氮肥運籌對烤煙養(yǎng)分積累和產(chǎn)質(zhì)量的影響

楊成翠, 徐照麗, 史普酉, 賈孟, 白羽祥,朱宣全, 程亞東, 楊煥文, 王戈

(1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院, 昆明 650201; 2.云南省煙草農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院, 昆明 650021)

化學(xué)肥料長期過量、不科學(xué)施用現(xiàn)象在我國烤煙生產(chǎn)中較為普遍，目前已逐漸成為我國植煙土壤保育及煙葉品質(zhì)提高的主要限制因素之一。農(nóng)田過多或不合理施用化肥造成土壤氮素大量盈余[1]，降低化肥增產(chǎn)效益[2]，影響作物的產(chǎn)質(zhì)量[3]，造成土壤板結(jié)，降低氮肥利用率并污染環(huán)境[4]。因此，如何合理施肥是解決煙草安全高效生產(chǎn)的關(guān)鍵問題。研究表明，在不同的施肥措施中，有機肥-無機肥配施有利于充分發(fā)揮肥效，改善土壤生態(tài)環(huán)境[5]，顯著增加土壤有機質(zhì)和氮磷鉀養(yǎng)分含量[6]，可改善土壤生物活性[7-8]，促進植株生長發(fā)育，提高作物干物質(zhì)積累，有利于獲得高產(chǎn)[9]。但目前關(guān)于煙草有機肥配施化肥的研究主要集中在施肥、土壤、植株、產(chǎn)量等方面，關(guān)于有機肥替代化肥后植株養(yǎng)分吸收及其在體內(nèi)積累分配的變化規(guī)律方面，則主要集中在水稻[10]、棉花[8, 11]、玉米[12]等作物上，煙草方面尚待深入研究。弄清有機肥替代化肥對煙株養(yǎng)分吸收和積累的影響，有助于進一步明確有機肥替代化肥對植株生長及產(chǎn)質(zhì)量產(chǎn)生積極效應(yīng)的內(nèi)在機理，也為今后更為科學(xué)施用有機肥提供必要的理論依據(jù)。

有機肥施用及其替代效果除受本身肥源性質(zhì)影響外，還與土壤主要環(huán)境因子密切相關(guān)。在眾多影響因素中，土壤肥力作為土壤質(zhì)量的重要組成成分，其肥力高低可能會顯著影響施肥措施和效果[13]，而從不同土壤肥力角度探討有機肥替代化肥對有機肥替代效果以及內(nèi)在的養(yǎng)分吸收、積累規(guī)律方面的研究鮮見報道。因此，本研究以低肥力植煙土壤為對象，探討不同減氮比例配施有機肥后煙株養(yǎng)分吸收積累及產(chǎn)質(zhì)量變化規(guī)律，分析不同施肥配比對養(yǎng)分吸收和積累的影響，以期為當(dāng)?shù)責(zé)熑~生產(chǎn)合理施肥提供一定的科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

試驗于2017年4—9月在云南省玉溪市江川縣九溪鎮(zhèn)(N24°12′，E102°35′，海拔1 742 m)進行，試驗前收集區(qū)域內(nèi)土壤樣品并檢測其基本理化性質(zhì)，參照土壤肥力分級標準[14]選定較低肥力土壤作為供試土壤，其基本理化性質(zhì)為：pH 7.4，有機質(zhì)1.613%，堿解氮76.49 mg·kg-1，速效磷3.21 mg·kg-1，速效鉀100.36 mg·kg-1。

1.1 試驗材料和試劑

供試烤煙品種為‘K326’，采用漂浮育苗，苗齡60 d時選取大小一致，生長健壯的煙苗于2017年4月23日進行移栽。供試化肥均為煙草專用肥(云南歐羅漢姆肥業(yè)科技有限公司)，其中專用肥1(N∶P2O5∶K2O=12∶6∶24)作為基肥，專用肥2(N∶P2O5∶K2O=28∶0∶5)作為追肥；有機肥采用當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)廄肥(羊糞)，有機肥養(yǎng)分含量：有機質(zhì)24%，全氮0.7%，全磷(P2O5)0.5%，全鉀(K2O)0.4%。農(nóng)業(yè)用硫酸鉀(K2O 51%)、過磷酸鈣(P2O516%)，均為化學(xué)純，購自云南云葉股份有限公司。

1.2 試驗設(shè)計

試驗共設(shè)5個處理，包括單施化肥(當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥，CK)、單施磷鉀肥(CK1)、化肥減氮20%+3 300 kg·hm-2有機肥(D1)、化肥減氮30%+4 950 kg·hm-2有機肥(D2)、化肥減氮40%+6 600 kg·hm-2有機肥(D3)，每個處理3次重復(fù)，隨機區(qū)組設(shè)計，其中CK1作空白不施氮肥，僅作肥料利用率計算用，不做結(jié)果分析。株行距120 cm×50 cm，每小區(qū)植煙100株，試驗田四周設(shè)保護行。

各施肥處理總施氮量均控制為115.5 kg·hm-2，其中磷肥于移栽前一次性基施。有機肥經(jīng)堆漚腐熟后做基肥一次施用，于移栽前穴施。氮肥60%做基肥，40%做追肥，按照處理進行減氮施用，且基肥和追肥中減少比例一致(例如：減氮20%后，基肥氮減少20%，追肥氮減少20%)。鉀肥50%做基肥，50%做追肥。配施有機肥減氮處理的磷、鉀不足部分用過磷酸鈣(P2O516%)、硫酸鉀(K2O 51%)補足，且鉀肥補充量分別按照當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)進行基肥和追肥的補充，保持各處理基肥和追肥中鉀肥的施用量、施肥時期及方法一致。其他管理措施按照當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)技術(shù)體系進行。

1.3 樣品采集與指標測定

分別于移栽后30、60、90 d整株取樣，各小區(qū)分別選取代表性植株5株。取樣洗凈后按根、莖、葉各器官分開，分別置于烘箱內(nèi)105 ℃殺青30 min，65 ℃烘干至恒重，稱重，計算干物質(zhì)積累量。將各器官粉碎過篩，用于測定植株氮、磷、鉀含量。樣品采用H2SO4-H2O2法[15]消煮，半微量凱氏定氮法[15]測定全氮，鉬銻抗比色法[15]測定全磷，火焰光度計法[15]測定全鉀。

單株氮、磷、鉀累積吸收量的計算參照以下公式。

植株氮素累積量(g·株-1)=根系干物質(zhì)重×根系氮素含量+莖稈干物質(zhì)重×莖稈氮素含量+葉片干物質(zhì)重×葉片氮素含量

煙葉氮分配系數(shù)=單株煙葉氮累積量/單株植株總氮累積量

磷和鉀累積量及分配系數(shù)計算同氮。

氮肥表觀利用率(apparent nitrogen use efficiency, NUE)=(施氮區(qū)氮素累積量-不施氮區(qū)氮素累積量)/施氮量×100%

煙葉成熟時正常掛牌采收和烘烤，烤后煙按國家烤煙42級分級標準[16]進行分級，煙葉價格參照當(dāng)?shù)厥召弮r格，計算煙葉產(chǎn)量、產(chǎn)值、中上等煙比例等經(jīng)濟指標。抽取烤后煙葉樣品1.5 kg(C3F)，利用連續(xù)流動分析儀(AA3,德國SEAL公司)測定其煙堿、總氮、總糖、還原糖、蛋白質(zhì)、氯含量，火焰-石墨爐原子吸收光譜儀(ZEEnit 7009,耶拿分析儀器有限公司)測定鉀含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Microsoft Excel 2016和SPSS 18.0進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 烤煙干物質(zhì)積累

不同時期烤煙干物質(zhì)累積結(jié)果(圖1)顯示，不同處理的干物質(zhì)累積量均隨生育期推進呈上升趨勢。其中D1和D2各時期干物質(zhì)積累量均顯著高于CK，且D1和D2之間無顯著差異，D3各時期干物質(zhì)積累量均顯著低于D1、D2和CK處理。結(jié)果表明，增施有機肥并適量降低化學(xué)氮肥施用量(減氮20%+3 300 kg·hm-2有機肥和30%+4 950 kg·hm-2有機肥)可顯著促進煙株干物質(zhì)積累。

注：同一生育期的不同小寫字母表示不同處理間差異在P<0.05水平具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2.2 烤煙氮、磷、鉀吸收及分配特性

2.2.1烤煙氮素吸收及分配特性 不同生育期不同處理的烤煙氮素累積結(jié)果(圖2)顯示，不同處理的氮素吸收趨勢均表現(xiàn)為隨生育期的推進而呈上升趨勢。施用有機肥的D1、D2處理均較CK顯著提高了煙株的氮素累積吸收量，其中移栽30 d后分別顯著增加了124.69%和121.25%，60 d后顯著增加了115.26%和112.68%，90 d后顯著增加了94.96%和87.31%。整個生育期處理D1氮素累積量均略高于D2處理，且90 d時差異達顯著水平；除移栽30 d外，D3處理均顯著低于CK和其他處理，其中60 d和90 d時較CK分別顯著降低了10.39%和4.30%。以上結(jié)果說明，增施有機肥并適量降低化學(xué)氮肥施用量(減氮20%+3 300 kg·hm-2有機肥和30%+4 950 kg·hm-2有機肥)可顯著促進煙株氮素積累。

注：同一生育期的不同小寫字母表示不同處理間差異在P<0.05水平具有統(tǒng)計學(xué)意義。

不同處理煙株不同器官的氮素累積結(jié)果見表1，可見，葉片中的氮素累積量最高。有機肥施用處理的整個生育期均較CK顯著提高了氮素在根系中的累積；不同生育時期氮素在莖中的累積特征存在差異，其中D1和D2均顯著高于CK；整個生育期中，D1、D2處理均較CK顯著提高了氮素在葉片中的累積，D3處理較CK出現(xiàn)顯著性下降；有機肥施用條件下，隨著減氮比例增加，煙葉的氮素分配比例均呈先上升后下降的變化趨勢。結(jié)果說明，增施有機肥并適量降低化學(xué)氮肥施用量(減氮20%+3 300 kg·hm-2有機肥和30%+4 950 kg·hm-2有機肥)可在一定程度上提高氮素在煙株各器官的積累。

表1 不同施肥處理的烤煙氮素分配

2.2.2烤煙磷素的吸收及分配特性 不同處理的烤煙磷素積累結(jié)果(圖3)顯示，在有機肥施用條件下，隨著減氮比例增加，煙株的磷素累積基本呈先增加后減少的趨勢。整個生育期中，D1和D2處理均較CK顯著提高了煙株的磷素吸收量，其中移栽30 d后分別增加了103.49%、81.52%，60 d后增加了70.65%、91.70%，90 d后增加了41.33%、44.37%。除30 d外，D2處理均略高于D1，且60 d時差異達顯著水平；60 d和90 d時，D3磷素累積量均顯著低于CK及其他處理，較CK分別顯著降低了14.75%和16.81%。結(jié)果說明，增施有機肥并適量降低化學(xué)氮肥施用量(減氮20%+3 300 kg·hm-2有機肥和30%+4 950 kg·hm-2有機肥)可顯著促進煙株對磷素的吸收利用。

注：同一生育期的不同小寫字母表示不同處理間差異在P<0.05水平具有統(tǒng)計學(xué)意義。

不同處理不同器官的磷素累積結(jié)果(表2)顯示，各處理煙株不同器官磷素累積及煙葉分配系數(shù)均存在明顯差異，其中移栽30 d時磷素累積量表現(xiàn)為葉>莖>根，移栽60 d時根磷素累積量最少，莖葉相差不大，移栽90 d時表現(xiàn)為根>葉>莖。與CK相比，整個生育期中，D1、D2處理均顯著提高了磷素在根系中的累積，D3處理在90 d時較CK出現(xiàn)顯著性下降；D1、D2處理的莖和葉片中的磷素累積量均顯著高于CK。煙株生長中后期，D3處理的葉中磷素累積量顯著低于CK。整個生育期中，處理D1、D2煙葉磷素分配比例均略高于CK，且烤煙生長中后期D2的煙葉磷素分配比顯著高于CK，D1與CK差異不顯著；D3處理的煙葉磷素分配比例均顯著低于CK及其他處理。以上結(jié)果說明，增施有機肥并適量降低化學(xué)氮肥施用量(減氮20%+3 300 kg·hm-2有機肥和30%+4 950 kg·hm-2有機肥)在一定程度上提高了磷素在煙株各器官的累積。

表2 不同施肥處理烤煙的磷素分配

2.2.3烤煙鉀素累積吸收及分配特性 不同處理煙株的鉀素累積量結(jié)果見圖4，可見，相對于氮素、磷素而言，煙株對鉀素的吸收累積量最大。煙株整個生育期中，D1、D2處理的鉀素累積量均顯著高于CK，其中移栽30 d后分別顯著增加了77.21%和65.73%，60 d后顯著增加了46.27%和50.51%，90 d后顯著增加了61.84%和66.64%；90 d時D2處理顯著高于D1處理，其他時期兩個處理間差異不顯著。60 d和90 d時，D3處理鉀素累積量均顯著低于CK和其他處理，分別較CK降低了34.67%和23.25%。以上結(jié)果說明，增施有機肥并適量降低化學(xué)氮肥施用量(減氮20%+3 300 kg·hm-2有機肥和30%+4 950 kg·hm-2有機肥)可顯著提高煙株的鉀素累積。

注：同一生育期的不同小寫字母表示不同處理間差異在P<0.05水平具有統(tǒng)計學(xué)意義。

由表3可知，各處理煙株不同生育期不同器官鉀素累積分配均表現(xiàn)為葉>莖>根。整個生育期中，D1和D2處理的鉀素在根、莖、葉中的累積均顯著高于CK，煙株生長中后期D3處理較CK出現(xiàn)顯著下降。隨著減氮量的增加，煙葉鉀素分配系數(shù)均呈先增加后減少的趨勢，整個生育期中D1處理煙葉鉀素分配比例均高于CK；30 d和90 d時D2處理的煙葉鉀素分配比例均高于CK，90 d時D1、D2處理均顯著高于CK，整個生育期中D3處理均顯著低于CK，D1、D2處理間無顯著差異。以上結(jié)果表明，增施有機肥并適量降低化學(xué)氮肥施用量(減氮20%+3 300 kg·hm-2有機肥和30%+4 950 kg·hm-2有機肥)促進了煙株各器官對鉀素的吸收累積，明顯提高了鉀素在煙葉中的分配比例。

表3 不同施肥處理烤煙鉀素積累分配

2.3 烤煙氮肥表觀利用率

不同處理的烤煙氮肥表觀利用率結(jié)果見圖5，可見，煙株對氮肥表觀利用率趨勢類似于煙株的干物質(zhì)積累及氮、磷、鉀的累積趨勢，隨著生育期推進，不同處理煙株氮肥表觀利用率均呈上升趨勢。有機肥施用下，整個生育期中，處理D1和D2的氮肥表觀利用率均顯著高于CK，其中移栽30 d后分別增加了270.22%和262.71%，60 d后增加了247.14%和241.61%，90 d后增加了233.77%、214.89%；90 d時處理D1顯著高于D2，其他時期兩個處理間差異不顯著；除60 d和90 d 時，D3處理氮肥表觀利用率均低于CK和其他處理，較CK分別降低了22.24%和8.63%，且60 d時差異達顯著水平。以上結(jié)果說明，增施有機肥并適量降低化學(xué)氮肥施用量(減氮20%+3 300 kg·hm-2有機肥和30%+4 950 kg·hm-2有機肥)可顯著提高烤煙的氮肥表觀利用率。

注：同一生育期的不同小寫字母表示不同處理間差異在P<0.05水平具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2.4 不同施肥處理對煙葉化學(xué)成分的影響

一般認為，云南優(yōu)質(zhì)煙葉標準為：總糖含量達到25%～27%，還原糖含量為16%～18%，總氮含量1.5%～3.5%，煙堿1.5%～3.5%，蛋白質(zhì)8%～10%，鉀2%以上，氯1%以下、施木克值2～2.5為宜[17]。不同處理的烤煙內(nèi)在化學(xué)成分結(jié)果(表4)顯示，與CK相比，D1、D2處理均顯著提高了烤煙的總氮、煙堿和蛋白質(zhì)含量水平，顯著降低了氯含量；D2處理顯著提高了烤煙的鉀含量，使鉀含量達到云南優(yōu)質(zhì)煙葉標準。D1、D2處理總體讓各化學(xué)成分指標更趨近于優(yōu)質(zhì)煙葉的指標范圍。表明增施有機肥并適量降低化學(xué)氮肥施用量(減氮20%+3 300 kg·hm-2有機肥和30%+4 950 kg·hm-2有機肥)更有利于煙葉內(nèi)在品質(zhì)的形成，后者效果更佳。

表4 不同施肥處理的烤煙內(nèi)在化學(xué)成分

2.5 不同施肥處理對烤煙經(jīng)濟性狀的影響

不同化肥減量配施有機肥處理的烤煙經(jīng)濟性狀結(jié)果(表5)顯示，D1、D2處理的煙株產(chǎn)量較CK分別增加了6.77%和11.86%，產(chǎn)值增加了13.02%和32.88%，上等煙比例增加了25.00%和32.14%，中上等煙比例增加了12.50%和35.71%，均價增加了5.92%和18.81%，且差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義。D2處理所有指標均高于D1處理，除產(chǎn)量外，其他指標均具有統(tǒng)計學(xué)意義。除均價外，D3處理所有指標均顯著低于CK和其他處理，且與CK相比，產(chǎn)量、產(chǎn)值、上等煙比例、中上等煙比例分別降低了18.46%、17.38%、25.00%、3.57%。說明減氮30%+4 950 kg·hm-2有機肥處理可顯著提高煙株的產(chǎn)值。

表5 不同施肥處理的烤煙經(jīng)濟性狀

3 討論

作物干物質(zhì)積累量是衡量作物生長發(fā)育狀況及代謝強弱的重要生理生化指標[18]。本研究結(jié)果表明，與單施化肥相比，化肥減氮20%～30%并配施有機肥顯著增加了煙株的干物質(zhì)累積量，這與徐明崗等[19]、徐健欽等[20]在烤煙及其他作物上的研究結(jié)果相似，這可能是因為有機無機肥料配施導(dǎo)致土壤供肥規(guī)律與煙株養(yǎng)分吸收規(guī)律相吻合[21]，使養(yǎng)分供應(yīng)更合理，增加了煙株的新陳代謝。

不同施肥搭配可以引起植株生物量及其氮磷鉀養(yǎng)分吸收和轉(zhuǎn)運的差異[4,22]，且合理的有機肥化肥配施能顯著提高氮素利用率[23-24]。本研究表明，煙株對氮磷鉀素養(yǎng)分的吸收表現(xiàn)為鉀素>氮素>磷素，這與宋建群等[25]的研究結(jié)果一致。本研究結(jié)果顯示,移栽90 d后磷素在根中的累積量最大，這與康利允等[26]研究得出的煙株磷素在器官中累積特征(葉>莖>根)存在差異，這可能是由于本研究中土壤本身磷素水平太低，作物生長主要傾向于根系合成[27]來獲得更多的土壤養(yǎng)分，而有機肥前期養(yǎng)分釋放緩慢[6]，所以導(dǎo)致煙株移栽90 d時根系對磷素的吸收大幅上升。研究結(jié)果顯示，減氮20%～30%時，整個生育期煙株氮素利用率均顯著高于單施化肥處理，獲得較高的產(chǎn)量，這是因為有機肥在土壤中不僅能提供營養(yǎng)，還能改善土壤結(jié)構(gòu)，顯著提高土壤微生物數(shù)量、酶活性，刺激烤煙根系發(fā)育[27-28]，增強烤煙對養(yǎng)分的吸收能力，而有機無機肥料配施實現(xiàn)了有機質(zhì)與化肥養(yǎng)分的互補[29]，提高了作物對肥料的養(yǎng)分利用率。

適宜的氮肥運籌能顯著提高植株產(chǎn)量和品質(zhì)[8]。本研究結(jié)果表明，有機肥配施氮肥能顯著提高作物產(chǎn)量，且有利于煙葉品質(zhì)形成。在本試驗中減氮20%處理產(chǎn)值、中上等煙比例、均價等顯著低于減氮30%處理，這可能是由于前者的有機肥替氮比例低導(dǎo)致化肥氮過量造成煙葉貪青晚熟，落黃難[17]，最終煙葉質(zhì)量下降。說明不同有機肥化肥配比對烤煙產(chǎn)質(zhì)量的影響存在一定差異[28,30-32]，因此有必要根據(jù)烤煙生長發(fā)育規(guī)律及其養(yǎng)分吸收特點，選擇合適的肥料類型及化肥有機肥配比，以滿足烤煙不同時期對養(yǎng)分的需求。