晚稻施用有機(jī)肥對(duì)煙稻輪作煙田土壤供氮能力的影響

盧紅玲 高鵬 魯耀雄 崔新衛(wèi) 李宏光 閆慧峰 彭福元

摘要：為合理少湖南煙稻輪作區(qū)化肥用量，在州桂陽和安仁選取了2種土壤有機(jī)質(zhì)水平的煙稻輪作田，于稻季增施有機(jī)肥，減施化肥，田間試驗(yàn)結(jié)合35d淹水培養(yǎng)法研究其對(duì)煙草不同生育期土壤供氮能力和煙葉氮吸收利用的影響。結(jié)果表明，有機(jī)質(zhì)含量低的桂陽點(diǎn)，稻季施用有機(jī)肥可提高煙草移栽前土壤水溶性總氮達(dá)31.0%，明顯加煙草打頂期土壤淹水培養(yǎng)的累積礦化氮、有機(jī)氮礦化勢(shì)：而有機(jī)質(zhì)含量高的安仁點(diǎn)，稻季施用有機(jī)肥對(duì)煙草移栽前土壤水溶性總氮的加不明顯，此時(shí)期土壤有機(jī)氮礦化勢(shì)較習(xí)慣施肥増加17.6%，但對(duì)煙草生長(zhǎng)過程中土壤淹水培養(yǎng)累積礦化氮量和氮礦化勢(shì)影響較小。同時(shí)，稻季施用有機(jī)肥周年減施氮肥可維持甚至提高煙葉產(chǎn)量和氮肥偏生產(chǎn)力另ー方面，桂陽煙葉氮含量和煙堿含量降低，氮堿比增加，而安仁煙葉氮含量降低，煙堿含量增加，氮堿比降低。因此，在晚稻施用有機(jī)肥1500kghm2替代150kghm2復(fù)合肥和75kg/hm2尿素，煙草季按習(xí)慣施肥，減少煙稻輪作區(qū)周年氮肥用量23.6%～27.7%，可維持煙葉產(chǎn)量，還可一定程度上提升煙田土壤供氮能力。

關(guān)鍵詞：有機(jī)肥替代;煙稻輪作土壤供氮能力：有機(jī)氮礦化：淹水培養(yǎng)

有機(jī)肥替代化肥是改善土壤質(zhì)量、提高作物質(zhì)、實(shí)現(xiàn)作物化肥施的重要途徑。研究報(bào)道秸稈還田可提高植煙土壤有機(jī)碳含量和腐殖化程度，具有較好的固碳減排效果;菜籽餅肥氮替代30%化肥氮可改善土壤肥力，促進(jìn)烤煙生長(zhǎng)和提高氮素利用率;化學(xué)肥料與外源有機(jī)肥料配施可以有效地提高土壤肥力和改善作物品質(zhì)。湘南煙稻輪作地N、P2Os、K2O肥的年用量分別達(dá)240～270、180-225、375～435kghm2，其中化肥占90%以上，植煙季習(xí)慣施氮量為142.5～165kg/hm215。長(zhǎng)年化肥大量施入的情況下，煙田土壤質(zhì)量退化，自身供氮能力低，為不影響煙草生長(zhǎng)，前期追肥次數(shù)增加施肥總量也有增加趨勢(shì)但湖南省煙稻輪作區(qū)煙季集中施用大量有機(jī)肥，會(huì)導(dǎo)致煙苗旺長(zhǎng)期土壤供氮不足，而后期煙葉貪青晚熟、落黃困難等問題81金萍等在云南省煙田進(jìn)行了3組有機(jī)肥前移施用試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在前作水稻/玉米栽種時(shí)增施15～22.5thmn2有機(jī)肥（有機(jī)肥為豬糞、腐熟秸秄、農(nóng)家肥），煙季習(xí)慣施肥，可增加煙葉產(chǎn)量、產(chǎn)值，提高上等煙比例，但所用有機(jī)肥養(yǎng)分含量不高，施用量大，未減少任何化肥用量，且有機(jī)肥前季施用對(duì)后茬作物氮養(yǎng)分吸收和土壤供氮能力的影響未見報(bào)道。土壤有機(jī)氮是決定土壤供氮能力的主要氮源，土壤氮礦化勢(shì)法得到的土壤供氮量能反映土壤供氮的實(shí)際情況。生物培養(yǎng)法是一種廣泛用于研究土壤有機(jī)氮礦化及土壤供氮能力的方法，其中的淹水培養(yǎng)方法因迅速精確、過程簡(jiǎn)單、條件易控制，作為研究旱地土壤供氮能力的方法已經(jīng)得到肯定131因此，本研究于2018-2019年，在椰州市桂陽縣和安仁縣進(jìn)行了有機(jī)肥替代、周年化肥減施田間試驗(yàn)，并采用35d淹水培養(yǎng)室內(nèi)試驗(yàn)研究了前茬水稻施用有機(jī)肥對(duì)2種有機(jī)質(zhì)含量煙田土壤供氮能力及化肥減施的效果，為煙稻輪作地化肥減施、有機(jī)肥合理施用提供技術(shù)依據(jù)。

1材料與方法

試驗(yàn)方案

1.1.1試驗(yàn)地概況試驗(yàn)于2018年7月至2019年7月在州煙稻輪作區(qū)的桂陽和安仁兩地進(jìn)行。該區(qū)采用上半年植煙、下半年種晚稻的耕作制度，近年植煙面積約3萬hm2。桂陽縣試驗(yàn)點(diǎn)位于北緯2541'29.13"、東經(jīng)1124234.89"，為紅壤性水稻土，pH7.69，有機(jī)質(zhì)含量低，為18.1gkg，土壤全N、全P、全K含量分別為1.45、0.89和10.8g/kg，堿解氮、有效磷、速效鉀含量分別為98.0、45.4和323.0mgkg。安仁縣試驗(yàn)點(diǎn)位于北緯26°3810東經(jīng)1131557”，為黃壤性水稻土，pH.46，有機(jī)質(zhì)含量高，為440gkg，全N、全P、全K含量分別為3.07、1.04、14.6gkg，堿解氮、有效磷、速效鉀含量分別225.0、249和536.0mgkg1.1.2供試材料稻季用商品有機(jī)肥（N、P2O5K2O含量分別為2.13%、1.51%和1.64%，有機(jī)質(zhì)含量48%，水分含量25%），復(fù)合肥（15-15-15）和尿素（含N46%）;煙草用發(fā)酵餅肥N、P2O、K2O含量分別為5.2%、0.85%和1.12）、專用基肥（N、P2Os、K2O含量分別為7%、17%和8%）、專用提苗肥（N、P2O含量分別為20%和9）、專用追肥N、P2O、K2O含量分別為10%、5%和29%）、過磷酸鈣（含P2O14%）、緩釋氮肥（含N369硫酸鉀（含K2O50%）。桂陽點(diǎn)水稻和煙草品種為泰優(yōu)98和湘煙5號(hào)，安仁點(diǎn)為隆香優(yōu)130和云煙87。1.1.3試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)分煙稻2季，設(shè)置裂區(qū)試驗(yàn)。水稻季設(shè)置習(xí)慣施肥（化肥區(qū)，CK）和有機(jī)肥替代復(fù)合肥（有機(jī)肥區(qū)，T）2個(gè)處理：CK，基施復(fù)合肥150kg/hm2，追施尿素150kghm2;T，基施商品有機(jī)肥1500kg/hm2，追施尿素75kghm2。植煙季設(shè)置4個(gè)處理，前化肥區(qū)繼續(xù)按當(dāng)?shù)亓?xí)慣施肥作為對(duì)照（CK），前有機(jī)肥區(qū)設(shè)3個(gè)處理，T1：當(dāng)?shù)亓?xí)慣施肥（桂陽施用煙草專用基肥750kghm2、專用提苗肥112.5kghm2、專用追肥750kgh和硫酸鉀225kghm2。安仁在此基礎(chǔ)上增加尿素30kghm2）T2：一次性基施緩釋氮肥，計(jì)純氮132.0kghm2，磷、鉀養(yǎng)分用過磷酸鈣和硫酸鉀補(bǔ)齊，用量同T，氮肥和磷肥作基肥一次性施入，鉀肥基施20%，另809%于移栽1個(gè)月后分4次施用（每次間隔7dT3：煙草專用基肥少20.0%、專用提苗肥少33.3%，專用追肥與T2一致。4個(gè)處理在煙苗移栽前，均基施發(fā)酵餅肥225kghm2。具體肥料用量見表1。

每個(gè)處理3次重復(fù)，共12個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積24m2，種植密度為1.67萬株hm2。試驗(yàn)于2018年7月開始種植水稻，10月8日收獲。2019年3月611日整地起壟，分小區(qū)施入基肥，3月2628日移栽煙苗，6月26日開始采烤，7月11日采烤結(jié)束。

1.2測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.2.1土壤和煙葉樣品采集2018年10月9日晚稻收獲后，采集土壤樣品作為基礎(chǔ)土樣，分別于烤煙移栽后30、55、100d的煙株旺長(zhǎng)期、打頂期及采烤期分小區(qū)多點(diǎn)取距煙株15cm處的耕層20cm土樣，除雜、風(fēng)、磨碎過20目篩，一部分用作淹水培養(yǎng)試驗(yàn)，一部分檢測(cè)土壤理化性狀;煙草分下部葉、中部葉、上部葉分別采烤，計(jì)算煙草產(chǎn)量，分部位檢測(cè)烤后煙葉總氮含量和煙堿含量。

1.2.2土壤淹水培養(yǎng)方法淹水培養(yǎng)試驗(yàn)依據(jù)KEENEY提出的方法改進(jìn)。稱取過2mm篩的風(fēng)干土1200g，置于100mL離心管中，每管加入25mL去離子水，加塞、密閉，在溫度40℃的恒溫培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)，于0、4、7、14、21、35d分別進(jìn)行浸提，收集浸提液。然后加入25mL去離子水繼續(xù)培養(yǎng)。提方法參照文獻(xiàn)[14]定浸提液中的總氮和銨態(tài)氮NH4N，培養(yǎng)0d時(shí)的浸提液加測(cè)硝態(tài)氮（NO-N）。

1.23測(cè)定指標(biāo)及測(cè)定方法土壤理化性狀測(cè)定方法：有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法（外加熱法）全氮用開氏法消解，K2300型全自動(dòng)定氮儀測(cè)定堿解氮用堿解擴(kuò)散法;洤磷用強(qiáng)酸消煮-鉬銻抗比色法，有效磷用0.5mol/LNAHCO提取-鉬藍(lán)比色法（Olsen法）全鉀用強(qiáng)酸消煮-火焰光度法測(cè)定，速效鉀用乙酸銨提取-火焰光度計(jì)法測(cè)定，pH測(cè)定用電位法（pH計(jì)）。

土壤浸提液氮組分測(cè)定方法：硝態(tài)氮采用酚二磺酸分光光度法，氨態(tài)氮采用流動(dòng)注射-水楊酸分光光度法，總氮采用流動(dòng)注射-鹽酸萘乙二胺分光光度法測(cè)定，水溶性有機(jī)氮（SON）為總氮與無機(jī)氮之差。

煙葉測(cè)定方法含量采用H2SO4-HO2消煮K2300型全自動(dòng)定氮儀測(cè)定，煙堿含量采用分光光度法測(cè)定。

1.3數(shù)據(jù)處理計(jì)算與模型擬合

采用Excel2007軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算和統(tǒng)計(jì)分析SAS軟件進(jìn)行方差分析Sigmaplot軟件進(jìn)行有機(jī)氮礦化模型擬合得土壤有機(jī)氮礦化勢(shì)（N0）。經(jīng)比較不同氮礦化模型的擬合效果，本文選擇雙曲線模型。該模型適用于培養(yǎng)時(shí)間短、礦化勢(shì)和礦化常數(shù)較固定的情況。模型形式如下：

式（1）中，N為r時(shí)間的累積礦化氮，M為礦化潛勢(shì)，b為礦化常數(shù)。

氮肥偏生產(chǎn)力（partial factor productivity from applied N，PPN計(jì)算式如下：

PFPN=Y/F

式（2）中，Y為烤煙產(chǎn)量，F(xiàn)為氮肥施入量。

2結(jié)果

2.1不同處理植煙土壤水溶性氮含量

由表2看出，與CK比較，晚稻施用有機(jī)肥的處理T，煙苗移栽前（一季水稻后）土壤浸提液中總氮含量增加，其中桂陽點(diǎn)增加31.0%，安仁點(diǎn)增加8.3%，但差異不顯著。煙草旺長(zhǎng)期、打頂期和采烤期，桂陽和安仁兩地T1處理土壤浸提總氮含量與CK接近，甚至高于CK。桂陽點(diǎn)煙草旺長(zhǎng)期和打頂期，T1與CK的土壤浸提總氮含量高于其他處理，與T2的差異達(dá)顯著水平;采烤期，T1浸提總氮比CK的高117%。安仁點(diǎn)煙草旺長(zhǎng)期、打頂期和采烤期間，3個(gè)施肥處理間差異不顯著;T1比CK土壤浸提總氮含量在旺長(zhǎng)期高95%，打頂期高14.3%，采烤期高27.5%。這說明稻季施用有機(jī)肥能長(zhǎng)效補(bǔ)充土壤水溶性氮含量，維持土壤速效供氮能力。

2.2不同處理植煙土壤氮礦化曲線和礦化勢(shì)淹水培養(yǎng)過程中，土壤有機(jī)氮礦化主要轉(zhuǎn)化成小分子的可溶性有機(jī)氮（SON）和銨態(tài)氮。桂陽和安仁兩地?zé)煵菀圃郧啊⑼L(zhǎng)期、打頂期和采烤期的土壤35d淹水培養(yǎng)期間累積礦化氮（包括銨態(tài)氮和SON）隨時(shí)間的變化曲線如圖1所示。

從圖1中可知，煙草移栽前，土壤淹水培養(yǎng)35d，累積礦化氮TCK，其中桂陽點(diǎn)T增加5.7%，安仁點(diǎn)增加14.3%。煙草打頂期，土樣培養(yǎng)35d，桂陽點(diǎn)T1累積礦化氮顯著高于其他處理，比CK高77.5%，安仁點(diǎn)T1比CK高4.6%，兩試驗(yàn)點(diǎn)T1和CK累積礦化氮均高于T2、T3處理，但差異未達(dá)顯著水平。煙草旺長(zhǎng)期，兩點(diǎn)的4處理之間差異均不顯著。煙草采烤期，桂陽點(diǎn)T1與CK的累積礦化氮顯著高于T2，但與T3差異不顯著;安仁點(diǎn)4個(gè)處理間差異均不顯著。另外，相同時(shí)期相應(yīng)處理安に點(diǎn)土壤培養(yǎng)35d累積礦化氮量均高于桂陽點(diǎn)，為桂陽點(diǎn)的1.42～2.73倍。采用雙曲線模型擬合圖1的氮礦化曲線，可得到不同處理土壤有機(jī)氮礦化勢(shì)No（圖2）。煙草移栽前，兩地土壤M均表現(xiàn)為T》CK，桂陽點(diǎn)T比CK増加13.6%，安仁點(diǎn)增加17.6%。煙草打頂期桂陽點(diǎn)T1土壤M比其他處理高45.5%～81.19%安仁點(diǎn)T1土壤M比其他處理高8.1%～14.4%。煙草旺長(zhǎng)期和采烤期，兩地不同處理間土壤M差異不顯著。另外，相同時(shí)期相應(yīng)處理，安仁點(diǎn)土壤No為桂陽點(diǎn)的1.32～3.01倍。

2.3不同處理烤煙產(chǎn)質(zhì)量與煙葉氮吸收利用

表3顯示，習(xí)慣施肥情況下，桂陽和安仁兩點(diǎn)煙葉的氮含量均低于2%，稻季施用有機(jī)肥、周年減氮處理均降低了煙葉氮含量。煙堿含量比氮含量變化幅度大，且與気含量変化趨勢(shì)不致，桂陽減氮處理煙堿含量也降低，但安仁T1和T2煙堿含量反而增加。同時(shí)，相同處理下相同葉位比較，安仁點(diǎn)煙葉煙堿含量均大于桂陽點(diǎn)。計(jì)算氮堿比，桂陽CK處理氮堿比符合優(yōu)質(zhì)煙葉接近《1的要求，減氮處理氮堿比均》1安仁煙葉氮堿比除下部葉外，中上部均《1。桂陽點(diǎn)產(chǎn)量以CK為最高，其次是T1，CK和T1產(chǎn)量顯著高于其他處理;安仁點(diǎn)產(chǎn)量以T1為最高，其次是CK，CK和T1產(chǎn)量也顯著高于其他處理。比較氮肥偏生產(chǎn)力PFPN，兩地有機(jī)肥替代且煙季減氮T3的PPN均為最高，T1和CK的PFPN相當(dāng)。

3討論

與其他煙區(qū)相比，東南丘陵煙區(qū)氮肥用量大，約120～200kg/hm2，且氮肥施空間小61819該區(qū)進(jìn)行的氮肥用量試驗(yàn)表明，氮肥基肥追肥比7：3時(shí)，經(jīng)濟(jì)施氮量為195.35kghm2;湘煙5號(hào)基肥追肥比4：6時(shí)，最佳施氮量165kghm2;基肥追肥比為3.5：6.5時(shí)，推薦施氮150kg/hm2，且施氮量從180kg/hm2減至135kghm2，產(chǎn)量減少20.49%，產(chǎn)值少17.2%。常年化肥尤其是氮肥過量施用導(dǎo)致土壤質(zhì)量退化，養(yǎng)分利用率低，肥料有效報(bào)酬遞減2。為少該煙區(qū)化肥用量，增加土壤自身供氮能力，在煙稻輪作模式中，于稻季施用有機(jī)肥替代化肥而植煙季按習(xí)慣施肥將是一個(gè)科學(xué)合理且易于推廣的方法。本試驗(yàn)表明，在稻季施1500kg/hmi有機(jī)肥替代化肥，烤煙季氮肥150kg/hm2（基肥追肥比3.5：6.5），周年減氮23.6%～27.7%，能維持與習(xí)慣施肥相當(dāng)?shù)目緹煯a(chǎn)量和氮肥偏生產(chǎn)力。但是，兩地T2和T3處理煙葉產(chǎn)量均較T1和CK顯著降低說明在上述基礎(chǔ)上，煙季進(jìn)一步減氮處理增加了煙葉產(chǎn)量損失的風(fēng)險(xiǎn)。

作物吸收利用的土壤氮素包括兩方面，一是土壤中已存在水溶性總氮（即硝態(tài)氮+銨態(tài)氮+SON），二是土壤有機(jī)氮礦化所產(chǎn)生的礦質(zhì)氮和SON，前者代表土壤速效供氮能力，后者代表土壤潛在供氮能力，是評(píng)價(jià)土壤供氮水平的重要指標(biāo)41。比較桂陽和安仁兩試驗(yàn)點(diǎn)習(xí)慣施肥對(duì)照和晚稻施用有機(jī)肥周年氮處理（桂陽T1減氮23.6%，安仁T1減氮27.7%）的土壤供氮指標(biāo)：煙草移栽前桂陽點(diǎn)T1土壤水溶性總氮、累積礦化氮和N均高于CK;旺長(zhǎng)期T1土壤水溶性總氮、累積礦化氮與CK相當(dāng)，M顯著低于CK到打頂期，T1土壤水溶性總氮與CK相當(dāng)，而累積礦化氮和N顯著高于CK：采烤后T1累積礦化氮與CK相當(dāng)，水溶性總氮和N高于CK10%以上。安仁點(diǎn)移栽前T1水溶性總氮、累積礦化氮和均高于CK;煙草旺長(zhǎng)期、打頂期和采烤后，水溶性總氮、累計(jì)礦化氮和N均維持與CK相當(dāng)?shù)乃交蛘吒哂贑K。表明稻季施用有機(jī)肥周年減氮處理可提高烤煙移栽前土壤直接供氮能力和潛在供氮能力，維持煙草整個(gè)生育期的速效供氮能力，促進(jìn)煙季中后期土壤持續(xù)供氮能力。從煙葉氮含量和煙堿含量指標(biāo)可知，稻季施用有機(jī)肥、周年減氮23.6%～27.7%會(huì)降低煙葉的氮含量，但對(duì)煙堿的影響兩地不一致，桂陽煙堿含量降低，氮堿比增加至》1，超出優(yōu)質(zhì)煙葉適宜氮堿比范圍;安仁煙堿含量增加，氮堿比降低，中上部氮堿比《0.6。上述變化及其對(duì)煙葉評(píng)吸品質(zhì)的影響，有待于進(jìn)一步研究驗(yàn)證。

本硏究設(shè)置了煙田減施化肥的T2（改施緩釋氮肥）和T3（減施基肥和提苗肥）處理，桂陽點(diǎn)（減施化肥氮31.1%）與安仁點(diǎn)（減施化肥氮34.8%）的表現(xiàn)不一致：桂陽點(diǎn)T2的水溶性總氮和累積礦化氮及N均低于T3，相反安仁點(diǎn)T2處理土壤，在旺長(zhǎng)期和打頂期的水溶性總氮、礦化氮累積量及3個(gè)時(shí)期的M均高于T3，但差異不顯著;并且桂陽點(diǎn)在煙草旺長(zhǎng)期和打頂期的T2、T3處理的土壤水溶性總氮均低于CK和T1，與T2的差異達(dá)顯著水平。這與試驗(yàn)點(diǎn)施肥情況、土壤物理結(jié)構(gòu)和肥力不同有關(guān)。桂陽點(diǎn)土壤常年施用火土灰，土壤通透性好，但其有機(jī)質(zhì)含量低2，土壤保水保肥能力不高，過度減施化肥會(huì)顯著降低土壤供氮能力，從而影響烤煙產(chǎn)量，這與當(dāng)?shù)卦囼?yàn)報(bào)道一致。而安仁點(diǎn)土壤偏酸，質(zhì)地黏重，有機(jī)質(zhì)在自然條件下分解緩慢，但土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量高，減施化肥，或施用緩釋氮肥且施部分氮肥，對(duì)土壤供氮能力的影響并不顯著2324。因此，為提高當(dāng)?shù)赝寥拦┑芰?，針?duì)質(zhì)地黏重、有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量高的土壤，其有機(jī)氮礦化勢(shì)高，首先應(yīng)改善壤通透性，增加土壤中已存的有機(jī)氮的礦化供氮能力2;而針對(duì)有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量不高的土壤，其有機(jī)氮礦化勢(shì)小，但土壤通透性好，輸入有機(jī)質(zhì)對(duì)提高土壤供氮效果較好，可通過增加有機(jī)質(zhì)尤其是有機(jī)氮的輸入以提高土壤供氮及保水保肥能力。

4結(jié)論

在椰州煙區(qū)實(shí)施有機(jī)肥替代，于稻季施用有機(jī)肥1500kg/hm2，替代150kghm2復(fù)合肥和75kg/hm2尿素，煙季按習(xí)慣施肥（施N150kghm2，基肥追肥比3.5：6.5），周年少化肥施用量23.6%～27.7%，土壤速效供氮能力和潛在供氮能力可滿足烤煙生育期對(duì)氮養(yǎng)分的需求，維持煙葉產(chǎn)量。在上述基礎(chǔ)上，煙季進(jìn)一步減氮處理則增加了煙葉產(chǎn)量損失的風(fēng)險(xiǎn)。

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