施氮量對(duì)煙田CO2排放及土壤溫度和水分的影響

杜興華，何登峰，朱 峰，趙洋洋

（1.中國(guó)煙草總公司陜西省公司，西安 710000；2陜西省煙草公司安康市公司，陜西 安康 725000；3.寶雞市煙草公司隴縣分公司，陜西 寶雞 721000）

由于CO2等主要溫室氣體的排放，全球氣候變暖已是無可爭(zhēng)議的事實(shí)，碳排放已經(jīng)成為全球氣候變化的研究熱點(diǎn)之一［1-5］。農(nóng)田是陸地生態(tài)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，CO2的排放量約占人為CO2排放量的11%。煙草是中國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)作物之一，2017年全國(guó)煙種植面積91.81萬hm2，因此煙田的碳排放也是不容忽視的問題［6-8］。農(nóng)田碳排放的研究多集中于旱地玉米、小麥田以及南方水稻田，對(duì)煙田的研究還鮮有報(bào)道［9-16］。

氮肥對(duì)土壤含水量有重要影響，施用氮肥不僅能影響土壤的水分特性（持水特性和供水能力），還可以通過提高土壤水勢(shì)來增強(qiáng)土壤水的有效性，增加有效水含量；還能改變土壤的持水容量和增加土層最大儲(chǔ)水量，提高水分利用率［17-21］。但氮肥與土壤溫度間的關(guān)系還鮮有報(bào)道。本試驗(yàn)以不同地區(qū)不同煙草品種作為研究對(duì)象，通過設(shè)置不同的氮肥施用水平，重點(diǎn)研究了陜西省煙田氮肥施用對(duì)碳排放及土壤溫度和水分的影響，同時(shí)分析了煙田土壤養(yǎng)分變化情況，以期為緩解煙葉生產(chǎn)對(duì)自然資源和環(huán)境的壓力，實(shí)現(xiàn)煙草的低碳環(huán)保生產(chǎn)提供參考和依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試煙草品種為云煙87和遼煙17。試驗(yàn)地點(diǎn)安排在陜西省安康市旬陽縣煙草試驗(yàn)站和寶雞市隴縣煙草試驗(yàn)站。

1.2 方法

每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)設(shè)2個(gè)氮肥處理，施氮（純N）量分別為 60、75kg／hm2。 煙田栽植密度為 13 500 株／hm2，其他操作按照當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)技術(shù)方案進(jìn)行。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

在煙株移栽成苗后開始測(cè)定土壤碳排放、不同土層土壤溫度、含水量、硝態(tài)氮含量及成熟后煙葉化學(xué)成分的變化情況。

1.3.1 土壤碳排放量測(cè)定 使用北京華云分析儀器研究所生產(chǎn)的便攜式紅外線二氧化碳分析儀（GXH-3010E1）測(cè)定。每個(gè)處理安裝一個(gè)直徑為16 cm、高度為18.35 cm的土壤呼吸室。每個(gè)小區(qū)安裝一個(gè)PVC底座，深度為5 cm，在整個(gè)生長(zhǎng)季需去除底座內(nèi)的一切植物。

圖1 不同氮肥處理對(duì)煙田CO2排放的影響

1.3.2 土壤溫度及含水量 土壤溫度的測(cè)定與土壤呼吸同步，使用電子溫度計(jì)（沈陽華盛昌機(jī)電設(shè)備有限公司生產(chǎn)，型號(hào)為 TP3001）測(cè)定各個(gè)小區(qū)內(nèi)5、10、15、20 cm土層溫度。取20 cm土壤后，烘干法測(cè)定土壤含水量及化學(xué)法測(cè)定硝態(tài)氮含量。

1.3.3 煙葉化學(xué)成分 取烤后原煙X3F 45℃烘干至恒重，粉碎，過0.2 mm篩備用。常規(guī)化學(xué)成分鉀、氯、煙堿、還原糖含量按照王瑞新等［21］的方法測(cè)定，總糖含量采用流動(dòng)分析儀測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氮肥處理對(duì)煙田CO2排放的影響

從圖1可以看出，在烤煙生育期內(nèi)，旬陽和隴縣煙田不同氮肥施用量處理CO2排放速率均呈現(xiàn)出先升高后下降的趨勢(shì)。6月20日起，煙田CO2排放速率逐漸升高，旬陽和隴縣試驗(yàn)點(diǎn)分別在7月18日和7月16日到達(dá)排放峰值，此后煙田CO2排放速率逐漸下降，分別至8月22日、8月30日達(dá)到最低，此后至煙草成熟期，煙田CO2排放速率一直維持在較低水平并保持穩(wěn)定。在旬陽和隴縣兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，75 kg／hm2的施氮量處理較 60 kg／hm2的施氮量處理均顯著提高了煙田CO2排放速率。

2.2 不同氮肥處理對(duì)煙田土壤溫度的影響

從圖 2 可以看出，旬陽煙田 5、10、15、20 cm 4種土層深度下土壤溫度均呈先上升后下降的趨勢(shì)，不同氮肥施用量處理對(duì)土壤溫度的影響較小，未改變土壤溫度的變化趨勢(shì)以及土壤溫度到達(dá)最大值和最小值的時(shí)間，但75 kg／hm2的施氮量處理相對(duì)提高了4個(gè)土層的土壤溫度最高值，但2個(gè)氮肥施用量處理之間無顯著差異。另外，隨著土層深度的加深，土壤溫度整體呈下降趨勢(shì)，5 cm土層土壤溫度最高。

從圖3可以看出，隴縣與旬陽試驗(yàn)點(diǎn)相似，5、10、15、20 cm土層深度土壤溫度均呈先上升后持續(xù)下降的趨勢(shì)。氮肥水平對(duì)土壤溫度值影響不顯著，未改變土壤溫度變化趨勢(shì)，但75 kg／hm2的施氮量處理可以提高4種土層深度的土壤溫度最高值。

2.3 不同氮肥處理對(duì)煙田土壤含水量的影響

圖2 不同氮肥處理對(duì)煙田土壤溫度的影響（旬陽）

圖3 不同氮肥處理對(duì)煙田土壤溫度的影響（隴縣）

由圖4可以看出，旬陽和隴縣兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)20 cm土層土壤含水量變化趨勢(shì)不同。旬陽試驗(yàn)點(diǎn)20 cm土層土壤含水量在整個(gè)生育期出現(xiàn)波動(dòng)，分別在6月30日、8月14日、9月11日出現(xiàn)峰值；隴縣20 cm土層土壤含水量也出現(xiàn)波動(dòng)，分別在7月16日、8月30日出現(xiàn)峰值。查看旬陽和隴縣兩地降雨情況，兩地20 cm土層土壤含水量變化趨勢(shì)與當(dāng)?shù)亟涤耆掌谙嘁恢?。因此，氮肥處理?duì)20 cm土層土壤含水量影響不顯著，未改變土壤含水量，且兩地土壤含水量的變化主要是與當(dāng)?shù)亟涤暧嘘P(guān)。

2.4 不同氮肥處理對(duì)煙田土壤硝態(tài)氮含量的影響

由圖5可知，氮肥水平明顯影響旬陽和隴縣試驗(yàn)點(diǎn)的煙田土壤硝態(tài)氮含量，75 kg／hm2的施氮量處理顯著提高了煙田土壤硝態(tài)氮含量。旬陽試驗(yàn)點(diǎn)數(shù)據(jù)表明，高氮處理（75 kg／hm2）下硝態(tài)氮含量在取樣前期最高，并于8月30日之前一直呈下降趨勢(shì)，隨后略有上升；60 kg／hm2的施氮量處理煙田硝態(tài)氮含量則表現(xiàn)出先升后降其后上升的趨勢(shì)，分別在7月27日和8月22日達(dá)到最大值和最小值。隴縣試驗(yàn)點(diǎn)的結(jié)果表明，不同氮肥處理下的煙田硝態(tài)氮含量變化趨勢(shì)相似，75 kg／hm2的施氮量處理下煙田土壤硝態(tài)氮變化幅度較大，在取樣第一天含量最大，總體保持下降，在取樣后期有微弱上升；60 kg／hm2的施氮量處理下煙田硝態(tài)氮含量一直保持較低水平。

2.5 不同氮肥處理對(duì)煙葉化學(xué)成分的影響

從表1可以看出，隨著施氮量的增加，兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)上部煙葉的總糖和還原糖含量呈增加趨勢(shì)，煙堿、總氮含量在兩試驗(yàn)點(diǎn)變化趨勢(shì)不同，鉀離子、氯離子含量受施氮量的影響不大，糖堿比、氮堿比和鉀氯比在低氮處理時(shí)較為適宜。

2.6 相關(guān)性分析

圖4 不同氮肥處理對(duì)煙田土壤含水量的影響

圖5 不同氮肥處理對(duì)煙田土壤硝態(tài)氮含量的影響

分別對(duì)土壤溫度、水分和硝態(tài)氮含量與碳排放（煙田CO2排放速率）做相關(guān)性分析，結(jié)果見表2。總體上，土壤碳排放與土壤溫度的相關(guān)性較高，且施氮水平越高，相關(guān)性越強(qiáng)。碳排放與土壤含水量總體上沒有顯著相關(guān)性，除在旬陽地區(qū)遼煙17在60 kg／hm2的施氮量處理時(shí)存在顯著正相關(guān)，與其他處理間相關(guān)性均不顯著。碳排放與硝態(tài)氮含量之間沒有顯著相關(guān)性。

表1 不同氮肥處理對(duì)煙葉化學(xué)成分的影響

表2 碳排放與土壤溫度、水分及硝銨態(tài)氮含量的相關(guān)性分析

3 小結(jié)

總體上，在 60、75 kg／hm2的施氮量處理下，隴縣試驗(yàn)點(diǎn)煙田CO2排放速率均低于旬陽試驗(yàn)點(diǎn)。在兩個(gè)試驗(yàn)地點(diǎn)的兩個(gè)煙草品種，75 kg／hm2的施氮量處理均顯著提高了煙田CO2排放速率。

氮肥處理對(duì)土壤溫度的影響程度較小，對(duì)兩地區(qū)土壤含水量影響不同。不同氮肥施用量顯著影響了各試驗(yàn)點(diǎn)煙田的硝態(tài)氮含量，75 kg／hm2的施氮量處理顯著提高了煙田土壤硝態(tài)氮含量。隨著施氮量的增加，兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)上部煙葉的總糖和還原糖含量呈增加趨勢(shì)，低氮處理時(shí)的糖堿比、氮堿比和鉀氯比在適宜范圍內(nèi)。

總體上，土壤碳排放與土壤溫度存在顯著相關(guān)性，與土壤溫度相關(guān)性較差；碳排放與75 kg／hm2的施氮量處理存在一定的相關(guān)性，但與60 kg／hm2的施氮量處理的相關(guān)性較差；碳排放與土壤含水量之間總體上沒有顯著相關(guān)性；總體上碳排放與硝態(tài)氮含量之間沒有顯著相關(guān)性。施氮處理是通過影響土壤溫度來影響土壤碳排放的。