不同氮形態(tài)和施用空間分布對烤煙效應(yīng)及土壤氮素的影響

程培軍，翟文匯，張 翔，李 亮，司賢宗，索炎炎，邱嶺軍，楊立均，李 琦

(1.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 植物營養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，河南 鄭州 450002；2.駐馬店市煙草公司，河南 駐馬店 463000；3.河南省煙草公司，河南 鄭州 450018)

氮是烤煙必需營養(yǎng)元素之一，而氮素是細(xì)胞內(nèi)各種氨基酸、蛋白質(zhì)和煙堿等化合物重要組成部分[1]。在烤煙生產(chǎn)中，土壤中硝態(tài)氮和銨態(tài)氮是烤煙能夠吸收的主要有效氮源，烤煙對這2種氮形態(tài)的吸收及利用主要受種植地區(qū)土壤肥力和降雨等多種環(huán)境因素的影響[2-3]。因此，適宜的氮形態(tài)配比是提高煙葉品質(zhì)的關(guān)鍵因素之一[4-5]。張新要等[6]發(fā)現(xiàn)不同氮形態(tài)配比可以提高烤煙的產(chǎn)量、產(chǎn)值和上等煙比例。張延春等[7]認(rèn)為不同氮形態(tài)配比對烤煙的農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量、產(chǎn)值、均價等沒有明顯影響，說明不同烤煙產(chǎn)區(qū)硝態(tài)氮銨態(tài)氮比例施用效果差別很大。前人關(guān)于氮形態(tài)和施氮量對烤煙產(chǎn)量、均價和煙堿的影響也有一定的研究[8-9]，但氮形態(tài)和施肥空間分布對烤煙效應(yīng)影響的報道甚少。豫南煙區(qū)是河南省濃香型重要的烤煙產(chǎn)區(qū)，目前，該煙區(qū)生產(chǎn)中依舊存在因氮形態(tài)施用不明確，而導(dǎo)致煙葉產(chǎn)質(zhì)量下降、濃香型煙葉風(fēng)格不突出等問題[10]。為此，本試驗(yàn)探討了氮形態(tài)和施肥空間分布對烤煙效應(yīng)及土壤氮素影響，以期找出最優(yōu)組合模式，為豫南煙葉高產(chǎn)高質(zhì)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2019年在河南省泌陽縣高邑鄉(xiāng)王灣村進(jìn)行，試驗(yàn)地肥力均勻一致，地勢平坦，排灌方便?；A(chǔ)土壤理化性狀：pH值6.25、有機(jī)質(zhì)17.2 g/kg、全氮1.06 g/kg、全磷0.40 g/kg、全鉀1.81%。試驗(yàn)前茬為煙草，烤煙品種為云煙87。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，以氮形態(tài)為主區(qū)，設(shè)置100%銨態(tài)氮、50%銨態(tài)氮+50%硝態(tài)氮和100%硝態(tài)氮3個處理；以施氮深度為副區(qū)，設(shè)15 cm和25 cm 2個水平，共6個處理。

試驗(yàn)氮磷鉀用量均為N 60 kg/hm2、P2O590 kg/hm2、K2O 180 kg/hm2。餅肥、磷肥和硫酸鉀條施。氮肥品種為硫酸銨(100% NH4+)、硝酸銨(50% NH4++50% NO3-)和硝酸鈣(100%NO3-)，施用方式在壟上進(jìn)行施用操作，氮肥進(jìn)行穴施，用自制施肥器在壟上打直徑2.5 cm、深度15 cm和25 cm的孔穴，將每株的氮肥施入孔穴底部，填土覆蓋。于施肥點(diǎn)水平距離6 cm的位置移栽煙苗，試驗(yàn)采用隨機(jī)設(shè)計(jì)，小區(qū)面積72 m2，3次重復(fù)。

1.3 取樣及測定項(xiàng)目

于2019年烤煙種植前，采用S法采集0～20 cm的耕層土壤樣品10～15個，充分混勻后，四分法保留1 kg。土壤的理化性質(zhì)按照實(shí)驗(yàn)室常規(guī)方法測定各項(xiàng)指標(biāo)[11]，各測定項(xiàng)目的測定方法：pH值測定采用pH計(jì)法(水、土質(zhì)量比為2.5∶1)、有機(jī)質(zhì)含量測定采用重鉻酸鉀容量法、全氮含量測定采用凱氏定氮法、速效磷含量測定采用鉬銻抗顯色法、速效鉀含量測定采用火焰光度計(jì)法、全磷測定采用硫酸-高氯酸消煮法、全鉀測定采用氫氟酸-高氯酸消煮法。

于烤煙生長的3個生育期(團(tuán)顆期，移栽后30 d；旺長期，移栽后45 d；現(xiàn)蕾期，移栽后60 d)，每個小區(qū)任選5株，并測定其株高、莖圍、葉片數(shù)、最大葉長、寬SPAD值等指標(biāo)，葉面積=葉片長×葉片寬×葉面積指數(shù)，葉面積指數(shù)按通常用的0.6345計(jì)算[12]。在現(xiàn)蕾期隨機(jī)選取3株樣株，分根、莖、葉取樣并沖洗干凈，放入烘箱105 ℃殺青30 min，在70 ℃下烘干，測其干物重。各小區(qū)單獨(dú)計(jì)產(chǎn)，并根據(jù)烤煙國標(biāo)對烤后煙葉分級，確定烤煙的產(chǎn)值、均價、上等煙比例及中上等煙比例。采用三段式烘烤工藝進(jìn)行烘烤調(diào)制，并按烤煙42級國標(biāo)進(jìn)行分級[13]。在煙葉全部采收完成后，于兩株之間煙壟上進(jìn)行土壤垂直取樣，每5 cm一個層次，取到40 cm的土壤深度，3個重復(fù)的土壤樣品，同一層次樣品多點(diǎn)混合，于4 ℃保存，用實(shí)驗(yàn)室常規(guī)方法測定土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量[11]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2013軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，DPS 6.55軟件進(jìn)行裂區(qū)試驗(yàn)方差分析(Duncan法)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氮素形態(tài)和施肥深度對煙株農(nóng)藝性狀的影響

從表1可知，不同氮形態(tài)和施氮深度的株高在團(tuán)顆期均存在極顯著差異，不同施氮深度的莖圍在團(tuán)顆期存在顯著差異，氮形態(tài)和施氮深度的交互作用在團(tuán)顆期的葉片數(shù)和葉面積存在極顯著差異。不同氮形態(tài)和施氮深度的株高在旺長期均存在顯著差異，氮形態(tài)和施氮深度的交互作用在旺長期的株高存在顯著差異。在同一施氮深度下，隨著銨態(tài)氮氮肥比例的增加，在團(tuán)顆期和旺長期的株高和葉面積均呈降低趨勢。

表1 不同處理對煙株農(nóng)藝性狀的影響

2.2 不同氮素形態(tài)和施肥深度對干物質(zhì)積累的影響

由表2可知，不同氮形態(tài)間、施氮深度間對葉干物質(zhì)量分別存在顯著差異。氮形態(tài)和施氮深度的交互效應(yīng)對根干物質(zhì)量和莖干物質(zhì)量分別存在顯著和極顯著差異，而對葉干物質(zhì)量和總干物質(zhì)量沒有顯著差異。

表2 不同處理對煙株干物質(zhì)積累的影響

2.3 不同氮素形態(tài)和施肥深度對經(jīng)濟(jì)性狀的影響

由表3可知，不同氮形態(tài)間對產(chǎn)量和上等煙比例均存在顯著差異。不同氮形態(tài)間和不同施氮深度間對產(chǎn)值均存在顯著差異，而氮形態(tài)和施氮深度的交互作用對產(chǎn)值不存在顯著差異。在同一氮形態(tài)下，施氮深度25 cm的產(chǎn)量、產(chǎn)值、均價和上等煙比例均高于施肥深度15 cm。在施氮深度15 cm下，50%銨態(tài)氮+50%硝態(tài)氮和100%硝態(tài)氮的產(chǎn)值和均價均顯著高于100%銨態(tài)氮。在施氮深度25 cm下，50%銨態(tài)氮+50%硝態(tài)氮和100%硝態(tài)氮的產(chǎn)量、產(chǎn)值和上等煙比例均顯著高于100%銨態(tài)氮。

表3 不同處理對烤煙經(jīng)濟(jì)性狀的影響

2.4 不同氮素形態(tài)和施肥深度對土層硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的影響

由表4可知，施氮深度對土層15～20 cm和25～30 cm的硝態(tài)氮含量分別存在極顯著差異和顯著差異，氮形態(tài)對不同土層的硝態(tài)氮含量沒有顯著差異，氮形態(tài)和施氮深度交互作用對土層20～25 cm和35～40 cm的硝態(tài)氮含量均存在極顯著差異。

表4 不同處理對硝態(tài)氮含量的影響

由表5可知，氮形態(tài)對土層20～25 cm的銨態(tài)氮存在極顯著差異，施氮深度對土層10～15 cm和25～30 cm的銨態(tài)氮均存在顯著差異，對土層20～25 cm的銨態(tài)氮存在極顯著差異。氮形態(tài)和施氮深度交互作用對土層0～5 cm的銨態(tài)氮存在顯著差異，對土層5～10 cm和15～20 cm的銨態(tài)氮存在極顯著差異。土層0～40 cm銨態(tài)氮含量范圍在2.8～6.2 mg/kg之間，這表明該試驗(yàn)土層0～40 cm在烤煙采收結(jié)束時的供銨態(tài)氮能力較弱。

表5 不同處理對銨態(tài)氮含量的影響

3 結(jié)論與討論

氮肥對烤煙的生長發(fā)育和品質(zhì)影響很大。謝晉等[2]認(rèn)為，硝態(tài)氮∶銨態(tài)氮=1∶1的處理組合對提高烤煙的株高、葉片數(shù)和葉面積等農(nóng)藝性狀，以及煙葉產(chǎn)量、產(chǎn)值和上等煙比例有顯著作用。不同的氮素形態(tài)配比對烤煙各項(xiàng)農(nóng)藝性狀及煙葉產(chǎn)量、產(chǎn)值和上等煙比例等沒有顯著差異[14-15]。從不同的報道文獻(xiàn)上看，各地硝態(tài)氮與銨態(tài)氮的配比對烤煙生長、產(chǎn)量和質(zhì)量的影響不盡相同，這可能與當(dāng)?shù)貧夂驐l件有關(guān)。本研究結(jié)果表明：50%銨態(tài)氮+50%硝態(tài)氮且施氮深度25 cm的組合對烤煙的株高和葉面積，以及煙葉產(chǎn)量、產(chǎn)值和上等煙比例有顯著作用。在同一施氮深度下，50%銨態(tài)氮+50%硝態(tài)氮的煙葉干物質(zhì)量最大，100%硝態(tài)氮次之，可能是因?yàn)楹侠礓@態(tài)氮硝態(tài)氮比能夠提高烤煙葉面積，促進(jìn)煙葉光合速率，從而增加烤煙的產(chǎn)量[2,7,16]。由不同部位干物質(zhì)所占的比例可看出，在施氮深度25 cm下，50%銨態(tài)氮+50%硝態(tài)氮處理的煙葉干物質(zhì)量占煙株總干物質(zhì)量比例最大，表明施用不同氮形態(tài)能提高煙葉干物質(zhì)量分配比例，降低根干物質(zhì)分配比例。

關(guān)于烤煙結(jié)束之后，不同氮形態(tài)下土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量的研究已有報道，表現(xiàn)為土壤硝態(tài)氮小于20 mg/kg，土壤銨態(tài)氮小于50 mg/kg[17]。本試驗(yàn)研究表明，不同氮素形態(tài)下，土壤硝態(tài)氮為7.2～19.4 mg/kg，土壤銨態(tài)氮小于6.2%，而銨態(tài)氮含量低可能與烤煙生育周期長和黏土礦物固定銨態(tài)氮有關(guān)[18-19]。前人的研究表明[20-21]，土壤硝態(tài)氮隨著耕層深度增加呈降低趨勢。本研究發(fā)現(xiàn)，土壤硝態(tài)氮隨著耕層深度增加呈降低趨勢，但在施肥深度位置時又有所增加趨勢，可能施不同形態(tài)氮影響了土壤硝態(tài)氮含量，這與黃紹敏等的研究結(jié)果一致[22]。對于北方大多數(shù)土壤，土壤銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化成硝態(tài)氮，化學(xué)氮配施有機(jī)肥能提高土壤堿解氮[23-24]。本研究表明：在土層25～30 cm，50%銨態(tài)氮+50%硝態(tài)氮和施用深度25 cm處理的硝態(tài)氮顯著高于100% NO3-和施用深度25 cm處理的，這可能是由施入硝態(tài)氮大量淋溶和施入銨態(tài)氮后期大量轉(zhuǎn)化硝態(tài)氮引起的[1,25]。

綜合分析，在豫南煙區(qū)生態(tài)環(huán)境下，不同氮素形態(tài)和施肥深度配比對當(dāng)?shù)乜緹煯a(chǎn)量和產(chǎn)值存在顯著的影響，以50% NH4++50% NO3-+施用深度25 cm組合的產(chǎn)值和效益最好，保證了農(nóng)戶最為關(guān)心的產(chǎn)量產(chǎn)值。