不同用量有机肥替代化肥对洱海流域氮磷养分流失和烟叶产质量的影响

原 政，欧阳铖人，杨德海，杨志娟，彭 仁，杨玉标，赵伟金，王洪云，赵正雄*

（1.云南农业大学 烟草学院，云南 昆明 650201；2.红塔集团大理卷烟厂，云南 大理 671000；3.大理州烟草公司，云南 大理 671000）

湖泊水体富营养化的治理是全球性水环境亟待解决的重大难题［1］。洱海是云南省第二大淡水湖泊，也是大理市居民生活饮用水的水源。然而，由于产业结构不合理，洱海水质正处于由富营养的初期阶段向中期阶段转变［2］。农田径流是该流域农业面源污染的主要来源之一［3-4］，因而亟需有效的治理措施来降低农田径流所造成的面源污染。烟草是洱海流域主要经济产业之一。为追求高额回报，烟叶生产中施入大量化肥来增加烟叶产量。一方面，大量施用化肥使得土壤质量和土壤生产力持续下降，土壤有机质含量降低，导致烟叶香气不足和化学成分不协调，带来了烟叶品质下降的问题［5］；另一方面，大量施用化肥使氮磷等营养元素大量进入水体，增加了水体富营养化风险［6-7］。因此，如何保障洱海流域烟叶生产的同时，减少该流域的面源污染是目前亟待解决的问题。

有机肥替代化肥是提高烟叶品质、实现化肥减施的重要途径［8-10］。彭智良等［10］研究表明：烟田施用有机肥料能改善烟叶的成熟度、颜色、叶片结构等外观质量，提高烟叶的中上等烟比例。张焕菊等［11］研究表明：增施有机肥可以进一步协调烟叶的内在化学成分，改善烟叶的评吸质量，提高烟叶的工业价值。近年来的研究表明，有机肥替代化肥在改善土壤质量、降低土壤污染方面发挥着重要作用。孙瑞娟［12］、焦军霞［13］等的研究结果表明：适当的有机肥替代化肥，可以改善土壤的物理和化学性状，减少氮磷养分流失。Liang等［8］认为有机肥能显著降低氮素淋失。然而，有机肥施用量是一个关键指标，当有机肥用量不足时，会影响烟株生长，当有机肥过量施入土壤中时，一方面，造成了农田氮磷养分的大量流失，加剧了水体富营养化和农业面源污染的风险［12］；另一方面，造成土壤养分供应后劲过大、烟叶贪青晚熟，进而影响了烟叶烘烤后的品质［14］。

目前，尚未见关于洱海流域烟叶生产中适宜的有机肥替代化肥的研究。基于此，本研究拟在田间原位实时收集、观测径流和渗漏水样的基础上，探讨不同用量有机肥替代化肥对烟叶产量和氮磷养分流失的影响，以寻求一种既能保证烟叶优质、高产，又能保护环境的烟叶生产方式，为有机肥在洱海流域烤烟生产中的推广应用提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点

试验在大理市湾桥镇进行，该区域属典型的低纬度高原中亚热带西南季风气候，年均日照时数超过2000 h，日照百分率56%，年均气温为15.7℃，年均降水量约为1100 mm。受季风气候的影响，全年分为旱季和雨季，5~10月降水超过85%。土壤类型为水稻土，供试土壤的基本理化性质：pH值7.66、有机质70.4 g/kg、碱解氮377.0 mg/kg、有效磷85.9 mg/kg、速效钾171.0 mg/kg。

1.2 试验材料

供试品种为当地主栽品种K326。供试肥料为烟草专用复合肥（12-10-25）、硫酸钾肥（K2O≥50%）、完全腐熟牛粪类固体有机肥（3-3-7.5，有机质含量50%）和配方液态有机肥（7-5-6.5）。

1.3 试验设计

以当地常规化肥推荐为对照，设置了对照和不同用量有机肥替代化肥共4个处理。CK：当地常规化肥推荐处理；ENMF：有机肥等氮替代化肥处理；ANMF：有机肥加氮10%处理；RNMF：有机肥减氮10%处理。不同处理的肥料施用量见表1。

表1 不同处理的肥料施用量

试验于2018年3~9月进行，采用随机区组设计，3次重复。每个小区面积为72 m2，种植120株，烟株的行株距为120 cm×60 cm。田间生产管理措施按当地常规方法进行。为避免干扰，田块四周、各小区间设隔离带（田块四周隔离带宽1.5 m，小区间隔离带宽40 cm，隔离带两侧土壤均埋深达60 cm的厚塑料薄膜）。试验各处理的基肥采用穴施，施后拌肥，使之与塘内土壤搅拌均匀，然后移栽烟苗。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 农艺性状的测定 以小区为单位，于烟叶采摘烘烤前（移栽后70 d，2018年7月10日），随机抽取具有代表性的4株烟株挂牌标记，分别测定并记录烟株的株高、茎围、最大叶长、最大叶宽。调查方法按照中华人民共和国烟草行业标准YC/T 142─2010《烟草农艺性状调查方法》进行。

1.4.2 经济性状的测定 以小区为单位，烟叶开始成熟时挂牌采收和烘烤，每个小区单独采收、编杆、烘烤、分级、计产和存放，烤后烟叶按照国标GB 2635─1992分级，统计每个小区烟叶的产量、中上等烟比例，根据2018年云南省大理州的烟叶收购价格，折合计算烟叶的产值和均价。

1.4.3 常规化学成分的测定 以处理为单位，取C3F等级烟叶样品1.5 kg，测定烟叶的总糖、还原糖、烟碱、总氮、钾和氯含量（玉溪市农科院分析测定），采用凯氏定氮法测定总氮含量，火焰原子吸收分光光度法测定钾含量，连续流动法测定烟碱含量，芒森·沃克法测定水溶性总糖含量，斐林液比色法测定还原糖含量，干法灰化-Hg（CNS）2-Fe（NO3）3比色法测定氯含量。

1.4.4 水样的采集和测定 每个小区均对应安装一套径流水和渗漏水收集装置（图1）［15］，试验期间于径流水和渗漏水发生时对水样进行收集，在生育期内每场降雨产生径流和渗漏后，迅速测量并记录水桶中径流水和渗漏水的体积，用于计算流失总量，然后将水样全部混合，采集500 mL水样装入塑料瓶，放入4 ℃的冰箱内冷藏保存。将采集到的径流水、渗漏水样品以小区为单位测定总氮、总磷、硝态氮和铵态氮含量，根据浓度和体积计算每次的养分流失量，最后加权计算累计流失总量。总氮、总磷、铵态氮、硝态氮分别采用碱性过硫酸钾消解法、钼酸铵分光光度法、靛酚蓝比色法、紫外分光光度法进行测定。

图1 烟田径流水和渗漏水收集装置示意图

1.5 统计分析方法

所有指标均采用IBM SPSS Statistics 23.0软件对数据进行统计和方差分析。方差分析采用LSD方法进行单因素比较。

2 结果与分析

2.1 有机肥等氮替代化肥条件下施用量对烤烟农艺性状的影响

由表2可知，有机肥等氮替代处理（ENMF）、有机肥加氮10%处理（ANMF）和有机肥减氮10%处理（RNMF）的株高、茎围、最大叶长和最大叶宽高于当地常规化肥推荐（CK）。RNMF的株高、茎围、最大叶长和最大叶宽与ENMF差异不显著。与ENMF、RNMF相比，ANMF的株高降低，株高、茎围、最大叶长和最大叶宽差异均不显著。

表2 有机肥等氮替代化肥条件下施用量对烤烟农艺性状的影响

2.2 有机肥等氮替代化肥条件下施用量对烤烟经济性状的影响

由表3可知，ENMF、ANMF和RNMF的产量显著高于CK。与CK相比，ENMF、ANMF和RNMF的产量分别增加了10.95%、6.93%和15.80%，产量表现为：RNMF＞ENMF＞ANMF＞CK。与ENMF相比，RNMF的产量增加，ANMF的产量则降低，但差异不显著。与ENMF相比，RNMF的产量增加了4.37%，ANMF的产量则降低了3.62%。

表3 有机肥等氮替代化肥条件下施用量对烤烟经济性状的影响

ENMF和RNMF的产值显著高于CK和ANMF。与CK相比，ENMF和RNMF的产值分别增加了16.22%和28.11%。ANMF的产值低于CK，降低了4.32%。与ENMF相比，RNMF的产值增加，ANMF的产值则显著降低。与ENMF相比，RNMF的产值增加了10.23%，ANMF的产值则降低了17.68%，产值表现为：RNMF＞ENMF＞CK＞ANMF。说明适当降低有机肥的施用量能促进烟叶的增收，增加有机肥施用量则不利于烟叶增收。可能的原因是降低有机肥施用量后有利于烟株的根系发育。

2.3 有机肥等氮替代化肥条件下施用量对烟叶品质的影响

烟叶化学成分协调性反映了烟叶内在品质，优质烟叶一般表现为还原糖含量16%~ 18%、总糖含量18%~22%、烟碱含量1.5%~3.5%、钾含量2%以上、总氮含量1.5%~3.5%、氯含量1%以下。由表4可知，所有处理的烤烟钾含量均稍有不足，氯含量和烟碱含量均在适宜范围内，糖碱比和氮碱比均在适宜范围之内，水溶性总糖含量、还原糖含量稍微偏高（云南烤烟特性之一）。与CK相比，ENMF、ANMF和RNMF的烟叶水溶性总糖含量、钾含量和两糖差增加，说明有机肥替代化肥能提升烟叶的内在品质。

表4 有机肥等氮替代化肥条件下施用量对烤烟主要化学成分含量的影响

与ENMF相比，RNMF的烟碱含量、还原糖、氯含量增加，而水溶性总糖、总氮、钾、糖碱比、氮碱比和两糖差降低；ANMF的水溶性总糖、还原糖、总氮、氯、烟碱含量和两糖差增加，钾含量、糖碱比和氮碱比降低。

2.4 有机肥等氮替代化肥条件下施用量对流失水总量的影响

径流和壤中流（渗漏）是养分流失的主要动力，因而衡量流失总量是评价烟田水分进入流域的重要指标之一。由图2可知，ENMF、ANMF和RNMF的径流水总量、渗漏水总量均显著低于CK，ENMF、ANMF和RNMF之间的径流水总量和渗漏水总量差异不显著，说明适度增加或降低有机肥施用量不影响烟田水流失总量。

图2 有机肥等氮替代化肥条件下施用量对流失水总量的影响

2.5 有机肥等氮替代化肥条件下施用量对氮磷养分流失的影响

由图3可知，氮磷养分流失量的大小是衡量水体污染程度的重要指标之一。在径流水的氮磷养分流失量方面，总氮和铵态氮流失量表现为：CK＞ANMF＞ENMF＞RNMF。与CK相比，ANMF、ENMF和RNMF的径流水总氮流失量分别减少了17.03%~17.63%、23.60%~23.80%、27.51%~33.79%；硝态氮流失量分别减少了14.38%~41.22%、8.63%~32.34%、22.30%~51.16%；总磷流失量分别减少了13.63%~27.63%、24.54%~32.46%、25.76%~48.24%。ANMF、ENMF、RNMF的径流水中铵态氮流失量差异不显著。

图3 有机肥等氮替代化肥条件下施用量对养分流失量的影响

与ENMF相比，ANMF径流水中的总氮流失量和铵态氮流失量均增加，总磷流失量和硝态氮流失量则降低；RNMF径流水中的总氮流失量、硝态氮流失总量降低，总磷流失量和铵态氮流失总量显著降低。这表明减氮施用有机肥能降低环境负荷，降低面源污染的风险。

在渗漏水的氮磷养分流失量方面，总氮和总磷、铵态氮和硝态氮的流失量表现为：CK＞ANMF＞ENMF＞RNMF。与CK相 比，ANMF、ENMF和RNMF的渗漏水总氮流失量分别减少了21.71%~27.67%、25.69%~36.41%、29.17%~42.46%；铵态氮流失量分别减少了5.51%~26.50%、1.38%~24.09%、8.27%~35.34%；硝态氮流失量分别减少了30.47%~31.07%、28.32%~38.05%、32.40%~38.44%；总磷流失量分别减少了26.01%~37.50%、32.52%~46.19%、45.52%~47.82%。

与ENMF相比，ANMF的总氮、硝态氮、铵态氮和总磷流失量均增加，RNMF的总氮、硝态氮、铵态氮和总磷流失量则降低。这表明有机肥的减量施用能减少烟田的氮磷养分流失。

3 讨论

近年来，有机肥替代化肥是烟叶生产中关注的热点问题，大量研究表明：有机肥替代化肥能增加烟叶的产量和改善烟叶质量［12,14］，这与本研究结果一致，即有机肥替代化肥处理的烟叶质量优于化肥处理。本研究更关注的是不同用量有机肥替代化肥对烟叶产质量的影响，结果表明：在常规氮肥用量的基础上减少10%有机肥施用量能促进烟株生长、提高中上等烟比例、改善烟叶品质。这可能与有机肥中含氮磷养分和土壤供养特性密切相关［16］。有研究表明，有机肥中的养分减少后，提升了土壤化学因子的作用，增加了土壤微生物的碳源和土壤酶的底物，促进了微生物繁殖和土壤酶活性，促使烟株能有效吸收利用土壤中氮磷养分，提高肥料的利用效率［17-18］。

本研究表明，增加有机肥施用量处理的产量、产值降低，中上等烟比例降低，进而影响了烟叶的外观品质，这可能与有机肥中含有一定数量的氮磷养分能在土壤中逐步分解和释放有关，并影响了植烟土壤的理化性状，进而促使后期烟株对养分的过量吸收，导致烟株贪青晚熟，从而影响了烟叶的品质［19-21］。

本研究结果表明，有机肥减量10%能有效地减少地表和地下水中的总氮、总磷、铵态氮和硝态氮的含量。这与Bonasia等［22］的研究结果一致，即减量施肥处理的径流水和渗漏水的流失量远比常规施肥的要低。一方面，有机肥的养分释放速率小于化肥，使得氮磷流失量更小［23］；另一方面，有机肥产生的腐殖质、腐殖酸、胡敏酸等能改善土壤理化性状，从而增强土壤保水、保肥的能力，提高土壤养分和水分的有效性，促进根系的发育，提高了肥料的利用效率，进一步减轻了农田面源污染发生的风险［24］。Munt等［25］的研究结果表明：低氮的肥料能促进和增加植物根的生物量，减少分支，从而获得更高的产量。尽管如此，由于不同土壤类型条件下土壤中的电荷量、金属含量等存在差异，不同土壤类型的氮磷流失特征可能存在差异，需进一步试验探究。

4 结论

本研究表明，有机肥在等氮替代化肥基础上减少10%施用量可以在烤烟生产中保障烟叶的产量、产值和中上等烟比例的同时，能有效地减少地表和地下水中的总氮、总磷、铵态氮和硝态氮的流失量，这对于洱海流域烟区烟叶的优质生产、降低湖泊流域面源污染提供了一定的理论依据。