不同磷肥施用量对植烟土壤磷有效性及烟叶产量和品质的影响

谢 瑞，易忠经，申修贤，杜莹博，刘云鹤，聂 琼

(1.贵州省烟草品质研究重点实验室，贵州大学烟草科学研究中心，贵州 贵阳 550025；2.贵州省烟草公司遵义分公司，贵州 遵义 563000)

磷素是作物生长发育所必需的大量元素之一，其主要来源于土壤，参与植株体内核酸、蛋白质、碳水化合物以及能量代谢等过程。由于当季施入土壤中的磷肥有效性低、利用率不高，在上世纪80、90年代，我国约有2/3的土壤处于缺磷状态[1，2]。为解决磷肥不足的问题，近几十年来，我国过量施肥现象极为普遍，步入了高施肥水平国家行列，磷肥的消费量更是居世界之首[3，4]。过量施肥会导致肥料的利用率降低，如此一来便形成恶性循环，不仅增加了生产成本，造成了浪费资源，残留在土壤中的磷进入水体还会污染环境，破坏生态平衡。

近年来，如何科学、合理地施用磷肥以及磷在土壤中的积累、转化和有效性问题成为了研究热点[5]。李新乐等[5]研究表明，连续施用磷肥可显著提高土壤中的全磷、有效磷和无机磷含量，扩大土壤中的有效磷库；颜晓等[6]研究了太湖地区长期不同施磷水平下稻田土壤磷素积累及流失引发的环境风险，结果表明，在稻麦轮作体系下，稻麦的产量在低磷施肥条件下与适磷、高磷施肥条件下差异不显著，而磷素淋溶及径流的风险却显著低于后者；黄莹[7]等研究不同施磷量和施磷频次对玉米产量、养分吸收及其平衡状况的影响，结果显示，磷素营养不是该区域玉米生产的主要限制因子，且在施磷总量一致的情况下，一次性施用磷肥更能扩大土壤的有效磷库。烟草是我国主要种植的经济作物之一，在国民经济中占有十分重要的地位[8]。烟叶生产中同样存在过量施磷的情况，不仅增加了生产成本，还威胁到生态平衡，阻碍了烟叶生产的可持续发展；鉴于此，本文研究了磷肥失调情况下，绥阳典型植烟土壤的磷素状况及磷素失调对烟叶产量和品质的影响，为该地区烟叶生产合理施磷，节省成本以及减少环境污染等提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

在遵义市绥阳县铺场镇选取肥力中等具有代表性的试验田块，以当地主推烤烟品种K326为试验材料，种植密度1100 株/667 m2，前茬作物为玉米；供试土壤基本磷素状况如下表1所示：

表1 供试土壤基本磷素情况表Tab.1 The list of basic phosphorus status of tested soil

1.2 试验设计

以绥阳烤烟种植中常规肥料用量为对照，即基肥55 kg/667 m2，N∶P2O5∶K2O=9∶9∶25；追肥15 kg/667 m2，N∶P2O5∶K2O=15∶0∶30，设置一个空白对照(不施任何肥料)，一个缺磷处理(不施磷肥，正常施用氮钾肥)，一个磷过量处理(施用正常用量2倍的磷肥)，施肥量详见表2。采用随机区组设计，4个处理，重复3次，共12个小区，每小区5行，每行种植12株烟，设置2～3个保护行。

1.3 试验方法

1.3.1施肥方法 基肥穴施，追肥窝施。其中氮肥用尿素，磷肥用普钙，钾肥用硫酸钾，分别配置成处理所需比例施用，氮肥和钾肥70%用作基肥，30%作追肥，磷肥全部用作基肥。

表2 不同处理施肥量Tab.2 Different of fertilizer treatments

1.3.2取样方法 土壤采样6次，分别在移栽前1次，移栽后3周、6周、9周、11周和16周各1次。取样时在小区中画“S”形，在“S”形上等间隔选取5个采集点，土壤制成混合样，取回后风干备用。采样点应具有代表性，避开田埂、堆肥处、蚂蚁窝等异常处。每个采样点土壤采样深度为0～20 cm的土层，土壤重量1.2 kg，5个点土壤混合后用四分法使土壤总量保持在1.5 kg，装入土壤样品袋，然后填写标签。烟株取样5次，从移栽后3周开始取烟株地上部分，取样时间与土样同步。

1.4 分析测定项目

移栽后11周，在各小区选取长势一致，具有代表性的烟株5株，测定其农艺性状；烟叶成熟后按小区采收、统一堆放、严格按照三段式烘烤方式调制，42级国标分级，然后按当地烟叶收购价格标准统计各处理烟叶产量、产值、均价和中上等烟比例。

各小区取成熟期中部叶片进行常规化学成分检测，水溶性糖、还原糖、烟碱、全氮和全磷分别按照标准YC/T 159-2002、YC/T 160-2002、YC/T 161-2002和YC/T 162-2002烟草及烟草制品的测定连续流动法测定，全钾的测定按YC/T173-2003烟草及烟草制品火焰光度法进行，另取的烟株地上部分测定其全磷含量，标准与叶片相同。

土样带回实验室自然风干后，各处理混合均匀，磨细并通过0.3 mm孔径筛分装保存。用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法(Olsen法)测定土壤有效磷。无机磷分级中，首先用1 mol/L氯化铵浸提土壤中水溶性磷和吸附态磷，再用0.5 mol/L的氟化铵溶液分离Al-P；Fe-P用0.1 mol/L的氢氧化钠溶液浸提；继而用0.3 mol/L的柠檬酸三钠(Na3C6H5O7·2H2O)和连二亚硫酸钠溶(Na2S2O4·2H2O)液浸提出O-P；而Ca-P用0.5 mol/L硫酸溶液在强酸性条件下提取出来。

1.5 数据处理

用DPS和Excel软件进行数据统计与分析。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对烤烟农艺性状的影响

表3 不同施肥处理对烟株农艺性状的影响Tab.3 Effects of different fertilization treatments on Agronomic Characters of tobacco

注：小写字母为P=0.05水平上的差异显著性，带有相同字母的表示无显著差异，不同字母的表示具有显著差异，下同。

Note： Different letters from the same soil layer in the same column mean significantly different at 5% level， the same below.

由表3可以看出，磷过量处理烟株在株高、茎围、腰叶长、腰叶宽等性状方面显著高于CK1和CK2，且随着施磷量的增加，株高分别为87.9、92.2、99.6和110.5 cm，呈逐渐增加的趋势；株高是烟株长势最直接的外部表现，株高的增加往往伴随着叶片数的增加和茎围的扩大，并在一定程度上反映了烟株生长代谢的强弱，由此说明磷肥对烟株的生长发育起着重要的促进作用。

2.2 不同施肥处理对烟叶经济性状和化学成分的影响

表4 不同施肥处理对烟叶经济性状的影响Tab.4 Effects of different fertilization treatments on economic characteristics of tobacco leaves

从表4可以看出，过量施磷，烟叶产量最高，达到了156.6 kg/667 m2，其次是CK2，149.5 kg/667 m2，最低的是CK1，仅为123 kg/667 m2，说明增施磷肥在一定程度上可以提高烟叶产量；烟叶的均价和中上等烟比例是其外观质量的体现，QL和LG处理，其均价和中上等烟比例均低于对照组CK1和CK2，表明磷肥失调，烟叶外观质量较差。表5显示，在烟叶成熟期，磷肥失调，其还原糖和水溶性糖分别为14.95、14.97和8.17、8.14%，均低于对照组CK1和CK2，除了烟碱含量外，其它各项化学成分指标均不在优质烟范围内，各化学成分不协调，内在品质较差。

表5 不同施肥处理对成熟期烟叶化学成分的影响

注：优质烟各项化学成分范围[9]，还原糖：16～20%；烟碱：1.5～3.5%；蛋白质：8～10%；糖碱比：8～12%；氮碱比：1或略小1

Note： The range of high-quality tobacco chemical components， reducing sugar： 16～20%； nicotine： 1.5～3.5%； 8～10%； protein sugar alkali ratio： 8～12%； nitrogen alkali ratio： 1 or Slightly less than 1

2.3 磷肥失调对土壤磷有效性的影响

2.3.1不同施肥量对烟株含磷量的影响

注：横坐标均表示烤烟移栽后的周数，下同。

由图1可看出，不同施肥处理烟株磷含量表现显著的差异，移栽后3周，LG处理烟株磷含量最高，达到0.42%，显著高于QL处理，和CK1、CK2间差异不显著；QL处理烟株磷含量最低，为0.3%，与CK1、CK2间差异显著；移栽后6周到11周，各施肥处理间烟株磷含量均表现为降低的趋势，这可能是由于此时氮肥促进烟株生长发育的作用开始显现，从而抑制了对磷肥的吸收；移栽后11周到16周，CK1烟株磷含量最高，增加了0.09%，达到了2.7%，与QL处理间差异显著；CK2和QL处理均增加了0.01%，LG处理保持不变；由于CK1处理不施任何肥料，一方面说明以往残留在土壤中的磷还可以再度被烟株利用，Bolland等[10]的研究表明，磷肥的残效期较长，重施一次磷肥，其后效至少可持续10年以上；而另一方面，此时已是烤烟生育后期，氮素对磷的抑制作用逐渐减弱，所以各处理烟株含磷量有轻微的上升，CK1土壤中氮素含量较其他处理少，这种作用就更弱了，所以此时该处理烟株磷含量上升幅度较大。

2.3.2不同施肥量对土壤有效磷含量的影响

图2 不同施肥量对土壤有效磷含量的影响Fig.2 Effects of different fertilizer amount on available P content in soil

土壤有效磷含量不是衡量土壤磷生物有效性的唯一指标，但是最重要的指标。图2显示，烟株移栽后3周到6周，CK1土壤有效磷含量最高，分别为3.86和4.2 mg·kg-1，相对于原始土样的3.67 mg·kg-1，增加了5.2%和14.4%，各施肥处理土壤中有效磷含量差异不显著，都有上升的趋势；此时，CH1和QL处理的有效磷来源于残留在土壤中缓效态磷的转化，说明残留在土壤中的磷仍具有生物有效性。移栽后9到11周，此时正值烟株需肥旺盛期，CK2和LG处理土壤有效磷含量大幅上升，与另外两个处理间差异显著，表明增施磷肥能显著提高土壤中的有效磷含量。移栽后16周，各施肥处理土壤有效磷含量趋于平衡，相对于原始土样，LG处理仅增加了8.4%，其余各处理略有下降，说明过量施磷其有效磷的转化率并不高，造成了磷肥资源的浪费。

2.3.3不同时期土壤无机磷的形态含量

表6 不同时期土壤Ca-P含量(mg·kg-1)Tab.6 Soil Ca-P content in different periods(mg·kg-1)

表7 不同时期土壤Al-P含量(mg·kg-1)Tab.7 Soil Al-P content in different periods(mg·kg-1)

表8 不同时期土壤Fe-P含量(mg·kg-1)Tab.8 Soil Fe-P content in different periods(mg·kg-1)

表9 不同时期土壤O-P含量(mg·kg-1)Tab.9 Soil O-P content in different periods(mg·kg-1)

表10 各处理不同时期土壤无机磷含量(mg·kg-1)Tab.10 The content of inorganic phosphorus in soil at different periods of treatment

酸性土壤中，无机磷是土壤最直接的磷源，其主要以Fe-P的形态存在，Al-P约占无机磷比例的10%～20%，O-P含量较高，Ca-P所占比例不大[11，12]。从表5～8可看出，各处理土壤无机磷形态中，Fe-P含量最高，为16～19 mg·kg-1，Al-P最少，其含量不足1 mg·kg-1，原因可能是随着年限的增长，自然状态下土壤中的无机态铝磷转化成了铁磷，从而导致Fe-P含量大幅上升而Al-P含量下降，这与林治安等[13]石灰性土壤无机磷形态转化及其有效性研究的结论相符；LG处理各形态无机磷含量均最高，且与其他处理间差异显著，说明过量施磷，土壤中各形态无机磷含量均相应增加。从总量上来看(表10所示)，各处理无机磷含量在烤烟整个生育期内变化量不大，在1 mg·kg-1左右，仍然是LG处理土壤中无机磷总量最高，与其他处理间差异显著，其次是CK2，QL处理最低，说明增施磷肥可有效提高土壤有效磷库；另外，原始土样无机磷含量为28.35mg·kg-1，在移栽后16周，这时烟叶已采收完成，4个处理土壤无机磷含量相对于原始土样的增加量分别为21.7、12.0、8.4和7.1%，说明该植烟土壤磷素含量丰富，过量施磷和正常施磷会导致大量磷素残留于土壤中。

3 结论与讨论

从植物营养生理上看，缺少某些营养元素，必然会导致其他养分的吸收降低，从而影响植株的生长发育，在表3和表4中，QL处理烟株农艺性状较差，烟叶产量较低，就是这个原因；原始土样中各营养元素含量处于动态平衡当中，过量施磷或仅不施磷肥，势必会打破这种平衡关系，导致烟叶内在化学成分不协调，从而影响烟叶质量，这也是CK1和CK2烟叶经济性状和内在化学品质优于磷失调处理的原因。

CK1虽不施任何肥料，但磷素营养状况却好于QL处理，如图1显示，在移栽后16周，其烟株磷含量达到0.27%，甚至高于磷过量处理，因为氮、磷、钾营养元素之间存在交互作用[14]，推测这可能与养分间相互促进和抑制吸收现象有关；CK1和QL处理烟株中的磷来源于以往残留在土壤中缓效态磷，说明残留在土壤中的磷仍然具有生物有效性，这与周宝库等[15]的研究结论相符；烟叶采收后，4个处理土壤中的无机磷总量相对于原始土样均有增加，说明该植烟土壤磷素含量丰富，CK1和QL处理不施磷肥，其增加的无机磷可能来源于土壤中有机态磷的转化，土壤中有机态磷主要包括核酸类、植素类、磷脂类等有机磷化合物[16]，一般来说，不能直接被植株所吸收，但是在一定的条件下，其可以转化为无机态磷而被植株所吸收。冯固等[17]研究5种形态无机磷对玉米的有效性，结果表明土壤中的Fe-P和O-P有效性较低，很难被植株所利用，但其也是土壤中潜在的有效磷源；LG处理在土壤有效磷、各形态无机磷及无机磷总量方面均显著高于其他处理，说明增施磷肥能扩大土壤的有效磷库；另外，图2显示，烟叶采烤后，相对于原始土样，LG处理土壤有效磷含量仅增加了8.4%，说明增施的磷大多以缓效态残留在土壤中，不仅浪费了资源，还增加了环境污染的风险。

综合结果表明，仅缺磷(QL处理)，烟叶产量和品质都会有不同程度的下降；但施磷过量(LG处理)，烟叶产量提高，但品质下降，不仅造成资源浪费，还可能会增加生态环境污染的风险。鉴于该植烟土壤磷素含量丰富，且残留在土壤中的磷仍具生物有效性，建议适当降低磷肥施用量长期施用或以当地正常施磷量间歇性施用。因为烟叶生产质量是第一要务，磷肥失调会影响烟叶质量，所以，在降低磷肥施用量时也要按氮、磷、钾正常施用比例来适当调整氮、钾肥的施用量。

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