有機(jī)和無(wú)機(jī)煙草專(zhuān)用肥配合施用對(duì)煙草生產(chǎn)效益和肥料氮素利用率的影響

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(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，國(guó)家緩控釋肥工程技術(shù)研究中心，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，山東泰安 271018; 2 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所，山東青島 266101)

氮素是影響煙草生長(zhǎng)和發(fā)育的重要元素[1-3]，施用氮肥是保障煙草生長(zhǎng)和高產(chǎn)的重要措施，缺氮或氮素過(guò)量都會(huì)影響煙草的產(chǎn)量和品質(zhì)[4-6]。煙草生產(chǎn)中施用的專(zhuān)用肥料有多種，分為煙草無(wú)機(jī)專(zhuān)用肥和煙草有機(jī)專(zhuān)用肥，施用效果各不相同[7]。煙草無(wú)機(jī)專(zhuān)用肥能有效提高作物的產(chǎn)量，但長(zhǎng)期大量施用會(huì)引起土壤酸化、 板結(jié)、 供肥能力下降、 土壤環(huán)境惡化等問(wèn)題[8-10]。煙草有機(jī)專(zhuān)用肥能改善土壤的理化性狀，提高土壤養(yǎng)分含量及作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，保護(hù)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，但其肥效緩慢[11-16]。

相關(guān)研究多集中在施用同一種專(zhuān)用肥對(duì)植煙土壤及其產(chǎn)量與品質(zhì)的影響等方面[17-20]，而關(guān)于有機(jī)和無(wú)機(jī)煙草專(zhuān)用肥配合且一次施用對(duì)煙草產(chǎn)量及氮素利用率方面的報(bào)道較少。本試驗(yàn)采用盆栽和田間試驗(yàn)方法，研究無(wú)機(jī)與生物有機(jī)兩種煙草專(zhuān)用肥配合比例及其用量對(duì)土壤硝態(tài)氮、 銨態(tài)氮、 全氮、 煙草地上部分干物質(zhì)累積量、 產(chǎn)量以及氮素利用率的影響，以期減少施肥次數(shù)、 降低勞動(dòng)成本、 提高肥料利用率，達(dá)到增產(chǎn)增效，為煙草栽培及其可持續(xù)生產(chǎn)中肥料施用提供科學(xué)的理論和實(shí)踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試煙草品種為中煙100，由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所提供。

供試土壤類(lèi)型為褐土(普通簡(jiǎn)育干潤(rùn)淋溶土)，其部分化學(xué)性狀： pH值8.16，電導(dǎo)率179.60 μs/cm，有機(jī)質(zhì)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(wú)機(jī)專(zhuān)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(guī)律摻混而成，N ∶P2O5∶K2O=9% ∶9% ∶27%，養(yǎng)分總含量為45%。煙草生物有機(jī)專(zhuān)用肥是由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所提供的中煙多效生物有機(jī)肥，N ∶P2O5∶K2O=1.2% ∶1.2% ∶0.4%，養(yǎng)分總含量為2.8%，有效活菌數(shù)0.71億個(gè)/g，有機(jī)質(zhì)含量30%。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)6個(gè)處理： 1)CK對(duì)照，不施肥; 2)T1處理，煙草無(wú)機(jī)專(zhuān)用肥氮60 kg/hm2; 3)T2處理，70%煙草無(wú)機(jī)專(zhuān)用肥氮42 kg/hm2+30%有機(jī)專(zhuān)用肥氮18 kg/hm2，總氮量60 kg/hm2; 4)T3處理，多效生物有機(jī)專(zhuān)用肥氮60 kg/hm2; 5)T4處理，煙草無(wú)機(jī)專(zhuān)用肥氮60 kg/hm2+5%有機(jī)專(zhuān)用肥氮3.45 kg/hm2，總氮量63.45 kg/hm2; 6)T5處理，煙草無(wú)機(jī)專(zhuān)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(yàn)，試驗(yàn)用盆規(guī)格為高45 cm，上口直徑40 cm、 底部直徑30 cm，將試驗(yàn)用風(fēng)干土過(guò)篩稱重，與肥料混勻后裝盆，每盆裝土30 kg。盆栽試驗(yàn)每盆一株，每個(gè)處理重復(fù)15次，共90盆，隨機(jī)排列。

田間試驗(yàn)，試驗(yàn)小區(qū)12 m2，煙草株行距為0.5 m ×1.0 m，每小區(qū)植煙20株，每個(gè)處理重復(fù)3次，共18小區(qū)，隨機(jī)排列。

盆栽和田間試驗(yàn)均于2012年5月6日取長(zhǎng)勢(shì)相近的煙苗進(jìn)行移栽，8月30日收獲。試驗(yàn)于團(tuán)棵期、 旺長(zhǎng)期、 圓頂期、 成熟期四個(gè)生育期采集土壤和植株樣品進(jìn)行分析。試驗(yàn)管理同常規(guī)煙草田間管理措施。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

煙草地上部植株的干重和產(chǎn)量采用田間調(diào)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(kāi)氏法; 土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮采用0.01 mol/L CaCl2浸提-AA3型流動(dòng)注射分析儀測(cè)定[21]。

氮素利用率用差值法計(jì)算，氮素利用率=(施氮區(qū)吸氮量─對(duì)照處理吸氮量)/施氮量×100%; 氮素依存率=無(wú)氮區(qū)吸氮量/施氮區(qū)吸氮量×100%; 土壤偏生產(chǎn)力(kg/kg)=施氮區(qū)產(chǎn)量/施氮量[22-23]。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

田間調(diào)查和室內(nèi)測(cè)定數(shù)據(jù)均采用SAS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)和無(wú)機(jī)煙草專(zhuān)用肥配施及用量對(duì)煙草不同生育期土壤硝態(tài)氮含量的影響

各試驗(yàn)處理煙草根區(qū)土壤硝態(tài)氮含量隨著煙草的生長(zhǎng)發(fā)育逐漸降低(圖1)。在60 kg/hm2施氮水平下，煙草整個(gè)生育期中T1、 T2和T3處理土壤硝態(tài)氮含量之間均差異顯著。在煙草團(tuán)棵期土壤硝態(tài)氮含量的大小順序?yàn)門(mén)1>T2>T3; 旺長(zhǎng)期、 圓頂期、 成熟期均為T(mén)2>T1>T3，土壤硝態(tài)氮含量三個(gè)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(wú)機(jī)專(zhuān)用肥僅在煙草生長(zhǎng)初期對(duì)土壤硝態(tài)氮含量的提高作用顯著; 無(wú)機(jī)專(zhuān)用肥和生物有機(jī)專(zhuān)用肥配施能提高煙草整個(gè)生育期土壤硝態(tài)氮含量，單施生物有機(jī)專(zhuān)用肥則顯著低于單施無(wú)機(jī)專(zhuān)用肥和二者配施。

圖1 煙草不同生育期土壤硝態(tài)氮含量Fig.1 Content of soil nitrate nitrogen at different tobacco growth stages

在不減少無(wú)機(jī)專(zhuān)用肥氮用量， 增加相當(dāng)于5%的生物有機(jī)專(zhuān)用肥氮后(總氮量63.45 kg/hm2，即T4處理)， 從煙草團(tuán)棵期到成熟期T4和T5處理之間土壤硝態(tài)氮含量差異均不顯著; 與T5處理相比，T4處理四個(gè)生育期土壤硝態(tài)氮含量分別高出-3.98%、 7.16%、 16.72%、 2.89%。從旺長(zhǎng)期到成熟期，T2處理土壤硝態(tài)氮含量比T4處理分別高出10.52%、 19.28%、 3.75%。說(shuō)明配施30%生物有機(jī)專(zhuān)用肥氮可以調(diào)節(jié)氮素養(yǎng)分在土壤中的釋放速率，使其在更長(zhǎng)的生育期里保持一個(gè)較高的供氮水平， 配施比例過(guò)低，則無(wú)效果。

2.2 有機(jī)和無(wú)機(jī)煙草專(zhuān)用肥配施及用量對(duì)煙草不同生育期土壤銨態(tài)氮含量的影響

各處理煙草根區(qū)土壤銨態(tài)氮含量隨煙草的生長(zhǎng)發(fā)育呈現(xiàn)先逐漸降低后緩慢升高的變化趨勢(shì)(圖2)。

圖2 煙草不同生育期土壤銨態(tài)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(tuán)棵期土壤銨態(tài)氮含量大小為 T1>T2>T3，T1處理土壤銨態(tài)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(tài)氮含量高出T3處理16.35%。旺長(zhǎng)期和圓頂期，T1與T2、 T3處理土壤銨態(tài)氮含量之間差異均不顯著， T1處理土壤銨態(tài)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(tài)氮含量大小為 T1>T3>T2。單施無(wú)機(jī)專(zhuān)用肥在煙草團(tuán)棵期對(duì)土壤銨態(tài)氮含量的提高作用顯著，在成熟期效果不明顯; 無(wú)機(jī)專(zhuān)用肥和生物有機(jī)專(zhuān)用肥配施能有效提高煙草整個(gè)生育期土壤銨態(tài)氮的含量，單施生物有機(jī)肥在整個(gè)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(gè)生育期土壤銨態(tài)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(tài)氮含量在煙草四個(gè)生育期分別比T4處理高出-14.75%、 0、 0.75%、 -1.82%。兩種專(zhuān)用肥配施，生物有機(jī)專(zhuān)用肥氮配施量少于5%時(shí)，土壤銨態(tài)氮含量與單施無(wú)機(jī)專(zhuān)用肥差異不顯著， 達(dá)到30%時(shí)則差異顯著。

2.3 有機(jī)和無(wú)機(jī)煙草專(zhuān)用肥配施及用量對(duì)煙草不同生育期土壤全氮含量的影響

不同處理對(duì)煙草不同生育期根區(qū)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(gè)生育期土壤全氮的含量大小均表現(xiàn)為T(mén)2>T1>T3，且T1、 T2、 T3處理土壤全氮含量之間，除旺長(zhǎng)期外，其他生育期差異均不顯著。其中，煙草團(tuán)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(zhǎng)期到成熟期，T2處理三個(gè)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(wú)機(jī)專(zhuān)用肥或生物有機(jī)專(zhuān)用肥在煙草整個(gè)生育期對(duì)土壤全氮含量的提高作用均不如氮煙草無(wú)機(jī)專(zhuān)用肥和生物有機(jī)專(zhuān)用肥配施顯著。

施氮量為63.45 kg/hm2時(shí)，煙草團(tuán)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(zhǎng)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(zhǎng)期到成熟期分別增加了1.27%、 0.77%、 2.33%。兩種煙草專(zhuān)用肥配施，生物有機(jī)專(zhuān)用肥氮配施量少于5%時(shí)煙草生長(zhǎng)中后期土壤全氮含量不如配施量達(dá)30%時(shí)效果明顯。

2.4 有機(jī)和無(wú)機(jī)煙草專(zhuān)用肥配施及用量對(duì)不同生育期煙草干物質(zhì)累積量的影響

隨著煙草的生長(zhǎng)，各試驗(yàn)處理的煙草地上部分干物質(zhì)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(zhì)累積量Fig.4 Above ground dry matter accumulation of tobacco at different growth stages

施氮量為60 kg/hm2時(shí)，煙草團(tuán)棵期T1和T2、 T3處理的煙草地上部分干物質(zhì)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(zhǎng)期到成熟期，煙草地上部分干物質(zhì)累積量大小為T(mén)2>T1>T3，煙草三個(gè)生育期地上部分干物質(zhì)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(dá)顯著水平。與單施生物有機(jī)專(zhuān)用肥和單施無(wú)機(jī)專(zhuān)用肥相比，化肥氮煙草無(wú)機(jī)專(zhuān)用肥和生物有機(jī)肥氮煙草專(zhuān)用肥配施能明顯增加煙草生育中后期地上部分干物質(zhì)累積量。

增加額外的5%有機(jī)肥專(zhuān)用氮(總施氮量為63.45 kg/hm2)時(shí)，T4 比T5處理煙草地上部分干物質(zhì)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(zhì)累積量比T4處理增加了0.76%。兩種煙草專(zhuān)用肥配施，生物有機(jī)專(zhuān)用肥氮配施量少于5%時(shí)，煙草地上部分干物質(zhì)累積量與其他處理差異不顯著; 而配施量達(dá)30%時(shí)，則差異顯著。

2.5 有機(jī)和無(wú)機(jī)煙草專(zhuān)用肥配施及用量對(duì)煙草產(chǎn)量的影響

各試驗(yàn)處理對(duì)煙草產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)量分別增產(chǎn)8.63%、 15.28%，差異顯著。T1煙草產(chǎn)量比T3增加了6.12%。無(wú)機(jī)專(zhuān)用肥和生物有機(jī)肥配施比二者單施更能顯著提高煙草產(chǎn)量。

施氮量為63.45 kg/hm2的各處理煙草產(chǎn)量大小為T(mén)4>T5，處理之間差異不顯著。T4、 T5處理的煙草產(chǎn)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(chǎn)量高出2.43%。T2處理產(chǎn)量比T4處理高出-0.34%。兩種專(zhuān)用肥配施時(shí)，隨生物有機(jī)專(zhuān)用肥氮配施量的增加，其煙草產(chǎn)量增加，在低于5%時(shí)效果不明顯，達(dá)到30%時(shí)效果明顯。

圖5 不同處理對(duì)煙草產(chǎn)量的影響Fig.5 Effects of different treatments on yield of tobacco

2.6 有機(jī)和無(wú)機(jī)煙草專(zhuān)用肥配施及用量對(duì)煙草氮素利用率的影響

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(chǎn)力和氮素利用率最高均為T(mén)2處理，與T1、 T3處理相比，T2土壤偏生產(chǎn)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(wú)機(jī)專(zhuān)用肥與生物有機(jī)專(zhuān)用肥配施更能有效提高土壤偏生產(chǎn)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(shí)，與T5相比，T4的總吸氮量、 土壤偏生產(chǎn)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(chǎn)力及氮素利用率差異未達(dá)顯著水平。

表1 不同處理對(duì)煙草氮素利用率的影響

無(wú)機(jī)專(zhuān)用肥與生物有機(jī)專(zhuān)用肥配施處理中，T2處理總吸氮量、 土壤偏生產(chǎn)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(zhuān)用肥配施處理中，生物有機(jī)專(zhuān)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(chǎn)力的效果優(yōu)于生物有機(jī)專(zhuān)用肥配施量為5%的處理，但差異不顯著。

3 討論與結(jié)論

試驗(yàn)結(jié)果表明，煙草整個(gè)生育期各處理根區(qū)土壤銨態(tài)氮、 硝態(tài)氮含量均隨煙草的生長(zhǎng)逐漸降低，而土壤全氮含量呈先略有上升而后降低的趨勢(shì)。這可能是由于煙草生長(zhǎng)初期吸收氮素相對(duì)較少，且根區(qū)土壤有充足的碳源促進(jìn)微生物固氮，因而土壤全氮含量略有提高; 至旺長(zhǎng)期后煙草植株吸氮量遠(yuǎn)高于微生物固持量，從而導(dǎo)致土壤全氮含量逐漸降低。煙草團(tuán)棵期土壤銨態(tài)氮、 硝態(tài)氮含量最高的處理是單施無(wú)機(jī)專(zhuān)用肥，而從旺長(zhǎng)期到成熟期70%無(wú)機(jī)專(zhuān)用肥氮+30%生物有機(jī)專(zhuān)用肥氮處理土壤銨態(tài)氮、 硝態(tài)氮含量最高，可能是因?yàn)榛蕵O易淋溶、 揮發(fā)，而生物有機(jī)肥養(yǎng)分釋放速度慢，在相同施氮量條件下，單施無(wú)機(jī)專(zhuān)用肥煙草生長(zhǎng)初期供氮速度較快，供應(yīng)強(qiáng)度大，能保障氮素在煙草生育初期的充足供應(yīng)，而70%無(wú)機(jī)專(zhuān)用肥氮與30%生物有機(jī)專(zhuān)用肥氮配施的氮素供應(yīng)強(qiáng)度互補(bǔ)且效應(yīng)持久，有利于煙草中后期的生長(zhǎng)發(fā)育。

在煙草生長(zhǎng)過(guò)程中，煙草生物量和產(chǎn)量的變化與土壤氮素供應(yīng)密切相關(guān)。本試驗(yàn)結(jié)果表明，70%無(wú)機(jī)專(zhuān)用肥氮+30%生物有機(jī)專(zhuān)用肥氮在提高煙草整個(gè)生育期煙草地上部分干物質(zhì)累積量、 土壤偏生產(chǎn)力、 煙草產(chǎn)量及氮素利用率方面的效果均顯著好于單施無(wú)機(jī)專(zhuān)用肥氮和單施生物有機(jī)專(zhuān)用肥氮，因?yàn)檫m量的生物有機(jī)專(zhuān)用肥不僅能夠改善土壤結(jié)構(gòu)，還具有較強(qiáng)的保肥能力，能夠保持無(wú)機(jī)專(zhuān)用肥氮釋放的部分氮素，降低氮素?fù)p失，因而在煙草整個(gè)生育時(shí)期土壤持續(xù)供氮能力較強(qiáng)，促進(jìn)了煙草的生長(zhǎng)發(fā)育和對(duì)氮的吸收利用。生物有機(jī)專(zhuān)用肥氮配施量為5%時(shí)，在土壤氮素含量、 煙草產(chǎn)量及氮素利用率等方面與單施無(wú)機(jī)專(zhuān)用肥氮無(wú)差異，且施肥效果低于生物有機(jī)專(zhuān)用肥氮配施量30%的處理，說(shuō)明有機(jī)肥氮加入量過(guò)低，起不到對(duì)土壤保肥、 供肥性的調(diào)節(jié)作用。因此，70%無(wú)機(jī)專(zhuān)用肥氮與30%生物有機(jī)專(zhuān)用肥氮配施，且總施氮量為60 kg/hm2時(shí)，既能在煙草整個(gè)生育期保持較高的土壤氮素有效性和土壤持續(xù)供氮能力，又能提高煙草的生產(chǎn)效益(生物量、 產(chǎn)量)和氮素利用率，是煙草施肥最佳推薦比例。

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