恩施州煙田養(yǎng)分輸入、輸出與平衡

鄧建強(qiáng)，王瑞，譚軍，趙曉超

1湖北省煙草公司恩施州公司，恩施445000;2湖北中煙工業(yè)有限公司物資采購中心，武漢430040

煙草是一種投入較高的經(jīng)濟(jì)作物, 其肥料投入約占總物資投入的60%，是煙農(nóng)降低生產(chǎn)成本的關(guān)鍵切入點(diǎn)。且肥料是影響煙葉產(chǎn)量和品質(zhì)的重要因素之一，對煙葉產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率約為40%[1]，對品質(zhì)中香氣的貢獻(xiàn)率僅次于品種[2-3]。目前，很多學(xué)者對全國農(nóng)林系統(tǒng)的養(yǎng)分平衡進(jìn)行估算和評價(jià)，提出了當(dāng)前我國農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中多數(shù)出現(xiàn)了“氮、磷盈余，鉀素略顯不足”的問題[4-7]。其中，陶芾等人對我國烤煙生產(chǎn)體系中的養(yǎng)分平衡進(jìn)行詳細(xì)闡述[8]。恩施地區(qū)具有喀斯特地貌特征，加上年降水量可達(dá)到1400 mm[9]，容易造成土壤養(yǎng)分流失。為此，本文對該區(qū)域植煙土壤養(yǎng)分平衡進(jìn)行科學(xué)估算與評價(jià)，旨在分析其土壤養(yǎng)分平衡狀況，為當(dāng)?shù)責(zé)熑~生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

恩施煙區(qū)地處鄂西南（東經(jīng)109°4′48″～109°58′42″，北緯 29°50′24″～30°40′00″），是湖北省煙葉主產(chǎn)區(qū)，也是我國白肋煙第一大產(chǎn)區(qū)，常年種植煙葉50萬畝左右，年產(chǎn)烤煙105萬擔(dān)，白肋煙50萬擔(dān)。該區(qū)域具有喀斯特地貌特征，屬于亞熱帶季風(fēng)和季風(fēng)性濕潤氣候。年平均氣溫為16.3℃，煙葉大田≥10℃活動(dòng)積溫為3061.8℃，全年降水量為1434.9 mm，煙葉田間生長期降水量占全年降水量的60%左右，年平均日照時(shí)數(shù)為1228.8 h，年平均相對濕度為81.5%[9]。

1.2 研究方法

1.2.1 煙田養(yǎng)分估算方法

1.2.1.1 輸入

煙田養(yǎng)分輸入主要考慮化肥、有機(jī)肥、生物固氮、煙苗帶入養(yǎng)分、灌溉和降水所帶入的養(yǎng)分?；屎筒糠钟袡C(jī)肥投入量以2009年煙草公司全年投入資料為準(zhǔn)，折算成純養(yǎng)分量計(jì)入。人畜禽糞尿帶入養(yǎng)分估算中的務(wù)農(nóng)人口量和畜禽飼養(yǎng)量來自《2010年湖北省統(tǒng)計(jì)年鑒》[10]，按照年排放量進(jìn)行估算。各種糞尿的氮磷鉀養(yǎng)分含量參照全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心數(shù)據(jù)[11]，各種畜禽糞尿的回田率參見文獻(xiàn)[12]，估算參數(shù)見表1，畜禽年養(yǎng)分排放量見概算方程（1）。人糞尿的回田數(shù)量按照每年每人1.0 kg N、0.25 kg P2O5、0.25 kg K2O 計(jì)算[13]。人畜糞尿堆肥氮素?fù)p失按照40%計(jì)算[14]，磷和鉀的損失忽略不計(jì)。根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，恩施州有29.2%的煙田有施用人糞尿堆肥習(xí)慣，后以該類煙田占農(nóng)田比例進(jìn)行折算。

其中t為畜禽年養(yǎng)分排放量、Q0為前一年年末存欄數(shù)、Q1為年末存欄數(shù)、Q2為年內(nèi)出欄數(shù)、T為飼養(yǎng)周期、q為日養(yǎng)分排放量。

表1 主要畜禽的飼養(yǎng)周期和日養(yǎng)分排放量

秸稈按照作物產(chǎn)量和草谷比進(jìn)行估算，秸稈中氮磷鉀養(yǎng)分含量參見全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心數(shù)據(jù)（表2）[11]。秸稈回田率按30%計(jì)算[5]，由于煙田耕作制度和普通農(nóng)田有一定差別，調(diào)查發(fā)現(xiàn)約15%的煙田有輪作和施用草木灰的習(xí)慣，后以該類煙田占農(nóng)田比例折算秸稈帶入的養(yǎng)分量。

表2 恩施州不同作物秸稈養(yǎng)份含量匯總

（續(xù)表2）

植煙土壤綠肥推廣面積為4013.3 hm2，按每公頃平均翻壓還田15000 kg，綠肥養(yǎng)分含量按N 0.502%、P2O50.123%、K2O 0.470%計(jì)算。煙苗主要以育苗基質(zhì)和培養(yǎng)液的形式將養(yǎng)分帶入煙田，按照N 0.302 kg·hm-2、P2O50.015 kg·hm-2、K2O 0.488 kg·hm-2計(jì)。通過干濕沉降輸入到煙田的養(yǎng)分平均每年N 20.2 kg·hm-2、P2O51.2 kg·hm-2、K2O 8.3 kg·hm-2進(jìn)行估算[5]。恩施州煙水配套系統(tǒng)約占總煙田面積的82.6%，按照此比例以平均每年 N 12.1 kg·hm-2、P2O51.5 kg·hm-2、K2O 14.8 kg·hm-2進(jìn)行概算[5]。

1.2.1.2 輸出

煙田養(yǎng)分輸出包括煙葉生長吸收養(yǎng)分和養(yǎng)分損失兩部分。煙葉生長所需養(yǎng)分按照煙葉總收購量和生產(chǎn)單位煙葉產(chǎn)量所需要氮磷鉀數(shù)量進(jìn)行估算。其中，單位生產(chǎn)烤煙所需養(yǎng)分為 N 38.5 kg·t-1、P2O512.1 kg·t-1、K2O 70.5 kg·t-1[15]；單位生產(chǎn)白肋煙所需養(yǎng)分為N 68.0 kg·t-1、P2O55.5 kg·t-1、K2O 58.0 kg·t-1[16]。無機(jī)肥料氮素?fù)p失按照50%計(jì)算，有機(jī)肥料氮素的損失率低于化肥氮，按照30%概算，磷肥和鉀肥的徑流和無效化損失以20%和17%計(jì)算[5、13、28]。灌溉水和干濕沉降的養(yǎng)分損失參照化學(xué)肥料損失率。

1.2.1.3 平衡

根據(jù)養(yǎng)分總量輸入和養(yǎng)分總量輸出估算2009年恩施州65.8萬畝煙田總體養(yǎng)分平衡狀況。按照以下公式計(jì)算：

1.3 土壤養(yǎng)分和煙葉數(shù)據(jù)來源

對恩施州的6個(gè)縣市煙葉主產(chǎn)區(qū)的2002年、2009～2011年共計(jì)2600余份土樣進(jìn)行了檢測。堿解氮采用堿解擴(kuò)散法，速效磷采用碳酸氫鈉浸提鉬銻抗比色法，速效鉀采用醋酸銨浸提原子吸收法。方法流程參考文獻(xiàn)[17]。煙葉鉀含量數(shù)據(jù)來源于《中國煙草科學(xué)技術(shù)數(shù)據(jù)庫》，提取出2003～2007年全國各省云煙87煙葉化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)做為基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)[18]。

2 結(jié)果

2.1 煙田養(yǎng)分輸入

2.1.1 化肥輸入

2009年度恩施州煙田養(yǎng)分總輸入量約為2.64萬噸，其中氮、磷、鉀總量分別為0.83萬噸、0.53萬噸和1.28萬噸?；士偼度肓繛?.02萬噸，占總輸入量的77%，分別占氮、磷、鉀總輸入量的61.5%、83.8%、83.6%。按照肥料種類統(tǒng)計(jì)，復(fù)合肥、硫酸鉀、硝酸鉀、硝酸銨和磷肥分別占總輸入量56.8%、11.8%、0.4%、5.0%和2.7%。說明恩施州煙田化肥投入比例偏高，超過了總養(yǎng)分投入量的70%。

2.1.2 有機(jī)肥輸入

有機(jī)肥總投入量為0.38萬噸，約占總養(yǎng)分輸入量的14%，分別占氮、磷、鉀總輸入量的22.3%、14.2%、9.2%。煙草直接投入的有機(jī)肥（包括餅肥、商品有機(jī)肥和綠肥）、人蓄糞尿、秸稈還田和非共生固氮所占總有機(jī)肥比例分別為30.4%、43.9%、8.3%和17.4%，說明當(dāng)前區(qū)域內(nèi)有機(jī)肥主要源于人畜糞尿和煙草投入的有機(jī)肥。根據(jù)恩施州人口量和畜牧業(yè)和農(nóng)作物生產(chǎn)狀況進(jìn)行估算，煙田的人畜糞尿和秸稈還田的潛在養(yǎng)分供應(yīng)量分別為1.68萬噸和0.21萬噸，因此充分利用該類有機(jī)肥，對解決有機(jī)肥投入量低，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)分綠色循環(huán)有積極意義。

2.1.3 其它輸入

除上述兩種主要輸入途徑外，煙田還能通過煙苗帶入、灌溉和大氣沉降方式帶入一定量的養(yǎng)分，共計(jì)約為0.24萬噸，占總養(yǎng)分投入量的9.0%，分別占氮、磷、鉀總輸入量的16.2%、2.0%、7.2%。其中輸入灌溉和大氣沉降帶入的養(yǎng)分較多，分別占總輸入量的3.9%和4.9%，說明由自然界直接進(jìn)入煙田的養(yǎng)分，特別是氮也占了一定的份額，對煙葉生產(chǎn)也起到一定的作用。

表3 恩施煙田養(yǎng)分輸入、輸出與平衡估算（t）

2.2 煙田養(yǎng)分輸出

煙田養(yǎng)分輸出主要由煙葉吸收的養(yǎng)分和養(yǎng)分損失組成。煙葉吸收的養(yǎng)分包括煙葉產(chǎn)量部分和秸稈部分。按恩施州2009年烤煙5.95萬噸、白肋煙2.98萬噸生產(chǎn)量計(jì)算，煙葉生產(chǎn)氮、磷、鉀養(yǎng)分?jǐn)?shù)量分別為0.43萬噸、0.09萬噸和0.59萬噸，分別占養(yǎng)分總輸入量的52.2%、16.6%和46.3%，養(yǎng)分輸入大于煙葉吸收，其中磷肥表現(xiàn)最為明顯。

除煙葉吸收外，還有一定數(shù)量的養(yǎng)分是通過各種途徑損失。氮素通過硝化-反硝化作用和雨水淋失等作用損失最大，經(jīng)估算，恩施基本煙田氮素?fù)p失達(dá)0.38萬噸，占總氮輸入量的45.5%；磷和鉀素通過徑流和無效損失率分別以20%和17%計(jì)，損失量達(dá)0.11萬噸和0.22萬噸。

2.3 煙田養(yǎng)分平衡

根據(jù)恩施煙田養(yǎng)分輸入與輸出計(jì)算養(yǎng)分平衡狀況表明，總體養(yǎng)分盈余量達(dá)0.82萬噸，占總養(yǎng)分輸入的31.3%，其中，氮、磷、鉀盈余量占相應(yīng)總輸入量的2.2%、63.4%和36.7%。按2009年全州65.8萬畝煙田計(jì)算，氮、磷、鉀養(yǎng)分平均盈余為0.3 kg/畝、5.1 kg/畝、7.1 kg/畝。結(jié)合恩施基本煙田速效養(yǎng)分變化情況（圖1）推斷可知：（1）平衡概算煙葉吸收氮素占總氮輸入的52.2%，大于常規(guī)意義中氮肥當(dāng)季利用率30%[19]，這是與概算過程中未將土壤本底氮素含量計(jì)入有關(guān)，且近期土壤堿解氮含量處于逐步下降趨勢，說明該區(qū)域氮素輸入輸出基本持平，處于略虧狀態(tài)。（2）磷肥和鉀肥后效較強(qiáng)，近期土壤有效磷和有效鉀基本處于逐步上升，與投入量逐年增加有關(guān)。綜上所述，該區(qū)域氮素輸入輸出持平、略有虧損，磷和鉀均有盈余，該結(jié)論與陶芾等對我國烤煙生產(chǎn)體系中的養(yǎng)分平衡進(jìn)行評價(jià)的結(jié)果基本一致[8]。

圖1 恩施植煙土速效養(yǎng)分變化圖

3 結(jié)論與討論

3.1 適度增施氮肥、穩(wěn)定磷鉀水平

一般說, 農(nóng)田氮素平衡盈余率((輸入-輸出)/輸出*100%)超過20%以上時(shí), 即可能引起氮素對環(huán)境的潛在威脅[20]，2009年恩施州煙田養(yǎng)分中氮素為2.3%，氮肥投入量基本持平，且土壤堿解氮有一定程度下降，對環(huán)境基本無影響。因此對于氮素來講，應(yīng)適度增補(bǔ)氮肥用量，尤其是增加有機(jī)肥投入量，以提高氮肥的利用率和供應(yīng)量，避免盲目減少氮肥用量而影響到煙葉生產(chǎn)。

磷的后效較高，其累計(jì)利用率可達(dá)80%以上[21]，2009年磷的盈余率為173.0%，煙葉帶出占磷總輸入的16.6%，且與2002年相比近期有效磷含量均值有顯著升高，因此應(yīng)推廣平衡施肥，整體上適度穩(wěn)定磷肥投入量，增施有機(jī)肥，提高土壤殘留磷肥的有效性，滿足煙葉生產(chǎn)，防止煙田磷肥殘留量過高產(chǎn)生潛在危害。

我國農(nóng)田鉀素平衡達(dá)到盈余狀態(tài)的并不多見[22],而恩施煙田養(yǎng)分中鉀的盈余率為57.9%，且近期土壤有效鉀有一定程度上升，說明煙田與其它農(nóng)田的鉀含量有一定差別。土壤的供鉀能力和煙葉含鉀量有一定的相關(guān)性[23]，與全國其它區(qū)域相比，恩施州云煙87含鉀量處于全國的中等偏上水平（圖2），僅次于安徽、湖南和云南，可能與當(dāng)?shù)剽浄视噍^高有關(guān)，應(yīng)穩(wěn)施鉀肥，注重以增加鉀肥追肥比例和次數(shù)的方式提高其利用率，后作經(jīng)濟(jì)作物，降低土壤鉀殘留量，達(dá)到煙葉生產(chǎn)與環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的目的。

圖2 全國云煙87鉀含量統(tǒng)計(jì)圖

3.2 降低化肥投入量，防止土壤酸化

優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)要求土壤pH為5.5～6.5，全國約有21%的煙田土壤pH低于5.5，屬于酸性土壤，且基本集中在南方煙區(qū)[24]。根據(jù)調(diào)查，與2002年恩施州煙田土壤酸堿度調(diào)查結(jié)果相比，近期土壤pH低于5.5所占比例上升了12.2%（圖3），且已有報(bào)道概述了恩施州耕地酸化狀況日益突出，政府已投入了大量的人力物力以緩解該問題對當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來的不良影響[25]。土壤酸化的誘導(dǎo)因素有很多，張福鎖研究表明我國過去30年中對化肥的過度使用是導(dǎo)致土壤酸化的主要誘因[26]。恩施州煙田化肥投入比例偏高，近占總養(yǎng)分輸入量的八成，磷鉀的盈余量大，部分區(qū)域出現(xiàn)了土壤板結(jié)和酸化現(xiàn)象，且近幾年畝平化肥投入量基本不變（表4），應(yīng)適度降低化肥的投入比例，以防止煙田土壤區(qū)域性酸化。

圖3 恩施州pH分級統(tǒng)計(jì)對比圖

表4 近年畝平煙田化肥輸入養(yǎng)分

3.3 提高有機(jī)肥投入量，重視農(nóng)家肥施用

有機(jī)肥對改善土壤理化性狀，提高土壤保水保肥能力，增強(qiáng)土壤養(yǎng)分的有效性都有顯著的效果[27]。2009年人畜糞尿和秸稈還田占總有機(jī)肥投入量的近一半，而煙草直投有機(jī)肥量約為其總量的1/3，只為直投化肥總量的5.7%左右，應(yīng)逐步提高煙草直補(bǔ)有機(jī)肥的投入量。同時(shí)，恩施州人畜糞尿和作物秸稈的潛在純養(yǎng)分年供應(yīng)量約為1.89萬噸，如合理利用該類資源，可有效地降低煙葉生產(chǎn)成本，解決當(dāng)前有機(jī)肥投入不足的問題，應(yīng)鼓勵(lì)煙農(nóng)興建沼氣池、重視農(nóng)家肥的施用，政府和煙草給予一定的政策支撐，實(shí)現(xiàn)煙葉生產(chǎn)的養(yǎng)分綠色生態(tài)循環(huán)模式。

3.4 增加煙稈生物有機(jī)肥和綠肥的推廣力度

按恩施州2009年煙葉8.94萬噸生產(chǎn)量，草/谷比1.6，煙稈中氮、磷、鉀含量分別為1.295%、0.346%、1.995%[11]，處理能力50%計(jì)算，生產(chǎn)出的煙稈生物有機(jī)肥含純養(yǎng)分量為1299.9噸（氮463.0噸、磷123.7噸、鉀713.2噸），約是2009年有機(jī)肥總輸入量的34.4%，可見推廣煙稈生物有機(jī)肥既能就地取材，減少大量煙稈殘留田間，又能解決當(dāng)前煙草直補(bǔ)有機(jī)肥投入量不足的問題。同時(shí)，2009年綠肥的推廣種植面積為4013.3hm2，約占總有機(jī)肥投入量的18%，應(yīng)繼續(xù)加大綠肥的推廣種植面積，以緩解恩施州煙區(qū)連作障礙、解決土壤退化呈現(xiàn)出的一些問題。

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