烤烟油菜轮作及平衡施肥下土壤氮素动态变化研究

张启莉，肖 玲，李 涛，马 薇，何佶弦，顾会战

（1.四川省烟草公司广元市公司，四川 广元 628000；2.四川农业大学资源学院，成都 611130）

作为国家税收的主要来源，烟草商业企业为国家财政收入作出了巨大贡献，因此稳定的烟叶生产对国民经济发展至关重要［1］。然而，烤烟生产中过量施用氮肥和连作现象普遍存在，导致土壤结构遭到破坏，有机氮含量降低［2，3］。土壤性质对烟叶的外观和化学品质有显著影响，良好的土壤结构能促进根际养分循环，提高土壤肥力，最终促进烤烟生长，提高烟叶质量和价值［4］。大量研究表明，轮作或平衡施肥对土壤肥力和烤烟产质量具有提升作用［5-8］。轮作系统中的烤烟生长有利于产量和抗病性［9］，同时可有效提高农业生态系统中的整体氮存量以及活跃的土壤氮组分［10］。此外，过量施氮对土壤氮含量的影响研究结果并不一致，有研究认为化肥氮可增加土壤氮含量［11］，也有研究认为施氮对土壤氮含量没有影响［12］，这说明施肥对土壤氮含量的影响可能会随着轮作策略等农艺生产实践的变化而变化。

氮是烤烟生长必不可少的养分元素之一，可直接参与烟株体内多种代谢过程，与烤烟产质量密切相关［13］。氮素不足时，烟叶轻，烟碱含量低，香气差，劲头不足；氮素过量时，烤烟贪青晚熟，烟碱含量过高，刺激性和劲头过大［14］。传统的烤烟生产在农艺学上是不可持续的，因为它对有机碳和总氮储量产生了负面影响［15］。前人对植烟土壤氮含量的研究多集中在轮作或施肥单一处理上，而对轮作和平衡施肥的叠加效应研究较少。为此，本研究选择对土壤养分活化效果显著的油菜与烤烟轮作，结合平衡施肥措施（减施氮肥和增施磷肥），探究烤烟油菜轮作及平衡施肥对土壤碱解氮和铵态氮含量的影响，以期为优化种植制度和改善土壤质量提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

研究地点为广元市烟草公司科技园区，位于广元市剑阁县（31°31′—32°17′N，105°9′—105°49′E），地处四川盆地北部边缘，海拔820 m，属亚热带湿润季风气候，年均气温15.4℃，年均降水量1 039.4 mm，年均日照时数1 328.3 h，年无霜期270 d。

1.2 试验材料

供试土壤：黄壤，pH 6.68，有机质含量10.55 g/kg，全氮含量0.34 g/kg，碱解氮含量34.81 mg/kg，有效磷含量8.74 mg/kg，速效钾含量103.76 mg/kg。

供试油菜：川渝地区广泛栽培的中早熟品种，分别为重蓉油1号、德油早1号、GSX-1。

供试烤烟：云烟87，由广元市烟草公司提供。

1.3 试验设计

试验采取裂区设计，主因素为油菜或冬闲，设4个水平：冬闲（A1，对照）、重蓉油1号（A2）、德油早1号（A3）、GSX-1（A4）；副因素为平衡施肥制度，设3个水平：常规施肥（B1）、减氮施肥（B2）、增施磷肥（B3）。共12个处理，3次重复，田间随机区组排列。

于2015年9月15日进行油菜集中播种和育苗，苗龄50 d左右，10月28日移栽。按当地习惯方式移栽，油菜行距0.6 m，株距0.4 m，小区面积162 m2。油菜施肥量为：N 14.6 kg/hm2，P2O50 kg/hm2，K2O 2.5 kg/hm2，均由化肥提供，所用肥料为复合肥（20-0-5）和尿素（46-0-0），复合肥作基肥，尿素在移栽后40 d追施。施肥方式均为穴施。

油菜收获后，将每个小区进行规整移栽烤烟。烤烟常规施肥量为：N 7.0 kg/hm2，P2O59.2 kg/hm2，K2O 22.0 kg/hm2，具体做法为：基肥用复合肥（10-15-25）30 kg/hm2，商品有机肥（2.5-2-1.5）30 kg/hm2，普通过磷酸钙（0-12-0）15 kg/hm2，油枯（2-2-2）20 kg/hm2，移栽7 d后施提苗肥硝酸钾（13.5-0-44.5）7 kg/hm2，30 d后施追肥硫酸钾（0-0-53）12 kg/hm2，硝酸钾（13.5-0-44.5）3 kg/hm2，复合肥（10-15-25）10 kg/hm2。减氮 处理施肥量为：N 6.0 kg/hm2，P2O59.2 kg/hm2，K2O 22.0 kg/hm2，具体做法为：基肥用复合肥（10-15-25）20 kg/hm2，磷酸二氢钾（0-52-35）5 kg/hm2，商品有机肥（2.5-2-1.5）30 kg/hm2，普通过磷酸钙（0-12-0）15 kg/hm2，油枯（2-2-2）20 kg/hm2，提苗肥和追肥同常规施肥处理。增磷处理施肥量为：N 7.0 kg/hm2，P2O511.2 kg/hm2，K2O 22.0 kg/hm2，具体做法为：基肥用复合肥（10-15-25）30 kg/hm2，商品有机肥（2.5-2-1.5）30 kg/hm2，普通过磷酸钙（0-12-0）30 kg/hm2，油枯（2-2-2）20 kg/hm2，提苗肥和追肥同常规施肥处理。烤烟其他田间农艺措施同常规管理。

1.4 土壤样品采集及测定

油菜尚未移栽前和移栽后的30、60、90、120、150、180 d，以及烤烟季的30、60、90、120 d，在每个小区采用蛇形法多点采取距植株0～20 cm耕层土样，混合均匀后，去除石砾及动植物残渣，取部分鲜样置于4℃冰箱保存，剩余土样经过风干、磨细、过筛、混匀后保存备用。

碱解氮（干样）：碱解扩散法。

铵态氮（鲜样）：KCl浸提-靛酚蓝比色法。

1.5 数据处理

所有数据均采用Excel 2010整理，采用SPSS 20软件进行方差分析，用单因素方差分析（one-way ANOVA）和Duncan’s法进行差异显著检验（P＜0.05）。采用Excel 2010进行图表制作。

2 结果与分析

2.1 烤烟油菜轮作对油菜季土壤氮含量的影响

2.1.1 土壤碱解氮含量 由图1可知，烤烟油菜轮作可不同程度提高土壤碱解氮含量，且在油菜移栽初期（30 d）提升效果最为明显，是冬闲处理的1.90～3.52倍。随着油菜生育期的推进，轮作对土壤碱解氮的提升效果逐渐减弱。移栽后的60、120和150 d，土壤碱解氮在处理间的差异均未达显著水平。移栽后的90和180 d时，土壤碱解氮含量表现为：重蓉油1号＞德油早1号＞GSX-1＞冬闲，除GSX-1外轮作处理土壤碱解氮含量显著高于冬闲（P＜0.05），分别高出32.77%～129.13%、58.58%～192.72%。整体而言，重蓉油1号与烤烟轮作对土壤碱解氮的提升效果最佳。

图1 烤烟油菜轮作对油菜季土壤碱解氮含量的影响

2.1.2 土壤铵态氮含量 由图2可知，烤烟油菜轮作可不同程度提高土壤铵态氮含量，且在油菜移栽初期（30 d）提升效果最为明显，是冬闲处理的8.55～20.39倍。随着油菜生育期的推进，轮作对土壤铵态氮的提升效果急剧减弱，处理间的差异均未达到显著水平，表现为：重蓉油1号＞德油早1号＞GSX-1＞冬闲。整体而言，重蓉油1号与烤烟轮作对土壤铵态氮的提升效果最佳。

图2 烤烟油菜轮作对油菜季土壤铵态氮含量的影响

2.2 烤烟油菜轮作及平衡施肥对烤烟季土壤氮含量的影响

2.2.1 土壤碱解氮含量 由表1可知，在烤烟整个生育期内，除A1B1、A4B2外，其他时期土壤碱解氮含量均有所下降，降幅为8.65%～64.26%。在A1处理中，烤烟移栽30和90 d时，土壤碱解氮含量以B3处 理 最高，分 别 为A1B1的1.53和1.03倍；60和120 d分别以B2和B1处理最高。在A2处理中，土壤碱解氮含量在烤烟移栽后30、60和120 d时均以B3处理最高，相较A2B1分别增加了41.91%、7.69%和30.21%。在A3处理中，土壤碱解氮含量在烤烟生长中后期（60、90和120 d）表现为：B3＞B2＞B1，其中B3与B1间的差异达显著水平（P＜0.05）。在A4处理中，烤烟移栽后的30、60和90 d时，土壤碱解氮含量以B3处理最高，120 d时以B2处理最高，但处理间均无显著差异。

表1 烤烟油菜轮作及平衡施肥对烤烟季土壤碱解氮含量的影响 （单位：mg/kg）

2.2.2 土壤铵态氮含量 由表2可知，在烤烟整个生育期内，移栽120 d土壤的铵态氮含量与移栽30 d相比均有所下降，降幅为5.41%～77.51%。在A1处理中，土壤铵态氮含量在烤烟移栽90和120 d时以B1处理最高，移栽后30和60 d分别以B2和B3处理最高。在A2处理中，土壤铵态氮含量在烤烟整个生育期均以B3处理最高，相较A2B1，移栽后30、60、90、120 d分别增加了47.93%、68.91%、125.71%和207.89%。在A3处理中，土壤铵态氮含量在烤烟生长中后期（60、90和120 d）表现为：B3＞B2＞B1，但处理间均无显著差异。在A4处理中，烤烟移栽后的60和90 d时，土壤铵态氮含量表现为B1＞B3＞B2，移栽后30和60 d分别以B3和B2处理最高。

表2 烤烟油菜轮作及平衡施肥对烤烟季土壤铵态氮含量的影响 （单位：mg/kg）

3 小结与讨论

土壤碱解氮包括无机态氮（铵态氮、硝态氮）及易水解的有机态氮（氨基酸、酰胺和易分解的蛋白质），是反映土壤供氮能力和衡量氮素水平的重要指标［16］。作为最重要的矿质氮存在形式，铵态氮不仅可以被植物吸收利用，而且是氮素气态损失的起点［17］。研究表明，轮作可促进养分循环，显著提高土壤微生物多样性，提高农业生态系统的稳定性［18］。在本研究中，油菜季土壤碱解氮和铵态氮含量在生长初期（移栽后30 d）均最高，随着生育期的推进，氮含量急剧下降，且处理间无显著差异，个别时期的铵态氮除外，这是因为当地种植油菜基肥和追肥（移栽后30 d）中施用了较高量的氮素，随着油菜生长过程中的吸收，土壤碱解氮含量降低。此外，烤烟油菜轮作的土壤氮含量在整个生育期均高于冬闲处理，原因包括：①种植油菜相较冬闲处理能向土壤输入更多的油菜残渣，分解后可供应一部分氮素；②油菜可以提高土地覆盖率和覆盖时间，在物理上保护土壤N不受淋洗［19］；③烤烟油菜轮作具有好氧和厌氧交替的周期性土壤环境和高作物残留量，可提高土壤微生物群落的多样性，有利于土壤无效氮向矿质氮的转化［20］。

相关研究表明，土壤氮素的含量和分布受施肥、作物生长、气候条件、灌溉方式和土壤性质的影响［21］，而施用氮肥的影响并不显著［22］。在烤烟生产过程中，通过轮作和肥料来维持土壤氮含量，归因于大团聚体中氮素的储存［23］。同时，肥料可提高土壤微生物群落多样性和酶活性，也会产生真菌菌丝，促进大团聚体的形成［24，25］。轮作和施肥可以协同提高土壤氮含量，有利于维持土壤结构和质量。在烤烟季，本研究采用双因素裂区设计，探究轮作和平衡施肥对土壤氮含量的影响。结果表明，烤烟季的土壤氮含量随着生育期的推进逐渐下降，这与何林卫等［7］的研究结果存在差异，这可能与土壤类型和气候等因素有关。此外，在平衡施肥处理中，除个别处理外，增施磷肥的土壤氮含量最高，说明该处理的氮消耗量最少，且磷肥会抑制铵态氮向硝态氮转化，减少硝态氮的积累［26］，这可能是增施磷肥处理中铵态氮含量高的原因。

烤烟油菜轮作可不同程度提高土壤碱解氮和铵态氮含量，且在油菜移栽初期（30 d）提升效果最显著。随着油菜生育期的推进，轮作对土壤氮含量的提升效果急剧减弱，整体表现为：重蓉油1号＞德油早1号＞GSX-1＞冬闲。在烤烟整个生育期内，除个别处理外，其他处理土壤碱解氮和铵态氮含量均有所下降，降幅分别为8.65%～64.26%、5.41%～77.51%。在所有主处理下，土壤氮含量以增施磷肥处理最高。综上，重蓉油1号油菜与烤烟轮作和增施磷肥时土壤氮含量较高，是当地最优的种植模式。