植物营养与肥料学报   2016, Vol. 22  Issue (6): 1655-1664 
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引用本文    doi:  http://dx.doi.org/10.11674/zwyf.15430
马兴华, 梁晓芳, 刘光亮, 石屹, 张忠锋. 氮肥用量及其基追施比例对烤烟氮素利用的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2016, 22(6): 1655-1664.
MA Xing-hua, LIANG Xiao-fang, LIU Guang-liang, SHI Yi, ZHANG Zhong-feng. Effect of nitrogen application rate and base and topdressing ratio on nitrogen utilization of flue-cured tobacco[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2016, 22(6): 1655-1664.
氮肥用量及其基追施比例对烤烟氮素利用的影响
马兴华, 梁晓芳, 刘光亮, 石屹 , 张忠锋    
中国农业科学院烟草研究所, 农业部烟草生物学与加工重点实验室, 青岛 266101
收稿日期：2015-10-19; 接受日期：2016-06-22
基金项目：公益性行业（农业）科研专项经费（201203091）；国家烟草专卖局特色优质烟叶开发重大专项（110201101006ts-06）资助
作者简介：马兴华(1979-), 男, 山东安丘人, 博士, 副研究员, 从事烟草栽培与营养研究。E-mail:maxinghua@caas.cn
通信作者：石屹, E-mail: shiyi@caas.cn；
张忠锋, E-mail: zhangzhongfeng@caas.cn
摘要: 【目的】 明确氮肥用量及基追肥比例对烤烟氮素吸收利用及氮素残留与损失的调控效应，提出提高氮肥利用率、降低氮肥损失的施氮策略。 【方法】 应用15N示踪技术，设置2个施氮量（90、60 kg/hm2）和2个基追肥比例（70%：30%、30%：70%），共4种氮肥处理方式。基肥在烟田起垄时施入，追肥于移栽后30天施入。在烤烟伸根期、现蕾期和成熟期采集烟株样品，成熟期采集0-20和20-40 cm土层土壤样品，测定含氮量和15N丰度。成熟期计算烟叶产量和产值。 【结果】 施氮量由90 kg/hm2降至60 kg/hm2，烟株吸收的基肥氮、追肥氮、土壤氮及总氮量均降低，肥料氮占总吸收氮的比例由32.1%降至28.1%，土壤氮的比例由67.9%增至71.9%。基肥氮、追肥氮在土壤中残留量与损失量降低，肥料氮损失率降低26.9%，利用率提高11.3%。追肥比例由30%增至70%，基肥氮的吸收量降低，其占总氮的比例由15.1%降至9.6%，损失率降低52.9%，利用率提高21.7%。追肥氮的吸收量增加，其占总氮的比例由12.7%增至22.8%，残留率提高20.5%，利用率降低20.4%。肥料氮的吸收量增加，其占总氮的比例由27.8%增至32.4%，残留率提高19.9%，损失率降低49.7%，利用率提高20.6%。降低施氮量和增加追肥比例对产量、产值无显著影响。 【结论】 降低施氮量和增加追肥比例均能够减少肥料氮的损失，提高肥料氮的利用率。在本试验条件下，施氮量为60 kg/hm2且70%追施是兼顾生态效益和经济效益的最佳氮肥运筹方式。
关键词: 施氮量     基追比例     氮素吸收     氮素利用率     氮素损失    
Effect of nitrogen application rate and base and topdressing ratio on nitrogen utilization of flue-cured tobacco
MA Xing-hua, LIANG Xiao-fang, LIU Guang-liang, SHI Yi , ZHANG Zhong-feng    
Tobacco Research Institute, Chinese Academy of Agriculture Sciences/Key Laboratory of Tobacco Biology and Processing, Ministry of Agriculture, Qingdao City, Shandong 266101, China
Abstract: 【Objectives】 The objective of the study was to clarify the responses of flue-cured tobacco to nitrogen application rates and the basal-topdressing ratio, and fertilizer nitrogen residue and loss, so as to propose an costeffective and environmental-friend nitrogen fertilization method. 【Methods】 A field experiment using the 15Ntracer technique was conducted with two N application rates (90 and 60 kg/hm2) and two basal-topdressing ratios (70%:30% and 30%:70%). The basal application was done with ridging and topdressing at 30 days after transplanting. Plant samples were collected at the root elongation, squaring and mature stage of flue-cured tobacco, soil samples in 0-20 and 20-40 cm depth were collected at the mature stage. The N contents and the abundences of 15N were measured, the yield and output value were investigated after the harvest. 【Results】 When the nitrogen application rate was reduced from 90 to 60 kg/hm2, the absorbed N from basal and topdressing N fertilizer and from soil nitrogen were all decreased; the proportion contributed by fertilizer in the total nitrogen uptake was decreased from 32.1% to 28.1%, whereas that from soil nitrogen was increased from 67.9% to 71.9%; the residues and losses of basal and topdressing fertilizer nitrogen were all decreased with the loss ratio of fertilizer N by 26.9%, and the fertilizer N use efficiency increased by 11.3%. When the proportion of topdressing nitrogen was increased from 30% to 70%, the N uptake ratio from basal application decreased from 15.1% to 9.6%, the loss ratio decreased by 52.9%, and the nitrogen use efficiency increased by 21.7%; while the N uptake ratio from topdressing was increased from 12.7% to 22.8%, the residual ratio increased by 20.5%, and the nitrogen use efficiency decreased by 20.4%; the total contribution rate of fertilizer N was increased from 27.8% to 32.4%, the residual ratio increased by 19.9%, the loss ratio decreased by 49.7%, and the nitrogen use efficiency increased by 20.6% as a result. Neither reducing nitrogen rate nor increasing topdressing nitrogen ratio had significant effect on yield and output value of flue-cured tobacco. 【Conclusions】 Reducing nitrogen application rate and increasing topdressing nitrogen ratio could decrease the loss of fertilizer nitrogen and increase the fertilizer nitrogen use efficiency. Under the experimental condition, the nitrogen application rate of 60 kg/hm2 with 70% top dressing was the optimal nitrogen application strategy taking account of ecological benefit and economic benefit.
Key words: nitrogen application rate     basal-topdressing ratio     nitrogen uptake     nitrogen efficiency     nitrogen loss    

施用氮肥是提高作物产量、改善作物品质的重要措施，但氮肥的不合理施用会造成利用率低、损失严重和污染环境等不良后果[1-2]。烤烟是一种对氮素敏感的叶用经济作物，不适量、不适时的氮素供应都会导致烟叶质量下降。因此在烤烟生产中更需要合理施用氮肥，以实现品质改善、氮肥高效和环境友好的目标。研究表明，烤烟对氮素的需求规律为伸根期需求少、旺长期需求增加、成熟期需要适时控氮[3]，而我国烤烟生产中重基肥轻追肥，70%~80%作基肥，20%~30%作追肥，氮肥施用与烤烟的氮素需求规律不相符，一方面造成氮肥利用率较低；另一方面生长前期土壤中的大量氮素会抑制根系生长，不利于根系的正常发育[4]。近年来，各烟区正逐渐改变传统的施氮方式，由重施基肥氮向适当减少基肥氮并结合分次追施转变。秦艳青等[5]研究结果表明，在追施氮占总施氮量70%条件下，能够满足烤烟打顶前正常生长需求，产量也达到了中上等水平。段凤云等[6]研究表明，烟叶产量随氮肥追施比例的增加而提高，超过70%后产量下降；而且烟叶产值、上等烟比例及中上等烟比例均以追肥比例70%为最高。王德宝等[7]研究指出，在一定施氮量范围内，随追肥比例增加，烟叶烟碱含量、钾含量、钾氯比呈降低趋势，中性致香物质含量逐渐增加。张海伟等[8]研究结果也表明，适当提高氮肥追施比例，有利于提高烟叶产量和质量。可见，增加氮肥追施比例能够满足烤烟的氮素需求，并能提高烟叶产量，改善品质。肥料氮是烤烟的主要氮素来源之一，王树声等[9]研究表明，随施氮量增加，烤烟积累的氮素中来自肥料氮的比例增加，积累的肥料氮中来自基肥氮的量增加。朱佩等[10]研究表明，砂壤土烤烟成熟期肥料氮的积累量最高，其次是壤土，粘壤土最低。马兴华等[11]研究表明，高肥力土壤烤烟吸收的肥料氮高于低肥力土壤。可见，目前关于烤烟对肥料氮的吸收、利用的研究主要集中在施氮量、土壤类型及土壤肥力方面。而不同基追肥比例条件下，烤烟对基肥氮和追肥氮的吸收分配规律，烤烟对不同来源氮的利用及基肥氮和追肥氮在土壤中的残留与损失尚不明确。稳定同位素示踪技术是研究植株氮素吸收、利用与分配的有效手段，可区分不同来源氮素对植株生长发育的贡献。本试验采用15N同位素标记技术，研究了施氮量和基追比例对烤烟吸收基肥氮、追肥氮及土壤氮的影响及其在烤烟中的分配，研究了烤烟对不同来源氮素的利用情况，分析了基肥氮和追肥氮在土壤中的残留与损失，为合理制定施肥策略提供理论依据。

1 材料与方法 1.1 试验地概况

试验于2012年在山东省诸城市贾悦镇苑一村进行，试验点生育期年均降雨量464.5 mm，试验年份降雨量435.3 mm，伸根期降雨量6.3 mm，旺长期降雨量99.9 mm，成熟期降雨量329.1 mm。供试土壤类型为褐土，0-30 cm土层pH 6.3，有机质含量0.72%、全氮含量100 g/kg、碱解氮含量43.5 mg/kg、有效磷含量17.7 mg/kg、速效钾含量93.6 mg/kg。供试品种NC55，5月8日移栽，行距1.2 m，株距0.5 m。试验田栽培管理措施按当地优质烟叶生产技术规范进行，全生育期覆膜。

1.2 试验设计

试验采用随机区组设计，小区面积为72 m2，3次重复，设4个处理：施氮90 kg/hm2，基追肥比例70%:30% (T1)；施氮90 kg/hm2，基追肥比例30%:70% (T2)；施氮60 kg/hm2，基追肥比例70%:30% (T3)；施氮60 kg/hm2、基追肥比例30%:70% (T4)。每个处理分别设基施普通硝酸铵+追施15N标记硝酸铵与基施15N标记硝酸铵+追施普通硝酸铵。小区内设置微区，每个小区设置6个微区，微区面积为120 cm × 50 cm，微区内植烟1株，用铁框与其他烟株分离，15N标记硝酸铵由上海化工研究院生产，丰度为10.21%。基肥使用方法为烟苗移栽前取出50 cm × 25 cm × 20 cm的土壤，与肥料混合均匀后回填，追肥于移栽后30天在烟株两侧距茎基部10 cm处追施，每侧使用追肥量的1/2，追肥深度为15 cm。N:P2O5:K2O=1:1:2.5，磷肥为过磷酸钙，钾肥为硫酸钾，磷钾肥全部作底肥施用。

1.3 测定项目与方法

分别在烤烟伸根期(移栽后30天，追肥前)、现蕾期(移栽后65天)和成熟期(移栽后90天)采集微区内烟株样品，每小区采集2株，每处理共采集6株。按根系、茎秆、叶片分样，样品经105℃杀青15 min后，70℃烘干至恒重，称重后粉碎过60目筛，测定全氮含量和15N丰度。烟叶成熟采收后在距离茎秆10 cm的位置用土钻采集0-20、20-40 cm土层土壤样品，每个微区采集4钻，混匀后放置阴凉处晾干，去除石块及动植物残体后粉碎过20目筛，测定全氮含量和15N丰度。

1.4 计算方法

植株吸收的氮来源于基(追)肥的比例=基(追)施氮处理植株样品15N原子百分超/肥料15N原子百分超× 100%

植株吸收的氮来源于基(追)肥的量=植株吸收的总氮量×植株吸收的来源于基(追)施氮的比例；

植株吸收的氮来源于土壤的量=总吸氮量-来源于基肥氮量-来源于追肥氮量；

植株吸收的氮来源于土壤的比例=植株吸收的氮来自土壤的氮量/植株吸收的总氮量× 100%

氮肥利用率=植株吸收的肥料氮量/施氮量× 100%

基(追)肥氮土壤残留比例=采收后基(追)肥处理土壤15N原子百分超/基(追)肥15N原子百分超× 100%

基(追)肥氮土壤残留量=成熟采收后微区土壤重量×土壤全氮含量×基(追)肥氮土壤残留比例

肥料氮土壤残留率=肥料氮土壤残留量/施氮量× 100%

肥料氮损失量=施氮量-植株吸收氮量-肥料氮土壤残留量

肥料氮损失率=肥料氮损失量/施氮量× 100%

2 结果与分析 2.1 不同生育期烟株的15N丰度、含氮量及生物量

随生育进程，烟株各器官的15N丰度和含氮量显著降低，生物量显著增加(表 1)。基追比例相同，施氮量60 kg/hm2处理的烟株各器官各生育期的15N丰度总体低于施氮量90 kg/hm2处理。施氮量相同，伸根期氮肥70%追施处理烟株各器官的15N丰度显著低于30%追施处理；现蕾期和成熟期，氮肥70%追施处理烟株各器官的基肥氮15N丰度显著低于30%追施处理，追肥氮15N丰度显著高于30%追施处理。即增加追肥比例降低了烤烟各器官基肥氮而增加了追肥氮15N丰度。相同基追比例，各生育期烟株各器官的含氮量总体表现为施氮量60 kg/hm2的处理低于90 kg/hm2的处理；相同施氮量，成熟期叶片的含氮量为70%追施处理低于30%追施处理，而茎秆的含氮量则为70%追施处理高于30%追施处理。施氮量和基追比例对生物量的影响主要表现在现蕾期，总体为施氮量60 kg/hm2的处理低于90 kg/hm2的处理，70%追施处理低于30%追施处理，成熟期不同处理间生物量差异较小。

表1 不同生育期烟株各器官的15N丰度、含氮量及生物量 Table 1 15N abundances, N contents and biomass of various organs at different growth stages of flue-cured tobacco
2.2 烤烟对基肥氮与追肥氮的吸收

表 2显示，相同基追比例，减少施氮量，烤烟的氮素吸收量降低。各生育期烤烟对基肥氮、追肥氮、肥料氮的吸收量及肥料氮占总氮的比例均为施氮量60 kg/hm2的处理低于90 kg/hm2的处理。相同施氮量，伸根期和现蕾期烤烟的氮素吸收量为氮肥70%追施处理低于30%追施处理，但成熟期无显著差异。各生育期烤烟对基肥氮的吸收量及其占总吸收量的比例为70%追施处理显著低于30%追施处理，烤烟对追肥氮的吸收量及其占总吸收量的比例和烤烟对肥料氮的吸收量及其占总吸收量比例均表现为70%追施处理显著高于30%追施处理，说明增加追肥比例提高了烤烟对追肥氮和总肥料氮的吸收积累。伸根期烤烟土壤氮吸收量及其占总吸收量的比例为70%追施处理高于30%追施处理，而在现蕾期和成熟期则相反，说明增加追肥比例降低了生长中后期对土壤氮的依赖。

表2 不同生育期烤烟吸收的基施和追施氮量及其在总吸收氮中占的比例 Table 2 N uptake from basal and topdressing fertilizer at different growth stages of flue-cured tobacco and the corresponding ratio in total N
2.3 基肥氮和追肥氮在烤烟不同器官中的分配

由表 3可以看出，烤烟不同生育期基肥氮和追肥氮在各器官中的分配量和分配比例均表现为叶片＞茎秆＞根系。随生育进程，基肥氮在各器官中的分配量呈先增加后降低趋势，现蕾期最高；基肥氮在叶片中分配比例逐渐降低，茎秆中逐渐增加，根系中变化较小。追肥氮在根系和叶片中的分配量和分配比例降低，而在茎秆中的分配比例增加。说明，生育后期吸收的肥料氮更多地分配给茎秆生长。相同施氮量，基肥氮在根系、茎秆和叶片中的分配量表现为氮肥70%追施处理显著低于30%追施处理，但追肥氮的分配量则相反。相同基追比例，基肥氮及追肥氮在各器官中的分配量为施氮量60 kg/hm2的处理显著低于90 kg/hm2的处理。施氮量和基追肥比例的变化对基肥氮和追肥氮的分配比例影响较小。

表3 不同生育期肥料氮在烤烟不同器官中的分配量和分配比例 Table 3 Distribution amount and percentage of nitrogen derived from fertilizer in organs of plant at different growth stages
2.4 肥料氮在土壤中的残留

烟叶成熟采收后，0-20 cm土层基肥氮和追肥氮的残留量及残留率显著高于20-40 cm土层(表 4)。相同基追比例，0-20 cm土层的基肥氮、追肥氮及肥料氮的残留量表现为施氮量60 kg/hm2处理低于90 kg/hm2处理，基肥氮、追肥氮及肥料氮的残留率表现为施氮量60 kg/hm2处理高于90 kg/hm2处理。20-40 cm土层的基肥氮、追肥氮及肥料氮的残留量与肥料氮的残留率表现为施氮量60 kg/hm2处理低于90 kg/hm2处理。相同施氮量，70%追施处理各土层的基肥氮残留量均低于30%追施处理，追肥氮和总肥料氮的残留量高于30%追施处理。除20-40 cm土层基肥氮的残留率为T2＜T1外，其他各土层基肥氮、追肥氮和总肥料氮的残留率均为70%追施处理高于30%追施处理。

表4 基肥氮和追肥氮在土壤中的残留 Table 4 Nitrogen residual of basal and topdressing nitrogen fertilizer in soil
2.5 肥料氮损失

由表 5可见，相同基追比例，烟叶成熟采收后基肥氮、追肥氮和肥料氮的损失量与损失率均表现为施氮量60 kg/hm2低于90 kg/hm2的处理，说明降低施氮量显著减少了基肥氮、追肥氮的损失，进而降低了肥料氮的损失。相同施氮量，基追比例30%:70%的处理基肥氮和总肥料氮的损失量和损失率均低于70%:30%处理，追肥氮的损失量高于70%:30%处理，损失率无显著差异。说明提高追肥比例降低了肥料氮的损失。

表5 基肥氮和追肥氮的损失 Table 5 Nitrogen loss of basal and topdressing nitrogen fertilizer
2.6 肥料氮利用率

由表 6可以看出，相同基追比例，烤烟对基肥氮、追肥氮及肥料氮的吸收量均为施氮量60 kg/hm2处理显著低于90 kg/hm2处理，但基肥氮利用率在不同施氮量间无显著差异，追肥氮和肥料氮的利用率为施氮量60 kg/hm2处理高于90 kg/hm2处理。相同施氮量，烤烟对基肥氮的吸收量为70%追施处理低于30%追施处理，追肥氮和肥料氮的吸收量为70%追施处理高于30%追施处理，基肥氮和肥料氮的利用率为70%追施处理高于30%追施处理，追肥氮的利用率70%追施处理低于30%追施处理。

表6 基肥氮和追肥氮的利用 Table 6 Nitrogen utilization of basal and topdressing nitrogen fertilizer
2.7 经济性状

由表 7可以看出，相同施氮量，增加追肥比例，产量、产值、均价及中上等比例均无显著变化。相同基追肥比例，降低施氮量，产量、产值略有降低，均价稍有提高，但中上等比例显著提高。说明，在本试验条件下，降低施氮量能显著提高中上等比例，但其他经济性状受施氮量和基追比例的影响均不显著。

表7 不同处理烟草经济性状 Table 7 Economical traits of flue-cured tobacco affected by different treatments
3 讨论 3.1 施氮量和基追比例对烤烟吸收与分配不同来源氮素的影响

谷海红等[12]研究表明，移栽初期烟株吸收的肥料氮高于土壤氮，打顶后烟株吸收的土壤氮占同期吸氮总量的比例显著高于肥料氮，烟株整个生育期吸收的氮素主要来自于土壤氮，采收结束时土壤氮量在不同器官中的分配表现为茎＞上部叶＞中部叶＞下部叶＞根系。习向银等[13]研究表明，各生育时期烤烟吸收的土壤氮均高于肥料氮。刘青丽等[14]研究表明，烤烟对肥料氮的吸收高峰早于土壤氮，烤烟进入旺长期后，土壤氮的吸收速率高于肥料氮，转入吸收土壤氮为主。本研究结果表明，团棵追肥前，烤烟吸收的肥料氮高于土壤氮，但之后，烤烟对土壤氮的吸收量占总氮的比例逐渐提高，肥料氮的比例逐渐降低，这与前人的研究结果基本一致。而且本研究结果还表明，降低施氮量，同时降低了基肥氮和追肥氮吸收量及其占总氮的比例，提高了土壤氮吸收量及其占总氮的比例。在同一施氮量条件下，提高氮肥追施比例，降低了基肥氮吸收量及其占总氮的比例，提高了追肥氮吸收量及其占总氮的比例，最终提高了肥料氮的吸收量及其占总氮的比例，降低了土壤氮的积累量及其占总氮的比例。

王鹏等[15]研究表明，烟株吸收的肥料氮主要分配在中上部烟叶，占烟株吸收肥料总氮的50%以上。本研究结果表明，肥料氮在烤烟不同器官中的分配量和分配比例表现为叶片＞茎＞根系，而且随施氮量的降低，各器官中基肥氮和追肥氮的分配量降低，但分配比例提高。提高氮肥追施比例，降低了基肥氮在各器官中的分配，但提高了追肥氮在各器官中的分配，而且对叶片的影响显著大于其他器官。

3.2 施氮量和基追比例对烤烟氮肥利用率的影响

作物生产中，氮肥利用率是衡量施氮是否合理的重要指标。氮肥利用率与作物基因型、土壤条件和管理措施密切相关[16]。在所有的管理措施中，氮肥种类、用量及其使用方法对氮肥利用率的影响较大[17-18]。研究表明，氮肥利用率随施氮量增加而降低[19-20]。本研究结果表明，随施氮量降低，氮肥利用率增加，与前人的研究结果一致。因为肥料氮分为基肥氮和追肥氮，因此进一步分析基肥氮和追肥氮的利用率可以发现，降低施氮量同时提高了基肥氮利用率和追肥氮利用率，但追肥氮提高更突出，说明从提高肥料利用率的角度考虑，应减少基肥氮的使用量。本研究结果还表明，提高氮肥追施比例显著提高了氮肥的利用率，这与张翔等[21]的研究结果一致，通过分析基肥氮和追肥氮的利用率可以看出，氮肥追施比例增加显著提高了基肥氮的利用率，而降低了追肥氮的利用率。

3.3 施氮量和基追比例对肥料氮残留与损失的影响

施入土壤中的氮肥去向包括3个方面：作物吸收、土壤残留和损失[22]。本研究中，成熟采收后肥料氮27.7%~37.2%被烤烟吸收利用，40.4%~52.0%残留在土壤中，10.8%~31.9%损失，可见本试验条件下，当季施入的肥料氮以残留固定为主，损失较少。原因主要是烤烟生长过程中全生育期覆膜，雨水淋溶作用较小；而且本试验中采集0-40 cm土层的土壤样品进行分析，此土层可涵盖约70%的烤烟根系分布，具有较好的代表性，肥料氮运移到此土层以下的视为淋溶损失。有研究表明，土壤中肥料氮的残留量随施氮量增加而增加，改变施氮量和施肥时期对肥料氮在土壤中的残留和分布有显著影响，适当延后氮肥追施时期或增加追肥比例有利于减少肥料氮的损失[23-27]。但也有研究表明，氮肥施用时期对肥料氮在土壤中的残留和分布无显著影响[28]。本研究结果表明，减少施氮量显著降低了肥料氮的残留量和损失量，这与前人研究结果一致。本研究结果还表明，追施比例增加，肥料氮的残留量增加，损失量降低，这与袁仕豪等[29]的结果不一致，主要是由于增加追肥比例后，追肥氮的残留量增加了，而损失量降低了，而且追肥氮损失量的降低幅度远高于追肥氮残留量的增加幅度，最终导致残留量略有增加，而损失量显著降低，因而损失率也显著降低。

4 结论

适量降低施氮量和增加追肥比例能够减少氮肥损失、提高肥料利用率，增加土壤氮的吸收而不影响烤烟产量、产值。在本试验条件下，施氮量为60 kg/hm2且70%于移栽后30天追施能较好地协调生态效益和经济效益。

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