烤煙-玉米輪作體系氮磷鉀養(yǎng)分利用及優(yōu)化管理研究

（重慶煙草科學研究所，重慶 400715）

烤煙-玉米輪作體系氮磷鉀養(yǎng)分利用及優(yōu)化管理研究

張 艷

（重慶煙草科學研究所，重慶 400715）

為研究烤煙-玉米輪作體系養(yǎng)分利用，優(yōu)化輪作體系養(yǎng)分管理，利用專門修建的滲漏池，開展了烤煙連作、烤煙-玉米輪作試驗，對比分析了養(yǎng)分利用情況和煙葉產(chǎn)量、產(chǎn)值及病害發(fā)生率，并對烤煙-玉米輪作體系養(yǎng)分投入進行優(yōu)化管理。結(jié)果表明，常規(guī)施肥條件下，1 個輪作周期（玉米-休閑-烤煙），氮磷鉀養(yǎng)分投入過量，煙葉產(chǎn)量、產(chǎn)值較低，病害發(fā)生率較高，與烤煙連作均無顯著差異。優(yōu)化調(diào)整輪作周期中玉米種植季施肥量[氮 96 kg/hm2、磷（P2O5）60 kg/hm2、鉀 0 kg/hm2]后，輪作體系養(yǎng)分基本平衡，玉米產(chǎn)量穩(wěn)定，烤煙病害較低，煙葉產(chǎn)量、產(chǎn)值較高。

烤煙；玉米；輪作；養(yǎng)分利用；優(yōu)化管理

目前國內(nèi)烤煙種植中采用的種植方式主要有烤煙連作、烤煙與其他作物輪作。研究發(fā)現(xiàn)烤煙連作會產(chǎn)生一系列生產(chǎn)問題，如土壤養(yǎng)分失調(diào)，肥料利用率降低，產(chǎn)質(zhì)量下降，病蟲害發(fā)生嚴重等[1-3]。與其他作物輪作被認為是提高土壤肥力，平衡土壤養(yǎng)分比例和改善生長小環(huán)境的重要措施，為此，云南、貴州等主要烤煙產(chǎn)區(qū)提出與玉米、水稻、蔬菜等作物輪作，以期提高肥料利用率、改善土壤養(yǎng)分比例、減少病害和提高煙葉的產(chǎn)量、質(zhì)量[4]。但是輪作過程中，由于單方面追求當季作物產(chǎn)量、產(chǎn)值，往往出現(xiàn)單季作物過量施肥，特別是氮肥過量的現(xiàn)象，從而導致整個生產(chǎn)周期氮富余[5-8]，現(xiàn)在一些研究者已經(jīng)注意到這點，正著力開展輪作周期養(yǎng)分統(tǒng)籌管理研究工作，并提出對輪作體系控氮、減氮等措施[9-10]。

當前，烤煙輪作生產(chǎn)中，烤煙、輪作作物的施肥均按常規(guī)施肥，特別是輪作作物與烤煙生產(chǎn)精細化管理不同，沒有專門的養(yǎng)分管理指導，施用肥料類型多，肥料用量隨意性大，這樣的養(yǎng)分管理在實際生產(chǎn)中，往往會對烤煙的生產(chǎn)產(chǎn)生不利影響。研究發(fā)現(xiàn)烤煙-玉米輪作中，烤煙生長季，出現(xiàn)生長前期發(fā)棵慢，后期貪青晚熟、落黃差，難烘烤，影響烤煙產(chǎn)量、質(zhì)量[11-13]，國外的學者也認為玉米、豆科作物生產(chǎn)將提高土壤有效氮含量，而且玉米葉殘留在土壤中，易引起根褐腐病，降低烤煙產(chǎn)量[14-15]。目前烤煙輪作研究主要集中在輪作作物的選擇、以及輪作的效果上[16-18]，對烤煙輪作體系養(yǎng)分利用與優(yōu)化管理研究不多，為此，我們以烤煙-玉米輪作體系為基礎，通過專門修建的滲漏池對烤煙連作、烤煙-玉米輪作體系中氮磷鉀養(yǎng)分利用進行研究，并根據(jù)利用情況對輪作體系中玉米的養(yǎng)分管理進行了初步探索，旨在為烤煙生產(chǎn)過程中合理管理養(yǎng)分用量提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

試驗地點位于貴州省遵義市中心煙草科技園，海拔 900 m，年降雨量 1100～1200 mm，年均氣溫13.5～15.7 ℃，年均日照時數(shù) 1150 h，土壤為灰?guī)r黃壤，肥力中等。

1.2 供試材料

試驗在專門修建的滲漏池開展，為接近實際生產(chǎn)，滲漏池（長×寬×深＝400 cm×400 cm×175 cm，池底先鋪 10 cm 碎石，再鋪 10 cm 的河砂，如圖1）在裝池時取長期種植烤煙的土壤，按土層依次裝填于滲漏池中，裝土深度 150 cm，并在試驗前已種植了3年對應作物。土壤為貴州煙區(qū)具有代表性的灰?guī)r黃壤，pH 6.26、有機質(zhì) 14.75 g/kg、全氮 0.7 g/kg、全磷 1.24 g/kg、全鉀 28.48 g/kg、速效氮 118.48 mg/kg、速效磷 19.89 mg/kg、速效鉀 263.75 mg/kg。供試烤煙品種為 K326，玉米為遵玉 3 號。

1.3 試驗設計

2006—2007 年輪作周期中，玉米種植按當?shù)爻Ｒ?guī)施肥量為 N 240 kg/hm2、P2O5131 kg/hm2、K2O 135 kg/hm2，2008—2009 年在對烤煙-玉米輪作體系常規(guī)施肥條件下養(yǎng)分利用研究的基礎上，對玉米的氮磷鉀施用量進行優(yōu)化調(diào)整，調(diào)整后施用量為 N 96 kg /hm2、P2O560 kg/hm2，K2O 0 kg/hm2，均作為基肥施用，其他管理同當?shù)卮筇锷a(chǎn)，并于2010—2011 年重復優(yōu)化調(diào)整試驗。

圖1 滲漏池示意圖Fig. 1 The schematic drawing of percolation pond

1.4 采樣與測定

試驗開始前取土壤樣品，烤煙生長過程中確定樣品采集煙株，并采集掉落的腳葉、打頂時的花芽和腋芽，成熟期分批次采集葉片以及收獲后的根莖，玉米收獲時采取整株樣品，發(fā)病盛期調(diào)查烤煙病害發(fā)生率[19]，煙葉初烤后，分處理按照國家烤煙分級標準分級[20]，稱重計算產(chǎn)量。常規(guī)方法分析煙株氮、磷、鉀含量[21]和土壤全氮、磷、鉀、速效氮、磷、鉀[22]。整個烤煙生長期間，收集土壤下滲液、地表徑流和記錄降雨量，水樣用少量硫酸酸化后冰凍保存于冰柜中備測。分別用雙波長紫外比色法、靛酚藍比色法、鉬藍比色法、火焰光度法測定水樣中的硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、總磷、鉀。

1.5 數(shù)據(jù)分析

烤煙養(yǎng)分吸收主要由施肥、降雨（灌溉水極少可忽略不計）和土壤提供，考慮到土壤全量氮、磷、鉀含量年度變化甚微，故可用不考慮土壤養(yǎng)分供應的養(yǎng)分表觀利用率粗略描述輪作周期兩季作物吸收利用氮、磷、鉀的情況，即養(yǎng)分表觀利用率=作物吸收總量（烤煙+玉米）/投入總量（降雨+施肥）×100%，數(shù)據(jù)用 SPSS 11.01 進行統(tǒng)計分析，差異均為5%顯著水平。

2 結(jié) 果

2.1 常規(guī)施肥時烤煙連作、烤煙-玉米輪作體系中氮磷鉀的利用

從表1 可以看出，2006—2007 年，輪作周期（玉米-休閑-烤煙）中，降雨和施肥共投入氮 448.96 kg/hm2，烤煙連作（烤煙-休閑-烤煙）共投入 301.21 kg/hm2，輪作投入總量是連作的 1.49 倍；輪作玉米、烤煙共吸收氮 174.53 kg/hm2，烤煙兩季吸收氮 90.56 kg/hm2，氮表觀利用率僅為 38.87%（輪作）、30.07%（連作）；除去被作物吸收的和損失的，氮余量分別為 150.87 kg/hm2（輪作）、76.62 kg/hm2（連作），占總投入量的 33.60%（輪作）、25.44%（連作）。

一個輪作周期，降雨和施肥共投入磷 83.19 kg/hm2，連作周期共投入 51.31 kg/hm2，輪作投入總量是連作的 1.62 倍；玉米、烤煙共吸收 34.36 kg/hm2，烤煙兩季吸收磷 12.2 kg/hm2，磷素表觀利用率僅為 41.30%（輪作）、23.78%（連作）；除去被作物吸收的和損失的，磷余量分別為 46.82 kg/hm2（輪作）、37.11 kg/hm2（連作），占總投入量的56.28%（輪作）、72.32%（連作）。

輪 作 周 期 ， 降 雨 和 施 肥 共 投 入 鉀 377.37 kg/hm2，連作周期共投入 474.24 kg/hm2，輪作投入總量為連作的 0.8 倍；玉米、烤煙共吸收 157.03 kg/hm2，烤煙兩季吸收 136.60 kg/hm2，鉀利用率僅為 41.61%（輪作）、28.80%（連作）；除去被作物吸收的和損失的，鉀余量分別為 107.08 kg/hm2（輪作）、219.91 kg/hm2（連作），占總投入量的 28.37%（輪作）、46.37%（連作）。

過程：在幾分鐘內(nèi)，大部分同學都拿出了自己的答案，少則一個、多則幾個、十幾個，緊接著大家開始交流，叫一個學生講，大家補充。通過交流，同學們不僅找到了問題的答案，而且還找出了規(guī)律：這一問題的實質(zhì)是將幾個數(shù)分成和相等的兩組數(shù)，各組數(shù)的和應為：1/2（1+2+3+……8）=18

2.2 優(yōu)化管理后輪作玉米氮磷鉀利用情況

2008 年對烤煙-玉米輪作體系中玉米的施肥量進行優(yōu)化管理，氮、磷做基肥施用分別為 96 kg/hm2、60 kg/hm2，不施鉀肥。從表1、表2 可以看出，與常規(guī)施肥相比，優(yōu)化管理后烤煙-玉米輪作中玉米、烤煙的氮磷鉀吸收量較常規(guī)施肥時提高，養(yǎng)分表觀利用率明顯提高，分別達到 62.39%（氮）、76.57%（磷）、64.16%（鉀）；氮磷鉀余量則明顯減少，僅余 11.83 kg/hm2（氮）、11.86 kg/hm2（磷）、4.48 kg/hm2（鉀），分別占總投入的 3.60%、23.06%、1.65%，分 別 比 養(yǎng) 分 管 理 前 下 降 了 92.16% 、 74.67% 和95.82%。

2.3 烤煙病害發(fā)生率

從表3 可以看出，2006—2007 年輪作（常規(guī)施肥）周期中，烤煙生長過程中發(fā)生花葉病，連作、輪作均發(fā)生，病害發(fā)生率無顯著差異，而輪作地（15.85%）略高于連作（12.5%）；2008—2009 年輪作周期中（優(yōu)化玉米養(yǎng)分管理后），烤煙發(fā)生黑脛病，烤煙連作試驗地黑脛病發(fā)生率 100%，輪作地塊發(fā)病率僅為 10.15%，輪作地烤煙的病害發(fā)生率得到明顯改善；10～11 年輪作周期烤煙季發(fā)病率13.67%，略較前一周期升高，但仍遠遠低于連作（54.76%）。

表1 常規(guī)施肥下烤煙連作、烤煙-玉米輪作的養(yǎng)分利用Table 1 Nutrient utilization of different flue-cured tobacco cropping

2.4 烤煙輪作、連作中烤煙、玉米的產(chǎn)量產(chǎn)值

從表4 可以看出，2006—2007 年（常規(guī)施肥條件下）輪作周期中，連作與輪作烤煙產(chǎn)量、產(chǎn)值均無顯著差異，烤煙-玉米輪作（1989.5 kg/hm2、17130.1 元/hm2）略低于烤煙連作（2013.7 kg/hm2、 17437.1 元/hm2）；2008—2009 年優(yōu)化玉米養(yǎng)分管理后，輪作中玉米產(chǎn)量沒有減少反而顯著提高，同周期的烤煙產(chǎn)量（2588.8 kg/hm2）和產(chǎn)值（28476.9元/hm2）較減肥前顯著提高，同時顯著高于同季連作烤煙的產(chǎn)量產(chǎn)值（825.4 kg/hm2、3656.8 元/hm2）；2010—2011 年輪作周期中玉米產(chǎn)量與上一輪作周期相當，烤煙產(chǎn)量、產(chǎn)值均與上一輪作周期相當，均遠高于連作。

3 討 論

通過對常規(guī)施肥下連作、輪作體系的養(yǎng)分平衡計算，發(fā)現(xiàn)輪作體系中 1 個輪作周期（玉米-休閑-烤煙）氮的投入量是連作同周期（烤煙-休閑-烤煙）的 1.49 倍，除去作物吸收和淋溶損失的部分，余量是連作同周期的 1.97 倍；磷輪作投入量是連作的1.62 倍，余量是連作的 1.26 倍；鉀輪作投入量是連作的 0.8 倍、余量是連作的 0.49 倍。顯然，輪作體系氮、磷的投入明顯高于烤煙連作，余量也高于連作，肥料利用率則低于連作，僅有鉀的投入低于連作，這與通過輪作提高肥料利用率的目標是不一致的，賈志紅等[23]對輪作連作調(diào)查的結(jié)果也證實了這個結(jié)果。同時，整個輪作周期中，氮磷鉀余量之比分別為，1?0.31?0.71（輪作）、1?0.48?2.87（連作），與烤煙生長適宜氮磷鉀比例（1?0.55?2.4）相比[24]，烤煙連作余量的比例更接近，而輪作余量之比則更接近于玉米適宜比值（1?0.5?1）[24]。即在常規(guī)施肥條件下，要通過輪作改善土壤養(yǎng)分比例也是不易的。而過多的氮殘留對烤煙的生長產(chǎn)生不利的影響[16-18]，這也可能是不少地區(qū)推廣烤煙-玉米輪作后，煙葉產(chǎn)量、質(zhì)量并未得到改善的原因之一。顯然在常規(guī)施肥狀況下，輪作體系不利于改善烤煙生長小環(huán)境，不利于平衡土壤養(yǎng)分比例達到適宜于烤煙生長比值，反而有向不適宜于烤煙生長比例發(fā)展的趨勢。

表2 優(yōu)化管理后輪作玉米養(yǎng)分投入后氮磷鉀利用Table 2 Nutrient balance of corn and flue-cured tobacco rotation

表3 連作、輪作烤煙病害發(fā)生率Tbale 3 The disease incidence of flue-cured tobacco of different cropping systems

表4 連作、輪作烤煙產(chǎn)量、產(chǎn)值年度變化Table 4 Changes of yields and output value of different cropping system

優(yōu)化玉米施肥量后，2008 年玉米產(chǎn)量并未降低，反而明顯增加，而且同一輪作周期烤煙（2009年）僅發(fā)生極少的病害，烤煙產(chǎn)量也較減肥前和同周期連作顯著增加，第二周期玉米、烤煙產(chǎn)量穩(wěn)定，均明顯高于減肥前水平，同時遠遠高于輪作。通過養(yǎng)分平衡計算可以看出，在輪作周期中，玉米種植前，冬季休閑降雨為試驗地投入氮約 30 kg/hm2，磷約 0.1 kg/hm2，鉀約 7 kg/hm2，前一季烤煙生產(chǎn)余氮約 20 kg/hm2、磷約 17 kg/hm2、鉀約 100 kg/hm2，玉米季養(yǎng)分供應量（前一季余量、冬季降雨投入以及當季投入（施肥+降雨））正好與玉米吸收和玉米生長周期土壤淋溶損失養(yǎng)分的總量相當。即雖然減少了玉米季施肥量，但從整個輪作周期來看，玉米生長季，養(yǎng)分供應量與吸收和損失的總量持平，有效保證了玉米產(chǎn)量的穩(wěn)定；而且，通過利用玉米生長吸收烤煙種植過程和冬季降雨余留在土壤中的養(yǎng)分，從而使得烤煙-玉米輪作體系中養(yǎng)分余量顯著減少，一個輪作周期僅余 11.83 kg/hm2（氮）、11.86 kg/hm2（磷）、4.48 kg/hm2（鉀），既實現(xiàn)了對一個輪作周期投入養(yǎng)分的充分利用，又有效控制了烤煙種植導致的土壤養(yǎng)分累積。這與國外烤煙生產(chǎn)大國普遍采用的烤煙-牧草-牧草-牧草-烤煙或烤煙-玉米-牧草-牧草-烤煙輪作方式作用相似，可以有效控制烤煙生產(chǎn)過程中余留的氮磷鉀養(yǎng)分，為優(yōu)質(zhì)烤煙生產(chǎn)奠定基礎[15]。

4 結(jié) 論

在實施烤煙與其他作物輪作過程中，應充分考慮整個輪作體系養(yǎng)分供應，在保持烤煙施肥量不變的情況下，適量減少輪作作物的施肥量，充分利用輪作作物調(diào)控土壤中過多的養(yǎng)分，改善烤煙生長土壤狀況，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)烤煙生產(chǎn)。通過兩個輪作周期的試驗表明，在貴州遵義地區(qū)，烤煙玉米輪作時，玉米季施用氮 96 kg/hm2、磷（P2O5）60 kg/hm2，鉀0 kg/hm2時，能維持整個輪作體系周期內(nèi)養(yǎng)分平衡，玉米產(chǎn)量穩(wěn)定，烤煙病害較低，產(chǎn)量、產(chǎn)值較高。

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Nutrient Utilization and Optimal Management in Corn and Flue-cured Tobacco Rotational Cropping Systems

ZHANG Yan
(Chongqing Institute of Tobacco Science, Chongqing 400715, China)

A field experiment was carried out to study nutrient utilization and management in a rotational cropping system by using leaching chambers through analyzing nutrient utilization, product value and disease occurrence of tobacco. The results showed that there were no significant differences in yield, output and disease occurrence of tobacco between tobacco-maize rotation system and continuous tobacco cropping system with conventional fertilization. During a rotational cropping cycle, the inputs of N, P, and K were excessive. After reducing the fertilizer rate of corn in growing season, soil nutrients in rotation system maintained dynamic balance, and the yield of maize was stable, and the yield of tobacco maintained high level, the disease occurrence of tobacco was low.

flue-cured tobacco; corn; rotation; nutrient utilization; optimal management

S572.06

1007-5119（2014）05-0061-06

10.13496/j.issn.1007-5119.2014.05.012

貴州省煙草專賣局重大科技攻關(guān)項目[2006-04]

張 艷，博士，主要從事煙草育種與栽培生理研究。E-mail：zhangyan508508@163.com

2013-10-14

2014-06-05