有機(jī)肥替代化肥對(duì)洱海撫仙湖流域煙田氮磷養(yǎng)分流失和烤煙經(jīng)濟(jì)效益的影響

歐陽(yáng)鋮人，王鈞宜，于良君，王德勛，趙正雄*

（1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 煙草學(xué)院，云南 昆明 650201；2.大理州煙草公司，云南 大理 671000）

【研究意義】湖泊水體富營(yíng)養(yǎng)化治理是全球性水環(huán)境亟待解決的重大難題[1-2]。近年來(lái)，隨著區(qū)域經(jīng)濟(jì)和工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，作為云南省主要湖泊的洱海和撫仙湖都面臨水體富營(yíng)養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)加劇的環(huán)境問(wèn)題[3-4]。農(nóng)田徑流攜帶高濃度氮磷養(yǎng)分匯入河湖流域是造成該流域水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要原因之一[5-7]。因此，減少湖泊流域水體污染的關(guān)鍵是降低農(nóng)田徑流氮磷等養(yǎng)分流失。施肥是影響農(nóng)田氮磷養(yǎng)分流失的重要因素之一，過(guò)量肥料投入以及肥料投入不合理會(huì)向環(huán)境釋放大量盈余氮磷污染物，增加水體富營(yíng)養(yǎng)化的風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重影響生態(tài)環(huán)境安全[8-10]。加之肥料的過(guò)量及不合理施入打破農(nóng)業(yè)投入產(chǎn)出平衡，嚴(yán)重影響農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。煙草是洱海和撫仙湖流域的主要經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)之一。在煙葉生產(chǎn)中常施入一定量化肥來(lái)提高煙葉產(chǎn)量[13]。然而，化肥大量投入必然增加流域水體富營(yíng)養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)，如何有效治理流域水體污染的同時(shí)保障煙葉優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)是流域煙葉生產(chǎn)中亟待解決的重要問(wèn)題。【前人研究進(jìn)展】有機(jī)肥替代化肥是近年來(lái)整個(gè)農(nóng)業(yè)關(guān)注的重要話題之一[11-12]。近年來(lái)研究表明，有機(jī)肥替代化肥能提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，改善煙葉品質(zhì)，因而有機(jī)肥替代化肥受到煙草行業(yè)的廣泛關(guān)注[13]。因此大量研究關(guān)注于適宜的有機(jī)肥替代化肥比例對(duì)土壤質(zhì)量及作物產(chǎn)量的影響[14-15]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】有機(jī)肥替代化肥比例不合理不僅影響作物的生長(zhǎng)及其產(chǎn)量[15-16]，而且也會(huì)造成農(nóng)田氮磷等養(yǎng)分大量流失，污染水域環(huán)境，加劇水體富營(yíng)養(yǎng)化，增加農(nóng)業(yè)面源污染的風(fēng)險(xiǎn)[17-18]。因此，探討適宜的有機(jī)肥替代比例對(duì)于湖泊流域環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益的平衡具有重要意義?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本試驗(yàn)擬在彌渡和澄江兩地開展有機(jī)肥替代化肥的方式在改善煙葉品質(zhì)的同時(shí)，以更好降低湖泊流域氮磷養(yǎng)分流失，通過(guò)實(shí)時(shí)收集煙株生長(zhǎng)期間的徑流和滲漏水樣，研究有機(jī)肥替代化肥比例對(duì)煙葉生產(chǎn)及其環(huán)境的影響，以在保障煙農(nóng)收入的同時(shí)，更好保護(hù)水質(zhì)環(huán)境。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)點(diǎn)1 位于彌渡縣新街鎮(zhèn)后所村（N25°22'30.16″，E100°25'34.25″，海拔1 879 m）。該區(qū)屬中亞熱帶季風(fēng)氣候，年均溫為17.3 ℃，年均降雨量824.4 mm。全年日照總時(shí)數(shù)2 250 h，日照率55%。試驗(yàn)點(diǎn)2位于澄江縣龍街鎮(zhèn)上海洋村（N24°40'36.99″，E102°54'24.50″，海拔1 697 m）。該區(qū)屬中亞熱帶高原季風(fēng)型氣候，年均溫17.5 ℃，年均降雨量900～1 200 mm。全年日照總時(shí)數(shù)2 172 h，日照率50%。兩地土壤類型為水稻土，種植烤煙前土壤基本理化性質(zhì)見表1。

表1 供試土壤基本化學(xué)性質(zhì)Tab.1 Characteristics of soil nutrient of flue-cured tobacco in the two field experiments

1.2 試驗(yàn)材料

供試品種為紅花大金元（彌渡）和K326（澄江）。

彌渡點(diǎn)供試肥料為：烤煙專用復(fù)合肥（N-P2O5-K2O=10-10-24），硫酸鉀（K2O≥50%），普鈣（P2O5含量≥16%），牛糞有機(jī)肥（N-P2O5-K2O=3-3-7.5）。澄江點(diǎn)供試肥料為：煙草專用復(fù)合肥（N-P2O5-K2O=12-6-24），硫酸鉀（K2O ≥50%）和硫酸鎂，油枯型有機(jī)肥（N-P2O5-K2O=2-1-2）。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)推薦化肥施用量處理（CK）、25%有機(jī)肥替代化肥處理（M25）、50%有機(jī)肥替代化肥處理（M50）、75%有機(jī)肥替代化肥處理（M75）和100%有機(jī)肥替代化肥處理（M100）5個(gè)處理。分別在彌渡和澄江兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行，每公頃施用純氮75 kg（表2）。

表2 不同有機(jī)肥替代化肥處理肥料施用量Tab.2 Characteristics of fertilizer of flue-cured tobacco under different organic manure replacing chemical fertilizer treatment in the two field experiment

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3 次重復(fù)。各處理氮磷鉀總量一致，基追比為3∶7；彌渡和澄江點(diǎn)小區(qū)面積為12 m×3.6 m，株行距為120 cm×60 cm，每小區(qū)60 株；彌渡點(diǎn)2019 年4 月28 日移栽和施用基肥，5 月17 日和6 月3 日進(jìn)行追肥；澄江點(diǎn)2019 年4 月30 日移栽和施用基肥，5 月18 日和6 月6 日進(jìn)行追肥。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.4.1 煙株農(nóng)藝性狀和經(jīng)濟(jì)性狀測(cè)定 農(nóng)藝性狀以小區(qū)為單位，于煙葉采烤前隨機(jī)抽取煙株進(jìn)行掛牌標(biāo)記，按國(guó)標(biāo)YC/T142—2010 測(cè)定并記錄株高、莖圍、最大葉長(zhǎng)、最大葉寬。經(jīng)濟(jì)性狀以小區(qū)為單位，每小區(qū)單獨(dú)采收、編桿、烘烤、分級(jí)、計(jì)產(chǎn)和存儲(chǔ)，初烤煙葉按照國(guó)標(biāo)GB2635—1992 分級(jí)，統(tǒng)計(jì)每個(gè)小區(qū)煙葉的產(chǎn)量和中上等煙比例，根據(jù)2019年大理州和玉溪市煙葉收購(gòu)價(jià)格計(jì)算煙葉的產(chǎn)值和均價(jià)。

1.4.2 水樣采集和測(cè)定 每小區(qū)對(duì)應(yīng)安裝一套徑流水、滲漏水收集裝置，于降雨后產(chǎn)生徑流水和滲漏水時(shí)對(duì)水樣進(jìn)行收集，采樣深度為40 cm，每次降雨后迅速測(cè)量并記錄各小區(qū)徑流水和滲漏水體積，同時(shí)采集水樣裝入500 mL的收集瓶，標(biāo)記編號(hào)，帶回實(shí)驗(yàn)室放入4 ℃的冰箱內(nèi)冷藏保存，測(cè)定總氮和總磷含量。總氮采用堿性過(guò)硫酸鉀消解法[17]，總磷采用鉬酸銨分光光度法[18]。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析方法

所有指標(biāo)采用IBM SPSS Statistics 23.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和方差分析。方差分析采用LSD法進(jìn)行單因素比較。顯著水平均為P＜0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同有機(jī)肥替代化肥比例對(duì)流失水總量的影響

圖1 可知，彌渡和澄江兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)結(jié)果表明，25%有機(jī)肥替代化肥處理（M25）、50%有機(jī)肥替代化肥處理（M50）、75%有機(jī)肥替代化肥處理（M75）和100%有機(jī)肥替代化肥處理（M100）的徑流水流失量和當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)推薦化肥（CK）施用量處理差異不顯著。滲漏水結(jié)果與徑流水保持一致。

圖1 不同有機(jī)肥替代化肥處理下徑流水和滲漏水流失總量差異分析Fig.1 Characteristics of water loss of runoff and infiltration of flue-cured tobacco under different organic manure replacing chemical fertilizer treatment

2.2 不同有機(jī)肥替代化肥比例對(duì)氮磷流失量的影響

圖2 可知，彌渡和澄江兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)結(jié)果表明，M25、M50、M75、M100處理的徑流水總氮流失量低于CK 處理。與CK 相比，M25、M50、M75和M100處理的徑流水總氮流失量分別降低了14.73%～15.79%、20.84%～22.38%、19.90%～56.90%和36.57%～83.76%。有機(jī)肥替代化肥處理中，M100處理的總氮流失量低于M25、M50和M75處理，但彌渡點(diǎn)差異不顯著?？偭琢魇Я颗c總氮流失量結(jié)果一致，即有機(jī)肥替代化肥處理降低了徑流水總磷流失量。有機(jī)肥替代化肥處理中，彌渡點(diǎn)M25、M50、M75和M100處理的徑流水總磷流失量差異不顯著，澄江點(diǎn)M50、M75和M100處理的徑流水總磷流失量顯著低于M25處理。綜合氮磷養(yǎng)分流失而言，有機(jī)肥替代化肥比例控制在50%～75%較好。

圖2 不同有機(jī)肥替代化肥處理下徑流水中氮磷養(yǎng)分流失量差異分析Fig.2 Effects of nitrogen and phosphorus loss of runoff amount in flue-cured tobacco under different organic manure replacing chemical fertilizer treatment

圖3可知，彌渡和澄江兩個(gè)點(diǎn)結(jié)果一致，即M25、M50、M75、M100處理的滲漏水中總氮流失量低于CK處理。與CK 相比，M25、M50、M75和M100處理的滲漏水總氮流失量分別降低了14.91%～36.70%、41.41%～48.81%、29.49%～37.50%和42.14%～67.11%。有機(jī)肥替代化肥處理中，澄江點(diǎn)M100和M75處理的總氮流失量低于M25和M50處理，但彌渡點(diǎn)差異不顯著?？偭琢魇Я颗c總氮流失量結(jié)果一致，即有機(jī)肥替代化肥處理降低了滲漏水總磷流失量。有機(jī)肥替代化肥處理中，兩個(gè)點(diǎn)M25、M50、M75和M100處理的總磷流失量差異不顯著。綜合氮磷養(yǎng)分流失而言，有機(jī)肥替代化肥比例控制在50%～75%較好。說(shuō)明有機(jī)肥替代化肥能有效降低土壤中氮磷流失量，可能原因是有機(jī)肥替代后增加了土壤孔隙度，促進(jìn)根系生長(zhǎng)，提高了肥料利用效率。

圖3 不同有機(jī)肥替代化肥處理下滲漏水中氮磷養(yǎng)分流失量差異分析Fig.3 Effects of nitrogen and phosphorus loss of infiltration amount in flue-cured tobacco under different organic manure replacing chemical fertilizer treatment

2.3 不同有機(jī)肥替代化肥比例對(duì)烤煙生長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)效益的影響

表3 可知，兩個(gè)點(diǎn)結(jié)果表明，旺長(zhǎng)期M100處理的株高低于CK、M25、M50、M75處理，但M25、M50、M75和CK處理之間差異不顯著。CK、M25、M50、M75和M100處理的莖圍、最大葉長(zhǎng)和最大葉寬差異不顯著。彌渡點(diǎn)中，M25處理的最大葉長(zhǎng)顯著高于M75處理，但與M50和M100處理差異不顯著。澄江點(diǎn)中，M50和M75處理的株高高于CK、M25和M100處理，但差異不顯著。CK、M25、M50、M75和M100處理的莖圍、最大葉長(zhǎng)和最大葉寬差異不顯著。整體而言，有機(jī)肥25%～75%替代化肥促進(jìn)煙株的生長(zhǎng)，可能的原因是有機(jī)肥替代化肥提升了土壤中速效養(yǎng)分的含量，促進(jìn)煙株對(duì)養(yǎng)分的吸收。

表3 旺長(zhǎng)期不同有機(jī)肥替代化肥處理對(duì)烤煙農(nóng)藝性狀的影響Tab.3 Characteristics of agronomic traits of flue-cured tobacco under different organic manure replacing chemical fertilizer treatments in the long-term stage

表4 可知，兩個(gè)點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果表明，M100處理的產(chǎn)量顯著低于CK、M25、M50、M75處理。彌渡點(diǎn)M25、M50、M75和CK 處理的產(chǎn)量差異不顯著，澄江點(diǎn)M25和M50處理的產(chǎn)量高于M75和CK 處理。產(chǎn)值結(jié)果與產(chǎn)量基本保持一致，即M100處理的產(chǎn)值顯著低于CK、M25、M50、M75處理。彌渡點(diǎn)M50處理的產(chǎn)量顯著高于CK、M25、和M75處理，澄江點(diǎn)M25和M50處理的產(chǎn)量高于M75和CK 處理。綜合產(chǎn)量產(chǎn)值而言，有機(jī)肥替代比例控制在25%～50%效果較好?？赡艿脑蚴怯袡C(jī)肥替代化肥后增強(qiáng)煙株碳氮代謝強(qiáng)度、調(diào)節(jié)碳氮代謝適時(shí)轉(zhuǎn)化。

表4 不同有機(jī)肥替代化肥處理對(duì)烤煙經(jīng)濟(jì)性狀的影響Tab.4 Characteristics of economic benefits of flue-cured tobacco under different organic manure replacing chemical fertilizer treatments in the two field experiments.

3 結(jié)論與討論

控制氮磷養(yǎng)分流失是防治湖泊流域水體富營(yíng)養(yǎng)化的關(guān)鍵，肥料的合理施用是降低氮磷養(yǎng)分流失的重要措施之一[10]。大量研究關(guān)注于有機(jī)肥替代化肥比例對(duì)煙葉產(chǎn)量和質(zhì)量的影響，認(rèn)為25%有機(jī)肥替代化肥有利于優(yōu)質(zhì)煙葉的生產(chǎn)[19-20]，但適宜的有機(jī)肥替代化肥比例對(duì)于湖泊流域氮磷養(yǎng)分流失的研究還較為缺乏。本研究表明，在施氮量一致條件下，50%有機(jī)肥替代化肥在有效減少地表和地下水中總氮、總磷流失量的同時(shí)能保障煙葉產(chǎn)量、產(chǎn)值，彌渡和澄江兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)皆有一致結(jié)論，這對(duì)于湖泊流域煙葉優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)及降低流域面源污染提供了一定的理論依據(jù)。

本研究重點(diǎn)關(guān)注有機(jī)肥替代化肥比例對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，結(jié)果表明，25%～100%有機(jī)肥替代化肥能有效地減少地表和地下水中的總氮和總磷流失量。原因是有機(jī)肥替代化肥后增加了土壤的陽(yáng)離子代換量，增加土壤保肥力及土壤有機(jī)質(zhì)含量，促進(jìn)根系對(duì)氮磷養(yǎng)分的吸收，進(jìn)而影響?zhàn)B分在土壤中的分布和在植株中的吸收和分配，提高了肥料利用效率[19-20]。氮磷吸收量增加意味著土壤中氮磷等養(yǎng)分含量損失降低，進(jìn)而減輕農(nóng)田面源污染發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)[21-22]。

有機(jī)肥替代化肥可以提高烤煙質(zhì)量，優(yōu)化烤煙等級(jí)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而增加烤煙的品質(zhì)和產(chǎn)值[23-24]本研究結(jié)果與已有研究結(jié)果相一致，即25%～50%有機(jī)肥替代化肥能增加煙葉的產(chǎn)量和產(chǎn)值。原因是有機(jī)肥替代化肥后有機(jī)肥中含有的氮磷養(yǎng)分的肥效釋放緩慢以保證后期提供肥效[25]；另一方面，有機(jī)肥替代化肥后改良土壤結(jié)構(gòu)，協(xié)調(diào)土壤碳、氮庫(kù)的平衡，增強(qiáng)土壤酶活性，從而提高土壤系統(tǒng)生產(chǎn)力[26]。聶慶凱等[27]結(jié)果表明，有機(jī)肥化肥配施能夠提高土壤酶活性和微生物多樣性，顯著提高烤后煙葉含鉀量，促進(jìn)煙葉化學(xué)成分更為協(xié)調(diào)，提高煙葉均價(jià)、上等煙比例和經(jīng)濟(jì)效益。

整體而言，25%～50%有機(jī)肥替代化肥在減少?gòu)搅骱蜐B漏水中氮磷養(yǎng)分流失的同時(shí)能保障煙葉產(chǎn)值量，其中以50%有機(jī)肥替代化肥效果最好，值得在高原湖泊流域煙葉生產(chǎn)中進(jìn)行應(yīng)用。