磷鉀及微量元素硼的協(xié)調(diào)供應(yīng)對洱海流域氮磷養(yǎng)分流失的影響和烤煙經(jīng)濟(jì)效益分析

楊德海，歐陽鋮人，彭 仁，楊玉標(biāo)，趙偉金，王洪云，趙正雄*

（1.紅塔集團(tuán) 大理卷煙廠，云南 大理 671000；2.云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 煙草學(xué)院，云南 昆明 650201）

湖泊水體富營養(yǎng)化治理是全球性水環(huán)境亟待解決的重大難題［1-2］。近年來，隨著區(qū)域經(jīng)濟(jì)和工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，作為云南省主要湖泊的洱海面臨著水體富營養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)加劇的環(huán)境問題［3-4］。一個(gè)重要的原因是流域中的農(nóng)（煙）田徑流攜帶高濃度氮磷養(yǎng)分匯入流域，造成該流域水體富營養(yǎng)化［5-7］。因此，降低該流域農(nóng)（煙）田徑流氮磷等養(yǎng)分流失，對于降低農(nóng)田面源污染，減少湖泊流域水體污染具有重要的意義。施肥是影響農(nóng)（煙）田氮磷養(yǎng)分流失的重要因素之一，過量肥料投入以及肥料投入不合理會向環(huán)境中釋放大量盈余氮磷污染物和增加水體富營養(yǎng)化的風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重影響生態(tài)環(huán)境安全［8-10］。然而，肥料包含的氮磷鉀養(yǎng)分元素能有效提高烤煙產(chǎn)量和質(zhì)量，以獲得最大經(jīng)濟(jì)效益，是提升煙葉質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一［11-12］。已有大量研究關(guān)注適宜的氮磷鉀肥在煙葉生產(chǎn)中的應(yīng)用［13-14］。近年來，隨著國家“減肥、減藥”（兩減）政策的提出，降低肥料投入是煙葉生產(chǎn)中的重要趨勢，大量研究重點(diǎn)關(guān)注減少化肥施用對煙葉產(chǎn)質(zhì)量的影響［15-16］，這對于降低化肥的施用具有重要的意義?？緹熒L過程中需要一定的氮磷鉀等養(yǎng)分元素，考慮肥料中氮磷鉀元素的比例及協(xié)調(diào)性對烤煙的生長及農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的理論價(jià)值［17-20］，即如何合理地使用肥料，提高煙田肥料利用效率，降低養(yǎng)分流失及保護(hù)洱海流域水質(zhì)是洱海流域農(nóng)業(yè)中需要解決的重要問題［21-24］。基于此，本研究擬在洱海流域開展氮磷及微量元素協(xié)調(diào)供應(yīng)研究，在改善煙葉品質(zhì)的同時(shí)，以更好地降低湖泊流域氮磷養(yǎng)分流失，通過實(shí)時(shí)收集煙株生長期間的徑流和滲漏水樣，研究氮磷及微量元素協(xié)調(diào)供應(yīng)對煙葉生產(chǎn)及其環(huán)境的影響，以在保障煙農(nóng)收入的同時(shí)，更好地保護(hù)水質(zhì)環(huán)境。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)地設(shè)在大理市灣橋鎮(zhèn)，該區(qū)域?qū)俚湫偷牡途暥雀咴衼啛釒髂霞撅L(fēng)氣候，年均日照時(shí)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(fēng)氣候影響，全年分為旱季和雨季，5～10月降水超過全年總降水量的85%。前茬作物分別為蠶豆和大蒜，當(dāng)?shù)責(zé)熑~生產(chǎn)前期多年施N、P2O5和K2O的施肥量分別為27.00、22.50和281.25 kg/hm2。土壤類型為水稻土，供試土壤理化性質(zhì)見表1。

表1 供試土壤的基本理化性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)材料

供試煙草品種為當(dāng)?shù)刂髟云贩NK326。供試肥料為煙草專用復(fù)合肥（12∶10∶25）、硫酸鉀肥（K2O≥50%）配方液態(tài)有機(jī)肥（7∶5∶6.5）。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)4個(gè)處理，分別為當(dāng)?shù)厍捌诙嗄炅?xí)慣施肥CK（于移栽前塘施復(fù)合肥225 kg/hm2，培土?xí)r追施硫酸鉀450 kg/hm2）；氮磷等量、降鉀補(bǔ)硼處理（ENP）；氮磷上浮20%、降鉀補(bǔ)硼處理（ANP）；氮等量、增磷降鉀補(bǔ)硼處理（ENAP）。各試驗(yàn)處理的肥料施用量見表2。

表2 不同試驗(yàn)處理的肥料施用量

試驗(yàn)于2019年3～9月進(jìn)行，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每個(gè)處理3次重復(fù)。每小區(qū)面積為72 m2，種植120株，煙株行株距為120 cm×60 cm，種植密度為1111株/666.7 m2。田間生產(chǎn)管理措施按當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)方法進(jìn)行。為避免干擾，田塊四周以及試驗(yàn)小區(qū)間設(shè)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(cè)土壤均埋深達(dá)60 cm的厚塑料薄膜）。試驗(yàn)各處理基肥采用穴施，施后拌肥使之與塘內(nèi)土壤攪拌均勻，然后進(jìn)行移栽。

1.4 測定項(xiàng)目與方法

1.4.1 農(nóng)藝性狀測定 以試驗(yàn)小區(qū)為單位，于煙葉旺長期和采烤期隨機(jī)抽取具有代表性的4株煙株掛牌標(biāo)記，分別測定并記錄株高、莖圍、最大葉長、最大葉寬。調(diào)查方法按照《煙草農(nóng)藝性狀調(diào)查方法》YC/T 142—2010標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

1.4.2 經(jīng)濟(jì)性狀測定 以試驗(yàn)小區(qū)為單位，煙葉開始成熟時(shí)掛牌采收和烘烤，每個(gè)小區(qū)單獨(dú)采收、編桿、烘烤、分級、計(jì)產(chǎn)和存放，烤后煙葉按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB 2635—1992分級，統(tǒng)計(jì)每個(gè)小區(qū)煙葉產(chǎn)量、中上等煙比例，根據(jù)2019年云南省大理州煙葉收購價(jià)格計(jì)算煙葉產(chǎn)值和均價(jià)。

1.4.3 水樣采集和測定 每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)均對應(yīng)安裝一套徑流水和滲漏水收集裝置（圖1）［25］，試驗(yàn)期間在徑流水和滲漏水發(fā)生時(shí)對水樣進(jìn)行收集，在生育期內(nèi)每場降雨后產(chǎn)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(jì)算流失總量，然后將水樣全部混合，采集至500 mL水樣時(shí)裝入塑料瓶，放入4 ℃的冰箱內(nèi)冷藏保存?zhèn)溆?。將采集到的徑流水、滲漏水樣品以試驗(yàn)小區(qū)為單位測定總氮、總磷、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量，并根據(jù)樣品濃度和體積計(jì)算每次的養(yǎng)分流失量，最后加權(quán)計(jì)算累計(jì)流失量?？偟捎脡A性過硫酸鉀消解法，總磷采用鉬酸銨分光光度法，銨態(tài)氮采用靛酚藍(lán)比色法，硝態(tài)氮采用紫外分光光度法。

圖1 煙田徑流水、滲漏水收集裝置示意圖統(tǒng)計(jì)分析方法

所有指標(biāo)采用IBM SPSS Statistics 23.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和方差分析。方差分析采用LSD方法進(jìn)行單因素比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮磷和微量元素硼協(xié)調(diào)供應(yīng)對烤煙農(nóng)藝性狀的影響

氮磷和微量元素硼協(xié)調(diào)供應(yīng)對煙株生長的影響見表3。烤煙旺長期蠶豆茬ANP、ENP、ENAP處理的株高高于當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥處理（CK），但差異不顯著。大蒜茬ANP和ENAP處理的株高高于CK，ANP處理的則低于CK?？緹熗L期蠶豆茬ANP、ENP 和ENAP處理的莖圍和最大葉寬與CK差異不顯著。采烤期蠶豆茬ENP和ENAP處理的最大葉長顯著高于CK，但株高、莖圍和最大葉寬與CK差異不顯著。大蒜茬ENP和ENAP處理的株高、莖圍、最大葉長和最大葉寬與CK差異不顯著。整體而言，大蒜茬和蠶豆茬中均以氮等量，增磷降鉀補(bǔ)硼（ENAP）處理效果相對較好。

表3 氮磷和微量元素硼協(xié)調(diào)供應(yīng)對烤煙農(nóng)藝性狀的影響

2.2 氮磷和微量元素硼協(xié)調(diào)供應(yīng)對烤煙經(jīng)濟(jì)性狀的影響

氮磷和微量元素硼協(xié)調(diào)供應(yīng)對烤煙產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)性狀的影響見表4。蠶豆茬ANP、ENP和ENAP處理的產(chǎn)量低于CK，但差異不顯著。蠶豆茬ENAP的產(chǎn)值顯著高于CK，增幅達(dá)4.33%，ANP和ENP處理與CK比差異不顯著。大蒜茬各處理的產(chǎn)量均低于CK。大蒜茬ENAP和ENP處理的產(chǎn)值高于CK，分別增加了4.45%和2.03%。整體而言，蠶豆茬和大蒜茬均以氮等量、增磷降鉀補(bǔ)硼ENAP處理的經(jīng)濟(jì)性狀最優(yōu)，而后大蒜茬以氮磷等量、降鉀補(bǔ)硼ENP處理，蠶豆茬以氮磷上浮20%、降鉀補(bǔ)硼ANP處理次之。

表4 氮磷和微量元素硼協(xié)調(diào)供應(yīng)對烤煙經(jīng)濟(jì)性狀的影響

2.4 氮磷和微量元素硼協(xié)調(diào)供應(yīng)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(jià)煙田水分進(jìn)入流域的重要指標(biāo)之一（表5）。蠶豆茬ANP、ENP和ENAP處理的徑流水和滲漏水總量與CK差異不顯著，大蒜茬各處理的徑流水和滲漏水總量的結(jié)果與蠶豆茬各處理下保持一致。因此，適度增加或降低肥料施用量對煙田水流失總量的影響不大。

表5 氮磷和微量元素硼協(xié)調(diào)供應(yīng)對徑流水和滲漏水的影響

2.5 氮磷和微量元素硼協(xié)調(diào)供應(yīng)對氮磷養(yǎng)分流失的影響

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(biāo)之一。在徑流水的氮、磷養(yǎng)分流失量方面，大蒜茬各處理總氮流失量表現(xiàn)為：ANP＞CK＞ENP ＞ENAP（表6），且差異不顯著。大蒜茬ANP、ENP和ENAP處理的各形態(tài)氮含量與CK差異不顯著。大蒜茬各處理總磷差異不大。大蒜茬各處理的水溶性磷表現(xiàn)為：ENAP ＞ANP=ENP＞CK，且差異不顯著。蠶豆茬處理下徑流水的總氮和硝態(tài)氮流失量表現(xiàn)為：ANP＞ENP ＞CK=ENAP，且差異不顯著。蠶豆茬ANP、ENP和ENAP處理的各形態(tài)氮、總磷和水溶性磷含量與CK差異不顯著。

在滲漏水的氮、磷養(yǎng)分流失量方面，大蒜茬ANP處理的硝態(tài)氮流失量高于CK、ENP和ENAP處理（表6），但差異不顯著。ANP、ENP和ENAP處理的總氮、銨態(tài)氮、總磷和水溶性磷與CK差異不顯著。蠶豆茬各處理滲漏水的總氮和銨態(tài)氮流失量表現(xiàn)為：ANP＞CK＞ENP＞ENAP，但差異不顯著。ANP、ENP和ENAP處理的硝態(tài)氮、總磷和水溶性磷與CK差異不顯著。整體而言，適當(dāng)增加氮肥和磷肥會增加氮磷流失量，且合理范圍內(nèi)增加氮肥和磷肥施用量對環(huán)境的影響不大，不會增加面源污染的風(fēng)險(xiǎn)。

表6 氮磷和微量元素硼協(xié)調(diào)供應(yīng)對養(yǎng)分流失量的影響

3 討論

肥料的合理施用是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要方向之一，合理施用肥料能增加煙葉的產(chǎn)量和改善煙葉質(zhì)量［12，14］。隨著國家“減氮、減藥”政策的提出，大量研究表明：降低氮磷施用能降低氮磷養(yǎng)分流失及面源污染的風(fēng)險(xiǎn)，這對于農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。然而，烤煙的生長需要一定量的肥料提供養(yǎng)分，不同品種在不同區(qū)域?qū)Ψ柿系男枨笥兴町?，在不了解?dāng)?shù)刈魑飳︷B(yǎng)分需求規(guī)律和當(dāng)?shù)赝寥鲤B(yǎng)分供應(yīng)的情況下，減少肥料的施用會影響作物的生長及物質(zhì)的積累。因此，探討不同區(qū)域適宜的肥料施用量對于農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要的價(jià)值。本研究結(jié)果表明，洱海流域煙葉生產(chǎn)中，在常規(guī)施肥的基礎(chǔ)上適當(dāng)增加磷肥和硼肥，即氮等量、增磷降鉀補(bǔ)硼的方式，既能促進(jìn)煙株生長、提高中上等煙比例、改善煙葉品質(zhì)，又不會增加地表和地下水中的總氮、總磷、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的含量，說明在洱海流域的煙葉生產(chǎn)中，常規(guī)施肥的基礎(chǔ)上適當(dāng)提高磷肥有助于煙葉生產(chǎn)，又不會增加洱海流域的面源污染的風(fēng)險(xiǎn)。可能的原因是在洱海流域特定的氣候環(huán)境下土壤中磷的有效性較低，適當(dāng)增加磷肥提升了土壤化學(xué)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(jìn)了微生物繁殖和土壤酶活性、促使了煙株能有效吸收利用土壤中養(yǎng)分，提高了肥料的利用效率［23-24］。肥料利用效率的增加促進(jìn)了煙株對養(yǎng)分的吸收，促進(jìn)了根系的發(fā)育，從而增強(qiáng)了土壤保水保肥的能力，提高了土壤養(yǎng)分和水分的有效性，進(jìn)一步減輕了農(nóng)田面源污染發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)［26-27］。盡管如此，由于不同土壤類型、氣候背景下，土壤中的電荷量、金屬含量等存在的差別，不同區(qū)域及不同土壤類型的氮磷流失特征可能存在差異，需進(jìn)一步探究。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，洱海流域煙葉生產(chǎn)中，在常規(guī)施肥的基礎(chǔ)上適當(dāng)增加磷肥和硼肥，即氮等量、增磷降鉀補(bǔ)硼的方式，可以在烤煙生產(chǎn)中保障煙葉產(chǎn)量、產(chǎn)值和中上等煙比例的同時(shí)，不會增加地表和地下水中的總氮、總磷、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的含量，這對于洱海流域煙區(qū)煙葉的優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)及降低湖泊流域面源污染提供了一定的理論依據(jù)。