不同用量有機肥替代化肥對洱海流域氮磷養分流失和煙葉產質量的影響

原 政，歐陽鋮人，楊德海，楊志娟，彭 仁，楊玉標，趙偉金，王洪云，趙正雄*

（1.云南農業大學 煙草學院，云南 昆明 650201；2.紅塔集團大理卷煙廠，云南 大理 671000；3.大理州煙草公司，云南 大理 671000）

湖泊水體富營養化的治理是全球性水環境亟待解決的重大難題［1］。洱海是云南省第二大淡水湖泊，也是大理市居民生活飲用水的水源。然而，由于產業結構不合理，洱海水質正處于由富營養的初期階段向中期階段轉變［2］。農田徑流是該流域農業面源污染的主要來源之一［3-4］，因而亟需有效的治理措施來降低農田徑流所造成的面源污染。煙草是洱海流域主要經濟產業之一。為追求高額回報，煙葉生產中施入大量化肥來增加煙葉產量。一方面，大量施用化肥使得土壤質量和土壤生產力持續下降，土壤有機質含量降低，導致煙葉香氣不足和化學成分不協調，帶來了煙葉品質下降的問題［5］；另一方面，大量施用化肥使氮磷等營養元素大量進入水體，增加了水體富營養化風險［6-7］。因此，如何保障洱海流域煙葉生產的同時，減少該流域的面源污染是目前亟待解決的問題。

有機肥替代化肥是提高煙葉品質、實現化肥減施的重要途徑［8-10］。彭智良等［10］研究表明：煙田施用有機肥料能改善煙葉的成熟度、顏色、葉片結構等外觀質量，提高煙葉的中上等煙比例。張煥菊等［11］研究表明：增施有機肥可以進一步協調煙葉的內在化學成分，改善煙葉的評吸質量，提高煙葉的工業價值。近年來的研究表明，有機肥替代化肥在改善土壤質量、降低土壤污染方面發揮著重要作用。孫瑞娟［12］、焦軍霞［13］等的研究結果表明：適當的有機肥替代化肥，可以改善土壤的物理和化學性狀，減少氮磷養分流失。Liang等［8］認為有機肥能顯著降低氮素淋失。然而，有機肥施用量是一個關鍵指標，當有機肥用量不足時，會影響煙株生長，當有機肥過量施入土壤中時，一方面，造成了農田氮磷養分的大量流失，加劇了水體富營養化和農業面源污染的風險［12］；另一方面，造成土壤養分供應后勁過大、煙葉貪青晚熟，進而影響了煙葉烘烤后的品質［14］。

目前，尚未見關于洱海流域煙葉生產中適宜的有機肥替代化肥的研究。基于此，本研究擬在田間原位實時收集、觀測徑流和滲漏水樣的基礎上，探討不同用量有機肥替代化肥對煙葉產量和氮磷養分流失的影響，以尋求一種既能保證煙葉優質、高產，又能保護環境的煙葉生產方式，為有機肥在洱海流域烤煙生產中的推廣應用提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

試驗在大理市灣橋鎮進行，該區域屬典型的低緯度高原中亞熱帶西南季風氣候，年均日照時數超過2000 h，日照百分率56%，年均氣溫為15.7℃，年均降水量約為1100 mm。受季風氣候的影響，全年分為旱季和雨季，5~10月降水超過85%。土壤類型為水稻土，供試土壤的基本理化性質：pH值7.66、有機質70.4 g/kg、堿解氮377.0 mg/kg、有效磷85.9 mg/kg、速效鉀171.0 mg/kg。

1.2 試驗材料

供試品種為當地主栽品種K326。供試肥料為煙草專用復合肥（12-10-25）、硫酸鉀肥（K2O≥50%）、完全腐熟牛糞類固體有機肥（3-3-7.5，有機質含量50%）和配方液態有機肥（7-5-6.5）。

1.3 試驗設計

以當地常規化肥推薦為對照，設置了對照和不同用量有機肥替代化肥共4個處理。CK：當地常規化肥推薦處理；ENMF：有機肥等氮替代化肥處理；ANMF：有機肥加氮10%處理；RNMF：有機肥減氮10%處理。不同處理的肥料施用量見表1。

表1 不同處理的肥料施用量

試驗于2018年3~9月進行，采用隨機區組設計，3次重復。每個小區面積為72 m2，種植120株，煙株的行株距為120 cm×60 cm。田間生產管理措施按當地常規方法進行。為避免干擾，田塊四周、各小區間設隔離帶（田塊四周隔離帶寬1.5 m，小區間隔離帶寬40 cm，隔離帶兩側土壤均埋深達60 cm的厚塑料薄膜）。試驗各處理的基肥采用穴施，施后拌肥，使之與塘內土壤攪拌均勻，然后移栽煙苗。

1.4 測定項目與方法

1.4.1 農藝性狀的測定 以小區為單位，于煙葉采摘烘烤前（移栽后70 d，2018年7月10日），隨機抽取具有代表性的4株煙株掛牌標記，分別測定并記錄煙株的株高、莖圍、最大葉長、最大葉寬。調查方法按照中華人民共和國煙草行業標準YC/T 142─2010《煙草農藝性狀調查方法》進行。

1.4.2 經濟性狀的測定 以小區為單位，煙葉開始成熟時掛牌采收和烘烤，每個小區單獨采收、編桿、烘烤、分級、計產和存放，烤后煙葉按照國標GB 2635─1992分級，統計每個小區煙葉的產量、中上等煙比例，根據2018年云南省大理州的煙葉收購價格，折合計算煙葉的產值和均價。

1.4.3 常規化學成分的測定 以處理為單位，取C3F等級煙葉樣品1.5 kg，測定煙葉的總糖、還原糖、煙堿、總氮、鉀和氯含量（玉溪市農科院分析測定），采用凱氏定氮法測定總氮含量，火焰原子吸收分光光度法測定鉀含量，連續流動法測定煙堿含量，芒森·沃克法測定水溶性總糖含量，斐林液比色法測定還原糖含量，干法灰化-Hg（CNS）2-Fe（NO3）3比色法測定氯含量。

1.4.4 水樣的采集和測定 每個小區均對應安裝一套徑流水和滲漏水收集裝置（圖1）［15］，試驗期間于徑流水和滲漏水發生時對水樣進行收集，在生育期內每場降雨產生徑流和滲漏后，迅速測量并記錄水桶中徑流水和滲漏水的體積，用于計算流失總量，然后將水樣全部混合，采集500 mL水樣裝入塑料瓶，放入4 ℃的冰箱內冷藏保存。將采集到的徑流水、滲漏水樣品以小區為單位測定總氮、總磷、硝態氮和銨態氮含量，根據濃度和體積計算每次的養分流失量，最后加權計算累計流失總量。總氮、總磷、銨態氮、硝態氮分別采用堿性過硫酸鉀消解法、鉬酸銨分光光度法、靛酚藍比色法、紫外分光光度法進行測定。

圖1 煙田徑流水和滲漏水收集裝置示意圖

1.5 統計分析方法

所有指標均采用IBM SPSS Statistics 23.0軟件對數據進行統計和方差分析。方差分析采用LSD方法進行單因素比較。

2 結果與分析

2.1 有機肥等氮替代化肥條件下施用量對烤煙農藝性狀的影響

由表2可知，有機肥等氮替代處理（ENMF）、有機肥加氮10%處理（ANMF）和有機肥減氮10%處理（RNMF）的株高、莖圍、最大葉長和最大葉寬高于當地常規化肥推薦（CK）。RNMF的株高、莖圍、最大葉長和最大葉寬與ENMF差異不顯著。與ENMF、RNMF相比，ANMF的株高降低，株高、莖圍、最大葉長和最大葉寬差異均不顯著。

表2 有機肥等氮替代化肥條件下施用量對烤煙農藝性狀的影響

2.2 有機肥等氮替代化肥條件下施用量對烤煙經濟性狀的影響

由表3可知，ENMF、ANMF和RNMF的產量顯著高于CK。與CK相比，ENMF、ANMF和RNMF的產量分別增加了10.95%、6.93%和15.80%，產量表現為：RNMF＞ENMF＞ANMF＞CK。與ENMF相比，RNMF的產量增加，ANMF的產量則降低，但差異不顯著。與ENMF相比，RNMF的產量增加了4.37%，ANMF的產量則降低了3.62%。

表3 有機肥等氮替代化肥條件下施用量對烤煙經濟性狀的影響

ENMF和RNMF的產值顯著高于CK和ANMF。與CK相比，ENMF和RNMF的產值分別增加了16.22%和28.11%。ANMF的產值低于CK，降低了4.32%。與ENMF相比，RNMF的產值增加，ANMF的產值則顯著降低。與ENMF相比，RNMF的產值增加了10.23%，ANMF的產值則降低了17.68%，產值表現為：RNMF＞ENMF＞CK＞ANMF。說明適當降低有機肥的施用量能促進煙葉的增收，增加有機肥施用量則不利于煙葉增收。可能的原因是降低有機肥施用量后有利于煙株的根系發育。

2.3 有機肥等氮替代化肥條件下施用量對煙葉品質的影響

煙葉化學成分協調性反映了煙葉內在品質，優質煙葉一般表現為還原糖含量16%~ 18%、總糖含量18%~22%、煙堿含量1.5%~3.5%、鉀含量2%以上、總氮含量1.5%~3.5%、氯含量1%以下。由表4可知，所有處理的烤煙鉀含量均稍有不足，氯含量和煙堿含量均在適宜范圍內，糖堿比和氮堿比均在適宜范圍之內，水溶性總糖含量、還原糖含量稍微偏高（云南烤煙特性之一）。與CK相比，ENMF、ANMF和RNMF的煙葉水溶性總糖含量、鉀含量和兩糖差增加，說明有機肥替代化肥能提升煙葉的內在品質。

表4 有機肥等氮替代化肥條件下施用量對烤煙主要化學成分含量的影響

與ENMF相比，RNMF的煙堿含量、還原糖、氯含量增加，而水溶性總糖、總氮、鉀、糖堿比、氮堿比和兩糖差降低；ANMF的水溶性總糖、還原糖、總氮、氯、煙堿含量和兩糖差增加，鉀含量、糖堿比和氮堿比降低。

2.4 有機肥等氮替代化肥條件下施用量對流失水總量的影響

徑流和壤中流（滲漏）是養分流失的主要動力，因而衡量流失總量是評價煙田水分進入流域的重要指標之一。由圖2可知，ENMF、ANMF和RNMF的徑流水總量、滲漏水總量均顯著低于CK，ENMF、ANMF和RNMF之間的徑流水總量和滲漏水總量差異不顯著，說明適度增加或降低有機肥施用量不影響煙田水流失總量。

圖2 有機肥等氮替代化肥條件下施用量對流失水總量的影響

2.5 有機肥等氮替代化肥條件下施用量對氮磷養分流失的影響

由圖3可知，氮磷養分流失量的大小是衡量水體污染程度的重要指標之一。在徑流水的氮磷養分流失量方面，總氮和銨態氮流失量表現為：CK＞ANMF＞ENMF＞RNMF。與CK相比，ANMF、ENMF和RNMF的徑流水總氮流失量分別減少了17.03%~17.63%、23.60%~23.80%、27.51%~33.79%；硝態氮流失量分別減少了14.38%~41.22%、8.63%~32.34%、22.30%~51.16%；總磷流失量分別減少了13.63%~27.63%、24.54%~32.46%、25.76%~48.24%。ANMF、ENMF、RNMF的徑流水中銨態氮流失量差異不顯著。

圖3 有機肥等氮替代化肥條件下施用量對養分流失量的影響

與ENMF相比，ANMF徑流水中的總氮流失量和銨態氮流失量均增加，總磷流失量和硝態氮流失量則降低；RNMF徑流水中的總氮流失量、硝態氮流失總量降低，總磷流失量和銨態氮流失總量顯著降低。這表明減氮施用有機肥能降低環境負荷，降低面源污染的風險。

在滲漏水的氮磷養分流失量方面，總氮和總磷、銨態氮和硝態氮的流失量表現為：CK＞ANMF＞ENMF＞RNMF。與CK相 比，ANMF、ENMF和RNMF的滲漏水總氮流失量分別減少了21.71%~27.67%、25.69%~36.41%、29.17%~42.46%；銨態氮流失量分別減少了5.51%~26.50%、1.38%~24.09%、8.27%~35.34%；硝態氮流失量分別減少了30.47%~31.07%、28.32%~38.05%、32.40%~38.44%；總磷流失量分別減少了26.01%~37.50%、32.52%~46.19%、45.52%~47.82%。

與ENMF相比，ANMF的總氮、硝態氮、銨態氮和總磷流失量均增加，RNMF的總氮、硝態氮、銨態氮和總磷流失量則降低。這表明有機肥的減量施用能減少煙田的氮磷養分流失。

3 討論

近年來，有機肥替代化肥是煙葉生產中關注的熱點問題，大量研究表明：有機肥替代化肥能增加煙葉的產量和改善煙葉質量［12,14］，這與本研究結果一致，即有機肥替代化肥處理的煙葉質量優于化肥處理。本研究更關注的是不同用量有機肥替代化肥對煙葉產質量的影響，結果表明：在常規氮肥用量的基礎上減少10%有機肥施用量能促進煙株生長、提高中上等煙比例、改善煙葉品質。這可能與有機肥中含氮磷養分和土壤供養特性密切相關［16］。有研究表明，有機肥中的養分減少后，提升了土壤化學因子的作用，增加了土壤微生物的碳源和土壤酶的底物，促進了微生物繁殖和土壤酶活性，促使煙株能有效吸收利用土壤中氮磷養分，提高肥料的利用效率［17-18］。

本研究表明，增加有機肥施用量處理的產量、產值降低，中上等煙比例降低，進而影響了煙葉的外觀品質，這可能與有機肥中含有一定數量的氮磷養分能在土壤中逐步分解和釋放有關，并影響了植煙土壤的理化性狀，進而促使后期煙株對養分的過量吸收，導致煙株貪青晚熟，從而影響了煙葉的品質［19-21］。

本研究結果表明，有機肥減量10%能有效地減少地表和地下水中的總氮、總磷、銨態氮和硝態氮的含量。這與Bonasia等［22］的研究結果一致，即減量施肥處理的徑流水和滲漏水的流失量遠比常規施肥的要低。一方面，有機肥的養分釋放速率小于化肥，使得氮磷流失量更小［23］；另一方面，有機肥產生的腐殖質、腐殖酸、胡敏酸等能改善土壤理化性狀，從而增強土壤保水、保肥的能力，提高土壤養分和水分的有效性，促進根系的發育，提高了肥料的利用效率，進一步減輕了農田面源污染發生的風險［24］。Munt等［25］的研究結果表明：低氮的肥料能促進和增加植物根的生物量，減少分支，從而獲得更高的產量。盡管如此，由于不同土壤類型條件下土壤中的電荷量、金屬含量等存在差異，不同土壤類型的氮磷流失特征可能存在差異，需進一步試驗探究。

4 結論

本研究表明，有機肥在等氮替代化肥基礎上減少10%施用量可以在烤煙生產中保障煙葉的產量、產值和中上等煙比例的同時，能有效地減少地表和地下水中的總氮、總磷、銨態氮和硝態氮的流失量，這對于洱海流域煙區煙葉的優質生產、降低湖泊流域面源污染提供了一定的理論依據。