晚稻施用有机肥对烟稻轮作烟田土壤供氮能力的影响

卢红玲 高鹏 鲁耀雄 崔新卫 李宏光 闫慧峰 彭福元

摘要：为合理少湖南烟稻轮作区化肥用量，在州桂阳和安仁选取了2种土壤有机质水平的烟稻轮作田，于稻季增施有机肥，减施化肥，田间试验结合35d淹水培养法研究其对烟草不同生育期土壤供氮能力和烟叶氮吸收利用的影响。结果表明，有机质含量低的桂阳点，稻季施用有机肥可提高烟草移栽前土壤水溶性总氮达31.0%，明显加烟草打顶期土壤淹水培养的累积矿化氮、有机氮矿化势：而有机质含量高的安仁点，稻季施用有机肥对烟草移栽前土壤水溶性总氮的加不明显，此时期土壤有机氮矿化势较习惯施肥増加17.6%，但对烟草生长过程中土壤淹水培养累积矿化氮量和氮矿化势影响较小。同时，稻季施用有机肥周年减施氮肥可维持甚至提高烟叶产量和氮肥偏生产力另ー方面，桂阳烟叶氮含量和烟碱含量降低，氮碱比增加，而安仁烟叶氮含量降低，烟碱含量增加，氮碱比降低。因此，在晚稻施用有机肥1500kghm2替代150kghm2复合肥和75kg/hm2尿素，烟草季按习惯施肥，减少烟稻轮作区周年氮肥用量23.6%～27.7%，可维持烟叶产量，还可一定程度上提升烟田土壤供氮能力。

关键词：有机肥替代;烟稻轮作土壤供氮能力：有机氮矿化：淹水培养

有机肥替代化肥是改善土壤质量、提高作物质、实现作物化肥施的重要途径。研究报道秸秆还田可提高植烟土壤有机碳含量和腐殖化程度，具有较好的固碳减排效果;菜籽饼肥氮替代30%化肥氮可改善土壤肥力，促进烤烟生长和提高氮素利用率;化学肥料与外源有机肥料配施可以有效地提高土壤肥力和改善作物品质。湘南烟稻轮作地N、P2Os、K2O肥的年用量分别达240～270、180-225、375～435kghm2，其中化肥占90%以上，植烟季习惯施氮量为142.5～165kg/hm215。长年化肥大量施入的情况下，烟田土壤质量退化，自身供氮能力低，为不影响烟草生长，前期追肥次数增加施肥总量也有增加趋势但湖南省烟稻轮作区烟季集中施用大量有机肥，会导致烟苗旺长期土壤供氮不足，而后期烟叶贪青晚熟、落黄困难等问题81金萍等在云南省烟田进行了3组有机肥前移施用试验发现，在前作水稻/玉米栽种时增施15～22.5thmn2有机肥（有机肥为猪粪、腐熟秸秄、农家肥），烟季习惯施肥，可增加烟叶产量、产值，提高上等烟比例，但所用有机肥养分含量不高，施用量大，未减少任何化肥用量，且有机肥前季施用对后茬作物氮养分吸收和土壤供氮能力的影响未见报道。土壤有机氮是決定土壤供氮能力的主要氮源，土壤氮矿化势法得到的土壤供氮量能反映土壤供氮的实际情况。生物培养法是一种广泛用于研究土壤有机氮矿化及土壤供氮能力的方法，其中的淹水培养方法因迅速精确、过程简单、条件易控制，作为研究旱地土壤供氮能力的方法已经得到肯定131因此，本研究于2018-2019年，在椰州市桂阳县和安仁县进行了有机肥替代、周年化肥减施田间试验，并采用35d淹水培养室内试验研究了前茬水稻施用有机肥对2种有机质含量烟田土壤供氮能力及化肥减施的效果，为烟稻轮作地化肥减施、有机肥合理施用提供技术依据。

1材料与方法

试验方案

1.1.1试验地概况试验于2018年7月至2019年7月在州烟稻轮作区的桂阳和安仁两地进行。该区采用上半年植烟、下半年种晚稻的耕作制度，近年植烟面积约3万hm2。桂阳县试验点位于北纬2541'29.13"、东经1124234.89"，为红壤性水稻土，pH7.69，有机质含量低，为18.1gkg，土壤全N、全P、全K含量分别为1.45、0.89和10.8g/kg，碱解氮、有效磷、速效钾含量分别为98.0、45.4和323.0mgkg。安仁縣试验点位于北纬26°3810东经1131557”，为黄壤性水稻土，pH.46，有机质含量高，为440gkg，全N、全P、全K含量分别为3.07、1.04、14.6gkg，碱解氮、有效磷、速效钾含量分别225.0、249和536.0mgkg1.1.2供试材料稻季用商品有机肥（N、P2O5K2O含量分别为2.13%、1.51%和1.64%，有机质含量48%，水分含量25%），复合肥（15-15-15）和尿素（含N46%）;烟草用发酵饼肥N、P2O、K2O含量分别为5.2%、0.85%和1.12）、专用基肥（N、P2Os、K2O含量分别为7%、17%和8%）、专用提苗肥（N、P2O含量分别为20%和9）、专用追肥N、P2O、K2O含量分别为10%、5%和29%）、过磷酸钙（含P2O14%）、缓释氮肥（含N369硫酸钾（含K2O50%）。桂阳点水稻和烟草品种为泰优98和湘烟5号，安仁点为隆香优130和云烟87。1.1.3试验设计试验分烟稻2季，设置裂区试验。水稻季设置习惯施肥（化肥区，CK）和有机肥替代复合肥（有机肥区，T）2个处理：CK，基施复合肥150kg/hm2，追施尿素150kghm2;T，基施商品有机肥1500kg/hm2，追施尿素75kghm2。植烟季设置4个处理，前化肥区继续按当地习惯施肥作为对照（CK），前有机肥区设3个处理，T1：当地习惯施肥（桂阳施用烟草专用基肥750kghm2、专用提苗肥112.5kghm2、专用追肥750kgh和硫酸钾225kghm2。安仁在此基础上增加尿素30kghm2）T2：一次性基施缓释氮肥，计纯氮132.0kghm2，磷、钾养分用过磷酸钙和硫酸钾补齐，用量同T，氮肥和磷肥作基肥一次性施入，钾肥基施20%，另809%于移栽1个月后分4次施用（每次间隔7dT3：烟草专用基肥少20.0%、专用提苗肥少33.3%，专用追肥与T2一致。4个处理在烟苗移栽前，均基施发酵饼肥225kghm2。具体肥料用量见表1。

每个处理3次重复，共12个小区，小区面积24m2，种植密度为1.67万株hm2。试验于2018年7月开始种植水稻，10月8日收获。2019年3月611日整地起垄，分小区施入基肥，3月2628日移栽烟苗，6月26日开始采烤，7月11日采烤结束。

1.2测定项目与方法

1.2.1土壤和烟叶样品采集2018年10月9日晚稻收获后，采集土壤样品作为基础土样，分别于烤烟移栽后30、55、100d的烟株旺长期、打顶期及采烤期分小区多点取距烟株15cm处的耕层20cm土样，除杂、风、磨碎过20目筛，一部分用作淹水培养试验，一部分检测土壤理化性状;烟草分下部叶、中部叶、上部叶分别采烤，计算烟草产量，分部位检测烤后烟叶总氮含量和烟碱含量。

1.2.2土壤淹水培养方法淹水培养试验依据KEENEY提出的方法改进。称取过2mm筛的风干土1200g，置于100mL离心管中，每管加入25mL去离子水，加塞、密闭，在温度40℃的恒温培养箱内培养，于0、4、7、14、21、35d分别进行浸提，收集浸提液。然后加入25mL去离子水继续培养。提方法参照文献[14]定浸提液中的总氮和铵态氮NH4N，培养0d时的浸提液加测硝态氮（NO-N）。

1.23测定指标及测定方法土壤理化性状测定方法：有机质采用重铬酸钾容量法（外加热法）全氮用开氏法消解，K2300型全自动定氮仪测定碱解氮用碱解扩散法;洤磷用强酸消煮-钼锑抗比色法，有效磷用0.5mol/LNAHCO提取-钼蓝比色法（Olsen法）全钾用强酸消煮-火焰光度法测定，速效钾用乙酸铵提取-火焰光度计法测定，pH测定用电位法（pH计）。

土壤浸提液氮组分测定方法：硝态氮采用酚二磺酸分光光度法，氨态氮采用流动注射-水杨酸分光光度法，总氮采用流动注射-盐酸萘乙二胺分光光度法测定，水溶性有机氮（SON）为总氮与无机氮之差。

烟叶测定方法含量采用H2SO4-HO2消煮K2300型全自动定氮仪测定，烟碱含量采用分光光度法测定。

1.3数据处理计算与模型拟合

采用Excel2007软件进行数据计算和统计分析SAS软件进行方差分析Sigmaplot软件进行有机氮矿化模型拟合得土壤有机氮矿化势（N0）。经比较不同氮矿化模型的拟合效果，本文选择双曲线模型。该模型适用于培养时间短、矿化势和矿化常数较固定的情况。模型形式如下：

式（1）中，N为r时间的累积矿化氮，M为矿化潜势，b为矿化常数。

氮肥偏生产力（partial factor productivity from applied N，PPN计算式如下：

PFPN=Y/F

式（2）中，Y为烤烟产量，F为氮肥施入量。

2结果

2.1不同处理植烟土壤水溶性氮含量

由表2看出，与CK比较，晚稻施用有机肥的处理T，烟苗移栽前（一季水稻后）土壤浸提液中总氮含量增加，其中桂阳点增加31.0%，安仁点增加8.3%，但差异不显著。烟草旺长期、打顶期和采烤期，桂阳和安仁两地T1处理土壤浸提总氮含量与CK接近，甚至高于CK。桂阳点烟草旺长期和打顶期，T1与CK的土壤浸提总氮含量高于其他处理，与T2的差异达显著水平;采烤期，T1浸提总氮比CK的高117%。安仁点烟草旺长期、打顶期和采烤期间，3个施肥处理间差异不显著;T1比CK土壤浸提总氮含量在旺长期高95%，打顶期高14.3%，采烤期高27.5%。这说明稻季施用有机肥能长效补充土壤水溶性氮含量，维持土壤速效供氮能力。

2.2不同处理植烟土壤氮矿化曲线和矿化势淹水培养过程中，土壤有机氮矿化主要转化成小分子的可溶性有机氮（SON）和铵态氮。桂阳和安仁两地烟草移栽前、旺长期、打顶期和采烤期的土壤35d淹水培养期间累积矿化氮（包括铵态氮和SON）随时间的变化曲线如图1所示。

从图1中可知，烟草移栽前，土壤淹水培养35d，累积矿化氮TCK，其中桂阳点T增加5.7%，安仁点增加14.3%。烟草打顶期，土样培养35d，桂阳点T1累积矿化氮显著高于其他处理，比CK高77.5%，安仁点T1比CK高4.6%，两试验点T1和CK累积矿化氮均高于T2、T3处理，但差异未达显著水平。烟草旺长期，两点的4处理之间差异均不显著。烟草采烤期，桂阳点T1与CK的累积矿化氮显著高于T2，但与T3差异不显著;安仁点4个处理间差异均不显著。另外，相同时期相应处理安に点土壤培养35d累积矿化氮量均高于桂阳点，为桂阳点的1.42～2.73倍。采用双曲线模型拟合图1的氮矿化曲线，可得到不同处理土壤有机氮矿化势No（图2）。烟草移栽前，两地土壤M均表现为T》CK，桂阳点T比CK増加13.6%，安仁点增加17.6%。烟草打顶期桂阳点T1土壤M比其他处理高45.5%～81.19%安仁点T1土壤M比其他处理高8.1%～14.4%。烟草旺长期和采烤期，两地不同处理间土壤M差异不显著。另外，相同时期相应处理，安仁点土壤No为桂阳点的1.32～3.01倍。

2.3不同处理烤烟产质量与烟叶氮吸收利用

表3显示，习惯施肥情况下，桂阳和安仁两点烟叶的氮含量均低于2%，稻季施用有机肥、周年减氮处理均降低了烟叶氮含量。烟碱含量比氮含量变化幅度大，且与気含量変化趋势不致，桂阳减氮处理烟碱含量也降低，但安仁T1和T2烟碱含量反而增加。同时，相同处理下相同叶位比较，安仁点烟叶烟碱含量均大于桂阳点。计算氮碱比，桂阳CK处理氮碱比符合优质烟叶接近《1的要求，减氮处理氮碱比均》1安仁烟叶氮碱比除下部叶外，中上部均《1。桂阳点产量以CK为最高，其次是T1，CK和T1产量显著高于其他处理;安仁点产量以T1为最高，其次是CK，CK和T1产量也显著高于其他处理。比较氮肥偏生产力PFPN，两地有机肥替代且烟季减氮T3的PPN均为最高，T1和CK的PFPN相当。

3讨论

与其他烟区相比，东南丘陵烟区氮肥用量大，约120～200kg/hm2，且氮肥施空间小61819该区进行的氮肥用量试验表明，氮肥基肥追肥比7：3时，经济施氮量为195.35kghm2;湘烟5号基肥追肥比4：6时，最佳施氮量165kghm2;基肥追肥比为3.5：6.5时，推荐施氮150kg/hm2，且施氮量从180kg/hm2减至135kghm2，产量减少20.49%，产值少17.2%。常年化肥尤其是氮肥过量施用导致土壤质量退化，养分利用率低，肥料有效报酬递减2。为少该烟区化肥用量，增加土壤自身供氮能力，在烟稻轮作模式中，于稻季施用有机肥替代化肥而植烟季按习惯施肥将是一个科学合理且易于推广的方法。本试验表明，在稻季施1500kg/hmi有机肥替代化肥，烤烟季氮肥150kg/hm2（基肥追肥比3.5：6.5），周年減氮23.6%～27.7%，能维持与习惯施肥相当的烤烟产量和氮肥偏生产力。但是，两地T2和T3处理烟叶产量均较T1和CK显著降低说明在上述基础上，烟季进一步減氮处理增加了烟叶产量损失的风险。

作物吸收利用的土壤氮素包括两方面，一是土壤中已存在水溶性总氮（即硝态氮+铵态氮+SON），二是土壤有机氮矿化所产生的矿质氮和SON，前者代表土壤速效供氮能力，后者代表土壤潜在供氮能力，是评价土壤供氮水平的重要指标41。比较桂阳和安仁两试验点习惯施肥对照和晚稻施用有机肥周年氮处理（桂阳T1减氮23.6%，安仁T1减氮27.7%）的土壤供氮指标：烟草移栽前桂阳点T1土壤水溶性总氮、累积矿化氮和N均高于CK;旺长期T1土壤水溶性总氮、累积矿化氮与CK相当，M显著低于CK到打顶期，T1土壤水溶性总氮与CK相当，而累积矿化氮和N显著高于CK：采烤后T1累积矿化氮与CK相当，水溶性总氮和N高于CK10%以上。安仁点移栽前T1水溶性总氮、累积矿化氮和均高于CK;烟草旺长期、打顶期和采烤后，水溶性总氮、累计矿化氮和N均维持与CK相当的水平或者高于CK。表明稻季施用有机肥周年减氮处理可提高烤烟移栽前土壤直接供氮能力和潜在供氮能力，维持烟草整个生育期的速效供氮能力，促进烟季中后期土壤持续供氮能力。从烟叶氮含量和烟碱含量指标可知，稻季施用有机肥、周年减氮23.6%～27.7%会降低烟叶的氮含量，但对烟碱的影响两地不一致，桂阳烟碱含量降低，氮碱比增加至》1，超出优质烟叶适宜氮碱比范围;安仁烟碱含量增加，氮碱比降低，中上部氮碱比《0.6。上述变化及其对烟叶评吸品质的影响，有待于进一步研究验证。

本硏究设置了烟田减施化肥的T2（改施缓释氮肥）和T3（减施基肥和提苗肥）处理，桂阳点（减施化肥氮31.1%）与安仁点（减施化肥氮34.8%）的表现不一致：桂阳点T2的水溶性总氮和累积矿化氮及N均低于T3，相反安仁点T2处理土壤，在旺长期和打顶期的水溶性总氮、矿化氮累积量及3个时期的M均高于T3，但差异不显著;并且桂阳点在烟草旺长期和打顶期的T2、T3处理的土壤水溶性总氮均低于CK和T1，与T2的差异达显著水平。这与试验点施肥情况、土壤物理结构和肥力不同有关。桂阳点土壤常年施用火土灰，土壤通透性好，但其有机质含量低2，土壤保水保肥能力不高，过度減施化肥会显著降低土壤供氮能力，从而影响烤烟产量，这与当地试验报道一致。而安仁点土壤偏酸，质地黏重，有机质在自然条件下分解缓慢，但土壤有机质和养分含量高，减施化肥，或施用缓释氮肥且施部分氮肥，对土壤供氮能力的影响并不显著2324。因此，为提高当地土壤供氮能力，针对质地黏重、有机质和养分含量高的土壤，其有机氮矿化势高，首先应改善壤通透性，增加土壤中已存的有机氮的矿化供氮能力2;而针对有机质和养分含量不高的土壤，其有机氮矿化势小，但土壤通透性好，输入有机质对提高土壤供氮效果较好，可通过增加有机质尤其是有机氮的输入以提高土壤供氮及保水保肥能力。

4结论

在椰州烟区实施有机肥替代，于稻季施用有机肥1500kg/hm2，替代150kghm2复合肥和75kg/hm2尿素，烟季按习惯施肥（施N150kghm2，基肥追肥比3.5：6.5），周年少化肥施用量23.6%～27.7%，土壤速效供氮能力和潜在供氮能力可满足烤烟生育期对氮养分的需求，维持烟叶产量。在上述基础上，烟季进一步减氮处理则增加了烟叶产量损失的风险。

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