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    不同類型土壤保氮?jiǎng)┨岣邿熖锏б婧蜔熑~產(chǎn)質(zhì)量研究

    2024-12-31 00:00:00陳卓方明王浩然楊盟權(quán)張明月吳文信劉璐李思軍殷全玉
    江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2024年12期
    關(guān)鍵詞:氮肥利用率產(chǎn)質(zhì)量煙田

    摘要:我國(guó)氮肥利用率偏低,較低的氮肥利用率不僅增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本,還造成環(huán)境威脅,為此,依據(jù)氮肥平衡原理,采用大田試驗(yàn),設(shè)置不施氮肥處理,以計(jì)算氮肥利用率,并以當(dāng)?shù)爻R?guī)施肥作對(duì)比,研究沸石、麥飯石、腐殖酸、煙梗水熱生物炭、硝化抑制劑(DMPP)、脲酶抑制劑(NBPT)等6種保氮?jiǎng)?duì)郴州烤煙氮肥利用率和煙葉產(chǎn)質(zhì)量的影響,篩選出適宜郴州煙田使用的保氮?jiǎng)?,進(jìn)行大田示范驗(yàn)證。結(jié)果顯示:(1)施用DMPP、NBPT和自制煙梗水熱生物炭可以改善土壤中銨態(tài)氮和硝態(tài)氮組成結(jié)構(gòu),減少銨態(tài)氮向硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化,使施入煙田的化肥氮多數(shù)以銨態(tài)氮的形式固持在土壤中供作物吸收利用,其中施用DMPP對(duì)銨態(tài)氮的固持效果最好。(2)施用DMPP、NBPT和煙梗水熱生物炭可以增加煙株干重、提升煙株各部位含氮量、改善煙葉化學(xué)成分、提高煙田氮肥利用率以及煙葉產(chǎn)量產(chǎn)值,其中施用DMPP處理煙株干重、總氮含量、煙田氮肥利用率、煙葉產(chǎn)量、煙葉產(chǎn)值、氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮肥產(chǎn)投比分別為264.2 g/株、9.18 g/株、29.57%、2 293.80 kg/hm2、76 407.45元/hm2、11.03 kg/kg和8.58元/元,較常規(guī)施肥處理分別提升44.61%、28.75%、125.73%、10.88%、11.18%、13.71%和0.91%。(3)在肥料中添加礦物保氮?jiǎng)┓惺Ⅺ滐埵?,生物保氮?jiǎng)└乘帷煿K疅嵘锾?,化學(xué)保氮?jiǎng)〥MPP、NBPT對(duì)煙田氮素均有固持作用,效果由低到高為礦物保氮?jiǎng)忌锉5獎(jiǎng)蓟瘜W(xué)保氮?jiǎng)?。?)通過DMPP和自制煙梗水熱生物炭大田示范中較高的氮效益和煙葉產(chǎn)質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)一步驗(yàn)證了其保氮效果。綜合來看,DMPP對(duì)郴州煙稻輪作系統(tǒng)下烤煙氮肥利用率提升比例最大,作用效果最好,其次為NBPT和煙梗水熱生物炭。

    關(guān)鍵詞:土壤保氮?jiǎng)?;郴州;煙田;氮肥利用率;氮效益;烤煙;產(chǎn)質(zhì)量

    中圖分類號(hào):S572.06 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

    文章編號(hào):1002-1302(2024)12-0269-08

    氮是植物生長(zhǎng)所必需的大量元素之一[1],在植物體內(nèi)分布最廣,直接參與并影響植物的諸多生理活動(dòng)[2]。氮肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用,對(duì)作物產(chǎn)量和品質(zhì)的形成起著關(guān)鍵作用[3]。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,土壤中的氮如果不能有效地保存,潛在的氮損失將對(duì)氣候、環(huán)境甚至人類健康產(chǎn)生負(fù)面影響[4]。近年來,我國(guó)農(nóng)業(yè)的氮肥施用量不斷增加,但是氮肥利用率卻偏低[5],特別是南方水田,僅在20%左右[6]。偏低的氮肥利用率和大量的氮肥損失不僅增加農(nóng)業(yè)成本,還造成水體富營(yíng)養(yǎng)化、土壤酸化、大氣污染、溫室效應(yīng)等一系列環(huán)境問題[7]。氮素是煙草的核心營(yíng)養(yǎng)元素[8],楊秉庚等的研究表明,即使施用氮肥,作物吸收的氮素營(yíng)養(yǎng)仍有一半來自土壤[9]。因此,提高土壤保氮和供氮能力,是降低煙田氮損失,提高氮肥利用率的關(guān)鍵[10]。

    目前,土壤的改良技術(shù)有很多[11],如合理輪作、種植綠肥和有機(jī)肥與化肥配施等[12]。近年來,許多學(xué)者通過添加外源物質(zhì)作為保氮?jiǎng)﹣磉M(jìn)行新型土壤改良技術(shù)研究[13-14],該技術(shù)能有效改善土壤理化性狀和養(yǎng)分狀況,并對(duì)土壤微生物活動(dòng)產(chǎn)生積極影響,為植物生長(zhǎng)提供良好條件,促進(jìn)植物生長(zhǎng)[15]。外源保氮?jiǎng)┓N類很多,不同保氮?jiǎng)?duì)氮肥利用率的影響和作用機(jī)理有所不同,主要分為3類:(1)礦物保氮?jiǎng)?。主要包括蛭石、膨?rùn)土、沸石和麥飯石等,作用機(jī)理為通過礦物質(zhì)較強(qiáng)的離子交換性和吸附性來提高土壤的養(yǎng)分有效性。鄭瑞生等研究發(fā)現(xiàn),在酸性植煙土壤中施入沸石能提高土壤養(yǎng)分的有效性,促進(jìn)烤煙對(duì)肥料的吸收利用,提高烤煙干物質(zhì)積累量,改善烤煙品質(zhì)[16]。(2)化學(xué)保氮?jiǎng)?。主要包括過磷酸鈣、硫酸亞鐵、硝化抑制劑和脲酶抑制劑等,其中硝化抑制劑(DMPP)是一類能夠抑制銨態(tài)氮向硝態(tài)氮進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化的化學(xué)物質(zhì),該類物質(zhì)除能夠減少氮肥損失、提高氮肥利用率、增加農(nóng)作物產(chǎn)量外,還可降低農(nóng)作物中的亞硝酸鹽含量,提高農(nóng)作物品質(zhì),減少施肥量過高時(shí)對(duì)土壤、地下水和環(huán)境產(chǎn)生的污染[17]。脲酶抑制劑(NBPT)可以降低尿素水解為銨態(tài)氮的速度,減少銨態(tài)氮的揮發(fā)和硝化。(3)生物保氮?jiǎng)V傅氖抢酶鞣N生物源材料制成的有機(jī)土壤保氮?jiǎng)?,其主要成分包括微生物、有機(jī)物質(zhì)和活性元素等,可以改善土壤結(jié)構(gòu)、提供養(yǎng)分以及增加土壤保水保肥能力。如李鳳梅等在翅堿蓬濕地土壤中添加改良生物炭、腐殖土、有機(jī)肥、稻草秸稈和生物菌肥等5種生物有機(jī)改良劑后,土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀含量增高,土壤質(zhì)量得到有效改善和提升,是克服肥料氮素?fù)p失的有效辦法[18]。

    湖南郴州屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候區(qū),自然條件優(yōu)越,降水量充沛,是我國(guó)濃香型煙葉主產(chǎn)區(qū)之一[19]。但郴州較多的降水量和煙農(nóng)的不合理施肥對(duì)土壤、環(huán)境和煙葉質(zhì)量造成很大影響,筆者所在實(shí)驗(yàn)室前期研究發(fā)現(xiàn),銨態(tài)氮肥的氨揮發(fā)與硝態(tài)氮肥以徑流、淋溶形式損失是造成郴州煙田氮素?fù)p失的主要途徑[20-22],目前大多仍使用水肥一體化、覆蓋農(nóng)膜和秸稈還田等傳統(tǒng)方法進(jìn)行氮肥保育,保氮效果有限,而關(guān)于施用外源添加劑等新型保氮方法的研究鮮有報(bào)道,本試驗(yàn)通過結(jié)合添加礦物保氮?jiǎng)ǚ惺Ⅺ滐埵⑸锉5獎(jiǎng)ǜ乘?、自制煙梗水熱生物炭)、化學(xué)保氮?jiǎng)ㄏ趸种苿㈦迕敢种苿┑?個(gè)不同類型共6種土壤保氮?jiǎng)?,研究不同保氮?jiǎng)?duì)郴州煙田氮肥利用率的提升效果,旨在為降低煙田氮損失、提高氮肥利用率和提升煙葉產(chǎn)質(zhì)量提供一種新型技術(shù)。

    1 材料與方法

    1.1 試驗(yàn)條件

    試驗(yàn)于2022年3月在湖南省桂陽(yáng)縣方元鎮(zhèn)(112°41′24″E,25°38′24″N)進(jìn)行,并依據(jù)2022年試驗(yàn)結(jié)果于2023年3月進(jìn)行大田示范驗(yàn)證。試驗(yàn)地海拔424 m,屬亞熱帶季風(fēng)氣候,四季分明,雨熱同季,光照充足,雨量充沛,無霜期長(zhǎng),年平均氣溫18 ℃,年均無霜期210 d,日照時(shí)數(shù)1 780 h,年平均降水量1 500~1 800 mm。

    1.2 試驗(yàn)材料

    供試品種:云煙87。

    試驗(yàn)地情況:土壤類型為水稻土,種植方式為煙稻輪作,土壤質(zhì)地為粉壤土。耕層硝態(tài)氮含量28.21 mg/kg、銨態(tài)氮含量6.94 mg/kg、速效磷含量34.58 mg/kg、堿解氮含量37.92 mg/kg、速效鉀含量273.94 mg/kg、有機(jī)質(zhì)含量25.05 g/kg,pH值為7.8。

    供試肥料:高碳基土壤修復(fù)肥,由河南惠農(nóng)土質(zhì)保育有限公司提供,總養(yǎng)分含量為5.02%,氮(N)含量17.6 g/kg,P2O5含量11.5 g/kg,K2O含量21.1 g/kg,全碳含量303.5 g/kg;生物發(fā)酵菜籽餅肥,氮磷鉀(N+P2O5+K2O)總養(yǎng)分含量≥8%,N含量50.0 g/kg,P2O5含量21.6 g/kg,K2O含量10.3 g/kg,有機(jī)質(zhì)含量≥70%,全碳含量 404.6 g/kg;郴州煙草專用基肥,N、P2O5、K2O含量分別為8%、17%、7%,硝態(tài)氮含量/總氮含量≥15%);硫酸鉀(含K2O 52%),過磷酸鈣(含P2O5 12%)和磷酸二氫鉀(N、P2O5、K2O含量分別為0、52%、34%);提苗肥(N、P2O5、K2O含量分別為20%、9%、0,硝態(tài)氮含量/總氮含量≥40%),煙草專用追肥(N、P2O5、K2O含量分別為11%、0、31%,硝態(tài)氮含量/總氮含量≥50%)。

    供試保氮物料:沸石(由河南瑞林凈水材料有限公司提供,硬度98HRB,密度1.7 g/cm3,鹽酸可溶率0.3%);麥飯石(由河南瑞林凈水材料有限公司提供,硬度98HRB,密度1.7 g/cm3,鹽酸可溶率0.3%);腐殖酸(由靈石縣綠洲生物肥業(yè)有限公司提供,礦源腐殖酸含量≥50g/L,黃腐酸含量≥95%);煙梗水熱生物炭實(shí)驗(yàn)室自制,黑色顆粒狀,制備條件為粉碎煙梗15 kg,近臨界水60 L,反應(yīng)溫度(160±5) ℃,反應(yīng)釜壓力>3 MPa,反應(yīng)停留時(shí)間15 min[23];硝化抑制劑(由河南神雨生物有限公司提供,白色晶體,相對(duì)密度1.40,熔點(diǎn)202~212 ℃,溶于水和乙醇,微溶于乙醚和苯,有效成分含量98%,酸度≤7.5%);脲酶抑制劑(由河南神雨生物有限公司提供,有效成分含量98%,酸度≤7%)。

    1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

    試驗(yàn)共設(shè)計(jì)9個(gè)處理,分別為CK0(不施氮肥)、CK1(僅施化肥氮,不施有機(jī)肥)、CK2(常規(guī)氮磷鉀肥+常規(guī)有機(jī)肥)、T1(常規(guī)氮磷鉀肥+常規(guī)有機(jī)肥+沸石)、T2(常規(guī)氮磷鉀肥+常規(guī)有機(jī)肥+麥飯石)、T3(常規(guī)氮磷鉀肥+常規(guī)有機(jī)肥+腐殖酸)、T4(常規(guī)氮磷鉀肥+煙梗水熱生物炭)、T5(常規(guī)氮磷鉀肥+常規(guī)有機(jī)肥+顆粒態(tài)硝化抑制劑)、T6(常規(guī)氮磷鉀肥+常規(guī)有機(jī)肥+脲酶抑制劑)。除CK0處理外,其他各處理總氮量均為169.5 kg/hm2,各處理施用的磷鉀肥相同。每個(gè)處理3次重復(fù),每個(gè)重復(fù)3行,每行27株煙,試驗(yàn)地兩邊各設(shè)2行保護(hù)行。2022年3月28日移栽煙草幼苗,栽培密度為 1 100株/667 m2。按照郴州煙草優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行大田施肥和管理,試驗(yàn)地?zé)熤暧?月20—30日進(jìn)行打頂抹腋芽,6月20日開始采收下部葉,分3次采收,7月10日采收結(jié)束。

    示范試驗(yàn)共設(shè)計(jì)3個(gè)處理,分別為對(duì)照:常規(guī)施肥;DMPP示范:常規(guī)施肥,增施硝化抑制劑DMPP;自制煙梗水熱生物炭示范:常規(guī)施肥,配施自制煙梗水熱生物炭。每塊示范地面積0.667 hm2,2023年3月20日移栽煙草幼苗,栽培密度為1 100株/667 m2。按照郴州煙草優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行大田施肥和管理,示范地?zé)熤暧?月13—20日進(jìn)行打頂抹腋芽,6月20日開始采收下部葉,分3次采收,7月5日采收結(jié)束。

    土壤改良劑使用方法:自制煙梗水熱生物炭、腐殖酸、沸石、麥飯石于移栽時(shí)穴施,每穴10 g。

    DMPP使用方法:將氮肥或煙草專用肥與DMPP摻勻后使用。摻配比例為通過計(jì)算復(fù)混肥中純氮量,按照純氮的1%添加DMPP。追肥和基肥均需要先與DMPP摻混后使用。

    NBPT使用方法:將氮肥或者煙草專用肥與NBPT摻勻后使用。摻配比例為通過計(jì)算復(fù)混肥中純氮量,按照純氮的0.5%添加NBPT。追肥和基肥均需要先與NBPT摻混后使用。

    1.4 樣品采集及測(cè)定方法

    在煙株移栽后60 d,根據(jù)YC/T 142—2010《煙草農(nóng)藝性狀調(diào)查測(cè)量方法》測(cè)定株高、莖圍、節(jié)距、葉長(zhǎng)、葉寬、葉片數(shù)等農(nóng)藝性狀;從煙株移栽后15 d開始每隔15 d取根際土壤測(cè)定土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量,共取樣3次;在煙株打頂前1周,每個(gè)小區(qū)取5株煙,于105 ℃下殺青15 min后,在60 ℃下烘干至恒重,分別測(cè)量根、莖、葉干重。殺青樣粉碎后過60目篩,用德國(guó)Elementar公司的碳氮元素分析儀測(cè)量各部位總氮含量。

    根據(jù)打頂前1周煙株干物質(zhì)積累量及各部位總氮含量,通過差減法計(jì)算各處理氮肥利用率,計(jì)算公式為:

    氮肥利用率=(施氮處理煙株氮素吸收量-不施氮處理煙株氮素吸收量)/施氮量×100%。

    煙葉采烤結(jié)束后,統(tǒng)計(jì)各處理煙葉產(chǎn)量、產(chǎn)值,計(jì)算氮效益,計(jì)算公式為:

    氮肥農(nóng)學(xué)效率=(施氮處理煙葉產(chǎn)量-不施氮處理煙葉產(chǎn)量)/施氮量;

    氮肥產(chǎn)投比=(施氮處理煙葉產(chǎn)值-不施氮處理煙葉產(chǎn)值)/氮肥投入成本。

    1.5 數(shù)據(jù)分析方法

    試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2019軟件進(jìn)行整理,利用DPS軟件的LSD法(α=0.05)進(jìn)行差異顯著性分析,使用Origin 2019pro繪圖。

    2 結(jié)果與分析

    2.1 各處理農(nóng)藝性狀

    從表1可以看出,煙株移栽60 d后,CK1處理的葉長(zhǎng)、葉寬和莖圍與CK2處理相近,株高、節(jié)距和葉片數(shù)均低于CK2處理。T1、T2處理的各個(gè)農(nóng)藝性狀指標(biāo)除葉片數(shù)外均與CK2處理無顯著性差異。T3~T6處理的莖圍、節(jié)距、葉長(zhǎng)和葉片數(shù)等指標(biāo)均與CK2處理相比略有提高,但差異均未達(dá)到顯著水平。CK2處理的株高和葉寬分別為99.0、32.5 cm,T3~T6處理與之相比分別增加4.04%、5.05%、13.13%、12.12%和10.77%、6.15%、19.38%、16.92%,其中T3、T4處理與CK2處理相比差異不顯著,T5、T6處理顯著高于CK2處理。綜合來看,T3、T4處理對(duì)煙株生長(zhǎng)有促進(jìn)作用但效果不明顯,T5、T6處理對(duì)煙株的生長(zhǎng)促進(jìn)效果較大,主要表現(xiàn)為煙株較高,葉片較寬,說明化學(xué)保氮?jiǎng)?duì)煙株生長(zhǎng)的促進(jìn)效果最好,其次為生物保氮?jiǎng)?/p>

    2.2 各處理土壤硝態(tài)氮含量和銨態(tài)氮含量

    由表2可知,在采樣第1時(shí)期,除對(duì)照組外處理間T5處理銨態(tài)氮含量最大且硝態(tài)氮含量最低,可能是因?yàn)門5處理施入的DMPP是一類能夠抑制銨態(tài)氮轉(zhuǎn)向硝態(tài)氮進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化的化學(xué)物質(zhì),通過抑制銨態(tài)氮向硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化,減少了氮肥損失,因此銨態(tài)氮含量較高,為48.69 mg/kg,較CK2處理提高91.24%,硝態(tài)氮含量為71.09 mg/kg,較CK2處理降低了35.29%。T3處理銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量都較低,銨態(tài)氮含量為19.20 mg/kg,相對(duì)于CK2處理降低了24.59%,硝態(tài)氮含量為76.83 mg/kg,相對(duì)于CK2低了30.07%,這可能是因?yàn)門3處理施入的腐殖酸是一種具有較強(qiáng)吸附緩沖性和螯合能力的大分子膠體物質(zhì),其陽(yáng)離子交換量大,對(duì)游離態(tài)銨根離子吸附性較強(qiáng),使T3處理土壤中的銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量減少。T1、T2、T4、T6處理的銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量較接近,銨態(tài)氮含量均略高于CK2處理,分別較CK2增加8.20%、10.76%、8.87%、1.50%,說明在施肥早期加入的沸石、麥飯石、煙梗水熱生物炭和NBPT對(duì)土壤中的銨根離子有固持作用,可降低煙田氮損失,且效果相近。

    在采樣第2時(shí)期,T5處理和T3處理的銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量在各處理中的表現(xiàn)與第1時(shí)期相似,T5處理銨態(tài)氮含量較高,為27.29 mg/kg,較CK2處理高46.80%,硝態(tài)氮含量較低,為99.12 mg/kg,較CK2處理低2.49%,可以看出,硝化抑制劑在第2時(shí)期對(duì)土壤中銨態(tài)氮向硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化的抑制作用有所減弱,效果弱于第1時(shí)期,說明硝化抑制劑在施肥初期效果較好。除對(duì)照組外處理間T3處理硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量均為各處理間最低,說明腐殖酸對(duì)土壤中游離態(tài)銨根離子的吸附作用依然較強(qiáng)。T1處理和T2處理的銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量相近,銨態(tài)氮含量分別為25.32、20.28 mg/kg,硝態(tài)氮含量分別為105.29、100.39 mg/kg,均略高于CK2處理,說明沸石和麥飯石的性質(zhì)功能以及保氮效果較為相似。T4處理銨態(tài)氮含量為29.33 mg/kg,較CK2處理提高57.78%,可以看出,煙梗水熱生物炭降低煙田氮損失的作用較施肥早期有所提高,可能是因?yàn)闊煿K疅嵘锾坑休^小的顆粒尺寸、較大的比表面積,在施肥早期吸附能力較強(qiáng),吸附土壤中的氮素,使土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量減少。T6處理銨態(tài)氮含量為38.05 mg/kg,較CK2處理提高104.68%,可以看出,脲酶抑制劑的保氮效果較施肥早期有較大提高,可能是因?yàn)殡迕敢种苿┰缙趯?duì)脲酶活性的抑制效果不明顯,隨著使用量的增加對(duì)脲酶的抑制效果逐漸增大。

    在采樣第3時(shí)期,T5處理的硝態(tài)氮含量大幅減少,銨態(tài)氮含量增加,可以看出,在施肥后期硝化抑制劑的作用降低,硝態(tài)氮向銨態(tài)氮的轉(zhuǎn)化量增加。T1~T6處理銨態(tài)氮含量比較穩(wěn)定,銨態(tài)氮含量為27.45、22.73、22.08、20.62、26.67、22.95 mg/kg,相對(duì)于CK2均有所增加,說明T1~T6處理所添加的物料均對(duì)土壤銨根離子有固持作用??傮w來看,硝化抑制劑處理(T5處理)的效果最好,其次為脲酶抑制劑處理(T6處理)。

    2.3 各處理煙株干重

    從表3可以看出,T1、T2處理的煙株總干重與CK2處理相近,T3、T4處理略高于CK2處理,T5處理最高,為264.2 g/株,其次為T6處理,為231.6 g/株。說明T5處理中加入的硝化抑制劑對(duì)煙株干重的提升效果最好,T3、T4處理中加入的腐殖酸、煙梗水熱生物炭對(duì)煙株干重略有提升,效果最差的為T1、T2處理。從部位來看,葉和莖干重最高的均為T5處理,分別為126.2、79.8 g/株,根干重最高的為T4處理,為66.6 g/株。綜合來看,對(duì)煙株干物質(zhì)積累促進(jìn)效果最好的為硝化抑制劑處理(T5處理),其次為脲酶抑制劑處理(T6處理)。

    2.4 各處理煙株不同部位含氮量

    由表4可知,各處理中煙株整株含氮量最高的為T5處理,最低的為CK0處理,T1~T6處理煙株含氮量較CK2處理均有所提高,分別提升1.12%、4.06%、5.05%、22.30%、28.75%和24.54%。對(duì)于根含氮量,T4、T5、T6處理較高,其中最高的為T6處理,較低的為T1、T2、T3處理,其中最低的為T2處理;從莖含氮量來看,除對(duì)照組外處理間最高的為T5處理,最低的為T1處理,除T1、T4處理外,其他處理相對(duì)于CK2處理均有提升;從葉含氮量來看,最高的為T4處理,最低的為T2處理,整體上除CK0處理外,T1、T5、T6處理的葉含氮量與CK2差異不大,T2、T3處理顯著小于CK2處理。綜合以上分析,T4、T5、T6處理的煙株含氮量表現(xiàn)最好,T1、T2、T3處理略低但仍優(yōu)于對(duì)照組。

    2.5 各處理氮肥利用率

    根據(jù)差減法計(jì)算試驗(yàn)地各處理氮肥利用率,結(jié)果(圖1)可以看出,單施化肥的CK1處理氮肥利用率為13.1%,與之相比,CK2、T1、T2、T3、T4、T5和T6處理的氮肥利用率均有所增加,分別為15.95%、16.78%、17.87%、18.34%、26.51%、29.57%和27.58%。各處理氮肥利用率表現(xiàn)為T5處理gt;T6處理gt;T4處理gt;T3處理gt;T2處理gt;T1處理gt;CK2處理gt;CK1處理,CK2處理以及T1~T6處理均可在一定程度上增強(qiáng)煙株對(duì)氮素的吸收能力。其中T4、T5、T6處理的氮肥利用率較高,最高的為T5處理,其次為T6處理,說明DMPP、NBPT和煙梗水熱生物炭對(duì)氮肥利用率提升效果較大。

    2.6 各處理烤后煙化學(xué)成分

    由表5可知,試驗(yàn)地各處理中橘三(C3F)煙葉的煙堿含量和氯含量最高的為T5處理,且T5處理的鉀含量也在較高水平,各個(gè)化學(xué)成分指標(biāo)均達(dá)到優(yōu)質(zhì)煙葉水平??偺呛孔罡叩臑镃K0處理,但CK0處理的煙堿、氯、鉀含量均為最低,未達(dá)到優(yōu)質(zhì)煙葉水平。總糖含量達(dá)到優(yōu)質(zhì)煙葉水平(18%~22%)的只有T4、T5、T6處理,其余處理總糖含量整體處于較高水平。綜合來看,T5處理對(duì)煙葉化學(xué)成分改善效果最好。

    2.7 各處理經(jīng)濟(jì)性狀

    從表6可以看出,試驗(yàn)地?zé)熑~產(chǎn)量和產(chǎn)值最高的為T5處理,分別為2 293.80 kg/hm2和 76 407.45元/hm2,可能是因?yàn)門5處理的上等煙比例較高,中上等煙比例各處理間差異不大。T1、T2處理產(chǎn)量、產(chǎn)值相近,可能是因?yàn)榉惺c麥飯石作用相似。處理組除T5處理外其余處理相對(duì)于常規(guī)施肥CK2處理經(jīng)濟(jì)形狀均略有提升,提升比例最小的為T1處理,其上等煙與中上等煙比例也為處理間最小。

    CK2處理的氮肥農(nóng)學(xué)效率為9.70 kg/kg,CK1處理與之相比減少6.49%,說明施用有機(jī)氮可以增加氮效益,T1、T2、T3、T4、T5、T6處理與CK2處理相比分別提升4.12%、1.86%、6.08%、10.21%、13.71%和8.76%,說明施用固氮?jiǎng)?duì)氮肥農(nóng)學(xué)效率的提升具有促進(jìn)作用,其中T5處理作用最大。CK2處理的氮肥產(chǎn)投比為7.86元/元,相對(duì)于CK1處理有所減少,說明施用有機(jī)肥會(huì)增加施肥成本,但施用有機(jī)肥增加的高成本也會(huì)帶來高收入。處理組除T1處理外其余處理氮肥產(chǎn)投比相對(duì)于CK2均有所增加,說明增施固氮?jiǎng)淼氖找孢h(yuǎn)大于其增加的成本,收益最高的為硝化抑制劑處理(T5處理),其次為煙梗水熱生物炭(T4處理)和脲酶抑制劑處理(T6處理)。

    從表7可以看出,2個(gè)示范地?zé)熑~產(chǎn)量和產(chǎn)值較對(duì)照均有很大幅度的提升,DMPP示范地?zé)熑~產(chǎn)量提升20.79%,產(chǎn)值提升了27.52%,上等煙比例和上中等煙比例也有所提高。DMPP示范地氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮肥產(chǎn)投比分別為12.40 kg/kg和 9.49元/元,較對(duì)照分別提高26.02%和31.81%;對(duì)氮肥利用率提升效果最大,較對(duì)照提升101.48%。自制煙梗水熱生物炭示范地?zé)熑~產(chǎn)量和產(chǎn)值較對(duì)照分別提升14.83%和18.96%,氮肥利用率、氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮肥產(chǎn)投比提升75.70%、18.59%和21.81%。大田示范驗(yàn)證了DMPP和自制煙梗水熱生物炭對(duì)郴州煙田保氮效果的提升作用。

    3 討論

    不同保氮物料的施用均可在不同程度上影響作物產(chǎn)量,施用保氮物料在今后可能會(huì)成為減少煙田氮損失,提高氮肥利用率的重要舉措[14]。本研究結(jié)果表明,施用保氮物料與烤煙的氮素積累、內(nèi)在品質(zhì)和經(jīng)濟(jì)性狀的變化有著密不可分的關(guān)系,不同種類的物料特征不同,對(duì)烤煙的生長(zhǎng)、品質(zhì)及產(chǎn)質(zhì)量的影響也不同。從農(nóng)藝性狀來看,T1、T2處理中的礦物保氮?jiǎng)?duì)煙株生長(zhǎng)促進(jìn)效果不明顯,T3、T4處理中的生物保氮?jiǎng)?duì)煙株生長(zhǎng)有促進(jìn)效果但效果不大,T5、T6處理中的化學(xué)保氮?jiǎng)?duì)煙株生長(zhǎng)促進(jìn)效果最好,主要表現(xiàn)在株高和葉寬上。從銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量來看,在施肥早期,加入的沸石、麥飯石、煙梗水熱生物炭和脲酶抑制劑(NBPT)對(duì)土壤中的銨根離子有固持作用,可降低煙田氮損失,且效果相近。硝化抑制劑(DMPP)可以抑制銨態(tài)氮向硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化[24,17],減少氮肥損失,并且在施肥初期效果較好。腐殖酸的陽(yáng)離子交換量大,對(duì)游離態(tài)銨根離子吸附性較強(qiáng)[25],可使土壤中銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量減少,施肥后期硝化抑制劑的作用降低,硝態(tài)氮向銨態(tài)氮的轉(zhuǎn)化量增加。沸石和麥飯石的性質(zhì)組成以及保氮效果相似,因此各成分含量相近。煙梗水熱生物炭在施肥早期吸附能力較強(qiáng)[26],隨施肥量的增加降低煙田氮損失的作用有所提高。脲酶抑制劑早期對(duì)脲酶活性的抑制效果不明顯,隨著施用量的增加,對(duì)脲酶的抑制效果逐漸增大??傮w來看,硝化抑制劑的處理效果最好,其次為脲酶抑制劑。綜合煙株干重、總氮含量、煙田氮肥利用率、煙葉產(chǎn)量、煙葉產(chǎn)值、氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮肥產(chǎn)投比來看,DMPP處理分別為264.2 g/株、9.18 g/株、29.57%、2 293.80 kg/hm2、76 407.45元/hm2、11.03 kg/kg和8.58元/元,較常規(guī)施肥分別提升44.61%、28.75%、125.73%、10.88%、11.18%、13.71%和0.91%,效果最優(yōu),其次為脲酶抑制劑處理和煙梗水熱生物炭處理。同時(shí)通過對(duì)比單施化肥處理(CK1處理)與常規(guī)施肥(CK2處理)也可以發(fā)現(xiàn),化肥配施有機(jī)肥對(duì)煙株生長(zhǎng)以及氮素利用率的增加有一定的效果。

    DMPP的化學(xué)名稱為3,4-二甲基吡唑磷酸鹽,可以通過抑制土壤中的氨氧化微生物活性來延緩氨氧化反應(yīng),減少硝態(tài)氮的產(chǎn)生,使得土壤中的氮主要以銨態(tài)氮形式存在,這可以延長(zhǎng)供氮時(shí)間、增加供氮強(qiáng)度,從而提高植株的氮吸收量,進(jìn)而提高產(chǎn)量和氮素利用率。目前,DMPP在馬鈴薯[24]、小麥[27]、水稻[28]等各種農(nóng)作物中均有研究且固氮效果較好,楊新強(qiáng)等通過設(shè)置在減氮條件下添加DMPP的處理發(fā)現(xiàn),在隴中旱作馬鈴薯田使用DMPP,與相同施氮量處理相比,馬鈴薯的氮肥農(nóng)學(xué)效率、氮肥偏生產(chǎn)力、水分利用效率和降水利用效率均有一定幅度的提升[29];王靜等研究了NBPT、DMPP及其組合對(duì)稻茬小麥產(chǎn)量及構(gòu)成因子、氮素利用效率和土壤氮素的影響,結(jié)果表明,尿素配施DMPP或DMPP+NBPT均可以有效增加小麥產(chǎn)量,提高氮素利用效率[30];張聞漢等研究發(fā)現(xiàn),在中性稻田土中,氨氧化細(xì)菌(AOB)主導(dǎo)了土壤N2O的排放和硝化作用,DMPP和2-氯-6-三氯甲基吡啶(CP)可通過有效降低AOB豐度來抑制硝化作用和減少N2O排放[31]。關(guān)于DMPP在煙田中的作用尚未有研究。從本研究中2022年的試驗(yàn)結(jié)果來看,DMPP在郴州煙田施用前中期的保氮效果較好,而隨著時(shí)間的推移,抑制銨態(tài)氮向硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化的作用逐漸減弱,這可能與DMP硝化抑制效率高、見效快的特點(diǎn)有關(guān)。因此,次年設(shè)置DMPP處理與常規(guī)施肥處理的大田對(duì)比示范試驗(yàn),進(jìn)一步驗(yàn)證DMPP在煙田中的保氮效果。結(jié)果發(fā)現(xiàn),DMPP處理的煙葉經(jīng)濟(jì)性狀相對(duì)于對(duì)照組依然有較大提升。由此可以確認(rèn),DMPP對(duì)郴州煙田保氮作用的提升是有效的。自制煙梗水熱生物炭相比生物炭具有更高的比表面積和孔體積,使其物理吸附能力有所增強(qiáng),作為土壤凈化劑、保氮?jiǎng)┯懈髢?yōu)勢(shì)。自制煙梗水熱生物炭具有較好的示范效果,原因可能是實(shí)驗(yàn)室自制煙梗水熱生物炭作為生物保氮?jiǎng)哂蓄w粒尺寸較小、比表面積較大、吸附能力較強(qiáng)等特點(diǎn),相比于化學(xué)保氮?jiǎng)┰谕寥乐懈臃€(wěn)定,不易流失,且煙梗水熱生物炭保氮效果高于其余生物保氮?jiǎng)ǜ乘幔?,因此煙梗水熱生物炭在土壤保氮方面具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

    結(jié)果表明,在肥料中添加不同保氮?jiǎng)?duì)煙田氮素均有固持作用,效果由低到高為礦物保氮?jiǎng)忌锉5獎(jiǎng)蓟瘜W(xué)保氮?jiǎng)F渲蠨MPP的固氮效果最好,它可以有效抑制硝化過程的進(jìn)行,減少銨態(tài)氮向硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化,使施入煙田的化肥氮多數(shù)以銨態(tài)氮的形式固持在土壤中供作物吸收利用,從而提高氮肥利用率,減少氮損失。

    4 結(jié)論

    在郴州煙稻輪作生態(tài)系統(tǒng)中,施用腐殖酸、沸石、麥飯石、煙梗水熱生物炭、硝化抑制劑(DMPP)和脲酶抑制劑(NBPT)等保氮物料均可在不同程度上減少煙田氮損失,提高氮肥利用率,保氮效果由低到高為礦物保氮?jiǎng)忌锉5獎(jiǎng)蓟瘜W(xué)保氮?jiǎng)?,其中最?yōu)為施用DMPP的處理,氮肥利用率為29.57%,其次為NBPT處理和煙梗水熱生物炭處理,均顯著提高煙田氮效益和煙葉產(chǎn)質(zhì)量。

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    收稿日期:2024-01-25

    基金項(xiàng)目:湖南省煙草公司郴州市公司科技項(xiàng)目(編號(hào):2020431000240132、2021431000240173)。

    作者簡(jiǎn)介:陳 卓(1998—),男,河南南陽(yáng)人,碩士研究生,主要從事煙草栽培與生理研究。E-mail:912488946@qq.com。

    通信作者:殷全玉,博士,副教授,主要從事煙草資源微生物利用與土壤保育研究。E-mail:quanyuy@126.com。

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