滴灌施氮对烤烟氮素吸收利用及土壤无机氮分布的影响

孙泽东，梁晓芳，石 屹，马兴华

(中国农业科学院烟草研究所，农业部烟草生物学与加工重点实验室，山东 青岛 266101)

烤烟是我国重要的经济作物，施用氮肥是提高烟叶产量和改善品质的主要措施之一[1-2]。我国烤烟生产中氮肥施用存在前重后轻的现象，一般60%～70%作基肥，30%～40%作追肥[3]。研究表明，适当减少基肥施用比例，增加追肥比例可以促进烤烟对肥料氮的吸收，提高氮肥利用率，增加烟叶产值[4-5]。目前烤烟生产中，肥料多采用条施和穴施的方式施入，肥料利用率较低[6]。而滴灌施肥技术将滴灌与施肥相结合，具有减工降本、提高肥料利用率的优势[7]。有研究表明，滴灌等量施肥和滴灌减量施肥20%条件下生姜的氮肥利用率分别比传统沟灌施肥高19.85%和37.06%[8]。土壤中无机氮素形态主要为铵态氮和硝态氮两种，铵态氮易为胶体所吸附，而硝态氮易随水分的运动而移动，是作物吸收利用的主要氮素形态[9]。土壤中氮素的氮肥替代值较高，而且土壤剖面中的硝态氮累积量对氮肥肥效的发挥有显著影响[10]。如果土壤剖面中累积的硝态氮处理不当以及降水或灌水较多时,硝态氮具有向下层土壤迁移的趋势，污染土壤及地下水[11]。当前滴灌施肥的研究主要集中在与传统施肥的比较[12-13]和不同施氮量[14-15]等方面，而关于滴灌施氮对烤烟氮素吸收利用及土壤无机氮的影响报道较少。因此，本文从滴灌施氮对烤烟氮素吸收、分配和利用及土壤无机氮含量与分布的影响，提出了适合烤烟生长的施氮和灌溉策略。

1 材料与方法

1.1 试验材料

盆栽试验于2015年5～10月在潍坊烟草技术中心诸城洛庄试验站温室大棚内进行。供试土壤为褐土，土壤有机质含量9.62 g·kg-1，全氮含量0.42 g·kg-1，碱解氮含量58.5 mg·kg-1，有效磷含量8.46 mg·kg-1，速效钾含量191 mg·kg-1。供试烤烟品种为K326。

1.2 试验设计

试验设10个处理，各处理具体施氮时间、比例见表1。每株施纯氮4 g，N∶P2O5∶K2O=1∶1∶3，氮肥为硫酸铵，磷肥为过磷酸钙，钾肥为硫酸钾，磷、钾肥均作基肥与土壤混匀施入。氮肥均通过滴灌施入，基肥于移栽时施入，追肥按试验设计的时间与比例施入。植烟容器为PVC方形框，上口宽40 cm，下底宽30 cm，高28 cm，每盆装土65 kg，栽烟1株，每处理24株。利用重力滴灌装置进行滴灌，滴头距烟株距离3 cm，滴速为0.7 L·h-1，每株烟设置一个滴灌装置。移栽时、移栽后28和42 d各处理进行滴灌施氮，首先滴灌清水0.5 h，然后将每处理的氮肥溶解于2 L水中，利用重力滴灌装置约3 h滴灌施入，最后滴灌清水0.5 h。采用农业气象监测系统V3.0(TNHY-12G)和烘干法相结合测定土壤含水量，通过滴灌使各处理伸根期、旺长期和成熟期土壤含水量分别达到最大田间持水量的60%～70%、70%～80%和60%～70%。各处理烤烟盛花期打顶，每株留叶24片。

表1 各处理滴灌施氮时间及比例 (%)

1.3 样品采集与测定

成熟期采集全株样品，每处理选取长势一致的3株。每株分为根、茎、叶，105 ℃杀青15 min，80 ℃烘干至恒重，称重后粉碎。采用凯氏定氮法测定各器官全氮含量，计算氮素积累量、氮素分配比例及氮素利用率。表观氮素利用率(%)=(施氮区植株总吸氮量-无氮区植株总吸氮量)/施氮量×100。

采集烟株的同时采集土样。以滴注点为原点，按5 cm的距离，在水平方向0～5、5～10、10～15和15～20 cm，垂直方向0～5、5～10、10～15、15～20和20～25 cm的剖面范围内，采集20个5 cm×5 cm×5 cm的块状土壤样品。将采集的土样利用1 mol·L-1KCl溶液振荡浸提30 min后过滤，滤液用连续流动分析仪测定硝态氮和铵态氮含量。计算土壤氮素表观盈亏量，土壤氮素表观盈亏量=(土壤无机氮起始总量+施氮量)-(土壤无机氮残留总量+作物吸氮量)[16]。

1.4 数据分析及处理方法

采用Excel 2007软件进行数据整理，SAS 9.3数据分析软件进行统计分析，单因素方差分析进行差异显著性检验(α=0.05)，均值多重比较采用LSD法。

2 结果与分析

2.1 滴灌施氮对烤烟各器官氮素含量与氮素积累量的影响

由表2可以看出，施氮显著提高烤烟各器官氮素含量。移栽后28 d滴灌追氮一次的处理，根的氮素含量T1最高，T3最低，茎的氮素含量为T6T3>T1。移栽后28和42 d追氮两次的各处理间根的氮素含量无显著差异，茎的氮素含量T9显著高于T2，其余各处理间无显著差异。移栽时施氮50%的处理，叶片氮素含量T2显著高于T1。移栽时施氮30%或10%，滴灌追氮两次对各器官的氮素含量无显著影响。

表2 烤烟各部位氮素含量及氮素积累量

注：表中同一列内不同小写字母表示处理间差异达5%显著水平，下同。

施氮显著提高烟株各器官和整株的氮素积累量。滴灌追氮一次处理的根和茎的氮素积累量为T3>T1>T6，叶片的氮素积累量为T6>T3>T1。移栽时施氮50%，追氮两次处理的各器官和整株氮素积累量均高于移栽时施氮30%或10%的处理。移栽时施氮50%，T2的根、叶和整株氮素积累量均显著高于T1。移栽时施氮30%或10%，追氮两次处理的各器官和整株氮素积累量均低于追氮一次处理。

2.2 滴灌施氮对烤烟各器官氮素分配比例的影响

施氮处理的根、茎和叶的平均氮素分配比例分别为12.50%、12.97%和74.53%(图1)。追氮一次的处理，根的氮素分配比例为T1>T3>T6，达显著水平；T1和T3茎的氮素分配比例均显著高于T6，T1茎的氮素分配比例比T3高12.59%；叶的氮素分配比例T6>T3>T1，达显著水平。移栽时施氮相同，追氮两次的处理根的氮素分配比例小于追氮一次处理，而叶的氮素分配比例大于追氮一次处理。移栽时施氮50%或30%，追氮两次的处理茎的氮素分配比例小于追氮一次处理。移栽时施氮10%，追氮两次的处理茎的氮素分配比例大于追氮一次处理，且随移栽后42 d追氮比例的增加而增加。

图1 氮素在烤烟各器官中的分配比例

2.3 滴灌施氮对烤烟表观氮素利用率的影响

由图2可以看出，T2表观氮素利用率最高，T6次之，T1最低。追氮一次的处理，随追氮比例增加，氮素利用率提高，T3和T6比T1分别高15.13和15.45个百分点。追氮两次的处理，氮素利用率T2最高，T4次之，T8最低。移栽时施氮50%的处理中，T2氮素利用率比T1高23.57个百分点。移栽时施氮30%或10%，追氮两次处理的氮素利用率低于滴灌追氮一次的，且随移栽后42 d追氮比例的增加呈降低趋势。

图2 不同处理烤烟表观氮肥利用率

注：误差棒代表平均值的标准误，不同小写字母表示处理间差异达5%显著水平，下同。

2.4 滴灌施氮对土壤无机氮含量与分布的影响

施氮处理土壤无机氮含量为无氮处理的1.28～1.77倍(表3)。滴灌条件下，无氮处理的土壤无机氮主要集中在15～25 cm土层，含量约占总无机氮含量的56.55%；施氮处理的土壤无机氮主要集中在0～10 cm土层，约占无机氮总含量的49.10%～55.17%。

垂直方向，移栽后28 d滴灌追氮一次的处理，距滴注点不同距离土层的土壤无机氮含量T3、T6均高于T1；距滴注点0～15 cm土层的土壤无机氮含量T6高于T3，15～25 cm土层的土壤无机氮含量低于T3。移栽时施氮50%的处理，距滴注点5～20 cm土层的无机氮含量T2比T1高12.72%。移栽时施氮30%的处理，距滴注点0～15 cm土层的土壤无机氮含量T4和T5均高于T3。移栽时施氮10%的处理，距滴注点0～15 cm土层的土壤无机氮含量T7和T9均高于T6。移栽时施氮比例相同条件下，追氮两次处理的距滴注点20～25 cm土层的土壤无机氮含量均低于追氮一次处理。

水平方向，各处理距滴注点15～20 cm土层的土壤无机氮含量均高于其他土层。移栽后追氮一次的处理，距滴注点不同距离土层的土壤无机氮含量T3、T6均高于T1，且距滴注点5～20 cm土层的土壤无机氮含量T6高于T3，其中15～20 cm达显著水平。移栽时施氮50%的处理，距滴注点0～10 cm土层的土壤无机氮含量T2高于T1，而10～20 cm土层的土壤无机氮含量低于T1。基施氮肥30%或10%，移栽后28和42 d滴灌追氮比例较高的T5、T9处理，其距滴注点15～20 cm土层的土壤无机氮含量较高。

表3 不同处理各土层土壤无机氮含量 (mg·kg-1)

2.5 滴灌施氮对土壤无机氮表观盈余量的影响

施氮处理的土壤氮素表观盈亏量均为正值，表现为氮素盈余(图3)。移栽后28 d滴灌追氮一次的处理，氮素表观盈余量T3和T6显著低于T1，T3比T6高0.99%。移栽后28和42 d滴灌追氮两次的处理，氮素表观盈余量T2显著低于T4、T5、T7、T8和T9。移栽时施氮50%，移栽后滴灌追氮两次的T2氮素表观盈余量显著低于滴灌追氮一次的T1。移栽时施氮30%，T4和T5的氮素表观盈余量分别比T3高8.80%和2.32%。移栽时施氮10%，T7、T8和T9的氮素表观盈余量均显著高于T6。

图3 不同处理土壤无机氮素表观盈余量

3 讨论

施氮对烤烟的氮素吸收利用具有明显的促进作用，且不同的施氮方式，烤烟对氮素的吸收利用不同。王军等[17]研究发现，低施氮量条件下氮肥全部基施，可以满足烤烟氮素需求，氮肥利用率较高。然而基肥比例过高时，土壤供氮特性与烟株的需肥规律不相吻合，产量和质量矛盾突出，因此要获得高产优质烟叶，应适当增加追肥比例，保证土壤供氮和烟株需氮规律相吻合，进而提高肥料利用率[18]。马兴华等[19]在山东诸城的研究发现，施氮量为60和90 kg·hm-2时，随追肥比例的增加，氮肥利用率提高。本研究中，移栽后28 d滴灌追氮一次，增加追氮比例，叶片氮素积累量与氮素分配比例以及烤烟氮肥利用率升高，与夏晓亮等[20]和杜世州等[21]在小麦上的研究结果一致。

方栋平[22]对温室黄瓜的研究发现，采用“少量多次”的滴灌施肥模式增产效果显著，肥料利用效率较高。本研究中，移栽时施氮50%，滴灌追氮两次促进了烤烟的氮素吸收，降低了土壤无机氮素残留量和表观盈余量，提高了氮素利用率，可能是此施氮方式促进了旺长期氮素的吸收。而且，追氮两次，湿润边界的无机氮含量降低，可能是因为追氮比例低，滴灌施肥时肥液浓度低，减弱了硝态氮的运移[23]。而移栽时施氮30%或10%，追氮两次，氮素积累量和氮素利用率均较低，可能是由于本试验土壤的肥力水平较低，伸根期需要较多的氮素养分促其早生快发，保证快速生长期大量吸收养分，若前期氮素供应不足或较低，可能影响到烤烟伸根期氮素营养供应[24]，烤烟生长缓慢，即使快速生长期供应较多的养分，烟株也不能充分吸收，而且烤烟生育后期，烤烟氮素同化代谢能力持续下降，烤烟养分需求相应减少，无法利用过多的氮素[25]，导致养分吸收积累较低，利用率较低，土壤氮素盈余量高。追氮两次与追氮一次相比，中层土壤无机氮含量增加，底层土壤无机氮含量降低，一定程度上减少土壤无机氮素的淋溶损失[26]。

4 结论

移栽后28 d滴灌追氮一次，增加追氮比例，促进烤烟氮素吸收利用，降低土壤无机氮素盈余量。移栽后追氮两次增加叶片的氮素分配比例，降低深层土壤无机氮含量，减少硝态氮淋洗的可能。当追氮比例为70%或90%时，增加滴灌追施次数，烤烟氮素积累量和表观氮素利用率降低。综合考虑氮素吸收积累及利用，土壤无机氮分布及盈余量等，移栽时施氮50%，移栽后28 d滴灌追氮35%，42 d滴灌追氮15%可作为烤烟生产中滴灌施氮方式的参考。