袁家富,徐祥玉,趙書(shū)軍*,秦興成,熊又升,彭成林,佀國(guó)涵
(1.湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植保土肥所,武漢 430064;2.湖北省煙草公司恩施州公司,湖北 恩施 445000)
我國(guó)是最大的煙草生產(chǎn)國(guó),產(chǎn)量占全世界產(chǎn)量的44%[1]。由于各地自然、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)條件和種煙歷史的差異,我國(guó)在煙草生產(chǎn)方面存在明顯的區(qū)域特征[2],煙草作為一種重要的經(jīng)濟(jì)作物[3],它的關(guān)鍵栽培技術(shù)之一就是施肥[4]。氮素是植物生長(zhǎng)必需的礦質(zhì)養(yǎng)分,對(duì)煙草的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程起著很重要的作用[5]。氮素供應(yīng)適當(dāng)時(shí),對(duì)煙草農(nóng)藝性狀、生育期、產(chǎn)量、產(chǎn)值、均價(jià)、上等煙比例、外觀質(zhì)量等都有較好的影響。因此,氮肥的正確施用對(duì)煙葉的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)非常重要。目前,許多煙區(qū)由于連年施肥或施肥過(guò)多造成煙葉在后期不能正常落黃,且存在著上部葉煙堿含量高、可用性低的問(wèn)題[6]。恩施州煙區(qū)(鄂西南)是我國(guó)十大煙區(qū)之一,通過(guò)探究此煙區(qū)煙草大田生育期土壤有效氮、供氮高峰和煙草吸氮規(guī)律,擬對(duì)合理、準(zhǔn)確施肥提供理論支持。
試驗(yàn)于 2009年安排在恩施州宣恩縣椒園鎮(zhèn)涼風(fēng)村。該煙區(qū)光熱資源豐富,屬中亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)型山地氣候,且隨海拔高度的變化呈明顯的垂直差異,具有無(wú)霜期長(zhǎng)(203~294 d)、大于 10℃積溫高(2 600~5 000 ℃)、日均氣溫大于20 ℃的時(shí)間長(zhǎng)(130 d)等特點(diǎn)。土壤耕層(0~20 cm)基本理化性狀為:pH為6.1,有機(jī)質(zhì)21.76 g/kg,堿解氮120.79 mg/kg,速效磷 15.4mg/kg,速效鉀 192.50 mg/kg,全氮0.1618%。
以云煙87為供試材料。試驗(yàn)設(shè)9個(gè)處理:(A)不施肥不栽煙;(B)施化肥不栽煙;(C)有機(jī)無(wú)機(jī)配合施肥不栽煙;(D)施化肥、全生育期覆膜栽煙;(E)施化肥、前期蓋膜后期揭膜培土栽煙;(F)有機(jī)無(wú)機(jī)配合施肥、前期蓋膜后期培土栽煙;(G)有機(jī)無(wú)機(jī)配施,全生育期覆膜;(H)有機(jī)無(wú)機(jī)配施,移栽前 25 d起壟施用基肥,前期覆膜后期揭膜培土;(I)全施化肥,移栽前25 d起壟施用基肥,前期蓋膜后期培土栽煙。其中有機(jī)無(wú)機(jī)配合處理(C、F、G、H)有機(jī)氮占總施氮量的30%。
施氮量為 90 kg/hm2,氮磷鉀比例為 1:1.2:3?;蔬x用煙草專用復(fù)合肥[總養(yǎng)分含量 40%,m(N):m(P2O5):m(K2O)=10:10:20],有機(jī)肥肥源選用餅肥[m(N):m(P2O5):m(K2O)=5:2.5:1.4]。70%氮和70%鉀以及全部磷作為基肥施入,剩余 30%氮和30%鉀作為追肥施入,其中有機(jī)無(wú)機(jī)配合施用處理中全部餅肥(占總氮量30%)作為基肥施入并施入部分復(fù)合肥(占總氮量 40%)。計(jì)算復(fù)合肥以及餅肥中帶入的磷和鉀,磷肥和鉀肥不足部分分別用過(guò)磷酸鈣(P2O5,12%)和硫酸鉀(K2O,50%)補(bǔ)充。追肥氮源選用硝銨(N,30%),鉀肥選用硫酸鉀。
A、B、C三個(gè)處理由于不栽煙,不設(shè)重復(fù),D、E、F、G、H、I六個(gè)處理各設(shè)3次重復(fù),共21個(gè)小區(qū)。隨機(jī)排列,每個(gè)小區(qū)長(zhǎng)6 m,寬4.4 m,行距1.2 m,株距0.55 m,每小區(qū)栽煙40株。H處理和I處理于4月10日施肥起壟,其余處理5月3日施肥起壟,5月3日移栽,5月12日追氮肥,6月3號(hào)追鉀肥。其他管理措施同一般大田。
從移栽起每周取樣一次,共計(jì)約 14次。沿?zé)熤曛車?8~20 cm的半徑打孔取土,每次取5個(gè)點(diǎn),取混合土樣。取樣深度分別為0~20 cm和20~40 cm(即每處理每次分層取兩個(gè)土樣)。
樣品帶回實(shí)驗(yàn)室測(cè)定土壤有效氮,方法為堿解擴(kuò)散法。
2.1.1 全生育期覆膜方式下煙株氮累積及累積速率動(dòng)態(tài) 由圖1看出,移栽后20 d內(nèi)煙株吸氮量很低,D只占最高氮累積(6.025 g/株)的2.2%,G占最高氮累積(6.519 g/株)的3.6%。G在移栽后20~56 d是第1個(gè)吸氮高峰期,吸氮總量占最高氮累積量的70.8%,63~77 d是第2個(gè)吸氮高峰期,吸氮量占最高吸氮量的23.98%。D在移栽后35~63 d是第1個(gè)吸氮高峰期,吸氮總量占最高氮累積量的63.4%,70~77d是第2個(gè)吸氮高峰期,吸氮量占最高氮累積量的28.58%。G和D氮累積速率最大值分別是移栽后45 d和52 d左右。有機(jī)無(wú)機(jī)肥配合使用可以使煙株氮累積速率曲線前移大約一周,并且最高氮累積量比化肥處理提高8.2%。
圖1 全生育期覆膜煙株氮累積及累積速率動(dòng)態(tài)Fig.1 Dynamic of tobacco plant N accumulation and accumulative rate in all stage of tobacco plant growth
2.1.2 前期覆膜團(tuán)棵揭膜方式下土壤有效氮及煙株氮累積動(dòng)態(tài) 前期覆膜處理煙株團(tuán)棵(移栽后30 d)揭膜方式下,煙株氮累積及其累積速率動(dòng)態(tài)見(jiàn)圖2。與全生育期覆膜相同,0~20 d煙株氮累積很少,E和F只占最高氮累積量(E,5.642 g/株)的2.8%和(F,6.077 g/株)4.2%。煙株氮累積變化在移栽20 d后呈現(xiàn)出慢-快-極慢-快-緩的趨勢(shì)(圖2a),E和F在移栽后21~35 d的2周是第1個(gè)氮累積高峰期(慢),氮累積量分別占最高氮累積的 15.9%和20.4%,35~42 d的是第2個(gè)氮累積高峰期(快),氮累積量分別占最高氮累積的22.14%和30.48%,42~49 d的7 d是氮素極緩慢累積期,氮累積量分別占最高氮累積的 4.33%和 6.23%,E和 F分別在49~63和49~56 d出現(xiàn)第2個(gè)氮快速累積期,氮累積量分別占最高氮累積的53.8%和25.7%,之后兩個(gè)處理煙株氮累積均出現(xiàn)緩慢增長(zhǎng)直至采烤結(jié)束氮累積量分別占最高氮累積的1%和12.9%。可以看出,F(xiàn)處理氮累積高峰比E處理提前1周到達(dá)。就氮素累積速率看,移栽后60 d內(nèi)F氮累積速率曲線高于E,60 d之后則F低于E。以上分析表明,此覆蓋方式下有機(jī)無(wú)機(jī)配合使用是煙株兩個(gè)快速氮累積時(shí)期的氮累積量均衡化,且第2個(gè)快速累積其實(shí)提前,有機(jī)無(wú)機(jī)配合提高前期氮累積速率。
圖2 前期覆膜團(tuán)棵揭膜煙株氮累積及累積速率動(dòng)態(tài)Fig.2 Dynamic of N accumulation tobacco plant and accumulative rate after removing film at bird nest stage
2.1.3 提前施肥方式下土壤有效氮及煙株氮累積動(dòng)態(tài) 圖3顯示,提前起壟施肥方式下煙株氮累積及氮累積速率動(dòng)態(tài)。在移栽20 d后氮累積出現(xiàn)快-慢-快-降趨勢(shì),H處理第1個(gè)氮快速累積期是移栽后20~49 d,氮累積量為4.961 g/株,占最高氮累積量(7.802 g/株)的63.58%,I處理第一個(gè)氮快速累積期是移栽后20~63 d,氮累積量為4.548 g/株,占最高氮累積量(5.681 g/株)的80.1%,可見(jiàn)此施肥方式下有機(jī)無(wú)機(jī)處理不但能使氮累積高峰提前 15 d,而且能提高煙株對(duì)氮的吸收累積,明顯提高氮累積總量。49~70 d、63~70 d分別是H處理和I處理氮累積緩慢期,氮累積量分別占最高氮累積的7.5%和0.5%,70~84 d的和70~77 d分別是H和I的第2個(gè)氮快速累積期,累積量分別占最高累積量的26%和 16.33%,之后兩個(gè)處理氮累積均出現(xiàn)不同程度的降低,其機(jī)理有待進(jìn)一步研究。從圖3b看出,H處理氮累積速率明顯高于I處理。
圖3 提前施肥處理煙株氮累積及累積速率動(dòng)態(tài)Fig.3 Dynamic of N accumulation tobacco plant and accumulative rate in earlier fertilization
2.2.1 不栽煙處理土壤有效氮?jiǎng)討B(tài)變化 不栽煙處理土壤(0~40 cm)有效氮變化見(jiàn)圖4。在栽煙處理移栽后35 d內(nèi),B和C表層土壤有效氮高于A,其中28 d內(nèi)C處理有效氮高出B處理92.8 mg/kg,高幅達(dá)33.25%。移栽后28 d之后C土壤有效氮迅速下降,15 d之內(nèi)下降156.5 mg/kg,降幅達(dá)到42%,而B(niǎo)土壤有效氮在移栽后35 d開(kāi)始大幅度下降,22 d之內(nèi)下降107 mg/kg,降幅達(dá)到33.5%。A和B在栽煙處理移栽后42 d左右,有效氮基本一致且之后的走勢(shì)基本一致,而C則提前下降,說(shuō)明單施化學(xué)肥料在施肥42 d之內(nèi)基本損失完畢,而施用有機(jī)肥有可能使這個(gè)過(guò)程提前。移栽后 63 d 三個(gè)處理土壤有效氮趨于一致,而且含量較高,說(shuō)明后期土壤有機(jī)氮礦化量明顯高于有效氮損失量。
2.2.2 全生育期覆膜方式下土壤有效氮?jiǎng)討B(tài)變化移栽后65 d左右D處理土壤有效氮一直高于G處理且D處理呈現(xiàn)鋸齒狀波動(dòng)(圖5)。結(jié)合圖1a看,在移栽后 20 d內(nèi)兩個(gè)處理有效氮均有所上升,20~56 d內(nèi)G處理有效氮連續(xù)下降并出現(xiàn)最低值,此時(shí)煙株氮也快速累積,D處理有效氮出現(xiàn)波動(dòng)下降同時(shí)煙株氮累積也出現(xiàn)波動(dòng),且G有效氮降低曲線和煙株氮累積增高曲線之間達(dá)顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.935**),D則達(dá)到-0.661。由于覆膜改變了土壤溫度、通透性和土壤水分,加強(qiáng)土壤呼吸,因此促進(jìn)土壤氮礦化,提高了土壤氮素有效性,因此這兩個(gè)處理土壤有效氮含量一直較高,由于覆膜導(dǎo)致煙株根系發(fā)育不良,植株吸氮能力減弱,因此導(dǎo)致土壤有效氮累積增加。
圖4 不栽煙處理土壤有效氮變化Fig.4 Dynamic of soil available N in plots without tobacco
圖5 全生育期覆膜方式下土壤有效氮含量Fig.5 Dynamic of soil available N in all stage of tobacco plant growth
2.2.3 前期覆膜團(tuán)棵揭膜方式下土壤有效氮隨時(shí)間分布動(dòng)態(tài) 前期覆膜煙株團(tuán)棵(移栽后30 d)揭膜方式下土壤有效氮隨時(shí)間變化動(dòng)態(tài)見(jiàn)圖6。圖6a顯示,移栽后0~20 d內(nèi)土壤有效氮略有上升,移栽后60 d內(nèi)E處理有效氮始終高于F處理,F(xiàn)處理20~28 d內(nèi)有效氮大幅度下降,降幅達(dá)到35.1%,E處理20~56 d內(nèi)有效氮持續(xù)下降,之后兩個(gè)處理有效氮含量基本一致且稍有上升。結(jié)合圖2看,F(xiàn)處理氮累積及累積速率快于E處理,這和F處理土壤有效氮提前降低相吻合,但土壤有效氮的大幅度下降也有降雨造成的淋溶損失。
圖6 前期覆膜后期揭膜方式下土壤有效氮含量Fig.6 Dynamic of soil available N after removing film at bird nest stage
2.2.4 提前施肥方式下土壤有效氮隨時(shí)間分布動(dòng)態(tài) 圖7看出,移栽后0~20 d內(nèi)土壤有效氮明顯上升且H處理高于I處理,之后兩個(gè)處理土壤有效氮均大幅降低直至移栽后56 d達(dá)到最低值,降幅分別達(dá)到50%(H處理)和 40%(I處理),結(jié)合圖3看出,這一時(shí)期是煙株氮快速累積時(shí)期,兩者相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到-0.9706(H處理)和-0.9223(I處理)。之后兩個(gè)處理土壤有效氮快速回升,此階段煙株氮累積沒(méi)有增加,說(shuō)明土壤氮有效化程度明顯高于氮素?fù)p耗(作物吸收和無(wú)效損失之和)。移栽70 d以后煙株氮累積快速提高而土壤有效氮保持不變,說(shuō)明土壤氮有效化程度和土壤氮損耗相當(dāng)且土壤后期供氮能力旺盛。在這個(gè)過(guò)程中兩個(gè)處理土壤有效氮含量基本一致,而煙株氮累積則H處理明顯高于I處理,說(shuō)明H處理能更好的提供土壤有效氮。
圖7 提前施肥起壟方式下土壤有效氮含量Fig.7 Dynamic of soil available N in earlier fertilization
氮素是影響煙株生長(zhǎng)和發(fā)育以及煙葉質(zhì)量的最重要的元素[7],氮素吸收的動(dòng)態(tài)過(guò)程對(duì)煙葉產(chǎn)量品質(zhì)影響極大,不僅是吸收的總量與產(chǎn)量品質(zhì)關(guān)系極大,而且前、中、后期吸收的狀況不同,對(duì)產(chǎn)量品質(zhì)也有顯著影響[8]。
秦艷青等[9]研究表明,在團(tuán)棵期,整株氮素累積量占全生育期累積總量在 5%~35%之間,栽后60 d,整株氮素累積占全生育期氮素累積總量的76.2%~86.8%。本試驗(yàn)研究表明,煙株氮累積及累積速率的變化規(guī)律和其研究結(jié)果基本一致,最大累積期在移栽后20~77 d左右,累積高峰在移栽后45~52 d,這和前人研究基本一致[8,10]。本研究還表明,不論覆膜方式與肥料處理如何,煙草氮累積有兩次快速累積時(shí)期,全生育期覆膜、前期覆膜團(tuán)棵揭膜以及提前施肥處理3種方式下,有機(jī)無(wú)機(jī)肥料處理和化學(xué)肥料處理煙株第2次快速累積時(shí)63~77 d 和 70~77 d、49~56 d和 49~63 d、70~77 d 和 70~84 d。結(jié)合前人看出,在本試驗(yàn)供試的 9個(gè)處理中,前期覆膜團(tuán)棵揭膜處理氮累積曲線最理想,提前施肥處理第2次快速累積為何明顯延遲尚未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道,有待于進(jìn)一步研究。
關(guān)于土壤氮?jiǎng)討B(tài)變化方面的研究已經(jīng)相當(dāng)深入,但大部分研究以小麥[11~13]、玉米[14~16]、水稻[17]等糧食作物為研究對(duì)象,側(cè)重于土壤剖面硝態(tài)氮隨水分下滲的深層動(dòng)態(tài)變化[18],就土層較薄的植煙地區(qū)土壤有效氮的隨時(shí)間動(dòng)態(tài)變化研究尚未見(jiàn)報(bào)道。
從本試驗(yàn)看出,移栽后20 d土壤有效氮略有增加,說(shuō)明由于此階段氣溫較低,有機(jī)氮(包括土壤氮和有機(jī)肥料氮)礦化很少,煙株吸氮很少,因此土壤有效氮基本不變。不論施肥方式如何,移栽20~50 d左右土壤有效氮開(kāi)始大幅度下降,且有機(jī)無(wú)機(jī)配合使用處理下降幅度大于化肥處理,而此時(shí)是煙株氮快速累積時(shí)期。有研究表明[10],打頂(移栽60 d左右)后土壤氮對(duì)煙株氮素吸收累積的貢獻(xiàn)比例超過(guò)50%,而肥料氮的貢獻(xiàn)率降低。本試驗(yàn)也得出相同的結(jié)論,且移栽60 d后土壤有機(jī)氮礦化加速,提高了土壤有效氮含量,同時(shí)弱化不同肥料處理之間有效氮的差異。比較圖5、6、7看,全生育期覆膜下兩個(gè)處理土壤有效氮明顯高于其他處理,由于地膜覆蓋后,土壤水分和溫度條件改善,土壤呼吸加強(qiáng),必然導(dǎo)致土壤中有機(jī)氮礦化速率的增加、活性有機(jī)氮庫(kù)(如土壤微生物體氮)的下降[19]和礦質(zhì)氮(在旱地土壤中主要是硝態(tài)氮)的大量累積。前期覆膜團(tuán)棵揭膜方式下移栽后42 d內(nèi)E處理有效氮高于F處理,這反證了添加有機(jī)肥能有效促進(jìn)煙株對(duì)氮的吸收。提前施肥起壟方式下則兩個(gè)處理土壤有效氮變化基本一致,說(shuō)明提前施肥可以減弱不同肥料配比對(duì)前期土壤有效氮影響的差異。
[1]國(guó)家煙草專賣局.2004年煙草行業(yè)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行繼續(xù)保持良好發(fā)展態(tài)勢(shì)[EB/OL].2005-01-21.
[2]朱忠玉,王現(xiàn)軍.中國(guó)烤煙布局的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)[J].農(nóng)業(yè)信息探索,1996(1):9-13.
[3]招啟柏,黃年生,徐卯林.中國(guó)煙草丸?;录夹g(shù)的研究與發(fā)展方向[J].中國(guó)煙草科學(xué),2002,23(1):25-27.
[4]韓錦峰,史宏志,官春云.不同施氮水平和氮素來(lái)源煙葉碳氮比及其與碳氮代謝的關(guān)系[J].中國(guó)煙草學(xué)報(bào),1996,3(1):19-25.
[5]胡國(guó)松.烤煙營(yíng)養(yǎng)原理[M].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社,2000.
[6]章啟發(fā),陳剛.施肥技術(shù)對(duì)上部煙葉使用價(jià)值的影響[J].中國(guó)煙草科學(xué),1999,20(4):16-18.
[7]Steinberg E A,Tso T C.Physiology of the tobacco plant[J].Ann.Rev.plant Physiol.,1958,9:151-74.
[8]中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所.中國(guó)煙草栽培學(xué)[M].上海:上海科學(xué)技術(shù)出版社,1997:140-141.
[9]秦艷青,李春儉,趙正雄,等.不同供氮方式和施氮量對(duì)烤煙生長(zhǎng)和氮素吸收的影響[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào),2007,13(3):436-444.
[10]習(xí)向銀.煙堿氮素來(lái)源和供氮對(duì)烤煙生長(zhǎng)、氮素吸收、煙堿含量的影響[J].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué),2005.
[11]石 玉,于振文.施氮量及底追比例對(duì)小麥產(chǎn)量、土壤硝態(tài)氮含量和氮平衡的影響[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2006,26(11):3661-3669.
[12]馬軍花,任理.冬小麥生育期農(nóng)田尺度下土壤硝態(tài)氮淋失動(dòng)態(tài)的數(shù)值模擬[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2004,24(10):2289-2301.
[13]周順利,張福鎖,王興仁.土壤硝態(tài)氮時(shí)空變異與土壤氮素表觀盈虧研究 I.冬小麥[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2001,21(11):1782-1789.
[14]吳永成,周順利,王志敏,等.華北地區(qū)夏玉米土壤硝態(tài)氮的時(shí)空動(dòng)態(tài)與殘留[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2005,25(7):1620-1625.
[15]尹飛,毛任釗,傅伯杰,等.鹽漬區(qū)農(nóng)田氮肥施用量對(duì)土壤硝態(tài)氮?jiǎng)討B(tài)變化的影響[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2007,27(2):596-602.
[16]周順利,張福鎖,王興仁.土壤硝態(tài)氮時(shí)空變異與土壤氮素表觀盈虧研究Ⅱ.夏玉米[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2002,22(1):48-53.
[17]孫權(quán),何振立,儲(chǔ)燕寧,等.氮肥對(duì)綠洲稻田土壤硝態(tài)氮?jiǎng)討B(tài)的影響及其生物學(xué)效應(yīng)[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào),2005,11(5):696-699.
[18]王西娜,王朝輝,李生秀.施氮量對(duì)夏季玉米產(chǎn)量及土壤水氮?jiǎng)討B(tài)的影響[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2007,27(1):197-204.
[19]宋鳳斌.玉米地膜覆蓋增產(chǎn)的土壤生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)[J].吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1991,13(2):4-7.