不同堆漚方式下秸稈還田對(duì)滇中烤煙農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)氮素平衡的影響

裴益樂, 李太興, 王克勤, 宋婭麗, 代 立, 溫昌燾, 楊錦澤

(1.西南林業(yè)大學(xué) 生態(tài)與環(huán)境學(xué)院, 昆明 650224; 2.云南省玉溪市水土保持工作站,云南 玉溪 653100; 3.云南省玉溪市紅塔區(qū)水土保持工作站, 云南 玉溪653100)

中國作為全球第一秸稈大國，據(jù)測算，2020年中國秸稈能源化利用總量將達(dá)1.2億t[1]。國內(nèi)秸稈資源豐富，但焚燒、拋棄等現(xiàn)象嚴(yán)重，導(dǎo)致總體利用率較低，且對(duì)生態(tài)環(huán)境帶來一系列的影響。現(xiàn)階段秸稈利用是將秸稈肥料化、飼料化、原料化、燃燒化或基料化[2]，其中秸稈還田可有效改善土壤理化性質(zhì)，增加土壤養(yǎng)分含量，提高作物產(chǎn)量及品質(zhì)[3-4]。但由于秸稈的種類、還田方式、耕作方式、區(qū)域生態(tài)環(huán)境不同產(chǎn)生的生態(tài)效益各不相同，對(duì)當(dāng)?shù)赝寥烙袡C(jī)質(zhì)[4]、微生物[5]、酶活性等[6]多項(xiàng)指標(biāo)影響也存在不確定性。

研究表明，增加秸稈還田量可有效減少土壤水分蒸發(fā)，增加土壤有機(jī)質(zhì)的含量、酶的活性及數(shù)量和作物產(chǎn)量[7-8]；但也有研究表明土壤氮素等養(yǎng)分隨著秸稈還田量的增加呈增加再減小的趨勢，并非還田量越多效果越好[9]。秸稈粉碎還田處理能有效減少稻田氮素等養(yǎng)分徑流流失量[10]，有助于土壤形成良好的結(jié)構(gòu)，有效調(diào)節(jié)植物對(duì)水熱氣肥的需求進(jìn)而提高作物產(chǎn)量[11]。但秸稈直接還田同樣存在弊端，在還田初期會(huì)與作物爭奪土壤中的養(yǎng)分，也可能含有致病微生物等無法殺死，影響作物生長及作物品質(zhì)[12]。而秸稈堆漚還田可改善土壤微生物群落結(jié)構(gòu)[13]，促進(jìn)作物生長[14]，改善土壤結(jié)構(gòu)，避免因化肥施用過量造成土壤退化和環(huán)境污染[15]。然而綜合分析堆漚前期具體的秸稈粉碎程度和后期秸稈還田量以及是否與化肥配合施用、施用比例等對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分平衡影響的研究較少。

農(nóng)田養(yǎng)分平衡作為理解養(yǎng)分在農(nóng)業(yè)系統(tǒng)循環(huán)周期的有效手段，對(duì)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和綠色發(fā)展起到積極作用[16-17]，而目前研究多關(guān)注于傳統(tǒng)施肥方式對(duì)氮素平衡帶來的影響，而忽略了不同堆漚方式下秸稈還田對(duì)氮素平衡的影響。滇中紅塔區(qū)降雨量集中，易產(chǎn)生水土流失，土地肥力退化嚴(yán)重，當(dāng)?shù)匾云赂貫橹?，烤煙、玉米為主要農(nóng)作物，氮素流失嚴(yán)重將影響土壤肥力以及作物品質(zhì)。因此，本試驗(yàn)以滇中紅塔區(qū)二龍?zhí)缎×饔蚩緹熮r(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)為研究對(duì)象，研究自然降雨條件下不同秸稈還田重量(0.75或1.5 kg/m2)、秸稈粒度(1或5 cm)、秸稈堆漚方式(水或水與尿素堆漚)下秸稈還田對(duì)田面徑流泥沙氮素流失、烤煙氮素吸收量以及土壤氮素殘留量之間平衡關(guān)系的影響，試圖回答以下科學(xué)問題：(1) 不同堆漚方式下秸稈還田是否會(huì)降低農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)氮素流失？(2) 不同堆漚方式下秸稈還田是否影響滇中烤煙農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)氮素平衡各個(gè)過程？通過以上研究，以期為該地區(qū)秸稈還田在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用以及農(nóng)業(yè)生態(tài)平衡、農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本試驗(yàn)地位于滇中紅塔區(qū)二龍?zhí)缎×饔?，地處玉溪市東南方向高倉街道龍樹居委會(huì)旁，位于東經(jīng)102°34′5.7′，北緯24°17′15.3′，平均海拔1 625 m。屬中亞熱帶半濕潤冷冬高原季風(fēng)氣候，雨季為5月下旬至10月下旬，年降水量909 mm，年徑流輸沙量0.48萬m2，年輸沙量0.005萬t。暴雨多發(fā)于雨季。土壤屬山地紅壤，有少量紫色土。流域內(nèi)植被覆蓋率為63.71%，樹種以云南松(PinusyunnanensisFranch)分布最廣，農(nóng)作物以種植烤煙和玉米為主。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)地選取15°的坡耕地，試驗(yàn)材料為烤煙，由玉溪市煙草公司統(tǒng)一調(diào)入，于2019年5月7日進(jìn)行移栽，種植密度為16 500株/hm2。在試驗(yàn)地布設(shè)9組秸稈堆漚還田樣方(1 m×1 m)，各樣方處理方式見表1。每樣方3組重復(fù)，均單獨(dú)設(shè)置徑流集水設(shè)施。

9組樣方分別為CK及8種處理，各處理包括2種秸稈還田重量(0.75或1.5 kg/m2)，2種秸稈粒度(1或5 cm)，2種秸稈堆漚方式(水或水與尿素堆漚)。2018年12月完成秸稈不同粒度的粉碎，2019年2月開始每月進(jìn)行一次翻堆，在種植烤煙時(shí)進(jìn)行還田。2019年5月7日栽植烤煙，氮肥施用量105～135 kg/hm2，施肥比例N∶P2O5∶K2O為1∶0.5∶2.5～3，肥料均在移栽后25 d內(nèi)全部施完，分別于5月7日、5月14日、5月25日施底肥、提苗肥和追肥。本試驗(yàn)設(shè)置化肥施用量與當(dāng)?shù)厥┓柿?xí)慣同步。各樣方處理方式見表1。施肥前土壤基本理化性質(zhì)分別為：含水率20.66%，全氮686 mg/kg，硝態(tài)氮2.84 mg/kg，全磷449 mg/kg，有效磷8.99 mg/kg。

表1 各樣方處理方式

1.3 樣品的采集與測定

1.3.1 樣品采集 在試驗(yàn)初期，取各樣方上坡、中坡、下坡位置不同土層0—5 cm，5—10 cm，10—20 cm的土樣，測定土壤全氮、硝態(tài)氮作為土壤背景值。使用自計(jì)雨量計(jì)記錄降雨期間的降雨量及降雨強(qiáng)度。2019年6月至9月期間，在較大降雨后，采集各樣方集流裝置中的徑流樣。取樣前將樣進(jìn)行攪拌，在不同的深度測定其泥沙含量，將徑流樣帶回實(shí)驗(yàn)室，4℃下保存，過濾后得到水樣及泥沙樣，在24 h內(nèi)分別測定水樣中的總氮、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮(徑流樣轉(zhuǎn)入干凈的礦泉水瓶中，取500 ml)；對(duì)泥沙樣進(jìn)行避光條件下的自行風(fēng)干，稱重并測定其的全氮、硝態(tài)氮。在烤煙收獲期9月底，采集烤煙的根、莖、葉，烘干后測定植物樣本的全氮含量。在烤煙收獲后，使用“對(duì)角線法”采集各樣方不同土層(0—5 cm，5—10 cm，10—20 cm)的土樣，測定其全氮、硝態(tài)氮。

1.3.2 樣品測定 水樣總氮采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法(GB11894-1989)測定；硝態(tài)氮采用酚二磺酸分光光度法(GB7480-1987)測定；銨態(tài)氮采用納氏試劑比色法(GB7479-1987)。泥沙和土壤樣全氮采用自動(dòng)定氮儀法(NY/T1121.24-2012)、硝態(tài)氮采用紫外分光光度法(GB/T32737-2016)測定。植物樣全氮采用自動(dòng)定氮儀法(NY/T2419-2013)測定。

1.3.3 徑流和泥沙中氮素流失量的計(jì)算 本試驗(yàn)各樣方產(chǎn)沙量采用烘干法測定，徑流量通過稱量徑流收集裝置中的水樣質(zhì)量，換算得到每個(gè)樣方的平均徑流量。

各場降雨中徑流和泥沙中氮素流失量以及烤煙植株氮素吸收量及土壤氮素殘留量由以下計(jì)算公式得到：

Wr=Qrk·cr

(1)

Ws=Qsk·cs

(2)

D=B·cf

(3)

Wa=W-Wck=s·h·c·γ-s·h·cck·γ

(4)

式中：Wr為徑流中氮素流失量(mg/m2)；Qrk為次降雨產(chǎn)流量(L/m2)；cr為徑流平均氮素濃度(mg/L)；Ws為泥沙中氮素流失量(mg/m2)；Qsk為次降雨產(chǎn)沙量(g/m2)；cs為泥沙平均氮素濃度(g/kg)；D為烤煙植株氮素吸收量(g/m2)；B為烤煙植株生物量(kg/m2)；cf為植株平均氮素含量(g/kg)；Wa為土壤氮素殘留量(g/m2)；W為土壤氮素現(xiàn)存量(g/m2)；Wck為土壤氮素背景值(g/m2)；s為土壤面積(m2)；h為土壤厚度(0.2 m)；c為土壤現(xiàn)存氮素含量(g/kg)；γ為土壤容重(當(dāng)?shù)仄骄? 290 kg/m3)；cck為土壤背景氮素含量(g/kg) 。

1.4 數(shù)據(jù)處理

本文采用Excel 2010進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和圖表繪制，并采用SPSS 25.0軟件的最小顯著性差異(LSD)法對(duì)不同處理的降雨產(chǎn)流產(chǎn)沙特征、徑流泥沙全氮流失量、土壤養(yǎng)分含量特征進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 徑流、泥沙中氮素流失特征分析

2.1.1 不同降雨下各樣方產(chǎn)流產(chǎn)沙特征 試驗(yàn)期間出現(xiàn)了4次較大的降雨，分別在7月28日、8月7日、8月15日和9月8日，降雨量分別為6.2，22，12.4，17.2 mm，最大雨強(qiáng)分別為2.6，23.6，3.1，21 mm/h。各處理樣方的產(chǎn)流量均小于CK，不同堆漚方式下的秸稈還田對(duì)各樣方產(chǎn)流量影響不同(表2)：施用1.5 kg/m2秸稈的樣方(T5,T6,T7,T8)較施用0.75 kg/m2秸稈的樣方(T1,T2,T3,T4)產(chǎn)流量減少19.90%～22.87%；施用秸稈粒度5 cm的樣方(T1,T2,T5,T6)較施用秸稈粒度1 cm的樣方(T3,T4,T7,T8)產(chǎn)流量減少19.90%～22.87%，說明秸稈還田量為1.5 kg/m2，秸稈粒度為5 cm可有效減少徑流流失量。就4次降雨來看，各樣方產(chǎn)流量均表現(xiàn)為8月7日>9月8日>8月15日>7月28日，表明降雨量與產(chǎn)流量呈正相關(guān)關(guān)系。

不同堆漚方式下的秸稈還田對(duì)坡耕地產(chǎn)沙量的影響表現(xiàn)為：4次降雨中8月7日和9月8日降雨強(qiáng)度較大，8月15日次之，7月28日最小，各樣方產(chǎn)沙量均表現(xiàn)為8月7日>9月8日>8月15日>7月28日，表明降雨強(qiáng)度與產(chǎn)沙量呈正相關(guān)。8月7日各處理土壤侵蝕量均值為5.51 g/m2，為其他降雨日期的1.22～2.00倍。就不同處理來看：除T8外，各處理產(chǎn)沙量均低于CK，其中施用0.75 kg/m2秸稈的樣方(T1,T2,T3,T4)較施用1.5 kg/m2秸稈的樣方(T5,T6,T7,T8)產(chǎn)沙量減少6.56%～32.59%；施用秸稈粒度5 cm的樣方(T1,T2,T5,T6)較施用秸稈粒度1 cm的樣方(T3,T4,T7,T8)產(chǎn)沙量減少1.77%～13.15%。

2.1.2 徑流和泥沙中全氮流失濃度及流失量特征 從圖1可以看出，各處理方式全氮流失濃度均高于CK，T8樣方全氮流失濃度在徑流泥沙中均最大。不同處理的徑流泥沙全氮流失濃度存在顯著性差異(p<0.05)，徑流中的全氮流失濃度變化幅度高于泥沙。

徑流中的全氮流失濃度變化呈梯度變化，施用1.5 kg/m2秸稈的樣方(T5,T6,T7,T8)徑流全氮流失濃度較施用0.75 kg/m2秸稈的樣方(T1,T2,T3,T4)高出2.40%～18.43%；施用1 cm細(xì)秸稈樣方(T3,T4,T7,T8)徑流全氮流失濃度較施用5 cm粗秸稈的樣方(T1,T2,T5,T6)高出46.80%～53.50%；添加尿素堆漚的樣方(T2,T4,T6,T8) 全氮濃度較未添加尿素堆漚秸稈還田的樣方(T1,T3,T5,T7)高25.56%～32.66%。

泥沙中施用1.5 kg/m2秸稈的樣方(T5,T6,T7,T8)泥沙全氮流失濃度比施用0.75 kg/m2秸稈的樣方(T1,T2,T3,T4)高73.00%～142.06%；施用1 cm細(xì)秸稈樣方(T3,T4,T7,T8)泥沙全氮流失濃度比施用5 cm粗秸稈的樣方(T1,T2,T5,T6)高出44.39%～72.72%；添加尿素堆漚的樣方(T2,T4,T6,T8) 全氮流失濃度比未添加尿素堆漚的樣方(T1,T3,T5,T7)高出54.38%～87.62%。

表2 試驗(yàn)地4場降雨及產(chǎn)沙特征

4次降雨中，7月28日、8月7日、8月15日和9月8日各處理中徑流全氮流失量分別為1.25～2.37，2.08～4.59，1.47～3.34，1.76～3.82 g/m2；泥沙全氮流失量分別為0.23～2.74，0.95～5.88，0.43～2.48，0.71～3.22 mg/m2。方差分析表明，不同處理方式下徑流與泥沙全氮流失量差異性顯著(p<0.05)，氮素流失以徑流流失為主，泥沙流失為輔。

在不同降雨條件下，徑流全氮流失量存在規(guī)律性變化：8月7日降雨量達(dá)到22 mm時(shí)，各處理的全氮流失量均最大，9月8日次之，7月28日、8月15日最小。

在不同處理方式下：施用1.5 kg/m2秸稈樣方(T5,T6,T7,T8)比施用0.75 kg/m2樣方(T1,T2,T3,T4)徑流全氮含量降低0.32%～35.05%；施用5 cm粗秸稈樣方(T1,T2,T5,T6)比施用1 cm細(xì)秸稈樣方(T3,T4,T7,T8)的徑流全氮含量降低54.52%～77.23%；添加尿素堆漚的樣方(T2,T4,T6,T8) 比未添加尿素堆漚的樣方(T1,T3,T5,T7)的徑流全氮含量高出28.40%～49.00%。說明1.5 kg/m2秸稈還田量較0.75 kg/m2，5 cm粗秸稈還田較1 cm細(xì)秸稈還田均可有效減少徑流氮素流失量。

圖1 不同堆漚方式下徑流全氮和泥沙全氮流失濃度特征

在不同降雨條件下，泥沙全氮流失量在8月7日達(dá)到峰值(2.50 g/m2)，是其他降雨條件的1.37～2.50倍。在不同處理方式下，T8樣方泥沙全氮流失量遠(yuǎn)高于其他處理樣方，為其他處理的1.92～6.17倍。施用1.5 kg/m2秸稈的樣方(T5,T6,T7,T8)比施用0.75 kg/m2的樣方(T1,T2,T3,T4)泥沙全氮流失量高出94.82%～208.37%；施用秸稈粒度5 cm的樣方(T1,T2,T5,T6)比施用秸稈粒度1 cm的樣方(T3,T4,T7,T8)泥沙全氮含量降低了29.01%～97.41%；添加尿素堆漚的樣方(T2,T4,T6,T8) 比未添加尿素堆漚的樣方(T1,T3,T5,T7)泥沙全氮流失量高出87.01%～197.62%(表3)。

表3 不同處理方式下徑流和泥沙中氮素流失量特征

2.2 土壤中氮素儲(chǔ)存特征

在烤煙收獲后，各處理樣方土壤全氮、硝態(tài)氮含量分別是CK的1.02～1.20倍、1.19～1.48倍，表明不同秸稈還田方式均會(huì)增加土壤全氮和硝態(tài)氮含量。秸稈還田后不同土層全氮含量存在差異，在施用0.75 kg/m2的秸稈的樣方(T1,T2,T3,T4)土壤全氮含量總體隨著土層深度增加而減??；施用1.5 kg/m2秸稈的樣方(T5,T6,T7,T8)呈現(xiàn)為：5—10 cm土層土壤全氮含量最大，其次為0—5 cm土層，10—20 cm土層最小。

不同處理方式秸稈還田在不同土層中對(duì)土壤全氮量影響不同。施用1.5 kg/m2秸稈的樣方(T5,T6,T7,T8)較施用0.75 kg/m2秸稈的樣方(T1,T2,T3,T4)在0—5，5—10，10—20 cm土層中分別高出3.21%，7.57%和7.73%，且對(duì)5—10，10—20 cm土層土壤全氮量增加效果顯著；施用1 cm細(xì)秸稈的樣方(T3,T4,T7,T8)較施用5 cm粗秸稈的樣方(T1,T2,T5,T6)在0—5，5—10，10—20 cm土層中分別高出6.60%，5.84%和5.49%，但對(duì)土壤全氮量增加效果無明顯差異；添加尿素堆漚的樣方(T2,T4,T6,T8) 全氮含量較未添加尿素堆漚的樣方(T1,T3,T5,T7)在0—5，5—10，10—20 cm土層中分別高出5.45%，3.86%，3.25%，且增加效果顯著。

秸稈還田后，土壤硝態(tài)氮含量隨著土層深度增加而降低，不同處理之間，硝態(tài)氮含量存在顯著性差異(p<0.05)。不同堆漚方式秸稈還田在不同土層中對(duì)土壤硝態(tài)氮影響不同。施用1.5 kg/m2秸稈的樣方(T5,T6,T7,T8)較施用0.75 kg/m2秸稈的樣方(T1,T2,T3,T4)在0—5，5—10，10—20 cm土層中分別高出24.86%，47.30%和83.22%，且對(duì)10—20 cm土層土壤硝態(tài)氮含量增加效果顯著；施用秸稈粒度1 cm的樣方(T3,T4,T7,T8)較施用秸稈粒度5 cm的樣方(T1,T2,T5,T6)在0—5，5—10，10—20 cm土層中分別高出46.27%，34.76%和20.79%，且對(duì)0—5 cm土層土壤硝態(tài)氮含量增加效果最好；添加尿素堆漚的樣方(T2,T4,T6,T8) 較未添加尿素堆漚的樣方(T1,T3,T5,T7)在0—5，5—10，10—20 cm土層中分別高出19.57%，23.19%和30.72%，說明添加尿素堆漚對(duì)10—20 cm土層土壤硝態(tài)氮含量影響最大(表4)。

表4 不同處理方式下不同土層土壤中氮素含量特征

2.3 植物體內(nèi)氮素吸收量

在烤煙收獲期，不同處理中烤煙各器官全氮含量總體表現(xiàn)為葉>莖>根，秸稈還田較CK分別增加了67.69%，25.33%和42.27%，不同處理對(duì)葉、根氮含量影響較大，對(duì)莖的影響較小。不同堆漚方式下，植物全氮含量呈現(xiàn)規(guī)律性變化：秸稈還田量1.5 kg/m2的樣方(T5,T6,T7,T8)烤煙植物體含氮量較秸稈還田量0.75 kg/m2的樣方(T1,T2,T3,T4)高出1.46%～34.55%；秸稈還田粒度1 cm的樣方(T3,T4,T7,T8)烤煙植物體全氮含量較秸稈還田粒度5 cm的樣方(T1,T2,T5,T6)高出2.54%～35.77%；同時(shí)添加尿素堆漚的樣方(T2,T4,T6,T8) 烤煙植物體全氮含量較未添加尿素堆漚的樣方(T1,T3,T5,T7)高出6.60%～38.03%。綜上，在進(jìn)行秸稈的堆漚還田時(shí)，秸稈還田粒度為1 cm，還田秸稈量為1.5 kg/m2，添加尿素均可有效增加植物各器官全氮含量(圖2)。

圖2 不同處理方式下烤煙各器官氮素含量

2.4 烤煙坡耕地氮平衡關(guān)系

根據(jù)宋婭麗[18]對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)氮素平衡的計(jì)算公式，化肥及有機(jī)肥氮素輸入量=徑流與泥沙氮流失量+土壤殘留氮量+烤煙吸收量。徑流氮素流失量占氮素輸入量的8.27%～23.85%，泥沙氮素流失量占氮素輸入量的4.37%～12.72%，土壤氮素殘留量占氮素輸入量的4.97%～36.79%，烤煙吸收量占氮素輸入量的41.10%～71.64%。數(shù)據(jù)表明烤煙吸收的氮素占氮素輸入的主體部分。氮素流失主要以徑流為主，泥沙為輔，兩者的流失量之和占氮素輸入量的16.89%～31.21%。就徑流氮素流失量來看，秸稈還田處理的樣方氮素流失量與氮素輸入量的比值均低于CK，說明秸稈還田可以有效減少徑流氮素流失。

施用1.5 kg/m2秸稈樣方(T5,T6,T7,T8)氮素平均流失量占氮素輸入量的19.69%，施用0.75 kg/m2秸稈的樣方(T1,T2,T3,T4)氮素平均流失量占氮素輸入量的20.33%，表明施用1.5 kg/m2秸稈較施用0.75 kg/m2秸稈可有效減少氮素流失；秸稈粒度為5 cm的樣方(T1,T2,T5,T6)總體氮流失量占氮素輸入量的16.70%～19.92%，秸稈粒度為1 cm的樣方(T3,T4,T7,T8)總體氮流失量占氮素輸入量的18.61%～25.27%，表明秸稈粒度為5 cm較秸稈粒度1 cm同樣可有效減少氮素流失；添加尿素堆漚的樣方(T2,T4,T6,T8) 平均氮素流失量占氮素輸入量的21.18%，未添加尿素堆漚樣方(T1,T3,T5,T7)的平均氮素流失量占氮素輸入量的18.84%，表明尿素的添加會(huì)增加氮流失。

就植物吸收來看，2號(hào)樣方植物氮素吸收量與氮素輸入量的比值最高達(dá)到71.64%，T8樣方的比值最小為41.10%。在氮的輸入量達(dá)到71.98 g/m2時(shí)，烤煙吸收氮素量與氮素輸入量的比值下降，土壤氮素殘留量與氮素輸入量的比值上升(表5)。

表5 不同處理方式下滇中烤煙農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中氮素平衡關(guān)系記者

3 討 論

3.1 不同堆漚方式下秸稈還田對(duì)氮素流失的影響

農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)隨著氮素的過量投入導(dǎo)致大量氮素以徑流、淋溶等方式進(jìn)入水體，土壤中氮素同樣會(huì)以流失的形式進(jìn)入環(huán)境[19]。本研究中，氮的主要流失方式包括徑流和泥沙流失兩種，由于秸稈本身含有豐富的氮元素，采用不同的秸稈還田量及堆漚方式分別增加了徑流中氮素濃度(2.40%～18.43%和25.56%～32.66%)。而朱利群等[10]和楊坤宇等[20]研究結(jié)果表明，秸稈還田可減少稻田徑流氮流失濃度(15.34%～19.76%)，原因可能是秸稈直接還田在還田后吸附氮，腐解時(shí)微生物吸收環(huán)境中的氮，從而降低稻田徑流氮素濃度[10]；而本試驗(yàn)還田方式為秸稈堆漚還田，在堆漚過程中秸稈完成腐熟，堆肥成肥增加了氮磷鉀含量[21]，還田后可供給氮，不再吸收氮致使徑流泥沙氮素濃度上升。

本研究中，堆漚秸稈還田量及秸稈粒度均對(duì)徑流全氮流失量影響顯著，1.5 kg/m2還田量較0.75 kg/m2使徑流全氮流失量降低0.32%～35.05%；5 cm粗秸稈還田較1 cm細(xì)秸稈使徑流全氮流失量降低54.52%～77.23%。這可能是由于堆漚秸稈還田量為1.5 kg/m2，秸稈粒度為5 cm時(shí)秸稈分解能產(chǎn)生更多的膠結(jié)物質(zhì)增加土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，有效地減少地表徑流，從而使徑流氮流失量隨之減少。本研究中隨著降雨量的增加，徑流全氮流失量也隨之增加(17.33%～117.86%)，這是由于降雨量增大產(chǎn)流量隨之上升，導(dǎo)致全氮流失量增加。同時(shí)，降雨強(qiáng)度的增加導(dǎo)致泥沙全氮流失量增加26.96%～154.18%，這可能是由于雨滴擊濺破壞土壤結(jié)構(gòu)降低了水分入滲能力，造成土壤侵蝕加大[22]。T8處理泥沙全氮流失量為其他處理的1.92～6.17倍，該處理采用秸稈粒度為1 cm細(xì)秸稈，還田量為1.5 kg/m2并添加尿素堆漚，易于堆腐并且能釋放大量氮素，能較快較好的對(duì)土壤氮素進(jìn)行補(bǔ)給，致使其在降雨的沖刷下產(chǎn)生較多的氮素流失。

3.2 不同堆漚方式下秸稈還田對(duì)土壤中氮含量的影響

本研究中，秸稈還田量為1.5 kg/m2較0.75 kg/m2使土壤全氮含量增加3.21%～7.73%，秸稈還田量增加土壤全氮含量，這與徐蔣來等[9]研究結(jié)果一致，原因可能是秸稈還田量大，覆蓋表土全面、均勻，可以更有效的減少降雨沖刷造成的氮流失；施用1 cm細(xì)秸稈樣方比施用5 cm粗秸稈的土壤全氮含量高出5.49%～6.60%，這可能由于秸稈粒度小在堆漚時(shí)可以增加與微生物及菌群的接觸面積加快腐熟，同時(shí)還田后更利于土壤的固定；添加尿素堆漚的樣方比未添加尿素堆漚的樣方土壤全氮含量高出(3.25%～5.45%)，與劉祁峰等[23]研究結(jié)果相同，尿素的添加會(huì)增加土壤氮含量。

研究表明土壤中的氮素隨著土層深度的增加而降低[24]，而本研究則表明在不同堆漚方式下不同土層的全氮含量存在差異：0.75 kg/m2秸稈還田時(shí)0—5 cm全氮量最高；1.5 kg/m2秸稈還田時(shí)5—10 cm全氮含量最高。秸稈還田量為1.5 kg/m2對(duì)5—10 cm土層全氮增加效果明顯，這可能是由于秸稈還田量大產(chǎn)生更多的氮素，0—5 cm土層土壤氮素向下沉降或者氮素向植物根部聚集的結(jié)果。對(duì)土壤硝態(tài)氮研究發(fā)現(xiàn)，秸稈堆漚還田較秸稈不還田土壤硝態(tài)氮含量增加了1.19～1.48倍，這與李亞鑫等[25]研究結(jié)果一致，而趙鵬等[26]研究結(jié)果則為秸稈還田會(huì)減少土壤硝態(tài)氮含量。

3.3 不同堆漚方式下秸稈還田對(duì)植物體內(nèi)氮素吸收量的影響

本研究中烤煙全氮含量分布特征為葉>莖>根，與普匡等[27]研究結(jié)果相同，而楊梅等[28]研究結(jié)果則為烤煙全氮分布葉>根>莖?？緹熤仓牦w的氮素主要存在于煙堿、葉綠素和蛋白質(zhì)中，植物營養(yǎng)含量及其在根、莖、葉中的分布與其生長時(shí)期，土壤養(yǎng)分含量和生活環(huán)境有較大的關(guān)系[29]。秸稈還田量、粉碎程度和添加尿素堆漚會(huì)增加烤煙氮含量，其中添加尿素堆漚可以顯著增加烤煙氮含量(6.60%～38.03%)。堆漚方式下的秸稈還田可以快速供給土壤氮素含量，促進(jìn)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化為糖類物質(zhì)為烤煙生長提供養(yǎng)分[30]，間接影響烤煙產(chǎn)量和品質(zhì)。這與方平等[31]的研究結(jié)果一致，秸稈還田量與耕作方式均會(huì)對(duì)作物產(chǎn)量產(chǎn)生一定的影響[32]。

3.4 不同堆漚方式下秸稈還田對(duì)氮素平衡的影響

在烤煙農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，秸稈還田增加了氮素輸入量。本研究中土壤氮素殘留量占氮素輸入量的4.97%～36.79%，過多的氮素殘留為氮素流失提供了養(yǎng)分基礎(chǔ)。氮素流失量占氮素輸入量的比值達(dá)16.89%～31.21%，其中泥沙占4.37%～12.72%，徑流占8.27%～23.85%。說明在此生態(tài)系統(tǒng)中氮的流失形式主要以徑流流失為主，泥沙流失為輔，在防治氮素流失時(shí)應(yīng)對(duì)徑流進(jìn)行重點(diǎn)防控。就氮素流失來看，本試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)1.5 kg/m2還田量，秸稈粒度5 cm均可有效減少氮素流失，而添加尿素堆漚可增加烤煙氮含量。從氮素吸收來看，在氮素輸入量增加到71.98 g/m2時(shí)，烤煙吸收量與氮素輸入量比值下降，土壤氮素殘留量與氮素輸入量的比值上升，說明烤煙對(duì)氮素的需求可能有峰值存在。

綜上所述，采用水與尿素堆漚、還田量1.5 kg/m2，秸稈粒度5 cm的處理可提高烤煙氮素吸收量，減少徑流泥沙氮素流失，并產(chǎn)生較少的土壤殘余，能夠?qū)崿F(xiàn)烤煙農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的氮素平衡，達(dá)到生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的最大化。

4 結(jié) 論

(1) 秸稈堆漚還田較秸稈不還田徑流泥沙氮素濃度均增加。徑流全氮含量在秸稈還田量1.5 kg/m2較0.75 kg/m2降低0.32%～35.05%；秸稈還田粒度5 cm較1 cm降低54.52%～77.23%。徑流全氮流失量隨著降雨量的增加而增大；泥沙全氮流失量隨著降雨強(qiáng)度的增加而增大。

(2) 秸稈還田均增加了土壤全氮、硝態(tài)氮含量(分別為CK的1.02～1.20,1.19～1.48倍)。秸稈還田后不同土層全氮含量存在差異，在施用0.75 kg/m2的土壤全氮含量總體隨著土層深度增加而減小；施用1.5 kg/m2秸稈還田的土壤全氮含量表現(xiàn)為：5—10 cm>0—5 cm>10—20 cm。

(3) 烤煙各器官全氮含量分布特征為葉>莖>根。烤煙各器官含氮量為秸稈還田量1.5 kg/m2較0.75 kg/m2高出1.46%～34.55%；施用1 cm細(xì)秸稈較5 cm粗秸稈高出2.54%～35.77%；添加尿素堆漚較未添加尿素高出6.60%～38.03%。

(4) 徑流氮素流失量、泥沙氮素流失量、土壤殘留量和烤煙吸收量分別占氮素總輸入量的8.27%～23.85%，4.37%～12.72%，4.97%～36.79%和41.10%～71.64%。水與尿素堆漚，還田量1.5 kg/m2，秸稈粒度5 cm的秸稈還田方式可有效降低氮素流失量、增加烤煙產(chǎn)量，為本研究的最佳秸稈還田方式。