欧阳铖人，王钧宜，于良君，王德勋，赵正雄*

（1.云南农业大学 烟草学院，云南 昆明 650201；2.大理州烟草公司，云南 大理 671000）

【研究意义】湖泊水体富营养化治理是全球性水环境亟待解决的重大难题[1-2]。近年来，随着区域经济和工农业的快速发展，作为云南省主要湖泊的洱海和抚仙湖都面临水体富营养化风险加剧的环境问题[3-4]。农田径流携带高浓度氮磷养分汇入河湖流域是造成该流域水体富营养化的主要原因之一[5-7]。因此，减少湖泊流域水体污染的关键是降低农田径流氮磷等养分流失。施肥是影响农田氮磷养分流失的重要因素之一，过量肥料投入以及肥料投入不合理会向环境释放大量盈余氮磷污染物，增加水体富营养化的风险，严重影响生态环境安全[8-10]。加之肥料的过量及不合理施入打破农业投入产出平衡，严重影响农业的可持续发展。烟草是洱海和抚仙湖流域的主要经济产业之一。在烟叶生产中常施入一定量化肥来提高烟叶产量[13]。然而，化肥大量投入必然增加流域水体富营养化风险，如何有效治理流域水体污染的同时保障烟叶优质生产是流域烟叶生产中亟待解决的重要问题。【前人研究进展】有机肥替代化肥是近年来整个农业关注的重要话题之一[11-12]。近年来研究表明，有机肥替代化肥能提高土壤有机质含量，改善烟叶品质，因而有机肥替代化肥受到烟草行业的广泛关注[13]。因此大量研究关注于适宜的有机肥替代化肥比例对土壤质量及作物产量的影响[14-15]。【本研究切入点】有机肥替代化肥比例不合理不仅影响作物的生长及其产量[15-16]，而且也会造成农田氮磷等养分大量流失，污染水域环境，加剧水体富营养化，增加农业面源污染的风险[17-18]。因此，探讨适宜的有机肥替代比例对于湖泊流域环境和经济效益的平衡具有重要意义。【拟解决的关键问题】本试验拟在弥渡和澄江两地开展有机肥替代化肥的方式在改善烟叶品质的同时，以更好降低湖泊流域氮磷养分流失，通过实时收集烟株生长期间的径流和渗漏水样，研究有机肥替代化肥比例对烟叶生产及其环境的影响，以在保障烟农收入的同时，更好保护水质环境。

1 材料与方法

1.1 试验地点

试验点1 位于弥渡县新街镇后所村（N25°22'30.16″，E100°25'34.25″，海拔1 879 m）。该区属中亚热带季风气候，年均温为17.3 ℃，年均降雨量824.4 mm。全年日照总时数2 250 h，日照率55%。试验点2位于澄江县龙街镇上海洋村（N24°40'36.99″，E102°54'24.50″，海拔1 697 m）。该区属中亚热带高原季风型气候，年均温17.5 ℃，年均降雨量900～1 200 mm。全年日照总时数2 172 h，日照率50%。两地土壤类型为水稻土，种植烤烟前土壤基本理化性质见表1。

表1 供试土壤基本化学性质Tab.1 Characteristics of soil nutrient of flue-cured tobacco in the two field experiments

1.2 试验材料

供试品种为红花大金元（弥渡）和K326（澄江）。

弥渡点供试肥料为：烤烟专用复合肥（N-P2O5-K2O=10-10-24），硫酸钾（K2O≥50%），普钙（P2O5含量≥16%），牛粪有机肥（N-P2O5-K2O=3-3-7.5）。澄江点供试肥料为：烟草专用复合肥（N-P2O5-K2O=12-6-24），硫酸钾（K2O ≥50%）和硫酸镁，油枯型有机肥（N-P2O5-K2O=2-1-2）。

1.3 试验设计

试验设当地常规推荐化肥施用量处理（CK）、25%有机肥替代化肥处理（M25）、50%有机肥替代化肥处理（M50）、75%有机肥替代化肥处理（M75）和100%有机肥替代化肥处理（M100）5个处理。分别在弥渡和澄江两个试验点进行，每公顷施用纯氮75 kg（表2）。

表2 不同有机肥替代化肥处理肥料施用量Tab.2 Characteristics of fertilizer of flue-cured tobacco under different organic manure replacing chemical fertilizer treatment in the two field experiment

试验采用随机区组设计，3 次重复。各处理氮磷钾总量一致，基追比为3∶7；弥渡和澄江点小区面积为12 m×3.6 m，株行距为120 cm×60 cm，每小区60 株；弥渡点2019 年4 月28 日移栽和施用基肥，5 月17 日和6 月3 日进行追肥；澄江点2019 年4 月30 日移栽和施用基肥，5 月18 日和6 月6 日进行追肥。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 烟株农艺性状和经济性状测定 农艺性状以小区为单位，于烟叶采烤前随机抽取烟株进行挂牌标记，按国标YC/T142—2010 测定并记录株高、茎围、最大叶长、最大叶宽。经济性状以小区为单位，每小区单独采收、编杆、烘烤、分级、计产和存储，初烤烟叶按照国标GB2635—1992 分级，统计每个小区烟叶的产量和中上等烟比例，根据2019年大理州和玉溪市烟叶收购价格计算烟叶的产值和均价。

1.4.2 水样采集和测定 每小区对应安装一套径流水、渗漏水收集装置，于降雨后产生径流水和渗漏水时对水样进行收集，采样深度为40 cm，每次降雨后迅速测量并记录各小区径流水和渗漏水体积，同时采集水样装入500 mL的收集瓶，标记编号，带回实验室放入4 ℃的冰箱内冷藏保存，测定总氮和总磷含量。总氮采用碱性过硫酸钾消解法[17]，总磷采用钼酸铵分光光度法[18]。

1.5 统计分析方法

所有指标采用IBM SPSS Statistics 23.0进行数据统计和方差分析。方差分析采用LSD法进行单因素比较。显著水平均为P＜0.05。

2 结果与分析

2.1 不同有机肥替代化肥比例对流失水总量的影响

图1 可知，弥渡和澄江两个试验点结果表明，25%有机肥替代化肥处理（M25）、50%有机肥替代化肥处理（M50）、75%有机肥替代化肥处理（M75）和100%有机肥替代化肥处理（M100）的径流水流失量和当地常规推荐化肥（CK）施用量处理差异不显著。渗漏水结果与径流水保持一致。

图1 不同有机肥替代化肥处理下径流水和渗漏水流失总量差异分析Fig.1 Characteristics of water loss of runoff and infiltration of flue-cured tobacco under different organic manure replacing chemical fertilizer treatment

2.2 不同有机肥替代化肥比例对氮磷流失量的影响

图2 可知，弥渡和澄江两个试验点结果表明，M25、M50、M75、M100处理的径流水总氮流失量低于CK 处理。与CK 相比，M25、M50、M75和M100处理的径流水总氮流失量分别降低了14.73%～15.79%、20.84%～22.38%、19.90%～56.90%和36.57%～83.76%。有机肥替代化肥处理中，M100处理的总氮流失量低于M25、M50和M75处理，但弥渡点差异不显著。总磷流失量与总氮流失量结果一致，即有机肥替代化肥处理降低了径流水总磷流失量。有机肥替代化肥处理中，弥渡点M25、M50、M75和M100处理的径流水总磷流失量差异不显著，澄江点M50、M75和M100处理的径流水总磷流失量显著低于M25处理。综合氮磷养分流失而言，有机肥替代化肥比例控制在50%～75%较好。

图2 不同有机肥替代化肥处理下径流水中氮磷养分流失量差异分析Fig.2 Effects of nitrogen and phosphorus loss of runoff amount in flue-cured tobacco under different organic manure replacing chemical fertilizer treatment

图3可知，弥渡和澄江两个点结果一致，即M25、M50、M75、M100处理的渗漏水中总氮流失量低于CK处理。与CK 相比，M25、M50、M75和M100处理的渗漏水总氮流失量分别降低了14.91%～36.70%、41.41%～48.81%、29.49%～37.50%和42.14%～67.11%。有机肥替代化肥处理中，澄江点M100和M75处理的总氮流失量低于M25和M50处理，但弥渡点差异不显著。总磷流失量与总氮流失量结果一致，即有机肥替代化肥处理降低了渗漏水总磷流失量。有机肥替代化肥处理中，两个点M25、M50、M75和M100处理的总磷流失量差异不显著。综合氮磷养分流失而言，有机肥替代化肥比例控制在50%～75%较好。说明有机肥替代化肥能有效降低土壤中氮磷流失量，可能原因是有机肥替代后增加了土壤孔隙度，促进根系生长，提高了肥料利用效率。

图3 不同有机肥替代化肥处理下渗漏水中氮磷养分流失量差异分析Fig.3 Effects of nitrogen and phosphorus loss of infiltration amount in flue-cured tobacco under different organic manure replacing chemical fertilizer treatment

2.3 不同有机肥替代化肥比例对烤烟生长和经济效益的影响

表3 可知，两个点结果表明，旺长期M100处理的株高低于CK、M25、M50、M75处理，但M25、M50、M75和CK处理之间差异不显著。CK、M25、M50、M75和M100处理的茎围、最大叶长和最大叶宽差异不显著。弥渡点中，M25处理的最大叶长显著高于M75处理，但与M50和M100处理差异不显著。澄江点中，M50和M75处理的株高高于CK、M25和M100处理，但差异不显著。CK、M25、M50、M75和M100处理的茎围、最大叶长和最大叶宽差异不显著。整体而言，有机肥25%～75%替代化肥促进烟株的生长，可能的原因是有机肥替代化肥提升了土壤中速效养分的含量，促进烟株对养分的吸收。

表3 旺长期不同有机肥替代化肥处理对烤烟农艺性状的影响Tab.3 Characteristics of agronomic traits of flue-cured tobacco under different organic manure replacing chemical fertilizer treatments in the long-term stage

表4 可知，两个点试验结果表明，M100处理的产量显著低于CK、M25、M50、M75处理。弥渡点M25、M50、M75和CK 处理的产量差异不显著，澄江点M25和M50处理的产量高于M75和CK 处理。产值结果与产量基本保持一致，即M100处理的产值显著低于CK、M25、M50、M75处理。弥渡点M50处理的产量显著高于CK、M25、和M75处理，澄江点M25和M50处理的产量高于M75和CK 处理。综合产量产值而言，有机肥替代比例控制在25%～50%效果较好。可能的原因是有机肥替代化肥后增强烟株碳氮代谢强度、调节碳氮代谢适时转化。

表4 不同有机肥替代化肥处理对烤烟经济性状的影响Tab.4 Characteristics of economic benefits of flue-cured tobacco under different organic manure replacing chemical fertilizer treatments in the two field experiments.

3 结论与讨论

控制氮磷养分流失是防治湖泊流域水体富营养化的关键，肥料的合理施用是降低氮磷养分流失的重要措施之一[10]。大量研究关注于有机肥替代化肥比例对烟叶产量和质量的影响，认为25%有机肥替代化肥有利于优质烟叶的生产[19-20]，但适宜的有机肥替代化肥比例对于湖泊流域氮磷养分流失的研究还较为缺乏。本研究表明，在施氮量一致条件下，50%有机肥替代化肥在有效减少地表和地下水中总氮、总磷流失量的同时能保障烟叶产量、产值，弥渡和澄江两个试验点皆有一致结论，这对于湖泊流域烟叶优质生产及降低流域面源污染提供了一定的理论依据。

本研究重点关注有机肥替代化肥比例对生态环境的影响，结果表明，25%～100%有机肥替代化肥能有效地减少地表和地下水中的总氮和总磷流失量。原因是有机肥替代化肥后增加了土壤的阳离子代换量，增加土壤保肥力及土壤有机质含量，促进根系对氮磷养分的吸收，进而影响养分在土壤中的分布和在植株中的吸收和分配，提高了肥料利用效率[19-20]。氮磷吸收量增加意味着土壤中氮磷等养分含量损失降低，进而减轻农田面源污染发生的风险[21-22]。

有机肥替代化肥可以提高烤烟质量，优化烤烟等级结构，进而增加烤烟的品质和产值[23-24]本研究结果与已有研究结果相一致，即25%～50%有机肥替代化肥能增加烟叶的产量和产值。原因是有机肥替代化肥后有机肥中含有的氮磷养分的肥效释放缓慢以保证后期提供肥效[25]；另一方面，有机肥替代化肥后改良土壤结构，协调土壤碳、氮库的平衡，增强土壤酶活性，从而提高土壤系统生产力[26]。聂庆凯等[27]结果表明，有机肥化肥配施能够提高土壤酶活性和微生物多样性，显著提高烤后烟叶含钾量，促进烟叶化学成分更为协调，提高烟叶均价、上等烟比例和经济效益。

整体而言，25%～50%有机肥替代化肥在减少径流和渗漏水中氮磷养分流失的同时能保障烟叶产值量，其中以50%有机肥替代化肥效果最好，值得在高原湖泊流域烟叶生产中进行应用。