恩施州烟田养分输入、输出与平衡

邓建强，王瑞，谭军，赵晓超

1湖北省烟草公司恩施州公司，恩施445000;2湖北中烟工业有限公司物资采购中心，武汉430040

烟草是一种投入较高的经济作物, 其肥料投入约占总物资投入的60%，是烟农降低生产成本的关键切入点。且肥料是影响烟叶产量和品质的重要因素之一，对烟叶产量的贡献率约为40%[1]，对品质中香气的贡献率仅次于品种[2-3]。目前，很多学者对全国农林系统的养分平衡进行估算和评价，提出了当前我国农业系统中多数出现了“氮、磷盈余，钾素略显不足”的问题[4-7]。其中，陶芾等人对我国烤烟生产体系中的养分平衡进行详细阐述[8]。恩施地区具有喀斯特地貌特征，加上年降水量可达到1400 mm[9]，容易造成土壤养分流失。为此，本文对该区域植烟土壤养分平衡进行科学估算与评价，旨在分析其土壤养分平衡状况，为当地烟叶生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

恩施烟区地处鄂西南（东经109°4′48″～109°58′42″，北纬 29°50′24″～30°40′00″），是湖北省烟叶主产区，也是我国白肋烟第一大产区，常年种植烟叶50万亩左右，年产烤烟105万担，白肋烟50万担。该区域具有喀斯特地貌特征，属于亚热带季风和季风性湿润气候。年平均气温为16.3℃，烟叶大田≥10℃活动积温为3061.8℃，全年降水量为1434.9 mm，烟叶田间生长期降水量占全年降水量的60%左右，年平均日照时数为1228.8 h，年平均相对湿度为81.5%[9]。

1.2 研究方法

1.2.1 烟田养分估算方法

1.2.1.1 输入

烟田养分输入主要考虑化肥、有机肥、生物固氮、烟苗带入养分、灌溉和降水所带入的养分。化肥和部分有机肥投入量以2009年烟草公司全年投入资料为准，折算成纯养分量计入。人畜禽粪尿带入养分估算中的务农人口量和畜禽饲养量来自《2010年湖北省统计年鉴》[10]，按照年排放量进行估算。各种粪尿的氮磷钾养分含量参照全国农业技术推广服务中心数据[11]，各种畜禽粪尿的回田率参见文献[12]，估算参数见表1，畜禽年养分排放量见概算方程（1）。人粪尿的回田数量按照每年每人1.0 kg N、0.25 kg P2O5、0.25 kg K2O 计算[13]。人畜粪尿堆肥氮素损失按照40%计算[14]，磷和钾的损失忽略不计。根据调查统计，恩施州有29.2%的烟田有施用人粪尿堆肥习惯，后以该类烟田占农田比例进行折算。

其中t为畜禽年养分排放量、Q0为前一年年末存栏数、Q1为年末存栏数、Q2为年内出栏数、T为饲养周期、q为日养分排放量。

表1 主要畜禽的饲养周期和日养分排放量

秸秆按照作物产量和草谷比进行估算，秸秆中氮磷钾养分含量参见全国农业技术推广服务中心数据（表2）[11]。秸秆回田率按30%计算[5]，由于烟田耕作制度和普通农田有一定差别，调查发现约15%的烟田有轮作和施用草木灰的习惯，后以该类烟田占农田比例折算秸秆带入的养分量。

表2 恩施州不同作物秸秆养份含量汇总

（续表2）

植烟土壤绿肥推广面积为4013.3 hm2，按每公顷平均翻压还田15000 kg，绿肥养分含量按N 0.502%、P2O50.123%、K2O 0.470%计算。烟苗主要以育苗基质和培养液的形式将养分带入烟田，按照N 0.302 kg·hm-2、P2O50.015 kg·hm-2、K2O 0.488 kg·hm-2计。通过干湿沉降输入到烟田的养分平均每年N 20.2 kg·hm-2、P2O51.2 kg·hm-2、K2O 8.3 kg·hm-2进行估算[5]。恩施州烟水配套系统约占总烟田面积的82.6%，按照此比例以平均每年 N 12.1 kg·hm-2、P2O51.5 kg·hm-2、K2O 14.8 kg·hm-2进行概算[5]。

1.2.1.2 输出

烟田养分输出包括烟叶生长吸收养分和养分损失两部分。烟叶生长所需养分按照烟叶总收购量和生产单位烟叶产量所需要氮磷钾数量进行估算。其中，单位生产烤烟所需养分为 N 38.5 kg·t-1、P2O512.1 kg·t-1、K2O 70.5 kg·t-1[15]；单位生产白肋烟所需养分为N 68.0 kg·t-1、P2O55.5 kg·t-1、K2O 58.0 kg·t-1[16]。无机肥料氮素损失按照50%计算，有机肥料氮素的损失率低于化肥氮，按照30%概算，磷肥和钾肥的径流和无效化损失以20%和17%计算[5、13、28]。灌溉水和干湿沉降的养分损失参照化学肥料损失率。

1.2.1.3 平衡

根据养分总量输入和养分总量输出估算2009年恩施州65.8万亩烟田总体养分平衡状况。按照以下公式计算：

1.3 土壤养分和烟叶数据来源

对恩施州的6个县市烟叶主产区的2002年、2009～2011年共计2600余份土样进行了检测。碱解氮采用碱解扩散法，速效磷采用碳酸氢钠浸提钼锑抗比色法，速效钾采用醋酸铵浸提原子吸收法。方法流程参考文献[17]。烟叶钾含量数据来源于《中国烟草科学技术数据库》，提取出2003～2007年全国各省云烟87烟叶化学成分数据做为基础性数据[18]。

2 结果

2.1 烟田养分输入

2.1.1 化肥输入

2009年度恩施州烟田养分总输入量约为2.64万吨，其中氮、磷、钾总量分别为0.83万吨、0.53万吨和1.28万吨。化肥总投入量为2.02万吨，占总输入量的77%，分别占氮、磷、钾总输入量的61.5%、83.8%、83.6%。按照肥料种类统计，复合肥、硫酸钾、硝酸钾、硝酸铵和磷肥分别占总输入量56.8%、11.8%、0.4%、5.0%和2.7%。说明恩施州烟田化肥投入比例偏高，超过了总养分投入量的70%。

2.1.2 有机肥输入

有机肥总投入量为0.38万吨，约占总养分输入量的14%，分别占氮、磷、钾总输入量的22.3%、14.2%、9.2%。烟草直接投入的有机肥（包括饼肥、商品有机肥和绿肥）、人蓄粪尿、秸秆还田和非共生固氮所占总有机肥比例分别为30.4%、43.9%、8.3%和17.4%，说明当前区域内有机肥主要源于人畜粪尿和烟草投入的有机肥。根据恩施州人口量和畜牧业和农作物生产状况进行估算，烟田的人畜粪尿和秸秆还田的潜在养分供应量分别为1.68万吨和0.21万吨，因此充分利用该类有机肥，对解决有机肥投入量低，实现养分绿色循环有积极意义。

2.1.3 其它输入

除上述两种主要输入途径外，烟田还能通过烟苗带入、灌溉和大气沉降方式带入一定量的养分，共计约为0.24万吨，占总养分投入量的9.0%，分别占氮、磷、钾总输入量的16.2%、2.0%、7.2%。其中输入灌溉和大气沉降带入的养分较多，分别占总输入量的3.9%和4.9%，说明由自然界直接进入烟田的养分，特别是氮也占了一定的份额，对烟叶生产也起到一定的作用。

表3 恩施烟田养分输入、输出与平衡估算（t）

2.2 烟田养分输出

烟田养分输出主要由烟叶吸收的养分和养分损失组成。烟叶吸收的养分包括烟叶产量部分和秸秆部分。按恩施州2009年烤烟5.95万吨、白肋烟2.98万吨生产量计算，烟叶生产氮、磷、钾养分数量分别为0.43万吨、0.09万吨和0.59万吨，分别占养分总输入量的52.2%、16.6%和46.3%，养分输入大于烟叶吸收，其中磷肥表现最为明显。

除烟叶吸收外，还有一定数量的养分是通过各种途径损失。氮素通过硝化-反硝化作用和雨水淋失等作用损失最大，经估算，恩施基本烟田氮素损失达0.38万吨，占总氮输入量的45.5%；磷和钾素通过径流和无效损失率分别以20%和17%计，损失量达0.11万吨和0.22万吨。

2.3 烟田养分平衡

根据恩施烟田养分输入与输出计算养分平衡状况表明，总体养分盈余量达0.82万吨，占总养分输入的31.3%，其中，氮、磷、钾盈余量占相应总输入量的2.2%、63.4%和36.7%。按2009年全州65.8万亩烟田计算，氮、磷、钾养分平均盈余为0.3 kg/亩、5.1 kg/亩、7.1 kg/亩。结合恩施基本烟田速效养分变化情况（图1）推断可知：（1）平衡概算烟叶吸收氮素占总氮输入的52.2%，大于常规意义中氮肥当季利用率30%[19]，这是与概算过程中未将土壤本底氮素含量计入有关，且近期土壤碱解氮含量处于逐步下降趋势，说明该区域氮素输入输出基本持平，处于略亏状态。（2）磷肥和钾肥后效较强，近期土壤有效磷和有效钾基本处于逐步上升，与投入量逐年增加有关。综上所述，该区域氮素输入输出持平、略有亏损，磷和钾均有盈余，该结论与陶芾等对我国烤烟生产体系中的养分平衡进行评价的结果基本一致[8]。

图1 恩施植烟土速效养分变化图

3 结论与讨论

3.1 适度增施氮肥、稳定磷钾水平

一般说, 农田氮素平衡盈余率((输入-输出)/输出*100%)超过20%以上时, 即可能引起氮素对环境的潜在威胁[20]，2009年恩施州烟田养分中氮素为2.3%，氮肥投入量基本持平，且土壤碱解氮有一定程度下降，对环境基本无影响。因此对于氮素来讲，应适度增补氮肥用量，尤其是增加有机肥投入量，以提高氮肥的利用率和供应量，避免盲目减少氮肥用量而影响到烟叶生产。

磷的后效较高，其累计利用率可达80%以上[21]，2009年磷的盈余率为173.0%，烟叶带出占磷总输入的16.6%，且与2002年相比近期有效磷含量均值有显著升高，因此应推广平衡施肥，整体上适度稳定磷肥投入量，增施有机肥，提高土壤残留磷肥的有效性，满足烟叶生产，防止烟田磷肥残留量过高产生潜在危害。

我国农田钾素平衡达到盈余状态的并不多见[22],而恩施烟田养分中钾的盈余率为57.9%，且近期土壤有效钾有一定程度上升，说明烟田与其它农田的钾含量有一定差别。土壤的供钾能力和烟叶含钾量有一定的相关性[23]，与全国其它区域相比，恩施州云烟87含钾量处于全国的中等偏上水平（图2），仅次于安徽、湖南和云南，可能与当地钾肥盈余较高有关，应稳施钾肥，注重以增加钾肥追肥比例和次数的方式提高其利用率，后作经济作物，降低土壤钾残留量，达到烟叶生产与环境可持续发展的目的。

图2 全国云烟87钾含量统计图

3.2 降低化肥投入量，防止土壤酸化

优质烟叶生产要求土壤pH为5.5～6.5，全国约有21%的烟田土壤pH低于5.5，属于酸性土壤，且基本集中在南方烟区[24]。根据调查，与2002年恩施州烟田土壤酸碱度调查结果相比，近期土壤pH低于5.5所占比例上升了12.2%（图3），且已有报道概述了恩施州耕地酸化状况日益突出，政府已投入了大量的人力物力以缓解该问题对当地农业生产带来的不良影响[25]。土壤酸化的诱导因素有很多，张福锁研究表明我国过去30年中对化肥的过度使用是导致土壤酸化的主要诱因[26]。恩施州烟田化肥投入比例偏高，近占总养分输入量的八成，磷钾的盈余量大，部分区域出现了土壤板结和酸化现象，且近几年亩平化肥投入量基本不变（表4），应适度降低化肥的投入比例，以防止烟田土壤区域性酸化。

图3 恩施州pH分级统计对比图

表4 近年亩平烟田化肥输入养分

3.3 提高有机肥投入量，重视农家肥施用

有机肥对改善土壤理化性状，提高土壤保水保肥能力，增强土壤养分的有效性都有显著的效果[27]。2009年人畜粪尿和秸秆还田占总有机肥投入量的近一半，而烟草直投有机肥量约为其总量的1/3，只为直投化肥总量的5.7%左右，应逐步提高烟草直补有机肥的投入量。同时，恩施州人畜粪尿和作物秸秆的潜在纯养分年供应量约为1.89万吨，如合理利用该类资源，可有效地降低烟叶生产成本，解决当前有机肥投入不足的问题，应鼓励烟农兴建沼气池、重视农家肥的施用，政府和烟草给予一定的政策支撑，实现烟叶生产的养分绿色生态循环模式。

3.4 增加烟秆生物有机肥和绿肥的推广力度

按恩施州2009年烟叶8.94万吨生产量，草/谷比1.6，烟秆中氮、磷、钾含量分别为1.295%、0.346%、1.995%[11]，处理能力50%计算，生产出的烟秆生物有机肥含纯养分量为1299.9吨（氮463.0吨、磷123.7吨、钾713.2吨），约是2009年有机肥总输入量的34.4%，可见推广烟秆生物有机肥既能就地取材，减少大量烟秆残留田间，又能解决当前烟草直补有机肥投入量不足的问题。同时，2009年绿肥的推广种植面积为4013.3hm2，约占总有机肥投入量的18%，应继续加大绿肥的推广种植面积，以缓解恩施州烟区连作障碍、解决土壤退化呈现出的一些问题。

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