不同施肥處理對洱海流域烤煙生長及氮素利用的影響

摘要：為篩選出適用于洱海流域煙田高效低損的施肥方案，以洱海流域2個烤煙主推品種（K326和紅花大金元）為研究對象，在洱海西部和北部同時設置4種施肥處理：不施氮肥處理（N0）、農戶傳統處理（FP）、穩定性氮肥處理（NOPT-1）和緩釋氮肥處理（NOPT-2）。根據烤煙經濟性狀和表層土壤無機氮含量等指標，分析不同施肥處理對洱海流域烤煙生長和氮素利用的影響。結果表明，對于烤煙K326，NOPT-1處理較FP處理提高了產量、產值和各農藝性狀，施氮效益提高了6 826元/hm2，氮肥偏生產力顯著提高78.1%，同時表觀氮素損失量降低23.9%；NOPT-2處理施氮效益較FP處理提高了4 292元/hm2，氮肥偏生產力顯著提高64.8%，表觀氮素損失量降低19.2%。對于烤煙紅花大金元，NOPT-1處理在產量、產值和農藝性狀方面與烤煙K326表現一致，施氮效益提高了10 900元/hm2，氮肥偏生產力顯著提高32.9%，表觀氮素損失量降低58.0%；NOPT-2處理產量和產值低于FP處理，但提高了 3 584元/hm2 的施氮效益，氮肥偏生產力顯著提高24.6%，同時表觀氮素損失量降低65.5%。綜上所述，穩定性氮肥和緩釋氮肥處理均可以提高施氮效益，并顯著提高氮肥偏生產力，減少氮素損失。其中，穩定性氮肥處理綜合表現較好，有效兼顧了烤煙生長和環境效益。

關鍵詞：洱海流域；烤煙；生長；氮肥利用；優化施肥；環境效益

中圖分類號：S572.06 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2023）22-0086-08

煙草是我國重要的經濟作物之一。我國煙草種植面積雖然只占我國耕地總面積的7‰左右，但經濟價值較高，對國民經濟發展起到了重要作用［1］。大理煙區是云南省重要的煙葉產區之一，由于其獨特的地理位置和氣候條件，該區域烤后煙葉具有煙氣細膩、余味舒適的特點，常年種植面積在3.3萬hm2［2］。近年來，由于不合理的農業管理措施，流域內種植業成為水環境的首要污染源，其等標污染負荷在流域總等標污染負荷中的占比為36.4%［3］，其中氮為首要污染物［4］。研究表明，西南煙區在實際生產中施入土壤中的氮肥超過60%被淋洗［5］，大大增加了水體富營養化的風險，造成嚴重的環境污染和經濟損失。

優化施肥方案是當下烤煙實現農田養分資源高效利用的重要措施［6］，其核心要求是根據植物養分吸收規律與土壤養分供給規律，確定適宜的施肥量、肥料種類，并實現作物生育期綜合管理［7］。余小芬等研究證明，在常規施肥的基礎上減少氮、磷、鉀肥的施用能夠顯著提高煙葉的產值、品質及肥料利用率［8］。減少15%～30%氮肥施用量可以改善煙葉品質，增加產量和產值［9］。在合理減少氮、磷、鉀肥施用之外，根據作物和土壤特性選擇適宜的氮肥種類也至關重要［10］。研究發現，施用緩釋氮肥提高了煙葉的產量和農藝性狀，改善了煙葉的燃燒性和糖堿比［11-12］。危躍通過田間試驗證實了緩釋肥可以有效保持中后期土壤養分含量，促進烤煙營養元素吸收，提高肥料利用率［13］。穩定性肥料是指添加脲酶抑制劑或硝化抑制劑的肥料，能減緩尿素分解及銨態氮硝化反硝化過程中產生的氮素損失［10］。熊艷等在玉溪煙區研究發現，施用硝化抑制劑能夠顯著抑制銨態氮的硝化，減少氮素損失［14］。Qiao等研究發現，肥料中添加硝化抑制劑可以顯著減少NO-3-N的淋溶損失，顯著提高玉米的產量和氮肥利用效率［15］。

有關施肥量、氮肥種類對烤煙生長發育、肥料利用率及品質的影響已有不少研究［11-15］，但僅減少施氮量或僅調整氮肥種類不能完全解決煙田養分利用率低所帶來的相關問題，并且不同烤煙品種、不同土壤類型上存在差異，使得研究結果具有區域性和特定性。因此，在洱海流域開展不同品種烤煙的養分管理研究，篩選適宜洱海流域烤煙高效生產的施肥方案，使氮素養分供應與烤煙需肥特征在數量上匹配、時間上同步，對提高洱海流域烤煙產量、品質以及保護洱海流域生態環境具有重要參考價值。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區位于云南省大理白族自治州大理市，氣候以低緯度高原季風氣候為主，年均氣溫15.1 ℃，年均降水量1 000 mm。田間試驗于2020年5月至2021年10月在大理市灣橋鎮（25°81′N，100°12′E）和洱源縣三營鎮（26°10′N，99°59′E）進行（以下簡稱灣橋和三營）。本研究使用數據為2021年試驗數據。試驗為烤煙/冬閑種植體系，株行距為 50 cm×120 cm，栽培密度為1 100株/667 m2。灣橋試驗點小區面積為83 m2，每小區種植烤煙137株，試驗品種為K326，2021年5月7日移栽，9月23日為頂葉成熟期，全生育期139 d。三營試驗點小區面積為131 m2，每小區種植烤煙216株，試驗品種為紅花大金元，2021年5月18日移栽，9月8日為頂葉成熟期，全生育期116 d。供試土壤基本理化性質見表1。

1.2 試驗設計

灣橋鎮和三營鎮均設置4個處理：不施氮肥處理（N0）、農戶傳統處理（FP）、穩定性氮肥處理（NOPT-1）、緩釋氮肥處理（NOPT-2），每個處理3個重復，隨機區組排列。各處理均為單株定量施肥。

試驗所用煙苗為大理市灣橋鎮煙葉工作站和洱源縣三營鎮煙葉工作站統一育苗配發。農戶傳統處理（FP）施肥方式由灣橋鎮和三營鎮植煙區農戶調研所得。試驗所用固態和液態有機肥均為云南順豐洱海環保科技股份有限公司生產，緩釋氮肥為茂施農業科技有限公司生產（含氮量45%，釋放期為48 d），穩定性氮肥為云天化集團有限責任公司生產（含氮量26%，硝態氮含量為10%，含有硝化抑制劑），單質磷肥為過磷酸鈣（含16% P2O5），單質鉀肥為農用硫酸鉀（含52% K2O）。

灣橋鎮施肥方式：N0：起壟后環穴施磷肥（P2O5）40 kg/hm2、鉀肥（K2O）60 kg/hm2，移栽后 45 d 追施鉀肥（K2O）120 kg/hm2。FP：起壟后環穴施固態有機肥（N、P2O5、K2O含量分別為3.0%、3.0%、7.5%）1 500 kg/hm2，移栽后立即施用液態有機肥（N、P2O5、K2O含量分別為 7.0%、0%、6.5%）232 kg/hm2，移栽后15 d追施液態有機肥（N、P2O5、K2O含量分別為7.0%、0%、6.5%） 525 kg/hm2，移栽后45 d追施鉀肥（K2O）195 kg/hm2。NOPT-1：起壟后環穴施穩定性氮肥30 kg/hm2、磷肥（P2O5） 40 kg/hm2、鉀肥（K2O）60 kg/hm2，移栽后45 d追施穩定性氮肥30 kg/hm2、鉀肥（K2O） 120 kg/hm2。NOPT-2：起壟后環穴施緩釋氮肥 60 kg/hm2、磷肥（P2O5）40 kg/hm2、鉀肥（K2O） 60 kg/hm2，移栽后 45 d 追施鉀肥（K2O）120 kg/hm2。各處理養分總投入量見表2。

三營鎮施肥方式：N0：同灣橋鎮施肥方式。FP：起壟后環穴施固態有機肥（N、P2O5、K2O含量分別為2%、4%、4%）1 500 kg/hm2，移栽后立即施用液態有機肥（N、P2O5、K2O含量分別為6%、2%、12%）225 kg/hm2，移栽后15 d追施液態有機肥（N、P2O5、K2O含量分別為 6%、2%、12%）525 kg/hm2，移栽后45 d追施鉀肥（K2O）195 kg/hm2。NOPT-1：同灣橋鎮施肥方式。NOPT-2：同灣橋鎮施肥方式。各處理養分總投入量見表2。

1.3 樣品采集與分析

煙株樣品的采集：每個小區選3株長勢適中的煙株，在成熟期采集地上部樣品，采收結束時收集根、莖、葉。帶回實驗室后用去離子水洗凈，在 105 ℃ 烘箱中殺青30 min，然后在80 ℃下烘干，恒質量時分根、莖、葉稱質量，裝袋待用。樣品經H2SO4-H2O2消煮后，采用凱氏定氮法測定煙株全氮含量。

土壤樣品采集及含量測定：用土鉆采集移栽前、團棵期、打頂期和成熟期土壤樣品，采樣深度為0～60 cm，分為0～20、20～40、40～60 cm 3層，每個小區采集2株烤煙中間位置各5點，采集時遠離小區邊緣，以降低小區之間的干擾，混勻后形成每一采樣層的代表性樣品。將新鮮土壤樣品通過0.5 cm網篩，稱取12.0 g過篩后的土壤，用0.01 mol/L氯化鈣溶液浸提，振蕩60 min后過濾，通過連續流動分析儀測定濾液無機氮濃度，并根據各土層土壤容重換算為土壤無機氮含量。

測產分級：煙葉開始成熟時按小區掛牌分批采收葉片，并按照GB 2635—1992《烤煙》標準對煙葉進行分級，統計產量和中上等煙比例，根據大理市2021年烤煙采購價格表計算各處理產值及均價。

農藝性狀測定：煙株打頂后每個小區選取3株生長狀況良好、無病害的代表性植株，按照煙草行業標準YC/T 142—2010《煙草農藝性狀調查測量方法》定點調查煙株的株高、莖圍、最大葉長和最大葉寬等農藝指標，并計算最大葉面積：

最大葉面積（cm2）=最大葉長×最大葉寬×0.634 5。

1.4 數據統計分析

經濟分析包括成本投入和產值2個部分。本研究成本投入為氮肥投入成本，含氮肥自身費用和勞動成本。固態有機肥、液態有機肥、穩定性氮肥和緩釋氮肥的價格分別為1.8、1.6、4.0、3.5元/kg，上述價格由大理市煙草公司綠色種植補貼和中國化肥網2021年年報價格換算而得。單次施肥的勞動力成本為3 000元/hm2，由全國農產品成本收益資料匯編換算而得。計算公式如下：

施氮肥投入（元/hm2）=氮肥成本+勞動成本；

施氮效益（元/hm2）=總產值-施氮肥投入-不施氮肥小區產量收益；

吸氮量（kg/hm2）=氮素含量×干物質質量；

氮肥偏生產力（kg/kg）=施氮處理煙葉產量/施氮量；

各土層無機氮積累量（kg/hm2）=土層厚度×土壤容重×（土壤硝態氮含量+土壤銨態氮含量）；

氮素表觀礦化量=不施氮小區的氮素輸出量（不施氮處理植株氮素吸收量+成熟期0～60 cm不施氮處理土壤無機氮含量）-移栽前0～60 cm不施氮處理土壤無機氮含量；

表觀氮素損失量=施氮處理氮素輸入量（栽前0～60 cm土壤無機氮含量+氮素表觀礦化量+氮肥施用量）-施氮處理氮素輸出量（植株氮素吸收量+成熟期0～60 cm土壤無機氮含量）［7］。

上述公式所有數據基于樣品干質量計算，試驗數據處理及圖表制作用Microsoft Excel 2019完成，用SPSS 25.0統計軟件進行單因素方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同處理對烤煙經濟性狀及施氮效益的影響

由表3可知，對于烤煙K326，施用氮肥顯著提高了其產量和產值，NOPT-1處理在產量、產值方面均取得最大值，較N0處理分別顯著提高了29.2%和29.0%，較FP處理分別提高了8.8%和6.1%，較NOPT-2處理分別提高了8.0%和8.7%。在施氮效益方面，受肥料價格和施用量的影響，NOPT-2處理氮肥費用最低，為467元/hm2，FP處理氮肥費用最高，為3 460元/hm2。在FP處理中，基施有機肥和移栽后立即施用液態有機肥為移栽當天施肥，算作單次施肥，因此FP處理和 NOPT-1 處理均為施2次氮肥，勞動成本均為 6 000元/hm2。NOPT-2處理僅在移栽前施用氮肥，因此勞動成本為3 000元/hm2。NOPT-1處理施氮效益最高，其次是NOPT-2處理，分別較FP處理提高6 826、4 292元/hm2。對于烤煙紅花大金元，NOPT-1處理在產量、產值方面取得最大值，其產量較FP處理和NOPT-2處理分別提高了6.3%和6.7%，但各施氮處理間無顯著差異，其產值較FP處理提高了11.8%，較NOPT-2處理顯著提高了16.4%。在施氮效益方面，NOPT-1處理取得最大值，其次是NOPT-2處理，分別較FP處理提高了10 900、3 584元/hm2。

2.2 不同處理對烤煙打頂期農藝性狀的影響

由表4可知，施用氮肥對烤煙各農藝性狀指標均有較好的提高效果，在最大葉長、最大葉寬、莖圍和最大葉面積方面均有顯著性差異。對于烤煙K326，在株高、最大葉長、莖圍和最大葉面積方面各處理均表現為NOPT-1＞NOPT-2＞FP＞N0，NOPT-1處理均取得最大值，其中，在株高、最大葉長和莖圍方面與FP處理差異顯著，分別提高了6.95%、7.38%和7.14%。NOPT-2處理在株高方面與FP處理差異顯著，較其提高了5.73%。對于烤煙紅花大金元，在株高、莖圍和最大葉面積方面各處理均表現為NOPT-1＞NOPT-2＞FP＞N0。NOPT-1處理在最大葉寬和最大葉面積方面與FP處理差異顯著，分別較其提高了6.01%和13.40%。NOPT-2處理各項農藝性狀指標與FP處理均無顯著性差異。

2.3 不同處理對烤煙成熟期吸氮量和表觀氮素平衡的影響

由表5可知，對于烤煙K326，在施氮量方面，NOPT-1和NOPT-2處理較FP處理減少了38.8%。在成熟期吸氮量方面，施用氮肥顯著提高了煙株的吸氮量，具體表現為FP＞NOPT-2＞NOPT-1＞N0。在氮肥偏生產力方面，NOPT-1處理較FP處理顯著提高了78.1%，NOPT-2處理較FP處理顯著提高了64.8%。對于烤煙紅花大金元，在施氮量方面，NOPT-1與NOPT-2處理較FP處理減少了20%。施用氮肥顯著提高了煙株的吸氮量，具體表現為NOPT-2＞NOPT-1＞FP＞N0，NOPT-2和NOPT-1處理較FP處理提高了37.21%和34.06%。在氮肥偏生產力方面，NOPT-1 處理取得最大值，其次是NOPT2處理，NOPT-1處理和NOPT-2處理分別較FP處理顯著提高32.9%和24.6%。

由表6可知，試驗地氮素投入項包括肥料投入、移栽前0～60 cm土壤無機氮含量和氮素表觀礦化量3項，氮素輸出項包括作物成熟期吸氮量、成熟期0～60 cm土壤無機氮含量2項。其中，氮素表觀礦化量是氮投入的主要來源，占氮素投入項的 34.9%～91.2%，且2個試驗點土壤表觀氮礦化量差異明顯，在一定程度上反映了地域和氣候等因素對土壤供氮能力的影響。

對于K326，在移栽前0～60 cm土壤無機氮含量和成熟期0～60 cm土壤無機氮含量方面，各處理之間無顯著差異，成熟期土壤無機氮含量具體表現為FP＞NOPT-1＞NOPT-2＞N0。最終烤煙K326的表觀氮素損失量以FP處理最高，為43.65 kg/hm2，NOPT-1與NOPT-2處理分別較FP處理降低了23.9%和19.2%。對于紅花大金元，在移栽前0～60 cm土壤無機氮含量和成熟期0～60 cm土壤無機氮含量方面，各處理之間無顯著差異。最終烤煙紅花大金元的表觀氮素損失量以FP處理最高，為32.51 kg/hm2，NOPT-1與NOPT-2處理分別較FP處理降低了58.0%和65.5%。整體而言，NOPT-1、NOPT-2處理與FP處理相比，可以有效降低成熟期0～60 cm土壤無機氮含量與表觀氮素損失量。

2.4 不同施肥處理對土壤無機氮含量的影響

圖1為灣橋和三營試驗點烤煙生育期0～20 cm土壤無機氮含量動態變化圖。在灣橋試驗點，移栽前期各處理之間無顯著差異。團棵期時，FP處理土壤無機氮含量有較大提高，并顯著高于其余各處理，具體表現為FPgt;NOPT-2gt;NOPT-1gt;N0。打頂期時，FP處理土壤無機氮含量有所下降，NOPT-2 處理土壤無機氮含量有所提高，并顯著高于NOPT-1和N0處理，具體表現為NOPT-2gt;FPgt;NOPT-1gt;N0。成熟期時，土壤無機氮含量具體表現為FP＞N0＞NOPT-2＞NOPT-1，但處理之間無顯著差異，NOPT-1處理（45.7 kg/hm2）和NOPT-2處理（50.5 kg/hm2）較FP處理（77.0 kg/hm2）土壤無機氮含量分別降低了40.6%和34.4%。整體來看，各施氮處理0～20 cm土層無機氮含量呈現先升高后降低的趨勢，各時期以團棵期土壤無機氮含量最高，成熟期土壤無機氮含量高于移栽前。

在三營試驗點中，移栽前期各處理土壤無機氮含量無顯著差異。團棵期，各處理土壤無機氮含量均有所提高，FP處理土壤無機氮含量顯著高于其余各處理。打頂期時，FP處理土壤無機氮含量下降較為明顯，但仍顯著高于其余各處理。成熟期，各處理間土壤無機氮含量無顯著差異。整體而言，各時期土壤無機氮動態變化規律與灣橋（K326）相似，呈先升高后降低趨勢，團棵期與打頂期土壤無機氮含量顯著高于移栽前和成熟期。

3 討論

3.1 穩定性氮肥和緩釋氮肥對烤煙經濟性狀及農藝性狀的影響

在烤煙生產過程中，氮素是影響其經濟性狀最為重要的營養元素［16］。氮肥用量不足或過量投入都會導致烤煙產量的下降。前人研究表明，適度減少10%～20%氮肥用量有助于提高煙葉產量和產值，而氮肥用量減少超過30%之后則抑制煙株生長，產量和產值降低［8］。本研究表明，在灣橋（K326）試驗點相比農戶傳統減氮38%后，NOPT-1處理仍可以較好地提高烤煙的經濟性狀，這與郭廣正的研究結果［17］相符，而在三營（紅花大金元）試驗點減氮20%后，NOPT-2處理產值有所下降。原因可能是硝化抑制劑延緩了銨態氮向硝態氮的轉化，減少了活性氮的損失［18］，進而提高氮肥利用率，而緩釋氮肥前期養分釋放較慢，肥料供氮不足。盡管三營試驗點中NOPT-2處理的產值較FP處理有所降低，但其肥料施用量較少，相同施肥成本的基礎上減少了肥料本身的費用，因此較FP處理提高了施氮效益。綜合2個試驗點來看，等養分投入情況下，NOPT-1處理較NOPT-2處理表現更好，該結論印證了前人在其他作物上的研究結果［19-20］。碳氮代謝是烤煙生長發育最為基本的代謝過程，其協調程度對烤煙的品質和產量至關重要［21-22］。氮素通過調節氮碳代謝來影響碳水化合物的形成［23］。王芬研究表明，硝化抑制劑促進了13C由營養器官向果實的遷移，降低了果實對15N吸收和征調的能力，有利于調節營養生長和生殖生長之間的平衡，提高產量和品質［24］。本研究中，NOPT-1處理在2個品種烤煙中均有較好表現，各項農藝性狀指標較FP處理均有提高，說明硝化抑制劑對烤煙同樣具有調節效果。NOPT-2處理則整體較FP處理無顯著提高，這與何康等的研究結果［25］不同，其原因可能是本研究處理的養分投入量較低，前期無法滿足煙株需求，也可能是生長后期肥料氮的釋放對氮代謝的減弱起到阻礙作用［26］。

3.2 穩定性氮肥和緩釋氮肥對煙株氮素利用和表觀氮素平衡的影響

煙株吸氮量與氮肥偏生產力是衡量施氮是否合理的重要指標。杜艷彩等研究表明，煙株吸氮量與施氮量呈正相關，氮肥偏生產力隨著施氮水平的提高而顯著下降［27］。本研究表明，施用氮肥可以顯著提高煙株成熟期吸氮量，各施氮處理的氮肥偏生產力與施氮量呈負相關。但隨著施氮量的增加，烤煙紅花大金元的成熟期吸氮量下降，可能是過量施氮對煙株產生負面作用，降低了煙株對氮素的需求［28］。本試驗表明，NOPT-1處理可以顯著提高K326和紅花大金元的氮肥偏生產力，這與馮小杰等的研究結果［29］相符。王鵬等研究表明，在保山煙區施用緩釋氮肥能促進表層土壤吸收，提高氮素利用率［30］。本研究與之相符，試驗所用緩釋氮肥養分釋放曲線為“S”形，25 ℃靜水條件下控釋尿素釋放期為48 d，其氮素釋放速率與烤煙氮素吸收規律相似［31］。施用緩釋氮肥提高了K326和紅花大金元吸氮量和氮肥偏生產力，有利于提高養分利用率。

氮平衡研究是評價生態系統中氮素循環和氮肥去向的重要指標，也是研究土壤氮素利用與損失的常用方法之一［32-33］。本研究顯示，灣橋和三營試驗點土壤氮素表觀礦化量存在明顯差異，可能是灣橋試驗點靠近洱海，土壤含水量較高導致［34］。相關研究證明，施氮量與土壤無機氮含量呈顯著正相關關系，過量施用氮肥是地下水硝態氮污染的主要原因［35-36］。本研究中，FP處理氮肥過量投入，導致各生育期土壤無機氮含量較高，而NOPT-1和 NOPT-2 處理氮素供應和作物需求趨于同步，降低了各生育期土壤無機氮積累量，從而降低了2個試驗點的氮素損失，這與朱經偉等的研究結果［37］一致。前人研究證明，合理施用穩定性氮肥或緩釋氮肥，可以提高作物的氮素利用率，減少表觀氮素損失［38］。本研究表明，NOPT-1和NOPT-2處理較FP處理減少了19.2%～65.5%的表觀氮素損失，但成熟期土壤無機氮含量仍保持在較高水平（2個試驗點平均為164.65 kg/hm2），遠超出國外的環境承受值（50 kg/hm2）［39］，考慮到土壤中無機氮的適當殘留有利于小春作物的吸收利用，但殘留量仍不宜超過100 kg/hm2 ［40］。因此，本試驗下一步將繼續優化施肥方案和管理措施，進一步降低煙田養分面源污染以實現洱海流域煙田綠色發展。

4 結論

本研究在農戶傳統施氮的基礎上，結合烤煙養分吸收規律，優化了養分投入量和氮肥種類。與農戶傳統處理相比，施用穩定性氮肥處理和緩釋氮肥處理在產量和產值方面沒有顯著差異，但大幅提高了施氮效益。優化施氮在農藝性狀方面較農戶傳統施氮有不同程度的提高，穩定性氮肥處理對烤煙K326在煙株株高、最大葉長和莖圍方面有顯著影響，對烤煙紅花大金元在最大葉寬和最大葉面積方面有顯著影響。優化施氮在氮肥偏生產力方面較農戶傳統處理對2個品種烤煙均有顯著提高，并降低了表觀氮素損失量。2個優化施氮處理比較來看，穩定性氮肥處理綜合表現較好，該措施能夠有效兼顧烤煙的生長和氮素利用，可以達到高效低損的目標。

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收稿日期：2023-02-05

基金項目：中國煙草總公司云南省公司科技計劃重點項目（編號：2020530000241005）。

作者簡介：王 琛（1999—），男，山東濱州人，碩士研究生，主要從事養分優化管理研究。E-mail：wangchen106069@163.com。

通信作者：孫軍偉，碩士，農藝師，主要從事煙草栽培研究。E-mail：278836098@qq.com。