趙 軍, 竇玉青, 宋付朋*, 陳 剛, 李 妮, 李九五
(1 土肥資源高效利用國家工程實驗室,國家緩控釋肥工程技術研究中心,山東農業大學資源與環境學院,山東泰安 271018; 2 中國農業科學院煙草研究所,山東青島 266101)
氮素是影響煙草生長和發育的重要元素[1-3],施用氮肥是保障煙草生長和高產的重要措施,缺氮或氮素過量都會影響煙草的產量和品質[4-6]。煙草生產中施用的專用肥料有多種,分為煙草無機專用肥和煙草有機專用肥,施用效果各不相同[7]。煙草無機專用肥能有效提高作物的產量,但長期大量施用會引起土壤酸化、 板結、 供肥能力下降、 土壤環境惡化等問題[8-10]。煙草有機專用肥能改善土壤的理化性狀,提高土壤養分含量及作物的產量和品質,保護農業生態環境,但其肥效緩慢[11-16]。
相關研究多集中在施用同一種專用肥對植煙土壤及其產量與品質的影響等方面[17-20],而關于有機和無機煙草專用肥配合且一次施用對煙草產量及氮素利用率方面的報道較少。本試驗采用盆栽和田間試驗方法,研究無機與生物有機兩種煙草專用肥配合比例及其用量對土壤硝態氮、 銨態氮、 全氮、 煙草地上部分干物質累積量、 產量以及氮素利用率的影響,以期減少施肥次數、 降低勞動成本、 提高肥料利用率,達到增產增效,為煙草栽培及其可持續生產中肥料施用提供科學的理論和實踐依據。
供試煙草品種為中煙100,由中國農業科學院煙草研究所提供。
供試土壤類型為褐土(普通簡育干潤淋溶土),其部分化學性狀: pH值8.16,電導率179.60 μs/cm,有機質13.40 g/kg,全氮1.28 g/kg,有效磷146.70 mg/kg,速效鉀60.80 mg/kg。
供試肥料: 煙草無機專用肥是指由尿素(N 46.4%)、 硫酸鉀(K2O 51%)和磷酸一銨(N ∶P2O5∶K2O=11% ∶44% ∶0%)按照煙草的需肥規律摻混而成,N ∶P2O5∶K2O=9% ∶9% ∶27%,養分總含量為45%。煙草生物有機專用肥是由中國農業科學院煙草研究所提供的中煙多效生物有機肥,N ∶P2O5∶K2O=1.2% ∶1.2% ∶0.4%,養分總含量為2.8%,有效活菌數0.71億個/g,有機質含量30%。
試驗共設6個處理: 1)CK對照,不施肥; 2)T1處理,煙草無機專用肥氮60 kg/hm2; 3)T2處理,70%煙草無機專用肥氮42 kg/hm2+30%有機專用肥氮18 kg/hm2,總氮量60 kg/hm2; 4)T3處理,多效生物有機專用肥氮60 kg/hm2; 5)T4處理,煙草無機專用肥氮60 kg/hm2+5%有機專用肥氮3.45 kg/hm2,總氮量63.45 kg/hm2; 6)T5處理,煙草無機專用肥氮63.45 kg/hm2。其中,T1、 T2、 T3處理P2O5和K2O 的施用量均分別為60 kg/hm2、 180 kg/hm2; T4和T5處理P2O5和K2O 的施用量均分別為63.45 kg/hm2、 186.56 kg/hm2。上述處理,所有肥料均為一次性基施。
盆栽試驗,試驗用盆規格為高45 cm,上口直徑40 cm、 底部直徑30 cm,將試驗用風干土過篩稱重,與肥料混勻后裝盆,每盆裝土30 kg。盆栽試驗每盆一株,每個處理重復15次,共90盆,隨機排列。
田間試驗,試驗小區12 m2,煙草株行距為0.5 m ×1.0 m,每小區植煙20株,每個處理重復3次,共18小區,隨機排列。
盆栽和田間試驗均于2012年5月6日取長勢相近的煙苗進行移栽,8月30日收獲。試驗于團棵期、 旺長期、 圓頂期、 成熟期四個生育期采集土壤和植株樣品進行分析。試驗管理同常規煙草田間管理措施。
煙草地上部植株的干重和產量采用田間調查-烘干稱重法; 植株全氮采用H2SO4-混合加速劑-蒸餾法; 土壤全氮采用開氏法; 土壤硝態氮和銨態氮采用0.01 mol/L CaCl2浸提-AA3型流動注射分析儀測定[21]。
氮素利用率用差值法計算,氮素利用率=(施氮區吸氮量─對照處理吸氮量)/施氮量×100%; 氮素依存率=無氮區吸氮量/施氮區吸氮量×100%; 土壤偏生產力(kg/kg)=施氮區產量/施氮量[22-23]。
田間調查和室內測定數據均采用SAS軟件進行統計分析。
各試驗處理煙草根區土壤硝態氮含量隨著煙草的生長發育逐漸降低(圖1)。在60 kg/hm2施氮水平下,煙草整個生育期中T1、 T2和T3處理土壤硝態氮含量之間均差異顯著。在煙草團棵期土壤硝態氮含量的大小順序為T1>T2>T3; 旺長期、 圓頂期、 成熟期均為T2>T1>T3,土壤硝態氮含量三個生育期T2處理比T1分別高出20.75%、 42.90%、 13.88%,T2比T3高58.14%、 118.14%、 25.85%,T1又比T3處理高30.97%、 52.64%、 10.51%。單施無機專用肥僅在煙草生長初期對土壤硝態氮含量的提高作用顯著; 無機專用肥和生物有機專用肥配施能提高煙草整個生育期土壤硝態氮含量,單施生物有機專用肥則顯著低于單施無機專用肥和二者配施。

圖1 煙草不同生育期土壤硝態氮含量Fig.1 Content of soil nitrate nitrogen at different tobacco growth stages
在不減少無機專用肥氮用量, 增加相當于5%的生物有機專用肥氮后(總氮量63.45 kg/hm2,即T4處理), 從煙草團棵期到成熟期T4和T5處理之間土壤硝態氮含量差異均不顯著; 與T5處理相比,T4處理四個生育期土壤硝態氮含量分別高出-3.98%、 7.16%、 16.72%、 2.89%。從旺長期到成熟期,T2處理土壤硝態氮含量比T4處理分別高出10.52%、 19.28%、 3.75%。說明配施30%生物有機專用肥氮可以調節氮素養分在土壤中的釋放速率,使其在更長的生育期里保持一個較高的供氮水平, 配施比例過低,則無效果。
各處理煙草根區土壤銨態氮含量隨煙草的生長發育呈現先逐漸降低后緩慢升高的變化趨勢(圖2)。

圖2 煙草不同生育期土壤銨態氮含量Fig.2 Content of soil ammonium nitrogen at different tobacco growth stages
在60 kg/hm2施氮水平下,煙草團棵期土壤銨態氮含量大小為 T1>T2>T3,T1處理土壤銨態氮含量分別比T2和T3處理增加了18.65%、 38.05%,且差異顯著; T2處理土壤銨態氮含量高出T3處理16.35%。旺長期和圓頂期,T1與T2、 T3處理土壤銨態氮含量之間差異均不顯著, T1處理土壤銨態氮含量比T3處理增加了11%、 5%; T2分別比T1高出0.91%、 1.91%,差異不顯著,比T3高出12.54%、 7.23%,差異顯著。成熟期各處理土壤銨態氮含量大小為 T1>T3>T2。單施無機專用肥在煙草團棵期對土壤銨態氮含量的提高作用顯著,在成熟期效果不明顯; 無機專用肥和生物有機專用肥配施能有效提高煙草整個生育期土壤銨態氮的含量,單施生物有機肥在整個生育期效果均不明顯。
在63.45 kg/hm2施氮水平下,T4處理煙草四個生育期土壤銨態氮含量比T5分別高出-3.13%、 0.91%、 0.76%、 2.24%, 差異均不顯著。T2處理土壤銨態氮含量在煙草四個生育期分別比T4處理高出-14.75%、 0、 0.75%、 -1.82%。兩種專用肥配施,生物有機專用肥氮配施量少于5%時,土壤銨態氮含量與單施無機專用肥差異不顯著, 達到30%時則差異顯著。
不同處理對煙草不同生育期根區土壤全氮含量的影響程度不同(圖3)。

圖3 煙草不同生育期土壤全氮含量Fig.3 Content of soil total nitrogen at different tobacco growth stages
煙草整個生育期土壤全氮的含量大小均表現為T2>T1>T3,且T1、 T2、 T3處理土壤全氮含量之間,除旺長期外,其他生育期差異均不顯著。其中,煙草團棵期T1處理土壤全氮含量分別比T2、 T3處理增加了-4.79%、 3.73%,T2處理土壤全氮含量比T3處理高出8.96%; 從旺長期到成熟期,T2處理三個生育期土壤全氮含量比T1增加了3.92%、 3.15%、 4.76%,比T3增加了10.42%、 4.80%、 5.60%; T1則比T3處理高出6.25%、 1.60%、 0.80%。單施煙草無機專用肥或生物有機專用肥在煙草整個生育期對土壤全氮含量的提高作用均不如氮煙草無機專用肥和生物有機專用肥配施顯著。
施氮量為63.45 kg/hm2時,煙草團棵期T4和T5處理土壤全氮含量之間差異顯著,與T5處理相比,T4處理土壤全氮含量增加了7.25%。從旺長期到成熟期T4處理土壤全氮含量比T5處理高出2.61%、 1.56%、 1.57%,處理之間差異不顯著。T2處理土壤全氮含量比T4處理從旺長期到成熟期分別增加了1.27%、 0.77%、 2.33%。兩種煙草專用肥配施,生物有機專用肥氮配施量少于5%時煙草生長中后期土壤全氮含量不如配施量達30%時效果明顯。
隨著煙草的生長,各試驗處理的煙草地上部分干物質累積量逐漸升高(圖4)。

圖4 煙草不同生育期地上部分干物質累積量Fig.4 Above ground dry matter accumulation of tobacco at different growth stages
施氮量為60 kg/hm2時,煙草團棵期T1和T2、 T3處理的煙草地上部分干物質累積量差異顯著,T1比T2、 T3高13.28%、 27.68%,T2比T3高12.71%。從旺長期到成熟期,煙草地上部分干物質累積量大小為T2>T1>T3,煙草三個生育期地上部分干物質累積量T2比T1高出6.03%、 10.36%、 7.67%,比T3高51.88%、 47.92%、 25.59%; T1又比T3高4.25%、 34.03%、 16.04%,差異達顯著水平。與單施生物有機專用肥和單施無機專用肥相比,化肥氮煙草無機專用肥和生物有機肥氮煙草專用肥配施能明顯增加煙草生育中后期地上部分干物質累積量。
增加額外的5%有機肥專用氮(總施氮量為63.45 kg/hm2)時,T4 比T5處理煙草地上部分干物質累積量在圓頂期顯著高出11.41%,其他生育期差異均不顯著。在成熟期T2處理煙草地上部分干物質累積量比T4處理增加了0.76%。兩種煙草專用肥配施,生物有機專用肥氮配施量少于5%時,煙草地上部分干物質累積量與其他處理差異不顯著; 而配施量達30%時,則差異顯著。
各試驗處理對煙草產量的影響程度不同(圖5)。施氮量為60 kg/hm2的各處理中,煙草產量最高處理是T2,為132.16 g/株。T1次之,為121.66 g/株,T3最低,為114.64 g/株。與T1、 T3相比,T2煙草產量分別增產8.63%、 15.28%,差異顯著。T1煙草產量比T3增加了6.12%。無機專用肥和生物有機肥配施比二者單施更能顯著提高煙草產量。
施氮量為63.45 kg/hm2的各處理煙草產量大小為T4>T5,處理之間差異不顯著。T4、 T5處理的煙草產量分別為 132.61 g/株、 129.46 g/株。與T5處理相比,T4處理的煙草產量高出2.43%。T2處理產量比T4處理高出-0.34%。兩種專用肥配施時,隨生物有機專用肥氮配施量的增加,其煙草產量增加,在低于5%時效果不明顯,達到30%時效果明顯。

圖5 不同處理對煙草產量的影響Fig.5 Effects of different treatments on yield of tobacco
表5表明,施氮量為60 kg/hm2條件下,煙草總吸氮量大小為 T2>T1>T3,處理之間差異顯著。T2處理煙草總吸氮量比T1、 T3處理增加了9.85%、 39.59%,T1處理總吸氮量比T3處理高出27.07%。各處理土壤氮素依存率大小為 T3>T1>T2。與T1、 T3相比,T2土壤氮依存率降低了5.72%、 22.98%,T1比T3降低了17.26%。煙草土壤偏生產力和氮素利用率最高均為T2處理,與T1、 T3處理相比,T2土壤偏生產力和氮素利用率分別高出8.61%、 27.24%、 15.28%、 208.38%,T1比T3處理提高了6.14%、 142.37%。無機專用肥與生物有機專用肥配施更能有效提高土壤偏生產力和煙草氮素利用率,降低了土壤氮依存率。
施氮量為63.45 kg/hm2時,與T5相比,T4的總吸氮量、 土壤偏生產力、 氮素利用率分別增加了6.52%、 2.42%、 17.48%,土壤氮素依存率比T5降低了6.13%,但兩處理在總吸氮量、 土壤偏生產力及氮素利用率差異未達顯著水平。

表1 不同處理對煙草氮素利用率的影響
無機專用肥與生物有機專用肥配施處理中,T2處理總吸氮量、 土壤偏生產力和氮素利用率比T4處理分別高出1.31%、 5.39%、 3.21%,差異不顯著。土壤氮素依存率大小為 T4>T2,與T2相比,T4的土壤氮素依存率增大了0.76%,差異不顯著。兩種煙草專用肥配施處理中,生物有機專用肥氮配施量為30%的處理提高煙草氮素利用率和土壤偏生產力的效果優于生物有機專用肥配施量為5%的處理,但差異不顯著。
試驗結果表明,煙草整個生育期各處理根區土壤銨態氮、 硝態氮含量均隨煙草的生長逐漸降低,而土壤全氮含量呈先略有上升而后降低的趨勢。這可能是由于煙草生長初期吸收氮素相對較少,且根區土壤有充足的碳源促進微生物固氮,因而土壤全氮含量略有提高; 至旺長期后煙草植株吸氮量遠高于微生物固持量,從而導致土壤全氮含量逐漸降低。煙草團棵期土壤銨態氮、 硝態氮含量最高的處理是單施無機專用肥,而從旺長期到成熟期70%無機專用肥氮+30%生物有機專用肥氮處理土壤銨態氮、 硝態氮含量最高,可能是因為化肥極易淋溶、 揮發,而生物有機肥養分釋放速度慢,在相同施氮量條件下,單施無機專用肥煙草生長初期供氮速度較快,供應強度大,能保障氮素在煙草生育初期的充足供應,而70%無機專用肥氮與30%生物有機專用肥氮配施的氮素供應強度互補且效應持久,有利于煙草中后期的生長發育。
在煙草生長過程中,煙草生物量和產量的變化與土壤氮素供應密切相關。本試驗結果表明,70%無機專用肥氮+30%生物有機專用肥氮在提高煙草整個生育期煙草地上部分干物質累積量、 土壤偏生產力、 煙草產量及氮素利用率方面的效果均顯著好于單施無機專用肥氮和單施生物有機專用肥氮,因為適量的生物有機專用肥不僅能夠改善土壤結構,還具有較強的保肥能力,能夠保持無機專用肥氮釋放的部分氮素,降低氮素損失,因而在煙草整個生育時期土壤持續供氮能力較強,促進了煙草的生長發育和對氮的吸收利用。生物有機專用肥氮配施量為5%時,在土壤氮素含量、 煙草產量及氮素利用率等方面與單施無機專用肥氮無差異,且施肥效果低于生物有機專用肥氮配施量30%的處理,說明有機肥氮加入量過低,起不到對土壤保肥、 供肥性的調節作用。因此,70%無機專用肥氮與30%生物有機專用肥氮配施,且總施氮量為60 kg/hm2時,既能在煙草整個生育期保持較高的土壤氮素有效性和土壤持續供氮能力,又能提高煙草的生產效益(生物量、 產量)和氮素利用率,是煙草施肥最佳推薦比例。
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