磷鉀及微量元素硼的協調供應對洱海流域氮磷養分流失的影響和烤煙經濟效益分析

楊德海，歐陽鋮人，彭 仁，楊玉標，趙偉金，王洪云，趙正雄*

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

湖泊水體富營養化治理是全球性水環境亟待解決的重大難題［1-2］。近年來，隨著區域經濟和工農業的快速發展，作為云南省主要湖泊的洱海面臨著水體富營養化風險加劇的環境問題［3-4］。一個重要的原因是流域中的農（煙）田徑流攜帶高濃度氮磷養分匯入流域，造成該流域水體富營養化［5-7］。因此，降低該流域農（煙）田徑流氮磷等養分流失，對于降低農田面源污染，減少湖泊流域水體污染具有重要的意義。施肥是影響農（煙）田氮磷養分流失的重要因素之一，過量肥料投入以及肥料投入不合理會向環境中釋放大量盈余氮磷污染物和增加水體富營養化的風險，嚴重影響生態環境安全［8-10］。然而，肥料包含的氮磷鉀養分元素能有效提高烤煙產量和質量，以獲得最大經濟效益，是提升煙葉質量的關鍵環節之一［11-12］。已有大量研究關注適宜的氮磷鉀肥在煙葉生產中的應用［13-14］。近年來，隨著國家“減肥、減藥”（兩減）政策的提出，降低肥料投入是煙葉生產中的重要趨勢，大量研究重點關注減少化肥施用對煙葉產質量的影響［15-16］，這對于降低化肥的施用具有重要的意義。烤煙生長過程中需要一定的氮磷鉀等養分元素，考慮肥料中氮磷鉀元素的比例及協調性對烤煙的生長及農業的可持續發展具有重要的理論價值［17-20］，即如何合理地使用肥料，提高煙田肥料利用效率，降低養分流失及保護洱海流域水質是洱海流域農業中需要解決的重要問題［21-24］。基于此，本研究擬在洱海流域開展氮磷及微量元素協調供應研究，在改善煙葉品質的同時，以更好地降低湖泊流域氮磷養分流失，通過實時收集煙株生長期間的徑流和滲漏水樣，研究氮磷及微量元素協調供應對煙葉生產及其環境的影響，以在保障煙農收入的同時，更好地保護水質環境。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

試驗地設在大理市灣橋鎮，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。受季風氣候影響，全年分為旱季和雨季，5～10月降水超過全年總降水量的85%。前茬作物分別為蠶豆和大蒜，當地煙葉生產前期多年施N、P2O5和K2O的施肥量分別為27.00、22.50和281.25 kg/hm2。土壤類型為水稻土，供試土壤理化性質見表1。

表1 供試土壤的基本理化性質

1.2 試驗材料

供試煙草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%）配方液態有機肥（7∶5∶6.5）。

1.3 試驗設計

試驗共設4個處理，分別為當地前期多年習慣施肥CK（于移栽前塘施復合肥225 kg/hm2，培土時追施硫酸鉀450 kg/hm2）；氮磷等量、降鉀補硼處理（ENP）；氮磷上浮20%、降鉀補硼處理（ANP）；氮等量、增磷降鉀補硼處理（ENAP）。各試驗處理的肥料施用量見表2。

表2 不同試驗處理的肥料施用量

試驗于2019年3～9月進行，采用隨機區組設計，每個處理3次重復。每小區面積為72 m2，種植120株，煙株行株距為120 cm×60 cm，種植密度為1111株/666.7 m2。田間生產管理措施按當地常規方法進行。為避免干擾，田塊四周以及試驗小區間設隔離帶（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）。試驗各處理基肥采用穴施，施后拌肥使之與塘內土壤攪拌均勻，然后進行移栽。

1.4 測定項目與方法

1.4.1 農藝性狀測定 以試驗小區為單位，于煙葉旺長期和采烤期隨機抽取具有代表性的4株煙株掛牌標記，分別測定并記錄株高、莖圍、最大葉長、最大葉寬。調查方法按照《煙草農藝性狀調查方法》YC/T 142—2010標準進行。

1.4.2 經濟性狀測定 以試驗小區為單位，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，烤后煙葉按照國家標準GB 2635—1992分級，統計每個小區煙葉產量、中上等煙比例，根據2019年云南省大理州煙葉收購價格計算煙葉產值和均價。

1.4.3 水樣采集和測定 每個試驗小區均對應安裝一套徑流水和滲漏水收集裝置（圖1）［25］，試驗期間在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后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，采集至500 mL水樣時裝入塑料瓶，放入4 ℃的冰箱內冷藏保存備用。將采集到的徑流水、滲漏水樣品以試驗小區為單位測定總氮、總磷、硝態氮和銨態氮含量，并根據樣品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量。總氮采用堿性過硫酸鉀消解法，總磷采用鉬酸銨分光光度法，銨態氮采用靛酚藍比色法，硝態氮采用紫外分光光度法。

圖1 煙田徑流水、滲漏水收集裝置示意圖統計分析方法

所有指標采用IBM SPSS Statistics 23.0軟件進行數據統計和方差分析。方差分析采用LSD方法進行單因素比較。

2 結果與分析

2.1 氮磷和微量元素硼協調供應對烤煙農藝性狀的影響

氮磷和微量元素硼協調供應對煙株生長的影響見表3。烤煙旺長期蠶豆茬ANP、ENP、ENAP處理的株高高于當地常規施肥處理（CK），但差異不顯著。大蒜茬ANP和ENAP處理的株高高于CK，ANP處理的則低于CK。烤煙旺長期蠶豆茬ANP、ENP 和ENAP處理的莖圍和最大葉寬與CK差異不顯著。采烤期蠶豆茬ENP和ENAP處理的最大葉長顯著高于CK，但株高、莖圍和最大葉寬與CK差異不顯著。大蒜茬ENP和ENAP處理的株高、莖圍、最大葉長和最大葉寬與CK差異不顯著。整體而言，大蒜茬和蠶豆茬中均以氮等量，增磷降鉀補硼（ENAP）處理效果相對較好。

表3 氮磷和微量元素硼協調供應對烤煙農藝性狀的影響

2.2 氮磷和微量元素硼協調供應對烤煙經濟性狀的影響

氮磷和微量元素硼協調供應對烤煙產量和經濟性狀的影響見表4。蠶豆茬ANP、ENP和ENAP處理的產量低于CK，但差異不顯著。蠶豆茬ENAP的產值顯著高于CK，增幅達4.33%，ANP和ENP處理與CK比差異不顯著。大蒜茬各處理的產量均低于CK。大蒜茬ENAP和ENP處理的產值高于CK，分別增加了4.45%和2.03%。整體而言，蠶豆茬和大蒜茬均以氮等量、增磷降鉀補硼ENAP處理的經濟性狀最優，而后大蒜茬以氮磷等量、降鉀補硼ENP處理，蠶豆茬以氮磷上浮20%、降鉀補硼ANP處理次之。

表4 氮磷和微量元素硼協調供應對烤煙經濟性狀的影響

2.4 氮磷和微量元素硼協調供應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（表5）。蠶豆茬ANP、ENP和ENAP處理的徑流水和滲漏水總量與CK差異不顯著，大蒜茬各處理的徑流水和滲漏水總量的結果與蠶豆茬各處理下保持一致。因此，適度增加或降低肥料施用量對煙田水流失總量的影響不大。

表5 氮磷和微量元素硼協調供應對徑流水和滲漏水的影響

2.5 氮磷和微量元素硼協調供應對氮磷養分流失的影響

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，大蒜茬各處理總氮流失量表現為：ANP＞CK＞ENP ＞ENAP（表6），且差異不顯著。大蒜茬ANP、ENP和ENAP處理的各形態氮含量與CK差異不顯著。大蒜茬各處理總磷差異不大。大蒜茬各處理的水溶性磷表現為：ENAP ＞ANP=ENP＞CK，且差異不顯著。蠶豆茬處理下徑流水的總氮和硝態氮流失量表現為：ANP＞ENP ＞CK=ENAP，且差異不顯著。蠶豆茬ANP、ENP和ENAP處理的各形態氮、總磷和水溶性磷含量與CK差異不顯著。

在滲漏水的氮、磷養分流失量方面，大蒜茬ANP處理的硝態氮流失量高于CK、ENP和ENAP處理（表6），但差異不顯著。ANP、ENP和ENAP處理的總氮、銨態氮、總磷和水溶性磷與CK差異不顯著。蠶豆茬各處理滲漏水的總氮和銨態氮流失量表現為：ANP＞CK＞ENP＞ENAP，但差異不顯著。ANP、ENP和ENAP處理的硝態氮、總磷和水溶性磷與CK差異不顯著。整體而言，適當增加氮肥和磷肥會增加氮磷流失量，且合理范圍內增加氮肥和磷肥施用量對環境的影響不大，不會增加面源污染的風險。

表6 氮磷和微量元素硼協調供應對養分流失量的影響

3 討論

肥料的合理施用是農業可持續發展的重要方向之一，合理施用肥料能增加煙葉的產量和改善煙葉質量［12，14］。隨著國家“減氮、減藥”政策的提出，大量研究表明：降低氮磷施用能降低氮磷養分流失及面源污染的風險，這對于農業可持續發展具有重要的意義。然而，烤煙的生長需要一定量的肥料提供養分，不同品種在不同區域對肥料的需求有所差異，在不了解當地作物對養分需求規律和當地土壤養分供應的情況下，減少肥料的施用會影響作物的生長及物質的積累。因此，探討不同區域適宜的肥料施用量對于農業可持續發展具有重要的價值。本研究結果表明，洱海流域煙葉生產中，在常規施肥的基礎上適當增加磷肥和硼肥，即氮等量、增磷降鉀補硼的方式，既能促進煙株生長、提高中上等煙比例、改善煙葉品質，又不會增加地表和地下水中的總氮、總磷、銨態氮和硝態氮的含量，說明在洱海流域的煙葉生產中，常規施肥的基礎上適當提高磷肥有助于煙葉生產，又不會增加洱海流域的面源污染的風險。可能的原因是在洱海流域特定的氣候環境下土壤中磷的有效性較低，適當增加磷肥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、促使了煙株能有效吸收利用土壤中養分，提高了肥料的利用效率［23-24］。肥料利用效率的增加促進了煙株對養分的吸收，促進了根系的發育，從而增強了土壤保水保肥的能力，提高了土壤養分和水分的有效性，進一步減輕了農田面源污染發生的風險［26-27］。盡管如此，由于不同土壤類型、氣候背景下，土壤中的電荷量、金屬含量等存在的差別，不同區域及不同土壤類型的氮磷流失特征可能存在差異，需進一步探究。

4 結論

本研究結果表明，洱海流域煙葉生產中，在常規施肥的基礎上適當增加磷肥和硼肥，即氮等量、增磷降鉀補硼的方式，可以在烤煙生產中保障煙葉產量、產值和中上等煙比例的同時，不會增加地表和地下水中的總氮、總磷、銨態氮和硝態氮的含量，這對于洱海流域煙區煙葉的優質生產及降低湖泊流域面源污染提供了一定的理論依據。