始兴烟区旱地烤烟氮素利用及生态经济适宜施氮量

邹 勇，叶晓青，余志虹，陈雨峰，王 维，陈建军*

（1.深圳烟草工业有限责任公司，深圳 518109；2.深圳波顿香料有限公司，深圳 518051；3.华南农业大学烟草研究室，广州510642）

始兴烟区旱地烤烟氮素利用及生态经济适宜施氮量

邹 勇1，叶晓青1，余志虹2，陈雨峰1，王 维3，陈建军3*

（1.深圳烟草工业有限责任公司，深圳 518109；2.深圳波顿香料有限公司，深圳 518051；3.华南农业大学烟草研究室，广州510642）

为解决氮肥施用不合理引起的氮肥利用率低及环境恶化等问题，以烤烟品种K326为材料，研究了不同施氮水平对烤烟氮素利用率及经济性状的影响。结果表明，适当增施氮肥有利于提高烤烟产量及产值，以195 kg/hm2（N3）处理产量最高，150 kg/hm2（N2）处理产值最大。随着施氮水平的增加烤烟的氮肥偏生产力（NPFP）、氮肥吸收利用率（NRE）逐渐减小，烟叶生产效率（NTPE）、氮肥生理利用率（NPE）、氮肥农学利用率（NAE）先增加后减小，施氮水平为150 kg/hm2（N2）时，NTPE、NPE、NAE最大，此时烤烟的氮肥利用率最高。通过环境经济学的 Coase 原理和边际收益分析，综合烟叶产量、经济和生态效益，当前始兴烟区旱地烤烟适宜氮肥用量为115.10～162.13 kg/hm2，相应的产量为2381.42～2677.72 kg/hm2。

烤烟；生态经济施氮量；氮素利用率；旱地

氮素是烤烟生长发育过程中不可缺少的营养元素，适宜的供氮量对优质烟叶的生产起着举足轻重的作用。然而，在国内烟叶生产实际中，烟农往往过量施用氮肥来获得较高的经济效益［1］，这不仅导致烟叶内在品质下降，工业可用性降低［2］，而且对生态环境造成了巨大的损害［3］。因此，确定烤烟生产适宜施氮量，对提高我国烟叶品质，提升烟叶氮肥精益管理水平，减少环境污染具有重要意义。国内学者［4-6］对烤烟适宜施氮量进行了大量研究，但研究只是通过对烟叶产量和产值的考量来确定烤烟生长的适宜施氮量，而忽略了施氮量对生态环境的影响。近年来，部分学者对兼顾作物产量、经济效益和生态效益的施氮量进行了研究，取得了较好的结果，并提出了生态经济适宜施氮量的概念［7-11］。当前，有关烤烟生态经济适宜施氮量的研究仍未见报道。为此，本试验研究了不同施氮水平对烤烟经济性状及氮素利用率的影响，并结合环境经济学的Coase原理和边际收益分析，对烤烟生态经济适宜施氮量进行了研究。以期为实现烤烟优质适产与环境友好结合的氮肥精益管理提供理论与实践依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与土壤背景

2010—2011年在广东省始兴县马市镇坜坪村进行。试验材料为烤烟品种K326，试验地为旱坡地，前茬为花生，土壤类型为紫色土，基本农化性状为：pH值7.40，有机质15 g/kg，全氮0.098 %，全磷0.056 %，全钾2.59 %，碱解氮84 mg/kg，速效磷16.7 mg/kg，速效钾100 mg/kg。

1.2 田间试验设计

采用随机区组试验设计，以氮素用量为试验因素，设置4个不同施氮量处理，分别为0 kg/hm2、105 kg/hm2、150 kg/hm2、195 kg/hm2（当地常规施氮量）。每处理重复3次，共12个小区。每小区种植烤烟100株，株行距为0.6 m×1.2 m，周边设保护行。肥源为烟草专用复合肥［m（N）:m（P2O5）: m（K2O）=13.0:9.0:14.0］、碳酸氢铵（N 17.1%）、过磷酸钙（P2O512.0 %）、硝酸钾［m（N）:m（K2O）=13.5:44.5］、硫酸钾（K2O 50.0%）。各处理氮肥基追比为70%:30%，基肥用烟草专用复合肥和过磷酸钙，追肥用碳酸氢铵和硝酸钾，用过磷酸钙、K2SO4调至各处理总磷量、总钾量相同。追肥时将肥料溶解混配成20%的溶液，然后通过滴灌系统（1:100）施入。田间试验于每年2—7月进行，2月26日移栽，4月26—5月1日打顶，每株留叶数20～22片，5月7日开始采收，7月4日采收完毕。其他田间管理措施按照当地优质烤烟规范化生产要求进行。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 经济性状的测定 各小区单独采收、分竿烘烤，烤后烟叶按照国家烤烟42级标准进行分级，各级别烟叶价格参考当地烟叶收购价格计算产量和产值。

1.3.2 氮肥利用率的测定 各处理每次随机取5株烟，测定根、茎、叶、顶和腋芽等器官的干重及其总氮含量。施肥前和采收完后分别取各小区0～20 cm的土层土样，用于全氮含量测定。植株各器官和土壤的氮素含量用FOSS-2300型凯氏定氮仪测定，氮素吸收利用率的计算方法如下［11］：

氮收获指数=烟叶吸氮量/烟株吸氮总量。

氮肥烟叶生产率/%=单位面积烟叶产量/单位面积植株氮素积累总量。

氮肥偏生产力/%=施氮区产量/氮肥用量。

氮肥生理利用率/%=（施氮区产量-空白区产量）/（施氮区地上部分总氮含量-空白区地上部总氮含量）。

氮肥吸收利用率/%=（施氮区地上部分总氮含量-空白区地上部总氮含量）/氮肥用量×100%。

氮肥农学利用率/%=（施氮区产量-空白区产量）/氮肥用量。

2 结 果

2.1 不同施氮水平对烤烟氮素吸收及利用率的影响

由表1可以看出，不同施氮水平对烤烟氮素吸收利用率具有较大影响。各施氮处理氮素积累总量（TNA）较不施氮处理均有显著提高，且随着施氮水平的增加，烤烟TNA显著增加。氮素收获指数（NHI）随施氮水平的增加而增加，但当施氮水平达到150 kg/hm2以后，氮素收获指数保持不变，这说明此时增施氮肥对烟叶产量没有显著的增加效果，氮素被流失浪费。同时，随着施氮水平的增加烤烟氮肥烟叶生产效率（NTPE）、氮肥生理利用率（NPE）、氮肥农学利用率（NAE）呈先增加后减小的规律，当施氮水平为150 kg/hm2时，烤烟NTPE、NPE、NAE最大；而烤烟氮肥偏生产力（NPFP）、氮肥吸收利用率（NRE）随施氮水平增加逐渐减小。综合NHI、NTPE、NPFP、NAE、NRE、NPE等氮素利用率指标可以看出，当施氮水平为150 kg/hm2时，烤烟氮肥利用率最高，对烟叶增产作用较为明显。通过氮肥未吸收量（损失量）与施氮水平进行非线性回归分析，得到施氮水平与氮肥损失量回归方程为：y1=0.0026x3-0.6574x2+0.9798x+0.2131（R2=0.9253**）。

2.2 不同施氮水平对烤烟经济性状的影响

由表2分析可得，随着施氮水平的增加，烤烟产量呈显著增加趋势，但产值、均价、上等烟比例、中上等烟比例随施氮水平的增加呈先增加后减小的趋势，当施氮水平为150 kg/hm2时，烤烟产值、均价、上等烟比例、中上等烟比例最高，烤烟经济效益最高。通过产量与施氮水平进行抛物线方程拟合，构建回归方程为：y2=-0.0589x2+ 22.629x+ 557.13（R2=0.9785**）。通过产值与施氮水平的抛物线方程拟合，得回归方程为：y3=-1.3231x2+434x +6041.3（R2=0.9691**）。

2.3 旱地烤烟生态适宜施氮量分析

2.3.1 旱地烤烟产量、生态效益兼顾的施氮量根据烤烟产量与氮素用量关系y2=-0.0589x2+ 22.629x+557.13，可求导数得氮素边际产量与氮素施用量的关系为Y2=-0.1178x+22.629。氮素边际损失量指增加每单位的氮素肥料所引起氮素损失量的增加量。根据施氮量与损失量关系y1= 0.0026x3-0.6574x2+0.9798x+0.2131，求导得出氮素边际损失量与氮素施用量的关系为Y1=0.0052x2-1.3148x+0.9798。随着施氮量增加，氮肥的边际产量迅速下降，而氮素的边际损失量却迅速上升。根据环境经济学Coase原理，边际产量线与边际损失量线相交点，即为生产上合理施肥点，此施肥量所对应的产量为合理产量［12］。由Y1=Y2可求得烤烟产量、生态效益兼顾施氮量为115.10 kg/hm2，其相应产量为2381.42 kg/hm2。

2.3.2 旱地烤烟经济效益最佳施氮量 根据施氮量与烤烟生产收入（产值）的关系y3=-1.3231x2+434x+6041.3，求导得出边际收益生产函数为Y3= -2.6462x+434。同时参考当年碳酸氢铵（含N 17.1%）价格为0.85 元/kg，则纯氮价格 为4.97元/kg，求得边际成本为4.97元，根据边际收益分析原理即当边际收益和边际成本相等时，经济效益最高，得出Y3=4.97，求得烤烟经济效益最佳施氮量为162.13 kg/hm2，其相应产量为2677.72 kg/hm2。

表1 不同施氮水平下烤烟氮肥吸收与利用效率Table 1 Nitrogen uptake and utilization efficiency of flue-crud tobacco

表2 不同施氮水平对烤烟经济性状的影响Table 2 Effect of nitrogen supplying level on economic characters of flue-cured tobacco

3 讨 论

氮肥利用率受到施氮水平、施用方法、土壤性状、气象条件、作物种类、品种类型等多种因素的影响，变化幅度较大［13］。适当增施氮肥有利于提高烤烟产量及产值，以195 kg/hm2处理产量最高，150 kg/hm2处理产值最大。随着施氮水平的增加烤烟氮肥偏生产力（NPFP）、氮肥吸收利用率（NRE）随施氮水平的增加逐渐减小，烟叶生产效率（NTPE）、氮肥生理利用率（NPE）、氮肥农学利用率（NAE）呈先增加后减小的规律，施氮水平为150 kg/hm2时，烤烟NTPE、NPE、NAE最大，此时烤烟的氮肥利用率最高，这与宋碧等［14］研究结果类似。

通过环境经济学的 Coase 原理和边际收益分析，当前生产和技术条件下始兴烟区旱地烤烟生产、生态和经济效益兼顾的适宜氮肥用量为115.10～162.13 kg/hm2，相应的产量为2381.42～2677.72 kg/hm2，这与贺广生等［15］基于水田研究指出始兴烟区能获得较高烟叶产量、产值和氮肥利用率的适宜施氮量为75～110 kg/hm2相对偏高。华水金［16］等研究指出在不同的生态条件下，烤烟氮代谢会随之产生相应的变化，在水田条件下烤烟烟叶硝酸还原酶活性较旱地烤烟大，说明在水田状态下烤烟吸氮能力比旱地强。同时，水田的土壤含水量相对较旱地高，而适度的水分有利于促进植物氮素的吸收［17］，这也是导致旱地烤烟吸收利用率较水田低的原因之一。旱地土质疏松，保水保肥能力不如水田，土壤中的硝态氮在多雨水条件下易发生淋溶性损失，而铵态氮发生淋溶损失量则比硝态氮少［18］。因此，可通过滴灌、水浇等手段适当增加旱地烟田水分以促进氮素吸收，同时采取硝态氮、铵态氮配施降低淋溶损失量，进一步提高旱地烤烟氮肥利用率。在烟叶生产实际中可选择115.10～162.13 kg/hm2的下限为目前始兴烟区旱地烤烟生产、生态和经济效益兼顾的适宜氮肥用量。

合理使用氮肥，实现作物高产优质高效与环境友好的结合是保证我国农业可持续发展的重要前提。烤烟作为我国重要的经济作物，开展烤烟经济生态适宜施氮量研究对我国农业可持续发展具有重要意义。然而，多效益兼顾的适宜施肥量也不是固定的，它会随着生产条件和市场波动而发生变化，如经济效益受化肥和农产品价格的影响，而生态环境效益则受土壤肥力和生产条件的影响。同时，本研究仅基于氮素水平这一单因素对旱地烤烟适宜施氮量进行研究，而没有考虑品种、土壤、施肥方式、水分及水氮耦合等对旱地烤烟生长及氮肥利用率的影响，对此，有待进一步深入研究。

4 结 论

（1）适当增施氮肥有利于提高烤烟产量及产值，以195 kg/hm2处理产量最高，150 kg/hm2处理产值最大。

（2）随着氮肥用量的增加，烤烟氮肥偏生产力、氮肥吸收利用率逐渐减小，烟叶生产效率、氮肥生理利用率、氮肥农学利用率呈先增加后减小，过量施用氮素会导致氮素利用率下降，引起氮素损失和环境污染。

（3）通过环境经济学的 Coase 原理和边际收益分析，当前生产和技术条件下始兴烟区旱地烤烟生产、生态和经济效益兼顾的适宜氮肥用量为115.10～162.13 kg/hm2，相应的产量为2381.42～2677.72 kg/hm2。

［1］ 杨志晓，刘化冰，柯油松，等. 广东南雄烟区烤烟氮素累积分配及利用特征［J］. 应用生态学报，2011，22（6）：1450-1456.

［2］ 李常军，宫长荣，肖鹏，等. 施氮水平和烘烤条件对烤后烟叶品质及含氮组分的影响［J］. 中国烟草科学，2001，22（1）：4-7.

［3］ Ju X T， Liu X J， Zhang F S， et al. Effect of long-term fertilization on organic nitrogen forms in a calcareous alluvial soil on the North China Plain［J］. Pedosphere，2006， 16: 224-229.

［4］ 张本强，马兴华，王术科，等. 施氮方式对烤烟氮素吸收积累及品质的影响［J］. 中国烟草科学，2011，32（5）：56-62.

［5］ 韩富根，沈铮，李元实，等. 施氮量对烤烟经济性状、化学成分及香气质量的影响［J］. 中国烟草学报，2009，15（5）：38-42.

［6］ 宋莹丽，史宏志，何景福，等. 不同施氮量下采收时期对上部叶质量和经济性状的影响［J］. 中国烟草科学，2014，35（2）：94-99.

［7］ 崔玉亭，程序，韩纯儒，等. 苏南太湖流域水稻经济生态适宜施氮量研究［J］. 生态学报，2000，20（4）：659-662.

［8］ 傅庆林，陈英旭，俞劲炎. 浙中水稻生长适宜施氮量研究［J］. 土壤学报，2003，40（5）：787-790.

［9］ 黄进宝，范晓晖，张绍林，等. 太湖地区黄泥土壤水稻氮素利用与经济生态适宜施氮量［J］. 生态学报，2007，27（2）：588-595.

［10］ 郭天财，宋晓，冯伟，等. 高产麦田氮素利用、氮平衡及适宜施氮量［J］. 作物学报，2008，34（5）：886-892.

［11］ 王米，杨京平，徐伟分，等. 分次施氮对单季稻氮素利用率及生态经济适宜施氮量的影响［J］. 浙江大学学报：农业与生命科学版，2009，35（1）：71-76.

［12］ 程序. 持续农业导论［M］. 北京：农业出版社，1997，235-263.

［13］ 巨晓棠，张福锁. 关于氮肥利用率的思考［J］. 生态环境，2003，12（2）：192-197

［14］ 宋碧，张军，刘兵，等. 不同施氮量对玉米‘黔兴201’氮素吸收特性及氮效率的影响［J］. 中国农学通报，2013，29（30）：50-54.

［15］ 贺广生，文俊，叶为民，等. 基于SPAD值的田间氮肥管理模式对烤烟产质量及氮肥利用率的影响［J］.烟草科技，2010（3）：51-55.

［16］ 华水金，杨宇虹，赵菊英，等. 氮肥对水田与旱地烤烟烟叶氮浓度和相关酶活性的影响［J］. 植物营养与肥料学报，2007，13（4）：689-694.

［17］ 宋海星，李生秀. 水、氮供应对玉米伤流及其养分含量的影响［J］. 植物营养与肥料学报，2004，10（6）：574-578.

［18］ 刘宏斌，李志宏，张维理，等. 露地栽培条件下大白菜氮肥利用率与硝态氮淋溶损失研究［J］. 植物营养与肥料学报，2004，10（3）：286- 291.

Nitrogen Use Efficiency and Eco-economic Suitable Amount of Nitrogen Application on Dry Land Flue-cured Tobacco in Shixing

ZOU Yong1， YE Xiaoqing1， YU Zhihong2， CHEN Yufeng1， WANG wei3， CHEN Jianjun3*
（1. Shenzhen Tobacco Ind. Co.， Ltd.， Shenzhen 518109， China； 2. Shenzhen Boton Flavors & Fragrances Co.， Ltd.， Shenzhen 518051， China； 3. Tobacco Laboratory， South China Agricultural University， Guangzhou 510642， China）

In order to solve the problem of low utilization rate of nitrogen fertilizers and environmental deterioration caused by irrational application of nitrogen fertilizers， the effects of different nitrogen levels on nitrogen utilization rate and tobacco economic characters were studied using K326 as experimental material. The results showed that proper increase of nitrogen application can increase yield and output value of flue-cured tobacco. The yield of N3 treatment （195 kg/hm2） and the output value of N2 treatment（150 kg/hm2） was the highest. The nitrogen partial factor productivity （NPFP） and nitrogen recovery efficiency （NRE） were reduced with increased nitrogen application. The nitrogen tobacco productivity efficiency （NTPE）， nitrogen physiological efficiency （NPE） and nitrogen agronomy efficiency （NAE） increased first then decreased， reaching the maximum when nitrogen application rate was 150 kg/hm2（N2 treatment）. With the Coase Theory of Environmental Economics and the Marginal Revenue Analysis Theory， the ecological and economic satisfactory amount of nitrogen fertilizer usage on Shixing dry land flue-cured tobacco was 115.10～162.13 kg/hm2， with a yield of 2381.42～2677.72 kg/hm2under the condition of the current agricultural production technology.

flue-cured tobacco； economically-ecologically appropriate amount of nitrogen fertilizer applied； N use efficiency； dry land

S572.06

1007-5119（2015）04-0029-05

10.13496/j.issn.1007-5119.2015.04.005

国家烟草专卖局重点科技项目（110200902043）；广东省烟草专卖局（公司）资助项目（粤烟科201101）、（粤烟科201001）、（粤烟科200820）；中国烟草实业发展中心科技项目（ZYSY201315）

邹 勇（1987-），男，硕士，主要从事烟叶生产管理和烟叶质量评价研究。E-mail：zouyongmail@126.com

*通信作者，E-mail：chenjianjun@scau.edu.cn

2014-08-11

2015-07-13