡量不傷根，并在土壤中撿盡肉眼可見的根系。將各處理挖好的煙株帶回實驗室，先用自來水沖洗干凈，再用吸水紙吸干水分，然后用剪刀將煙株的根、莖和葉各器官分開，再用電子天平分別稱量各器官的質量即為其鮮質量。稱質量后的煙葉、莖和根分別放入已烘干并已稱質量和編號的牛皮紙袋內，放入已升溫至105 ℃的烘箱中殺青30 min，然后在70 ℃下烘干至恒質量，用電子天平稱質量即為煙葉、莖和根的干質量。烘干后的煙葉、莖和根分別用植物粉碎機粉碎并過 0.5 mm塑料篩后裝于封口袋內備用。煙葉、莖和根的全氮含量及基礎土樣基本理化性質的測定方法采用《土壤農業化學分析方法》[9]一書中所列方法。

1.4.2 煙葉化學成分分析和感官品質鑒定 抽取各小區煙葉樣品，檢測其主要化學成分，煙葉總糖和還原糖的測定參考YC/T 159-2002所列方法(還原糖采用沸水浸提-銅還原-直接滴定法測定；總糖采用銅還原-直接滴定法)。煙堿、鉀和氯分別按照YC/T160-2002、YC/T 173-2003和YC/T 162-2011中所列標準方法測定，并計算兩糖比(還原糖/總糖)、兩糖差(總糖-還原糖)、糖堿比(還原糖/煙堿)、氮堿比(總氮/煙堿)和鉀氯比(鉀/氯)。按照農業農村部煙草產品質量監督檢驗測試中心備案的方法標準 NY/YCT 008-2002 和YC/T 138-1998對烘烤后的原煙樣品進行煙葉感官評吸指標鑒定，按香氣質(0.15)、香氣量(0.20)、余味(0.25)、雜氣(0.18)、刺激性(0.12)、燃燒性(0.05)和灰分(0.05)7項指標及相應權重計算評吸總分。

1.4.3 氮素積累量及氮素利用率等的計算方法[10-11]

氮素積累量(Accumulation amount of applied N，AAN)(kg/hm2)= 煙葉氮素積累量+莖氮素積累量+根氮素積累量= 煙葉含氮量×煙葉干質量+煙莖含氮量×煙莖干質量+煙根含氮量×煙根干質量；

氮肥吸收利用率(Utilization efficiency of applied N，UEN)=(施氮區植株氮素積累量-空白區植株氮素積累量)/施氮量×100%；

氮肥農學利用率(Agronomic efficiency of applied N，AEN)(kg/kg)=(施氮區煙葉產量-空白區煙葉產量)/施氮量；

氮肥偏生產力(Partial factor productivity from applied N，PFPN)(kg/kg)= 施氮區煙葉產量/施氮量；

氮肥生理利用率(Physiological efficiency of applied N，PEN)=(施氮區煙葉產量-空白區煙葉產量)/(施氮區地上部分吸氮量-空白區地上部分吸氮量)×100%；

氮素吸收速率(Uptake rate of applied N，URN)(kg/(hm2·d))=植株氮素累積量/全生育期天數；

氮收獲指數(Harvest index of applied N，HIN)= 煙葉氮積累量/植株氮積累量×100%。

1. 5 數據處理與統計分析

試驗數據先用Excel 2010辦公軟件進行整理，再用SPSS 23.0統計軟件對數據進行統計分析。方差分析多重比較采用最小顯著差異法(LSD法)。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對煙葉化學成分的影響

表3顯示，各處理煙葉隨施氮量增加，煙堿、蛋白質和總氮的含量呈逐漸增加的趨勢，CK1處理煙葉煙堿、蛋白質和總氮含量最低，其中蛋白質和總氮含量顯著低于其他處理(P<0.05)，CK2處理煙葉蛋白質和總氮含量次低；煙葉中總糖、還原糖和鉀的含量以MN2PK處理最高，以CK1處理最低，且顯著低于MNiPK處理(i=0或1或2或3)(P<0.05)。煙葉中氯離子的含量以CK1最高，以MN2PK處理最低。各處理煙葉糖堿比和糖氮比以CK1處理最高，氮堿比以CK1和MN2PK處理(有機氮占45.77%)最高，鉀氯比以CK1處理最低，MN2PK處理最高；與CK2處理比較，MN1PK處理煙葉的總糖、還原糖、煙堿、蛋白質、總氮、含鉀量、糖堿比、氮堿比、兩糖差和鉀氯比分別增加了8.57%，4.67%，1.63%，6.43%，5.82%，8.34%，2.89%，3.41%，34.11%，8.87%，含氯量、糖氮比和兩糖比分別降低了0.36%，1.32%，3.45%；與CK2處理比較，MN2PK處理煙葉的總糖、還原糖、煙堿、蛋白質、總氮、含鉀量、糖堿比、氮堿比、兩糖差和鉀氯比分別增加了14.18%，9.66%，5.80%，12.34%，11.79%，19.08%，3.35%，5.68%，44.15%,28.90%，含氯量、糖氮比和兩糖比分別降低了8.19%，2.13%，4.60%；與CK2處理比較，MN3PK處理煙葉的總糖、還原糖、煙堿、蛋白質、總氮、含鉀量、兩糖差和鉀氯比分別增加了13.03%，8.26%，17.63%，19.83%，16.41%，17.12%，44.48%,21.45%，含氯量、糖堿比、氮堿比、糖氮比和兩糖比分別降低了3.56%，8.31%，1.14%，7.19%,4.60%。

2.2 不同施肥處理對煙葉評吸質量的影響

對烘烤后不同處理煙葉的評吸品質品鑒表明(表4)，MNiPK處理的評吸品質明顯優于CK1和CK2處理；所有處理煙葉中，評吸品質最好的是MN2PK處理，其次是MN3PK處理(有機氮36.00%)，其得分分別為82.01和81.03；評吸品質最差的是CK1處理，其次是CK2處理，得分分別為73.25和76.49。僅施有機肥處理和不施肥處理，煙葉的評吸品質都較差，有機肥和化學肥料配施的各處理煙葉的評吸品質都較好，尤以MN2PK和MN3PK處理較為突出，以MN2PK處理最為突出。

表3 不同施肥處理煙葉的主要化學成分Tab.3 Main chemical contents of flue-cured tobacco under different fertilizer treatments

注：表中所有數據為平均值±標準差；同列數字后不同小寫字母表示處理間在0.05水平差異顯著。表4-6同。

Note：Values are means±standard error; Different lowercase letters in each column indicate significant difference between different treatments at 0.05 level.The same as Tab.4-6.

注：香氣質：<7 為較差，9～7 為中等，12～10 為較好，15～13 為好； 香氣量：<9 為較少，9～11 為有，12～14 為尚足，15～17 為較足，18～20 為足；余味：<10 差，10～13欠適，14～17 尚舒適，18～21 較舒適，22～25 為舒適； 雜氣：<7 重，7～9 略重，10～12 有， 13～15較輕，16～18 微有； 刺激性：<5大，5～6 略大，7～8 有，9～10 為微有、有，11～12 為輕；燃燒性：0熄滅，2 較差，3 中等，4 較強， 5 為強；灰色：<2 為黑灰，3 為灰白，5 為白色。

Note:Smoke quality: <7 bad, 9-7 medium, 12-10 good,15-13 better; Smoke amount: <9 much little, 9-11 a little, 12-14 less more, 15-17 more,18-20 much; Lasting smoke: <10 uneasines, 10-13 less easiness, 14-17 little easiness, 18-21 a little easiness, 22-25 easiness;Foreign smoke: <7 heavier, 7-9 less heavy, 10-12 a little, 13-15 little,16-18 Les; Stimulation: <5 big, 5-6 less big, 7-8 a little, 9-10 little, 11-12 less; Combustibility: 0 flameou, 2 bad, 3 medium, 4 good,5 better; Grey: <2 black, 3 grey, 5 white.

2.3 不同施肥處理對煙草氮素積累量及氮素利用率的影響

從煙株的氮素吸收量來看，隨著施氮量的增加，各處理煙株總吸氮量逐漸增加(表5)。各化肥與有機肥配施處理吸氮量顯著高于CK1和CK2處理(P<0.05)，MN3PK處理吸氮量最高，為93.28 kg/hm2，CK1處理吸氮量最低，為26.55 kg/hm2，MN2PK處理吸氮量較CK1處理增加64.02 kg/hm2，較CK2處理增加33.86 kg/hm2，MN3PK處理較CK1和CK2處理吸氮量提高最多，分別達到66.73，36.57 kg/hm2。化學氮肥與有機肥配施不僅影響煙株各器官對氮素的吸收量，同時也影響氮素在各器官中的分配，各處理煙葉吸氮量明顯高于莖和根，氮素在根、莖、葉中分配率差異明顯，表現為葉>莖>根。

各化學氮肥與有機肥配施處理中，MN2PK處理煙株的氮肥利用率、氮肥農學利用率和氮肥生理利用率均顯著高于MN1PK和MN3PK處理(P<0.05)(表6)，其值分別為27.17%，3.83 kg/kg，15.83%；MN2PK處理煙株的氮肥利用率和氮肥生理利用率較MN1PK處理分別提高2.99,2.60百分點，和MN3PK處理比較，分別提高4.54,5.07百分點，MN2PK處理煙株的氮肥農學利用率較MN1PK和MN3PK處理分別提高1.16，2.25 kg/kg；MN1PK處理煙株的氮肥偏生產力和氮收獲指數均高于MN2PK和MN3PK處理，其值分別為34.59 kg/kg和68.99%；MN3PK處理煙株氮素積累量和氮素吸收速率均高于MN1PK和MN2PK處理，其值分別為93.28 kg/hm2和0.83 kg/(hm2·d)。

表6 不同施肥處理肥料氮的表觀利用率Tab.6 Utilization efficiency of fertilizer-N under different fertilizer treatments

注：MN1PK、MN2PK和MN3PK處理的氮肥利用率、氮肥農學利用率和氮肥生理利用率是以MN0PK為對照計算得到。

Note：UEN，AEN，PEN of MN1PK，MN2PK and MN3PK were calculated with MN0PK as control.

3 討論與結論

3.1 不同量化學氮肥配施有機肥對煙葉化學成分的影響

氮素是影響煙草生長發育和煙葉質量的重要營養元素之一。有機無機氮配施有利于煙葉中干物質積累和煙株根系的發育，并對生長后期煙葉中葉綠素的降解及煙葉成熟落黃有較好的作用，并使煙葉化學成分更加協調[12]。研究表明，煙葉中煙堿等含氮化學物質含量的高低受總施氮量和有機肥的影響，有機肥的影響弱于施氮量，且只在施氮量較低時影響明顯[13]，施用有機肥可以降低煙葉煙堿和總氮含量[3]，可能的原因是有機肥抑制了煙株根系的活力，降低了其合成煙堿的能力[14]。本研究中，CK2所施氮全為有機氮且總施氮量較低，煙葉中煙堿和總氮含量顯著低于MN2PK和MN3PK處理(P<0.05)，低于MN1PK處理。一般烤后煙葉中煙堿含量在2%～3%為宜，以2.5%為最佳[15]。MN2PK和MN3PK處理煙葉表現較好。優質煙葉氮堿比的適宜范圍是0.8～0.9[15]，有機無機氮配施處理中，隨有機氮比例的增加，氮堿比有增加的趨勢，CK2和MN3PK處理煙葉氮堿比值較好。有機無機配施可以提高煙葉中總糖和還原糖的含量[16]，還原糖能夠消除蛋白質燃燒時產生的不良氣味，有平衡煙葉質量的作用，含量一般在16%～22%為宜，總糖含量一般在20%～24%為宜[15]。本研究中有機無機氮配施的MN1PK、MN2PK和MN3PK處理煙葉總糖含量均高于MN0PK、CK1和CK2處理，以MN0PK、CK1和CK2處理表現較好。優質煙葉糖堿比的適宜范圍是8～10[15]，隨有機氮比例的增加，糖堿比總體呈增加的趨勢，其中MN3PK煙葉糖堿比沒有在此范圍。餅肥氮和化肥氮配合施用，均衡供應生育期的營養，影響烤煙葉片的生理生化特性，調節烤煙碳氮代謝強度，可以降低氮磷鉀在莖稈中的含量，明顯提高烤煙葉片中磷鉀含量、降低根系氮素營養的分配比例，提高煙葉品質[17]。本研究中MN1PK、MN2PK和MN3PK處理煙葉鉀含量高于MN0PK處理，顯著高于CK1和CK2處理(P<0.05)。有機氮和化肥氮配合施用可以降低煙葉氯含量，鉀氯比影響煙葉的燃燒性，優質煙葉中其值應大于4，各處理中以MN2PK處理表現較好。

有機氮素和無機氮素及其配施比例影響煙葉化學成分，但其具體比例目前尚沒有較為一致的結論[18]。劉添毅等[19]研究表明，在所施用的氮中當有機氮占25%時，可促進煙株增加對磷和鉀等養分的吸收，提高煙葉中各種化學物質的含量。石賢吉等[16]發現，有機無機氮質量比為2∶3時，可明顯改善煙葉的主要化學成分，使各化學成分更協調。也有研究表明，當有機無機氮質量比為1∶1時，煙株長勢較好，抗病性強，明顯提高煙葉香氣總量，化學成分更趨協調，質量最高，效益最佳[3，20]，但烤煙品質并不隨有機肥用量增加而進一步提高。本研究中，有機肥配施不同量化學氮肥對煙葉化學成分含量產生重要影響，以有機氮占比為45.77%的MN2PK處理表現較好，煙葉中各化學成分更趨協調。

3.2 不同量化學氮肥配施有機肥對煙葉評吸質量的影響

化學肥料與有機肥配施，其中有機肥具有養分全面和肥效持久等許多化學肥料不具有的特點，因有機肥富含糖類、蛋白質、可溶性有機碳和氨基酸等小分子營養物質，為土壤微生物的快速生長和繁殖提供高效營養物質，從而改善土壤環境，促進煙株根系發育[21]，同時也為煙株的整個生育期生長提供足夠的養分，平衡協調生育期間煙株的碳氮代謝，促進煙葉中致香物的合成與積累[22]，而碳氮代謝的協調與否會影響煙葉香吃味[23]，對煙葉評吸質量產生重要影響。化學氮肥配施有機肥對煙葉的評吸質量產生重要影響。研究表明，有機無機肥配施可以提高煙葉的香氣、改善氣味[24]，對煙葉形成良好的評吸質量起到重要作用[25]。代超[26]研究表明，化學肥料配施餅肥可以增加煙葉中致香物質成分的數量，協調煙葉內部化學成分和致香成分的含量，餅肥施用極大地影響煙葉中氨基酸的含量，煙葉的香氣量、勁頭得分與氨基酸含量呈正相關，而香氣質、刺激性和雜氣與其呈負相關。鄭武等[27]研究表明，施用有機肥可增加煙葉中特征致香物質的含量，使煙葉的吸食質量提高。本研究中，有機無機配施的各處理煙葉相比CK1和CK2處理評吸質量都較好，以MN2PK和MN3PK處理較為突出，主要表現在刺激性和雜氣的有效降低，香氣質和香氣量的提升，燃燒性的增強以及余味愈加綿長。

3.3 不同量化學氮肥配施有機肥對煙草氮素積累量及氮素利用率的影響

研究表明，煙葉氮含量和積累量隨施氮量的增加而增加，磷鉀含量和積累量則隨施氮量增加呈先增加后降低的變化趨勢[28]。一般而言，氮素在各器官的分配比例受施氮總量和肥料種類的影響較小，且無明顯規律，葉中含氮量所占整株煙株比例明顯高于根和莖所占比例[29]。張翔等[30]研究表明，不同處理煙株吸氮量表現為：有機無機配施處理>單施有機肥處理>不施肥處理(P<0.05)，氮在煙株根、莖和葉各器官的分配順序：葉>莖>根，且葉中氮的吸收量大于莖和根吸收量之和。其可能的原因是不同的氮素形態和氮素水平影響煙株體內碳氮代謝關鍵酶的活性[31-32]，從而影響各器官氮素的吸收、積累和分配[33-34]。本試驗條件下，各處理煙株的葉、莖和根各器官氮素吸收量的大小關系均表現為：葉>莖>根，氮素在葉、莖和根各器官中的分配率大小關系均為：葉>莖>根，有機無機配施處理煙株氮素吸收總量顯著高于CK1和CK2處理(P<0.05)，以MN3PK處理最高。

肥料氮素利用率主要受肥料種類、供氮水平、土壤條件和田間管理等因素的影響。合理施肥能夠提高肥料氮的利用效率，降低氮的損失，對提高和保持土壤肥力具有重要作用[35]。化學肥料養分含量高釋放快，短時間內可迅速增加土壤速效養分含量，有效提高土壤供肥強度；而有機肥養分全面釋放慢，主要改善土壤養分庫容，提高土壤供肥容量；有機無機肥配施，實現優勢互補，提高了作物對肥料養分的利用率[36-37]。研究表明，有機無機肥配施可有效提高煙草對氮磷鉀等養分的累積與利用率[38]。魏靜等[39]研究表明，有機無機配施不僅可提高作物產量和具有高的養分利用率，還可有效防止肥料損失而污染環境。本試驗表明，有機無機配施的MN1PK、MN2PK和MN3PK處理中，氮肥利用率、農學利用率和生理利用率以MN2PK處理煙株最高，分別為27.17%，3.83 kg/kg，15.83%，氮素吸收速率以MN3PK處理煙株最高為0.83 kg/(hm2·d)。

化學氮肥配施有機肥(有機氮占36.00%～45.77%)可提高煙葉兩糖含量和鉀含量，降低氯含量，提高鉀氯比和兩糖差，使各化學成分之間的比例更為協調；可有效降低煙葉刺激性和雜氣，提升香氣質和香氣量，增強燃燒性以及余味舒適愈加綿長，提高煙葉的評吸質量；可協調供應煙草生長期間所需氮素營養，增加煙株氮的吸收量，提高肥料氮的利用率；在本試驗條件下，綜合分析各處理對煙葉化學成分、評吸質量和氮利用率的影響，各處理中以有機氮占45.77%的處理表現較好，黔東南煙草種植區推薦使用有機氮占總施氮量的適宜比例為36.00%～45.77%。建議在本煙區推廣應用，同時可為相近地區煙草施肥提供參考。