不同堆沤方式下秸秆还田对滇中烤烟农田生态系统氮素平衡的影响

裴益乐, 李太兴, 王克勤, 宋娅丽, 代 立, 温昌焘, 杨锦泽

(1.西南林业大学 生态与环境学院, 昆明 650224; 2.云南省玉溪市水土保持工作站,云南 玉溪 653100; 3.云南省玉溪市红塔区水土保持工作站, 云南 玉溪653100)

中国作为全球第一秸秆大国，据测算，2020年中国秸秆能源化利用总量将达1.2亿t[1]。国内秸秆资源丰富，但焚烧、抛弃等现象严重，导致总体利用率较低，且对生态环境带来一系列的影响。现阶段秸秆利用是将秸秆肥料化、饲料化、原料化、燃烧化或基料化[2]，其中秸秆还田可有效改善土壤理化性质，增加土壤养分含量，提高作物产量及品质[3-4]。但由于秸秆的种类、还田方式、耕作方式、区域生态环境不同产生的生态效益各不相同，对当地土壤有机质[4]、微生物[5]、酶活性等[6]多项指标影响也存在不确定性。

研究表明，增加秸秆还田量可有效减少土壤水分蒸发，增加土壤有机质的含量、酶的活性及数量和作物产量[7-8]；但也有研究表明土壤氮素等养分随着秸秆还田量的增加呈增加再减小的趋势，并非还田量越多效果越好[9]。秸秆粉碎还田处理能有效减少稻田氮素等养分径流流失量[10]，有助于土壤形成良好的结构，有效调节植物对水热气肥的需求进而提高作物产量[11]。但秸秆直接还田同样存在弊端，在还田初期会与作物争夺土壤中的养分，也可能含有致病微生物等无法杀死，影响作物生长及作物品质[12]。而秸秆堆沤还田可改善土壤微生物群落结构[13]，促进作物生长[14]，改善土壤结构，避免因化肥施用过量造成土壤退化和环境污染[15]。然而综合分析堆沤前期具体的秸秆粉碎程度和后期秸秆还田量以及是否与化肥配合施用、施用比例等对农田生态系统养分平衡影响的研究较少。

农田养分平衡作为理解养分在农业系统循环周期的有效手段，对农业可持续发展和绿色发展起到积极作用[16-17]，而目前研究多关注于传统施肥方式对氮素平衡带来的影响，而忽略了不同堆沤方式下秸秆还田对氮素平衡的影响。滇中红塔区降雨量集中，易产生水土流失，土地肥力退化严重，当地以坡耕地为主，烤烟、玉米为主要农作物，氮素流失严重将影响土壤肥力以及作物品质。因此，本试验以滇中红塔区二龙潭小流域烤烟农田生态系统为研究对象，研究自然降雨条件下不同秸秆还田重量(0.75或1.5 kg/m2)、秸秆粒度(1或5 cm)、秸秆堆沤方式(水或水与尿素堆沤)下秸秆还田对田面径流泥沙氮素流失、烤烟氮素吸收量以及土壤氮素残留量之间平衡关系的影响，试图回答以下科学问题：(1) 不同堆沤方式下秸秆还田是否会降低农田生态系统氮素流失？(2) 不同堆沤方式下秸秆还田是否影响滇中烤烟农田生态系统氮素平衡各个过程？通过以上研究，以期为该地区秸秆还田在农业生产中的应用以及农业生态平衡、农业可持续发展提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

本试验地位于滇中红塔区二龙潭小流域，地处玉溪市东南方向高仓街道龙树居委会旁，位于东经102°34′5.7′，北纬24°17′15.3′，平均海拔1 625 m。属中亚热带半湿润冷冬高原季风气候，雨季为5月下旬至10月下旬，年降水量909 mm，年径流输沙量0.48万m2，年输沙量0.005万t。暴雨多发于雨季。土壤属山地红壤，有少量紫色土。流域内植被覆盖率为63.71%，树种以云南松(PinusyunnanensisFranch)分布最广，农作物以种植烤烟和玉米为主。

1.2 试验设计

本试验地选取15°的坡耕地，试验材料为烤烟，由玉溪市烟草公司统一调入，于2019年5月7日进行移栽，种植密度为16 500株/hm2。在试验地布设9组秸秆堆沤还田样方(1 m×1 m)，各样方处理方式见表1。每样方3组重复，均单独设置径流集水设施。

9组样方分别为CK及8种处理，各处理包括2种秸秆还田重量(0.75或1.5 kg/m2)，2种秸秆粒度(1或5 cm)，2种秸秆堆沤方式(水或水与尿素堆沤)。2018年12月完成秸秆不同粒度的粉碎，2019年2月开始每月进行一次翻堆，在种植烤烟时进行还田。2019年5月7日栽植烤烟，氮肥施用量105～135 kg/hm2，施肥比例N∶P2O5∶K2O为1∶0.5∶2.5～3，肥料均在移栽后25 d内全部施完，分别于5月7日、5月14日、5月25日施底肥、提苗肥和追肥。本试验设置化肥施用量与当地施肥习惯同步。各样方处理方式见表1。施肥前土壤基本理化性质分别为：含水率20.66%，全氮686 mg/kg，硝态氮2.84 mg/kg，全磷449 mg/kg，有效磷8.99 mg/kg。

表1 各样方处理方式

1.3 样品的采集与测定

1.3.1 样品采集 在试验初期，取各样方上坡、中坡、下坡位置不同土层0—5 cm，5—10 cm，10—20 cm的土样，测定土壤全氮、硝态氮作为土壤背景值。使用自计雨量计记录降雨期间的降雨量及降雨强度。2019年6月至9月期间，在较大降雨后，采集各样方集流装置中的径流样。取样前将样进行搅拌，在不同的深度测定其泥沙含量，将径流样带回实验室，4℃下保存，过滤后得到水样及泥沙样，在24 h内分别测定水样中的总氮、硝态氮、铵态氮(径流样转入干净的矿泉水瓶中，取500 ml)；对泥沙样进行避光条件下的自行风干，称重并测定其的全氮、硝态氮。在烤烟收获期9月底，采集烤烟的根、茎、叶，烘干后测定植物样本的全氮含量。在烤烟收获后，使用“对角线法”采集各样方不同土层(0—5 cm，5—10 cm，10—20 cm)的土样，测定其全氮、硝态氮。

1.3.2 样品测定 水样总氮采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法(GB11894-1989)测定；硝态氮采用酚二磺酸分光光度法(GB7480-1987)测定；铵态氮采用纳氏试剂比色法(GB7479-1987)。泥沙和土壤样全氮采用自动定氮仪法(NY/T1121.24-2012)、硝态氮采用紫外分光光度法(GB/T32737-2016)测定。植物样全氮采用自动定氮仪法(NY/T2419-2013)测定。

1.3.3 径流和泥沙中氮素流失量的计算 本试验各样方产沙量采用烘干法测定，径流量通过称量径流收集装置中的水样质量，换算得到每个样方的平均径流量。

各场降雨中径流和泥沙中氮素流失量以及烤烟植株氮素吸收量及土壤氮素残留量由以下计算公式得到：

Wr=Qrk·cr

(1)

Ws=Qsk·cs

(2)

D=B·cf

(3)

Wa=W-Wck=s·h·c·γ-s·h·cck·γ

(4)

式中：Wr为径流中氮素流失量(mg/m2)；Qrk为次降雨产流量(L/m2)；cr为径流平均氮素浓度(mg/L)；Ws为泥沙中氮素流失量(mg/m2)；Qsk为次降雨产沙量(g/m2)；cs为泥沙平均氮素浓度(g/kg)；D为烤烟植株氮素吸收量(g/m2)；B为烤烟植株生物量(kg/m2)；cf为植株平均氮素含量(g/kg)；Wa为土壤氮素残留量(g/m2)；W为土壤氮素现存量(g/m2)；Wck为土壤氮素背景值(g/m2)；s为土壤面积(m2)；h为土壤厚度(0.2 m)；c为土壤现存氮素含量(g/kg)；γ为土壤容重(当地平均值1 290 kg/m3)；cck为土壤背景氮素含量(g/kg) 。

1.4 数据处理

本文采用Excel 2010进行试验数据处理和图表绘制，并采用SPSS 25.0软件的最小显著性差异(LSD)法对不同处理的降雨产流产沙特征、径流泥沙全氮流失量、土壤养分含量特征进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 径流、泥沙中氮素流失特征分析

2.1.1 不同降雨下各样方产流产沙特征 试验期间出现了4次较大的降雨，分别在7月28日、8月7日、8月15日和9月8日，降雨量分别为6.2，22，12.4，17.2 mm，最大雨强分别为2.6，23.6，3.1，21 mm/h。各处理样方的产流量均小于CK，不同堆沤方式下的秸秆还田对各样方产流量影响不同(表2)：施用1.5 kg/m2秸秆的样方(T5,T6,T7,T8)较施用0.75 kg/m2秸秆的样方(T1,T2,T3,T4)产流量减少19.90%～22.87%；施用秸秆粒度5 cm的样方(T1,T2,T5,T6)较施用秸秆粒度1 cm的样方(T3,T4,T7,T8)产流量减少19.90%～22.87%，说明秸秆还田量为1.5 kg/m2，秸秆粒度为5 cm可有效减少径流流失量。就4次降雨来看，各样方产流量均表现为8月7日>9月8日>8月15日>7月28日，表明降雨量与产流量呈正相关关系。

不同堆沤方式下的秸秆还田对坡耕地产沙量的影响表现为：4次降雨中8月7日和9月8日降雨强度较大，8月15日次之，7月28日最小，各样方产沙量均表现为8月7日>9月8日>8月15日>7月28日，表明降雨强度与产沙量呈正相关。8月7日各处理土壤侵蚀量均值为5.51 g/m2，为其他降雨日期的1.22～2.00倍。就不同处理来看：除T8外，各处理产沙量均低于CK，其中施用0.75 kg/m2秸秆的样方(T1,T2,T3,T4)较施用1.5 kg/m2秸秆的样方(T5,T6,T7,T8)产沙量减少6.56%～32.59%；施用秸秆粒度5 cm的样方(T1,T2,T5,T6)较施用秸秆粒度1 cm的样方(T3,T4,T7,T8)产沙量减少1.77%～13.15%。

2.1.2 径流和泥沙中全氮流失浓度及流失量特征 从图1可以看出，各处理方式全氮流失浓度均高于CK，T8样方全氮流失浓度在径流泥沙中均最大。不同处理的径流泥沙全氮流失浓度存在显著性差异(p<0.05)，径流中的全氮流失浓度变化幅度高于泥沙。

径流中的全氮流失浓度变化呈梯度变化，施用1.5 kg/m2秸秆的样方(T5,T6,T7,T8)径流全氮流失浓度较施用0.75 kg/m2秸秆的样方(T1,T2,T3,T4)高出2.40%～18.43%；施用1 cm细秸秆样方(T3,T4,T7,T8)径流全氮流失浓度较施用5 cm粗秸秆的样方(T1,T2,T5,T6)高出46.80%～53.50%；添加尿素堆沤的样方(T2,T4,T6,T8) 全氮浓度较未添加尿素堆沤秸秆还田的样方(T1,T3,T5,T7)高25.56%～32.66%。

泥沙中施用1.5 kg/m2秸秆的样方(T5,T6,T7,T8)泥沙全氮流失浓度比施用0.75 kg/m2秸秆的样方(T1,T2,T3,T4)高73.00%～142.06%；施用1 cm细秸秆样方(T3,T4,T7,T8)泥沙全氮流失浓度比施用5 cm粗秸秆的样方(T1,T2,T5,T6)高出44.39%～72.72%；添加尿素堆沤的样方(T2,T4,T6,T8) 全氮流失浓度比未添加尿素堆沤的样方(T1,T3,T5,T7)高出54.38%～87.62%。

表2 试验地4场降雨及产沙特征

4次降雨中，7月28日、8月7日、8月15日和9月8日各处理中径流全氮流失量分别为1.25～2.37，2.08～4.59，1.47～3.34，1.76～3.82 g/m2；泥沙全氮流失量分别为0.23～2.74，0.95～5.88，0.43～2.48，0.71～3.22 mg/m2。方差分析表明，不同处理方式下径流与泥沙全氮流失量差异性显著(p<0.05)，氮素流失以径流流失为主，泥沙流失为辅。

在不同降雨条件下，径流全氮流失量存在规律性变化：8月7日降雨量达到22 mm时，各处理的全氮流失量均最大，9月8日次之，7月28日、8月15日最小。

在不同处理方式下：施用1.5 kg/m2秸秆样方(T5,T6,T7,T8)比施用0.75 kg/m2样方(T1,T2,T3,T4)径流全氮含量降低0.32%～35.05%；施用5 cm粗秸秆样方(T1,T2,T5,T6)比施用1 cm细秸秆样方(T3,T4,T7,T8)的径流全氮含量降低54.52%～77.23%；添加尿素堆沤的样方(T2,T4,T6,T8) 比未添加尿素堆沤的样方(T1,T3,T5,T7)的径流全氮含量高出28.40%～49.00%。说明1.5 kg/m2秸秆还田量较0.75 kg/m2，5 cm粗秸秆还田较1 cm细秸秆还田均可有效减少径流氮素流失量。

图1 不同堆沤方式下径流全氮和泥沙全氮流失浓度特征

在不同降雨条件下，泥沙全氮流失量在8月7日达到峰值(2.50 g/m2)，是其他降雨条件的1.37～2.50倍。在不同处理方式下，T8样方泥沙全氮流失量远高于其他处理样方，为其他处理的1.92～6.17倍。施用1.5 kg/m2秸秆的样方(T5,T6,T7,T8)比施用0.75 kg/m2的样方(T1,T2,T3,T4)泥沙全氮流失量高出94.82%～208.37%；施用秸秆粒度5 cm的样方(T1,T2,T5,T6)比施用秸秆粒度1 cm的样方(T3,T4,T7,T8)泥沙全氮含量降低了29.01%～97.41%；添加尿素堆沤的样方(T2,T4,T6,T8) 比未添加尿素堆沤的样方(T1,T3,T5,T7)泥沙全氮流失量高出87.01%～197.62%(表3)。

表3 不同处理方式下径流和泥沙中氮素流失量特征

2.2 土壤中氮素储存特征

在烤烟收获后，各处理样方土壤全氮、硝态氮含量分别是CK的1.02～1.20倍、1.19～1.48倍，表明不同秸秆还田方式均会增加土壤全氮和硝态氮含量。秸秆还田后不同土层全氮含量存在差异，在施用0.75 kg/m2的秸秆的样方(T1,T2,T3,T4)土壤全氮含量总体随着土层深度增加而减小；施用1.5 kg/m2秸秆的样方(T5,T6,T7,T8)呈现为：5—10 cm土层土壤全氮含量最大，其次为0—5 cm土层，10—20 cm土层最小。

不同处理方式秸秆还田在不同土层中对土壤全氮量影响不同。施用1.5 kg/m2秸秆的样方(T5,T6,T7,T8)较施用0.75 kg/m2秸秆的样方(T1,T2,T3,T4)在0—5，5—10，10—20 cm土层中分别高出3.21%，7.57%和7.73%，且对5—10，10—20 cm土层土壤全氮量增加效果显著；施用1 cm细秸秆的样方(T3,T4,T7,T8)较施用5 cm粗秸秆的样方(T1,T2,T5,T6)在0—5，5—10，10—20 cm土层中分别高出6.60%，5.84%和5.49%，但对土壤全氮量增加效果无明显差异；添加尿素堆沤的样方(T2,T4,T6,T8) 全氮含量较未添加尿素堆沤的样方(T1,T3,T5,T7)在0—5，5—10，10—20 cm土层中分别高出5.45%，3.86%，3.25%，且增加效果显著。

秸秆还田后，土壤硝态氮含量随着土层深度增加而降低，不同处理之间，硝态氮含量存在显著性差异(p<0.05)。不同堆沤方式秸秆还田在不同土层中对土壤硝态氮影响不同。施用1.5 kg/m2秸秆的样方(T5,T6,T7,T8)较施用0.75 kg/m2秸秆的样方(T1,T2,T3,T4)在0—5，5—10，10—20 cm土层中分别高出24.86%，47.30%和83.22%，且对10—20 cm土层土壤硝态氮含量增加效果显著；施用秸秆粒度1 cm的样方(T3,T4,T7,T8)较施用秸秆粒度5 cm的样方(T1,T2,T5,T6)在0—5，5—10，10—20 cm土层中分别高出46.27%，34.76%和20.79%，且对0—5 cm土层土壤硝态氮含量增加效果最好；添加尿素堆沤的样方(T2,T4,T6,T8) 较未添加尿素堆沤的样方(T1,T3,T5,T7)在0—5，5—10，10—20 cm土层中分别高出19.57%，23.19%和30.72%，说明添加尿素堆沤对10—20 cm土层土壤硝态氮含量影响最大(表4)。

表4 不同处理方式下不同土层土壤中氮素含量特征

2.3 植物体内氮素吸收量

在烤烟收获期，不同处理中烤烟各器官全氮含量总体表现为叶>茎>根，秸秆还田较CK分别增加了67.69%，25.33%和42.27%，不同处理对叶、根氮含量影响较大，对茎的影响较小。不同堆沤方式下，植物全氮含量呈现规律性变化：秸秆还田量1.5 kg/m2的样方(T5,T6,T7,T8)烤烟植物体含氮量较秸秆还田量0.75 kg/m2的样方(T1,T2,T3,T4)高出1.46%～34.55%；秸秆还田粒度1 cm的样方(T3,T4,T7,T8)烤烟植物体全氮含量较秸秆还田粒度5 cm的样方(T1,T2,T5,T6)高出2.54%～35.77%；同时添加尿素堆沤的样方(T2,T4,T6,T8) 烤烟植物体全氮含量较未添加尿素堆沤的样方(T1,T3,T5,T7)高出6.60%～38.03%。综上，在进行秸秆的堆沤还田时，秸秆还田粒度为1 cm，还田秸秆量为1.5 kg/m2，添加尿素均可有效增加植物各器官全氮含量(图2)。

图2 不同处理方式下烤烟各器官氮素含量

2.4 烤烟坡耕地氮平衡关系

根据宋娅丽[18]对农田生态系统氮素平衡的计算公式，化肥及有机肥氮素输入量=径流与泥沙氮流失量+土壤残留氮量+烤烟吸收量。径流氮素流失量占氮素输入量的8.27%～23.85%，泥沙氮素流失量占氮素输入量的4.37%～12.72%，土壤氮素残留量占氮素输入量的4.97%～36.79%，烤烟吸收量占氮素输入量的41.10%～71.64%。数据表明烤烟吸收的氮素占氮素输入的主体部分。氮素流失主要以径流为主，泥沙为辅，两者的流失量之和占氮素输入量的16.89%～31.21%。就径流氮素流失量来看，秸秆还田处理的样方氮素流失量与氮素输入量的比值均低于CK，说明秸秆还田可以有效减少径流氮素流失。

施用1.5 kg/m2秸秆样方(T5,T6,T7,T8)氮素平均流失量占氮素输入量的19.69%，施用0.75 kg/m2秸秆的样方(T1,T2,T3,T4)氮素平均流失量占氮素输入量的20.33%，表明施用1.5 kg/m2秸秆较施用0.75 kg/m2秸秆可有效减少氮素流失；秸秆粒度为5 cm的样方(T1,T2,T5,T6)总体氮流失量占氮素输入量的16.70%～19.92%，秸秆粒度为1 cm的样方(T3,T4,T7,T8)总体氮流失量占氮素输入量的18.61%～25.27%，表明秸秆粒度为5 cm较秸秆粒度1 cm同样可有效减少氮素流失；添加尿素堆沤的样方(T2,T4,T6,T8) 平均氮素流失量占氮素输入量的21.18%，未添加尿素堆沤样方(T1,T3,T5,T7)的平均氮素流失量占氮素输入量的18.84%，表明尿素的添加会增加氮流失。

就植物吸收来看，2号样方植物氮素吸收量与氮素输入量的比值最高达到71.64%，T8样方的比值最小为41.10%。在氮的输入量达到71.98 g/m2时，烤烟吸收氮素量与氮素输入量的比值下降，土壤氮素残留量与氮素输入量的比值上升(表5)。

表5 不同处理方式下滇中烤烟农田生态系统中氮素平衡关系记者

3 讨 论

3.1 不同堆沤方式下秸秆还田对氮素流失的影响

农田生态系统随着氮素的过量投入导致大量氮素以径流、淋溶等方式进入水体，土壤中氮素同样会以流失的形式进入环境[19]。本研究中，氮的主要流失方式包括径流和泥沙流失两种，由于秸秆本身含有丰富的氮元素，采用不同的秸秆还田量及堆沤方式分别增加了径流中氮素浓度(2.40%～18.43%和25.56%～32.66%)。而朱利群等[10]和杨坤宇等[20]研究结果表明，秸秆还田可减少稻田径流氮流失浓度(15.34%～19.76%)，原因可能是秸秆直接还田在还田后吸附氮，腐解时微生物吸收环境中的氮，从而降低稻田径流氮素浓度[10]；而本试验还田方式为秸秆堆沤还田，在堆沤过程中秸秆完成腐熟，堆肥成肥增加了氮磷钾含量[21]，还田后可供给氮，不再吸收氮致使径流泥沙氮素浓度上升。

本研究中，堆沤秸秆还田量及秸秆粒度均对径流全氮流失量影响显著，1.5 kg/m2还田量较0.75 kg/m2使径流全氮流失量降低0.32%～35.05%；5 cm粗秸秆还田较1 cm细秸秆使径流全氮流失量降低54.52%～77.23%。这可能是由于堆沤秸秆还田量为1.5 kg/m2，秸秆粒度为5 cm时秸秆分解能产生更多的胶结物质增加土壤团粒结构，有效地减少地表径流，从而使径流氮流失量随之减少。本研究中随着降雨量的增加，径流全氮流失量也随之增加(17.33%～117.86%)，这是由于降雨量增大产流量随之上升，导致全氮流失量增加。同时，降雨强度的增加导致泥沙全氮流失量增加26.96%～154.18%，这可能是由于雨滴击溅破坏土壤结构降低了水分入渗能力，造成土壤侵蚀加大[22]。T8处理泥沙全氮流失量为其他处理的1.92～6.17倍，该处理采用秸秆粒度为1 cm细秸秆，还田量为1.5 kg/m2并添加尿素堆沤，易于堆腐并且能释放大量氮素，能较快较好的对土壤氮素进行补给，致使其在降雨的冲刷下产生较多的氮素流失。

3.2 不同堆沤方式下秸秆还田对土壤中氮含量的影响

本研究中，秸秆还田量为1.5 kg/m2较0.75 kg/m2使土壤全氮含量增加3.21%～7.73%，秸秆还田量增加土壤全氮含量，这与徐蒋来等[9]研究结果一致，原因可能是秸秆还田量大，覆盖表土全面、均匀，可以更有效的减少降雨冲刷造成的氮流失；施用1 cm细秸秆样方比施用5 cm粗秸秆的土壤全氮含量高出5.49%～6.60%，这可能由于秸秆粒度小在堆沤时可以增加与微生物及菌群的接触面积加快腐熟，同时还田后更利于土壤的固定；添加尿素堆沤的样方比未添加尿素堆沤的样方土壤全氮含量高出(3.25%～5.45%)，与刘祁峰等[23]研究结果相同，尿素的添加会增加土壤氮含量。

研究表明土壤中的氮素随着土层深度的增加而降低[24]，而本研究则表明在不同堆沤方式下不同土层的全氮含量存在差异：0.75 kg/m2秸秆还田时0—5 cm全氮量最高；1.5 kg/m2秸秆还田时5—10 cm全氮含量最高。秸秆还田量为1.5 kg/m2对5—10 cm土层全氮增加效果明显，这可能是由于秸秆还田量大产生更多的氮素，0—5 cm土层土壤氮素向下沉降或者氮素向植物根部聚集的结果。对土壤硝态氮研究发现，秸秆堆沤还田较秸秆不还田土壤硝态氮含量增加了1.19～1.48倍，这与李亚鑫等[25]研究结果一致，而赵鹏等[26]研究结果则为秸秆还田会减少土壤硝态氮含量。

3.3 不同堆沤方式下秸秆还田对植物体内氮素吸收量的影响

本研究中烤烟全氮含量分布特征为叶>茎>根，与普匡等[27]研究结果相同，而杨梅等[28]研究结果则为烤烟全氮分布叶>根>茎。烤烟植株体的氮素主要存在于烟碱、叶绿素和蛋白质中，植物营养含量及其在根、茎、叶中的分布与其生长时期，土壤养分含量和生活环境有较大的关系[29]。秸秆还田量、粉碎程度和添加尿素堆沤会增加烤烟氮含量，其中添加尿素堆沤可以显著增加烤烟氮含量(6.60%～38.03%)。堆沤方式下的秸秆还田可以快速供给土壤氮素含量，促进蛋白质转化为糖类物质为烤烟生长提供养分[30]，间接影响烤烟产量和品质。这与方平等[31]的研究结果一致，秸秆还田量与耕作方式均会对作物产量产生一定的影响[32]。

3.4 不同堆沤方式下秸秆还田对氮素平衡的影响

在烤烟农田生态系统中，秸秆还田增加了氮素输入量。本研究中土壤氮素残留量占氮素输入量的4.97%～36.79%，过多的氮素残留为氮素流失提供了养分基础。氮素流失量占氮素输入量的比值达16.89%～31.21%，其中泥沙占4.37%～12.72%，径流占8.27%～23.85%。说明在此生态系统中氮的流失形式主要以径流流失为主，泥沙流失为辅，在防治氮素流失时应对径流进行重点防控。就氮素流失来看，本试验研究发现1.5 kg/m2还田量，秸秆粒度5 cm均可有效减少氮素流失，而添加尿素堆沤可增加烤烟氮含量。从氮素吸收来看，在氮素输入量增加到71.98 g/m2时，烤烟吸收量与氮素输入量比值下降，土壤氮素残留量与氮素输入量的比值上升，说明烤烟对氮素的需求可能有峰值存在。

综上所述，采用水与尿素堆沤、还田量1.5 kg/m2，秸秆粒度5 cm的处理可提高烤烟氮素吸收量，减少径流泥沙氮素流失，并产生较少的土壤残余，能够实现烤烟农田生态系统的氮素平衡，达到生态效益、经济效益和社会效益的最大化。

4 结 论

(1) 秸秆堆沤还田较秸秆不还田径流泥沙氮素浓度均增加。径流全氮含量在秸秆还田量1.5 kg/m2较0.75 kg/m2降低0.32%～35.05%；秸秆还田粒度5 cm较1 cm降低54.52%～77.23%。径流全氮流失量随着降雨量的增加而增大；泥沙全氮流失量随着降雨强度的增加而增大。

(2) 秸秆还田均增加了土壤全氮、硝态氮含量(分别为CK的1.02～1.20,1.19～1.48倍)。秸秆还田后不同土层全氮含量存在差异，在施用0.75 kg/m2的土壤全氮含量总体随着土层深度增加而减小；施用1.5 kg/m2秸秆还田的土壤全氮含量表现为：5—10 cm>0—5 cm>10—20 cm。

(3) 烤烟各器官全氮含量分布特征为叶>茎>根。烤烟各器官含氮量为秸秆还田量1.5 kg/m2较0.75 kg/m2高出1.46%～34.55%；施用1 cm细秸秆较5 cm粗秸秆高出2.54%～35.77%；添加尿素堆沤较未添加尿素高出6.60%～38.03%。

(4) 径流氮素流失量、泥沙氮素流失量、土壤残留量和烤烟吸收量分别占氮素总输入量的8.27%～23.85%，4.37%～12.72%，4.97%～36.79%和41.10%～71.64%。水与尿素堆沤，还田量1.5 kg/m2，秸秆粒度5 cm的秸秆还田方式可有效降低氮素流失量、增加烤烟产量，为本研究的最佳秸秆还田方式。