不同用量有機肥替代化肥對洱海流域氮磷養(yǎng)分流失和煙葉產質量的影響

原 政，歐陽鋮人，楊德海，楊志娟，彭 仁，楊玉標，趙偉金，王洪云，趙正雄*

（1.云南農業(yè)大學 煙草學院，云南 昆明 650201；2.紅塔集團大理卷煙廠，云南 大理 671000；3.大理州煙草公司，云南 大理 671000）

湖泊水體富營養(yǎng)化的治理是全球性水環(huán)境亟待解決的重大難題［1］。洱海是云南省第二大淡水湖泊，也是大理市居民生活飲用水的水源。然而，由于產業(yè)結構不合理，洱海水質正處于由富營養(yǎng)的初期階段向中期階段轉變［2］。農田徑流是該流域農業(yè)面源污染的主要來源之一［3-4］，因而亟需有效的治理措施來降低農田徑流所造成的面源污染。煙草是洱海流域主要經(jīng)濟產業(yè)之一。為追求高額回報，煙葉生產中施入大量化肥來增加煙葉產量。一方面，大量施用化肥使得土壤質量和土壤生產力持續(xù)下降，土壤有機質含量降低，導致煙葉香氣不足和化學成分不協(xié)調，帶來了煙葉品質下降的問題［5］；另一方面，大量施用化肥使氮磷等營養(yǎng)元素大量進入水體，增加了水體富營養(yǎng)化風險［6-7］。因此，如何保障洱海流域煙葉生產的同時，減少該流域的面源污染是目前亟待解決的問題。

有機肥替代化肥是提高煙葉品質、實現(xiàn)化肥減施的重要途徑［8-10］。彭智良等［10］研究表明：煙田施用有機肥料能改善煙葉的成熟度、顏色、葉片結構等外觀質量，提高煙葉的中上等煙比例。張煥菊等［11］研究表明：增施有機肥可以進一步協(xié)調煙葉的內在化學成分，改善煙葉的評吸質量，提高煙葉的工業(yè)價值。近年來的研究表明，有機肥替代化肥在改善土壤質量、降低土壤污染方面發(fā)揮著重要作用。孫瑞娟［12］、焦軍霞［13］等的研究結果表明：適當?shù)挠袡C肥替代化肥，可以改善土壤的物理和化學性狀，減少氮磷養(yǎng)分流失。Liang等［8］認為有機肥能顯著降低氮素淋失。然而，有機肥施用量是一個關鍵指標，當有機肥用量不足時，會影響煙株生長，當有機肥過量施入土壤中時，一方面，造成了農田氮磷養(yǎng)分的大量流失，加劇了水體富營養(yǎng)化和農業(yè)面源污染的風險［12］；另一方面，造成土壤養(yǎng)分供應后勁過大、煙葉貪青晚熟，進而影響了煙葉烘烤后的品質［14］。

目前，尚未見關于洱海流域煙葉生產中適宜的有機肥替代化肥的研究。基于此，本研究擬在田間原位實時收集、觀測徑流和滲漏水樣的基礎上，探討不同用量有機肥替代化肥對煙葉產量和氮磷養(yǎng)分流失的影響，以尋求一種既能保證煙葉優(yōu)質、高產，又能保護環(huán)境的煙葉生產方式，為有機肥在洱海流域烤煙生產中的推廣應用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

試驗在大理市灣橋鎮(zhèn)進行，該區(qū)域屬典型的低緯度高原中亞熱帶西南季風氣候，年均日照時數(shù)超過2000 h，日照百分率56%，年均氣溫為15.7℃，年均降水量約為1100 mm。受季風氣候的影響，全年分為旱季和雨季，5~10月降水超過85%。土壤類型為水稻土，供試土壤的基本理化性質：pH值7.66、有機質70.4 g/kg、堿解氮377.0 mg/kg、有效磷85.9 mg/kg、速效鉀171.0 mg/kg。

1.2 試驗材料

供試品種為當?shù)刂髟云贩NK326。供試肥料為煙草專用復合肥（12-10-25）、硫酸鉀肥（K2O≥50%）、完全腐熟牛糞類固體有機肥（3-3-7.5，有機質含量50%）和配方液態(tài)有機肥（7-5-6.5）。

1.3 試驗設計

以當?shù)爻Ｒ?guī)化肥推薦為對照，設置了對照和不同用量有機肥替代化肥共4個處理。CK：當?shù)爻Ｒ?guī)化肥推薦處理；ENMF：有機肥等氮替代化肥處理；ANMF：有機肥加氮10%處理；RNMF：有機肥減氮10%處理。不同處理的肥料施用量見表1。

表1 不同處理的肥料施用量

試驗于2018年3~9月進行，采用隨機區(qū)組設計，3次重復。每個小區(qū)面積為72 m2，種植120株，煙株的行株距為120 cm×60 cm。田間生產管理措施按當?shù)爻Ｒ?guī)方法進行。為避免干擾，田塊四周、各小區(qū)間設隔離帶（田塊四周隔離帶寬1.5 m，小區(qū)間隔離帶寬40 cm，隔離帶兩側土壤均埋深達60 cm的厚塑料薄膜）。試驗各處理的基肥采用穴施，施后拌肥，使之與塘內土壤攪拌均勻，然后移栽煙苗。

1.4 測定項目與方法

1.4.1 農藝性狀的測定 以小區(qū)為單位，于煙葉采摘烘烤前（移栽后70 d，2018年7月10日），隨機抽取具有代表性的4株煙株掛牌標記，分別測定并記錄煙株的株高、莖圍、最大葉長、最大葉寬。調查方法按照中華人民共和國煙草行業(yè)標準YC/T 142─2010《煙草農藝性狀調查方法》進行。

1.4.2 經(jīng)濟性狀的測定 以小區(qū)為單位，煙葉開始成熟時掛牌采收和烘烤，每個小區(qū)單獨采收、編桿、烘烤、分級、計產和存放，烤后煙葉按照國標GB 2635─1992分級，統(tǒng)計每個小區(qū)煙葉的產量、中上等煙比例，根據(jù)2018年云南省大理州的煙葉收購價格，折合計算煙葉的產值和均價。

1.4.3 常規(guī)化學成分的測定 以處理為單位，取C3F等級煙葉樣品1.5 kg，測定煙葉的總糖、還原糖、煙堿、總氮、鉀和氯含量（玉溪市農科院分析測定），采用凱氏定氮法測定總氮含量，火焰原子吸收分光光度法測定鉀含量，連續(xù)流動法測定煙堿含量，芒森·沃克法測定水溶性總糖含量，斐林液比色法測定還原糖含量，干法灰化-Hg（CNS）2-Fe（NO3）3比色法測定氯含量。

1.4.4 水樣的采集和測定 每個小區(qū)均對應安裝一套徑流水和滲漏水收集裝置（圖1）［15］，試驗期間于徑流水和滲漏水發(fā)生時對水樣進行收集，在生育期內每場降雨產生徑流和滲漏后，迅速測量并記錄水桶中徑流水和滲漏水的體積，用于計算流失總量，然后將水樣全部混合，采集500 mL水樣裝入塑料瓶，放入4 ℃的冰箱內冷藏保存。將采集到的徑流水、滲漏水樣品以小區(qū)為單位測定總氮、總磷、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量，根據(jù)濃度和體積計算每次的養(yǎng)分流失量，最后加權計算累計流失總量。總氮、總磷、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮分別采用堿性過硫酸鉀消解法、鉬酸銨分光光度法、靛酚藍比色法、紫外分光光度法進行測定。

圖1 煙田徑流水和滲漏水收集裝置示意圖

1.5 統(tǒng)計分析方法

所有指標均采用IBM SPSS Statistics 23.0軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和方差分析。方差分析采用LSD方法進行單因素比較。

2 結果與分析

2.1 有機肥等氮替代化肥條件下施用量對烤煙農藝性狀的影響

由表2可知，有機肥等氮替代處理（ENMF）、有機肥加氮10%處理（ANMF）和有機肥減氮10%處理（RNMF）的株高、莖圍、最大葉長和最大葉寬高于當?shù)爻Ｒ?guī)化肥推薦（CK）。RNMF的株高、莖圍、最大葉長和最大葉寬與ENMF差異不顯著。與ENMF、RNMF相比，ANMF的株高降低，株高、莖圍、最大葉長和最大葉寬差異均不顯著。

表2 有機肥等氮替代化肥條件下施用量對烤煙農藝性狀的影響

2.2 有機肥等氮替代化肥條件下施用量對烤煙經(jīng)濟性狀的影響

由表3可知，ENMF、ANMF和RNMF的產量顯著高于CK。與CK相比，ENMF、ANMF和RNMF的產量分別增加了10.95%、6.93%和15.80%，產量表現(xiàn)為：RNMF＞ENMF＞ANMF＞CK。與ENMF相比，RNMF的產量增加，ANMF的產量則降低，但差異不顯著。與ENMF相比，RNMF的產量增加了4.37%，ANMF的產量則降低了3.62%。

表3 有機肥等氮替代化肥條件下施用量對烤煙經(jīng)濟性狀的影響

ENMF和RNMF的產值顯著高于CK和ANMF。與CK相比，ENMF和RNMF的產值分別增加了16.22%和28.11%。ANMF的產值低于CK，降低了4.32%。與ENMF相比，RNMF的產值增加，ANMF的產值則顯著降低。與ENMF相比，RNMF的產值增加了10.23%，ANMF的產值則降低了17.68%，產值表現(xiàn)為：RNMF＞ENMF＞CK＞ANMF。說明適當降低有機肥的施用量能促進煙葉的增收，增加有機肥施用量則不利于煙葉增收。可能的原因是降低有機肥施用量后有利于煙株的根系發(fā)育。

2.3 有機肥等氮替代化肥條件下施用量對煙葉品質的影響

煙葉化學成分協(xié)調性反映了煙葉內在品質，優(yōu)質煙葉一般表現(xiàn)為還原糖含量16%~ 18%、總糖含量18%~22%、煙堿含量1.5%~3.5%、鉀含量2%以上、總氮含量1.5%~3.5%、氯含量1%以下。由表4可知，所有處理的烤煙鉀含量均稍有不足，氯含量和煙堿含量均在適宜范圍內，糖堿比和氮堿比均在適宜范圍之內，水溶性總糖含量、還原糖含量稍微偏高（云南烤煙特性之一）。與CK相比，ENMF、ANMF和RNMF的煙葉水溶性總糖含量、鉀含量和兩糖差增加，說明有機肥替代化肥能提升煙葉的內在品質。

表4 有機肥等氮替代化肥條件下施用量對烤煙主要化學成分含量的影響

與ENMF相比，RNMF的煙堿含量、還原糖、氯含量增加，而水溶性總糖、總氮、鉀、糖堿比、氮堿比和兩糖差降低；ANMF的水溶性總糖、還原糖、總氮、氯、煙堿含量和兩糖差增加，鉀含量、糖堿比和氮堿比降低。

2.4 有機肥等氮替代化肥條件下施用量對流失水總量的影響

徑流和壤中流（滲漏）是養(yǎng)分流失的主要動力，因而衡量流失總量是評價煙田水分進入流域的重要指標之一。由圖2可知，ENMF、ANMF和RNMF的徑流水總量、滲漏水總量均顯著低于CK，ENMF、ANMF和RNMF之間的徑流水總量和滲漏水總量差異不顯著，說明適度增加或降低有機肥施用量不影響煙田水流失總量。

圖2 有機肥等氮替代化肥條件下施用量對流失水總量的影響

2.5 有機肥等氮替代化肥條件下施用量對氮磷養(yǎng)分流失的影響

由圖3可知，氮磷養(yǎng)分流失量的大小是衡量水體污染程度的重要指標之一。在徑流水的氮磷養(yǎng)分流失量方面，總氮和銨態(tài)氮流失量表現(xiàn)為：CK＞ANMF＞ENMF＞RNMF。與CK相比，ANMF、ENMF和RNMF的徑流水總氮流失量分別減少了17.03%~17.63%、23.60%~23.80%、27.51%~33.79%；硝態(tài)氮流失量分別減少了14.38%~41.22%、8.63%~32.34%、22.30%~51.16%；總磷流失量分別減少了13.63%~27.63%、24.54%~32.46%、25.76%~48.24%。ANMF、ENMF、RNMF的徑流水中銨態(tài)氮流失量差異不顯著。

圖3 有機肥等氮替代化肥條件下施用量對養(yǎng)分流失量的影響

與ENMF相比，ANMF徑流水中的總氮流失量和銨態(tài)氮流失量均增加，總磷流失量和硝態(tài)氮流失量則降低；RNMF徑流水中的總氮流失量、硝態(tài)氮流失總量降低，總磷流失量和銨態(tài)氮流失總量顯著降低。這表明減氮施用有機肥能降低環(huán)境負荷，降低面源污染的風險。

在滲漏水的氮磷養(yǎng)分流失量方面，總氮和總磷、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的流失量表現(xiàn)為：CK＞ANMF＞ENMF＞RNMF。與CK相 比，ANMF、ENMF和RNMF的滲漏水總氮流失量分別減少了21.71%~27.67%、25.69%~36.41%、29.17%~42.46%；銨態(tài)氮流失量分別減少了5.51%~26.50%、1.38%~24.09%、8.27%~35.34%；硝態(tài)氮流失量分別減少了30.47%~31.07%、28.32%~38.05%、32.40%~38.44%；總磷流失量分別減少了26.01%~37.50%、32.52%~46.19%、45.52%~47.82%。

與ENMF相比，ANMF的總氮、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮和總磷流失量均增加，RNMF的總氮、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮和總磷流失量則降低。這表明有機肥的減量施用能減少煙田的氮磷養(yǎng)分流失。

3 討論

近年來，有機肥替代化肥是煙葉生產中關注的熱點問題，大量研究表明：有機肥替代化肥能增加煙葉的產量和改善煙葉質量［12,14］，這與本研究結果一致，即有機肥替代化肥處理的煙葉質量優(yōu)于化肥處理。本研究更關注的是不同用量有機肥替代化肥對煙葉產質量的影響，結果表明：在常規(guī)氮肥用量的基礎上減少10%有機肥施用量能促進煙株生長、提高中上等煙比例、改善煙葉品質。這可能與有機肥中含氮磷養(yǎng)分和土壤供養(yǎng)特性密切相關［16］。有研究表明，有機肥中的養(yǎng)分減少后，提升了土壤化學因子的作用，增加了土壤微生物的碳源和土壤酶的底物，促進了微生物繁殖和土壤酶活性，促使煙株能有效吸收利用土壤中氮磷養(yǎng)分，提高肥料的利用效率［17-18］。

本研究表明，增加有機肥施用量處理的產量、產值降低，中上等煙比例降低，進而影響了煙葉的外觀品質，這可能與有機肥中含有一定數(shù)量的氮磷養(yǎng)分能在土壤中逐步分解和釋放有關，并影響了植煙土壤的理化性狀，進而促使后期煙株對養(yǎng)分的過量吸收，導致煙株貪青晚熟，從而影響了煙葉的品質［19-21］。

本研究結果表明，有機肥減量10%能有效地減少地表和地下水中的總氮、總磷、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的含量。這與Bonasia等［22］的研究結果一致，即減量施肥處理的徑流水和滲漏水的流失量遠比常規(guī)施肥的要低。一方面，有機肥的養(yǎng)分釋放速率小于化肥，使得氮磷流失量更小［23］；另一方面，有機肥產生的腐殖質、腐殖酸、胡敏酸等能改善土壤理化性狀，從而增強土壤保水、保肥的能力，提高土壤養(yǎng)分和水分的有效性，促進根系的發(fā)育，提高了肥料的利用效率，進一步減輕了農田面源污染發(fā)生的風險［24］。Munt等［25］的研究結果表明：低氮的肥料能促進和增加植物根的生物量，減少分支，從而獲得更高的產量。盡管如此，由于不同土壤類型條件下土壤中的電荷量、金屬含量等存在差異，不同土壤類型的氮磷流失特征可能存在差異，需進一步試驗探究。

4 結論

本研究表明，有機肥在等氮替代化肥基礎上減少10%施用量可以在烤煙生產中保障煙葉的產量、產值和中上等煙比例的同時，能有效地減少地表和地下水中的總氮、總磷、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的流失量，這對于洱海流域煙區(qū)煙葉的優(yōu)質生產、降低湖泊流域面源污染提供了一定的理論依據(jù)。