利用15 N示蹤技術(shù)探討烤煙在不同輪作方式下對(duì)氮素肥料的吸收與分配

孟源+陸引罡+周建云+陶文廣

摘要：應(yīng)用15N穩(wěn)定性同位素示蹤技術(shù)，研究了烤煙在不同的輪作方式下對(duì)氮素肥料的吸收利用情況。結(jié)果表明：煙株各部位總氮含量呈現(xiàn)葉片>莖>根，煙葉葉片總氮積累量上部葉>中部葉>下部葉的規(guī)律;通過(guò)15N的原子百分超的測(cè)定結(jié)果得到，煙株全氮中來(lái)源于吸收肥料氮的比例在不同部位的分布隨著葉位的升高而降低，來(lái)源于土壤氮的比例隨著葉位的升高而增加;不同輪作方式的氮肥利用率以烤煙—小麥輪作處理較高，為23.71%，烤煙—油菜輪作處理與烤煙—空閑輪作處理居中，二者分別為23.04%和22.3%，烤煙—黑麥草輪作處理較低，僅為18.11%，烤煙較好的輪作方式為烤煙—小麥輪作和烤煙—油菜輪作。

關(guān)鍵詞：烤煙;15N;輪作;吸收;分配

中圖分類號(hào)： S572.06 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2015）04-0099-03

收稿日期：2014-05-19

基金項(xiàng)目：湖南中煙公司資助項(xiàng)目（編號(hào)：H110378）。

作者簡(jiǎn)介：孟 源（1988—），男，碩士研究生。E-mail：mengyuan881122@126.com。

通信作者：陸引罡，教授。E-mail：agr.yglu@gzu.edu.cn。

烤煙作為一種不耐連作的作物，在種植的過(guò)程中，輪作成為煙草種植制度的主要內(nèi)容。通過(guò)合理輪作，可以改善烤煙的生長(zhǎng)環(huán)境，均衡利用土壤養(yǎng)分，減少病蟲害發(fā)生，提高烤煙產(chǎn)量和質(zhì)量[1]。對(duì)煙草生產(chǎn)而言，輪作中的關(guān)鍵問題是前茬作物（前作）的選擇。在煙草生產(chǎn)中，要正確地評(píng)定茬口，為輪作選擇合理的茬口，以利于前后作相互銜接，揚(yáng)長(zhǎng)避短，趨利避害[2]。在目前的研究中，有關(guān)前作的研究主要集中在玉米、小麥、水稻、大豆等作物上[3-4]，而前作對(duì)煙草生長(zhǎng)及品質(zhì)影響的研究較少[5]。在煙草生產(chǎn)中，前作的選擇主要以減少煙草的病害為主，不同前作的茬口特性對(duì)煙草品質(zhì)及營(yíng)養(yǎng)的影響考慮得較少[6-7]。本研究選擇了油菜、小麥、黑麥草以及空閑作為烤煙的前作，應(yīng)用穩(wěn)定性同位素15N示蹤技術(shù)，探討不同前作情況下煙草對(duì)氮肥的吸收利用情況，為輪作周期中烤煙前作的選擇提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2012—2013年在貴州省貴陽(yáng)市開陽(yáng)縣龍崗鎮(zhèn)“貴陽(yáng)煙葉示范基地”進(jìn)行，該地位于云貴高原地區(qū)，屬于亞熱帶濕潤(rùn)溫和型氣候，年平均氣溫為15.3 ℃，年平均相對(duì)濕度為78%，降水主要集中在5—8月，年平均降水量 1 129.5 mm。試驗(yàn)地耕層（0～20 cm）土壤pH值6.63，有機(jī)質(zhì)含量 13.78 g/kg，堿解氮含量98.63 mg/kg，速效磷含量 21.52 mg/kg，速效鉀含量121.43 mg/kg，土壤容重 1.45 g/cm，最大田間持水量28.31%。供試烤煙品種為南江3號(hào)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)5個(gè)處理，分別為對(duì)照（CK）、烤煙—休閑、烤煙—油菜、烤煙—小麥、烤煙—黑麥草，每個(gè)處理重復(fù)3次，共15個(gè)小區(qū)，試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組排列，每小區(qū)設(shè)5個(gè)重復(fù)（微區(qū)），每個(gè)微區(qū)種植1株烤煙（在煙苗移栽前挖深0.5 m、直徑0.5 m的坑，取出全部土壤后沿坑壁圍上油毛氈，再將土壤按順序全部填回土坑），微區(qū)單獨(dú)采樣進(jìn)行15N的分析，田間管理與試驗(yàn)小區(qū)相同;栽煙行株距1.0 m×0.6 m，移栽密度為16 500株/hm2，小區(qū)試驗(yàn)采用常規(guī)處理。田間管理按優(yōu)質(zhì)煙生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行?？緹熕鐽、P2O5、K2O比例約為 10 ∶ 10 ∶ 25，純氮量約為6 g/株。氮肥采用15NH415NO3（豐度10.20%，由上?；ぱ芯吭禾峁??；适┯昧空际┓士偭康?0%，追肥施用量為30%。氮肥、鉀肥追肥在烤煙移栽后30 d一次性施入。

表1 烤煙不同輪作方式氮素肥料試驗(yàn)方案

處理 輪作方式

總施氮量（g/株）

基肥（70%） 追肥（30%）

1 CK 0 0

2 烤煙—休閑 11.5 4.9

3 烤煙—油菜 11.5 4.9

4 烤煙—小麥 11.5 4.9

5 烤煙—黑麥草 11.5 4.9

1.3 取樣及測(cè)定

分4個(gè)不同時(shí)期進(jìn)行整株取樣，分成根、莖、下部葉、中部葉、上部葉等5個(gè)部位，洗凈切碎，放烘箱于105 ℃殺青，60～70 ℃烘干，稱質(zhì)量后磨碎成粉待測(cè)。15N樣品送國(guó)家海洋局第三海洋所用質(zhì)譜法測(cè)15N豐度以及全氮含量。

煙株各組織器官全N量中分別來(lái)自15N-肥料和土壤的百分比的計(jì)算[8-10]：

煙株吸收的肥料氮占總吸氮量的百分比（Ndff%）=（煙株的15N原子百分超/肥料的15N原子百分超）×100%。

Ndfs% =1-Ndff%。

（1）

式中：Ndff指來(lái)自于肥料的氮（簡(jiǎn)稱肥料氮）;Ndfs指來(lái)自于土壤的氮（簡(jiǎn)稱土壤氮）。

肥料利用率的計(jì)算[8]：

（2）

RN=m1×C1×A1m2×C2×A2×100%。

式中：RN為氮肥利用率（%）;m1為植株干質(zhì)量;m2為施入的15N標(biāo)記肥料質(zhì)量;C1為植株含氮量;C2為肥料含氮量;A1為植株15N原子百分超;A2為標(biāo)記肥料的原子百分超。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同輪作方式下不同前作對(duì)烤煙生物量的影響

表2結(jié)果表明，施肥的4個(gè)處理的總干質(zhì)量顯著高于對(duì)照，對(duì)照（CK）平均為261.91 g/株，烤煙—空閑、烤煙—油菜、烤煙—小麥、烤煙—黑麥草平均總干質(zhì)量分別比對(duì)照增加48.71%、59.99%、65.96%和35.89%。施肥增產(chǎn)顯著，4種輪作處理處理之間的生物量差異也比較顯著，總干質(zhì)量、根系干質(zhì)量以及地上部干質(zhì)量由高到低順序?yàn)樾←?gt;空閑>油菜>黑麥草，說(shuō)明小麥田的肥料殘留較低，黑麥草田的肥料殘留較高。同時(shí)，通過(guò)根系干質(zhì)量以及地上部干質(zhì)量的差異比較結(jié)果可知，烤煙—油菜與CK、烤煙—空閑以及烤煙—黑麥草之間的差異達(dá)顯著水平;而與烤煙—小麥之間的差異性不顯著，說(shuō)明這2種輪作方式處理的植株長(zhǎng)勢(shì)相差不大，且肥料的殘留較低，適宜烤煙的生長(zhǎng)，可以明顯提高烤煙的產(chǎn)量。

表2 不同輪作方式下的烤煙生物量

處理 根系干

質(zhì)量

（g） 相對(duì)

生物量

（%） 地上部

干質(zhì)量

（g） 相對(duì)

生物量

（%） 總干

質(zhì)量

（g） 相對(duì)

生物量

（%）

CK 42.7c 100.00 219.21d 100.00 261.91e 100.00

烤煙—空閑 66.23b 155.11 323.26b 147.47 389.49c 148.71

烤煙—油菜 69.44a 162.62 345.50ab 157.61 419.03b 160.00

烤煙—小麥 70.41a 164.89 364.27a 166.17 434.67a 165.96

烤煙—黑麥草 47.87c 112.11 308.03c 140.51 355.90d 135.88

注：相對(duì)生物量=烤煙各部位的生物量/對(duì)照時(shí)烤煙各部位的生物量×100%。同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示差異顯著（P<0.05）。表5同。

2.2 不同輪作方式下不同前作對(duì)烤煙體內(nèi)總氮含量的影響

從表3可以看出，在不同的輪作方式下，煙株各部位總氮的含量存在差異。其中烤煙—小麥輪作方式下煙株總氮、各部位氮的含量較高，而烤煙—黑麥草輪作方式的含量較低，表明在相同的施肥水平下，不同前作的茬口影響了煙株總氮以及各部位氮的含量。同時(shí)，煙株各部位總氮含量呈現(xiàn)葉片>莖>根，煙葉葉片總氮積累量為上部葉>中部葉>下部葉的規(guī)律，說(shuō)明煙株總氮在不同部位的分布是隨著葉位的升高而升高的。4種不同輪作方式的全株含氮量與CK之間的差異性也達(dá)到極顯著水平。因此，煙株各部位總氮的含量受前作的影響，而且不同的前作對(duì)煙株總氮含量的影響與施氮與否有關(guān)。不同輪作方式下煙株各部位的全氮含量如圖1所示。

表3 氮素在煙株中不同部位的分布

處理 全株含N量

（g）

根 莖 下部葉 中部葉 上部葉

含N量

（g） 占全株N

（%） 含N量

（g） 占全株N

（%） 含N量

（g） 占全株N

（%） 含N量

（g） 占全株N

（%） 含N量

（g） 占全株N

（%）

CK 2.79e 0.25 8.96 0.43 15.41 0.57 20.43 0.68 24.37 0.86 30.82

烤煙—空閑 3.96c 0.47 11.87 0.64 16.16 0.78 19.70 0.95 23.99 1.12 28.28

烤煙—油菜 4.61b 0.57 12.36 0.78 16.92 0.82 17.79 1.15 24.95 1.29 27.98

烤煙—小麥 4.85a 0.61 12.58 0.76 15.67 0.94 19.38 1.19 24.54 1.35 27.84

烤煙—黑麥草 3.63d 0.39 10.74 0.55 15.15 0.73 20.11 0.87 23.97 1.09 30.03

2.3 不同輪作方式下不同前作對(duì)15N在烤煙體內(nèi)分布的影響

從表4可以看出，在不同的輪作方式下，煙株各部位氮來(lái)自肥料和土壤的比例存在差異?？緹煛筒撕涂緹煛←溳喿鞣绞较聼熤旮鞑课坏牡獊?lái)自于肥料的比例較高，而烤煙—黑麥草輪作方式下煙株各部位的氮來(lái)自于肥料的比例較低，來(lái)源于土壤氮的比例與之相反。同時(shí)，通過(guò)15N的原子百分超的測(cè)定結(jié)果（見表4）可以看出，煙株全氮中來(lái)源于吸收肥料氮的比例在不同部位的分布是隨著葉位升高而降低的，來(lái)源于土壤氮的比例隨著葉位的升高而增加，說(shuō)明肥料中15N可優(yōu)先向生長(zhǎng)旺盛的器官中轉(zhuǎn)移。

綜合表4和圖1結(jié)果可知，來(lái)源于肥料提供的氮素在煙草體內(nèi)各部位的分配比例與葉片著生部位高低關(guān)系密切，而與各部位干物質(zhì)積累關(guān)系不大。在烤煙—小麥輪作中，上部葉片全氮中肥料所占比例為19.33%，而下部葉中肥料所占的比例為26.03%，兩者相差很大，但是上部葉中含氮量明顯高于下部葉。由此可見，肥料氮所占比例與全氮含量有密切的關(guān)系，而葉片的不同著生部位直接影響全氮的含量。

2.4 不同輪作方式下不同前作對(duì)氮素肥料利用率的影響

從表5中可以看出，不同前作影響著煙株對(duì)氮肥的利用率，烤煙—小麥輪作利用率最高，烤煙—油菜輪作和烤煙—休閑輪作次之，烤煙—黑麥草輪作氮肥利用率最低。因此，煙株對(duì)氮肥的利用率同樣受到前作影響。氮肥利用率差異性分析的結(jié)果顯示，烤煙—小麥和烤煙—黑麥草在成熟期時(shí)，不同輪作方式間的氮肥利用率差異達(dá)到了極顯著水平，特別是烤煙黑麥草輪作的氮肥利用率僅為烤煙—小麥輪作的76.38%;對(duì)不同的輪作方式來(lái)說(shuō)，烤煙—小麥輪作和烤煙—油菜輪作的氮肥利用率較高，烤煙—黑麥草輪作的氮肥利用率最低;前

表4 氮素在煙株體內(nèi)各部位的分布比例

%

處理

根 莖 下部葉 中部葉 上部葉

Ndff% Ndfs% Ndff% Ndfs% Ndff% Ndfs% Ndff% Ndfs% Ndff% Ndfs%

CK 0.00 100.00 0.00 100.00 0.00 100.00 0.00 100.00 0.00 100.00

烤煙—空閑 11.55 88.45 13.45 86.55 19.13 80.87 11.97 88.03 10.94 89.06

烤煙—油菜 15.42 84.58 17.57 82.43 23.93 76.07 18.55 81.45 16.44 83.56

烤煙—小麥 18.41 81.59 21.30 78.70 26.03 73.97 21.07 78.93 19.33 80.67

烤煙—黑麥草 7.24 92.76 8.88 91.12 11.50 88.50 7.76 92.24 7.13 92.87

作、施肥對(duì)氮肥利用率的影響均達(dá)到了極顯著水平。不同輪作方式下不同時(shí)期烤煙對(duì)氮素肥料的利用率如圖2所示。

表5 不同時(shí)期烤煙對(duì)氮素肥料的利用率

處理

氮素利用率（%）

團(tuán)棵期 旺長(zhǎng)期 現(xiàn)蕾期 成熟期

烤煙—空閑 6.31b 12.66c 18.05c 22.3b

烤煙—油菜 6.61b 13.77b 19.33b 23.04a

烤煙—小麥 7.99a 15.93a 21.42a 23.71a

烤煙—黑麥草 5.75c 11.6d 16.2d 18.11c

3 討論

在煙草輪作周期中，前作的選擇是輪作成敗的關(guān)鍵。不同的前作由于生長(zhǎng)周期不同、對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收存在差異等因素，導(dǎo)致前作收獲后，形成了不同的土壤環(huán)境，即茬口特性，作物種類不同，茬口特性的表現(xiàn)不同[7]。從作物與土壤養(yǎng)分關(guān)系的角度來(lái)看，各類作物對(duì)于磷、鉀、鈣等都是消耗的，但對(duì)于氮和碳卻有消耗和增加的區(qū)別[11]。禾本科作物小麥富碳耗氮，在一般的產(chǎn)量水平下，吸氮量大，導(dǎo)致茬口中土壤氮素虧缺，土壤中殘留的氮素較少[12];油菜屬于半養(yǎng)地作物，雖然吸收的氮素較多，但返回田地的物質(zhì)（莖、根茬等）也較多，在一定程度上減少了對(duì)養(yǎng)分的消耗，增加了土壤氮素，是較好的前作作物[13];黑麥草對(duì)水肥條件敏感，尤其喜氮肥，對(duì)氮的消耗量較大，收獲后帶走的養(yǎng)分也較多，因此，土壤中殘留的氮素不多，且營(yíng)養(yǎng)元素之間不平衡[14]。不同作物殘留氮量的不同，主要體現(xiàn)在對(duì)烤煙生長(zhǎng)的影響上，在不施氮的情況下，總干質(zhì)量由高到低的順序依次為小麥>油菜>空閑>黑麥草。

不同的前作下，烤煙對(duì)氮肥的吸收利用存在差異。不同前作煙株各部位氮來(lái)自肥料的比例有差異，在相同的施肥水平下，烤煙—黑麥草輪作方式下煙株各部位氮來(lái)自肥料的比例均較低，氮肥的利用率最低，說(shuō)明在黑麥草茬口上，烤煙利用的氮肥主要來(lái)自于土壤氮?？緹煛←溳喿鞣绞较?，氮肥的增產(chǎn)效應(yīng)很明顯，說(shuō)明前作為小麥時(shí)，種植烤煙時(shí)肥料較易調(diào)控。輪作方式為烤煙—空閑時(shí)，由于肥料殘留偏高，通過(guò)施肥來(lái)進(jìn)行調(diào)控比較困難。筆者之前試驗(yàn)研究得到，在正常降水年份情況下，幾種不同輪作方式中以烤煙—油菜輪作方式較好，烤煙—空閑輪作方式較差。但進(jìn)入2013年5月份以后，由于受到北方冷空氣和南方暖濕氣流的影響，試驗(yàn)地區(qū)出現(xiàn)了歷史罕見的連續(xù)性大雨、暴雨、特大冰雹以及低溫寡照天氣，降水較多，氣溫較低，導(dǎo)致烤煙生育前期氣溫低，肥料流失嚴(yán)重，并且影響到根系的生長(zhǎng)發(fā)育，對(duì)養(yǎng)分的吸收產(chǎn)生不利影響，特別是對(duì)烤煙—黑麥草輪作方式的影響較為突出。4種不同輪作方式處理中氮肥利用率以烤煙—小麥輪作較高，烤煙—油菜輪作和烤煙—休閑輪作居中，烤煙—黑麥草輪作較低。由此得到，在雨水多的年份提倡烤煙—小麥輪作，在雨水少的年份提倡烤煙—油菜輪作比較利于煙株正常生長(zhǎng)發(fā)育，提高肥料利用率。

不同的輪作方式不僅影響烤煙對(duì)氮素的吸收、利用和分布，而且影響烤煙的產(chǎn)量、質(zhì)量。因此，在烤煙的輪作周期中，要根據(jù)前作的茬口特性來(lái)選擇前作，盡量選用前作肥料殘留較少、茬口較好的地塊，如小麥田、油菜田等，盡量不要選用肥料殘留過(guò)多的地塊，如空閑田、黑麥草田等。另外，還必須根據(jù)前作收獲后的土壤肥力特點(diǎn)來(lái)確定烤煙的施肥水平，從而實(shí)現(xiàn)烤煙的優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)。此外，由于烤煙屬于比較特殊的經(jīng)濟(jì)作物，有關(guān)不同前作對(duì)烤煙生產(chǎn)影響的研究還不夠系統(tǒng)、深入[15]。在本研究中，筆者僅研究了不同前作的氮肥效應(yīng)對(duì)烤煙的影響，具體前作的茬口特性是如何影響烤煙的產(chǎn)量、質(zhì)量的[16]，還缺乏必要的理論支撐，需要進(jìn)一步深入研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]晉 艷，楊宇虹，段玉琪，等. 烤煙輪作、連作對(duì)煙葉產(chǎn)量質(zhì)量的影響[J]. 西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2004，17（增刊1）：267-271.

[2]靖 華，崔歡虎，王裕智，等. 茬口對(duì)不同專用小麥品種產(chǎn)量及個(gè)體和群體生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)的影響[J]. 河南科技學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2006，34（1）：22-25.

[3]宇萬(wàn)太，馬 強(qiáng)，張 璐，等. 不同施肥制度下茬口對(duì)作物產(chǎn)量增益、土壤養(yǎng)分狀況及施肥貢獻(xiàn)率的影響[J]. 生態(tài)學(xué)雜志，2007，26（11）：1798-1803.

[4]楊聲澉，陳 濤，吳曉偉，等. 應(yīng)用15N示蹤技術(shù)測(cè)定作物氮素的利用率及分配研究進(jìn)展[J]. 廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007，38（3）：291-295.

[5]黨廷輝，蔡貴信，郭勝利，等. 用15N標(biāo)記肥料研究旱地冬小麥氮肥利用率與去向[J]. 核農(nóng)學(xué)報(bào)，2003，17（4）：280-285.

[6]徐照麗，楊宇虹. 不同前作對(duì)烤煙氮肥效應(yīng)的影響[J]. 生態(tài)學(xué)雜志，2008，27（11）：1926-1931.

[7]徐照麗，楊宇虹. 應(yīng)用15N研究前作施用有機(jī)肥對(duì)烤煙氮肥效應(yīng)的影響[J]. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2007，23（9）：354-357.

[8]陳 萍，李天福，張曉海，等. 利用15N示蹤技術(shù)探討煙株對(duì)氮素肥料的吸收與分配[J]. 云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，18（1）：1-4.

[9]封幸兵，李佛琳，楊 躍，等. 以15N研究烤煙對(duì)餅肥和秸稈肥中氮素的吸收與分配[J]. 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2005，24（6）：604-609.

[10]谷海紅，劉宏斌，王樹會(huì)，等. 應(yīng)用15N示蹤研究不同來(lái)源氮素在烤煙體內(nèi)的累積和分配[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，41（9）：2693-2702.

[11]劉巽浩. 耕作學(xué)[M]. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，1996.

[12]金善寶. 中國(guó)小麥學(xué)[M]. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，1996.

[13]李淑春，張惠琴，朱貴平，等. 前作油菜對(duì)水稻產(chǎn)量及性狀的影響[J]. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2010（5）：34.

[14]朱練峰，江海東，金千瑜，等. 不同糧食和牧草前作對(duì)水稻生長(zhǎng)、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[J]. 草業(yè)科學(xué)，2007，24（1）：63-68.

[15]毛倪壽，楊宇虹，晉 艷，等. 前作的根際物質(zhì)及根際微生物對(duì)烤煙生長(zhǎng)的影響研究[J]. 煙草科技，2002（5）：38-39.

[16]王光華，金 劍，潘相文，等. 不同茬口大豆根圈土壤pH值和氮營(yíng)養(yǎng)分布的變化[J]. 中國(guó)油料作物學(xué)報(bào)，2004，26（1）：55-59.