氮肥運籌對烤煙養分積累和產質量的影響

楊成翠, 徐照麗, 史普酉, 賈孟, 白羽祥,朱宣全, 程亞東, 楊煥文, 王戈

(1.云南農業大學煙草學院, 昆明 650201; 2.云南省煙草農業科學研究院, 昆明 650021)

化學肥料長期過量、不科學施用現象在我國烤煙生產中較為普遍，目前已逐漸成為我國植煙土壤保育及煙葉品質提高的主要限制因素之一。農田過多或不合理施用化肥造成土壤氮素大量盈余[1]，降低化肥增產效益[2]，影響作物的產質量[3]，造成土壤板結，降低氮肥利用率并污染環境[4]。因此，如何合理施肥是解決煙草安全高效生產的關鍵問題。研究表明，在不同的施肥措施中，有機肥-無機肥配施有利于充分發揮肥效，改善土壤生態環境[5]，顯著增加土壤有機質和氮磷鉀養分含量[6]，可改善土壤生物活性[7-8]，促進植株生長發育，提高作物干物質積累，有利于獲得高產[9]。但目前關于煙草有機肥配施化肥的研究主要集中在施肥、土壤、植株、產量等方面，關于有機肥替代化肥后植株養分吸收及其在體內積累分配的變化規律方面，則主要集中在水稻[10]、棉花[8, 11]、玉米[12]等作物上，煙草方面尚待深入研究。弄清有機肥替代化肥對煙株養分吸收和積累的影響，有助于進一步明確有機肥替代化肥對植株生長及產質量產生積極效應的內在機理，也為今后更為科學施用有機肥提供必要的理論依據。

有機肥施用及其替代效果除受本身肥源性質影響外，還與土壤主要環境因子密切相關。在眾多影響因素中，土壤肥力作為土壤質量的重要組成成分，其肥力高低可能會顯著影響施肥措施和效果[13]，而從不同土壤肥力角度探討有機肥替代化肥對有機肥替代效果以及內在的養分吸收、積累規律方面的研究鮮見報道。因此，本研究以低肥力植煙土壤為對象，探討不同減氮比例配施有機肥后煙株養分吸收積累及產質量變化規律，分析不同施肥配比對養分吸收和積累的影響，以期為當地煙葉生產合理施肥提供一定的科學依據。

1 材料與方法

試驗于2017年4—9月在云南省玉溪市江川縣九溪鎮(N24°12′，E102°35′，海拔1 742 m)進行，試驗前收集區域內土壤樣品并檢測其基本理化性質，參照土壤肥力分級標準[14]選定較低肥力土壤作為供試土壤，其基本理化性質為：pH 7.4，有機質1.613%，堿解氮76.49 mg·kg-1，速效磷3.21 mg·kg-1，速效鉀100.36 mg·kg-1。

1.1 試驗材料和試劑

供試烤煙品種為‘K326’，采用漂浮育苗，苗齡60 d時選取大小一致，生長健壯的煙苗于2017年4月23日進行移栽。供試化肥均為煙草專用肥(云南歐羅漢姆肥業科技有限公司)，其中專用肥1(N∶P2O5∶K2O=12∶6∶24)作為基肥，專用肥2(N∶P2O5∶K2O=28∶0∶5)作為追肥；有機肥采用當地常規廄肥(羊糞)，有機肥養分含量：有機質24%，全氮0.7%，全磷(P2O5)0.5%，全鉀(K2O)0.4%。農業用硫酸鉀(K2O 51%)、過磷酸鈣(P2O516%)，均為化學純，購自云南云葉股份有限公司。

1.2 試驗設計

試驗共設5個處理，包括單施化肥(當地常規施肥，CK)、單施磷鉀肥(CK1)、化肥減氮20%+3 300 kg·hm-2有機肥(D1)、化肥減氮30%+4 950 kg·hm-2有機肥(D2)、化肥減氮40%+6 600 kg·hm-2有機肥(D3)，每個處理3次重復，隨機區組設計，其中CK1作空白不施氮肥，僅作肥料利用率計算用，不做結果分析。株行距120 cm×50 cm，每小區植煙100株，試驗田四周設保護行。

各施肥處理總施氮量均控制為115.5 kg·hm-2，其中磷肥于移栽前一次性基施。有機肥經堆漚腐熟后做基肥一次施用，于移栽前穴施。氮肥60%做基肥，40%做追肥，按照處理進行減氮施用，且基肥和追肥中減少比例一致(例如：減氮20%后，基肥氮減少20%，追肥氮減少20%)。鉀肥50%做基肥，50%做追肥。配施有機肥減氮處理的磷、鉀不足部分用過磷酸鈣(P2O516%)、硫酸鉀(K2O 51%)補足，且鉀肥補充量分別按照當地常規進行基肥和追肥的補充，保持各處理基肥和追肥中鉀肥的施用量、施肥時期及方法一致。其他管理措施按照當地優質煙葉生產技術體系進行。

1.3 樣品采集與指標測定

分別于移栽后30、60、90 d整株取樣，各小區分別選取代表性植株5株。取樣洗凈后按根、莖、葉各器官分開，分別置于烘箱內105 ℃殺青30 min，65 ℃烘干至恒重，稱重，計算干物質積累量。將各器官粉碎過篩，用于測定植株氮、磷、鉀含量。樣品采用H2SO4-H2O2法[15]消煮，半微量凱氏定氮法[15]測定全氮，鉬銻抗比色法[15]測定全磷，火焰光度計法[15]測定全鉀。

單株氮、磷、鉀累積吸收量的計算參照以下公式。

植株氮素累積量(g·株-1)=根系干物質重×根系氮素含量+莖稈干物質重×莖稈氮素含量+葉片干物質重×葉片氮素含量

煙葉氮分配系數=單株煙葉氮累積量/單株植株總氮累積量

磷和鉀累積量及分配系數計算同氮。

氮肥表觀利用率(apparent nitrogen use efficiency, NUE)=(施氮區氮素累積量-不施氮區氮素累積量)/施氮量×100%

煙葉成熟時正常掛牌采收和烘烤，烤后煙按國家烤煙42級分級標準[16]進行分級，煙葉價格參照當地收購價格，計算煙葉產量、產值、中上等煙比例等經濟指標。抽取烤后煙葉樣品1.5 kg(C3F)，利用連續流動分析儀(AA3,德國SEAL公司)測定其煙堿、總氮、總糖、還原糖、蛋白質、氯含量，火焰-石墨爐原子吸收光譜儀(ZEEnit 7009,耶拿分析儀器有限公司)測定鉀含量。

1.4 數據處理

利用Microsoft Excel 2016和SPSS 18.0進行數據統計分析和作圖。

2 結果與分析

2.1 烤煙干物質積累

不同時期烤煙干物質累積結果(圖1)顯示，不同處理的干物質累積量均隨生育期推進呈上升趨勢。其中D1和D2各時期干物質積累量均顯著高于CK，且D1和D2之間無顯著差異，D3各時期干物質積累量均顯著低于D1、D2和CK處理。結果表明，增施有機肥并適量降低化學氮肥施用量(減氮20%+3 300 kg·hm-2有機肥和30%+4 950 kg·hm-2有機肥)可顯著促進煙株干物質積累。

注：同一生育期的不同小寫字母表示不同處理間差異在P<0.05水平具有統計學意義。

2.2 烤煙氮、磷、鉀吸收及分配特性

2.2.1烤煙氮素吸收及分配特性 不同生育期不同處理的烤煙氮素累積結果(圖2)顯示，不同處理的氮素吸收趨勢均表現為隨生育期的推進而呈上升趨勢。施用有機肥的D1、D2處理均較CK顯著提高了煙株的氮素累積吸收量，其中移栽30 d后分別顯著增加了124.69%和121.25%，60 d后顯著增加了115.26%和112.68%，90 d后顯著增加了94.96%和87.31%。整個生育期處理D1氮素累積量均略高于D2處理，且90 d時差異達顯著水平；除移栽30 d外，D3處理均顯著低于CK和其他處理，其中60 d和90 d時較CK分別顯著降低了10.39%和4.30%。以上結果說明，增施有機肥并適量降低化學氮肥施用量(減氮20%+3 300 kg·hm-2有機肥和30%+4 950 kg·hm-2有機肥)可顯著促進煙株氮素積累。

注：同一生育期的不同小寫字母表示不同處理間差異在P<0.05水平具有統計學意義。

不同處理煙株不同器官的氮素累積結果見表1，可見，葉片中的氮素累積量最高。有機肥施用處理的整個生育期均較CK顯著提高了氮素在根系中的累積；不同生育時期氮素在莖中的累積特征存在差異，其中D1和D2均顯著高于CK；整個生育期中，D1、D2處理均較CK顯著提高了氮素在葉片中的累積，D3處理較CK出現顯著性下降；有機肥施用條件下，隨著減氮比例增加，煙葉的氮素分配比例均呈先上升后下降的變化趨勢。結果說明，增施有機肥并適量降低化學氮肥施用量(減氮20%+3 300 kg·hm-2有機肥和30%+4 950 kg·hm-2有機肥)可在一定程度上提高氮素在煙株各器官的積累。

表1 不同施肥處理的烤煙氮素分配

2.2.2烤煙磷素的吸收及分配特性 不同處理的烤煙磷素積累結果(圖3)顯示，在有機肥施用條件下，隨著減氮比例增加，煙株的磷素累積基本呈先增加后減少的趨勢。整個生育期中，D1和D2處理均較CK顯著提高了煙株的磷素吸收量，其中移栽30 d后分別增加了103.49%、81.52%，60 d后增加了70.65%、91.70%，90 d后增加了41.33%、44.37%。除30 d外，D2處理均略高于D1，且60 d時差異達顯著水平；60 d和90 d時，D3磷素累積量均顯著低于CK及其他處理，較CK分別顯著降低了14.75%和16.81%。結果說明，增施有機肥并適量降低化學氮肥施用量(減氮20%+3 300 kg·hm-2有機肥和30%+4 950 kg·hm-2有機肥)可顯著促進煙株對磷素的吸收利用。

注：同一生育期的不同小寫字母表示不同處理間差異在P<0.05水平具有統計學意義。

不同處理不同器官的磷素累積結果(表2)顯示，各處理煙株不同器官磷素累積及煙葉分配系數均存在明顯差異，其中移栽30 d時磷素累積量表現為葉>莖>根，移栽60 d時根磷素累積量最少，莖葉相差不大，移栽90 d時表現為根>葉>莖。與CK相比，整個生育期中，D1、D2處理均顯著提高了磷素在根系中的累積，D3處理在90 d時較CK出現顯著性下降；D1、D2處理的莖和葉片中的磷素累積量均顯著高于CK。煙株生長中后期，D3處理的葉中磷素累積量顯著低于CK。整個生育期中，處理D1、D2煙葉磷素分配比例均略高于CK，且烤煙生長中后期D2的煙葉磷素分配比顯著高于CK，D1與CK差異不顯著；D3處理的煙葉磷素分配比例均顯著低于CK及其他處理。以上結果說明，增施有機肥并適量降低化學氮肥施用量(減氮20%+3 300 kg·hm-2有機肥和30%+4 950 kg·hm-2有機肥)在一定程度上提高了磷素在煙株各器官的累積。

表2 不同施肥處理烤煙的磷素分配

2.2.3烤煙鉀素累積吸收及分配特性 不同處理煙株的鉀素累積量結果見圖4，可見，相對于氮素、磷素而言，煙株對鉀素的吸收累積量最大。煙株整個生育期中，D1、D2處理的鉀素累積量均顯著高于CK，其中移栽30 d后分別顯著增加了77.21%和65.73%，60 d后顯著增加了46.27%和50.51%，90 d后顯著增加了61.84%和66.64%；90 d時D2處理顯著高于D1處理，其他時期兩個處理間差異不顯著。60 d和90 d時，D3處理鉀素累積量均顯著低于CK和其他處理，分別較CK降低了34.67%和23.25%。以上結果說明，增施有機肥并適量降低化學氮肥施用量(減氮20%+3 300 kg·hm-2有機肥和30%+4 950 kg·hm-2有機肥)可顯著提高煙株的鉀素累積。

注：同一生育期的不同小寫字母表示不同處理間差異在P<0.05水平具有統計學意義。

由表3可知，各處理煙株不同生育期不同器官鉀素累積分配均表現為葉>莖>根。整個生育期中，D1和D2處理的鉀素在根、莖、葉中的累積均顯著高于CK，煙株生長中后期D3處理較CK出現顯著下降。隨著減氮量的增加，煙葉鉀素分配系數均呈先增加后減少的趨勢，整個生育期中D1處理煙葉鉀素分配比例均高于CK；30 d和90 d時D2處理的煙葉鉀素分配比例均高于CK，90 d時D1、D2處理均顯著高于CK，整個生育期中D3處理均顯著低于CK，D1、D2處理間無顯著差異。以上結果表明，增施有機肥并適量降低化學氮肥施用量(減氮20%+3 300 kg·hm-2有機肥和30%+4 950 kg·hm-2有機肥)促進了煙株各器官對鉀素的吸收累積，明顯提高了鉀素在煙葉中的分配比例。

表3 不同施肥處理烤煙鉀素積累分配

2.3 烤煙氮肥表觀利用率

不同處理的烤煙氮肥表觀利用率結果見圖5，可見，煙株對氮肥表觀利用率趨勢類似于煙株的干物質積累及氮、磷、鉀的累積趨勢，隨著生育期推進，不同處理煙株氮肥表觀利用率均呈上升趨勢。有機肥施用下，整個生育期中，處理D1和D2的氮肥表觀利用率均顯著高于CK，其中移栽30 d后分別增加了270.22%和262.71%，60 d后增加了247.14%和241.61%，90 d后增加了233.77%、214.89%；90 d時處理D1顯著高于D2，其他時期兩個處理間差異不顯著；除60 d和90 d 時，D3處理氮肥表觀利用率均低于CK和其他處理，較CK分別降低了22.24%和8.63%，且60 d時差異達顯著水平。以上結果說明，增施有機肥并適量降低化學氮肥施用量(減氮20%+3 300 kg·hm-2有機肥和30%+4 950 kg·hm-2有機肥)可顯著提高烤煙的氮肥表觀利用率。

注：同一生育期的不同小寫字母表示不同處理間差異在P<0.05水平具有統計學意義。

2.4 不同施肥處理對煙葉化學成分的影響

一般認為，云南優質煙葉標準為：總糖含量達到25%～27%，還原糖含量為16%～18%，總氮含量1.5%～3.5%，煙堿1.5%～3.5%，蛋白質8%～10%，鉀2%以上，氯1%以下、施木克值2～2.5為宜[17]。不同處理的烤煙內在化學成分結果(表4)顯示，與CK相比，D1、D2處理均顯著提高了烤煙的總氮、煙堿和蛋白質含量水平，顯著降低了氯含量；D2處理顯著提高了烤煙的鉀含量，使鉀含量達到云南優質煙葉標準。D1、D2處理總體讓各化學成分指標更趨近于優質煙葉的指標范圍。表明增施有機肥并適量降低化學氮肥施用量(減氮20%+3 300 kg·hm-2有機肥和30%+4 950 kg·hm-2有機肥)更有利于煙葉內在品質的形成，后者效果更佳。

表4 不同施肥處理的烤煙內在化學成分

2.5 不同施肥處理對烤煙經濟性狀的影響

不同化肥減量配施有機肥處理的烤煙經濟性狀結果(表5)顯示，D1、D2處理的煙株產量較CK分別增加了6.77%和11.86%，產值增加了13.02%和32.88%，上等煙比例增加了25.00%和32.14%，中上等煙比例增加了12.50%和35.71%，均價增加了5.92%和18.81%，且差異均具有統計學意義。D2處理所有指標均高于D1處理，除產量外，其他指標均具有統計學意義。除均價外，D3處理所有指標均顯著低于CK和其他處理，且與CK相比，產量、產值、上等煙比例、中上等煙比例分別降低了18.46%、17.38%、25.00%、3.57%。說明減氮30%+4 950 kg·hm-2有機肥處理可顯著提高煙株的產值。

表5 不同施肥處理的烤煙經濟性狀

3 討論

作物干物質積累量是衡量作物生長發育狀況及代謝強弱的重要生理生化指標[18]。本研究結果表明，與單施化肥相比，化肥減氮20%～30%并配施有機肥顯著增加了煙株的干物質累積量，這與徐明崗等[19]、徐健欽等[20]在烤煙及其他作物上的研究結果相似，這可能是因為有機無機肥料配施導致土壤供肥規律與煙株養分吸收規律相吻合[21]，使養分供應更合理，增加了煙株的新陳代謝。

不同施肥搭配可以引起植株生物量及其氮磷鉀養分吸收和轉運的差異[4,22]，且合理的有機肥化肥配施能顯著提高氮素利用率[23-24]。本研究表明，煙株對氮磷鉀素養分的吸收表現為鉀素>氮素>磷素，這與宋建群等[25]的研究結果一致。本研究結果顯示,移栽90 d后磷素在根中的累積量最大，這與康利允等[26]研究得出的煙株磷素在器官中累積特征(葉>莖>根)存在差異，這可能是由于本研究中土壤本身磷素水平太低，作物生長主要傾向于根系合成[27]來獲得更多的土壤養分，而有機肥前期養分釋放緩慢[6]，所以導致煙株移栽90 d時根系對磷素的吸收大幅上升。研究結果顯示，減氮20%～30%時，整個生育期煙株氮素利用率均顯著高于單施化肥處理，獲得較高的產量，這是因為有機肥在土壤中不僅能提供營養，還能改善土壤結構，顯著提高土壤微生物數量、酶活性，刺激烤煙根系發育[27-28]，增強烤煙對養分的吸收能力，而有機無機肥料配施實現了有機質與化肥養分的互補[29]，提高了作物對肥料的養分利用率。

適宜的氮肥運籌能顯著提高植株產量和品質[8]。本研究結果表明，有機肥配施氮肥能顯著提高作物產量，且有利于煙葉品質形成。在本試驗中減氮20%處理產值、中上等煙比例、均價等顯著低于減氮30%處理，這可能是由于前者的有機肥替氮比例低導致化肥氮過量造成煙葉貪青晚熟，落黃難[17]，最終煙葉質量下降。說明不同有機肥化肥配比對烤煙產質量的影響存在一定差異[28,30-32]，因此有必要根據烤煙生長發育規律及其養分吸收特點，選擇合適的肥料類型及化肥有機肥配比，以滿足烤煙不同時期對養分的需求。