西南煙區(qū)氮素供應(yīng)與烤煙氮素吸收的關(guān)系

劉青麗，張?jiān)瀑F，焦永鴿，谷海紅，夏昊，李志宏

西南煙區(qū)氮素供應(yīng)與烤煙氮素吸收的關(guān)系

劉青麗，張?jiān)瀑F，焦永鴿，谷海紅，夏昊，李志宏*

（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所/煙草行業(yè)生態(tài)環(huán)境與煙葉質(zhì)量重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081）

【目的】氮是影響烤煙產(chǎn)量和品質(zhì)的最重要元素，本研究旨在探索氮素供應(yīng)與烤煙氮素吸收的關(guān)系，為提升西南煙區(qū)烤煙氮素營(yíng)養(yǎng)管理水平奠定理論基礎(chǔ)。 【方法】在云南、貴州設(shè)置多點(diǎn)施肥試驗(yàn)，采用田間原位培養(yǎng)試驗(yàn)、15N 同位素示蹤方法，研究烤煙對(duì)土壤及肥料氮的吸收。 【結(jié)果】烤煙氮素累積量與土壤基礎(chǔ)供氮量呈線性正相關(guān)，土壤基礎(chǔ)供氮量分別解釋了烤煙氮素累積量和烤煙土壤氮素累積量 82.6% 和 84.8% 的變異，是烤煙氮素累積量的決定性因素；土壤基礎(chǔ)供氮量與土壤有機(jī)質(zhì)含量密切相關(guān)，在土壤有機(jī)質(zhì)含量 0～35 g/kg范圍內(nèi)，土壤基礎(chǔ)供氮能力隨著有機(jī)質(zhì)含量的增加而增加；鑒于烤煙對(duì)氮素的需求，土壤基礎(chǔ)供氮量在 60 kg/hm2、土壤有機(jī)質(zhì)含量 20 g/kg 左右較為適宜煙葉品質(zhì)的形成?？緹煹貋?lái)源主要包括土壤礦化氮、土壤起始無(wú)機(jī)氮及肥料氮，西南煙區(qū)在烤煙大田期土壤氮礦化量為 19.9～38.9 mg/kg，大田期土壤礦化氮量與烤煙氮素累積量呈非線性相關(guān)，當(dāng)土壤礦化氮量增加至 30 mg/kg 以上時(shí)，烤煙氮素累積量不再增加；單位土壤有機(jī)質(zhì)大田期礦化氮量與有機(jī)質(zhì)含量的關(guān)系可以用對(duì)數(shù)方程來(lái)表達(dá)，通過(guò)此方程可初步預(yù)測(cè)土壤礦化氮供應(yīng)量。西南煙區(qū)土壤起始無(wú)機(jī)氮 (0—30 cm) 和肥料氮輸入量為 14.1～237.7 kg/hm2，兩者輸入量與烤煙氮素累積量呈顯著正相關(guān)，當(dāng)土壤起始無(wú)機(jī)氮和肥料氮輸入量超過(guò) 150 kg/hm2時(shí)，烤煙氮素的累積量趨于穩(wěn)定；烤煙氮素累積量隨無(wú)機(jī)氮素供應(yīng)的增加而增加，烤煙生長(zhǎng)季氮供應(yīng)量超過(guò) 300 kg/hm2時(shí)烤煙氮素累積量增加趨勢(shì)變緩，此時(shí)烤煙氮素累積量達(dá)到了 100 kg/hm2。西南煙區(qū)氮肥利用率為 25.4%～37.1%，土壤有機(jī)質(zhì)與肥料氮利用率的相關(guān)系數(shù)達(dá)到了 0.783 (P < 0.01)，肥料利用率隨土壤有機(jī)質(zhì)含量以對(duì)數(shù)函數(shù)方式增長(zhǎng)。 【結(jié)論】在西南煙區(qū)烤煙農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，烤煙種植宜選擇土壤基礎(chǔ)供氮量在 60 kg/hm2、有機(jī)質(zhì)含量 20 g/kg 左右的土壤，肥料氮和土壤起始無(wú)機(jī)氮供應(yīng)量之和應(yīng)在 150 kg/hm2以?xún)?nèi)，烤煙生長(zhǎng)季總無(wú)機(jī)氮供應(yīng)量應(yīng)控制在 300 kg/hm2以?xún)?nèi)。西南煙區(qū)氮肥利用率平均為32.6%，通過(guò)培育土壤，提高土壤肥力可提高氮肥利用率。

起始無(wú)機(jī)氮；礦化氮；肥料氮；烤煙

氮是影響烤煙生長(zhǎng)發(fā)育以及煙葉質(zhì)量的最重要的元素[1]。氮素不足或過(guò)量都會(huì)對(duì)烤煙產(chǎn)量和品質(zhì)產(chǎn)生極大的影響，只有掌握了氮素供應(yīng)與烤煙氮素吸收的關(guān)系，才能有效管理烤煙氮素營(yíng)養(yǎng)。在煙草生產(chǎn)中，維持煙株生長(zhǎng)發(fā)育和形成優(yōu)良品質(zhì)的氮素來(lái)源，不僅包括人為施入的肥料氮，土壤礦化氮和土壤殘留無(wú)機(jī)氮在烤煙氮素營(yíng)養(yǎng)中也占有重要地位。研究證明，烤煙全生育期吸收的氮素中約 2/3 來(lái)自于土壤氮[2]。由于土壤氮素供應(yīng)難以控制，施肥便成為調(diào)控氮素供應(yīng)的重要措施，合理控制施氮量是煙葉品質(zhì)的重要保證。以往針對(duì)烤煙氮肥施用量[3–5]、氮素吸收利用[6–8]和土壤礦化氮供應(yīng)[9–13]已有頗多研究，基本明確了西南煙葉烤煙適宜施氮量為 90～105 kg/hm2[14]，但不同條件下氮素綜合供應(yīng)與烤煙氮素累積的關(guān)系尚不清楚。因此本文在對(duì)紅壤[15]、水稻土[16]、黃壤[17, 18]氮素供應(yīng)、吸收分別進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，擬通過(guò)多點(diǎn)試驗(yàn)綜合分析氮素供應(yīng)量與烤煙氮素吸收量的關(guān)系。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)在貴州畢節(jié)市金沙縣、云南大理彌渡縣、云南建水縣、云南玉溪紅塔區(qū)四個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行，共選擇 10 塊當(dāng)?shù)氐湫蜔熖?，其土壤理化性狀?jiàn)表 1。

金沙縣：位于貴州省畢節(jié)市東部，東經(jīng) 105°47′～106°44′，北緯 27°07′～27°46′，地勢(shì)西南高東北低。年均氣溫 12.5～16.5℃，日照時(shí)數(shù) 1098 h，無(wú)霜期275 d，年均降雨量 1050 mm。屬于北亞熱帶溫暖濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，冬無(wú)嚴(yán)寒，夏無(wú)酷暑，無(wú)霜期長(zhǎng)，晝夜溫差大，雨量充沛，適宜多種作物生長(zhǎng)。

彌渡縣：位于云南省大理白族自治州東南部，介于東經(jīng) 100°19′～100°47′，北緯 24°47′～25°32′ 。年均氣溫 17.3℃，日照時(shí)數(shù) 2520 h，無(wú)霜期 249 d，年均降雨量 824.4 mm。屬中亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，冬無(wú)嚴(yán)寒，夏無(wú)酷暑，氣候溫和，沒(méi)有明顯的四季之分，只有干季雨季之別。

建水縣：該縣位于云南省南部紅河北岸，東經(jīng)102°35′～103°11′，北緯 23°12′～24°10′，年均氣溫19.8℃，日照時(shí)數(shù) 2322 h，年均降雨量 805 mm，無(wú)霜期 307 d。屬南亞熱帶季風(fēng)氣候，光照時(shí)間長(zhǎng)，無(wú)霜期長(zhǎng)，有效積溫高，受季節(jié)和地形變化影響，呈現(xiàn)出夏季炎熱多雨、冬季溫和少雨的立體氣候特征。

表1 試驗(yàn)田土壤基本理化性狀Table1 Basic physical and chemical properties of tested soils

玉溪紅塔區(qū)：該區(qū)地處滇中，東經(jīng) 102°17′～102°41′，北緯 24°08′～24°32′，試驗(yàn)點(diǎn)海拔高度為1630 m；年均氣溫為 17℃，日照時(shí)數(shù) 1878 h，年均降雨量 894.4 mm，無(wú)霜期 272 d，屬中亞熱帶半濕潤(rùn)高原季風(fēng)氣候。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)置不施氮肥、常規(guī)氮肥 (Nconv) 以及高量氮肥(Nhigh) 3 個(gè)處理，每個(gè)處理 3 次重復(fù)，小區(qū)面積 66 m2。試驗(yàn)田氮、磷、鉀肥分別為硝酸銨、過(guò)磷酸鈣、硫酸鉀，具體施肥量如表 2 所示。其中施用氮肥的小區(qū)采用豐度為 5.3% 的15N 雙標(biāo)記硝酸銨標(biāo)記 12 株，其余煙株施用普通硝酸銨，磷、鉀肥用量均相同。

1.3 田間管理

施肥方法：氮、鉀肥按照基、追比 7∶3 施入，磷肥全部做底肥，每株烤煙單獨(dú)稱(chēng)肥；底肥于移栽時(shí)穴施或環(huán)施 (D、E 試驗(yàn)點(diǎn))，追肥于移栽后 30 d 澆施?；手械租浄柿喜捎没旌涎ㄊ?，將肥料與穴內(nèi) 20 cm × 20 cm × 10 cm 土壤混合，15N 處理煙株間用塑料薄膜隔斷，深度 30 cm，追肥將15NH415NO3用少量水溶解澆在距煙根 5 cm 處，用土覆蓋。

地膜覆蓋：起壟施肥后，隨之覆蓋地膜，并在團(tuán)棵期將地膜揭去，之后進(jìn)行中耕培土，以利于煙草根系生長(zhǎng)。

試驗(yàn)栽培措施：大田試驗(yàn)均采用當(dāng)?shù)刂髟钥緹?Nicotiana tabacum L.) 品種 K326，移栽苗選用漂浮育苗。種植密度為 16500 plant/hm2，以 110 cm 行距、55 cm 株距定植?？緹熞圃院蟋F(xiàn)蕾打頂，留葉18～22 片。田間管理按優(yōu)質(zhì)煙生產(chǎn)技術(shù)措施實(shí)施。

1.4 樣品采集與測(cè)試

1.4.1 土壤樣品的采集及測(cè)定 1) 移栽前土壤取樣：在烤煙移栽前取試驗(yàn)田間土壤樣品，每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)按多點(diǎn)取樣原則，取土 1 kg 混合，測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、有效磷、速效鉀、pH。2) 田間原位培養(yǎng)取樣：在烤煙移栽后 1、3、5、7、9、11、13、15 周和成熟期進(jìn)行取樣。為考慮煙草根系生長(zhǎng)及其分泌物對(duì)礦化的影響，取距離煙株根莖10 cm 以?xún)?nèi)的混合土壤樣品 (0—30 cm 土層)，分成二份，一份用 0.01 mol/L CaCl2溶液浸提后，測(cè)定硝態(tài)氮和銨態(tài)氮；另一份土樣裝入封口袋中，選擇取過(guò)土樣的位置，埋于 0—30 cm (15 cm) 土層中，用塑料軟管保持封口袋與外界通氣。培養(yǎng) 2 周后取出封口袋，放置于冰盒中，將樣品帶回，浸提并測(cè)定土壤含水量。同時(shí)采樣并重復(fù)以上操作，進(jìn)行下一階段的培養(yǎng)，直至煙葉采收結(jié)束。土壤氮凈礦化量即為培養(yǎng)前后無(wú)機(jī)氮的差值。

表2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table2 Experiment design

土壤無(wú)機(jī)氮采用氯化鈣浸提，連續(xù)流動(dòng)分析儀(Foss Sampler) 測(cè)定；土壤有機(jī)質(zhì)采用高溫外熱，重鉻酸鉀氧化—容量法；土壤 pH 值采用水土比為2.5∶1，pH 計(jì)測(cè)定；有效磷采用碳酸氫鈉浸提—比色法；速效鉀采用醋酸銨浸提—火焰光度法[19]。

1.4.2 植株樣品采集與測(cè)定 成熟期每小區(qū)采樣 2株，取標(biāo)記與非標(biāo)記各 1 株，分為根、莖、下部葉、中部葉和上部葉五個(gè)部位，不同部位分別測(cè)定。樣品在 105℃ 下殺青 30 min，60～70℃ 烘干至恒重，稱(chēng)重后粉碎待測(cè)。樣品全氮采用 K-05 自動(dòng)定氮儀測(cè)定 [KJELTEC SYSTEM 1002 Distilling Unit (FOSS 公司)]，同位素標(biāo)記樣品15N 豐度測(cè)定采用質(zhì)譜法 (改進(jìn)型 ZHT-03 質(zhì)譜計(jì))。

1.5 計(jì)算方法

土壤基礎(chǔ)氮素供應(yīng)量 = 無(wú)氮肥區(qū)烤煙氮吸收量；煙株吸收總氮量 = 植株氮含量 × 干物質(zhì)重；

煙株吸收肥料氮量 = 煙株吸收總氮量 × 煙株的15N 原子百分超/肥料15N 的原子百分超；

煙株吸收土壤氮量 = 煙株吸收總氮量 – 煙株吸收肥料氮；

土壤凈礦化氮量 (Nmin) = 培養(yǎng)后土壤無(wú)機(jī)氮 – 培養(yǎng)前土壤無(wú)機(jī)氮。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤基礎(chǔ)供氮量與烤煙氮素吸收

土壤基礎(chǔ)氮素供應(yīng)量 (soil basic nitrogen supply，SBNS) 是評(píng)價(jià)土壤氮素供給能力的綜合指標(biāo)，以無(wú)氮肥區(qū)烤煙氮吸收量表示。研究結(jié)果 (圖 1) 顯示，煙田土壤基礎(chǔ)供氮量差異較大，云南、貴州 10 個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)土壤基礎(chǔ)氮素供應(yīng)量為 17.1～106.1 kg/hm2。土壤基礎(chǔ)供氮量與施肥條件下烤煙氮素累積量和土壤氮累積量呈極顯著正相關(guān) (P < 0.01)，相關(guān)系數(shù)分別為 0.91 和 0.92；線性回歸方程擬合程度高，方程的決定系數(shù)分別達(dá)到了 0.826 和 0.848，表明土壤基礎(chǔ)供氮量分別解釋了烤煙氮素累積量和烤煙土壤氮素累積量 82.6% 和 84.8% 的變異。

土壤有機(jī)質(zhì)含有植物生長(zhǎng)所需的各種營(yíng)養(yǎng)元素，是土壤微生物活動(dòng)的能源，對(duì)土壤物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)都有著很深的影響。研究結(jié)果顯示，SBNS 與土壤有機(jī)質(zhì)含量密切相關(guān) (圖 2)。SBNS 隨土壤有機(jī)質(zhì)含量增加而增加，對(duì)數(shù)方程能夠較好擬合兩者間的變化趨勢(shì)，擬合方程的決定系數(shù) (R2) 為0.486。通過(guò)兩者的擬合曲線可以看出，在土壤有機(jī)質(zhì)含量 20 g/kg 時(shí)，土壤基礎(chǔ)供氮量為 60 kg/hm2。

2.2 土壤礦化氮供應(yīng)與烤煙氮素累積

土壤礦化氮是烤煙生長(zhǎng)期間通過(guò)土壤微生物分解釋放出來(lái)的無(wú)機(jī)氮。原位培養(yǎng)研究 (圖 3) 顯示，西南煙區(qū)在烤煙大田期土壤氮礦化量為 19.9～38.9 mg/kg；烤煙生長(zhǎng)季土壤礦化氮量與土壤基礎(chǔ)氮素供應(yīng)量、施肥條件下烤煙氮素累積量呈非線性相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為 0.95 和 0.82?？緹煹乩鄯e量隨著土壤礦化氮量的增加而提高，當(dāng)土壤礦化氮量增加至 30 mg/kg 以上時(shí)，即使土壤礦化氮量再增加，烤煙氮素累積量也不再增加。

圖1 土壤基礎(chǔ)供氮量與烤煙、土壤氮素累積量的關(guān)系Fig. 1 The relation between SBNS and cumulative N in tobacco plants and soil

圖2 土壤有機(jī)質(zhì)與煙田土壤基礎(chǔ)供氮量的關(guān)系Fig. 2 The relation between soil organic matter content and soil basic nitrogen supply

圖3 烤煙生長(zhǎng)季土壤礦化氮供應(yīng)量與烤煙氮素累積量的關(guān)系Fig. 3 Relationship between mineralized soil N supply and cumulative N absorption in tobacco plants during growing seasonb

多個(gè)試驗(yàn)結(jié)果表明，單位土壤有機(jī)質(zhì)礦化氮量為 1.1～2.4 mg/kg，平均為 1.6 mg/kg。相關(guān)分析顯示，單位土壤有機(jī)質(zhì)大田期礦化氮量與有機(jī)質(zhì)含量線性相關(guān)系數(shù)達(dá)到了 –0.823。其關(guān)系符合方程 y =–0.9297ln(x) + 4.3927 (圖 4)，通過(guò)該方程來(lái)預(yù)測(cè)土壤礦化氮供應(yīng)量。

2.3 烤煙對(duì)肥料氮的吸收利用

氮素利用率能夠反映肥料氮的實(shí)際吸收利用情況，本研究采用15N 同位素示蹤方法研究了烤煙氮素實(shí)際利用率。結(jié)果顯示，西南煙區(qū)氮肥實(shí)際利用率為 25.4%～37.1%，平均為 32.6%。土壤類(lèi)型、施肥量、土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)肥料利用率均有影響，相關(guān)分析顯示土壤有機(jī)質(zhì)與肥料氮利用率的線性相關(guān)系數(shù)達(dá)到了 0.783 (P < 0.01)，肥料利用率隨土壤有機(jī)質(zhì)以對(duì)數(shù)函數(shù)方式增長(zhǎng) (圖 5)。

2.4 起始無(wú)機(jī)氮與肥料氮對(duì)烤煙氮素累積的影響

圖4 土壤有機(jī)質(zhì)含量與土壤氮素礦化量的關(guān)系Fig. 4 Relationship between soil organic matter (SOM) content and the mineralized N per kg of SOM

圖5 土壤有機(jī)質(zhì)與肥料氮利用率的關(guān)系Fig. 5 Relationship between soil organic matter and fertilizer N use efficiency

圖7 無(wú)機(jī)氮供應(yīng)總量對(duì)烤煙氮素累積量的影響Fig. 7 Effect of total inorganic N on cumulative N in tobacco plants in the growth season

烤煙移栽前，土壤起始無(wú)機(jī)氮和施入化肥氮是烤煙移栽時(shí)重要的氮素來(lái)源，且通常認(rèn)為土壤起始無(wú)機(jī)氮與施入化肥氮是等效的，因此土壤起始無(wú)機(jī)氮 (表層 0—30 cm) 和施入化肥氮之和可以反映速效氮的供應(yīng)能力。西南煙區(qū)大田試驗(yàn)研究顯示，兩者輸入量為 14.1～237.7 kg/hm2，其與烤煙氮素累積量呈顯著正相關(guān) (r = 0.57，P < 0.05)。如圖 6 所示，隨著土壤起始無(wú)機(jī)氮和化肥氮輸入量的增加，烤煙氮素累積量增加，當(dāng)兩者輸入量超過(guò) 150 kg/hm2時(shí)，烤煙氮素的累積量趨于穩(wěn)定。

圖6 土壤起始無(wú)機(jī)氮和化肥氮輸入量與烤煙氮素累積量的關(guān)系Fig. 6 Relationship between cumulative N in tobacco and soil initial inorganic N plus fertilizer N input

2.5 供氮量與烤煙氮吸收

烤煙生長(zhǎng)季氮素供應(yīng)包括土壤起始無(wú)機(jī)氮、礦化氮和化肥氮。試驗(yàn)點(diǎn)大田期表層土壤 (0—30 cm)供氮量為 93.2～358.3 kg/hm2，從烤煙大田期總供應(yīng)量與烤煙氮素累積量的關(guān)系可以看出，雖然烤煙氮素累積量和無(wú)機(jī)氮供應(yīng)總量相關(guān)系數(shù)不高，但總體上呈現(xiàn)隨無(wú)機(jī)氮供應(yīng)量增加烤煙氮素累積量增加的趨勢(shì) (圖 7)?？緹熒L(zhǎng)季，在 0～300 kg/hm2的無(wú)機(jī)氮供應(yīng)量范圍內(nèi)，烤煙氮素累積量增加較快，無(wú)機(jī)氮供應(yīng)量超過(guò) 300 kg/hm2，烤煙氮素累積量增加趨勢(shì)變緩，此時(shí)烤煙氮素累積量達(dá)到了 100 kg/hm2。

3 討論

土壤基礎(chǔ)氮素供應(yīng)量是評(píng)價(jià)土壤氮素供給能力的綜合指標(biāo)，能夠用來(lái)作為建立在土壤測(cè)試和作物反應(yīng)基礎(chǔ)上推薦施肥的補(bǔ)充手段，最終作為最佳養(yǎng)分管理的有效修正工具。研究顯示，云南、貴州 10個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)土壤基礎(chǔ)供氮量為 17.1～106.1 kg/hm2，煙田土壤基礎(chǔ)供氮量差異較大；這與 Khurana 等[20]研究結(jié)果相一致，其研究顯示印度西北部灌溉小麥區(qū)土壤本底供氮量為 26.1～94.8 kg/hm2，地區(qū)間差異較大。土壤基礎(chǔ)供氮量與施肥條件下烤煙氮素累積量、烤煙來(lái)自土壤氮累積量呈顯著正相關(guān)，但就煙草的品質(zhì)而言，烤煙氮素累積量并不是越高越好，西南煙區(qū)烤煙氮適宜需求量為 100 kg/hm2[2]，從圖 1可以看出此時(shí)土壤基礎(chǔ)氮供應(yīng)量為 60 kg/hm2，表明土壤基礎(chǔ)供氮量在 60 kg/hm2較為適宜。鑒于土壤基礎(chǔ)供氮量與土壤有機(jī)質(zhì)的關(guān)系 (圖 2)，烤煙種植宜選擇在有機(jī)質(zhì)含量 20 g/kg 左右的土壤，這與陳江華等[21]將土壤有機(jī)質(zhì)含量小于 25 g/kg 作為土壤供氮適宜指標(biāo)的觀點(diǎn)基本一致。

近年來(lái)，針對(duì)烤煙氮肥利用率的研究較多，不同研究結(jié)果間差異較大。本研究顯示，西南煙區(qū)氮肥實(shí)際利用率為 25.4%～37.1%，平均為 32.6%。土壤有機(jī)質(zhì)與肥料氮利用率的相關(guān)系數(shù)達(dá)到了 0.783 (P < 0.01)，肥料利用率隨土壤有機(jī)質(zhì)以對(duì)數(shù)函數(shù)方式增長(zhǎng)。王月福等[22]利用土柱試驗(yàn)和15N 示蹤技術(shù)，研究了高、低土壤肥力下小麥基施和追施氮肥的利用效率，也顯示小麥對(duì)基施和追施氮肥的吸收利用效率均表現(xiàn)為高肥力土壤高于低肥力土壤。這主要是由于土壤有機(jī)質(zhì)含量增加，作物氮素累積量增加，從而吸收更多的肥料氮，提高了肥料氮利用率。因此培育土壤、提高土壤肥力也是提高氮肥利用率的有效措施。

土壤礦化氮是土壤基礎(chǔ)供氮的重要組成之一，土壤礦化氮量與烤煙氮素吸收密切相關(guān) (圖 2)，烤煙氮素吸收量隨著土壤礦化氮量的增加而提高，當(dāng)土壤礦化氮量增加至 30 mg/kg 以上時(shí)，既使土壤礦化氮量再增加，烤煙氮素累積量也不再增加。土壤有機(jī)質(zhì)是土壤肥力的重要參數(shù)，同時(shí)有機(jī)質(zhì)又是土壤氮素礦化的底物，因此土壤有機(jī)質(zhì)含量對(duì)土壤氮素礦化量有重要影響。研究顯示，單位土壤有機(jī)質(zhì)礦化氮量與有機(jī)質(zhì)含量的關(guān)系可通過(guò)方程 [y = –0.9297ln(x) + 4.3927] 來(lái)計(jì)算，但由于土壤氮礦化受土壤及環(huán)境等多種因素的影響[23]，這種估算方法仍有很大的局限性。

大量研究結(jié)果表明，上茬作物收獲后殘留在土壤中的無(wú)機(jī)氮 (NH4+-N 和 NO3–-N) 和施入土壤的化肥氮是等效的，因此只要確定作物達(dá)到目標(biāo)產(chǎn)量所需的氮素供應(yīng)量 (土壤初始無(wú)機(jī)氮 + 化肥氮)，測(cè)定作物播前土壤無(wú)機(jī)氮，即可確定氮肥供應(yīng)量，此方法稱(chēng)為土壤 Nmin法[24]。近 20 年來(lái)，歐、美的研究者在作物旺盛生長(zhǎng)前采取一定土層深度的土壤樣品測(cè)定無(wú)機(jī)氮或只測(cè)定硝態(tài)氮來(lái)進(jìn)行氮肥推薦，取得了良好的節(jié)氮效果[25–26]。西南煙區(qū)大田試驗(yàn)研究顯示，煙田起始無(wú)機(jī)氮 (0—30 cm 土壤) 和化肥氮輸入量為14.1～237.7 kg/hm2，兩者輸入量與烤煙氮素累積量呈顯著正相關(guān)。當(dāng)兩者輸入量超過(guò) 150 kg/hm2時(shí)，烤煙氮素的累積量趨于穩(wěn)定。因此土壤起始無(wú)機(jī)氮與肥料氮供應(yīng)量之和應(yīng)在 150 kg/hm2以下。

煙葉干物質(zhì)累積量隨烤煙氮素累積量增加而增加，西南煙區(qū)烤煙氮素累積量達(dá)到 100 kg/hm2時(shí)，煙葉干物質(zhì)產(chǎn)量趨于穩(wěn)定，化學(xué)成分協(xié)調(diào)，有利于上部煙葉品質(zhì)的形成[2]。本研究顯示，烤煙氮素累積量隨氮素供應(yīng)的增加而增加，土壤起始無(wú)機(jī)氮 (0—30 cm 土層)、礦化氮 (0—20 cm 土層) 與化肥氮供應(yīng)量之和超過(guò) 300 kg/hm2時(shí)烤煙氮素累積量增加趨勢(shì)變緩，此時(shí)烤煙氮素累積量達(dá)到了 100 kg/hm2。因此考慮經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，總無(wú)機(jī)氮的供應(yīng)量應(yīng)控制在 300 kg/hm2以?xún)?nèi)。

4 結(jié)論

在西南煙區(qū)烤煙農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，烤煙種植宜選擇在基礎(chǔ)供氮量 60 kg/hm2、有機(jī)質(zhì)含量 20 g/kg 左右的土壤，肥料氮和土壤起始無(wú)機(jī)氮供應(yīng)量之和應(yīng)在 150 kg/hm2內(nèi)，烤煙生長(zhǎng)季總無(wú)機(jī)氮供應(yīng)量應(yīng)控制在 300 kg/hm2以?xún)?nèi)。西南煙區(qū)氮肥利用率平均為32.6%，通過(guò)培育土壤、提高土壤肥力可提高氮肥利用率。

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Relationship between nitrogen supply and nitrogen absorption of flue-cured tobacco in southwest China

LIU Qing-li, ZHANG Yun-gui, JIAO Yong-ge, GU Hai-hong, XIA Hao, LI Zhi-hong*
( Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Eco-environment and Tobacco Leaf Quality, CNTC, Beijing 100081, China )

【Objectives】Nitrogen is the most important element affecting the growth, development and quality of flue cured tobacco. Nitrogen deficiency or excess can greatly affect the yield and quality of flue-cured tobacco. This paper aimed to understand the relation between nitrogen supply and nitrogen uptake of flue-cured tobacco, which can provide atheoretical basis for improving management level of nitrogen nutrition of tobacco grown in southwest China. 【Methods】Several fertilization experiments were carried out in Yunnan and Guizhou Provinces. The in situ incubation and15N isotope tracing method were used to study nitrogen absorption of tobacco from soils and fertilizers. 【Results】The results showed that the Namount in flue-cured tobacco was positively correlated with the soil basic Nsupply. Soil basic nitrogen supply (SBNS) explained the variation ofnitrogen in flue-cured tobacco and soil nitrogen for 82.6% and 84.8%, respectively, which was decisive factor for nitrogen accumulation in tobacco. SBNS was closely related to the content of soil organic matter. When the soil organic matter contents were within the range of 0–35 g/kg, the SBNS increased with the increase of organic matter content. In view of the requirement of flue cured tobacco to nitrogen, SBNS with 60 kg/hm2and SOM with 20 g/kg were more suitable for the formation of tobacco leaf quality. The sources of nitrogen in fluecured tobacco mainly included the mineralized nitrogen, initial inorganic nitrogen in soil and nitrogen fertilizers. The amounts of soil mineralized nitrogen were 19.9–38.9 mg/kg during the growing season. There was anonlinear correlation between soil mineralized Nand Nin flue-cured tobacco. The Namount in fluecured tobacco was not increased when the content of mineralized Nincreased to 30 mg/kg. The relationship between mineralized Nand SOM can be expressed by alogarithmic equation which can predict the supply of mineralized N. The input of soil initial inorganic nitrogen and fertilizer nitrogen was 14.1–237.7 kg/hm2. There was asignificant positive correlation between the nitrogen input and nitrogen accumulation in flue-cured tobacco, when the input amount was more than 150 kg/hm2, the nitrogen amount of tobacco became stable. Flue-cured tobacco nitrogen accumulation was increased with the increase of inorganic nitrogen supply. The increasing trend became slow when inorganic nitrogen reached more than 300 kg/hm2, and at this point, the amount of nitrogen accumulation reached 100 kg/hm2. The correlation coefficient between soil organic matter and nitrogen utilization efficiency was 0.783 (P < 0.01), and the utilization rates of fertilizers were from 25.4% to 37.1%. 【Conclusions】Overall, for the production of flue-cured tobacco in southwest China, the soils should be considered in priority in which the basic soil nitrogen supply is about 60 kg/hm2, organic matter content about 20 g/kg, the supply of the fertilizer nitrogen and soil initial inorganic nitrogen should be within 150 kg/hm2, total inorganic nitrogen supply within 300 kg/hm2. The current average of fertilizer nitrogen utilization efficiency in this area is relatively low at about 32.6%, which could be increased by cultivating soils and improving soil fertility.

initial inorganic nitrogen; mineralized nitrogen; fertilizer nitrogen; flue-cured tobacco

2016–08–11 接受日期：2016–12–12

國(guó)家煙草專(zhuān)賣(mài)局科技項(xiàng)目（110200601014）資助。

劉青麗（1982—），女，河北邯鄲人，博士，主要從事土壤氮素礦化研究。Tel：010-82106198，E-mail：liuqingli@caas.cn * 通信作者 Tel：010-82106198，E-mail：zhli@caas.ac.cn