烟稻轮作系统中烟草和晚稻施肥效应的比较研究

张鹏博，张杨珠，李洪斌

（湖南农业大学资源环境学院，湖南 长沙 410128）

施肥是作物高产优质非常重要的技术措施。烤烟是湖南省的大宗农作物，对湖南省的经济社会发展具有非常重要的意义[1]。弄清烟草作物对养分的吸收规律是实施烟草科学施肥，提高烟草作物对肥料养分利用率非常重要的基础性工作[2]。但目前我国仅见有关烟草的氮、钾营养与吸肥规律的研究，有关烟草的磷素营养与吸磷规律还是空白[3]，关于烟草对N、P、K肥的配合施用效果也是鲜见报道[4-5]。项目以湖南省湘中烟稻轮作区植烟土壤和烟草作物为研究对象，采用“3414”田间试验设计方案，研究不同N、P、K肥施用水平对烟草、晚稻作物的增产效应以及不同施肥处理下烟草作物对N、P、K的吸收规律及其对肥料养分的利用率[6-9]，以获取湖南烟稻轮作区烟草、晚稻的科学施肥技术参数，建立其适合的平衡施肥模型[10]，为烟草、晚稻的平衡施肥、提高烟草对肥料养分的利用率和开发烟草专用肥提供科学依据[11]。

1 材料与方法

1.1 试验地点和供试土壤

田间小区试验设在中国烟草中南试验站湖南农业大学基地，供试土壤为红底潮沙土。供试土壤的某些基本理化性质：有机质、全氮、全磷和全钾的含量分别为25.3、3.0、1.2 和 44.8g/kg，碱解氮、有效磷、速效钾和缓效钾的含量分别为 278.1、65.7、248.9 和 374.1 mg/kg，pH值为4.8。根据《中国植烟土壤及烟草养分综合管理》一书提出的植烟土壤养分丰缺指标体系及供氮能力指标，供试土壤养分含量很丰富，但土壤pH值偏低，呈酸性。

1.2 供试作物

供试烟草和晚稻品种分别为当地普遍应用的主栽高产优质品种K326和杂交晚稻组合陆两优996。

1.3 田间小区试验设计

采用联合国粮农组织（FAO）提出的“3414”完全试验设计方案，即氮、磷、钾3因素4水平14个处理的田间试验方案，稍作修改，即在“3414”方案的基础上增加一个施用有机肥处理，共15个处理（表1）。0水平指除有机肥外不施肥，2水平指根据烟草、晚稻营养特点与吸肥规律而设计的最佳施肥量，1水平=2水平×0.5（低施肥水平），3水平=2水平×1.5（过量施肥水平）。共15个小区[12-15]。烤烟小区面积为5m×10m=50m2，栽插密度为100 cm×50 cm，晚稻各小区面积均为64 m2（16 m×4 m），插植规格统一按16.7 cm×23.3 cm。要求精细整地，设置保护行，划分试验小区，烤烟和晚稻试验各小区施肥水平见表1。

表1 试验处理及各处理施肥水平（kg/hm2）Table 1 The design of different fertilization treatments in the field plot experiment

氮肥为尿素（含N 46%），磷肥为过磷酸钙（含P2O512%），钾肥为硫酸钾（含K2O50%），有机肥为菜枯饼肥。其他栽培管理措施均按当地生产实际中所用的措施进行。施有机肥的处理将有机肥在翻耕整地时作基肥一次性施用，烟草施用1500kg/hm2，晚稻施用1000kg/hm2。

烟草试验所用化学N肥的50%，P肥的100%和K肥的40%统一在最后一次整地时作基肥施用，其余的N肥和K肥分别于移栽后15 d和40 d左右作追肥施入，N肥的施用比例分别为15%和35%，K肥的施用比例分别为20%和40%。施肥方法为穴施，追施深度15~20 cm，追肥位置为烤烟根冠的边缘，即垂直于最大叶片叶尖的位置四周。

晚稻试验所用肥料一次性施入。其他栽培管理措施同当地晚稻生产的管理方法。

1.4 样品采集及测定方法

1.4.1 烟草样品采集 ①于烟草移栽后每隔15 d采集各处理动态土样一次，测定土壤有效氮、磷、钾养分的含量。②在烟草移栽后 10、20、30、40、50、60、70、90 d 对烟草的生长动态进行定株观测，观测内容包括株高和叶片数。③收获时分小区进行考种和测产。采摘烟叶开始后，各小区定烟株5棵，按当地常规方法进行采摘，烘烤，并分顶部叶、中部叶、下部叶以及茎秆部分测定其干物质产量和氮、磷、钾含量。

1.4.2 晚稻样品采集 ①以10蔸为单位测量小区单位面积的行距与株距，得出小区密度，并测算10蔸水稻的有效穗数，重复3次，根据观测值求出每蔸的平均穗数，然后采集接近平均穗数的5蔸晚稻，进行考种，测量株高、穗长、总粒数及空疪粒数，以此估算小区理论产量。②收割小区晚稻，进行实地称样测产，从而得到小区实际产量。③称取每个小区收获的稻谷1 kg，烘干求其干湿比，得出烘干稻谷的千粒重。④将上述植株样烘干，称量稻秆和稻谷的干重，分取稻秆和稻谷样品，粉碎待测。

1.5 数据分析方法

应用测土配方施肥软件、三元二次肥料效应函数模型对“3415”试验产量数据进行摸拟[16-18]，采用Excel 2003处理其他数据，应用DPS软件对数据进行统计分析。

N、P、K肥分别以 N、P2O5、K2O 计，计算所用的肥料单价分别为：N 5.14元/kg，P2O56.17元 /kg，K2O 8.17元/kg，烤烟平均单价12元/kg，晚稻谷平均单价2.5元/kg[19-22]。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对烤烟和晚稻产量及经济效益的影响

2.1.1 “3415”肥效试验各处理产量分析 由表2可知，处理6的烟叶产量为各处理中最高。处理1产量最低，仅为处理6产量的17.3%；处理2、处理4、处理8的烟叶产量分别为处理6的25.7%、68.9%和76.9%。由此可以推测，在供试土壤条件下，烤烟生产的地力贡献较小，氮的缺乏对烟叶产量影响最大，其次是磷和钾。此外，烟叶产量和生物产量均以处理6最高，说明处理6的施肥效果好，处理6的施肥比例可以满足高产与经济系数最优结合的目的。

在晚稻试验中，以处理2的晚稻产量最高，可能说明该土壤中氮素含量丰富，在只增施磷肥和钾肥的情况下能达到高产的效果。处理3产量为各处理最低，仅为处理6产量的72.8%；其次是处理15，为处理6的81.2%，处理7、处理10、处理11的稻谷产量分别为处理6的96.0%、91.4%和95.1%。由此可以看出，在烟稻轮作系统中，由于烟草季残留养分较多，晚稻合理施肥就更显重要，施肥量过多，不但稻谷产量和经济效益不能提高，反而呈下降趋势。氮、磷、钾的产量效应和经济效应都遵循“肥料报酬递减律”，因此在实际生产中要合理施肥，不能盲目增加肥料用量。

2.1.2 有机肥在烤烟和晚稻上的增产效应 由表2可知，施有机肥的处理15与无肥处理1比较，烟叶增产982.3 kg/hm2，增产226.3%，这说明施用有机肥对烤烟有非常好的增产效果，在实际生产中应重视施用有机肥；但晚稻季施用有机肥处理增产效果不显著。

表2 “3415”试验各处理的烤烟和晚稻产量 （kg/hm2）Table 2 The yields of flue-cured tobacco and later rice of different treatments in th“e3415”experiment

2.2 氮、磷、钾肥对烤烟和晚稻的增产效应

根据表2结果，用处理6（即全肥区）的产量分别与处理2（无N区）、处理4（无P区）及处理8（无K区）比较，分别得出氮、磷、钾肥在烤烟和晚稻上的增产效应（表3）。结果显示，对于烟草来说，增产效果居首位的是氮肥，施纯N180.0 kg/hm2，增产1 862.3 kg/hm2，增产289.3%，说明施氮是烤烟增产的主要措施。磷肥的增产幅度次之，施 P2O590.0 kg/hm2，增产 778.7 kg/hm2，增产45.1%。钾肥的增产效果最差，施K2O 210 kg/hm2，增产580.0 kg//hm2，增产30.1%，这可能与试验田土壤连续多年种植烤烟，施钾量过大，造成土壤速效钾含量较高有关。对于晚稻来说，本试验条件下晚稻仅施钾肥增产，且增产率低于10%，无氮区和无磷区晚稻产量反而比全肥区高，尤其是无氮区比全肥区产量高800.7kg/hm2。从单位养分增产效果来看，烤烟以施N的效果最好，施N平均增产为10.3 kg/kg，比单位P2O5的增产效果高1.6 kg/kg，高19.6%；比单位K2O的平均增产效果高7.5 kg/kg，高274.6%。晚稻只有施K肥有增产效果。以上结果充分说明，在供试土壤条件下，种植烤烟季施肥量过大，土壤养分残留量大。

2.3 三元二次回归肥料效应模型拟合结果分析

利用三元二次肥料效应模型来拟合施肥量与产量的结果见表4。从表4中可知，对于烟草来说，所得三元二次肥料效应函数的一次项系数均为正值，而且分别是氮＞磷＞钾，说明施用氮肥的增产效果最好，产量增加12.64kg/kg，其次是P2O5，产量增加10.34 kg/kg。从其交互项系数来看，氮钾和磷钾的交互项系数均为正值，说明氮肥和钾肥，磷肥和钾肥配合施用对产量有较好的增产效应。二次项系数均为负值，说明氮、磷、钾肥都有一个最佳施用量，超过该值则导致减产，其中，以过量施磷引起减产最明显，其次是氮，过量施钾引起减产不明显，这也是导致烟农过量施钾的原因之一。由上述结果还可以看出，最佳磷、钾施用量略低于处理6，而最佳施氮量高于处理6，但得到的最佳产量与处理6的实际产量比较接近。这说明利用三元二次肥料效应模型来拟合所得试验产量资料，其拟合度较高，可以用于供试土壤条件下烟叶生产的施肥实践。

对于晚稻来说，所得三元二次肥料效应函数的一次项系数除钾的为正值外，氮、磷的均为负值，施用K2O增加晚稻产量22.84 kg/kg。从交互项来看，除磷钾的交互项系数为正值外，氮钾、氮磷的交互项系数均为负值，说明磷、钾肥配合施用对晚稻的增产效果较大。从二次项看，氮、磷为正值，钾为负值，这与实际情况不符。另外，从所得三元二次肥料效应函数求得的施肥参数来看，最佳氮、磷、钾施用量明显低于设定的处理6的施肥量，尤其是氮、钾肥，由其最佳施肥量得到的对应产量也低于最佳施肥处理（处理6）的实际产量水平，说明不宜采用 三元二次肥料效应模型来拟合晚稻试验产量资料。

表3 N、P、K肥对烤烟和晚稻的增产效应Table 3 The yield-increasing rate of N,P and K fertilizer for flue-cured tobacco and later rice

表4 烤烟和晚稻三元二次方程及其最大与最佳施肥量 （kg/hm2）Table 4 The maximum and optimum fertilizer rate of N,P and K and yield of flue-cured tobacco and later rice obtained from the“3415”data based on the ternary quadratic fertilizer response model

3 结论

（1）在烟稻轮作系统中，氮的缺乏对烟叶产量的影响最大，其次是磷和钾，烟叶的产量和生物产量均以处理 6 （施肥量为 N 180.0 kg/hm2、P2O590.0 kg/hm2、K2O 210.0 kg/hm2）最高，这说明本试验烟草平衡施肥中处理6的施肥量较为合理，其施肥比例可以满足高产与经济系数最优结合的目的。由于烟草季施肥量过大，养分残留较多，晚稻季合理施肥更显重要，施肥量多，容易导致稻谷产量和经济效益下降。烟草季施用有机肥具有一定的增产效果，但晚稻季施用有机肥没有明显增产效果。

（2）随着施肥量的增加烟草产量呈先升后降的趋势；晚稻由于受到烟田残余肥力的影响，表现为施肥少而效益好。对烟草和晚稻的施肥效应比较得出：烟草施肥对晚稻的影响很大，说明烟草的习惯施肥量过高，烤烟采收后土壤养分残留量很大，应适当减少晚稻季的施肥量，以提高施肥效益。

（3）采用三元二次肥料效应模型对烟草试验资料进行拟合，当烟草施肥量为N 240.5 kg/hm2、P2O561.4 kg/hm2、K2O138.9kg/hm2时，烟叶达到最佳产量，拟合结果与实际情况较为接近，所以拟合结果是可靠的；但对晚稻的拟合不成功，不宜采用。

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