移栽时期与烤烟氮肥效应的相关性研究

谢志坚，涂书新，张 嵚，李进平，徐昌旭

(1江西省农业科学院土壤肥料与资源环境研究所，江西南昌330200;2华中农业大学资源与环境学院，湖北武汉430070;3江西农业大学国土资源与环境学院，江西南昌330045;4湖北省烟草科研所，湖北武汉430030)

肥料利用率是反映作物、土壤、肥料之间关系的动态参数，也是衡量肥料施用是否合理的一项重要指标［1］。目前，计算氮肥利用率的方法可分为差减法和15N示踪法两种，而且前者数值要高于后者。影响氮肥利用率的因素有很多，如土壤肥力、栽培管理措施和气候因子等［2］。氮素营养是作物生长的必需大量营养元素之一。然而，我国氮肥利用率并不高，普遍在 28% ～41%之间，平均仅为35%［3］，远低于发达国家的 50%～ 60%［4］。可见，还有大量氮素通过各种途径损失并进入到环境中［5］，既造成巨大的能源和资源浪费，增加了农业生产成本，又对生态环境构成严峻威胁。

烤烟是一种以采收成熟叶片为目的的氮素敏感型经济作物，对氮素的需求非常严格，氮素是影响烤烟生长以及产质量的最关键矿质营养元素［6］。另外，根据烤烟生产不同的生态条件，选择最佳栽培技术措施是提高烤烟生产水平的关键。移栽期不同，烤烟生育期内光、温和水等自然生态资源可能会完全不同，土壤养分供应状况、土壤微生物种群、数量及其活动也会有所差异，从而影响植株各生育期对氮素养分的吸收状况以及氮肥的利用率［7］。因此，调节移栽期是控制烟草氮素利用的有效栽培技术措施［8］。

众所周知，烤烟从移栽到“工艺成熟”的周期一般为90 ～120 d［9］。那么，如何在这段时间内，选择适当的移栽期不仅满足烟草在生育期内对养分的需求，而且提高氮素养分的增产能力，做到兼顾产、质量至关重要。环神农架植烟生态区虽然其日照时数和积温均能满足优质烤烟的生长，但是在传统的移栽期条件下，烤烟生长的还苗期与伸根期温度偏低，旺长期雨水偏少，成熟期降雨量偏大［10］，不利于烤烟对氮素营养的吸收利用。因此，科学确定移栽期对优化该地区烤烟氮肥利用具有重要意义。本试验旨在研究烤烟对氮肥的响应与移栽期的关系及其相关性，以期确定该地区适宜的移栽期，为挖掘该地区氮素的增产潜力以及氮肥的科学管理提供理论支持和指导。

1 材料与方法

1.1 试验地基本概况

试验在湖北省具有典型代表性的植烟生态区进行。供试土壤为黄棕壤，其耕层土壤基础理化性状为:全氮0.68 g/kg，有效磷34.5 mg/kg，速效钾432 mg/kg，有机质52.6 mg/kg，pH值7.31。试验年份，在烤烟当季生育期内，总降雨量为885.5 mm，是往年同期降雨量的 134.7%，日均温为 17.6～25.5℃。

1.2 实验设计

供试烤烟(Nicotiana tabacum L.)品种为K326。种植模式为烟－麦轮作。采用漂浮育苗法育苗。

设计3个移栽期处理，即分别于5月5日、15日和25日移栽烤烟烟苗。播种日期依次对应分别为:2月20日、3月2日、3月18日。所有烟苗均培育至9叶龄时，选择生长健壮、长势一致的烟苗移栽于大田。每个移栽期又分别设计供氮(N)和不供氮(N0)2个处理，共6个处理，3次重复，随机区组排列。每个小区面积为42.9 m2，种植烤烟60株，行距×株距为130 cm ×55 cm，加保护行。

所有处理(除不施氮处理外)施N 72 kg/hm2。所有处理P、K 肥按照 N∶P2O5∶K2O=1∶1.2∶3的比例施用。其中，70%的氮肥(NH4NO3)和钾肥(K2SO4)以及全部的过磷酸钙作基肥，单行条施于深为20 cm的沟中，随即盖土覆膜。剩余的30%氮、钾肥作追肥，在移栽后15 d水溶解后，环施于距烟株四周10 cm左右、深10 cm的沟中，用细土将沟掩盖且覆膜。其他田间管理同当地优质烟叶生产。

1.3 取样和测定

成熟期在采样区取1棵烟株。将植株分成上、中、下部叶和茎4个部分，105℃下杀青30 min后于70℃下烘干、称重后，粉碎，过0.25 mm筛，测定植株含氮量。

土壤基础理化性状按照参考文献［11］的方法测定。植株全氮采用YC/T 161－2002连续流动注射法［12］。

1.4 数据计算与分析方法

肥料表观利用率(ARE)=(施氮区植物吸氮量－对照区植物吸氮量)/施肥量×100%

肥料农学利用率(AUE)=(施氮区产量－对照区植物产量)/施肥量

肥料生理利用率(PUE)=(施氮区产量－对照区产量)/(施氮区植株吸氮量－对照区植株吸氮量)

氮肥偏生产力(PFP)=施氮区产量/施氮量

土壤氮素依存率(SNDR)=对照区植株总吸氮量/施氮区植株总吸氮量×100%

氮素收获指数(NHI)=Σ各部位烟叶吸氮量/植株总吸氮量×100%

数据统计分析采用SAS 8.1统计软件分析，所有百分数作反正弦转换后再做ANOVA方差分析。

2 结果与分析

2.1 移栽期对烤烟烟叶和茎秆中氮素累积量的影响

推迟移栽期显著促进了烤烟烟叶和茎秆中氮素的吸收与累积，而且增加了烤烟产量(表1)。与5月5日移栽相比，烤烟烟苗推迟至5月15至25日移栽，烤烟烟叶(上、中和下部叶之和)中氮素累积量和产量分别平均增加33.2%～ 36.7%和5.1%～6.1%;差异均达到显著水平(P＜0.05)。

推迟移栽期有利于增加烤烟地上部各器官中的含氮量(表1)。与5月5日移栽相比，烤烟烟苗推迟至5月15至25日移栽，烤烟上、中部叶和茎秆中氮素含量分别平均增加25.2% ～29.6%、53.4%～55.2%和19.8%～ 38.3%(P＜0.05)。

表1 不同移栽期烤烟产量和植株的吸氮量Table 1 The yield and N uptake of tobacco plant transplanted in different date

2.2 移栽期对氮肥表观利用率(ARE)、农学效率(AUE)和生理利用率(PUE)的影响

众所周知，氮肥表观利用率是指施氮区作物氮素积累量与空白区氮素积累量的差占施氮量的百分数，是用来描述作物氮肥吸收利用特性的主要指标;农学效率也叫农艺利用率，是指施用氮肥后增加的产量与施用氮肥量的比值;生理利用率则是指作物因施用氮肥而增加的产量与相应的氮素积累量的增加量的比值。

由表2结果表明，各处理间烤烟对氮肥的当季利用率在45.4%～47.6%之间。不同移栽期对烤烟氮肥表观利用率影响不显著，但是推迟移栽期显著增加了农学利用率和生理利用率。与5月5日移栽相比，推迟至5月15 25日移栽的烤烟对氮肥的农学利用率和生理利用率分别平均增加37.4%～49.8%和30.4%～ 54.8%。

2.3 移栽期对氮肥偏生产力、土壤氮素依存率和氮素收获指数的影响

氮肥偏生产力是指作物施肥后的产量与氮肥施用量的比值。土壤氮素依存率是指土壤基础供氮量占施氮处理水稻吸氮总量的百分比。氮素收获指数是指烟叶中的氮素累积量占地上部分氮素总累积量的百分比。由表3可以看出，推迟移栽期有增加烤烟氮肥偏生产力的趋势，但是影响不显著(P＞0.05)。另外，推迟移栽期还增加了烤烟对土壤氮素的依存率和氮素收获指数。与5月5日移栽相比，推迟移栽期至5月15日—25日，烤烟土壤氮素依存率和氮素收获指数分别平均增加26.9%29.1%和2.9% 5.7%。

表2 不同移栽期烤烟氮肥表观利用率、农学利用率和生理利用率的影响Table 2 The ARE，AUE and PUE of nitrogen fertilizer of tobacco plant transplanted in different date

2.4 移栽期和各氮肥利用参数之间的关系及其相关性分析

表4表明，移栽期与氮肥农学利用率、氮肥偏生产力和土壤氮素依存率呈现显著或者极显著正相关关系，但是与氮肥表观利用率和氮肥生理利用率之间相关性不显著。氮肥农学利用率与氮肥偏生产力、氮肥生理利用率和土壤氮素依存率均便显出正相关关系，尤其是与后两者之间极显著相关(P＜0.01)。另外，氮肥生理利用率和土壤氮素依存率也表现出极显著正相关关系。氮肥表观利用率与生理利用率、土壤氮素依存率之间均表现为负相关性，但差异不显著(P＞0.05)。

表3 移栽期对氮肥偏生产力、土壤氮素依存率和氮素收获指数的影响Table 3 Effects of transplanting date on PFP，SNDR and NHI

表4 移栽期和氮肥各参数之间的相关系数Table 4 Correlation coefficients among transplanting date and the parameters of nitrogen fertilizer

3 讨论

推迟移栽期增加了烤烟烟叶和茎秆中氮素累积量(表1)。移栽期不同，烤烟生育期内经历的各生态条件也不相同，而光、温、水等是作物生长发育的重要生态因子，对植物的形态建成与生长具有重大影响，而且光质组成和比例可以调控植物体内的光合作用［13］。此外，土壤中养分转化与活化、运移等则与土壤温度和湿度密切相关。一般认为，土壤中有机氮的矿化由微生物调控，而土壤微生物种群结构及其数量和活性则与土壤温度等密切相关，而且在一定温度范围内，微生物活性随温度的升高而显著增强，有机氮矿化速率增加［14］。本实验条件下，移栽过早，在烤烟生育前期土壤温度相对较低，可能致使土壤中微生物活性也相对较低，有机氮矿化为无机氮的量较少，而且氮素养分在土壤中向根际的迁移速率也相对较慢［15］，因而聚集在烟株根际范围内供其吸收的氮素养分含量相对较低，影响了烤烟对氮素养分的吸收量。然而，推迟移栽期至5月15—25日，光、温、水等气候条件比较适合烟苗移栽后还苗伸根，促进烟苗早生快发，为烤烟以后的生长发育奠定了坚实基础。另外，气温的回升还加速了土壤氮素的矿化，增加土壤中有效氮含量，而光、水等环境因素的改善，促进了烟株的光合作用，为烟株根系的生长与活动以及新根的生成提供了充足的能源物质，使其更好地吸收土壤中的氮素养分，增加了地上部氮素的吸收与累积，这可能是增加烤烟产量的原因之一。

氮肥利用率(表观利用率、农学利用率和生理利用率)的计算方法归纳起来可以分为差减法和15N同位素示踪法［2］。一般认为，用氮肥表观利用率来表征作物对氮肥的吸收利用情况比较符合生产实际［16］。从烤烟对氮肥利用的各参数的响应结果来看，各处理用差减法计算的烤烟对氮肥的当季表观利用率在45.4% 47.6%之间(表2)，高于用15N示踪法计算值［17］。这是因为差减法中还包括了烤烟因施氮而多吸收的土壤氮部分［2］。但是，移栽期同样对氮肥表观利用率的影响不显著。推迟移栽期显著增加了氮肥农学利用率、生理利用率、土壤氮素的依存率和氮素收获指数(表2)。氮肥农学利用率反映了每千克纯氮增产的能力;生理利用率则主要反映了作物对所吸收的氮素肥料在作物体内的利用率，即作物所吸收肥料转化为经济产量的能力。在施肥量和管理措施等相同的条件下，推迟移栽期促进烤烟对肥料氮和土壤氮素养分的吸收与累积，增加烟叶干物质累积量及其产量［18］，因而有利于提高氮肥的农学利用率和生理利用率(表2)。土壤氮素依存率反映了土壤氮对作物氮营养的贡献率。本实验条件下，推迟移栽期显著增加了土壤氮素依存率(表3)。这可能是由于烤烟在打顶之后主要以吸收土壤氮素为主，推迟移栽期显著促进了烤烟对土壤氮素的吸收利用［17］，从而提高了土壤氮素依存率。此外，氮素收获指数也随着移栽期的推迟而呈现出增加的趋势(表3)。这说明推迟移栽烟苗有利于烤烟吸收的氮素向烟叶中运输。

对氮肥各参数与移栽期进行相关性分析的结果表明，氮肥农学利用率与氮肥生理利用率和土壤氮素依存率，以及氮肥生理利用率和土壤氮素依存率之间均具有极显著正相关关系。移栽期与氮肥农学利用率和氮肥偏生产力均呈显著或者极显著正相关关系(表4)。因此，选择合适的移栽期对提高单位用量纯氮的增产能力及其边际效应非常关键。此外，移栽期与土壤氮素依存率呈现极显著正相关关系。另有研究表明，无论是否施氮肥，作物生长对土壤氮素有效供应的依存度均超过50%，而且作物获得高产也主要依赖于土壤氮素的有效供应［3］。由此可见，土壤氮素对烤烟生长至关重要，选择合适的移栽期同样有利于土壤氮素对烤烟生长的贡献，尤其是烤烟生育后期。

4 结论

推迟移栽期有利于烤烟对氮素的吸收累积和产量的增加，提高氮肥农学利用率、生理利用率、土壤氮素依存率和氮素收获指数。移栽期与氮肥农学利用率、氮肥偏生产力和土壤氮素依存率之间呈现显著或者极显著正相关关系。因此，选择合适的移栽期是提高氮素(土壤氮和肥料氮)养分增产能力的关键措施。在试验地区，推荐推迟移栽期至5月15 25日比较合适。

［1］邹娟，鲁剑巍，陈防，李银水.长江流域油菜氮磷钾肥料利用率现状研究［J］.作物学报，2011，37(4):729－734.Zou J，Lu J W，Chen F，Li Y S.Status of nutrient use efficiencies of rapeseed in the Yangtze River Basin［J］.Acta Agron.Sin.，2011，37(4):729－734.

［2］巨晓棠，张福锁.关于氮肥利用率的思考［J］.生态与环境，2003，12(2):192－197.Ju X T，Zhang F S.Thinking about nitrogen recovery rate［J］.Ecol.Environ.，2003，12(2):192?197.

［3］朱兆良.我国农业生态系统中氮素的循环和平衡［A］.朱兆良，文启孝.中国土壤氮素［M］.南京:江苏科学技术出版社，1992.288－303.Zhu Z L.Fertilizer fate and N management in agroecosystem［A］.Zhu Z L，Wen Q X.Nitrogen in soil of China［M］.Nanjing:Jiangsu Science and Technology Press，1992.228－303.

［4］李庆逵，于天仁，朱兆良.中国农业持续发展中的肥料问题［M］.江西:江西科学技术出版社.1998.Li Q K，Yu T R，Zhu Z L.Problem of fertilizer in agricultural sustainable development in China［M］.Jiangxi:Jiangxi Science and Technology Press，1998.

［5］Galloway J N，Cowling E B.Reactive nitrogen and the world:200 years of change［J］.Ambio，2002，31(2):64－71.

［6］Elliot J M.Production factors affecting chemical properties of fluecured tobacco leaf nutrition［J］.Rec.Adv.Tobacco Sci.，1974，17－38.

［7］Recous S，Machet J M.Short-term immobilisation and crop uptake of fertilizer nitrogen applied to winter wheat:Effect of date application in spring［J］.Plant Soil，1998，206:137－149.

［8］Patel S H，Patel N R，Patel J A et al.Planting time，spacing，topping and nitrogen requirement of bidi tobacco varieties［J］.Tobacco Res.，1989，15(1)，42－45.

［9］Miner G S，Tucker M R.Plant analysis as an aid in fertilizing tobacco［A］.Westerman A R L.Soil testing and plant analysis［M］.Madison，WI:SSSA Book Ser.31，SSSA，1990.645－657.

［10］李进平，高友珍.湖北省烤烟生产的气候分区［J］.中国农业气象，2005，26(4):250－255.Li J P，Gao Y Z.Study on climate division of flue－cured tobacco planting in Hubei Province［J］.Chin.J.Agrometeorol.，2005，(4):250－255.

［11］Burt R.Soil survey laboratory methods manual［M］.Lincoln，NE:U.S.Department of Agriculture.2004.

［12］全国烟草标准化技术委员会.YC/T 161－2002烟草及烟草制品总氮的测定—连续流动法［S］.北京:中国标准出版社.2002:409－413.Standardization Technical Committee of Tobacco.YC/T 161 －2002 Tobacco and tobacco products-determination oftotal nitrogen-continuous flow method［S］.Beijing:Standards Press of China.2002:409－413.

［13］Kwesiga F，Grace J.The role of the red/far－ red ratio in the response of tropical tree seedlings to shade［J］.Ann.Bot.，1986，57:283－290.

［14］Hagedorn F，Steiner K G，Sekayange L et al.Effect of rainfall pattern on nitrogen mineralization and leachning in green manure experiment in south Rawanda［J］.Plant Soil，1997，195:365－375.

［15］Markhart A H III，Fiscus E L，Naylor A W et al.The effect of abscisic acid on root hydraulic conductivity［J］.Plant Physiol.，1979，64:611－614.

［16］叶全宝，张洪程，魏海燕，等.不同土壤及氮肥条件下水稻氮利用效率和增产效应研究［J］.作物学报，2005，31(11):1422－1428.Ye Q B，Zhang H C，Wei H Y et al.Effects of nitrogen fertilizer on nitrogen use efficiency and yield of rice under different soil conditions［J］.Acta Agron.Sin.，2005，31(11):1422－1428.

［17］谢志坚，涂书新，李进平，等.移栽期和氮肥对烤烟产量、产值及氮素吸收利用的影响［J］.核农学报，2009，23(3):513－520.Xie Z J，Tu S X，Li J P et al.Effects of transplanting time and nitrogen fertilizer on the yield，market value and N uptake of fluecured tobacco by using15N tracing technique［J］.J.Nucl.Agric.Sci.，2009，23(3):513－520.

［18］谢志坚.移栽期和氮肥对烤烟氮素吸收利用及烟碱积累的影响［D］.武汉:华中农业大学硕士学位论文，2009.Xie Z J.Nitrogen uptake and utilization and nicotine accumulation in Nicotiana tabacum L.influenced by transplanting date and nitrogen fertilizer［D］.Wuhan:Ms thesis of Huazhong Agricultural University，2009.