黄壤甘蓝-烤烟模式下氮钾利用对氮钾配施的响应

魏全全 赵欢 张萌

摘要：探讨周年内氮钾的分配，明确适合贵州黄壤甘蓝—烤烟模式的氮钾配施模式，为烤烟和甘蓝节肥减施、高产高效栽培提供理论依据。于2016—2017年在贵州省绥阳县开展氮钾不同配施大田试验，以甘蓝和烤烟为试验材料，在一个种植周期内，控制氮磷钾总量一致，设置4个氮钾配施处理，即T1处理（甘蓝季高氮中钾、烤烟季低氮中钾）、T2处理（甘蓝季低氮中钾、烤烟季高氮中钾）、T3处理（甘蓝季中氮低钾、烤烟季中氮高钾）和T4处理（甘蓝季中氮高钾、烤烟季中氮低钾），研究不同氮钾配施对甘蓝和烤烟产量、养分吸收、化学成分以及土壤养分的影响。结果表明，T1处理甘蓝产量最高，达73 290 kg/hm2，显著高于其他处理;T3处理烤烟产量最高，为1 605 kg/hm2，显著高于T1和T4处理。周年经济效益以T1处理最高，为106 847.0元/hm2，高于其他处理3 091.0～5 409.0元/hm2。甘蓝氮素吸收量以T1处理最大，达135.6 kg/hm2，显著高于T2、T3、T4处理19.8、32.8、9.5 kg/hm2，烤烟氮素吸收量以T3处理最大，为77.7 kg/hm2，显著高于其他处理5.7～8.6 kg/hm2;甘蓝钾素吸收量以T4处理最大，达1041 kg/hm2，显著高于T1、T2、T3处理3.0、15.1、39.6 kg/hm2，烤烟钾素吸收量以T3处理为最大，为101.7 kg/hm2，显著高于其他处理16.4～31.3 kg/hm2，从周年轮作养分吸收看，T1处理氮素和钾素养分吸收量分别为204.7、184.6 kg/hm2，高于其他处理。不同氮钾配施影响烤烟化学成分，总体化学成分含量合理，内在协调。与甘蓝种植前相比，烤烟收获后土壤pH值、碱解氮、有效磷和速效钾均具有不同程度升高。综上所述，在黄壤区甘蓝—烤烟周年种植体系中，甘蓝季应重视氮肥施用，烤烟季应重视钾肥施用，综合周年效益和土壤养分来看，应选取甘蓝季高氮中钾、烤烟季低氮中钾的养分分配方式。

关键词：黄壤;甘蓝;烤烟;氮钾配施;响应

中图分类号： S572.06;S147.5;S344.1  文献标志码： A  文章编号：1002-1302（2019）17-0101-05

黄壤是我国西南地区主要的土壤类型之一，也是西南地区农作物主要种植土壤，在区域粮食生产及国家粮食安全战略中占有重要地位。但由于其土层较薄、养分不均，导致生产力较低[1]，同时由于雨水季节分布不均，容易造成养分流失、作物缺肥现象[2-3]，导致肥料利用率偏低[4]，严重制约贵州农业的发展。烤烟-甘蓝轮作是贵州烟-菜轮作常见种植模式，但由于种植习惯及传统观念，农民往往不能根据甘蓝—烤烟轮作体系的养分吸收特点进行科学合理的施肥，导致肥料的大量施用且利用率低下、环境污染等问题。郭九信等的研究结果表明，江苏地区水稻-小麦轮作最佳氮肥（N）用量为水稻200 kg/hm2，小麦180 kg/hm2，最佳钾肥用量及方法为烤烟土壤施用90 kg/hm2+叶面喷施9.7 kg/hm2，小麦土壤施用60 kg/hm2+叶面喷施6.5 kg/hm2[5]。陈丹梅等从土壤有机质、有效养分、酶活性、微生物量碳氮、细菌种群结构和多样性等方面分析，推荐烤烟-苕子-烤烟为适合云南省的轮作模式[6];王永华等在砂姜黑土麦玉轮作的研究表明，麦季重磷、玉米季重钾配施模式有利于养分效率和产量的同步提高[7]。前人研究多集中在轮作种植及模式对作物生长及土壤的影响，而关于周期轮作体系中养分的分配方式研究较少，同时关于贵州烤烟-甘蓝轮作周年养分分配的研究尚未见报道。本研究以贵州黄壤甘蓝—烤烟种植模式为依托，在甘蓝季和烤烟季控制总施肥量一定的情况下，设置不同的氮钾配施比例，探究周年种植模式体系下氮钾的适宜用量，为筛选出高产条件下合理的氮钾配比，实现甘蓝和烤烟节肥减施、高产高效栽培提供理论参考和依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点与材料

本试验于2016—2017年在贵州省遵义市绥阳县旺草镇广怀村青山组进行，供试土壤为酸性黄泥土。本试验为甘 蓝— 烤烟种植模式，其中2016年9月至2017年4月为甘蓝试验，各小区起垄用塑料薄膜隔开，2017年4—9月为烤烟试验。试验开始前，田块种植作物为水稻。试验地基本理化性质为pH值5.60，碱解氮含量133.5 mg/kg，有机质含量23.8 g/kg，有效磷含量19.8 mg/kg，速效钾含量163.5 mg/kg。

甘蓝品种为寒盛，供试烤烟品种为K326，均为移栽种植的种植方式。甘蓝季供试肥料为尿素（含N 46%）、过磷酸钙（含P2O5 12%）、硫酸钾（含K2O 50%）。烤烟季供试肥料为烤烟专用基肥（N ∶ P2O5 ∶ K2O=10 ∶ 10 ∶ 23）、烤烟专用追肥（N ∶ P2O5 ∶ K2O=15 ∶ 0 ∶ 30）、硝酸铵（含N 35%）、过磷酸钙（含P2O5 12%）和硫酸钾（含K2O 50%）。甘蓝采用当地主推品种、统一育苗栽培;烤烟栽种、施肥按贵州省烟草公司遵义市分公司的推荐规范技术进行育苗、起垄和移栽，起垄不覆膜，烤烟移栽时施用烤烟专用肥600 kg/hm2，移栽20 d后，按照试验设计追施烤烟专用追肥，其他养分用硝酸铵、过磷酸钙和硫酸钾配施，其他田间管理措施按照当地常规措施进行。

1.2 试验设计

试验为甘蓝—烤烟种植模式，根据课题组往年试验结果，设置全年养分投入量为360 kg/hm2 N、180 kg/hm2 P2O5、540 kg/hm2 K2O。试验共设置4个处理，其中甘蓝季各处理分别为（1）高氮中钾（NHKM），T1;（2）低氮中钾（NLKM），T2;（3）中氮低钾（NMKL），T3;（4）中氮高钾（NMKH），T4。相對应的烤烟季各处理分别为（1）低氮中钾（NLKM），T1;（2）高氮中钾（NHKM），T2;（3）中氮高钾（NMKH），T3;（4）中氮低钾（NMKL），T4。各处理施肥见表1。试验小区面积为42 m2（6 m×7 m），3次重复，随机区组排列。

甘蓝于2016年8月20日播种育苗，9月26日移栽，移栽密度为每小区126株（6行×21穴/行，30 000株/hm2），2017年3月22日统一收获;烤烟于2017年3月2日播种育苗，5月6日移栽，移栽密度为每小区54穴（6行×9穴/行，12 857穴/hm2），7月13日开始分次收获。

试验的其他田间生产管理均采用当地农业技术推广部门的推荐技术。

1.3 测定项目

1.3.1 土壤样品的采集与测定 土壤样品在作物种植前采集，风干磨细过筛后分别测定pH值和有机质、碱解氮、有效磷、速效钾含量[8];甘蓝种植前、烤烟种植前和烤烟收获后分别测定各小区土壤pH值和有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、硝态氮、铵态氮含量[8]。

1.3.2 甘蓝、烤烟地上部生物量的测定 甘蓝和烤烟收获期，各小区选取有代表性植株6株，105 ℃下杀青30 min，60 ℃ 烘箱中烘至恒质量，记录干质量，依次折算地上部生物量，其中烤烟生物量为多次采收累积。

1.3.3 甘蓝、烤烟产量的测定 甘蓝收获期，各处理实采实收，分别计产。烤烟分期采收烘烤，各个时期实际采收烘烤量相加即为小区的实际产量。

1.3.4 甘蓝、烤烟养分的测定 甘蓝收获期，各小区分别选取有代表性植株，105 ℃下杀青30 min，60 ℃烘箱中烘至恒质量，测定N和K含量[8];烤烟采收期，选取每次采收的烤烟样品，60 ℃烘箱中烘至恒质量，分别测定N和K含量[8]。

1.3.5 甘蓝、烤烟养分累积量的计算

氮素累积量（kg/hm2）=氮含量（g/kg）×地上部生物量（kg/hm2）/1 000;

钾素累积量（kg/hm2）=钾含量（g/kg）×地上部生物量（kg/hm2）/1 000。

式中：烤烟氮素和钾素累积量为采收期每次采收烤烟氮素和钾素累积量之和。

1.4 数据处理与分析

数据处理与分析采用Microsoft Excel 2003及SPSS 17.0进行，采用DPS数据处理软件进行数据的统计分析，LSD法检验0.05水平的差异显著性。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理的甘蓝、烤烟产量

由表2可知，甘蓝季各处理产量以T1处理为最大，达到73 290 kg/hm2，显著高于T2、T3、T4处理4 149、8 587、3 178 kg/hm2，其中甘蓝季T3处理养分水平为中氮低钾，其甘蓝产量最低，为64 703 kg/hm2，显著低于其他处理。烤烟季各处理产量以T3处理最大，为1 605 kg/hm2，显著高于T1、T4处理146、243 kg/hm2，但与T2处理差异不显著，其中烤烟季T4处理养分水平为中氮低钾水平，其烤烟产量最低，为 1 362 kg/hm2，显著低于T2和T3处理。

2.2 烤烟和甘蓝的经济效益

进一步计算烤烟和甘蓝的经济效益，由表3可知，甘蓝季甘蓝经济效益以T1处理最大，为73 290.0元/hm2，高于其他处理3 178～8 587元/hm2，其中T3处理甘蓝经济效益最低，为64 703.0元/hm2。烤烟季烤烟经济效益以T3处理为最大，达到36 915.0元/hm2，高于其他处理2 300～5 589元/hm2，其中T4处理烤烟经济效益最低，为31 326.0元/hm2。综合周年经济效益，T1处理（甘蓝季高氮中钾，烤烟季低氮中钾）经济效益最高，为106 847.0元/hm2，高于其他处理 3 091.0～5 409.0元/hm2，其中T4处理（甘蓝季中氮高钾，烤烟季中氮低钾）周年经济效益最低，为101 438.0元/hm2。

2.3 不同处理下烤烟氮钾累积量的影响

由表4可知，甘蓝氮素累积量以T1处理为最大，达到135.6 kg/hm2，显著高于T2、T3、T4处理19.8、32.8、9.5 kg/hm2，T3处理最低，为102.8 kg/hm2;烤烟氮素累积量以T3处理为最大，为77.7 kg/hm2，显著高于其他处理5.7～8.6 kg/hm2，T1处理最低，为69.1 kg/hm2。从周年轮作氮素养分累积看，T1处理氮素养分累积为204.7 kg/hm2，分别高于处理17.1、24.2、6.6 kg/hm2。

钾素累积量方面，甘蓝钾素累积量以T4处理为最大，达到104.1 kg/hm2，显著高于T2、T3、T4处理3.0、15.1、39.6 kg/hm2，T3处理最低，为64.5 kg/hm2;烤烟钾素累积量以T3处理为最大，为101.7 kg/hm2，显著高于其他处理 16.4～31.3 kg/hm2，T4處理最低，为70.4 kg/hm2。从周年轮作钾素养分累积看，T1处理钾素养分累积为 184.6 kg/hm2，分别高于处理T2、T3、T4 12.7、18.4、10.1 kg/hm2。

2.4 不同处理烤烟的化学成分

由表5可知，不同氮钾配施影响烤烟化学成分。还原糖含量以T3处理最高，为19.894%，分别高于其他处理1.925、0.575、2.388百分点，其中T4处理最低，为17.506%;T3处理总糖含量为25.850%，高于其他处理0.138～5.075百分点，其中T4处理总糖含量最低，为20.775%;烟碱含量以T2处理为最高，达到3.090%，分别高于T1、T3、T4处理 0.368、0.805、0.782百分点;T3淀粉含量为5.075%，高于其他处理0.169～0.503百分点，其中T4处理最低，为 4.572%;蛋白质含量以T3处理最高，为7.660%，高于其他处理;糖蛋比以T2处理为最大，达到3.431，高于其他处理 0.061～0.762;糖碱比以T3处理最大，为11.290，高于其他处理;T3处理氮碱比为0.995，高于T1、T2、T4处理0.041、0.036、0.053。

研究表明，优质烤烟一般要求烟碱含量1.8%～2.8%，总糖含量20%～26%，还原糖含量18%～22%，总氮含量15%～2.5%，蛋白质含量6.5%～8.5%，淀粉含量≤5%，糖碱比8～12，氮碱比0.8～0.9，糖蛋比（施木克值）2～4[9]。低氮中钾和中氮低钾养分水平烤烟还原糖含量略低于优质烤烟水平;高氮中钾养分水平烟碱含量略高于优质烤烟水平;中氮高钾养分水平淀粉含量较优质烤烟水平偏高;高氮中钾养分水平烤烟糖碱比略低于优质烤烟水平;各氮钾配施处理烤烟氮碱比均略高于优质烤烟水平，总糖含量、蛋白质含量、施木克值均处于优质烤烟水平内。不同氮钾配施影响烤烟化学成分，总体化学成分含量合理，内在协调。

2.5 不同处理土壤的养分含量变化

由表6可见，甘蓝和烤烟种植前后不同处理耕层土壤养分含量變化明显。pH值方面，土壤pH值呈现先略有降低后又升高的趋势，相比于甘蓝种植前，烤烟收获后pH值均略有升高，各处理分别升高0.01、0.06、0.09、0.03，其中T3处理烤烟收获后土壤pH值为5.69，高于其他处理。不同处理碱解氮含量呈现先升高后降低的趋势，较甘蓝种植前，土壤碱解氮在烤烟种植前（甘蓝收获后）均升高，不同处理分别升高 21.7、19.0、15.4、11.6 mg/kg，烤烟收获后土壤碱解氮较烤烟种植前不同处理分别降低12.0、6.0、7.2、1.5 mg/kg，相比与甘蓝种植前，烤烟收获后土壤碱解氮均为升高的趋势，分别升高9.7、13.0、8.2、10.1 mg/kg，其中T2处理最高，为 146.5 mg/kg。相比于甘蓝种植前，不同处理土壤有效磷含量在烤烟种植前（甘蓝收获后）和烤烟收获后均呈现升高的趋势，不同时期不同处理土壤有效磷分别增加2.5 mg/kg和 3.0 mg/kg、2.1 mg/kg 和2.6 mg/kg、1.1 mg/kg和 1.5 mg/kg、1.2 mg/kg和1.7 mg/kg，其中烤烟收获后土壤有效磷含量高于甘蓝种植前和烤烟种植前（甘蓝收获后）。土壤速效钾方面，不同处理土壤速效钾含量均呈现先升高后降低的趋势，不同时期不同处理较甘蓝种植前分别增加 41.5 mg/kg 和20.5 mg/kg、39.5 mg/kg和34.5 mg/kg、25.5 mg/kg 和29.5 mg/kg、37.5 mg/kg 和24.5 mg/kg，除T3处理外，烤烟收获后土壤速效钾含量低于烤烟种植前（甘蓝收获后）。相比与甘蓝种植前，烤烟收获后土壤不同养分含量均升高。

3 讨论与结论

氮和钾是作物必需的2种元素，合理的施肥能改善作物生长，提高作物产量[10]。本研究结果表明，施肥能提高甘蓝和烤烟产量，不同氮钾肥分配方式甘蓝和烤烟产量、经济效益及养分存在显著差别。在周年氮磷钾肥总用量一定条件下，甘蓝产量以T1处理为最高，达到73 290 kg/hm2，显著高于其他施肥处理4 149、8 587、3 178 kg/hm2;烤烟产量则以T3处理最高，为1 605 kg/hm2，除与T2处理差异不显著外，显著高于其他施肥处理146、243 kg/hm2;说明在磷肥用量一定的条件下，适当增加氮钾肥用量能提高烤烟和甘蓝的产量。综合经济效益来看，T1处理优于其他处理。高效的施肥策略是在作物高产条件下，同时满足作物养分携出量与施肥量大致相当，这样既能维持地力，不会导致土壤养分库消耗太多导致土壤贫瘠，也不会因养分携出量较少而导致土壤养分累积过高[11]，减少环境影响[12]。增施氮肥是提高土壤供氮能力的基本方法，但是过多地施用氮肥会造成流失，适量的氮肥与磷钾肥配施有利于促进作物对氮素的吸收，从而降低养分的流失量，提高氮肥利用率[13-14]，因此，合理的氮磷钾配施可以促进包括烤烟和甘蓝在内的农作物对氮素和钾素的吸收和利用。本试验条件下，合理的氮钾配施能提高烤烟和甘蓝产量，存在正交互作用，T1处理的甘蓝产量和T3处理的烤烟产量均高于其他氮钾配比处理，与前人在不同作物合理配施氮钾得到的结果[15-18]相同，主要原因可能是因为氮钾的合理配施，增加了叶片叶绿素含量，提高光能利用率，增加光合产物，进而提高作物产量[19]。

烟叶中主要化学成分的含量及其之间的比值是评价烤烟品质的关键指标。本试验条件下，除个别处理外，烤烟还原糖、总糖、烟碱、淀粉、蛋白质含量和施木克值、糖碱比均处于合理范围内，总体化学成分含量合理，内在协调，说明本试验的氮钾配比均能满足烤烟优质生长的养分需求，总体来看高氮中钾和中氮高钾养分水平的品质优于低氮中钾和中氮低钾养分水平。从T1和T2处理可以看出，糖碱比随施氮量的增加而降低，与前人研究结果一致[20];氮碱比适宜范围一般在0.8～0.9[9]，本试验条件下烤烟氮碱比略高于优质烤烟范围，可能是由于当地烤烟品种及物候条件导致。

不同的氮钾配施，烤烟和甘蓝的经济效益不同，在周年养分一定的情况下，T1处理（甘蓝季高氮中钾，烤烟季低氮中钾）甘蓝和烤烟总经济效益最高，说明在烤烟-甘蓝轮作体系中，甘蓝季应重视氮肥施用，烤烟季应重视钾肥施用。但本试验未设置减量施氮和减量施钾处理，不能计算在减量施肥的情况下甘蓝和烤烟的经济效益，同时2015年农业部发布的《到2020年化肥使用零增长行动方案》[21]提出化肥零增长下的养分高效利用的发展目标，减少化肥施用量，提高肥料利用率，因此在以后的研究中应重视肥料减施方面的研究。在国家“两减”的背景下，如何做到减肥高效成为现代农业的发展目标，单纯的施用单质肥料很难提高肥料利用率，在施用化肥的情况下，应增施如秸秆[22]、生物炭[23]等物料以提高肥料利用率，在以后的研究中应重视本方面的研究，同时注重合理的耕作管理制度[24]。

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