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Nutrient balance between N, P, and K in flue-cured tobacco production under different preceding crops planting.

不同前茬作物条件下烤烟氮磷钾养分平衡



全 文 :不同前茬作物条件下烤烟氮磷钾养分平衡*
刘摇 枫1 摇 赵正雄1**摇 李忠环2 摇 高福宏2 摇 王胱霖2 摇 周桂夙1 摇 聂吉梅1 摇 彭摇 云2
( 1云南农业大学烟草学院 /云南省烟草产业研究生创新教育联合培养基地,昆明 650201; 2云南省烟草公司昆明市公司,昆明
650051)
摘摇 要摇 在石林烟区通过田间试验研究了油菜、小麦、大麦和绿肥 4 种前茬作物对烤烟氮磷
钾养分平衡的影响.结果表明: 不同前茬处理间土壤氮素有效性、烟株生物量和氮磷钾养分
吸收量、土壤氮磷钾养分残留以及氮素表观损失和磷钾表观盈余总体上差异显著.绿肥茬处
理烤烟移栽前土壤起始无机氮最高,生长期间土壤净矿化氮最多,烟叶成熟时烟株生物量和
氮、钾吸收量最大;油菜茬处理烤烟上述指标均次之;两者上述指标均明显高于大麦茬和小麦
茬处理.吸磷量也以绿肥茬和油菜茬处理大于其他两处理.烤烟收获后土壤残留无机氮以绿
肥茬处理最高,油菜茬次之,大麦茬和小麦茬最低;而土壤有效磷、钾含量则相反,以绿肥茬最
低,大麦茬和小麦茬最高.烤烟生长期间氮素表观损失以绿肥茬处理明显高于其他处理;而磷
钾表观盈余则以小麦茬和大麦茬两处理总体明显高于其他两处理.综上,烤烟氮磷钾养分的
投入应根据前茬作物不同而适当调整,以绿肥和油菜为前茬时应明显减少氮肥施用量;以大
麦和小麦为前茬时可以相对减少磷钾肥施用量.
关键词摇 烤烟摇 前茬摇 NPK摇 养分平衡摇 施肥
*云南省烟草公司科技计划项目(09YN021)资助.
**通讯作者. E鄄mail: zhaozx0801@ 163. com
2011鄄01鄄30 收稿,2011鄄07鄄26 接受.
文章编号摇 1001-9332(2011)10-2622-05摇 中图分类号摇 S14,S15摇 文献标识码摇 A
Nutrient balance between N, P, and K in flue鄄cured tobacco production under different pre鄄
ceding crops planting. LIU Feng1, ZHAO Zheng鄄xiong1, LI Zhong鄄huan2, GAO Fu鄄hong2,
WANG Guang鄄lin2, ZHOU Gui鄄su1, NIE Ji鄄mei1, PENG Yun2 ( 1Yunnan Joint Education & Train鄄
ing Base for Postgraduates in Tobacco Field, College of Tobacco Science, Yunnan Agricultural Uni鄄
versity, Kunming 650201, China; 2Kunming Tobacco Company, Yunnan Tobacco Company, Kun鄄
ming 650051, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2011,22(10): 2622-2626.
Abstract: A field experiment was conducted to study the nutrient balance between N, P, and K in
flue鄄cured tobacco production in Shilin County of Yunnan Province under the effects of different pre鄄
ceding crops including rape, wheat, barley, and green manure planting. Overall, there existed sig鄄
nificant differences in the soil nitrogen availability, tobacco plant dry matter accumulation, plant
uptake of N, P and K, residual amounts of soil N, P, and K, apparent soil N loss, and apparent
soil P鄄 and K surplus during tobacco growth period under different preceding crops planting. Under
preceding crop green mature planting, the soil mineral N content before tobacco plant transplanting,
the soil N net mineralization rate during tobacco growth period, and the tobacco plant dry matter ac鄄
cumulation and N鄄 and K uptake at maturation were all the highest, followed by under preceding
rape planting, and under preceding barley or wheat planting. The P uptake by tobacco plant was al鄄
so obviously higher under the preceding green manure or rape planting than under preceding barley
or wheat planting. After the harvest of tobacco leaves, the soil residual mineral N content was the
highest under the preceding green manure planting, followed by under preceding rape planting, and
by preceding barley or wheat planting, while the soil available P and K contents were in adverse,
being the highest under preceding barley or wheat planting and the lowest under preceding green
manure planting. The apparent soil N loss during tobacco growth period was the highest under the
preceding green manure planting, whereas the apparent soil P鄄 and K surplus was obviously higher
under preceding wheat or barley planting. It was suggested that an appropriate adjustment should be
应 用 生 态 学 报摇 2011 年 10 月摇 第 22 卷摇 第 10 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Oct. 2011,22(10): 2622-2626
made on the fertilization rates of N, P, and K for tobacco production based on the preceding crops,
i. e. , lesser N application when the preceding crop was green manure or rape, and lesser applica鄄
tion of P and K when the preceding crop was wheat or barley.
Key words: flue鄄cured tobacco; preceding crop; NPK; nutrient balance; fertilization.
摇 摇 烤烟是我国重要的经济作物之一,合理的施肥
量对烤烟产量、品质以及生态环境有直接或间接的
影响[1-2] .如何协调烤烟的优质适产、肥料高效利用
和生态环境保护间的关系近年来备受关注[3-4] . 研
究表明[5-9],当养分投入超过作物需求时,肥料将大
量残留于土壤中,从而可能产生大气、土壤及水污
染,给环境治理造成很大压力.陶芾等[10]研究指出,
烟株带出的氮、磷、钾养分分别占其投入总量的
52郾 8% 、7郾 6%和 27郾 7% ,说明生产中有较多的养分
残留在土壤或进入环境中.
昆明是我国主要烟区之一,年均种植烤烟面积
在 43000 hm2左右. 该区烤烟生产以两年四熟制轮
作、隔年种植方式为主[11];每年烤烟种植前的小春
季作物多为油菜、小麦、大麦或者绿肥等. 本课题组
前期的研究表明,不同前茬作物明显影响烤烟的生
长发育[12],但不同前茬作物条件下烤烟氮磷钾养分
平衡状况有何差异目前尚不清楚.因此,本研究通过
对不同前茬作物条件下烤烟生产的养分平衡状况进
行估算,从整体上掌握植烟土壤中养分盈亏的基本
状况,以期为优化施肥和提高养分利用率及减少肥
料对环境的影响提供理论依据.
1摇 材料与方法
1郾 1摇 试验地点
于 2009 年 10 月—2010 年 9 月在云南省昆明市
石林县板桥镇进行田间试验. 供试土壤类型为红壤
土,小春季种植前土壤基本理化性状为:有机质
26郾 0 g·kg-1,碱解氮 156郾 5 mg · kg-1, 速效磷
22郾 2 mg·kg-1,速效钾 104郾 6 mg·kg-1,pH 5郾 77.供
试烤烟品种为 K326.
1郾 2摇 试验设计
烤烟种植前设 4 种前茬作物处理,分别为油菜、
小麦、大麦和绿肥. 所有前茬作物均在同一地块种
植;前茬作物收获后种植烤烟. 前茬作物种植、管理
和收获均按当地常规方式进行. 其中油菜于出苗后
施尿素 180 kg·hm-2,大麦、小麦于出苗后施尿素
240 kg·hm-2,绿肥不施用任何肥料,但将绿肥于烤
烟移栽前 15 d粉碎成 2 ~ 3 cm翻压还田.大春季烤
烟施肥按当地推荐量进行,施 N 97郾 5 kg·hm-2、
P2O5 78 kg·hm-2和 K2O 292郾 5 kg·hm-2 .除氮肥的
40%按当地追肥习惯于移栽后 15 d 采用硝酸钾兑
水浇施外,其余氮、钾肥和全部的磷肥均于移栽前以
塘施形式基施.
每个处理设 3 次重复,共 12 个小区,小区面积
40 m2,随机区组排列.小区采用 3 行区种植,每行栽
烟 20 株,株行距 55 cm伊120 cm,每小区合计 60 株;
其中每个小区各设一个无氮区(20 株烟),无氮区烟
株不施氮肥,磷钾肥与施氮区烟株一致.
1郾 3摇 测定指标与方法
1郾 3郾 1 烟株生物量和养分含量的测定 摇 烤烟成熟
时,以小区为单位在施氮区和无氮区分别选取有代
表性烟株 2 株定株采收成熟叶片;最后一次采收成
熟叶片的同时采集烟株的根茎部分. 将每次采集的
烟样杀青烘干后称量,计算烟株的生物量,之后粉碎
制样,分析氮、磷、钾含量.分析方法为:H2SO4 鄄H2O2
消煮,之后分别用凯氏定氮法、钒钼黄吸光光度法和
火焰光度计法测定氮、磷、钾含量.
1郾 3郾 2 土壤养分含量的测定摇 在小春季作物和烤烟
收获后,按小区分别采集 0 ~ 20 cm 土壤样品,分析
其铵态氮和硝态氮含量;对施氮区土壤样品同时分
析碱解氮、速效磷和速效钾含量. 分析方法为:采用
2 mol·L-1 KCl 浸提,之后分别用靛酚蓝比色法和
紫外分光光度计法测定土壤铵态氮和硝态氮含量;
采用 1 mol·L-1NaOH鄄碱解扩散法测定土壤碱解氮
含量;采用 0郾 5 mol·L-1NaHCO3浸提鄄钼锑抗吸光光
度法测定土壤速效磷含量;采用 1 mol·L-1NH4OAc
浸提鄄火焰光度计法测定土壤速效钾含量.
1郾 3郾 3 水分样品测定摇 在烤烟种植季用雨量计收集
试验田每次降雨样品,同时在烤烟灌溉时采集每次
灌溉水样,记录两者数量,分析氮、磷、钾含量.分析
方法为:过硫酸钾氧化,之后分别用紫外分光光度
法、钼酸铵分光光度法和火焰光度计法测定氮、磷、
钾含量.
1郾 3郾 4 烤烟氮磷钾养分平衡的计算摇 参照文献[13-
16]对烤烟等生产体系养分平衡状况的计算方法,
从宏观角度衡量昆明烤烟生产中养分投入和植株带
出量,在此基础上计算昆明地区不同前茬作物条件
下烤烟养分平衡状况.由于氮素养分变化比较复杂,
326210 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 刘摇 枫等: 不同前茬作物条件下烤烟氮磷钾养分平衡摇 摇 摇 摇 摇
其输入途径主要考虑肥料、灌溉、湿沉降、土壤起始
无机氮和净矿化氮 5 项,输出主要考虑作物收获带
出和残留无机氮 2 项;而磷、钾元素变化相对较稳
定,其输入主要考虑肥料、灌溉和湿沉降 3 项,输出
只考虑作物收获带出 1 项;不考虑挥发、径流、淋洗
等损失.相关计算式为:灌溉水带入的氮 /磷 /钾量
(kg·hm-2)=灌溉水样品氮 /磷 /钾含量(mg·L-1)伊
灌溉水量(kg·hm-2) / 106;降雨带入的氮 /磷 /钾量
(kg·hm-2)=降雨样品总氮 /磷 /钾含量(mg·L-1)伊
降雨量(kg·hm-2) / 106;土壤氮素的表观净矿化量=
不施氮小区作物吸氮量+不施氮小区土壤残留氮-
不施氮小区土壤起始氮;养分表观损失(盈余)= 养
分投入量-养分带出量.
1郾 4摇 数据处理
采用 Microsoft Excel 2003 和 SPSS 17郾 0 软件统
计分析数据,采用 LSD法进行差异显著性检验(琢 =
0郾 05).
2摇 结果与分析
2郾 1摇 不同前茬作物对烤烟生物量及养分吸收的影响
由表 1 可知,不同前茬作物条件下烤烟生物量
和氮、磷、钾养分吸收量有明显差异. 烟株成熟时的
生物量和氮、钾吸收量表现为绿肥茬>油菜茬>大麦
茬>小麦茬;其中,绿肥茬处理与其他三者间总体差
异显著;而油菜茬处理除与大麦茬、小麦茬处理吸氮
量差异不显著外,生物量和吸钾量差异显著;大麦茬
和小麦茬两处理间只有吸钾量差异显著,其他差异
不显著.烟株吸磷量以绿肥茬和油菜茬处理相对较
高,大麦茬和小麦茬处理相对较低;其中绿肥茬和油
菜茬处理与小麦茬处理间差异显著.与小麦茬相比,
绿肥茬和油菜茬处理烟株成熟时的生物量和氮、磷、
钾吸收量分别增加了 19郾 1% 、 13郾 8% 、 17郾 8% 、
24郾 4%和 7郾 6% 、5郾 2% 、22郾 3% 、15郾 3% .
表 1摇 前茬作物对烤烟生物量及氮、磷、钾养分吸收的影响
Table 1摇 Effects of different preceding crops planting on bi鄄
omass and N, P, K uptake of flue鄄cured tobacco plants
前茬作物
Preceding
crop
生物量
Biomass
(g·plant-1)
吸氮量
N uptake
(kg·hm-2)
吸磷量
P2O5
uptake
(kg·hm-2)
吸钾量
K2O
uptake
(kg·hm-2)
油菜 Rape 391郾 7b 78郾 3ab 24郾 1a 134郾 4b
小麦 Wheat 364郾 0c 74郾 4b 19郾 7b 116郾 6d
大麦 Barley 368郾 7c 75郾 8b 21郾 7ab 122郾 4c
绿肥
Green manure
433郾 4a 84郾 7a 23郾 2a 145郾 0a
同列中不同字母表示差异显著(P<0郾 05) Different letters in the same
column meant significant difference at 0郾 05 level郾 下同 The same below.
2郾 2摇 不同前茬作物对烤烟种植前、后土壤碱解氮、
速效磷和速效钾含量的影响
烤烟种植前不同前茬作物处理间土壤碱解氮和
速效钾含量有一定差异,而土壤速效磷含量差异不
明显(图 1).土壤碱解氮含量以油菜茬和绿肥茬两
处理较高,大麦茬和小麦茬两处理较低,其中含量最
高的油菜茬处理比含量最低的小麦茬处理约高
13郾 7% .而土壤速效钾含量则以小麦茬和大麦茬两
处理较高,油菜茬和绿肥茬两处理较低,最高比最低
处理高 11郾 9% .不同前茬各处理土壤速效磷含量差
异不明显,但总体呈小麦茬和大麦茬处理较高,绿肥
茬和油菜茬处理较低的趋势. 烤烟收获后不同前茬
处理间土壤碱解氮、速效磷和速效钾含量均有显著
差异.土壤碱解氮含量以绿肥茬处理最高,油菜茬处
理次之,大麦茬和小麦茬处理相对较低;其中绿肥茬
图 1摇 不同前茬作物对烤烟种植前(4 月)、后(9 月)土壤碱
解氮、速效磷和速效钾含量的影响
Fig. 1 摇 Effects of different preceding crops planting on soil
availability of N, P and K before transplanting (April) and after
harvest (September) of flue鄄cured tobacco plants.
玉:油菜茬 Rape; 域:小麦茬 Wheat; 芋:大麦茬 Barley; 郁:绿肥茬
Green manure.同一时期不同字母表示差异显著(P<0郾 05) Different
letters at the same period meant significant difference at 0郾 05 level郾
4262 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 22 卷
表 2摇 不同前茬作物对烤烟氮素平衡的影响
Table 2摇 Effects of different preceding crops planting on N balance in flue鄄cured tobacco production
前茬作物
Preceding
crop
投入
Input (kg·hm-2)
肥料
Fertilizer
降雨
Rainfall
灌溉
Irrigation
起始无机氮
Initial
inorganic N
净矿化氮
Net
mineralization N
输出
Output (kg·hm-2)
烟株带出
Tobacco plants
uptake
残留无机氮
Residual
inorganic N
表观损失
Apparent
loss
(kg·hm-2)
油菜 Rape 97郾 5 16郾 6 9郾 5 46郾 2b 34郾 2b 83郾 3ab 52郾 7a 68郾 0b
小麦 Wheat 97郾 5 16郾 6 9郾 5 43郾 2c 30郾 4c 79郾 4b 50郾 5b 67郾 2b
大麦 Barley 97郾 5 16郾 6 9郾 5 44郾 3bc 31郾 0c 80郾 8b 51郾 7ab 66郾 5b
绿肥 Green manure 97郾 5 16郾 6 9郾 5 49郾 4a 41郾 0a 89郾 7a 53郾 3a 71郾 0a
表 3摇 不同前茬作物对烤烟磷素和钾素平衡的影响
Table 3摇 Effects of different preceding crops planting on P and K balance in flue鄄cured tobacco production
前茬作物
Preceding
crop
P2O5
投入 Input
(kg·hm-2)
肥料
Fertilizer
降雨
Rainfall
灌溉
Irrigation
输出 Output
(kg·hm-2)
烟株带出
Tobacco plants
uptake
表观盈余
Apparent
surplus
(kg·hm-2)
K2O
投入 Input
(kg·hm-2)
肥料
Fertilizer
降雨
Rainfall
灌溉
Irrigation
输出 Output
(kg·hm-2)
烟株带出
Tobacco plants
uptake
表观盈余
Apparent
surplus
(kg·hm-2)
油菜 Rape 78 0郾 4 0郾 2 24郾 1a 54郾 6b 292郾 5 5郾 5 5郾 3 134郾 4b 168郾 9c
小麦 Wheat 78 0郾 4 0郾 2 19郾 7b 58郾 9a 292郾 5 5郾 5 5郾 3 116郾 6d 186郾 7a
大麦 Barley 78 0郾 4 0郾 2 21郾 7ab 56郾 9ab 292郾 5 5郾 5 5郾 3 122郾 4c 180郾 9b
绿肥 Green manure 78 0郾 4 0郾 2 23郾 2a 55郾 4ab 292郾 5 5郾 5 5郾 3 145郾 0a 158郾 3d
处理与其他处理有显著差异,比其他 3 处理高
9郾 0% ~12郾 2% .土壤速效磷含量则以小麦茬处理最
高,大麦茬和绿肥茬处理次之,油菜茬处理最低. 土
壤速效钾含量以小麦茬处理最高,大麦茬和油菜茬
处理次之,绿肥茬处理相对较低.
2郾 3摇 不同前茬作物对烤烟氮、磷、钾养分平衡的影响
2郾 3郾 1 氮素平衡摇 由表 2 可知,不同前茬作物处理
烤烟生长期间来源于肥料、降雨、灌溉的氮素相同,
但烤烟种植前土壤起始无机氮以及生长期间土壤净
矿化氮均有较大差异.与大麦茬和小麦茬处理相比,
绿肥茬和油菜茬处理不仅种植前土壤有较多的有效
氮,而且在生长期间能矿化出更多的氮素.两指标总
体表现为:绿肥茬>油菜茬>大麦茬>小麦茬;其中,
除大麦茬与小麦茬两处理间无明显差异外,其他处
理间皆有显著差异;绿肥茬处理的起始无机氮比其他
处理高 6郾 9% ~14郾 4%,生长期间矿化的氮高 19郾 9%
~34郾 9% .不同前茬作物处理间烟株个体带走及土壤
残留氮差异与植烟前土壤起始无机氮和生育期间净
矿化氮规律相似,即绿肥茬和油菜茬处理明显高于大
麦茬和小麦茬处理.综合氮输入和输出来看,绿肥茬
处理氮素表观损失最高,油菜茬处理次之,大麦茬和
小麦茬两处理相对较低;其中绿肥茬处理与其他处理
间差异显著,比其他处理高 4郾 4% ~6郾 8% .
2郾 3郾 2 磷素平衡摇 尽管不同前茬作物处理烤烟生长
期间来源于肥料、降雨、灌溉的磷素相同,但烟株个
体带出的磷量以及磷素表观盈余却有较大差异(表
3).油菜茬和绿肥茬处理烤烟带走的磷量相对高于小
麦茬和大麦茬处理;而磷素表观盈余则相反,以小麦
茬和大麦茬处理相对较多,其中表观盈余最多的小麦
茬处理比表观盈余最少的油菜茬处理高 7郾 9% .
2郾 3郾 3 钾素平衡摇 烟株个体带出的钾量以绿肥茬处
理最高,油菜茬处理次之,大麦茬处理第三,小麦茬处
理最低;而烤烟收获后的钾素表观盈余则相反,以小
麦茬处理最高,大麦茬处理次之,油菜茬处理第三,绿
肥茬处理最低;上述指标在各处理间均差异显著(表
3).与绿肥茬处理相比,小麦茬、大麦茬和油菜茬处理
的钾素表观盈余分别高 17郾 9%、14郾 3%和 6郾 7% .
3摇 讨摇 摇 论
尽管烤烟季的施肥情况在不同前茬作物各处理
间一致,但绿肥茬和油菜茬处理的烟田土壤不仅比
大麦茬和小麦茬处理在植烟前有更多的有效氮,而
且在烟株生长期间能矿化出更多的无机氮,这在一定
程度上造成了不同前茬作物处理间烟株养分吸收的
差异,从而直接或间接影响烟株的生长及烟叶质量的
形成.前期研究表明[12],小麦、大麦、绿肥和油菜等不
同前茬作物处理间烟株田间长势以及烟叶产量和质
量有明显差异,这应与烟株养分吸收差异有关.
本试验结果表明,尽管不同前茬作物处理间烤
烟氮素表观损失和磷、钾表观盈余存在差异,但这些
526210 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 刘摇 枫等: 不同前茬作物条件下烤烟氮磷钾养分平衡摇 摇 摇 摇 摇
指标总体上都较高,虽然其可以被烤烟之后的作物
吸收利用(即后效),但其对环境的影响值得关注.
研究表明[17-21],由于氮素来源和去向的多样性以及
循环的复杂性,大部分氮素表观损失通过各种途径
进入环境,由此带来的环境问题不容忽视. 磷、钾元
素虽然与氮素相比较为稳定,但其在土壤中的积累
除为作物优质高产奠定基础外,也可能会造成养分
的不均衡而影响作物生长. 此外,磷、钾也可能通过
地表径流和淋洗损失而对环境造成影响.因此,在烤
烟生产中,有必要根据前茬作物种类的不同来调整
氮、磷、钾 3 种养分的施用量.在本试验条件下,绿肥
茬和油菜茬烤烟应明显减少氮肥施用量;而大麦茬
和小麦茬烤烟可以相对减少磷、钾肥施用量.
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(in Chinese)
作者简介摇 刘摇 枫,男,1985 年,硕士研究生.主要从事烤烟
养分资源管理研究. E鄄mail: liufeng0427@ sina. cn
责任编辑摇 张凤丽
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