不同輪作模式下氮素調(diào)控對(duì)烤煙產(chǎn)質(zhì)量及氮肥利用的影響

陳 華，趙文軍，王正旭，尹 梅，薛開(kāi)政，何正海，陳檢鋒，王志遠(yuǎn)，王 偉，王應(yīng)學(xué)，楊艷鮮，付利波

（1. 云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)環(huán)境資源研究所，云南 昆明 650205；2. 紅塔煙草（集團(tuán)）有限責(zé)任公司原料部，云南 玉溪 653100；3. 富寧縣農(nóng)業(yè)機(jī)械化技術(shù)推廣站，云南 富寧 663400）

烤煙是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)作物，種植面積大，覆蓋區(qū)域廣，煙草產(chǎn)業(yè)對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展極其重要，對(duì)農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展和鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略實(shí)施意義重大。目前，隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)種植技術(shù)的發(fā)展，烤煙種植區(qū)可供種植的作物種類(lèi)逐漸豐富，和烤煙輪作的作物也逐漸多樣化，常見(jiàn)的有油菜、玉米和蠶豆等。多樣化的種植模式在為地方農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)帶來(lái)顯著效益的同時(shí)，也對(duì)烤煙生產(chǎn)技術(shù)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。相關(guān)研究表明，合理輪作有利于烤煙產(chǎn)量和質(zhì)量的形成，輪作可以調(diào)節(jié)作物對(duì)土壤養(yǎng)分的利用率和提高土壤肥力的有效性[1]，減輕作物土傳病害和連作障礙的發(fā)生[2]，有利于提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，減少化肥和農(nóng)藥的用量。但不同的輪作模式下，不同前作對(duì)土壤的影響差異較大[3]，前作的秸稈、施肥習(xí)慣均會(huì)影響煙田的肥力水平[4]，從而直接影響煙草的產(chǎn)質(zhì)量及養(yǎng)分利用[5]。土壤養(yǎng)分的差異，導(dǎo)致了氮肥需求的差異，施氮不足或者過(guò)量，均會(huì)造成煙草體內(nèi)碳、氮代謝失調(diào)和淀粉含量升高，嚴(yán)重影響煙葉香吃味并造成煙葉品質(zhì)下降[6?8]，因此，合理施用氮肥，不僅可以保證煙葉的產(chǎn)質(zhì)量，同時(shí)也是提高氮肥利用效率[9]和減少污染排放的前提[10]。目前，針對(duì)同一輪作模式下烤煙養(yǎng)分調(diào)控研究較多，對(duì)不同輪作模式下烤煙養(yǎng)分調(diào)控研究較少。鑒于此，探討不同輪作模式下施氮量對(duì)烤煙的產(chǎn)質(zhì)量及氮素利用效率的影響，確定氮肥適宜用量，為不同輪作模式下烤煙氮肥科學(xué)施用方案的制定提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2019—2020 年在云南省玉溪市澄江縣龍街鎮(zhèn)后香村進(jìn)行，試驗(yàn)田地處東經(jīng)102°52'55″、北緯24°38'58″，海拔1 698 m。供試土壤為水稻土，基本 理化性質(zhì)：pH 值7.02、有 機(jī)質(zhì)38.9 g/kg、全氮2.2 g/kg、全磷1.85 g/kg、全鉀14.1 g/kg、水解性氮155.5 mg/kg、有效磷50.8 mg/kg、速效鉀333 mg/kg。

供試烤煙品種為當(dāng)?shù)刂髟云贩NK326，種植規(guī)格為行距120 cm、株距60 cm。

供試肥料：氮肥為硝酸銨鈣（含N 46%）、磷肥為過(guò)磷酸鈣（含P2O516%）、鉀肥為硫酸鉀（含K2O 50%）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2019 年10 月11 日，將同一試驗(yàn)地分為3 個(gè)大區(qū)，每個(gè)大區(qū)700 m2，分別種植油菜、玉米和蠶豆，3種作物的生產(chǎn)管理均按照當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)部門(mén)推薦技術(shù)規(guī)程進(jìn)行。其中，油菜N、P2O5、K2O 施用量分別為240、105、105 kg/hm2；玉米N、P2O5、K2O 施用量分別為300、150、150 kg/hm2；蠶豆N、P2O5、K2O 施用量分別為60、90、0 kg/hm2。

2020 年4 月15 日于油菜、玉米和蠶豆收獲完成后進(jìn)行烤煙不同施氮量試驗(yàn)，3 種輪作模式均設(shè)置4個(gè)處理：T1（不施氮，CK）、T2（施氮量45 kg/hm2）、T3（施氮量90 kg/hm2）、T4（施氮量135 kg/hm2）。小區(qū)面積為40 m2，隨機(jī)區(qū)組排列。除施氮量不同外，P2O5、K2O用量均相同，分別為52.5、405 kg/hm2，其他生產(chǎn)技術(shù)均按照當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)部門(mén)推薦技術(shù)規(guī)程進(jìn)行。

1.3 樣品采集與測(cè)定

烤煙收獲前，在每個(gè)小區(qū)連續(xù)取樣11 株，分為根、莖、葉三部分，殺青烘干后測(cè)定質(zhì)量并粉碎，用凱氏定氮儀測(cè)定全N 含量，分別計(jì)算烤煙生物學(xué)產(chǎn)量和氮養(yǎng)分吸收量[11]。

烤煙成熟后，分小區(qū)掛牌編竿烘烤，烘烤結(jié)束后對(duì)各小區(qū)產(chǎn)量進(jìn)行實(shí)測(cè)，并按煙葉部位和等級(jí)分別取上部葉和中部葉各2 kg 進(jìn)行煙葉質(zhì)量評(píng)價(jià)，按參考文獻(xiàn)[12?15]中的方法測(cè)定總糖、還原糖、總氮、煙堿和鉀等化學(xué)成分。煙葉外觀質(zhì)量和感官質(zhì)量按照參考文獻(xiàn)[16?17]中規(guī)定的方法進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

相關(guān)指標(biāo)計(jì)算方法：氮肥利用率=（施氮區(qū)氮養(yǎng)分吸收量-對(duì)照區(qū)氮養(yǎng)分吸收量）÷施氮量×100%；氮素農(nóng)學(xué)效率=（施氮區(qū)產(chǎn)量-對(duì)照區(qū)產(chǎn)量）÷施氮量；氮素經(jīng)濟(jì)學(xué)利用效率=施氮區(qū)產(chǎn)量÷施氮區(qū)氮養(yǎng)分吸收量；氮素生物學(xué)利用效率=施氮區(qū)生物學(xué)產(chǎn)量÷施氮區(qū)氮養(yǎng)分吸收量。

采用SPSS 25.0和Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同輪作模式下施氮量對(duì)烤煙主要農(nóng)藝性狀的影響

表1為不同輪作模式下施氮量對(duì)烤煙農(nóng)藝性狀的影響，在油菜-烤煙輪作模式下，T4 處理（施氮量135 kg/hm2）農(nóng)藝性狀表現(xiàn)最好，株高、葉面積系數(shù)和節(jié)距均與T1（CK）處理有顯著差異；T2處理（施氮量45 kg/hm2）和T3 處理（施氮量90 kg/hm2）與T1 處理相比，株高和節(jié)距有顯著差異。玉米-烤煙輪作模式下，T4處理（施氮量135 kg/hm2）株高、有效葉和節(jié)距與T1 處理差異顯著；T2 處理（施氮量45 kg/hm2）和T3 處理（施氮量90 kg/hm2）與T1 處理相比，葉面積系數(shù)和節(jié)距具有顯著差異。蠶豆-烤煙輪作模式下，T4 處理（施氮量135 kg/hm2）農(nóng)藝性狀表現(xiàn)最好，株高、葉面積系數(shù)和節(jié)距均與T1 處理差異顯著；T2 處理（施氮量45 kg/hm2）和T3 處理（施氮量90 kg/hm2）與T4 處理（施氮量135 kg/hm2）相比整體上略差。綜上，3種輪作模式下，施氮量高的處理烤煙農(nóng)藝性狀表現(xiàn)較好。

表1 不同輪作模式下不同施氮量烤煙農(nóng)藝性狀Tab.1 Agronomic traits of flue-cured tobacco with different nitrogen application under different rotation patterns

2.2 不同輪作模式下施氮量對(duì)烤煙經(jīng)濟(jì)效益的影響

不同輪作模式下施氮處理的產(chǎn)量、產(chǎn)值、等級(jí)比例和均價(jià)見(jiàn)表2。油菜-烤煙輪作模式下，T3處理（施氮量90 kg/hm2）產(chǎn)量和產(chǎn)值最高，分別為2 775.1 kg/hm2、76 284.8 元/hm2，高于T2 處理（施氮量45 kg/hm2）和T4 處理（施氮量135 kg/hm2）；均價(jià)上等煙比例、中上等煙比例則以T2 處理（施氮量45 kg/hm2）為最高。玉米-烤煙輪作模式下，T3 處理（施氮量90 kg/hm2）產(chǎn)量和產(chǎn)值最高，分別為2 964.5 kg/hm2、82 262.4 元/hm2；均價(jià)和上等煙比例也以該處理為最高。蠶豆-烤煙輪作模式下，T2 處理（施氮量45 kg/hm2）產(chǎn)量和產(chǎn)值最高，分別為2 871.2 kg/hm2、76 826.9元/hm2，均價(jià)上等煙比例、中上等煙比例也以該處理為最高。

表2 不同輪作模式下不同施氮量烤煙的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益Tab.2 Yield and economic benefit of flue-cured tobacco with different nitrogen application under different rotation patterns

2.3 不同輪作模式下施氮量對(duì)烤煙化學(xué)成分的影響

由表3 可知，油菜-烤煙輪作模式下，施氮處理中T2 處理（施氮量45 kg/hm2）總糖和還原糖含量較高，與其他施氮處理差異顯著；煙堿和總氮以T4 處理（施氮量135 kg/hm2）較高。玉米-烤煙輪作模式下，還原糖以T4 處理（施氮量135 kg/hm2）為最高；T3 處理（施氮量90 kg/ hm2）和T4處理（施氮量135 kg/hm2）的煙堿和總氮含量較高。蠶豆-烤煙輪作模式下，總糖以T2 處理（施氮 量45 kg/hm2）為 最 高；T4 處 理（施 氮 量135 kg/hm2）煙堿含量最高，并與其他處理差異顯著；總氮以T3 處理（施氮量90 kg/hm2）和T4 處理（施氮量135 kg/hm2）較高，與T1 處理和T2 處理（施氮量45 kg/hm2）處理差異顯著。綜上，3 種輪作模式下，施氮量對(duì)總糖、還原糖、鉀含量影響不大，但增施氮肥處理煙堿和總氮含量較適宜，利于提高烤煙感官質(zhì)量的勁頭和刺激性。油菜-烤煙和玉米-烤煙輪作模式下，施氮量90 kg/hm2處理煙葉品質(zhì)較好，蠶豆-烤煙模式下施氮量45 kg/hm2處理煙葉品質(zhì)較好。

表3 不同輪作模式下不同施氮量烤煙化學(xué)成分Tab.3 Chemical constituents of flue-cured tobacco with different nitrogen application under different rotation patterns

2.4 不同輪作模式下施氮量對(duì)烤煙外觀質(zhì)量的影響

由圖1—2可見(jiàn)，油菜-烤煙和玉米-烤煙輪作模式下，均表現(xiàn)為T(mén)2 處理（施氮量45 kg/hm2）和T3 處理（施氮量90 kg/hm2）的中部葉和上部葉得分較高，整體上與其他2 個(gè)處理差異顯著。蠶豆-烤煙輪作模式下，T2 處理（施氮量45 kg/hm2）中部葉得分最高，與其他處理差異顯著；上部葉為T(mén)2處理（施氮量45 kg/hm2）和T3 處理（施氮量90 kg/hm2）得分較高，與其他2 個(gè)處理差異顯著。3 種輪作模式下，施氮量對(duì)煙葉外觀質(zhì)量的影響較大，施氮量不足和過(guò)高都顯著影響煙葉外觀質(zhì)量得分。

2.5 不同輪作模式下施氮量對(duì)烤煙感官質(zhì)量的影響

中部葉和上部葉感官質(zhì)量評(píng)價(jià)（圖3—4）表明，油菜-烤煙輪作模式下，T3 處理（施氮量90 kg/hm2）中部葉和上部葉得分最高。玉米-烤煙輪作模式下，中部葉得分以T3 處理（施氮量90 kg/hm2）為最高；上部葉得分較高的為T(mén)2 處理（施氮量45 kg/hm2）和T3 處理（施氮量90 kg/hm2）。蠶豆-烤煙輪作模式下，中部葉和上部葉得分均以T2 處理（施氮量45 kg/hm2）為最高。綜上，3 種輪作模式下，施氮量均對(duì)煙葉感官評(píng)吸質(zhì)量有較大影響。

2.6 不同輪作模式下施氮量對(duì)烤煙氮素養(yǎng)分利用的影響

由表4可知，油菜-烤煙輪作模式下，T4處理（施氮量135 kg/hm2）生物學(xué)產(chǎn)量和氮養(yǎng)分吸收量最高，且與其他處理整體上有顯著差異；氮素農(nóng)學(xué)效率、氮素經(jīng)濟(jì)學(xué)利用效率和氮素生物學(xué)利用效率均以T2處理（施氮量45 kg/hm2）為最高，分別為12.9、28.1、53.4 kg/kg；T4處理（施氮量135 kg/hm2）氮肥利用率最高，為40.4%。在玉米-烤煙輪作模式下，T4處理（施氮量135 kg/hm2）生物學(xué)產(chǎn)量、氮養(yǎng)分吸收量、氮肥利用率最高，其中，氮肥利用率為42.2%；氮素農(nóng)學(xué)效率、氮素經(jīng)濟(jì)學(xué)利用效率和氮素生物學(xué)利用效率均以T2處理（施氮量45 kg/hm2）為最高，分別為11.4、28.9、52.7 kg/kg。蠶豆-烤煙輪作模式下，T4 處理（施氮量135 kg/hm2）生物學(xué)產(chǎn)量、氮養(yǎng)分吸收量最高；氮素農(nóng)學(xué)效率、氮素經(jīng)濟(jì)學(xué)利用效率、氮素生物學(xué)利用效率和氮肥利用率均以T2處理（施氮量45 kg/hm2）為最高，分別為17.0 kg/kg、31.0 kg/kg、54.3 kg/kg、40.9%。綜上，3種模式下，增加施氮量，生物學(xué)產(chǎn)量和氮養(yǎng)分吸收量相應(yīng)增加，氮素農(nóng)學(xué)效率、氮素經(jīng)濟(jì)學(xué)利用效率和氮素生物學(xué)利用效率則與施氮量呈負(fù)相關(guān)，但不同輪作模式下氮肥利用率表現(xiàn)出一定差異。

表4 不同輪作模式下不同施氮量對(duì)氮素利用的影響Tab.4 Effects of different nitrogen amounts on N utilization of flue-cured tobacco under different cropping rotation patterns

3 結(jié)論與討論

氮素是作物產(chǎn)量提高的限制性因素[18]。由于質(zhì)量方面的要求，烤煙對(duì)氮的需求閾值較窄，氮供應(yīng)不足，會(huì)減少煙葉干物質(zhì)積累和降低煙葉煙堿含量，氮過(guò)量則會(huì)引起烤煙貪青晚熟，且烘烤過(guò)程中不利于香氣物質(zhì)的形成，亦即氮肥過(guò)多過(guò)少均會(huì)明顯降低煙葉品質(zhì)[19?21]。本研究中，增施氮肥能明顯促進(jìn)烤煙生長(zhǎng)，3 種模式下，施氮水平最高的T4 處理（施氮量135 kg/hm2）農(nóng)藝性狀均表現(xiàn)較好，生物學(xué)產(chǎn)量也最高，說(shuō)明氮肥仍是保證烤煙產(chǎn)量的基礎(chǔ)，但烤煙的生物學(xué)產(chǎn)量并不是決定其經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值的唯一要素，煙葉的外觀及品質(zhì)也很重要[22?23]，油菜-烤煙和玉米-烤煙輪作模式下，施氮量為90 kg/hm2（T3 處理）時(shí)產(chǎn)值最高，繼續(xù)增施氮肥則開(kāi)始下降，但在前作為蠶豆的模式下，施氮量為45 kg/hm2（T2處理）時(shí)，其產(chǎn)量、產(chǎn)值、均價(jià)、中上等煙比例和上等煙比例表現(xiàn)最好，說(shuō)明不同的輪作模式下，烤煙對(duì)氮肥的需求量也有所不同。

有研究表明，施氮量與煙葉的化學(xué)成分有極其重要的關(guān)系[24]，對(duì)煙葉外觀和感官質(zhì)量有一定的調(diào)控作用[25?27]，本研究結(jié)果表明，不同施氮處理對(duì)煙堿和總氮影響較大，3 種輪作模式下整體上均表現(xiàn)為隨施氮量的增加而增加。施氮量對(duì)煙葉外觀和感官質(zhì)量的影響也較大，施氮量過(guò)低或過(guò)高均會(huì)影響煙葉外觀質(zhì)量和感官評(píng)吸質(zhì)量。綜合考慮，油菜-烤煙和玉米-烤煙2 種輪作模式下T3 處理（施氮量90 kg/hm2）煙葉整體質(zhì)量較好，蠶豆-烤煙輪作模式下T2處理（施氮量45 kg/hm2）煙葉整體質(zhì)量較好。

有研究表明，不同輪作模式下土壤養(yǎng)分、酶活性和微生物數(shù)量有差異[28]，從而對(duì)下季作物生產(chǎn)環(huán)境造成不同影響，進(jìn)而影響土壤氮素供應(yīng)及作物對(duì)氮肥的利用。由于蠶豆為豆科作物，本身就具有固氮特性，通過(guò)輪作或間作能增加土壤氮素含量和促進(jìn)下季作物對(duì)土壤氮素的吸收利用[29?30]，因此，玉米和油菜對(duì)氮素的消耗要高于蠶豆。3 種輪作模式下，氮肥用量越少，其氮素農(nóng)學(xué)效率、氮素經(jīng)濟(jì)學(xué)利用效率和氮素生物學(xué)利用效率越高。同等施氮量條件下，3 種輪作模式中烤煙對(duì)氮肥的吸收和利用具有一定差異。其中，油菜-烤煙和玉米-烤煙輪作模式下，氮肥利用率整體上表現(xiàn)為隨施氮量的增加而增加，推測(cè)是增施氮肥明顯增加了烤煙生物學(xué)產(chǎn)量所致；但蠶豆-烤煙輪作模式下，氮肥利用率則表現(xiàn)相反，以T2 處理（施氮量45 kg/hm2）為最高，推測(cè)是由于蠶豆的固氮效應(yīng)，提高了土壤氮素供應(yīng)能力，而減少了對(duì)化學(xué)氮肥的依賴(lài)，從而降低了對(duì)外源投入氮肥的利用率。

本研究結(jié)果表明，在3種輪作模式下，增施氮肥有利于促進(jìn)煙株田間長(zhǎng)勢(shì)，農(nóng)藝性狀整體表現(xiàn)較好。氮肥用量對(duì)烤煙的產(chǎn)量、產(chǎn)值和煙葉質(zhì)量影響較大，油菜-烤煙和玉米-烤煙輪作模式下，氮肥用量為90 kg/hm2時(shí)，烤煙的經(jīng)濟(jì)效益、化學(xué)成分和煙葉品質(zhì)均表現(xiàn)較好；蠶豆-烤煙模式下，在氮肥用量為45 kg/hm2時(shí)，烤煙的經(jīng)濟(jì)效益、化學(xué)成分和煙葉品質(zhì)表現(xiàn)較好。氮肥用量為45 kg/hm2時(shí)，3 種輪作模式下氮素農(nóng)學(xué)效率、氮素經(jīng)濟(jì)學(xué)利用效率和氮素生物學(xué)利用效率均最高；油菜-烤煙和玉米-烤煙輪作模式下，施氮量135 kg/hm2時(shí)氮肥利用率最高，蠶豆-烤煙輪作模式下，則為施氮量45 kg/hm2時(shí)最高。綜上，油菜-烤煙和玉米-烤煙輪作模式下，氮肥用量以90 kg/hm2為宜；蠶豆-烤煙輪作模式下，氮肥用量以45 kg/hm2為宜。