不同烤烟种植模式的物质流、能量流及价值流分析

张继光，申国明，张忠锋，姚忠达，季学军，李维基，郭东峰，朱启法，薛　琳，张福建*

（1.农业部烟草生物学与加工重点实验室，中国农业科学院烟草研究所，青岛 266101；2.安徽中烟工业有限责任公司，合肥 230088；3.安徽皖南烟叶有限责任公司，安徽 宣城 242000）

不同烤烟种植模式的物质流、能量流及价值流分析

张继光1，申国明1，张忠锋1，姚忠达2，季学军3，李维基1，郭东峰2，朱启法3，薛琳3，张福建2*

（1.农业部烟草生物学与加工重点实验室，中国农业科学院烟草研究所，青岛 266101；2.安徽中烟工业有限责任公司，合肥 230088；3.安徽皖南烟叶有限责任公司，安徽 宣城 242000）

摘要：确定合理的种植模式对提高烟田生态系统的生产效率，促进烟草农业的可持续发展十分重要。以皖南地区4种典型烤烟种植模式为研究对象，采取田间调查分析的方法，从农田生态系统的物质流、能量流和价值流角度研究了不同烤烟种植模式的氮磷钾投入产出、投能结构和价值转换及其数量特征。研究结果表明，各烤烟种植模式均需调控氮、磷肥的施用量及其肥料结构，提高其利用率，并在各烤烟轮作模式中重视钾肥施用及秸秆还田管理。在各作物中种植烤烟的有机能和无机能之比最高（0.71），且其投能组成中人力能最高，其次是化肥能及农机能。烟稻复种连作的T1模式其能量产投比最低，而烤烟轮作的T2模式最高。虽然T1模式的经济纯收入最高，但从价值产投比和物质及能量的高效利用角度综合考虑，烤烟—水稻→小麦—水稻→烤烟的2年轮作种植模式为皖南地区较优的烤烟种植模式，后续可进一步推广应用。

关键词：皖南，烤烟种植模式；物质流；能量流；价值流

能量流动和物质循环作为农业及农田生态系统的基本功能，是系统结构和功能的综合反映［1-3］，而系统生产力又是农业生态系统能量转化和物质循环功能的最终表现。农业生态系统的组分及量化关系不同，其能量流、物质流的转化路径及效率也不同，加之价值流的导向作用，决定了农业生态系统生产力的高低［4-5］。能量流、物质流和价值流分析是推动生态农业可持续发展的必要手段，能客观定量评价农业生态系统的生态效果［2］。

在我国部分主产烟区，传统的复种连作是一种重要的种植模式，但从促进烟叶质量提升和烟叶生产可持续发展角度考虑，只有突破传统的连作模式，进一步筛选和建立科学合理的烤烟轮作模式，为不同作物相互创造营养条件，才能为烟田生态环境和烟农经济效益提供保障。目前国内围绕烤烟种植模式的研究很多，但大多关注种植模式对烤烟产量和质量［6］的影响，对土壤养分状况［7］的影响，对土壤微生物特征的影响［8-9］及对不同作物产量的互作效应［10-11］等方面，对于从生态系统物质流、能量流及价值流角度开展连作及轮作模式的探索研究，这方面还鲜见报道［12］。本研究针对皖南地区的典型烤烟种植模式，从物质投入产出、能量输入输出及经济效益分析等角度开展不同烤烟种植模式的综合评价，探寻综合效益最优、最适宜烟区发展的烤烟种植模式，这对皖南地区现代烟草农业的可持续发展具有重要的理论和实践指导意义。

1　材料与方法

1.1试验点基本情况

试验地点位于皖南“焦甜香”烟叶的典型产区—安徽宣州区黄渡乡（30°40′49″N，118°46′17″E），地处皖南山区余脉与长江中下游冲积平原结合部，属低山丘陵区，亚热带湿润季风气候，年平均气温15.9 ℃，年均降雨量1294.4 mm。气候湿润温和，无霜期240 d。研究区土壤类型为水稻土，土壤养分平均含量状况为：有机质27.21 g/kg，全氮1.38 g/kg，全磷0.54 g/kg，全钾7.55 g/kg，碱解氮111.80 mg/kg，速效磷27.35 mg/kg，速效钾104.72 mg/kg，pH 为5.63。

1.2种植模式情况

在研究区选择具有皖南烟区代表性的4种烤烟种植模式，各种植模式设定为2年1个周期，共种植4季作物或1季休闲。各烤烟种植模式如下：T1：烤烟—水稻→烤烟—水稻复种连作；T2：烤烟—水稻→小麦—水稻→烤烟轮作；T3：烤烟—水稻→油菜—水稻→烤烟轮作；T4：烤烟—水稻→休闲—水稻→烤烟轮作。

研究区烤烟的大田生育期约120 d，一般为当年3—7月份，水稻的生长季一般为当年7—10月份，小麦与油菜的生长季类似，一般为当年10月至来年5月份。不同种植模式下的各作物均按照当地常规施肥和栽培管理措施进行。

1.3调查方法和分析项目

研究方法以发放调查问卷和实地问询为主，共计选取40户烟农于2013—2014年度完成调查。调查问卷内容为各烤烟种植模式下不同种植作物施肥方案、施用肥料物质含量和价格信息、种子种苗及农药用量、作物及秸秆产量等物质投入产出情况；不同作物生产中的种子、农药、机械、用工、肥料、土地租金、农膜及烘烤等价值投入，不同作物近两年的产量和市场价格；各项农事操作中农用机械的功率、油耗、作业量及种子、农药、肥料、农膜、电力及人畜力消耗等农田能量输入情况，共计调查完成2000多个数据，用于分析不同种植模式的物质流、能量流和价值流。

在计算不同种植模式的物质流时，以农田生态系统投入和产出的N、P2O5、K2O为标准来计算物质流［13］，既体现生产水平的高低又反映土壤肥力的盈亏。物质投入方面主要包括随施肥、种子、农药、灌溉及雨水等的物质输入，但研究区农药用量很少，灌溉及降雨中所含氮磷钾成分也极少，这些物质的养分输入可忽略不计；物质投入主要考虑施肥和种子带入的物质量。物质产出包括经济产出和作物秸秆产出，结合作物产量、草谷比及养分含量可计算不同作物的物质产出值。

农田生态系统能量输入包括有机能和无机能两方面［13］，有机能包括劳动力、畜力、种子和有机肥等。皖南地区农业生产机械化程度很高，已不再使用畜力，除烤烟外，其他作物均不施有机肥料；无机能则包括化肥、农药、燃油、电力、农机具和农膜等，试验区的自流灌溉及其他管理措施中无直接电力消耗。不同作物及其模式下的能量投入是指投入的各类有机物含能和无机能，能量输出为各作物经济产品及秸秆所含有机物质的总热量，均按照对应的折算系数及折能公式折算为统一的能量单位兆焦（MJ）［13-18］。

2　结　果

2.1不同种植模式物质流分析

2.1.1不同作物的物质投入产出情况由表1所示，所有作物的无机投入部分均远大于其有机投入，除油菜外其他作物的经济产出均高于其秸秆产出。在种植烤烟的物质投入中，肥料投入是最主要的物质投入途径，其中肥料氮投入占总氮投入量的86.18%，磷和钾元素的无机投入分别占总投入量的93.87%和99.10%。物质产出部分，钾的产出量最大，为109.73 kg/hm2，氮次之，这与烤烟烟叶及秸秆中钾和氮元素含量较高有关。水稻的物质投入也以肥料投入为主，氮元素投入最多，磷和钾元素较少；其物质产出部分，钾产出最多，氮次之，磷最少。小麦和油菜也具有类似趋势，但油菜的草谷比较高，其钾和氮的产出均是秸秆产出高于其经济产出。

综合比较烤烟、水稻、小麦、油菜的物质投入产出情况，均是有机投入远小于无机投入。并且除烤烟外，其他作物均存在钾元素投入产出的不平衡现象，其产出量远大于投入量，长期持续下去极易造成土壤中养分的耗竭。因此，后续水稻、小麦及油菜的施肥方案中应加大钾肥施用及秸秆等有机物料的还田管理，以保证土壤中主要矿质养分的供需平衡和肥力提升。

2.1.2不同种植模式的物质投入产出情况表2结果显示，各种植模式中投入氮元素最高的是T3模式，为918.18 kg/hm2，其次是T2及T1模式，最低的是T4模式，为711.55 kg/hm2；磷、钾元素投入最高的均是T1模式，其次是T3模式，最少的同样是T4模式。物质产出方面，各模式中磷元素产出少于钾和氮元素。在各模式的投入产出盈亏中，氮和磷元素均有不同程度的盈余，而钾元素除T1模式中有55.08 kg/hm2的盈余外，其他3个模式均有不同程度亏缺。

因此，在各烤烟种植模式中应适当调控氮、磷肥的施用量及肥料种类，并设法提高其利用率，防止水田中化学氮、磷肥施用过多引起的养分流失及水体富营养化问题。并在3个烤烟轮作模式中加强钾肥的投入及其循环利用，使轮作系统达到养分的总体平衡。

表1　不同作物的物质投入产出情况Table 1　Input and output status of nitrogen， phosphorous and potassium in different crops

表2　不同种植模式的投入产出及其盈亏情况Table 2　Input， output， profit and loss status of nitrogen， phosphorous and potassium in different planting patterns

表3　不同作物能量投入情况Table 3　Energy input status of different crops

表4　不同作物能量产出情况Table 4　Energy output status of different crops

2.2不同种植模式能量流分析

2.2.1不同作物的能量投入产出情况从表3看出，在能量投入结构上，所有作物的有机能投入均小于无机能，有机能和无机能之比最高的是种植烤烟（0.71），其次是种植油菜（0.22）及小麦（0.21），最低的是种植水稻（0.14）。种植烤烟的能量投入最大，为124 777.44 MJ/hm2，且其投能组成中投入人力能最高，其次是化肥能及农机能。其他3种作物均是化肥能最高，其次是农机能、燃油能和人力能。小麦和油菜的能量总投入基本一致，而水稻稍高，这主要与种植过程中化肥、农机应用及其燃油方面的差异有关。

作物产出能量为经济产品和作物秸秆所含能量之和。从表4看出，产出能量最高的作物是小麦，其次是水稻和油菜，最低的是烤烟。除烤烟外其他3种作物的秸秆能量产出均稍高于其经济产品的能量产出。在不同作物的能量产投情况中，小麦的能量产投比最高（5.45），其次是油菜（3.35）及水稻（3.18），而烤烟最低（0.76）。

2.2.2不同种植模式的能量投入产出情况从表5可以看出，能量投入最多的是T1种植模式，为404 609.10 MJ/hm2，其次是T3及T2模式，T4模式的能量投入最低。能量产出最高的是T2模式，为856 141.0 MJ/hm2，其次是T3及T1模式，最低的是T4模式。而能量产投比最高的是T2模式为2.60，最低的是T1模式仅为1.68。可见，从系统能量效率方面考虑，T2种植模式在所有种植模式中最优。

2.3.1不同作物的价值投入及产出情况不同作物的各项投入及产出费用均按照2013—2014年度当地平均的农业生产资料成本和农产品市场价格计算。不同作物的价值投入情况如表6所示，其中种植烤烟的投入最高为29 716.5元/hm2；投入最低的是小麦仅为5790元/hm2。烤烟种植管理各环节的花费均较大，特别是烤烟用工投入远大于其他作物，占到总投入的27.76%；而且种植烤烟还需要农膜、烘烤及额外租金等投入，导致其投入成本最高。

作物价值产出主要为粮食、油料和烟叶的经济产出，作物秸秆没有计入经济收入，具体结果如表7所示。其中烤烟的产出总价值最高，为55125元/hm2，其次是水稻及小麦，最低的是油菜为13387.5元/hm2。油菜与水稻及小麦相比虽然其单价较高，但产量相对较低，因此其产出价值最低。

表5　不同种植模式的能量产投情况Table 5　The energy ratios of input to output in different planting patterns

表6　不同作物价值投入情况　元/hm2Table 6　The value input status of different crops

表7　不同作物的价值产出情况Table 7　The value output status of different crops

表8　种植模式价值产投比Table 8　The ratio of value output to input in different planting patterns

2.3.2不同种植模式的产投情况产投比反映单位价值投入带来的经济产出值。由表8看出，各种植模式中产投比最高的是T2模式，为1.744，其次是T1模式，T4模式最低。纯收入能衡量每单位种植面积内带来的实际经济收入，相比较更能反映农业生产的实际价值意义。烟稻复种连作能反映农业生产的实际价值意义。烟稻复种连作的T1模式由于种植两季烤烟，其纯收入最高为61 167.0元/hm2，其次是T2模式，T4模式最低。若仅从农业生产经济效益来看，T1种植模式的经济效益最好，但从种植模式的产投比及烟草农业生产的可持续性来考虑，T2种植模式相对最优。

3　讨　论

从皖南地区不同烤烟种植模式的物质投入产出来看，各模式的氮、磷元素投入均大于产出，除T1模式钾元素投入较多其盈亏基本平衡外，其他3种模式中的钾元素均存在较严重亏缺，这与除烤烟外的其他作物种植过程中钾肥投入较少而产出较多有关。若考虑到在水稻及小麦收获后进行全量秸秆还田，则会补充土壤中的钾素亏缺，使得T1模式中钾素盈余量增加为311.48 kg/hm2，T2及T3模式中钾素亏缺量减少为43.81和41.84 kg/hm2，T4模式中钾素亏缺也将扭亏为盈。因此，在皖南地区的4种烤烟种植模式中，虽然在不同程度上存在养分投入及其配比的不均衡问题，但根据不同模式的投入产出盈亏情况，加强不同养分元素的协调供应，并强化不同作物秸秆的全量还田或处理后还田，可以有效调控田间养分物质的循环及平衡。

能量的投入产出分析有利于合理调整种植模式，提高农田生态系统的能量产投比，使能量的高效利用更有利于系统的生态效益［19］。在不同烤烟种植模式的能量投入中，农机和燃油的动力能占总投能比例较大，其中T1模式占21.83%，其他3种模式占39.50%～48.85%。在人力能占总投能比例中，T1模式是38.55%，其他3个模式在11.28%～17.66%。本研究中不同种植模式的能量产投比介于1.68～2.60，这与李秀萍等［19］在新疆伊犁县达西村研究的农田生态系统的能量产投比相近，而稍低于关淑林等［4］研究的武威市小麦和玉米种植系统的能量产投比。可见，皖南地区的农业机械化水平整体已有很大提升，但其能量效率还有待提高。特别是T1模式的劳动生产率较低，这与两季烤烟种植的许多环节（如移栽、揭膜培土、施药、打顶、采收及烘烤等）还多靠人工操作完成有关。在目前的技术条件下，许多人工投入还无法实现替代，造成了T1模式的能量投入效率不高。

从经济纯收入角度考虑，T1种植模式的经济纯收入最高，2年种植周期内每公顷的纯收入达到61 167.0元，但这种模式具有不可持续性，随着烤烟连作复种年限增加，烟草连作障碍问题出现，将严重制约当地烟农增收和烟叶品质提升［20］。因此，科学合理的轮作模式对当地烟叶可持续发展十分重要。根据皖南不同烤烟种植模式的物质流和能量流特征，结合不同种植模式的经济产投比，可以得出烤烟—水稻→小麦—水稻→烤烟的2年轮作模式是皖南地区4种典型烤烟种植模式中综合效益最优的模式。

4　结　论

本研究表明，皖南地区不同烤烟种植模式的物质流、能量流和价值流特征存在明显不同。在物质投入方面，各种植模式均需调控氮、磷肥的施用量并提高其利用率，各烤烟轮作模式中应加强钾肥施用及其秸秆还田管理。烟稻复种连作模式的能量产投比最低，这与烤烟种植过程中的能量投入大、操作环节多有关，下一步还需提升烤烟种植过程中有机及无机能的均衡投入和农业机械化水平。从不同烤烟种植模式物质、能量的高效利用及价值的投入产出比等角度综合考虑；烤烟—水稻→小麦—水稻→烤烟的2年轮作种植模式为皖南地区较优的烤烟种植模式，可进一步推广应用。

1928年10月28日，印尼第二届全国青年大会的“青年誓言”第3条开始提及印尼语的地位：“我们印尼儿女，尊重统一的语言，印尼语”。这条誓言把印尼语视作团结各民族的语言，明确了印尼语国民语言的地位。1945年8月17日印尼独立后，1945年宪法第15章第36条的规定将印尼语从国民语言提升至官方语言的地位。1950年临时宪法再次规定印尼语是印尼共和国的官方语言。综上所述，印尼语具有这样的法律地位：既是国语(National Language)又是行政语言(Official Language)。

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中图分类号：S572

文章编号：1007-5119（2015）03-0095-06

DOI：10.13496/j.issn.1007-5119.2015.03.019

基金项目：国家自然科学基金“不同种植模式烟草根际土壤微生物群落结构及其生物功能”（41201291）；安徽中烟工业有限责任公司科技项目“皖南烟区烟草种植模式研究与推广”（2013130）

作者简介：张继光，男，博士，副研究员，主要从事烟田土壤改良及质量安全相关研究。E-mail：jiguang8002@163.com

*通信作者，E-mail：273157889@qq.com

收稿日期：2014-12-15修回日期：2015-03-15

Materials， Energy and Value Flows Analysis of Different Tobacco Planting Patterns in Soutern Anhui Area

ZHANG Jiguang1， SHEN Guoming1， ZHANG Zhongfeng1， YAO Zhongda2， JI Xuejun3， LI Weiji1，GUO Dongfeng2， ZHU Qifa3， XUE Lin3， ZHANG Fujian2*
（1. Tobacco Research Institute of Chinese Academy of Agricultural Sciences， Key Laboratory of Tobacco Biology and Processing，Ministry of Agriculture， Qingdao 266101， China； 2. China Tobacco Anhui Industrial Co.， Ltd.， Hefei 230088， China； 3. Anhui Wannan Tobacco Leaf Co.， Ltd.， Xuancheng， Anhui 242000， China）

Abstract:The reasonable choice of tobacco planting pattern is very important to improve the efficiency of tobacco field ecosystem and to promote the sustainable development of tobacco modern agriculture. In this study， the materials， energy and value flow characters of four tobacco planting patterns in Southern Anhui area were investigated， and the NPK input and output status， energy structure and value conversion efficiency were analyzed and discussed based on field investigation. The results showed that in all the planting patterns there was a need for decreasing the amounts of N， P fertilizers and increasing the fertilizer application efficiency. Meanwhile，the K fertilizer application and straw returning should be emphasized in the three tobacco rotation patterns. The ratio of organic energy to inorganic energy was the highest （0.71） in tobacco planting among all the studied crops planting， and the labor energy was the highest among the energy components. The fertilizer energy and agricultural machinery energy was the second. The tobacco-rice multiple cropping had the lowest of energy ratio of output to input， and the planting pattern of tobacco-rice→wheat-rice→tobacco had the highest value in the four tobacco planting patterns. Moreover， the tobacco-rice multiple cropping pattern had the highest net income per hectare， but the planting pattern of tobacco-rice→wheat-rice→tobacco in two years was the best of four planting patterns from the perspective of ratio of nutrients input to output， energy efficient utilization and the ratio of value input to output. The later should be promoted in a larger area in the Southern part of Anhui Province.

Keywords:southern Anhui， tobacco planting pattern； material flow； energy flow； value flow