烤烟-玉米轮作体系氮磷钾养分利用及优化管理研究

（重庆烟草科学研究所，重庆 400715）

烤烟-玉米轮作体系氮磷钾养分利用及优化管理研究

张 艳

（重庆烟草科学研究所，重庆 400715）

为研究烤烟-玉米轮作体系养分利用，优化轮作体系养分管理，利用专门修建的渗漏池，开展了烤烟连作、烤烟-玉米轮作试验，对比分析了养分利用情况和烟叶产量、产值及病害发生率，并对烤烟-玉米轮作体系养分投入进行优化管理。结果表明，常规施肥条件下，1 个轮作周期（玉米-休闲-烤烟），氮磷钾养分投入过量，烟叶产量、产值较低，病害发生率较高，与烤烟连作均无显著差异。优化调整轮作周期中玉米种植季施肥量[氮 96 kg/hm2、磷（P2O5）60 kg/hm2、钾 0 kg/hm2]后，轮作体系养分基本平衡，玉米产量稳定，烤烟病害较低，烟叶产量、产值较高。

烤烟；玉米；轮作；养分利用；优化管理

目前国内烤烟种植中采用的种植方式主要有烤烟连作、烤烟与其他作物轮作。研究发现烤烟连作会产生一系列生产问题，如土壤养分失调，肥料利用率降低，产质量下降，病虫害发生严重等[1-3]。与其他作物轮作被认为是提高土壤肥力，平衡土壤养分比例和改善生长小环境的重要措施，为此，云南、贵州等主要烤烟产区提出与玉米、水稻、蔬菜等作物轮作，以期提高肥料利用率、改善土壤养分比例、减少病害和提高烟叶的产量、质量[4]。但是轮作过程中，由于单方面追求当季作物产量、产值，往往出现单季作物过量施肥，特别是氮肥过量的现象，从而导致整个生产周期氮富余[5-8]，现在一些研究者已经注意到这点，正着力开展轮作周期养分统筹管理研究工作，并提出对轮作体系控氮、减氮等措施[9-10]。

当前，烤烟轮作生产中，烤烟、轮作作物的施肥均按常规施肥，特别是轮作作物与烤烟生产精细化管理不同，没有专门的养分管理指导，施用肥料类型多，肥料用量随意性大，这样的养分管理在实际生产中，往往会对烤烟的生产产生不利影响。研究发现烤烟-玉米轮作中，烤烟生长季，出现生长前期发棵慢，后期贪青晚熟、落黄差，难烘烤，影响烤烟产量、质量[11-13]，国外的学者也认为玉米、豆科作物生产将提高土壤有效氮含量，而且玉米叶残留在土壤中，易引起根褐腐病，降低烤烟产量[14-15]。目前烤烟轮作研究主要集中在轮作作物的选择、以及轮作的效果上[16-18]，对烤烟轮作体系养分利用与优化管理研究不多，为此，我们以烤烟-玉米轮作体系为基础，通过专门修建的渗漏池对烤烟连作、烤烟-玉米轮作体系中氮磷钾养分利用进行研究，并根据利用情况对轮作体系中玉米的养分管理进行了初步探索，旨在为烤烟生产过程中合理管理养分用量提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地点

试验地点位于贵州省遵义市中心烟草科技园，海拔 900 m，年降雨量 1100～1200 mm，年均气温13.5～15.7 ℃，年均日照时数 1150 h，土壤为灰岩黄壤，肥力中等。

1.2 供试材料

试验在专门修建的渗漏池开展，为接近实际生产，渗漏池（长×宽×深＝400 cm×400 cm×175 cm，池底先铺 10 cm 碎石，再铺 10 cm 的河砂，如图1）在装池时取长期种植烤烟的土壤，按土层依次装填于渗漏池中，装土深度 150 cm，并在试验前已种植了3年对应作物。土壤为贵州烟区具有代表性的灰岩黄壤，pH 6.26、有机质 14.75 g/kg、全氮 0.7 g/kg、全磷 1.24 g/kg、全钾 28.48 g/kg、速效氮 118.48 mg/kg、速效磷 19.89 mg/kg、速效钾 263.75 mg/kg。供试烤烟品种为 K326，玉米为遵玉 3 号。

1.3 试验设计

2006—2007 年轮作周期中，玉米种植按当地常规施肥量为 N 240 kg/hm2、P2O5131 kg/hm2、K2O 135 kg/hm2，2008—2009 年在对烤烟-玉米轮作体系常规施肥条件下养分利用研究的基础上，对玉米的氮磷钾施用量进行优化调整，调整后施用量为 N 96 kg /hm2、P2O560 kg/hm2，K2O 0 kg/hm2，均作为基肥施用，其他管理同当地大田生产，并于2010—2011 年重复优化调整试验。

图1 渗漏池示意图Fig. 1 The schematic drawing of percolation pond

1.4 采样与测定

试验开始前取土壤样品，烤烟生长过程中确定样品采集烟株，并采集掉落的脚叶、打顶时的花芽和腋芽，成熟期分批次采集叶片以及收获后的根茎，玉米收获时采取整株样品，发病盛期调查烤烟病害发生率[19]，烟叶初烤后，分处理按照国家烤烟分级标准分级[20]，称重计算产量。常规方法分析烟株氮、磷、钾含量[21]和土壤全氮、磷、钾、速效氮、磷、钾[22]。整个烤烟生长期间，收集土壤下渗液、地表径流和记录降雨量，水样用少量硫酸酸化后冰冻保存于冰柜中备测。分别用双波长紫外比色法、靛酚蓝比色法、钼蓝比色法、火焰光度法测定水样中的硝态氮、铵态氮、总磷、钾。

1.5 数据分析

烤烟养分吸收主要由施肥、降雨（灌溉水极少可忽略不计）和土壤提供，考虑到土壤全量氮、磷、钾含量年度变化甚微，故可用不考虑土壤养分供应的养分表观利用率粗略描述轮作周期两季作物吸收利用氮、磷、钾的情况，即养分表观利用率=作物吸收总量（烤烟+玉米）/投入总量（降雨+施肥）×100%，数据用 SPSS 11.01 进行统计分析，差异均为5%显著水平。

2 结 果

2.1 常规施肥时烤烟连作、烤烟-玉米轮作体系中氮磷钾的利用

从表1 可以看出，2006—2007 年，轮作周期（玉米-休闲-烤烟）中，降雨和施肥共投入氮 448.96 kg/hm2，烤烟连作（烤烟-休闲-烤烟）共投入 301.21 kg/hm2，轮作投入总量是连作的 1.49 倍；轮作玉米、烤烟共吸收氮 174.53 kg/hm2，烤烟两季吸收氮 90.56 kg/hm2，氮表观利用率仅为 38.87%（轮作）、30.07%（连作）；除去被作物吸收的和损失的，氮余量分别为 150.87 kg/hm2（轮作）、76.62 kg/hm2（连作），占总投入量的 33.60%（轮作）、25.44%（连作）。

一个轮作周期，降雨和施肥共投入磷 83.19 kg/hm2，连作周期共投入 51.31 kg/hm2，轮作投入总量是连作的 1.62 倍；玉米、烤烟共吸收 34.36 kg/hm2，烤烟两季吸收磷 12.2 kg/hm2，磷素表观利用率仅为 41.30%（轮作）、23.78%（连作）；除去被作物吸收的和损失的，磷余量分别为 46.82 kg/hm2（轮作）、37.11 kg/hm2（连作），占总投入量的56.28%（轮作）、72.32%（连作）。

轮 作 周 期 ， 降 雨 和 施 肥 共 投 入 钾 377.37 kg/hm2，连作周期共投入 474.24 kg/hm2，轮作投入总量为连作的 0.8 倍；玉米、烤烟共吸收 157.03 kg/hm2，烤烟两季吸收 136.60 kg/hm2，钾利用率仅为 41.61%（轮作）、28.80%（连作）；除去被作物吸收的和损失的，钾余量分别为 107.08 kg/hm2（轮作）、219.91 kg/hm2（连作），占总投入量的 28.37%（轮作）、46.37%（连作）。

过程：在几分钟内，大部分同学都拿出了自己的答案，少则一个、多则几个、十几个，紧接着大家开始交流，叫一个学生讲，大家补充。通过交流，同学们不仅找到了问题的答案，而且还找出了规律：这一问题的实质是将几个数分成和相等的两组数，各组数的和应为：1/2（1+2+3+……8）=18

2.2 优化管理后轮作玉米氮磷钾利用情况

2008 年对烤烟-玉米轮作体系中玉米的施肥量进行优化管理，氮、磷做基肥施用分别为 96 kg/hm2、60 kg/hm2，不施钾肥。从表1、表2 可以看出，与常规施肥相比，优化管理后烤烟-玉米轮作中玉米、烤烟的氮磷钾吸收量较常规施肥时提高，养分表观利用率明显提高，分别达到 62.39%（氮）、76.57%（磷）、64.16%（钾）；氮磷钾余量则明显减少，仅余 11.83 kg/hm2（氮）、11.86 kg/hm2（磷）、4.48 kg/hm2（钾），分别占总投入的 3.60%、23.06%、1.65%，分 别 比 养 分 管 理 前 下 降 了 92.16% 、 74.67% 和95.82%。

2.3 烤烟病害发生率

从表3 可以看出，2006—2007 年轮作（常规施肥）周期中，烤烟生长过程中发生花叶病，连作、轮作均发生，病害发生率无显著差异，而轮作地（15.85%）略高于连作（12.5%）；2008—2009 年轮作周期中（优化玉米养分管理后），烤烟发生黑胫病，烤烟连作试验地黑胫病发生率 100%，轮作地块发病率仅为 10.15%，轮作地烤烟的病害发生率得到明显改善；10～11 年轮作周期烤烟季发病率13.67%，略较前一周期升高，但仍远远低于连作（54.76%）。

表1 常规施肥下烤烟连作、烤烟-玉米轮作的养分利用Table 1 Nutrient utilization of different flue-cured tobacco cropping

2.4 烤烟轮作、连作中烤烟、玉米的产量产值

从表4 可以看出，2006—2007 年（常规施肥条件下）轮作周期中，连作与轮作烤烟产量、产值均无显著差异，烤烟-玉米轮作（1989.5 kg/hm2、17130.1 元/hm2）略低于烤烟连作（2013.7 kg/hm2、 17437.1 元/hm2）；2008—2009 年优化玉米养分管理后，轮作中玉米产量没有减少反而显著提高，同周期的烤烟产量（2588.8 kg/hm2）和产值（28476.9元/hm2）较减肥前显著提高，同时显著高于同季连作烤烟的产量产值（825.4 kg/hm2、3656.8 元/hm2）；2010—2011 年轮作周期中玉米产量与上一轮作周期相当，烤烟产量、产值均与上一轮作周期相当，均远高于连作。

3 讨 论

通过对常规施肥下连作、轮作体系的养分平衡计算，发现轮作体系中 1 个轮作周期（玉米-休闲-烤烟）氮的投入量是连作同周期（烤烟-休闲-烤烟）的 1.49 倍，除去作物吸收和淋溶损失的部分，余量是连作同周期的 1.97 倍；磷轮作投入量是连作的1.62 倍，余量是连作的 1.26 倍；钾轮作投入量是连作的 0.8 倍、余量是连作的 0.49 倍。显然，轮作体系氮、磷的投入明显高于烤烟连作，余量也高于连作，肥料利用率则低于连作，仅有钾的投入低于连作，这与通过轮作提高肥料利用率的目标是不一致的，贾志红等[23]对轮作连作调查的结果也证实了这个结果。同时，整个轮作周期中，氮磷钾余量之比分别为，1׃0.31׃0.71（轮作）、1׃0.48׃2.87（连作），与烤烟生长适宜氮磷钾比例（1׃0.55׃2.4）相比[24]，烤烟连作余量的比例更接近，而轮作余量之比则更接近于玉米适宜比值（1׃0.5׃1）[24]。即在常规施肥条件下，要通过轮作改善土壤养分比例也是不易的。而过多的氮残留对烤烟的生长产生不利的影响[16-18]，这也可能是不少地区推广烤烟-玉米轮作后，烟叶产量、质量并未得到改善的原因之一。显然在常规施肥状况下，轮作体系不利于改善烤烟生长小环境，不利于平衡土壤养分比例达到适宜于烤烟生长比值，反而有向不适宜于烤烟生长比例发展的趋势。

表2 优化管理后轮作玉米养分投入后氮磷钾利用Table 2 Nutrient balance of corn and flue-cured tobacco rotation

表3 连作、轮作烤烟病害发生率Tbale 3 The disease incidence of flue-cured tobacco of different cropping systems

表4 连作、轮作烤烟产量、产值年度变化Table 4 Changes of yields and output value of different cropping system

优化玉米施肥量后，2008 年玉米产量并未降低，反而明显增加，而且同一轮作周期烤烟（2009年）仅发生极少的病害，烤烟产量也较减肥前和同周期连作显著增加，第二周期玉米、烤烟产量稳定，均明显高于减肥前水平，同时远远高于轮作。通过养分平衡计算可以看出，在轮作周期中，玉米种植前，冬季休闲降雨为试验地投入氮约 30 kg/hm2，磷约 0.1 kg/hm2，钾约 7 kg/hm2，前一季烤烟生产余氮约 20 kg/hm2、磷约 17 kg/hm2、钾约 100 kg/hm2，玉米季养分供应量（前一季余量、冬季降雨投入以及当季投入（施肥+降雨））正好与玉米吸收和玉米生长周期土壤淋溶损失养分的总量相当。即虽然减少了玉米季施肥量，但从整个轮作周期来看，玉米生长季，养分供应量与吸收和损失的总量持平，有效保证了玉米产量的稳定；而且，通过利用玉米生长吸收烤烟种植过程和冬季降雨余留在土壤中的养分，从而使得烤烟-玉米轮作体系中养分余量显著减少，一个轮作周期仅余 11.83 kg/hm2（氮）、11.86 kg/hm2（磷）、4.48 kg/hm2（钾），既实现了对一个轮作周期投入养分的充分利用，又有效控制了烤烟种植导致的土壤养分累积。这与国外烤烟生产大国普遍采用的烤烟-牧草-牧草-牧草-烤烟或烤烟-玉米-牧草-牧草-烤烟轮作方式作用相似，可以有效控制烤烟生产过程中余留的氮磷钾养分，为优质烤烟生产奠定基础[15]。

4 结 论

在实施烤烟与其他作物轮作过程中，应充分考虑整个轮作体系养分供应，在保持烤烟施肥量不变的情况下，适量减少轮作作物的施肥量，充分利用轮作作物调控土壤中过多的养分，改善烤烟生长土壤状况，实现优质烤烟生产。通过两个轮作周期的试验表明，在贵州遵义地区，烤烟玉米轮作时，玉米季施用氮 96 kg/hm2、磷（P2O5）60 kg/hm2，钾0 kg/hm2时，能维持整个轮作体系周期内养分平衡，玉米产量稳定，烤烟病害较低，产量、产值较高。

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Nutrient Utilization and Optimal Management in Corn and Flue-cured Tobacco Rotational Cropping Systems

ZHANG Yan
(Chongqing Institute of Tobacco Science, Chongqing 400715, China)

A field experiment was carried out to study nutrient utilization and management in a rotational cropping system by using leaching chambers through analyzing nutrient utilization, product value and disease occurrence of tobacco. The results showed that there were no significant differences in yield, output and disease occurrence of tobacco between tobacco-maize rotation system and continuous tobacco cropping system with conventional fertilization. During a rotational cropping cycle, the inputs of N, P, and K were excessive. After reducing the fertilizer rate of corn in growing season, soil nutrients in rotation system maintained dynamic balance, and the yield of maize was stable, and the yield of tobacco maintained high level, the disease occurrence of tobacco was low.

flue-cured tobacco; corn; rotation; nutrient utilization; optimal management

S572.06

1007-5119（2014）05-0061-06

10.13496/j.issn.1007-5119.2014.05.012

贵州省烟草专卖局重大科技攻关项目[2006-04]

张 艳，博士，主要从事烟草育种与栽培生理研究。E-mail：zhangyan508508@163.com

2013-10-14

2014-06-05