瀘州烤煙養(yǎng)分管理的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)研究

李 君，張?jiān)瀑F*，謝 強(qiáng)，劉青麗，李志宏，李健銘，張永輝，夏建華，郭仕平

（1.中國農(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；2.四川省煙草公司瀘州市公司，四川 瀘州 646000；3.四川省煙草公司，四川 成都 610041；4.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)，黑龍江 大慶 163319）

瀘州是我國重要的煙葉產(chǎn)區(qū)，年產(chǎn)量1 275～1 872.10 kg/hm2。研究瀘州煙區(qū)的施肥參數(shù)對提高烤煙養(yǎng)分管理水平、提升煙葉品質(zhì)具有重要意義。氮是影響烤煙生長發(fā)育和煙葉產(chǎn)量最重要的元素，在實(shí)際生產(chǎn)中，為獲得高產(chǎn)，肥料氮往往是過量投入；鉀是煙葉的品質(zhì)元素，在烤煙生產(chǎn)過程中，追求高質(zhì)量煙葉刺激鉀過量投入；瀘州烤煙生長前期溫度偏低，土壤磷有效性低，需要高量肥料磷投入，以確保烤煙正常生長發(fā)育，因此肥料磷也是過量投入。在氮、磷和鉀過量投入且烤煙連作普遍存在的背景下，土壤有效養(yǎng)分逐年累積，如四川省煙田與農(nóng)田比較，有效磷分別是27.2和16.2 mg/kg，速效鉀分別是219.7和89.7 mg/kg［1］，導(dǎo)致煙田土壤肥力高于當(dāng)?shù)仄胀ㄞr(nóng)田。煙田養(yǎng)分累積量過高會導(dǎo)致肥料淋失和引起地下水污染等環(huán)境問題［2］。因此本研究以高肥力土壤為出發(fā)點(diǎn)，研究不同肥料用量烤煙的肥料效應(yīng)，明確烤煙氮、磷、鉀肥料利用率及目標(biāo)產(chǎn)量的養(yǎng)分需求，確定適宜的肥料施用量，用于指導(dǎo)烤煙養(yǎng)分管理。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于四川省瀘州市古藺縣大寨鄉(xiāng)大寨村，東經(jīng)105°38′35″，北緯28°07′58″，海拔1 031 m，處于四川盆地南緣烏蒙山系大婁山西段北側(cè)，在四川省宜賓市、貴州省畢節(jié)市和遵義市、重慶市南部等幾個煙草種植區(qū)的中部，丘陵地貌的壩子地，土壤類型為黃壤，土壤pH值為5.4，略低于烤煙最適宜的pH值5.5～6.5范圍，土壤肥力中上等，全氮含量3.21 g/kg，堿解氮含量 269.7 g/kg，有效磷（P2O5）含量 59.3 mg/kg，速效鉀（K2O）含量711.4 mg/kg，有機(jī)質(zhì)含量44.5 g/kg。氣候條件如圖1，烤煙生長季平均溫度20.5℃，日最高氣溫大于35℃有41 d，其中7月份有21 d，日均溫大于20℃有115 d，大田生育期降水量為597.6 mm，4、5、6、7、8月份降水量分別為111、 64.6、237.3、48、118 mm，月平均濕度在65%以上。

圖1 烤煙生長季的主要?dú)夂驐l件

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

當(dāng)?shù)乜緹熈?xí)慣施肥的磷、鉀用量遠(yuǎn)超過實(shí)際需求量，多年種煙農(nóng)田土壤有效磷、速效鉀含量均較高，試驗(yàn)設(shè)置重點(diǎn)考慮氮素養(yǎng)分的合理投入量和磷、鉀的當(dāng)季利用。試驗(yàn)設(shè)7個處理，氮肥4水平、磷鉀肥2個水平，3次重復(fù)，共21個小區(qū)，隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積52 m2，四周設(shè)置保護(hù)行，栽植密度16 500株/hm2；各處理養(yǎng)分投入見表1。

表1 試驗(yàn)處理養(yǎng)分投入 （kg/hm2）

試驗(yàn)用肥為煙草專用肥（10-20-20），氮、磷、鉀不足則分別使用尿素（N：46%）、普鈣（P2O5：16%）、硫酸鉀（K2O：50%）補(bǔ)充。氮肥和鉀肥的基追肥比例為7∶3，磷肥全部作底肥施用，各小區(qū)均施用商品酒糟有機(jī)肥（N-P2O5-K2O：2-1-2），有機(jī)肥用量750 kg/hm2。底肥在移栽前7 d窩施，追肥在移栽后25 d于煙株兩側(cè)15 cm處施入，肥料埋深10 cm。

品種采用當(dāng)?shù)刂髟云贩N云煙87。移栽時間為2017年4月17日，采烤起始時間為7月12日，采烤結(jié)束時間為8月24日。

1.3 采樣與測試

基礎(chǔ)土壤樣：試驗(yàn)地施肥前，多點(diǎn)取樣混合土壤樣品1 kg，測定pH值、有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀。

植株樣：打頂前，選擇小區(qū)內(nèi)有代表性的植株2棵掛牌；植株樣分根、莖、下部葉、中部葉和上部葉5個部位取樣，根和莖在采收結(jié)束后取樣，下部葉、中部葉和上部葉于該葉位成熟時采集掛牌植株成熟葉并對應(yīng)于同一植株樣。測量鮮重、干重，粉碎后測定N、P、K含量。

化學(xué)成分與評吸樣：采烤時按小區(qū)掛牌采烤，烘烤結(jié)束后按小區(qū)分級稱重，計(jì)產(chǎn)計(jì)值。采烤結(jié)束后，每個處理取C3F等級煙葉1 kg，測定常規(guī)化學(xué)成分，并進(jìn)行評吸。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2013、SPSS 20.0和Sigmaplot 12.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

烤煙氮肥利用率計(jì)算方法如下［3］：

式中：RE—氮肥利用率（%）； AE—氮肥農(nóng)學(xué)利用率（kg/kg）； PFP—氮肥偏生產(chǎn)力（kg/kg）；U—施氮區(qū)煙株吸收氮量（kg/hm2）；U0—處理II（不施氮）煙株吸收氮量（kg/hm2）；N —作物施氮量（kg/hm2）；Y—作物產(chǎn)量（kg/hm2）；Y0—處理 II（不施氮）產(chǎn)量（kg/hm2）。

磷、鉀肥利用率的計(jì)算方法與氮肥相同。

2 結(jié)果與分析

2.1 烤煙干物質(zhì)累積和分配

由圖2可知，與最優(yōu)施肥處理（IV）相比，不施肥處理（I）的干物質(zhì)累積降低了44.3%，減產(chǎn)比例高達(dá)50.3%，說明即使在土壤背景值很高的情況下，烤煙種植不施肥仍然導(dǎo)致大幅度減產(chǎn)。不施氮（II）、不施磷（VI）和不施鉀（VII）處理煙株的干物質(zhì)累積量分別為182.87、172.73、214.15 kg/hm2，與最優(yōu)施肥處理（IV）相比，減產(chǎn)比例分別為45.1%、48.9%和39.9%，氮、磷、鉀三要素中，從不施肥導(dǎo)致減產(chǎn)的重要程度來看，磷＞氮＞鉀。從不施氮（II）、減氮（III）、最優(yōu)（IV）和增氮（V）處理可以看出，在磷和鉀固定的情況下，隨著氮肥用量的增加，烤煙干物質(zhì)累積表現(xiàn)為先增加、達(dá)到最大值后降低的趨勢，最優(yōu)施肥處理（IV）干物質(zhì)累積最大，說明氮肥投入過高過低都不利于烤煙干物質(zhì)累積。 從根、莖、葉干物質(zhì)分配來看，對照、不施氮、減氮、最優(yōu)、增氮、不施磷、不施鉀處理根莖分配比例分別為55.48%、58.35%、61.2%、49.97%、59.03%、59.23%、60.52%，最優(yōu)施肥處理根莖比例最低，說明最優(yōu)施肥處理能夠降低根和莖的比例，提高葉片的干物質(zhì)累積比例，有利于烤煙的煙葉產(chǎn)量形成。

圖2 不同施肥處理對烤煙干物質(zhì)積累分配的影響

2.2 氮磷鉀在煙株各部位的分配

從圖3中可以看出，各處理烤煙對氮磷鉀養(yǎng)分的吸收表現(xiàn)為鉀＞氮＞磷，不同處理間氮磷鉀吸收量表現(xiàn)為相同的趨勢。

本試驗(yàn)中，不施肥處理（I）的氮素累積量最低，僅為59.35 kg/hm2，是最優(yōu)施肥處理（IV）的45.38%。有研究表明，氮素的累積與煙葉產(chǎn)量呈正相關(guān)，氮施用量過高或過低都會使煙株氮含量降低，適宜的施氮量是烤煙優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的保證［4-6］。從圖3可以看出，在磷、鉀用量相同的情況下，隨著施氮量的增加，煙株氮累積量呈先升后降的趨勢，最優(yōu)施肥處理顯著高于其它處理，達(dá)130.8 kg/hm2，增氮處理氮素累積量比最優(yōu)施肥處理減少了28.82%，說明一定程度增施氮肥有利于烤煙的氮素累積和產(chǎn)量形成，而高氮肥的施用會抑制烤煙氮素累積和產(chǎn)量形成。不施氮、不施磷、不施鉀處理的氮素累積量分別為67.74、67.08、85.56 kg/hm2，對煙株氮素累積的影響順序?yàn)榱祝镜锯?。不同施肥處理氮素分配率均以葉中最高，莖中次之，根中最少；方差分析表明，氮素在莖、下部葉、上部葉的分配率在7種肥料處理間差異不顯著，但在中部葉和根部有差異，根、莖、葉氮素分配率最大值分別出現(xiàn)在減氮、增氮和最優(yōu)施肥處理，說明最優(yōu)施肥處理能增大煙株葉部氮素分配比例。

圖3 不同施肥處理煙株氮、磷、鉀的吸收

從不同施肥處理煙株磷素積累量可以看出，最優(yōu)施肥處理煙株磷素積累量最高，達(dá)24.7 kg/hm2，空白處理（I）最低，為11.77 kg/hm2。在磷、鉀用量相同的情況下，隨著施氮量的增加，煙株磷素積累量呈先增加后降低的趨勢，最優(yōu)比不施氮處理提高了36.48%，表明在一定范圍內(nèi)，增施氮肥有利于提高煙株對磷的吸收，增氮比最優(yōu)施肥處理降低了22%，說明高氮施用會抑制烤煙對磷素的吸收。不施氮、不施磷、不施鉀3個處理磷素累積量分別為14.15、13.64、17.79 kg/hm2，對煙株磷素累積的影響順序?yàn)榱祝镜锯?。從不同部位磷素分配率來看，不施肥和減氮處理葉部磷素分配率高于其它處理，但磷素積累量以最優(yōu)施肥處理最高，說明合理的氮肥施用可以促進(jìn)烤煙的磷素累積。

鉀是烤煙的品質(zhì)元素之一，烤煙含鉀量高低是衡量煙葉品質(zhì)的重要依據(jù)。如圖3所示，最優(yōu)施肥處理鉀素累積量顯著高于其它處理，達(dá)199.32 kg/hm2，不施磷處理最低，為100.34 kg/hm2，空白處理為103.54 kg/hm2；在磷鉀用量相同的情況下，不同施氮量對煙株鉀素累積量的影響與氮、磷相同，隨著施氮量的增加呈先升后降的趨勢；不施氮、不施磷、不施鉀3個處理鉀素積累量均小于氮磷鉀配施，不施鉀最高（126.39 kg/hm2），是最優(yōu)處理的72%，不施磷最低，是最優(yōu)施肥處理的50.34%，3個處理對煙株磷素累積的影響順序?yàn)榱祝镜锯?。不同施肥處理鉀素在煙株各部位分配率無顯著差異，說明肥料用量對鉀素在煙株各部位的分配比例影響不大。

2.3 百千克煙葉氮磷鉀需求量

在成熟期，根據(jù)不同處理煙葉吸收的氮磷鉀量和煙葉產(chǎn)量，可以計(jì)算出每生產(chǎn)100 kg干煙葉氮磷鉀的需求量?？瞻滋幚淼租浶枰糠謩e為5.1、1.0、8.9 kg，不施氮處理分別為5.2、1.1、9.3 kg，減氮處理分別為6.0、1.2、10.1 kg，最優(yōu)處理分別為5.1、0.9、8.1 kg，增氮處理分別為6.0、1.2、9.4 kg，不施磷處理分別為5.9、1.2、8.8 kg，不施鉀處理分別為5.9、1.2、8.8 kg。除去從土壤中吸收的養(yǎng)分，煙株從肥料中吸收的養(yǎng)分以減氮處理最高，增氮處理次之，最優(yōu)處理最低。

2.4 烤煙肥料利用率

不施氮（II）、不施磷（Ⅵ）和不施鉀（Ⅶ）處理用于計(jì)算減氮（III）、最優(yōu)（IV）、增氮（V）3個處理的表觀肥料利用率，根據(jù)各處理成熟期煙株氮磷鉀養(yǎng)分含量和干物質(zhì)累積量，計(jì)算養(yǎng)分累積吸收量，從而計(jì)算出肥料利用率（表2）。

表2 烤煙肥料利用率

作物養(yǎng)分管理中，肥料利用率是衡量施肥是否合理的重要指標(biāo)［7］。不同研究表明，隨著施氮量的增加，氮肥偏生產(chǎn)力下降，農(nóng)學(xué)利用率和吸收利用率略有差異［6，8-9］。根據(jù)表2，在磷、鉀用量相同的情況下，處理III、IV和V氮肥用量逐漸增加，氮肥的偏生產(chǎn)力逐漸降低，符合“報(bào)酬遞減”定律，表明在磷、鉀用量固定情況下，隨著氮肥用量的增加，氮肥對烤煙的增產(chǎn)作用逐漸降低；氮肥利用率和氮肥農(nóng)學(xué)利用率呈現(xiàn)先增加后降低趨勢，在氮用量90 kg/hm2時達(dá)最大值，表明氮肥的利用效率只有在氮肥合理投入的情況下才能發(fā)揮最大的效率，而在氮肥投入低或高時均不利于肥料利用效率發(fā)揮。

在本試驗(yàn)條件下，磷肥利用率和鉀肥利用率分別為7.9%和23.7%，肥料利用率不高，表明在土壤高磷和鉀背景值的條件下，肥料的利用效率有限，但是，即使土壤氮、磷和鉀的背景值高，不施肥處理（Ⅰ）的產(chǎn)量仍然處于一個很低的水平；本試驗(yàn)條件下，鉀肥表觀利用率高于磷肥，而鉀肥的農(nóng)學(xué)利用率低于磷肥，這可能與烤煙喜鉀且高量需鉀的特性有關(guān)，相比鉀肥而言，磷素養(yǎng)分需求量較低，呈現(xiàn)出磷肥表觀利用率低而農(nóng)學(xué)利用率較高的狀態(tài)。

2.5 烤煙養(yǎng)分吸收動態(tài)

用Sigmaplot軟件模擬最優(yōu)施肥處理烤煙移栽后的養(yǎng)分累積過程，擬合采用Logistic函數(shù)。如圖4A所示，隨著生育期的推進(jìn)，烤煙對氮、磷、鉀的積累呈S形曲線，不同時期，烤煙對鉀素吸收最強(qiáng)烈，氮素次之，對磷素的吸收一直處于較低的水平。從表3可以看出，不同生育時期，氮磷鉀養(yǎng)分在旺長期的累積量最大，分別為60.44、12.33、97.04 kg/hm2，占全生育期累積總量的比例分別為53.50%、60.08%、53.96%，伸根期養(yǎng)分累積最少，氮磷鉀累積量分別為8.67、1.02、11.24 kg/hm2，占全生育期累積總量的比例分別為7.67%、4.97%、6.25%?？緹熞圃院蟮酿B(yǎng)分積累速率模擬公式如圖4B所示。從圖4中可以看出，烤煙前期養(yǎng)分積累速率較緩慢，從移栽后45 d開始，養(yǎng)分積累進(jìn)入快速階段，氮、磷、鉀最大積累速率分別出現(xiàn)在移栽后71、59、69 d，此時，氮素、磷素、鉀素積累量分別是最終積累量的69.89%、46.39%、64.98%，隨后積累速率逐漸降低。

圖4 最優(yōu)施肥處理烤煙大田期養(yǎng)分吸收動態(tài)

表3 最優(yōu)施肥處理不同生育時期烤煙養(yǎng)分累積

2.6 氮肥效應(yīng)函數(shù)

根據(jù)不同施氮水平作氮肥投入與產(chǎn)量關(guān)系圖，模擬曲線為一元二次方程。如圖5所示，隨著施氮量的增加，產(chǎn)量呈先升后降的趨勢。根據(jù)模擬公式求得，瀘州煙區(qū)最高產(chǎn)量施氮量為79.5 kg/hm2，最高產(chǎn)量為1 969.4 kg/hm2，根據(jù)當(dāng)?shù)胤柿铣杀竞蜔熑~均價，可以得出最高經(jīng)濟(jì)效益施氮量為69.5 kg，此時，達(dá)到的產(chǎn)量為1 956.11 kg/hm2，收益為23 145.39 元/hm2。

圖5 氮肥投入與產(chǎn)量關(guān)系曲線

3 討論

烤煙是一種對氮素敏感的葉用經(jīng)濟(jì)作物，過高或過低的氮均不利于煙葉品質(zhì)的形成。在一定范圍內(nèi)，隨著氮用量的增加，烤煙干物質(zhì)累積量和氮磷鉀養(yǎng)分的吸收量逐漸增加［5，10］，而本試驗(yàn)結(jié)果顯示，施氮量過高對烤煙生長具有抑制作用［11］，可能由于在相同的基追肥比例（7∶3）下，增氮處理（135 kg/hm2）基肥施用量較大，研究表明，在土壤氮含量很高的情況下，會抑制烤煙苗期根系的生長［12］，本試驗(yàn)地土壤堿解氮很高（269.7 g/kg），植株生長發(fā)育受阻，從而導(dǎo)致增氮處理干物質(zhì)和養(yǎng)分積累低于最優(yōu)施肥處理，但高于減氮處理。

氮肥利用率是計(jì)算氮肥施用量的重要參數(shù)，受土壤性質(zhì)、作物種類、大田管理、氣象等諸多因子的影響，變幅較大［13-14］。氮肥利用率分為兩種，一種是通過同位素研究獲得的實(shí)際利用率；另外一種是氮肥農(nóng)學(xué)利用率，表征施氮對作物的促生產(chǎn)作用。本文用差值法計(jì)算氮肥農(nóng)學(xué)利用率，常規(guī)施肥處理下氮肥利用率為56.95%，遵義正安、曲靖、始興煙區(qū)的氮肥利用率分別為55%、31.7%、40.82%［6，9，14］，與其它產(chǎn)區(qū)相比，本試驗(yàn)地氮肥利用率偏高。巨曉棠等［13］認(rèn)為肥料在土壤中的殘留是肥料氮與土壤氮的生物交換作用的結(jié)果，交換的土壤氮被作物吸收；楊馨逸等［15］研究發(fā)現(xiàn)，高肥力土壤的氮肥利用率高于低肥力土壤，在相同肥力土壤上，氮肥利用率隨施氮量的增加呈先增加后降低的趨勢。鄒勇等［9］和石德楊等［16］研究發(fā)現(xiàn)，隨著施氮量增加，氮肥偏生產(chǎn)力逐漸減小。本研究發(fā)現(xiàn)，在高肥力背景的黃壤條件下，隨著施氮量的增加，氮肥利用率和氮肥農(nóng)學(xué)利用率呈先升后降的趨勢，氮肥偏生產(chǎn)力逐漸減小，在90 kg/hm2的氮肥施用量下氮肥利用率最高，這與前人研究結(jié)果一致，因此合理施用氮肥可以提高煙田的氮肥利用效率。

劉青麗等［4］、蘇德成［17］的研究表明，貴州省的烤煙適宜產(chǎn)量范圍為1 815～2 250 kg/hm2，云南省的適宜產(chǎn)量范圍為2 100～2 650 kg/hm2，西南煙區(qū)烤煙推薦施氮量范圍在60～100 kg/hm2。瀘州煙區(qū)的產(chǎn)量范圍為 1 275 ～ 1 872.10 kg/hm2［18-19］，本試驗(yàn)地的氮肥推薦量為69.5～79.5 kg/hm2，在西南煙區(qū)的推薦施氮量范圍內(nèi)。試驗(yàn)田產(chǎn)量為1 956.1～1 969.40 kg/hm2，與其它省份相比，產(chǎn)量偏低。這可能與當(dāng)年氣候相關(guān)，烤煙生長前期干旱，不利于烤煙根系的生長；6月是烤煙旺長期，降雨量高達(dá)237.3 mm，高量降雨和日照時數(shù)偏低，土壤養(yǎng)分淋失的同時，低日照導(dǎo)致烤煙光合作用積累的干物質(zhì)不夠［20］；本年度烤煙成熟期遇高溫干旱，產(chǎn)生熱害，出現(xiàn)高溫逼熟煙葉，縮短了煙葉的物質(zhì)積累和轉(zhuǎn)化時間，煙葉提前落黃，甚至?xí)駛绊憻熑~產(chǎn)量提高。

4 結(jié)論

適量施用氮肥可以促進(jìn)烤煙的干物質(zhì)和氮磷鉀養(yǎng)分累積，提高氮肥利用率，本試驗(yàn)中，施用90 kg/hm2時各指標(biāo)最優(yōu)，氮肥施用過量不利于促進(jìn)烤煙生長和提升肥料效益，根據(jù)氮肥效應(yīng)函數(shù)，推薦瀘州煙區(qū)施氮量為69.5～79.5 kg/hm2?？緹煯a(chǎn)量與氣候條件密切相關(guān)，試驗(yàn)?zāi)攴萃L期降水量很高，成熟期高溫干旱，盡管施氮量在四川烤煙推薦施肥范圍內(nèi)，烤煙產(chǎn)量仍偏低。