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氮肥运筹对烤烟养分积累和产质量的影响

2020-03-14杨成翠徐照丽史普酉贾孟白羽祥朱宣全程亚东杨焕文王戈

中国农业科技导报 2020年6期
关键词:钾素磷素烟株

杨成翠, 徐照丽, 史普酉, 贾孟, 白羽祥,朱宣全, 程亚东, 杨焕文, 王戈

(1.云南农业大学烟草学院, 昆明 650201; 2.云南省烟草农业科学研究院, 昆明 650021)

化学肥料长期过量、不科学施用现象在我国烤烟生产中较为普遍,目前已逐渐成为我国植烟土壤保育及烟叶品质提高的主要限制因素之一。农田过多或不合理施用化肥造成土壤氮素大量盈余[1],降低化肥增产效益[2],影响作物的产质量[3],造成土壤板结,降低氮肥利用率并污染环境[4]。因此,如何合理施肥是解决烟草安全高效生产的关键问题。研究表明,在不同的施肥措施中,有机肥-无机肥配施有利于充分发挥肥效,改善土壤生态环境[5],显著增加土壤有机质和氮磷钾养分含量[6],可改善土壤生物活性[7-8],促进植株生长发育,提高作物干物质积累,有利于获得高产[9]。但目前关于烟草有机肥配施化肥的研究主要集中在施肥、土壤、植株、产量等方面,关于有机肥替代化肥后植株养分吸收及其在体内积累分配的变化规律方面,则主要集中在水稻[10]、棉花[8, 11]、玉米[12]等作物上,烟草方面尚待深入研究。弄清有机肥替代化肥对烟株养分吸收和积累的影响,有助于进一步明确有机肥替代化肥对植株生长及产质量产生积极效应的内在机理,也为今后更为科学施用有机肥提供必要的理论依据。

有机肥施用及其替代效果除受本身肥源性质影响外,还与土壤主要环境因子密切相关。在众多影响因素中,土壤肥力作为土壤质量的重要组成成分,其肥力高低可能会显著影响施肥措施和效果[13],而从不同土壤肥力角度探讨有机肥替代化肥对有机肥替代效果以及内在的养分吸收、积累规律方面的研究鲜见报道。因此,本研究以低肥力植烟土壤为对象,探讨不同减氮比例配施有机肥后烟株养分吸收积累及产质量变化规律,分析不同施肥配比对养分吸收和积累的影响,以期为当地烟叶生产合理施肥提供一定的科学依据。

1 材料与方法

试验于2017年4—9月在云南省玉溪市江川县九溪镇(N24°12′,E102°35′,海拔1 742 m)进行,试验前收集区域内土壤样品并检测其基本理化性质,参照土壤肥力分级标准[14]选定较低肥力土壤作为供试土壤,其基本理化性质为:pH 7.4,有机质1.613%,碱解氮76.49 mg·kg-1,速效磷3.21 mg·kg-1,速效钾100.36 mg·kg-1。

1.1 试验材料和试剂

供试烤烟品种为‘K326’,采用漂浮育苗,苗龄60 d时选取大小一致,生长健壮的烟苗于2017年4月23日进行移栽。供试化肥均为烟草专用肥(云南欧罗汉姆肥业科技有限公司),其中专用肥1(N∶P2O5∶K2O=12∶6∶24)作为基肥,专用肥2(N∶P2O5∶K2O=28∶0∶5)作为追肥;有机肥采用当地常规厩肥(羊粪),有机肥养分含量:有机质24%,全氮0.7%,全磷(P2O5)0.5%,全钾(K2O)0.4%。农业用硫酸钾(K2O 51%)、过磷酸钙(P2O516%),均为化学纯,购自云南云叶股份有限公司。

1.2 试验设计

试验共设5个处理,包括单施化肥(当地常规施肥,CK)、单施磷钾肥(CK1)、化肥减氮20%+3 300 kg·hm-2有机肥(D1)、化肥减氮30%+4 950 kg·hm-2有机肥(D2)、化肥减氮40%+6 600 kg·hm-2有机肥(D3),每个处理3次重复,随机区组设计,其中CK1作空白不施氮肥,仅作肥料利用率计算用,不做结果分析。株行距120 cm×50 cm,每小区植烟100株,试验田四周设保护行。

各施肥处理总施氮量均控制为115.5 kg·hm-2,其中磷肥于移栽前一次性基施。有机肥经堆沤腐熟后做基肥一次施用,于移栽前穴施。氮肥60%做基肥,40%做追肥,按照处理进行减氮施用,且基肥和追肥中减少比例一致(例如:减氮20%后,基肥氮减少20%,追肥氮减少20%)。钾肥50%做基肥,50%做追肥。配施有机肥减氮处理的磷、钾不足部分用过磷酸钙(P2O516%)、硫酸钾(K2O 51%)补足,且钾肥补充量分别按照当地常规进行基肥和追肥的补充,保持各处理基肥和追肥中钾肥的施用量、施肥时期及方法一致。其他管理措施按照当地优质烟叶生产技术体系进行。

1.3 样品采集与指标测定

分别于移栽后30、60、90 d整株取样,各小区分别选取代表性植株5株。取样洗净后按根、茎、叶各器官分开,分别置于烘箱内105 ℃杀青30 min,65 ℃烘干至恒重,称重,计算干物质积累量。将各器官粉碎过筛,用于测定植株氮、磷、钾含量。样品采用H2SO4-H2O2法[15]消煮,半微量凯氏定氮法[15]测定全氮,钼锑抗比色法[15]测定全磷,火焰光度计法[15]测定全钾。

单株氮、磷、钾累积吸收量的计算参照以下公式。

植株氮素累积量(g·株-1)=根系干物质重×根系氮素含量+茎秆干物质重×茎秆氮素含量+叶片干物质重×叶片氮素含量

烟叶氮分配系数=单株烟叶氮累积量/单株植株总氮累积量

磷和钾累积量及分配系数计算同氮。

氮肥表观利用率(apparent nitrogen use efficiency, NUE)=(施氮区氮素累积量-不施氮区氮素累积量)/施氮量×100%

烟叶成熟时正常挂牌采收和烘烤,烤后烟按国家烤烟42级分级标准[16]进行分级,烟叶价格参照当地收购价格,计算烟叶产量、产值、中上等烟比例等经济指标。抽取烤后烟叶样品1.5 kg(C3F),利用连续流动分析仪(AA3,德国SEAL公司)测定其烟碱、总氮、总糖、还原糖、蛋白质、氯含量,火焰-石墨炉原子吸收光谱仪(ZEEnit 7009,耶拿分析仪器有限公司)测定钾含量。

1.4 数据处理

利用Microsoft Excel 2016和SPSS 18.0进行数据统计分析和作图。

2 结果与分析

2.1 烤烟干物质积累

不同时期烤烟干物质累积结果(图1)显示,不同处理的干物质累积量均随生育期推进呈上升趋势。其中D1和D2各时期干物质积累量均显著高于CK,且D1和D2之间无显著差异,D3各时期干物质积累量均显著低于D1、D2和CK处理。结果表明,增施有机肥并适量降低化学氮肥施用量(减氮20%+3 300 kg·hm-2有机肥和30%+4 950 kg·hm-2有机肥)可显著促进烟株干物质积累。

注:同一生育期的不同小写字母表示不同处理间差异在P<0.05水平具有统计学意义。

2.2 烤烟氮、磷、钾吸收及分配特性

2.2.1烤烟氮素吸收及分配特性 不同生育期不同处理的烤烟氮素累积结果(图2)显示,不同处理的氮素吸收趋势均表现为随生育期的推进而呈上升趋势。施用有机肥的D1、D2处理均较CK显著提高了烟株的氮素累积吸收量,其中移栽30 d后分别显著增加了124.69%和121.25%,60 d后显著增加了115.26%和112.68%,90 d后显著增加了94.96%和87.31%。整个生育期处理D1氮素累积量均略高于D2处理,且90 d时差异达显著水平;除移栽30 d外,D3处理均显著低于CK和其他处理,其中60 d和90 d时较CK分别显著降低了10.39%和4.30%。以上结果说明,增施有机肥并适量降低化学氮肥施用量(减氮20%+3 300 kg·hm-2有机肥和30%+4 950 kg·hm-2有机肥)可显著促进烟株氮素积累。

注:同一生育期的不同小写字母表示不同处理间差异在P<0.05水平具有统计学意义。

不同处理烟株不同器官的氮素累积结果见表1,可见,叶片中的氮素累积量最高。有机肥施用处理的整个生育期均较CK显著提高了氮素在根系中的累积;不同生育时期氮素在茎中的累积特征存在差异,其中D1和D2均显著高于CK;整个生育期中,D1、D2处理均较CK显著提高了氮素在叶片中的累积,D3处理较CK出现显著性下降;有机肥施用条件下,随着减氮比例增加,烟叶的氮素分配比例均呈先上升后下降的变化趋势。结果说明,增施有机肥并适量降低化学氮肥施用量(减氮20%+3 300 kg·hm-2有机肥和30%+4 950 kg·hm-2有机肥)可在一定程度上提高氮素在烟株各器官的积累。

表1 不同施肥处理的烤烟氮素分配

2.2.2烤烟磷素的吸收及分配特性 不同处理的烤烟磷素积累结果(图3)显示,在有机肥施用条件下,随着减氮比例增加,烟株的磷素累积基本呈先增加后减少的趋势。整个生育期中,D1和D2处理均较CK显著提高了烟株的磷素吸收量,其中移栽30 d后分别增加了103.49%、81.52%,60 d后增加了70.65%、91.70%,90 d后增加了41.33%、44.37%。除30 d外,D2处理均略高于D1,且60 d时差异达显著水平;60 d和90 d时,D3磷素累积量均显著低于CK及其他处理,较CK分别显著降低了14.75%和16.81%。结果说明,增施有机肥并适量降低化学氮肥施用量(减氮20%+3 300 kg·hm-2有机肥和30%+4 950 kg·hm-2有机肥)可显著促进烟株对磷素的吸收利用。

注:同一生育期的不同小写字母表示不同处理间差异在P<0.05水平具有统计学意义。

不同处理不同器官的磷素累积结果(表2)显示,各处理烟株不同器官磷素累积及烟叶分配系数均存在明显差异,其中移栽30 d时磷素累积量表现为叶>茎>根,移栽60 d时根磷素累积量最少,茎叶相差不大,移栽90 d时表现为根>叶>茎。与CK相比,整个生育期中,D1、D2处理均显著提高了磷素在根系中的累积,D3处理在90 d时较CK出现显著性下降;D1、D2处理的茎和叶片中的磷素累积量均显著高于CK。烟株生长中后期,D3处理的叶中磷素累积量显著低于CK。整个生育期中,处理D1、D2烟叶磷素分配比例均略高于CK,且烤烟生长中后期D2的烟叶磷素分配比显著高于CK,D1与CK差异不显著;D3处理的烟叶磷素分配比例均显著低于CK及其他处理。以上结果说明,增施有机肥并适量降低化学氮肥施用量(减氮20%+3 300 kg·hm-2有机肥和30%+4 950 kg·hm-2有机肥)在一定程度上提高了磷素在烟株各器官的累积。

表2 不同施肥处理烤烟的磷素分配

2.2.3烤烟钾素累积吸收及分配特性 不同处理烟株的钾素累积量结果见图4,可见,相对于氮素、磷素而言,烟株对钾素的吸收累积量最大。烟株整个生育期中,D1、D2处理的钾素累积量均显著高于CK,其中移栽30 d后分别显著增加了77.21%和65.73%,60 d后显著增加了46.27%和50.51%,90 d后显著增加了61.84%和66.64%;90 d时D2处理显著高于D1处理,其他时期两个处理间差异不显著。60 d和90 d时,D3处理钾素累积量均显著低于CK和其他处理,分别较CK降低了34.67%和23.25%。以上结果说明,增施有机肥并适量降低化学氮肥施用量(减氮20%+3 300 kg·hm-2有机肥和30%+4 950 kg·hm-2有机肥)可显著提高烟株的钾素累积。

注:同一生育期的不同小写字母表示不同处理间差异在P<0.05水平具有统计学意义。

由表3可知,各处理烟株不同生育期不同器官钾素累积分配均表现为叶>茎>根。整个生育期中,D1和D2处理的钾素在根、茎、叶中的累积均显著高于CK,烟株生长中后期D3处理较CK出现显著下降。随着减氮量的增加,烟叶钾素分配系数均呈先增加后减少的趋势,整个生育期中D1处理烟叶钾素分配比例均高于CK;30 d和90 d时D2处理的烟叶钾素分配比例均高于CK,90 d时D1、D2处理均显著高于CK,整个生育期中D3处理均显著低于CK,D1、D2处理间无显著差异。以上结果表明,增施有机肥并适量降低化学氮肥施用量(减氮20%+3 300 kg·hm-2有机肥和30%+4 950 kg·hm-2有机肥)促进了烟株各器官对钾素的吸收累积,明显提高了钾素在烟叶中的分配比例。

表3 不同施肥处理烤烟钾素积累分配

2.3 烤烟氮肥表观利用率

不同处理的烤烟氮肥表观利用率结果见图5,可见,烟株对氮肥表观利用率趋势类似于烟株的干物质积累及氮、磷、钾的累积趋势,随着生育期推进,不同处理烟株氮肥表观利用率均呈上升趋势。有机肥施用下,整个生育期中,处理D1和D2的氮肥表观利用率均显著高于CK,其中移栽30 d后分别增加了270.22%和262.71%,60 d后增加了247.14%和241.61%,90 d后增加了233.77%、214.89%;90 d时处理D1显著高于D2,其他时期两个处理间差异不显著;除60 d和90 d 时,D3处理氮肥表观利用率均低于CK和其他处理,较CK分别降低了22.24%和8.63%,且60 d时差异达显著水平。以上结果说明,增施有机肥并适量降低化学氮肥施用量(减氮20%+3 300 kg·hm-2有机肥和30%+4 950 kg·hm-2有机肥)可显著提高烤烟的氮肥表观利用率。

注:同一生育期的不同小写字母表示不同处理间差异在P<0.05水平具有统计学意义。

2.4 不同施肥处理对烟叶化学成分的影响

一般认为,云南优质烟叶标准为:总糖含量达到25%~27%,还原糖含量为16%~18%,总氮含量1.5%~3.5%,烟碱1.5%~3.5%,蛋白质8%~10%,钾2%以上,氯1%以下、施木克值2~2.5为宜[17]。不同处理的烤烟内在化学成分结果(表4)显示,与CK相比,D1、D2处理均显著提高了烤烟的总氮、烟碱和蛋白质含量水平,显著降低了氯含量;D2处理显著提高了烤烟的钾含量,使钾含量达到云南优质烟叶标准。D1、D2处理总体让各化学成分指标更趋近于优质烟叶的指标范围。表明增施有机肥并适量降低化学氮肥施用量(减氮20%+3 300 kg·hm-2有机肥和30%+4 950 kg·hm-2有机肥)更有利于烟叶内在品质的形成,后者效果更佳。

表4 不同施肥处理的烤烟内在化学成分

2.5 不同施肥处理对烤烟经济性状的影响

不同化肥减量配施有机肥处理的烤烟经济性状结果(表5)显示,D1、D2处理的烟株产量较CK分别增加了6.77%和11.86%,产值增加了13.02%和32.88%,上等烟比例增加了25.00%和32.14%,中上等烟比例增加了12.50%和35.71%,均价增加了5.92%和18.81%,且差异均具有统计学意义。D2处理所有指标均高于D1处理,除产量外,其他指标均具有统计学意义。除均价外,D3处理所有指标均显著低于CK和其他处理,且与CK相比,产量、产值、上等烟比例、中上等烟比例分别降低了18.46%、17.38%、25.00%、3.57%。说明减氮30%+4 950 kg·hm-2有机肥处理可显著提高烟株的产值。

表5 不同施肥处理的烤烟经济性状

3 讨论

作物干物质积累量是衡量作物生长发育状况及代谢强弱的重要生理生化指标[18]。本研究结果表明,与单施化肥相比,化肥减氮20%~30%并配施有机肥显著增加了烟株的干物质累积量,这与徐明岗等[19]、徐健钦等[20]在烤烟及其他作物上的研究结果相似,这可能是因为有机无机肥料配施导致土壤供肥规律与烟株养分吸收规律相吻合[21],使养分供应更合理,增加了烟株的新陈代谢。

不同施肥搭配可以引起植株生物量及其氮磷钾养分吸收和转运的差异[4,22],且合理的有机肥化肥配施能显著提高氮素利用率[23-24]。本研究表明,烟株对氮磷钾素养分的吸收表现为钾素>氮素>磷素,这与宋建群等[25]的研究结果一致。本研究结果显示,移栽90 d后磷素在根中的累积量最大,这与康利允等[26]研究得出的烟株磷素在器官中累积特征(叶>茎>根)存在差异,这可能是由于本研究中土壤本身磷素水平太低,作物生长主要倾向于根系合成[27]来获得更多的土壤养分,而有机肥前期养分释放缓慢[6],所以导致烟株移栽90 d时根系对磷素的吸收大幅上升。研究结果显示,减氮20%~30%时,整个生育期烟株氮素利用率均显著高于单施化肥处理,获得较高的产量,这是因为有机肥在土壤中不仅能提供营养,还能改善土壤结构,显著提高土壤微生物数量、酶活性,刺激烤烟根系发育[27-28],增强烤烟对养分的吸收能力,而有机无机肥料配施实现了有机质与化肥养分的互补[29],提高了作物对肥料的养分利用率。

适宜的氮肥运筹能显著提高植株产量和品质[8]。本研究结果表明,有机肥配施氮肥能显著提高作物产量,且有利于烟叶品质形成。在本试验中减氮20%处理产值、中上等烟比例、均价等显著低于减氮30%处理,这可能是由于前者的有机肥替氮比例低导致化肥氮过量造成烟叶贪青晚熟,落黄难[17],最终烟叶质量下降。说明不同有机肥化肥配比对烤烟产质量的影响存在一定差异[28,30-32],因此有必要根据烤烟生长发育规律及其养分吸收特点,选择合适的肥料类型及化肥有机肥配比,以满足烤烟不同时期对养分的需求。

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