施氮量对烟田CO2排放及土壤温度和水分的影响

杜兴华，何登峰，朱 峰，赵洋洋

（1.中国烟草总公司陕西省公司，西安 710000；2陕西省烟草公司安康市公司，陕西 安康 725000；3.宝鸡市烟草公司陇县分公司，陕西 宝鸡 721000）

由于CO2等主要温室气体的排放，全球气候变暖已是无可争议的事实，碳排放已经成为全球气候变化的研究热点之一［1-5］。农田是陆地生态系统的一个重要组成部分，CO2的排放量约占人为CO2排放量的11%。烟草是中国重要的经济作物之一，2017年全国烟种植面积91.81万hm2，因此烟田的碳排放也是不容忽视的问题［6-8］。农田碳排放的研究多集中于旱地玉米、小麦田以及南方水稻田，对烟田的研究还鲜有报道［9-16］。

氮肥对土壤含水量有重要影响，施用氮肥不仅能影响土壤的水分特性（持水特性和供水能力），还可以通过提高土壤水势来增强土壤水的有效性，增加有效水含量；还能改变土壤的持水容量和增加土层最大储水量，提高水分利用率［17-21］。但氮肥与土壤温度间的关系还鲜有报道。本试验以不同地区不同烟草品种作为研究对象，通过设置不同的氮肥施用水平，重点研究了陕西省烟田氮肥施用对碳排放及土壤温度和水分的影响，同时分析了烟田土壤养分变化情况，以期为缓解烟叶生产对自然资源和环境的压力，实现烟草的低碳环保生产提供参考和依据。

1 材料与方法

1.1 材料

供试烟草品种为云烟87和辽烟17。试验地点安排在陕西省安康市旬阳县烟草试验站和宝鸡市陇县烟草试验站。

1.2 方法

每个试验小区设2个氮肥处理，施氮（纯N）量分别为 60、75kg／hm2。 烟田栽植密度为 13 500 株／hm2，其他操作按照当地优质烟叶生产技术方案进行。

1.3 测定项目与方法

在烟株移栽成苗后开始测定土壤碳排放、不同土层土壤温度、含水量、硝态氮含量及成熟后烟叶化学成分的变化情况。

1.3.1 土壤碳排放量测定 使用北京华云分析仪器研究所生产的便携式红外线二氧化碳分析仪（GXH-3010E1）测定。每个处理安装一个直径为16 cm、高度为18.35 cm的土壤呼吸室。每个小区安装一个PVC底座，深度为5 cm，在整个生长季需去除底座内的一切植物。

图1 不同氮肥处理对烟田CO2排放的影响

1.3.2 土壤温度及含水量 土壤温度的测定与土壤呼吸同步，使用电子温度计（沈阳华盛昌机电设备有限公司生产，型号为 TP3001）测定各个小区内5、10、15、20 cm土层温度。取20 cm土壤后，烘干法测定土壤含水量及化学法测定硝态氮含量。

1.3.3 烟叶化学成分 取烤后原烟X3F 45℃烘干至恒重，粉碎，过0.2 mm筛备用。常规化学成分钾、氯、烟碱、还原糖含量按照王瑞新等［21］的方法测定，总糖含量采用流动分析仪测定。

2 结果与分析

2.1 不同氮肥处理对烟田CO2排放的影响

从图1可以看出，在烤烟生育期内，旬阳和陇县烟田不同氮肥施用量处理CO2排放速率均呈现出先升高后下降的趋势。6月20日起，烟田CO2排放速率逐渐升高，旬阳和陇县试验点分别在7月18日和7月16日到达排放峰值，此后烟田CO2排放速率逐渐下降，分别至8月22日、8月30日达到最低，此后至烟草成熟期，烟田CO2排放速率一直维持在较低水平并保持稳定。在旬阳和陇县两个试验点，75 kg／hm2的施氮量处理较 60 kg／hm2的施氮量处理均显著提高了烟田CO2排放速率。

2.2 不同氮肥处理对烟田土壤温度的影响

从图 2 可以看出，旬阳烟田 5、10、15、20 cm 4种土层深度下土壤温度均呈先上升后下降的趋势，不同氮肥施用量处理对土壤温度的影响较小，未改变土壤温度的变化趋势以及土壤温度到达最大值和最小值的时间，但75 kg／hm2的施氮量处理相对提高了4个土层的土壤温度最高值，但2个氮肥施用量处理之间无显著差异。另外，随着土层深度的加深，土壤温度整体呈下降趋势，5 cm土层土壤温度最高。

从图3可以看出，陇县与旬阳试验点相似，5、10、15、20 cm土层深度土壤温度均呈先上升后持续下降的趋势。氮肥水平对土壤温度值影响不显著，未改变土壤温度变化趋势，但75 kg／hm2的施氮量处理可以提高4种土层深度的土壤温度最高值。

2.3 不同氮肥处理对烟田土壤含水量的影响

图2 不同氮肥处理对烟田土壤温度的影响（旬阳）

图3 不同氮肥处理对烟田土壤温度的影响（陇县）

由图4可以看出，旬阳和陇县两个试验点20 cm土层土壤含水量变化趋势不同。旬阳试验点20 cm土层土壤含水量在整个生育期出现波动，分别在6月30日、8月14日、9月11日出现峰值；陇县20 cm土层土壤含水量也出现波动，分别在7月16日、8月30日出现峰值。查看旬阳和陇县两地降雨情况，两地20 cm土层土壤含水量变化趋势与当地降雨日期相一致。因此，氮肥处理对20 cm土层土壤含水量影响不显著，未改变土壤含水量，且两地土壤含水量的变化主要是与当地降雨有关。

2.4 不同氮肥处理对烟田土壤硝态氮含量的影响

由图5可知，氮肥水平明显影响旬阳和陇县试验点的烟田土壤硝态氮含量，75 kg／hm2的施氮量处理显著提高了烟田土壤硝态氮含量。旬阳试验点数据表明，高氮处理（75 kg／hm2）下硝态氮含量在取样前期最高，并于8月30日之前一直呈下降趋势，随后略有上升；60 kg／hm2的施氮量处理烟田硝态氮含量则表现出先升后降其后上升的趋势，分别在7月27日和8月22日达到最大值和最小值。陇县试验点的结果表明，不同氮肥处理下的烟田硝态氮含量变化趋势相似，75 kg／hm2的施氮量处理下烟田土壤硝态氮变化幅度较大，在取样第一天含量最大，总体保持下降，在取样后期有微弱上升；60 kg／hm2的施氮量处理下烟田硝态氮含量一直保持较低水平。

2.5 不同氮肥处理对烟叶化学成分的影响

从表1可以看出，随着施氮量的增加，两个试验点上部烟叶的总糖和还原糖含量呈增加趋势，烟碱、总氮含量在两试验点变化趋势不同，钾离子、氯离子含量受施氮量的影响不大，糖碱比、氮碱比和钾氯比在低氮处理时较为适宜。

2.6 相关性分析

图4 不同氮肥处理对烟田土壤含水量的影响

图5 不同氮肥处理对烟田土壤硝态氮含量的影响

分别对土壤温度、水分和硝态氮含量与碳排放（烟田CO2排放速率）做相关性分析，结果见表2。总体上，土壤碳排放与土壤温度的相关性较高，且施氮水平越高，相关性越强。碳排放与土壤含水量总体上没有显著相关性，除在旬阳地区辽烟17在60 kg／hm2的施氮量处理时存在显著正相关，与其他处理间相关性均不显著。碳排放与硝态氮含量之间没有显著相关性。

表1 不同氮肥处理对烟叶化学成分的影响

表2 碳排放与土壤温度、水分及硝铵态氮含量的相关性分析

3 小结

总体上，在 60、75 kg／hm2的施氮量处理下，陇县试验点烟田CO2排放速率均低于旬阳试验点。在两个试验地点的两个烟草品种，75 kg／hm2的施氮量处理均显著提高了烟田CO2排放速率。

氮肥处理对土壤温度的影响程度较小，对两地区土壤含水量影响不同。不同氮肥施用量显著影响了各试验点烟田的硝态氮含量，75 kg／hm2的施氮量处理显著提高了烟田土壤硝态氮含量。随着施氮量的增加，两个试验点上部烟叶的总糖和还原糖含量呈增加趋势，低氮处理时的糖碱比、氮碱比和钾氯比在适宜范围内。

总体上，土壤碳排放与土壤温度存在显著相关性，与土壤温度相关性较差；碳排放与75 kg／hm2的施氮量处理存在一定的相关性，但与60 kg／hm2的施氮量处理的相关性较差；碳排放与土壤含水量之间总体上没有显著相关性；总体上碳排放与硝态氮含量之间没有显著相关性。施氮处理是通过影响土壤温度来影响土壤碳排放的。