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摘要:為了改善遵义地区复垦土壤肥力低、通透性差等状况,探究适宜烤烟种植的有机肥和氮肥比例和用量,通过大田试验研究氮肥与有机肥配施对新复垦土壤氮素及烟叶氮含量的影响。研究结果表明,施氮量促进土壤全氮含量增加效果不显著,碱解氮含量随施氮量增加而增加。配施有机肥对复垦土壤肥力有改善作用,在0~10 kg/667m2施氮水平内配施有机肥的处理中,土壤全氮、碱解氮含量无显著影响。高施氮量20 kg/667m2水平上配施300 kg/667m2有机肥对复垦土壤肥力改善效果最显著,显著增加了成熟期全氮含量,较纯施氮肥20 kg/667m2显著提高了25.0%;也显著增加旺长期和成熟期碱解氮含量,较纯施氮肥分别显著提高了23.6%和16.6%。在所有处理中,不施肥或不施氮肥不能满足烤烟对氮素的需求,高施氮量配施有机肥虽然能显著提高土壤全氮及碱解氮含量,但会降低肥料利用率,且不利于烤烟品质提高,而5 kg/667m2施氮量配施200 kg/667m2有机肥有利于烤烟充分吸收氮素,符合烤烟吸氮规律,成熟期烟叶含氮量最适宜。综合分析得出,在5 kg/667m2施氮量基础上配施200 kg/667m2有机肥最利于提高新复垦土壤上烤烟生长,对氮素利用效果最佳。
关键词:烤烟;有机肥;新复垦土壤;烟叶氮含量
Effects of Application of Organic Fertilizers on Soil Nitrogen and Nitrogen Content of Tobacco Leaves in New Reclaimed Soil
LU Guang ming1,2,GOU Jian yu2,ZHANG Yuan shu2,XIE Zhi yong1,2,LIU Chang1,2,PENG Yu long2,HUANG Ying1,2*
(1. College of Agriculture, Guizhou University,Guiyang,Guizhou 550025,China;2.GuizhouProvincial Key Laboratory of Tobacco Quality,Guiyang,Guizhou 550025,China;3.Guizhou Tobacco Companies Zunyi County Branch, Zunyi,Guizhou 520300,China)
Abstract:In order to improve low soil fertility and poor permeability of reclaimed soil in Zunyi region, the proportion and amount of suitable organic manure and nitrogen fertilizer in flue-cured tobacco planting were investigated. The field experiment was undertaken to study the effects of combined application of nitrogen fertilizer and organic manure on soil nitrogen and nitrogen content of tobacco leaves in newly reclaimed soil. The results showed that the effect of nitrogen application on the increase of total nitrogen content in soil was not significant, the content of alkaline hydrolysis nitrogen increased with the increase of nitrogen application rate andthe nitrogen content in tobacco leaves are positively correlated with the application rate. Combined with organic manure, application of nitrogen fertilizer could improve the soil fertility of reclaimed soil. In the combined application of organic manure with 0~10 kg/667m2 level of nitrogen fertilizer, there was nosignificant effect on soil total nitrogen content; and there was a trend of alkaline hydrolysis nitrogen content increased with the increase of organic manure but the increase was not obvious.The combined application of 300 kg/667m2 organic manurewith 20 kg/667m2 level of high nitrogen fertilizer had the most significant effect on the improvement of soil fertility in the reclaimed soil. It significantly increased the total nitrogen content in the maturity stage, which was 25.0% higher than that of the pure nitrogen fertilizer application at 20 kg/667m2 level. It also significantly increased the content of alkaline hydrolysis nitrogen in the growing period by 23.6% and the mature period by16.6%, respectively, compared with pure nitrogen fertilizer application.In all experiments, the nitrogen demand of tobacco plants cannot be fulfilled if no fertilizer or nitrogen were applied. Although high nitrogen application combined with organic manurecould significantly increase the soil total nitrogen and alkaline hydrolysis nitrogen, this will reduce the utilization rate of fertilizer and not conducive to improve the quality of flue-cured tobacco. The combined application of 5 kg/667m2 level of nitrogen fertilizer with 200 kg/667m2 of organic manure is beneficial to the full absorption of nitrogen by tobacco plants, which is consistent with the uptake of flue-cured tobacco. At this combined application, nitrogen content of tobacco leaves is at the most appropriate level at maturity.The comprehensive analysis concludes that the application of 200 kg/667m2 of organic manurewith 5 kg/667m2 level of the nitrogen fertilizer is the most beneficialcombination to improve the growth of flue-cured tobacco in the newly reclaimed soil and has the best effect on nitrogen utilization. Key words:flue-cured tobacco; organic fertilizer;new reclaimed soil;nitrogen content of tobacco leaf
土地复垦是对因采掘、建材工业发展和其它工矿废弃物堆积等而被占用或破坏的土地,通过人为的整治(包括工程、生物、肥料)改造使失去的生产能力得到重新再利用。主要目标是恢复稳定的景观地貌,这种地貌在环境和美学上能与未受破坏的土地互相协调,同时能更有效的促进其所在的生态系统稳定和生产能力的提高[1-3]。新复垦土壤由于物理结构破坏严重,耕层土壤较薄,土壤质地多属于粘壤土或粘土,土壤较为紧实,容重较大,通透性差,不利于养分调节和植物根系伸展,很难为植物生长提供良好环境;土壤中有机质等养分状况较差,难以为作物生长提供足够的养分。因此,改善该类土壤尤为迫切。
氮素是烤烟生产中的重要营养元素之一,对烤烟生长发育和烤后烟叶产质量的影响极为显著[4-5]。施氮量的高低对烤烟产量、化学成分和评吸质量有显著影响[6]。氮肥供应不足直接影响烤烟的田间长势,降低烟叶的产质量;过量的施用氮肥,烟叶烟碱和全氮含量严重超标,导致内在品质下降,工业可用性差。因此合理施用氮肥是生产优质烤烟的关键,适宜的氮肥用量,不仅能调控烟株营养状况,增加烟叶产量,还能改善烟叶品质,提高烟叶的利用价值[7-9]。由于单施用化肥容易造成环境污染,肥料利用率低,而有机肥不仅营养均衡,养分全面,还能活化土壤中潜在养分,极大地提高土壤生物多样性和土壤生物学活性,改善土壤理化性质、土壤的形成、环境及营养循环,提高土壤肥力,所以配施有机肥是改良土壤的重要手段[10-11]。本研究探究不同施氮量上配施不同比例有机肥对复垦土壤肥力的影响,提出复垦土壤培肥更有效的方案,以期找到一个合适的施氮量和配施有机肥量,为低肥力土壤提高土壤质量,改善土壤肥力,为当地的烤烟生产提供理论指导。
1材料与方法
1.1试验设计
试验于2016年在遵义市湄潭县抄乐乡兴乐烟草科技园中进行,复垦时间2013年。试验地属亚热带季风气候,年平均气温 14.9℃,年平均降雨量 1141 mm,年均日照时数 1163 h,平均海拔 972 m。供试土壤为黄泥土,基本理化性质见表1。试验采用裂区设计,在磷肥、钾肥施用量不变的基础上,设置不同的氮肥用量和有机肥配比量。5个主处理,分别为不施肥(氮、磷、钾施入量为0 kg/667m2T1),施纯氮0 kg/667m2(T2),施纯氮5 kg/667m2(T3),施纯氮10 kg/667m2(T4),施纯氮20 kg/667m2(T5)。4个副区分别为不施有机肥(O1),施有机肥100 kg/667m2(O2),施有机肥200 kg/667m2(O3),施有机肥300 kg/667m2(O4)。总共20个处理,重复3次,共60个小区,每个小区面积65 m2,株行距60 cm×1.1 m,种植密度为1100株/亩。施肥方式为穴施,基追比为7∶3,有机肥养分含量分别为有机质40.2%,全氮1.95%,全磷0.34%,全钾0.73%;无机肥为烟草专用肥(N∶P2O5∶K2O=9∶13∶22),不同處理中氮、磷、钾差异部分用尿素(N≥46.4%)、普钙(福辉牌,P2O5≥12%)、硫酸钾(罗布泊牌,K2O≥51%)补足,以保证每个处理中磷和钾含量一致,即磷(P2O5)为5 kg/667m2、钾(K2O)为18.5 kg/66m2。供试品种为当地的主栽品种K326,于2016年4月27日移栽,大田管理采用当地优质烟叶生产技术进行。
1.2测定项目与方法
分别在施肥前、团棵期、旺长期、成熟期取土样,取样采用“S”形取样法于0~20 cm根层采集5个土壤样品,混合均匀作为该小区的土样。同时期取烤烟中部叶,在105℃下杀青,60℃烘干制样。烟叶鲜样用冰盒保存,迅速带回实验室分析测试。
土壤养分采用以下方法测定[12]:土壤有机质-重铬酸钾容量法;土壤全氮-凯氏蒸馏法;碱解氮-碱解扩散法;pH值-酸度计法;速效磷-0.05 mol/L NaHCO3提取,钼蓝比色法测定( LY/T 1233—1999);速效钾-1 mol/L乙酸铵浸提,火焰光度法测定( LY/T 1236—1999) 。烟叶中氮、磷、钾用硫酸-双氧水消煮联合测定法[12]。
1.3统计分析
数据分析采用 Excel 2007、DPS 7.05进行统计分析。
2结果分析
2.1配施有机肥对土壤氮素的影响
2.1.1配施有机肥对土壤全氮的影响
施氮肥烤烟团棵期土壤全氮含量无显著差异;烤烟旺长期T5土壤全氮含量显著高于T2、T3处理;烤烟成熟期土壤全氮含量随施氮量的增加呈增加的趋势,但施氮水平处理间无显著性差异(图1)。团棵期、成熟期施氮量对土壤全氮含量无显著影响;旺长期施氮量对土壤全氮含量影响最大;在T4~T5施氮水平范围内增加施氮量,植烟土壤全氮含量增加不显著,这说明成倍增加施肥量对土壤全氮无显著影响。
有机肥配施处理中除了T5配施有机肥对烤烟成熟期土壤全氮含量有显著影响外,对其它时期无显著影响(表2),其原因可能是,在新复垦土壤中,土壤养分背景值低,在高施氮量基础上配施有机肥比例越高对土壤全氮影响越大。在T5水平上,全氮含量随着配施有机肥的增加而增加,即T5O4>T5O3>T5O2>T5O1,配施有机肥处理均与纯施氮肥处理T5O1差异显著,其中T5O4较T5O1和T1O1(对照)分别增加了0.2 g/kg和0.17 g/kg,增幅分别是25.0%和21.3%。由此说明T5施氮水平上配施有机肥对复垦土壤全氮含量有显著提高,有助于改善土壤肥力。
2.1.2配施有机肥对土壤碱解氮的影响 由图2可知,土壤碱解氮含量随施氮量的增加而增加,相对于施氮水平增加比例较低,在T3水平上增加施氮量对土壤碱解氮提高无显著促进作用。原因可能是同一大田试验条件下,土壤有机质含量不变,增加施氮量,降低土壤C/N,土壤净矿化速率增加,因此,土壤碱解氮含量随施氮量的增加而增加。在T3施氮量上继续增大施氮量,对土壤氮素有效性无促进作用,可能是因为土壤有机质含量成为氮素矿化的限制因子。
配施有机肥可提高新复垦土壤碱解氮含量(表3),碱解氮含量并没有随施氮量成倍的增加而呈倍数增加,其中单施有机肥(T1)处理及T2、T5处理配施有机肥的土壤碱解氮含量增加显著,其中在旺长期和成熟期T5O4较T5O1(纯施氮肥)分别显著提高了16.09 mg/kg和10.54 mg/kg,增幅分别是23.6%和16.6%;而T3、T4处理有增加的趋势但不显著。原因可能是在不施氮量情况下增加有机肥一方面由于其自身含有氮素,另一方面可增加有机质含量,改善了土壤C/N,增强了土壤微生物活性,促进土壤有机质的矿化作用,所以导致土壤碱解氮含量随着有机肥的增加而增加;T5处理配施有机肥碱解氮量增加明显,可能是因为在高施氮量条件下增施有机肥使有机质含量成为氮素矿化的限制因子解除,从而对土壤氮素有效性表现出促进作用。由此说明在本试验条件下,高施氮量配施有机肥(T5O4)对土壤碱解氮含量提高的效果最佳,碱解氮含量的提高对生产力的提高和土壤肥力的改善起到一定的作用。
2.2配施有机肥对烟叶氮含量的影响
从图3可以分析得出,团棵期5个主区烟叶氮含量无差异,施用氮肥对增加烟叶中氮含量无促进作用;旺长期施氮处理T3、T4、T5烟叶中氮含量明显高于T1、T2处理,施氮肥对提升烟叶中全氮含量有促进作用,其中T5处理含氮量最高,与T4处理差异不显著,而与T1、T2、T3处理差异显著,烟叶含氮量随施氮量的增加而增加,说明施氮肥的增加对提升烟叶氮含量有促进作用;成熟期T1、T2处理烟叶氮含量显著低于T3、T4、T5,不利于优质烟叶品质建成,T4、T5处理显著高于T3,不利于烟叶落黄影响烟叶品质,T3处理烟叶氮含量为1.79%,在优质烟叶含氮量范围内。
表4分析得知,团棵期配施有机肥对烟叶含氮量有显著影响,在T4施氮量范围内烟叶含氮量随着配施有机肥的量增加而增加。有机肥配施对旺长期烤烟含氮量无明显影响。成熟期T3配施有机肥O4含氮量较高,容易导致贪青晚熟,不利于品质的形成,而配施O1容易导致烤烟早衰提前结束生育期,T3配施有機肥O3的量烤烟含氮量适中,有益于品质的形成。另一方面,在烤烟旺长期,在T4、T5施氮水平上配施有机肥有降低烟叶氮含量的趋势,能缓解施氮量过高导致的肥害现象。
3结论与讨论
研究结果表明,在新复垦土壤上施氮量对团棵期、成熟期土壤全氮含量无显著影响,对旺长期土壤全氮含量影响最大,其含量随着施氮量增加而增加,在T4~T5施氮水平范围内增加施氮量,植烟土壤全氮含量增加不显著,这说明成倍增加施肥量对土壤全氮无显著影响。可能是因为土壤是一个巨大的氮库,施氮量相对于土壤含氮量比例低,这与俞华林[13]认为当施氮量超过140 kg/hm2时,土壤全氮含量随施氮量增加无明显变化结果一致。而配施有机肥处理中,低、中施氮量(T3、T4)配施有机肥对烤烟各个时期的土壤全氮含量无显著影响,而高施氮量T5配施有机肥显著增加成熟期土壤全氮含量,其中T5O4较纯施氮肥T5O1处理显著提高了25.0%,这与刘洋[14]的研究结果相似。由此说明T5施氮水平上配施有机肥对复垦土壤全氮含量有显著提高,有助于改善土壤肥力。究其原因,一方面可能与氮肥的淋失作用[15],氮肥养分的释放速率,不同土层质地、有机质含量等理化性状不同有关[16-17]。有机肥配施能促进烤烟各生育时期植烟土壤氮素有效性,这可能是有机肥的后期分解形成团聚体有助于提高土壤肥力水平,亦可提升土壤固碳、氮能力,减少土壤碳、氮输出[18]。
土壤碱解氮含量随施氮量的增加呈增加趋势,相对于施氮水平增加比例较低,在T3水平上增加施氮量对土壤碱解氮提高无显著促进作用。配施有机肥可提高新复垦土壤碱解氮含量,碱解氮含量并没有随施氮量成倍的增加而呈倍数增加,其中单施有机肥(T1)处理及T2、T5处理配施有机肥的土壤碱解氮含量增加显著,其中在旺长期和成熟期T5O4较T5O1(纯施氮肥)分别显著提高了23.6%和16.6%;而T3、T4处理有增加的趋势但不显著。高施氮量T5基础上配施有机肥O4碱解氮含氮量最高,对增加新复垦土壤氮素的有效性最明显,改善土壤肥力最显著,是因为氮肥与无机肥配施可显著增加30 cm以内的土层土壤矿质氮和土壤可溶性有机氮的含量,特别提高了矿质氮的含量[19]。
烤烟团棵期施氮量对烟叶氮素无促进作用,而烤烟旺长期、成熟期施氮量对烟叶氮素有促进吸收作用,其含量随施氮量增加而增加,与施氮量成正相关关系,这与陈星峰的研究一致[20],烤烟团棵期,烤烟氮含量与土壤碱解氮变化相似,处理间无显著差异,这可能是在烤烟团棵期以前对养分的需求低,土壤氮素能满足烤烟的需求;烤烟旺长期及后期,烤烟对氮素的需求增加,吸收氮素以肥料氮素为主,土壤氮素不能满足烤烟的需求,因此,烤烟氮含量随施氮量的增加而增加,且施氮处理与不施氮处理差异显著[21]。在T3施氮量基础上增施氮肥对烤烟烟叶氮含量有升高的趋势,但没有随施氮量成倍数增加而成比例增加,这不仅增加了施肥成本,而且容易导致环境污染,究其原因可能是在一定施磷、钾肥水平内氮肥的增加有助于烤烟的吸收,施氮量过高必须大量的配施磷、钾肥成为限制因子,影响氮代谢,合理配施磷、钾肥才能促进烤烟氮素的吸收[22-23]。因此,在新复垦土壤上T3处理的氮素释放规律与优质烤烟的需肥规律高度吻合。
团棵期配施有机肥对烟叶含氮量有显著影响,这可能与增施有机肥促进土壤有机质的分解有关,在T4施氮量范围内烟叶含氮量随着配施有机肥量的增加而增加。有机肥配施对旺长期烤烟含氮量无明显影响,对成熟期有增加作用但不明显,可能与有机肥本身释放养分缓慢特点有关。低氮量配施有机肥有助于提高烟叶氮含量,高施氮量配施有机肥烟叶中的氮含量差异性不大,这可能是因为土壤本身肥力过低导致的原因[24];在T3施氮水平范围内,配施有机肥量能明显促进烟叶氮含量的增加,在T4、T5施氮水平基础上配施有机肥无此现象,其中T3施氮基础上配施O3有机肥最能满足烤烟对氮素的需求,烟叶氮含量适宜,有利于烤烟及时落黄及品质的提升,这与李洪勋等[25-27前研究的有利于提高烤烟成熟期烟叶品质且烟叶氮素适宜的最佳施氮量(6~7 kg/667m2)颇有偏高,这与当地低等肥力条件下维持较高的氮素才有利于烤烟生长有关。 研究结果表明,在新复垦土壤上施氮量促进土壤全氮含量增加效果不明显,碱解氮含量随施氮量增加而增加。配施有机肥对复垦土壤肥力有改善作用,在10 kg/667m2(T4)施氮水平内配施有机肥的处理中,土壤全氮、碱解氮含量无显著影响。而高施氮量配施有机肥即氮量为20 kg/667m2配施300 kg/667m2有机肥(T5O4)对复垦土壤肥力改善效果最显著,显著增加了成熟期全氮含量,较纯施氮肥20 kg/667m2(T5O1)显著提高了25.0%;也显著增加旺长期和成熟期碱解氮含量,较纯施氮肥20 kg/667m2(T5O1)分别显著提高了23.6%和16.6%。在配施有机肥处理中,不施肥或不施氮肥不能满足烤烟对氮素的需求,高施氮量10 kg/667m2(T4)、20 kg/667m2(T5)配施有机肥会降低肥料利用率,且不利于烤烟品质提高。而T3配施有机肥O3在烤烟成熟期烟叶含氮量最适宜,即5 kg/667m2施氮量配施200 kg/667m2 有机肥(T3O3)有利于烤烟充分吸收氮素,符合烤烟吸氮规律。综合分析得出,在5 kg/667m2施氮量基础上配施200 kg/667m2有机肥最利于提高新复垦土壤上烤烟生长,对氮素利用效果最佳。
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关键词:烤烟;有机肥;新复垦土壤;烟叶氮含量
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(1. College of Agriculture, Guizhou University,Guiyang,Guizhou 550025,China;2.GuizhouProvincial Key Laboratory of Tobacco Quality,Guiyang,Guizhou 550025,China;3.Guizhou Tobacco Companies Zunyi County Branch, Zunyi,Guizhou 520300,China)
Abstract:In order to improve low soil fertility and poor permeability of reclaimed soil in Zunyi region, the proportion and amount of suitable organic manure and nitrogen fertilizer in flue-cured tobacco planting were investigated. The field experiment was undertaken to study the effects of combined application of nitrogen fertilizer and organic manure on soil nitrogen and nitrogen content of tobacco leaves in newly reclaimed soil. The results showed that the effect of nitrogen application on the increase of total nitrogen content in soil was not significant, the content of alkaline hydrolysis nitrogen increased with the increase of nitrogen application rate andthe nitrogen content in tobacco leaves are positively correlated with the application rate. Combined with organic manure, application of nitrogen fertilizer could improve the soil fertility of reclaimed soil. In the combined application of organic manure with 0~10 kg/667m2 level of nitrogen fertilizer, there was nosignificant effect on soil total nitrogen content; and there was a trend of alkaline hydrolysis nitrogen content increased with the increase of organic manure but the increase was not obvious.The combined application of 300 kg/667m2 organic manurewith 20 kg/667m2 level of high nitrogen fertilizer had the most significant effect on the improvement of soil fertility in the reclaimed soil. It significantly increased the total nitrogen content in the maturity stage, which was 25.0% higher than that of the pure nitrogen fertilizer application at 20 kg/667m2 level. It also significantly increased the content of alkaline hydrolysis nitrogen in the growing period by 23.6% and the mature period by16.6%, respectively, compared with pure nitrogen fertilizer application.In all experiments, the nitrogen demand of tobacco plants cannot be fulfilled if no fertilizer or nitrogen were applied. Although high nitrogen application combined with organic manurecould significantly increase the soil total nitrogen and alkaline hydrolysis nitrogen, this will reduce the utilization rate of fertilizer and not conducive to improve the quality of flue-cured tobacco. The combined application of 5 kg/667m2 level of nitrogen fertilizer with 200 kg/667m2 of organic manure is beneficial to the full absorption of nitrogen by tobacco plants, which is consistent with the uptake of flue-cured tobacco. At this combined application, nitrogen content of tobacco leaves is at the most appropriate level at maturity.The comprehensive analysis concludes that the application of 200 kg/667m2 of organic manurewith 5 kg/667m2 level of the nitrogen fertilizer is the most beneficialcombination to improve the growth of flue-cured tobacco in the newly reclaimed soil and has the best effect on nitrogen utilization. Key words:flue-cured tobacco; organic fertilizer;new reclaimed soil;nitrogen content of tobacco leaf
土地复垦是对因采掘、建材工业发展和其它工矿废弃物堆积等而被占用或破坏的土地,通过人为的整治(包括工程、生物、肥料)改造使失去的生产能力得到重新再利用。主要目标是恢复稳定的景观地貌,这种地貌在环境和美学上能与未受破坏的土地互相协调,同时能更有效的促进其所在的生态系统稳定和生产能力的提高[1-3]。新复垦土壤由于物理结构破坏严重,耕层土壤较薄,土壤质地多属于粘壤土或粘土,土壤较为紧实,容重较大,通透性差,不利于养分调节和植物根系伸展,很难为植物生长提供良好环境;土壤中有机质等养分状况较差,难以为作物生长提供足够的养分。因此,改善该类土壤尤为迫切。
氮素是烤烟生产中的重要营养元素之一,对烤烟生长发育和烤后烟叶产质量的影响极为显著[4-5]。施氮量的高低对烤烟产量、化学成分和评吸质量有显著影响[6]。氮肥供应不足直接影响烤烟的田间长势,降低烟叶的产质量;过量的施用氮肥,烟叶烟碱和全氮含量严重超标,导致内在品质下降,工业可用性差。因此合理施用氮肥是生产优质烤烟的关键,适宜的氮肥用量,不仅能调控烟株营养状况,增加烟叶产量,还能改善烟叶品质,提高烟叶的利用价值[7-9]。由于单施用化肥容易造成环境污染,肥料利用率低,而有机肥不仅营养均衡,养分全面,还能活化土壤中潜在养分,极大地提高土壤生物多样性和土壤生物学活性,改善土壤理化性质、土壤的形成、环境及营养循环,提高土壤肥力,所以配施有机肥是改良土壤的重要手段[10-11]。本研究探究不同施氮量上配施不同比例有机肥对复垦土壤肥力的影响,提出复垦土壤培肥更有效的方案,以期找到一个合适的施氮量和配施有机肥量,为低肥力土壤提高土壤质量,改善土壤肥力,为当地的烤烟生产提供理论指导。
1材料与方法
1.1试验设计
试验于2016年在遵义市湄潭县抄乐乡兴乐烟草科技园中进行,复垦时间2013年。试验地属亚热带季风气候,年平均气温 14.9℃,年平均降雨量 1141 mm,年均日照时数 1163 h,平均海拔 972 m。供试土壤为黄泥土,基本理化性质见表1。试验采用裂区设计,在磷肥、钾肥施用量不变的基础上,设置不同的氮肥用量和有机肥配比量。5个主处理,分别为不施肥(氮、磷、钾施入量为0 kg/667m2T1),施纯氮0 kg/667m2(T2),施纯氮5 kg/667m2(T3),施纯氮10 kg/667m2(T4),施纯氮20 kg/667m2(T5)。4个副区分别为不施有机肥(O1),施有机肥100 kg/667m2(O2),施有机肥200 kg/667m2(O3),施有机肥300 kg/667m2(O4)。总共20个处理,重复3次,共60个小区,每个小区面积65 m2,株行距60 cm×1.1 m,种植密度为1100株/亩。施肥方式为穴施,基追比为7∶3,有机肥养分含量分别为有机质40.2%,全氮1.95%,全磷0.34%,全钾0.73%;无机肥为烟草专用肥(N∶P2O5∶K2O=9∶13∶22),不同處理中氮、磷、钾差异部分用尿素(N≥46.4%)、普钙(福辉牌,P2O5≥12%)、硫酸钾(罗布泊牌,K2O≥51%)补足,以保证每个处理中磷和钾含量一致,即磷(P2O5)为5 kg/667m2、钾(K2O)为18.5 kg/66m2。供试品种为当地的主栽品种K326,于2016年4月27日移栽,大田管理采用当地优质烟叶生产技术进行。
1.2测定项目与方法
分别在施肥前、团棵期、旺长期、成熟期取土样,取样采用“S”形取样法于0~20 cm根层采集5个土壤样品,混合均匀作为该小区的土样。同时期取烤烟中部叶,在105℃下杀青,60℃烘干制样。烟叶鲜样用冰盒保存,迅速带回实验室分析测试。
土壤养分采用以下方法测定[12]:土壤有机质-重铬酸钾容量法;土壤全氮-凯氏蒸馏法;碱解氮-碱解扩散法;pH值-酸度计法;速效磷-0.05 mol/L NaHCO3提取,钼蓝比色法测定( LY/T 1233—1999);速效钾-1 mol/L乙酸铵浸提,火焰光度法测定( LY/T 1236—1999) 。烟叶中氮、磷、钾用硫酸-双氧水消煮联合测定法[12]。
1.3统计分析
数据分析采用 Excel 2007、DPS 7.05进行统计分析。
2结果分析
2.1配施有机肥对土壤氮素的影响
2.1.1配施有机肥对土壤全氮的影响
施氮肥烤烟团棵期土壤全氮含量无显著差异;烤烟旺长期T5土壤全氮含量显著高于T2、T3处理;烤烟成熟期土壤全氮含量随施氮量的增加呈增加的趋势,但施氮水平处理间无显著性差异(图1)。团棵期、成熟期施氮量对土壤全氮含量无显著影响;旺长期施氮量对土壤全氮含量影响最大;在T4~T5施氮水平范围内增加施氮量,植烟土壤全氮含量增加不显著,这说明成倍增加施肥量对土壤全氮无显著影响。
有机肥配施处理中除了T5配施有机肥对烤烟成熟期土壤全氮含量有显著影响外,对其它时期无显著影响(表2),其原因可能是,在新复垦土壤中,土壤养分背景值低,在高施氮量基础上配施有机肥比例越高对土壤全氮影响越大。在T5水平上,全氮含量随着配施有机肥的增加而增加,即T5O4>T5O3>T5O2>T5O1,配施有机肥处理均与纯施氮肥处理T5O1差异显著,其中T5O4较T5O1和T1O1(对照)分别增加了0.2 g/kg和0.17 g/kg,增幅分别是25.0%和21.3%。由此说明T5施氮水平上配施有机肥对复垦土壤全氮含量有显著提高,有助于改善土壤肥力。
2.1.2配施有机肥对土壤碱解氮的影响 由图2可知,土壤碱解氮含量随施氮量的增加而增加,相对于施氮水平增加比例较低,在T3水平上增加施氮量对土壤碱解氮提高无显著促进作用。原因可能是同一大田试验条件下,土壤有机质含量不变,增加施氮量,降低土壤C/N,土壤净矿化速率增加,因此,土壤碱解氮含量随施氮量的增加而增加。在T3施氮量上继续增大施氮量,对土壤氮素有效性无促进作用,可能是因为土壤有机质含量成为氮素矿化的限制因子。
配施有机肥可提高新复垦土壤碱解氮含量(表3),碱解氮含量并没有随施氮量成倍的增加而呈倍数增加,其中单施有机肥(T1)处理及T2、T5处理配施有机肥的土壤碱解氮含量增加显著,其中在旺长期和成熟期T5O4较T5O1(纯施氮肥)分别显著提高了16.09 mg/kg和10.54 mg/kg,增幅分别是23.6%和16.6%;而T3、T4处理有增加的趋势但不显著。原因可能是在不施氮量情况下增加有机肥一方面由于其自身含有氮素,另一方面可增加有机质含量,改善了土壤C/N,增强了土壤微生物活性,促进土壤有机质的矿化作用,所以导致土壤碱解氮含量随着有机肥的增加而增加;T5处理配施有机肥碱解氮量增加明显,可能是因为在高施氮量条件下增施有机肥使有机质含量成为氮素矿化的限制因子解除,从而对土壤氮素有效性表现出促进作用。由此说明在本试验条件下,高施氮量配施有机肥(T5O4)对土壤碱解氮含量提高的效果最佳,碱解氮含量的提高对生产力的提高和土壤肥力的改善起到一定的作用。
2.2配施有机肥对烟叶氮含量的影响
从图3可以分析得出,团棵期5个主区烟叶氮含量无差异,施用氮肥对增加烟叶中氮含量无促进作用;旺长期施氮处理T3、T4、T5烟叶中氮含量明显高于T1、T2处理,施氮肥对提升烟叶中全氮含量有促进作用,其中T5处理含氮量最高,与T4处理差异不显著,而与T1、T2、T3处理差异显著,烟叶含氮量随施氮量的增加而增加,说明施氮肥的增加对提升烟叶氮含量有促进作用;成熟期T1、T2处理烟叶氮含量显著低于T3、T4、T5,不利于优质烟叶品质建成,T4、T5处理显著高于T3,不利于烟叶落黄影响烟叶品质,T3处理烟叶氮含量为1.79%,在优质烟叶含氮量范围内。
表4分析得知,团棵期配施有机肥对烟叶含氮量有显著影响,在T4施氮量范围内烟叶含氮量随着配施有机肥的量增加而增加。有机肥配施对旺长期烤烟含氮量无明显影响。成熟期T3配施有机肥O4含氮量较高,容易导致贪青晚熟,不利于品质的形成,而配施O1容易导致烤烟早衰提前结束生育期,T3配施有機肥O3的量烤烟含氮量适中,有益于品质的形成。另一方面,在烤烟旺长期,在T4、T5施氮水平上配施有机肥有降低烟叶氮含量的趋势,能缓解施氮量过高导致的肥害现象。
3结论与讨论
研究结果表明,在新复垦土壤上施氮量对团棵期、成熟期土壤全氮含量无显著影响,对旺长期土壤全氮含量影响最大,其含量随着施氮量增加而增加,在T4~T5施氮水平范围内增加施氮量,植烟土壤全氮含量增加不显著,这说明成倍增加施肥量对土壤全氮无显著影响。可能是因为土壤是一个巨大的氮库,施氮量相对于土壤含氮量比例低,这与俞华林[13]认为当施氮量超过140 kg/hm2时,土壤全氮含量随施氮量增加无明显变化结果一致。而配施有机肥处理中,低、中施氮量(T3、T4)配施有机肥对烤烟各个时期的土壤全氮含量无显著影响,而高施氮量T5配施有机肥显著增加成熟期土壤全氮含量,其中T5O4较纯施氮肥T5O1处理显著提高了25.0%,这与刘洋[14]的研究结果相似。由此说明T5施氮水平上配施有机肥对复垦土壤全氮含量有显著提高,有助于改善土壤肥力。究其原因,一方面可能与氮肥的淋失作用[15],氮肥养分的释放速率,不同土层质地、有机质含量等理化性状不同有关[16-17]。有机肥配施能促进烤烟各生育时期植烟土壤氮素有效性,这可能是有机肥的后期分解形成团聚体有助于提高土壤肥力水平,亦可提升土壤固碳、氮能力,减少土壤碳、氮输出[18]。
土壤碱解氮含量随施氮量的增加呈增加趋势,相对于施氮水平增加比例较低,在T3水平上增加施氮量对土壤碱解氮提高无显著促进作用。配施有机肥可提高新复垦土壤碱解氮含量,碱解氮含量并没有随施氮量成倍的增加而呈倍数增加,其中单施有机肥(T1)处理及T2、T5处理配施有机肥的土壤碱解氮含量增加显著,其中在旺长期和成熟期T5O4较T5O1(纯施氮肥)分别显著提高了23.6%和16.6%;而T3、T4处理有增加的趋势但不显著。高施氮量T5基础上配施有机肥O4碱解氮含氮量最高,对增加新复垦土壤氮素的有效性最明显,改善土壤肥力最显著,是因为氮肥与无机肥配施可显著增加30 cm以内的土层土壤矿质氮和土壤可溶性有机氮的含量,特别提高了矿质氮的含量[19]。
烤烟团棵期施氮量对烟叶氮素无促进作用,而烤烟旺长期、成熟期施氮量对烟叶氮素有促进吸收作用,其含量随施氮量增加而增加,与施氮量成正相关关系,这与陈星峰的研究一致[20],烤烟团棵期,烤烟氮含量与土壤碱解氮变化相似,处理间无显著差异,这可能是在烤烟团棵期以前对养分的需求低,土壤氮素能满足烤烟的需求;烤烟旺长期及后期,烤烟对氮素的需求增加,吸收氮素以肥料氮素为主,土壤氮素不能满足烤烟的需求,因此,烤烟氮含量随施氮量的增加而增加,且施氮处理与不施氮处理差异显著[21]。在T3施氮量基础上增施氮肥对烤烟烟叶氮含量有升高的趋势,但没有随施氮量成倍数增加而成比例增加,这不仅增加了施肥成本,而且容易导致环境污染,究其原因可能是在一定施磷、钾肥水平内氮肥的增加有助于烤烟的吸收,施氮量过高必须大量的配施磷、钾肥成为限制因子,影响氮代谢,合理配施磷、钾肥才能促进烤烟氮素的吸收[22-23]。因此,在新复垦土壤上T3处理的氮素释放规律与优质烤烟的需肥规律高度吻合。
团棵期配施有机肥对烟叶含氮量有显著影响,这可能与增施有机肥促进土壤有机质的分解有关,在T4施氮量范围内烟叶含氮量随着配施有机肥量的增加而增加。有机肥配施对旺长期烤烟含氮量无明显影响,对成熟期有增加作用但不明显,可能与有机肥本身释放养分缓慢特点有关。低氮量配施有机肥有助于提高烟叶氮含量,高施氮量配施有机肥烟叶中的氮含量差异性不大,这可能是因为土壤本身肥力过低导致的原因[24];在T3施氮水平范围内,配施有机肥量能明显促进烟叶氮含量的增加,在T4、T5施氮水平基础上配施有机肥无此现象,其中T3施氮基础上配施O3有机肥最能满足烤烟对氮素的需求,烟叶氮含量适宜,有利于烤烟及时落黄及品质的提升,这与李洪勋等[25-27前研究的有利于提高烤烟成熟期烟叶品质且烟叶氮素适宜的最佳施氮量(6~7 kg/667m2)颇有偏高,这与当地低等肥力条件下维持较高的氮素才有利于烤烟生长有关。 研究结果表明,在新复垦土壤上施氮量促进土壤全氮含量增加效果不明显,碱解氮含量随施氮量增加而增加。配施有机肥对复垦土壤肥力有改善作用,在10 kg/667m2(T4)施氮水平内配施有机肥的处理中,土壤全氮、碱解氮含量无显著影响。而高施氮量配施有机肥即氮量为20 kg/667m2配施300 kg/667m2有机肥(T5O4)对复垦土壤肥力改善效果最显著,显著增加了成熟期全氮含量,较纯施氮肥20 kg/667m2(T5O1)显著提高了25.0%;也显著增加旺长期和成熟期碱解氮含量,较纯施氮肥20 kg/667m2(T5O1)分别显著提高了23.6%和16.6%。在配施有机肥处理中,不施肥或不施氮肥不能满足烤烟对氮素的需求,高施氮量10 kg/667m2(T4)、20 kg/667m2(T5)配施有机肥会降低肥料利用率,且不利于烤烟品质提高。而T3配施有机肥O3在烤烟成熟期烟叶含氮量最适宜,即5 kg/667m2施氮量配施200 kg/667m2 有机肥(T3O3)有利于烤烟充分吸收氮素,符合烤烟吸氮规律。综合分析得出,在5 kg/667m2施氮量基础上配施200 kg/667m2有机肥最利于提高新复垦土壤上烤烟生长,对氮素利用效果最佳。
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