高碳基肥對煙稻輪作系統煙田氮肥利用率和氮效益的影響

關鍵詞：高碳基肥；烤煙：炯稻輪作系統；氮素分配；氮肥利用率；施氮效益

近年來我國氮肥用量不斷增加，但其利用率卻沒有提高，介于30%～35%之間，遠低于發達國家。長期氮肥利用率低，不僅增加施肥成本，還會造成水體富營養化、土壤酸化、溫室效應、大氣污染等一系列環境問題。

大量研究證實化肥配施有機肥可提高氮肥利用率，如在西南黃壤性水稻土上采用有機肥替代50%化肥的施肥方法，水稻的氮肥利用率提高4.2%，玉米提高2.5%。對寧夏引黃灌區稻田的研究發現，在常規施氮和優化施氮水平下配施有機肥，水稻的氮肥利用率分別提高1.9%和5.2%。

有機肥種類很多，其肥效以及對氮肥利用率的影響有所不同，秸稈、牛羊糞、油枯是常用的有機肥肥源，其肥料碳氮比各不相同，薛慶鋒等研究表明，施用秸稈有機肥能提高氮肥利用率，減少面源污染，而且還增加土壤有機質含量，提高土壤肥力。馬宜林等研究發現，在洛陽丘陵褐土區等量施肥條件下，配施40%～60%牛羊糞有機肥與無機肥更有利于滿足烤煙的需肥特性，提高氮肥利用率。研究表明，腐熟的菜籽餅肥對植煙土壤養分、烤煙根系生長、煙株碳氮代謝協調性、氮素利用率和土壤碳、氮礦化提高均具有顯著影響：而有機肥中不同元素被微生物固定還是釋放至土壤供植物利用，在很大程度上取決于有機肥的碳氮比。餅肥和高碳基肥是目前煙草生產廣泛應用的有機肥，餅肥養分以氮為主，碳氮比8～10左右：高碳基肥是一種以生物質炭為主要原料并添加多種有機物料和礦物質原料復配而成的新型有機肥料，含碳量相對較高，碳氮比約為17，生物炭由于其較大的比表面積和穩定的多孔結構被證明是碳封存理想物質，使用高碳基肥能夠將生物質轉化成的生物炭再利用，有效減少碳的排放，在目前碳達鋒、碳中和的背景下擁有良好的應用推廣前景。高碳基肥具有改良土壤、提高土壤養分供應能力、促進煙株生長和改善烤煙品質的功效。由于其含有大量生物炭，具有較強吸附性，可以增強土壤的保水保肥能力，尤其是可以降低氮肥淋失的風險．但也有研究顯示，生物炭會增大硝態氮在質地較黏土壤中的淋失，降低氮肥利用效率。

湖南郴州屬亞熱帶季風性濕潤氣候區，降雨量充沛，自然條件優越，是我國濃香型煙葉主產區之一。長期以來，煙農為了追求煙葉的高產與經濟利益最大化而大量施用化肥，這對土壤、烤煙質量和環境都造成了不利影響。較高的氮肥施用量和相對偏低的煙葉產量是郴州煙草生產面臨的問題之一，本試驗在煙稻輪作生態系統下，研究高碳基肥和餅肥兩種碳氮比有較大差異的有機肥配施化肥對烤煙生長和氮肥利用率的影響，以期為郴州煙田合理施用有機肥、提高氮肥利用率和經濟效益、提升煙草品質提供理論依據。

1材料與方法

1.1試驗地概況

試驗于2021年3月在湖南省郴州市桂陽縣方元鎮開展。該區屬亞熱帶季風氣候，四季分明，雨熱同季，光照充足，雨量充沛，無霜期長。年均氣溫18℃，無霜期年平均210d，日照時數1780h，年均降水量1500～1800mm。試驗地土壤基礎理化性質：有機質含量18.05g/kg、硝態氮23.85mg/kg、銨態氮7.42mg/kg、速效磷52.14mg/kg、速效鉀265.72mg/kg，pH值為7.5。

1.2試驗材料

供試烤煙品種為湘煙7號，由郴州市煙草公司提供。

供試肥料：高碳基土壤修復肥：總養分含量5.02%，含N17.6g/kg、P205 11.5g/kg、K2 21.1g/kg、全碳303.5g/kg，肥料碳氮比17.24，由河南惠農土質保育研發有限公司提供；生物發酵菜籽餅肥：氮磷鉀（N+P2 0s +K2 0）總養分≥8%，含N50.0 g/kg、P205 21.6 g/kg、K，0 10.3 g/kg、有機質≥70%、全碳404.6g/kg，肥料碳氮比8.09；郴州煙草專用基肥（N：P205：K20= 8：17：7，硝態氮／總氮≥15%）、硫酸鉀（K20 52%）、過磷酸鈣（P20512%）和磷酸二氫鉀（P205：K20=52：34），提苗肥（N：P205：K，0=20：9：0，硝態氮／總氮≥40%），煙草專用追肥（N：P205：K20=11：0：31，硝態氮／總氮≥50%）。

1.3試驗設計

試驗采用隨機區組設計，共設置6個處理，分別為CKO：不施氮肥，CK1：僅施化肥氮，不施有機肥，N1：餅肥替代13%化肥氮，N2：餅肥替代26%化肥氮，N3：高碳基肥替代13%化肥氮，N4：高碳基肥替代26%化肥氮。除CKO外，其他各處理總氮量均為169.5kg/hm2．各處理磷鉀肥相同。重復3次，小區面積100m2，地邊設2行保護行。

2021年3月14日移栽煙草幼苗，栽培密度為16500株/hm2。按照郴州煙草優質煙葉生產辦法進行大田管理，煙株4月15日進入旺長期，5月5日現蕾，5月6-10日進行打頂抹腋芽，6月10日開始采收下部葉，分3次采收，7月1日采收結束。

1.4測定項目及方法

煙株移栽后60d，根據YC/T 142-2010中的標準方法測量株高、莖圍、節距、葉長、葉寬、葉片數等農藝性狀；煙株移栽后104d，每小區取3株煙，分別測量根、莖、葉和花鮮重，105℃殺青，60℃烘干至恒重，分別稱量根、莖、葉和花干重后，粉碎過60目篩，用德國Elementar公司生產的碳氮元素分析儀測定各部位總氮含量。

1.5數據處理與分析

采用Microsoft Excel 2019對試驗數據進行整理，利用DPS軟件的LSD法進行差異顯著性分析（Plt;0.05），使用Origin Pro 2019繪圖。

氮肥利用率計算方法：依據移栽后104d的煙株干物質積累量及各部位總氮含量數據，通過差減法計算各處理氮肥利用率，計算公式：氮肥利用率（%）=（施氮處理煙株氮素吸收量一不施氮處理煙株氮素吸收量）／施氮量×100。

施氮效應、效益及效率等經濟效益的計算參照李燕山等的方法，具體計算方法如下：

施氮效應（kg/hm2）=施氮處理煙葉產量一不施氮處理煙葉產量；氮肥農學效率（AE，kg/kg）=施氮效應／施氮量；施氮效益（元/hm2）=施氮處理各等級煙葉產值之和一不施氮處理各等級煙葉產值之和：氮肥投入（元/hm2）=施氮量×氮肥價格；施氮純收入（元/hm2）=施氮效益一氮肥投入；氮肥產投比（VCR，元／元）=施氮效益／氮肥投入。

2結果與分析

2.1高碳基肥不同替代比例對烤煙農藝性狀的影響

由表1可以看出，N1、N2、N3、N4處理的株高、莖圍、節距、葉片數和葉寬等指標與CK1相比略有增加，但差異均未達顯著水平。葉長在各施肥處理間存在顯著差異，與CK1相比，N1、N2、N3、N4處理分別增加2.40%、11.66%、2.73%、14.01%，其中N2、N4處理與CK1差異達顯著水平，說明餅肥及高碳基肥高替代比例對煙葉的促生效果更好。在有機肥替代化肥比例相同情況下，碳氮比較高（17.24）的高碳基肥對煙葉的促生效果優于碳氮比較低（8.09）的餅肥。

2.2高碳基肥不同替代比例對烤煙干物質累積量的影響

移栽后104 d各處理干物質積累量如表2所示，可以看出，N1、N2、N3和N4處理根、莖、葉和花的干物質積累量均大于CK1，但僅花的干物質量與CK1差異達顯著水平。與CK1相比，N1、N2、N3和N4處理煙株總干物質積累量分別增加6.72%、13.19%、10.01%和11.01%，除N1處理外均與CK1達到顯著差異水平。干物質積累量各處理間表現為N2gt;N4gt;N3gt;N1gt;CK1gt;CK0，說明施肥有利于煙株的干物質積累，且有機肥配施化肥顯著高于單施化肥處理，有機肥替代26%化肥氮處理高于替代13%處理，但處理間差異不顯著，餅肥和高碳基肥處理間差異也不顯著。

2.3高碳基肥不同替代比例對烤煙各部位氮含量及分配比例的影響

移栽后104 d烤煙植株各部位氮含量如表3所示。與CK1相比．N1、N2、N3和N4處理單株氮素積累量分別顯著增加8.93%、14.23%、12.67m和17.25%。其中葉片含氮量較CK1分別增加3.19%、9.04%、9.04%和14.36%，且N2、N4處理顯著高于CK1。CK1花的氮素含量為1.98g/株，小于N1、N2、N3和N4處理，但差異未達顯著水平。各配施肥處理根的氮素含量均略高于CK1，但無顯著性差異。N1、N2、N3和N4處理莖的氮素含量均顯著高于CK1，分別增加19.91%、26.55%、27.88%和26.99%?？傮w看來，在有機肥替代化肥比例相同的情況下，高碳基肥處理煙株氮素含量高于餅肥。施用相同有機肥時，替代比例為26%化肥氮處理的煙株氮素含量高于13%替代比例。

由表3還可看出，CKO煙株總氮量為6.15g/株，根、莖、葉和花的氮素分配比例分別為31%、14%、25%和30%。施肥不僅增加煙株的總氮量，還改變了氮素在各器官間的分配比例，主要表現為：單施化肥處理，煙株總氮量為8.29g/株，其在根、莖、葉和花中的分配比例分別為26%、27%、23%和24%。與CKO相比，施肥處理顯著提高了氮素在莖中的分配比例，而降低了其在葉片、花和根中的分配比例：有機肥部分替代化肥進一步提高了氮素在莖中的分配比例，略微降低了其在葉片和根中的分配比例：氮素分配比例在不同有機肥處理間差異不大。

2.4高碳基肥不同替代比例對烤煙氮肥利用率的影響

由圖1可以看出，單施化肥（CK1）的煙株氮肥利用率為25.59%，N1、N2、N3和N4處理分別為28.13%、32.39%、31.15%和34.86%，其中N2、N4較CK1氮肥利用率分別提高6.80、9.27個百分點。表明配施不同比例有機肥均可在一定程度上增強煙株對氮素的吸收能力，且有機肥替代化肥比例越高，氮肥利用率越高：在有機肥替代化肥比例相同條件下，高C/N的高碳基肥對氮肥利用率的提升效果優于C/N較低的餅肥。

2.5高碳基肥不同替代比例對烤煙煙葉產量、產值和經濟效益的影響

由表4可以看出，與CK1相比，N1、N2、N3、N4處理煙葉產量均顯著提高，分別提高6.45%、7.61%、7.05%、12.32%，說明在用氮量相同時餅肥和高碳基肥均有增產效果且后者效果更優。從煙葉產值來看，N1、N2、N3、N4處理較CK1分別顯著增加4.91%、7.92%、5.87%和14.97%，并且N4處理顯著高于N1、N2和N3處理，說明在高碳基肥替代化肥氮比例為26%時，對煙葉產值的提升效果更大。

由表4還可看出，不同有機肥替代化肥氮處理對煙葉的經濟效益產生顯著影響，施氮效應和效益均表現為N4gt;N2gt;N3gt;N1gt;CK1，其中N2、N4處理的施氮效益較CK1分別提高10.41%和19.79%，說明不同有機肥部分替代化肥氮對煙葉的經濟效益均有提升，且高碳基肥的提升效果優于餅肥。同種有機肥替代化肥氮情況下，26%替代比例對煙葉施氮效應和效益的提升最優，說明有機肥替代化肥氮比例較高時經濟效益提升效果較好。從氮肥投入來看，高碳基肥的投入雖然高于餅肥，但其較高的施氮效益也使得施氮純收入高于餅肥。

氮肥產投比分析結果表明，N1、N2、N3、N4處理相對于CK1均有所減少，呈現依次遞減趨勢，說明有機肥部分替代化肥增加了肥料投入，使施肥成本增加，替代量越大成本越高，氮肥產投比減小，但施用有機肥花費的高成本也能帶來更高的收益。N1、N2、N3、N4處理的氮肥農學效率較CK1均有不同程度的提升，分別顯著提高10.87%、12.82%、11.84%、20.76%，其中N2與N4處理的氮肥農學效率提升幅度高于N1、N3，說明施用同種有機肥，有機氮占總氮比例越大，氮效益越高：替代比例相同時，高碳基肥優于餅肥。

3討論

氮肥和有機肥的施用均能影響作物產量。有機肥代替部分化肥是實現我國農業綠色發展的一個重要舉措。烤煙的農藝性狀、內在品質和經濟性狀與肥料的種類和用量關系密切，不同種類肥料釋放養分的特征不同，對烤煙的生長、品質及產質量的影響也不同。本試驗表明，與單施化肥相比，有機無機肥配施顯著提高烤煙產量和干物質積累量，增幅分別為6.45%～12.32%和6.720%～13.19%。餅肥替代化肥氮比例為13%條件下，氮肥利用率為28.13%，替代比例增至26%時，氮肥利用率提高至32.39%：高碳基肥替代化肥氮比例為13%條件下，氮肥利用率為31.15%，替代比例增至26%時，氮肥利用率提高至34.86%，高碳基肥效果優于餅肥，在此用量下煙株氮素累積量顯著增加，氮肥利用率和產質量均為最優。同時，施肥不僅增加煙株的總含氮量，還改變了氮素在煙株各部位的分配比例，有機肥配施化肥增加了氮素在莖中的分配比例，而降低了其在葉片、花和根中的分配比例。

有機肥配施化肥對煙株生長和氮肥利用率的促生效果優于單施化肥處理，原因可能是化肥是一種速效肥，易隨土壤水移動從而被淋洗、揮發等，單施化肥時短時間內大量養分不能被煙株根系及時吸收，而有機肥具有緩效養分，含有多種中微量元素，且能夠促進土壤微生物繁殖，快速活化土壤養分。高碳基肥優于餅肥的原因可能是C/N較高，含有較高比例生物炭對土壤氮素吸附力強，可以增強土壤的保水保肥能力，減少NH3揮發．以及N03 -N淋溶等的損失，保障了對煙株氮素的供應，提高了氮肥利用效率。有機肥配施化肥提高氮素在莖中的分配比例，可能是因為葉和莖是植株吸收氮素的主要器官，在煙草苗期的氮素分配比例較高，煙草在還苗期生長發育較快，此時煙株根系對養分的吸收能力較強，而緩苗期施用的基肥中含氮量較高，土壤氮素對煙株供應增加，莖成為氮素主要的匯集器官，氮素在莖中需要逆濃度梯度向上進行氮營養的運輸，運輸速率不及施用氮肥后根部對氮素吸收的速率，最終導致氮素主要在莖中積累，促進了莖的生長發育。煙株吸收的氮素在莖中積累而沒有充分在煙葉中利用，降低了氮素在煙葉中的分配比例，造成了經濟效益的降低。在以后的研究中如何增加氮素在葉片中的分配比例，進一步提高有機肥配施化肥的經濟效益，是需要探討的問題。

4結論

郴州煙稻輪作生態系統中，單施化肥烤煙氮肥利用率為25.59%，有機肥部分替代化肥氮顯著提高烤煙氮肥利用率2.54～9.27個百分點、氮肥農學效率提高10.87%～20.76%；煙葉產量、產值分別提高6.45%～12.32%和4.91%～14.97%，且高碳基肥優于餅肥，26%替代比例優于13%。有機肥部分替代化肥增加了氮素向煙株莖部的分配比例。