謝志堅(jiān)，涂書(shū)新，張 嵚，李進(jìn)平，徐昌旭

(1江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與資源環(huán)境研究所，江西南昌330200;2華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，湖北武漢430070;3江西農(nóng)業(yè)大學(xué)國(guó)土資源與環(huán)境學(xué)院，江西南昌330045;4湖北省煙草科研所，湖北武漢430030)

肥料利用率是反映作物、土壤、肥料之間關(guān)系的動(dòng)態(tài)參數(shù)，也是衡量肥料施用是否合理的一項(xiàng)重要指標(biāo)［1］。目前，計(jì)算氮肥利用率的方法可分為差減法和15N示蹤法兩種，而且前者數(shù)值要高于后者。影響氮肥利用率的因素有很多，如土壤肥力、栽培管理措施和氣候因子等［2］。氮素營(yíng)養(yǎng)是作物生長(zhǎng)的必需大量營(yíng)養(yǎng)元素之一。然而，我國(guó)氮肥利用率并不高，普遍在 28% ～41%之間，平均僅為35%［3］，遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家的 50%～ 60%［4］?？梢?jiàn)，還有大量氮素通過(guò)各種途徑損失并進(jìn)入到環(huán)境中［5］，既造成巨大的能源和資源浪費(fèi)，增加了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，又對(duì)生態(tài)環(huán)境構(gòu)成嚴(yán)峻威脅。

烤煙是一種以采收成熟葉片為目的的氮素敏感型經(jīng)濟(jì)作物，對(duì)氮素的需求非常嚴(yán)格，氮素是影響烤煙生長(zhǎng)以及產(chǎn)質(zhì)量的最關(guān)鍵礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素［6］。另外，根據(jù)烤煙生產(chǎn)不同的生態(tài)條件，選擇最佳栽培技術(shù)措施是提高烤煙生產(chǎn)水平的關(guān)鍵。移栽期不同，烤煙生育期內(nèi)光、溫和水等自然生態(tài)資源可能會(huì)完全不同，土壤養(yǎng)分供應(yīng)狀況、土壤微生物種群、數(shù)量及其活動(dòng)也會(huì)有所差異，從而影響植株各生育期對(duì)氮素養(yǎng)分的吸收狀況以及氮肥的利用率［7］。因此，調(diào)節(jié)移栽期是控制煙草氮素利用的有效栽培技術(shù)措施［8］。

眾所周知，烤煙從移栽到“工藝成熟”的周期一般為90 ～120 d［9］。那么，如何在這段時(shí)間內(nèi)，選擇適當(dāng)?shù)囊圃云诓粌H滿(mǎn)足煙草在生育期內(nèi)對(duì)養(yǎng)分的需求，而且提高氮素養(yǎng)分的增產(chǎn)能力，做到兼顧產(chǎn)、質(zhì)量至關(guān)重要。環(huán)神農(nóng)架植煙生態(tài)區(qū)雖然其日照時(shí)數(shù)和積溫均能滿(mǎn)足優(yōu)質(zhì)烤煙的生長(zhǎng)，但是在傳統(tǒng)的移栽期條件下，烤煙生長(zhǎng)的還苗期與伸根期溫度偏低，旺長(zhǎng)期雨水偏少，成熟期降雨量偏大［10］，不利于烤煙對(duì)氮素營(yíng)養(yǎng)的吸收利用。因此，科學(xué)確定移栽期對(duì)優(yōu)化該地區(qū)烤煙氮肥利用具有重要意義。本試驗(yàn)旨在研究烤煙對(duì)氮肥的響應(yīng)與移栽期的關(guān)系及其相關(guān)性，以期確定該地區(qū)適宜的移栽期，為挖掘該地區(qū)氮素的增產(chǎn)潛力以及氮肥的科學(xué)管理提供理論支持和指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地基本概況

試驗(yàn)在湖北省具有典型代表性的植煙生態(tài)區(qū)進(jìn)行。供試土壤為黃棕壤，其耕層土壤基礎(chǔ)理化性狀為:全氮0.68 g/kg，有效磷34.5 mg/kg，速效鉀432 mg/kg，有機(jī)質(zhì)52.6 mg/kg，pH值7.31。試驗(yàn)?zāi)攴?，在烤煙?dāng)季生育期內(nèi)，總降雨量為885.5 mm，是往年同期降雨量的 134.7%，日均溫為 17.6～25.5℃。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試烤煙(Nicotiana tabacum L.)品種為K326。種植模式為煙－麥輪作。采用漂浮育苗法育苗。

設(shè)計(jì)3個(gè)移栽期處理，即分別于5月5日、15日和25日移栽烤煙煙苗。播種日期依次對(duì)應(yīng)分別為:2月20日、3月2日、3月18日。所有煙苗均培育至9葉齡時(shí)，選擇生長(zhǎng)健壯、長(zhǎng)勢(shì)一致的煙苗移栽于大田。每個(gè)移栽期又分別設(shè)計(jì)供氮(N)和不供氮(N0)2個(gè)處理，共6個(gè)處理，3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列。每個(gè)小區(qū)面積為42.9 m2，種植烤煙60株，行距×株距為130 cm ×55 cm，加保護(hù)行。

所有處理(除不施氮處理外)施N 72 kg/hm2。所有處理P、K 肥按照 N∶P2O5∶K2O=1∶1.2∶3的比例施用。其中，70%的氮肥(NH4NO3)和鉀肥(K2SO4)以及全部的過(guò)磷酸鈣作基肥，單行條施于深為20 cm的溝中，隨即蓋土覆膜。剩余的30%氮、鉀肥作追肥，在移栽后15 d水溶解后，環(huán)施于距煙株四周10 cm左右、深10 cm的溝中，用細(xì)土將溝掩蓋且覆膜。其他田間管理同當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)。

1.3 取樣和測(cè)定

成熟期在采樣區(qū)取1棵煙株。將植株分成上、中、下部葉和莖4個(gè)部分，105℃下殺青30 min后于70℃下烘干、稱(chēng)重后，粉碎，過(guò)0.25 mm篩，測(cè)定植株含氮量。

土壤基礎(chǔ)理化性狀按照參考文獻(xiàn)［11］的方法測(cè)定。植株全氮采用YC/T 161－2002連續(xù)流動(dòng)注射法［12］。

1.4 數(shù)據(jù)計(jì)算與分析方法

肥料表觀利用率(ARE)=(施氮區(qū)植物吸氮量－對(duì)照區(qū)植物吸氮量)/施肥量×100%

肥料農(nóng)學(xué)利用率(AUE)=(施氮區(qū)產(chǎn)量－對(duì)照區(qū)植物產(chǎn)量)/施肥量

肥料生理利用率(PUE)=(施氮區(qū)產(chǎn)量－對(duì)照區(qū)產(chǎn)量)/(施氮區(qū)植株吸氮量－對(duì)照區(qū)植株吸氮量)

氮肥偏生產(chǎn)力(PFP)=施氮區(qū)產(chǎn)量/施氮量

土壤氮素依存率(SNDR)=對(duì)照區(qū)植株總吸氮量/施氮區(qū)植株總吸氮量×100%

氮素收獲指數(shù)(NHI)=Σ各部位煙葉吸氮量/植株總吸氮量×100%

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用SAS 8.1統(tǒng)計(jì)軟件分析，所有百分?jǐn)?shù)作反正弦轉(zhuǎn)換后再做ANOVA方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 移栽期對(duì)烤煙煙葉和莖稈中氮素累積量的影響

推遲移栽期顯著促進(jìn)了烤煙煙葉和莖稈中氮素的吸收與累積，而且增加了烤煙產(chǎn)量(表1)。與5月5日移栽相比，烤煙煙苗推遲至5月15至25日移栽，烤煙煙葉(上、中和下部葉之和)中氮素累積量和產(chǎn)量分別平均增加33.2%～ 36.7%和5.1%～6.1%;差異均達(dá)到顯著水平(P＜0.05)。

推遲移栽期有利于增加烤煙地上部各器官中的含氮量(表1)。與5月5日移栽相比，烤煙煙苗推遲至5月15至25日移栽，烤煙上、中部葉和莖稈中氮素含量分別平均增加25.2% ～29.6%、53.4%～55.2%和19.8%～ 38.3%(P＜0.05)。

表1 不同移栽期烤煙產(chǎn)量和植株的吸氮量Table 1 The yield and N uptake of tobacco plant transplanted in different date

2.2 移栽期對(duì)氮肥表觀利用率(ARE)、農(nóng)學(xué)效率(AUE)和生理利用率(PUE)的影響

眾所周知，氮肥表觀利用率是指施氮區(qū)作物氮素積累量與空白區(qū)氮素積累量的差占施氮量的百分?jǐn)?shù)，是用來(lái)描述作物氮肥吸收利用特性的主要指標(biāo);農(nóng)學(xué)效率也叫農(nóng)藝?yán)寐?，是指施用氮肥后增加的產(chǎn)量與施用氮肥量的比值;生理利用率則是指作物因施用氮肥而增加的產(chǎn)量與相應(yīng)的氮素積累量的增加量的比值。

由表2結(jié)果表明，各處理間烤煙對(duì)氮肥的當(dāng)季利用率在45.4%～47.6%之間。不同移栽期對(duì)烤煙氮肥表觀利用率影響不顯著，但是推遲移栽期顯著增加了農(nóng)學(xué)利用率和生理利用率。與5月5日移栽相比，推遲至5月15 25日移栽的烤煙對(duì)氮肥的農(nóng)學(xué)利用率和生理利用率分別平均增加37.4%～49.8%和30.4%～ 54.8%。

2.3 移栽期對(duì)氮肥偏生產(chǎn)力、土壤氮素依存率和氮素收獲指數(shù)的影響

氮肥偏生產(chǎn)力是指作物施肥后的產(chǎn)量與氮肥施用量的比值。土壤氮素依存率是指土壤基礎(chǔ)供氮量占施氮處理水稻吸氮總量的百分比。氮素收獲指數(shù)是指煙葉中的氮素累積量占地上部分氮素總累積量的百分比。由表3可以看出，推遲移栽期有增加烤煙氮肥偏生產(chǎn)力的趨勢(shì)，但是影響不顯著(P＞0.05)。另外，推遲移栽期還增加了烤煙對(duì)土壤氮素的依存率和氮素收獲指數(shù)。與5月5日移栽相比，推遲移栽期至5月15日—25日，烤煙土壤氮素依存率和氮素收獲指數(shù)分別平均增加26.9%29.1%和2.9% 5.7%。

表2 不同移栽期烤煙氮肥表觀利用率、農(nóng)學(xué)利用率和生理利用率的影響Table 2 The ARE，AUE and PUE of nitrogen fertilizer of tobacco plant transplanted in different date

2.4 移栽期和各氮肥利用參數(shù)之間的關(guān)系及其相關(guān)性分析

表4表明，移栽期與氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮肥偏生產(chǎn)力和土壤氮素依存率呈現(xiàn)顯著或者極顯著正相關(guān)關(guān)系，但是與氮肥表觀利用率和氮肥生理利用率之間相關(guān)性不顯著。氮肥農(nóng)學(xué)利用率與氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥生理利用率和土壤氮素依存率均便顯出正相關(guān)關(guān)系，尤其是與后兩者之間極顯著相關(guān)(P＜0.01)。另外，氮肥生理利用率和土壤氮素依存率也表現(xiàn)出極顯著正相關(guān)關(guān)系。氮肥表觀利用率與生理利用率、土壤氮素依存率之間均表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)性，但差異不顯著(P＞0.05)。

表3 移栽期對(duì)氮肥偏生產(chǎn)力、土壤氮素依存率和氮素收獲指數(shù)的影響Table 3 Effects of transplanting date on PFP，SNDR and NHI

表4 移栽期和氮肥各參數(shù)之間的相關(guān)系數(shù)Table 4 Correlation coefficients among transplanting date and the parameters of nitrogen fertilizer

3 討論

推遲移栽期增加了烤煙煙葉和莖稈中氮素累積量(表1)。移栽期不同，烤煙生育期內(nèi)經(jīng)歷的各生態(tài)條件也不相同，而光、溫、水等是作物生長(zhǎng)發(fā)育的重要生態(tài)因子，對(duì)植物的形態(tài)建成與生長(zhǎng)具有重大影響，而且光質(zhì)組成和比例可以調(diào)控植物體內(nèi)的光合作用［13］。此外，土壤中養(yǎng)分轉(zhuǎn)化與活化、運(yùn)移等則與土壤溫度和濕度密切相關(guān)。一般認(rèn)為，土壤中有機(jī)氮的礦化由微生物調(diào)控，而土壤微生物種群結(jié)構(gòu)及其數(shù)量和活性則與土壤溫度等密切相關(guān)，而且在一定溫度范圍內(nèi)，微生物活性隨溫度的升高而顯著增強(qiáng)，有機(jī)氮礦化速率增加［14］。本實(shí)驗(yàn)條件下，移栽過(guò)早，在烤煙生育前期土壤溫度相對(duì)較低，可能致使土壤中微生物活性也相對(duì)較低，有機(jī)氮礦化為無(wú)機(jī)氮的量較少，而且氮素養(yǎng)分在土壤中向根際的遷移速率也相對(duì)較慢［15］，因而聚集在煙株根際范圍內(nèi)供其吸收的氮素養(yǎng)分含量相對(duì)較低，影響了烤煙對(duì)氮素養(yǎng)分的吸收量。然而，推遲移栽期至5月15—25日，光、溫、水等氣候條件比較適合煙苗移栽后還苗伸根，促進(jìn)煙苗早生快發(fā)，為烤煙以后的生長(zhǎng)發(fā)育奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。另外，氣溫的回升還加速了土壤氮素的礦化，增加土壤中有效氮含量，而光、水等環(huán)境因素的改善，促進(jìn)了煙株的光合作用，為煙株根系的生長(zhǎng)與活動(dòng)以及新根的生成提供了充足的能源物質(zhì)，使其更好地吸收土壤中的氮素養(yǎng)分，增加了地上部氮素的吸收與累積，這可能是增加烤煙產(chǎn)量的原因之一。

氮肥利用率(表觀利用率、農(nóng)學(xué)利用率和生理利用率)的計(jì)算方法歸納起來(lái)可以分為差減法和15N同位素示蹤法［2］。一般認(rèn)為，用氮肥表觀利用率來(lái)表征作物對(duì)氮肥的吸收利用情況比較符合生產(chǎn)實(shí)際［16］。從烤煙對(duì)氮肥利用的各參數(shù)的響應(yīng)結(jié)果來(lái)看，各處理用差減法計(jì)算的烤煙對(duì)氮肥的當(dāng)季表觀利用率在45.4% 47.6%之間(表2)，高于用15N示蹤法計(jì)算值［17］。這是因?yàn)椴顪p法中還包括了烤煙因施氮而多吸收的土壤氮部分［2］。但是，移栽期同樣對(duì)氮肥表觀利用率的影響不顯著。推遲移栽期顯著增加了氮肥農(nóng)學(xué)利用率、生理利用率、土壤氮素的依存率和氮素收獲指數(shù)(表2)。氮肥農(nóng)學(xué)利用率反映了每千克純氮增產(chǎn)的能力;生理利用率則主要反映了作物對(duì)所吸收的氮素肥料在作物體內(nèi)的利用率，即作物所吸收肥料轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的能力。在施肥量和管理措施等相同的條件下，推遲移栽期促進(jìn)烤煙對(duì)肥料氮和土壤氮素養(yǎng)分的吸收與累積，增加煙葉干物質(zhì)累積量及其產(chǎn)量［18］，因而有利于提高氮肥的農(nóng)學(xué)利用率和生理利用率(表2)。土壤氮素依存率反映了土壤氮對(duì)作物氮營(yíng)養(yǎng)的貢獻(xiàn)率。本實(shí)驗(yàn)條件下，推遲移栽期顯著增加了土壤氮素依存率(表3)。這可能是由于烤煙在打頂之后主要以吸收土壤氮素為主，推遲移栽期顯著促進(jìn)了烤煙對(duì)土壤氮素的吸收利用［17］，從而提高了土壤氮素依存率。此外，氮素收獲指數(shù)也隨著移栽期的推遲而呈現(xiàn)出增加的趨勢(shì)(表3)。這說(shuō)明推遲移栽煙苗有利于烤煙吸收的氮素向煙葉中運(yùn)輸。

對(duì)氮肥各參數(shù)與移栽期進(jìn)行相關(guān)性分析的結(jié)果表明，氮肥農(nóng)學(xué)利用率與氮肥生理利用率和土壤氮素依存率，以及氮肥生理利用率和土壤氮素依存率之間均具有極顯著正相關(guān)關(guān)系。移栽期與氮肥農(nóng)學(xué)利用率和氮肥偏生產(chǎn)力均呈顯著或者極顯著正相關(guān)關(guān)系(表4)。因此，選擇合適的移栽期對(duì)提高單位用量純氮的增產(chǎn)能力及其邊際效應(yīng)非常關(guān)鍵。此外，移栽期與土壤氮素依存率呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)關(guān)系。另有研究表明，無(wú)論是否施氮肥，作物生長(zhǎng)對(duì)土壤氮素有效供應(yīng)的依存度均超過(guò)50%，而且作物獲得高產(chǎn)也主要依賴(lài)于土壤氮素的有效供應(yīng)［3］。由此可見(jiàn)，土壤氮素對(duì)烤煙生長(zhǎng)至關(guān)重要，選擇合適的移栽期同樣有利于土壤氮素對(duì)烤煙生長(zhǎng)的貢獻(xiàn)，尤其是烤煙生育后期。

4 結(jié)論

推遲移栽期有利于烤煙對(duì)氮素的吸收累積和產(chǎn)量的增加，提高氮肥農(nóng)學(xué)利用率、生理利用率、土壤氮素依存率和氮素收獲指數(shù)。移栽期與氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮肥偏生產(chǎn)力和土壤氮素依存率之間呈現(xiàn)顯著或者極顯著正相關(guān)關(guān)系。因此，選擇合適的移栽期是提高氮素(土壤氮和肥料氮)養(yǎng)分增產(chǎn)能力的關(guān)鍵措施。在試驗(yàn)地區(qū)，推薦推遲移栽期至5月15 25日比較合適。

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