不同种类有机肥替代化肥对烟田氮、磷养分流失及烤烟生长的影响

李 娟，原 政，欧阳铖人，杨德海，彭 仁，赵正雄*

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

湖泊水体富营养化治理是全球性水环境亟待解决的重大难题［1-2］。近年来，随着区域经济和农业的快速发展，作为云南省主要湖泊之一的洱海也面临着水质污染以及水体富营养化风险加剧等生态环境问题［3-4］。He等［5-6］研究表明，农田径流携带高浓度的氮、磷养分汇入河湖流域是造成该流域水体富营养化的主要原因之一。因而降低农田径流中的氮、磷养分浓度是减少洱海流域水体富营养污染的关键所在。

农业生产中常通过施入化肥来增加作物产量，但存在化肥施用过量、施用方法不当等问题，导致向环境释放过量的氮、磷污染物，增加水体富营养化程度，严重影响了生态环境安全［7-8］。近年来，为满足节本增效、节能减排的现实需要，我国提出了实施化肥使用量零增长行动，推进农业向“转方式、调结构”方向调整。有机肥替代化肥是实现化肥减量施用的重要途径之一。孙瑞娟等［9-10］研究结果表明，适当采用有机肥替代化肥，在改善土壤理化性质，减少氮、磷养分流失，降低土壤污染方面发挥着重要作用；Liang等［11-12］研究发现，有机肥能显著降低氮素淋失。烟草是洱海流域主要经济作物之一，为追求经济效益最大化，烟叶生产中常通过施入化肥来增加烟叶产量。化肥的大量施用导致土壤质量和土壤肥力持续下降，土壤有机质含量降低，烟叶香气不足以及化学成分不协调，严重影响了烟叶品质［13］；向环境释放大量氮、磷污染物的同时，增加了水体富营养化的风险［14-15］，造成了严重的环境污染。保障洱海流域烟叶生产持续进行的同时，能够减少该流域的面源污染是目前亟待解决的问题。然而关于不同种类和养分含量的有机肥替代化肥对洱海流域农田氮、磷养分流失影响的研究尚未见报道。

本文研究了不同种类有机肥替代化肥对烟叶产量和氮、磷养分流失的影响，探索既能保障烟叶的优质生产，又能避免环境受到污染的烟叶栽培施肥方式，以期为有机肥在洱海流域烤烟生产中的应用和推广提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点

试验于云南省大理白族自治州大理市银桥镇（25°46′50″N，100°8′46″E）开展。该区域属中亚热带季风气候，海拔1970 m，年均温度15.7 ℃，年均降雨量1100 mm，全年日照总时长2000 h，日照率56%。受季风气候影响，全年分为旱季和雨季，超过85%的降水量集中分布在5—10月的雨季，年内降雨高峰期为7—8月，11月—翌年4月为旱季。

1.2 试验材料

试验地选择洱海流域水旱轮作地块，即水稻（大春）—小春—烤烟（大春）的轮作模式，地势平坦。供试烟草品种为K326，供试肥料：烤烟专用复合肥（N-P-K=12-10-25），硫酸钾（K2O 50%)，完全腐熟牛粪类固体有机肥（N-P-K=3-3-7.5），完全腐熟油枯类固体有机肥（N-P-K=4-4-2），2种配方液态有机肥（N-P-K=7-5-6.5、7-10-6.5）。供试土壤为水稻土，土壤质地为砂壤土，前茬作物为大蒜和蚕豆，种植前土壤基本理化性质见表1。

表1 供试土壤的基本理化性质

1.3 试验设计

试验采用随机区组设计，设当地推荐化肥施肥量为对照处理（CK）、牛粪处理（OFC）、油枯处理（OFO）共3个处理，每个处理重复3次，其中CK只追施钾肥，OFC、OFO处理均追施液态有机肥和钾肥（表2）。

表2 不同施肥处理施肥量 kg/hm2

每小区种植面积为12.0 m×3.6 m=43.2 m2，行株距为120 cm×60 cm，即每小区种植3行共60株烤烟，种植密度为13890株/hm2。各个处理的纯氮施用量为54 kg/hm2，按化肥施用量计算有机肥施用量，并使得氮、磷钾施用量一致。

试验于2020年4月15日起垄理墒，4月19日移栽并施入基肥，基肥施用方式为条施（在垄墒中心位置开沟条施有机肥，土层深度为10 cm，随后覆土），5月4日、5月19日采用兑水灌根的方式追肥（水肥比例10∶1），灌水位置距离烟株7 cm，每次灌溉量为300 mL。中耕培土及去除杂草等其他田间管理措施按照当地烟叶生产方式进行。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 水样的采集和测定 每个小区安装一套装置来收集径流水和渗漏水［16-17］。径流水通过聚氯乙烯管进径流收集装置，并用盖板覆盖装置避免雨水污染；采用小区烟墒下方的渗漏盘收集渗漏水，并通过聚氯乙烯管将其引入渗漏桶中。试验期间降雨后收集径流水和渗漏水，测量并记录各小区装置中径流水和渗漏水的体积，随后采集未经过滤的水样并装入500 mL收集瓶，置于4 ℃冰箱中保存，用于测定总氮、硝态氮、铵态氮和总磷含量。总氮含量采用碱性过硫酸钾消解法测定，硝态氮含量采用紫外分光光度法测定，铵态氮含量采用纳氏试剂分光光度法测定，总磷含量采用钼酸铵分光光度法测定。根据水样中的浓度以及径流水和渗漏水的体积，体积乘以浓度，换算出每小区的养分流失量，再转换为每公顷农田的养分流失量。

1.4.2 烟株农艺性状和经济性状的测定 以小区为单位，于烟叶采烤前随机抽取具有代表性的烟株进行挂牌标记，参考《烟草农艺性状调查测量方法》（YC/T 142—2010）测定，并记录烟株的株高、茎围、最大叶长、最大叶宽等农艺性状。以小区为单位，每小区单独采收、编秆、烘烤、分级、计产和存储，初烤烟叶的分级参照《中华人民共和国国家标准：烤烟》（GB 2635—1992），统计每个小区烟叶的产量和中上等烟叶比例，根据2020年大理州烟叶收购价格，计算烟叶的产值和均价等经济性状。

1.5 数据处理

采用IBM SPSS Statistics 23.0软件进行数据统计和方差分析，方差分析采用LSD方法进行单因素方差分析（P＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 不同种类有机肥对径流水和渗漏水流失总量的影响

由图1可知，同一前茬作物下OFC和OFO处理的径流水流失总量与CK差异不显著；同一前茬作物下OFC和OFO处理的渗漏水流失总量均显著低于CK，但两者之间差异不显著。表明有机肥替代化肥处理对总径流量的降低效果不明显，但能明显降低渗漏水流失总量。

图1 不同种类有机肥处理的径流水和渗漏水流失总量差异

2.2 不同种类有机肥对氮、磷养分流失的影响

由图2可知，同一施肥条件下蚕豆茬的总氮流失量高于大蒜茬。同一前茬下，OFC和OFO处理的径流水总氮流失量显著低于CK（P＜0.05），但两者之间差异不显著（P＞0.05）。与CK相比，大蒜茬、蚕豆茬下OFC处理的径流水总氮流失量分别降低了12.35%、15.64%，OFO处理则分别降低了14.81%、15.50%。渗漏水的结果与径流水相一致，即OFC和OFO处理的径流水总氮流失量显著低于CK（P＜0.05），但两者之间差异不显著（P＞0.05）。与CK相比，大蒜茬、蚕豆茬下OFC处理的渗漏水总氮流失量分别降低了21.71%、27.68%，OFO处理则分别降低了18.07%和21.26%。

图2 不同有机肥处理的径流水和渗漏水中氮、磷养分流失量差异

同一前茬下，OFC和OFO处理的径流水总磷流失量显著低于CK（P＜0.05），但两者之间差异不显著（P＞0.05）。与CK相比，大蒜茬、蚕豆茬下OFC处理的径流水总磷流失量分别降低了13.63%、27.63%，OFO处理则分别降低了19.39%、21.49%。渗漏水的结果与径流水的一致。

OFC和OFO处理的径流水和渗漏水硝态氮流失量显著低于CK（P＜0.05），但两者之间差异不显著（P＞0.05）。与CK相比，大蒜茬、蚕豆茬下OFC处理的渗漏水硝态氮流失量分别降低了30.47%、31.06%，OFO处理则分别降低了25.75%、34.37%；大蒜茬、蚕豆茬下OFC处理的径流水硝态氮流失量分别降低了8.63%、41.23%，OFO 处理则分别降低了23.02%、44.40%。大蒜茬下OFC和OFO处理的渗漏水铵态氮流失量与CK差异不显著（P＞0.05），蚕豆茬下OFC和OFO处理的渗漏水硝态氮流失量则低于CK（P＜0.05）。表明有机肥替代化肥后的氮、磷养分流失量降低，以牛粪有机肥替代较优。

2.3 不同种类有机肥对烤烟农艺性状的影响

由表3可知，同一前茬作物下，OFC和OFO处理的株高、茎围、最大叶长和最大叶宽均高于CK，但两者之间差异不显著。表明施用有机肥较化肥更有利于烟株的生长。

表3 不同有机肥处理对烤烟农艺性状的影响 cm

2.4 不同种类有机肥对烤烟经济性状的影响

由表4可知，同一施肥处理下蚕豆茬的产量、产值均高于大蒜茬处理。同一前茬下OFC和OFO处理的产量和产值均显著高于CK处理，但两者之间差异不显著。大蒜前作下，OFC处理的烟叶产量和产值较CK处理分别提高了10.95%、16.22%；OFO处理的烟叶产量和产值较CK处理分别提高了8.58%、12.51%。蚕豆前作下，OFC处理的烟叶产量和产值较CK分别提高了13.91%、22.18%；OFO处理的烟叶产量和产值较CK处理分别提高了10.99%、20.54%。因此合理施用有机肥较化肥更有助于提升烟叶的经济性状。

表4 不同有机肥处理对烤烟经济性状的影响

2.5 不同种类有机肥对烤烟品质的影响

由表5可知，同一前茬处理下OFC和OFO处理的钾和还原糖含量均高于CK处理。同一前茬下OFC处理的烟碱含量和水溶性糖含量均高于CK处理。一般认为两糖差值越小，烟叶的感官评吸相对较优，OFC和OFO处理的两糖差均小于CK处理，表明有机肥处理后烟叶的化学成分协调性较化肥处理更好。

表5 不同种类有机肥处理对烤烟化学成分含量的影响

3 讨论

本研究结果表明，无论是大蒜还是蚕豆作为前茬作物，CK、OFC、OFO处理间的总径流量差异不显著，但OFC和OFO处理的总渗漏量都明显低于CK处理。可能是因为施用有机肥刺激一些土壤微生物产生了胞外聚合物质（EPS），进而促进了土壤颗粒的聚集并延长土壤空隙中水分的储存时间，增强了土壤保水性［18-20］，但由于有机肥采用在烟墒上条施的方法，烟墒间的地区并未施加，同时径流水流失量又受降雨量、降雨强度等各方面的影响，导致了烟墒的渗漏水量降低，但烟田总体径流水流失量差异不显著。

通过施用有机肥替代化肥来降低汇入河流的农田氮、磷养分含量是降低湖泊水体富营养化程度的重要方法［3-4］。肥料种类及施肥方法是氮、磷养分流失和湖泊流域面源污染的重要影响因素［20-21］。本研究中，在氮、磷、钾投放量一致的情况下，施用牛粪和油枯有机肥可以有效减少地表径流和渗漏水中总氮、总磷含量，降低农田氮、磷养分的流失，这对于减少湖泊流域面源污染具有重要的意义。有机肥能提高烟株周围土壤的腐殖物质（腐殖质、腐殖酸、胡敏酸等有机质）含量，改善土壤的理化性质，提高土壤的通气性和透水性，增强土壤的保水保肥能力，进而提高土壤养分和水分的利用效率［23］，一定程度上能够减少烟株生长期间因灌溉或降雨对土壤养分的淋洗［24］。梁海等［25-27］研究表明，有机肥的养分释放速率小于化肥，施用有机肥可增加土壤微生物的碳源和土壤酶的底物，提高土壤酶活性并促进微生物繁殖，植物对氮、磷养分的吸收量增加，氮、磷养分含量流失减少，提高肥料的利用效率，进而促进烟株根系的生长，根生物量增加。

肥料种类是影响作物生长和土壤肥力的重要因素之一。陈雪等［28-30］研究表明，施用有机肥可促进烟株生长发育，增强烟株的抗病性，改善烟叶落黄情况，提升烟叶的品质和产量。本研究表明，施用完全腐熟的牛粪和油枯有机肥，可有效提高烟叶的经济性状和内在品质。可能是因为有机肥中含有一些速效养分，追施液态有机肥保障了烤烟苗期到团棵期养分的持续供应，在降雨充沛时，有大量的缓效养分和丰富的中微量元素从土壤中分解释放，持续、稳定地为烤烟后期的生长发育提供养分，促进烟株的正常发育生长，有利于烤烟的干物质积累，提高烟叶品质［31-32］。

4 结论

综上所述，牛粪和油枯有机肥配合有机液态肥施用有效减少了烟田的氮、磷流失，提高了烟草产量和产值，烟叶的外观品质、化学成分含量及其协调性也得到了改善，这为湖泊流域烟叶优质生产及降低流域面源污染提供了一定的理论依据。因此，该施肥方法在洱海流域烟叶绿色生产中值得被推广使用。