氮肥追施对烤烟套作早熟玉米氮素利用及产质量的影响
缓解烤烟套作玉米种植模式下，低温寡照的田间环境对套作早熟玉米的影响。
以烤烟品种云烟87和玉米品种金耕早8号为材料开展试验。在等量基肥的基础上，设置6个不同氮肥(尿素)施用量处理：0 kg/hm2 (T1)、150 kg/hm2 (T2)、300 kg/hm2 (T3)、450 kg/hm2 (T4)、600 kg/hm2 (T5)、750 kg/hm2 (T6)，分2次追施(苗期施60%，大喇叭口期施40%)，另设不施肥处理(T0)，探讨不同氮肥追施量对套作玉米氮素利用及产质量的影响。
与T0处理相比，增加施氮量至300 kg/hm2时，可以显著提高套作玉米的土壤氮含量、氮素利用率和产量(P<0.05)。在玉米成熟期，T3处理的土壤各形态氮含量显著高于T0和T1处理 (P<0.05)，但与T4~T6处理的差异不显著 (P>0.05)；T3处理的氮肥农学利用率和氮肥表观利用率显著高于T1和T2处理(P<0.05)，氮素收获指数较T0、T1、T2和T6处理高22.57%~54.95%；T3处理的玉米产量分别较T0、T2处理显著增加38.83%~201.73% (P<0.05)，粗蛋白、粗脂肪和淀粉含量分别较T0处理显著增加了81.06%、59.65%和44.19% (P<0.05)。
在本研究条件下，追施尿素300 kg/hm2时，玉米氮素利用率、产量和品质表现最好。这对实现烟田套作玉米的增产和粮经协同发展具有重要意义。
Effects of Nitrogen Fertilizer Topdressing on Nitrogen Utilization, Yield, and Quality of Early Maturing Maize Intercropping with Tobacco
To alleviate the effects of field environment with low temperature and insufficient light on early-maturing corn in the flue-cured tobacco intercropping system.
The experiment was conducted using the tobacco variety Yunyan87 and the maize variety Jingengzao No.8 as materials. Based on the same amount of basal fertilizer, six different nitrogen fertilizer (urea) application treatments were set: 0 kg/hm2 (T1), 150 kg/hm2 (T2), 300 kg/hm2 (T3), 450 kg/hm2 (T4), 600 kg/hm2 (T5), 750 kg/hm2 (T6), which were applied in two topdressing stages (60% at seedling stage, 40% at big trumpet stage); in addition, no fertilization treatment (T0) was set. The experiment was used to study the effects of different nitrogen application amounts on the nitrogen utilization and yield quality of intercropping maize.
Compared with the T0 treatment, increasing the nitrogen application amount to 300 kg/hm2 could significantly improve the soil nitrogen content, nitrogen use efficiency, and yield of maize intercropped with flue-cured tobacco(P<0.05). At the mature stage of maize, the soil nitrogen content under T3 treatment was significantly higher than that under T0 and T1 treatments (P<0.05), but there was no significant difference compared with T4-T6 treatments (P>0.05). The agronomic efficiency and apparent nitrogen utilization rates of T3 treatment were significantly higher than those of T1 and T2 treatments (P<0.05), and the nitrogen harvest index was 22.57%-54.95% higher than that of T0, T1, T2, and T6 treatments. Compared with T0 and T2 treatments, the maize yield of T3 treatment was significantly increased by 38.83%-201.73% (P<0.05); compared with T0 treatment, the contents of crude protein, crude fat, and starch of T3 treatment were increased by 81.06%, 59.65%, and 44.19%, respectively.
Under the conditions of this experiment, the nitrogen utilization rate, yield, and quality of maize are the best when applies 300 kg/hm2 urea. This is of great significance for increasing the yield of corn intercropped in tobacco fields and promoting the coordinated development of grain and economy.
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云南省是中国第一植烟大省[1]，2021年烟叶播种面积占全国烟叶播种总面积的40.34%。为充分利用烟田的光、热、水等资源，获得更高的经济收入，已有研究选择在烟田内套种绿肥[2]、蔬菜[3-4]等作物进行田间配置调节，以提高烟田的资源利用率和土地产出率[5]。作为中国第一大粮食作物，玉米对云南省的粮食生产也有决定作用[6]。为严守耕地红线，防止耕地“非农化”和“非粮化”，实现粮经双赢，前人选择在烟田内套作玉米[7]。然而，玉米属于C4作物，喜光照，而烟田内宽大的烟叶不利于玉米前期的生长发育。为应对此特殊环境，需要在确保玉米成熟的前提下适当推迟播种，此时，玉米品种及配套栽培技术的选择至关重要。
为保证套作模式下作物的产量，可通过选用早熟品种来缩短套作作物的共生期，从而缓解共生期的竞争效应[8]。早熟玉米生育期短，生长发育时段较其他玉米提前，同时在与烤烟套作的共生期内会受到遮阴胁迫，因此需要在其生长前期提供充足的养分，以维持正常生长[9]。烟田内肥料残留量大，已有足够的磷、钾肥供后作玉米生长，在玉米套作后只需补施氮肥即可[10]。氮是限制作物生长和产量形成的主要因素[11]，合理施用氮肥是提高玉米产量最简单有效的方法[12-13]。此外，氮素在植物光合作用中起着至关重要的作用[14]，合理增加施氮量可以提高叶片的光合作用[15]。在玉米生育前期追施氮肥可以提高玉米的光合能力，抵御烟田的弱光环境胁迫，恢复玉米的正常生长。因此，合理施用氮肥对于提高烤烟套作玉米的可行性和玉米产量具有十分重要的意义。然而，目前关于烤烟套作下早熟玉米配套施肥措施的研究报道较少。本研究通过对烤烟套作下的早熟玉米追施不同量氮肥，比较玉米的产质量和氮素利用率，筛选适宜的施氮量，为保障玉米的正常生长、实现烟粮协同增效提供依据。
1. 材料与方法
1.1 试验区概况
试验在云南省昆明市寻甸烤烟技术推广站(25°30′48″N，103°15′40″E，海拔1 892 m)进行。该地年平均气温14.4 ℃，无霜期229 d，年均降雨量1 045 mm。土壤为黄棕壤，pH值为7.09，0~20 cm土壤有机质含量为62.23 g/kg，全氮含量为1.45 g/kg，全磷含量为1.81 g/kg，全钾含量为26.78 g/kg，碱解氮含量为122.91 mg/kg，有效磷含量为50.8 mg/kg，速效钾含量为309.1 mg/kg。
1.2 供试材料
供试烤烟(Nicotiana tabacum L.)品种为云烟87，株型为塔型，打顶后呈筒型，有效叶片数为18~20片，生育期为110~115 d，由云南省昆明市寻甸回族彝族自治县烟草公司提供。
供试玉米(Zea mays L.)品种为金耕早8号，株型为披散型，生育期为90~100 d，由云南省文山州砚山县东南亚杂交玉米研究所提供。
1.3 试验设计
采取随机区组设计，根据已有研究[16]设置6个氮肥(尿素)追施量处理：0 kg/hm2 (T1)、150 kg/hm2 (T2)、300 kg/hm2 (T3)、450 kg/hm2 (T4)、600 kg/hm2 (T5)、750 kg/hm2 (T6)，在玉米苗期(烟叶已采收4次，还剩4~6片上部烟叶)追施各处理氮肥总量的60%，在大喇叭口期(烟叶已采收结束)追施40%，各处理均施底肥复合肥600 kg/hm2。另设不施肥为完全对照(T0)。每处理重复3次，小区面积30.24 m2 (长7.2 m×宽4.2 m)。
1.4 作物种植及管理
烤烟移栽日期为2022年4月26日，株距为60 cm，行距为120 cm，种植密度为13 888株/hm2，田间管理措施与优质烟田生产管理保持一致。玉米在烟叶采收至中部叶片时播种，于2022年7月10日在烟垄两侧开沟种植，距烟株茎基部30 cm，行距为60 cm，株距为22 cm，单株留苗，种植密度为75 757株/hm2。玉米底肥为复合肥(总养分≥45%，$m_{\mathrm{N}}$∶$ m_{\mathrm{P_{2}O_{ {5}}}} $∶$m_{\mathrm{K_{2}O}} $=15∶15∶15)，追肥为尿素(总氮≥46%)，施肥方法为穴施，施肥距离玉米5 cm (靠近烤烟侧)，其他栽培条件和田间管理措施相同。
1.5 测定指标及方法
1.5.1 玉米主要生育时期土壤各形态氮含量的测定
于玉米大喇叭口期、抽雄期、乳熟期和成熟期，在小区内随机取土壤样本10个，深度为0~20 cm，去除作物根系等杂物，采用四分法保留500 g。铵态氮含量采用碱解扩散法测定；硝态氮含量采用紫外分光光度法测定；碱解氮含量采用靓酚蓝比色法测定。
1.5.2 玉米地上部干物质及氮含量的测定
于玉米大喇叭口期、抽雄期、乳熟期和成熟期，在各小区随机选取玉米6株，105 ℃杀青30 min后，转至75 ℃烘干至恒量，测定整株玉米的干物质量；粉碎，过0.25 mm筛，采用H2SO4-H2O2凯氏定氮法测定全氮含量。
1.5.3 玉米品质测定
于玉米成熟期，在各小区随机选取玉米6株，取籽粒烘干后研磨，并测定其品质。采用索氏提取法测定粗脂肪含量；采用凯氏定氮法测定粗蛋白含量；按照食品安全国家标准(GB 5009.9—2016)测定淀粉含量。
1.5.4 玉米与烤烟产量的测定
于玉米成熟期，将每个小区的玉米果穗全部采收并晒干后称量，以计算小区产量，并折算为公顷产量。根据烟叶成熟度和当地采收习惯，以小区为单位，分别采收烟叶并计算下部叶、中部叶和上部叶的产量，最终折算为公顷产量。
1.6 计算方法
氮肥农学利用率(nitrogen agronomic efficiency，NAE)=(施氮区籽粒产量−无氮处理籽粒产量)/施氮量；
氮肥表观利用率(nitrogen apparent efficiency，NARE)= (施氮区氮素吸收量−无氮处理氮素吸收量)/施氮量×100%；
氮素收获指数(nitrogen harvest index，NHI)=籽粒吸氮量/植株吸氮量×100%；
氮肥偏生产力(nitrogen partial factor productivity，NPFP)=施氮区产量/施氮量；
氮素积累量=玉米干物质量×平均单株氮素含量。
1.7 数据处理与统计分析
使用Excel 2019处理数据；使用SPSS 26.0进行统计分析，并采用单因素方差分析(ANOVA)与Duncan新复极差法进行多重比较。
2. 结果与分析
2.1 不同追施氮肥量对土壤氮含量的影响
在玉米的各生育时期，土壤铵态氮含量均随着追施氮肥量的增加而提高，在T6处理达到最大值(表1)。在大喇叭口期时，T3~T6处理的铵态氮含量显著高于T0和T1处理(P<0.05)，T3处理与T0和T1处理相比分别提高了57.58%和58.26%；在抽雄期，T3与T4处理的铵态氮含量无显著差异(P>0.05)，但均显著低于T6处理、显著高于T0~T2处理(P<0.05)；在成熟期，T3处理的铵态氮含量显著低于T6处理、显著高于T0和T1处理(P<0.05)。
表 1 不同追施氮量对玉米种植季土壤氮含量的影响Table 1. Effects of different topdressing nitrogen applications on the soil nitrogen content in maize planting seasonmg/kg 处理
treatments土壤氮素形态
soil nitrogen form大喇叭口期
big trumpet stage抽雄期
tasseling stage乳熟期
milk-ripe stage成熟期
mature stageT0 铵态氮
ammonium nitrogen2.31±0.37 c 1.99±0.36 c 1.67±0.34 d 1.67±0.26 e T1 2.30±0.24 c 2.00±0.27 c 2.13±0.39 cd 2.31±0.67 de T2 3.17±0.35 bc 2.63±0.59 c 2.60±0.59 c 2.86±0.60 cd T3 3.64±0.28 ab 3.81±0.48 b 3.72±0.77 b 3.50±0.73 bc T4 4.47±1.43 a 4.02±0.86 b 4.07±0.36 b 3.81±0.70 abc T5 4.21±0.35 ab 4.51±0.80 ab 4.29±0.34 ab 4.38±0.35 ab T6 4.86±0.60 a 5.42±0.36 a 4.95±0.18 a 4.73±0.40 a T0 硝态氮
nitrate nitrogen32.65±13.55 c 20.51±8.52 c 15.26±7.63 c 20.85±17.18 c T1 45.68±10.81 c 44.02±7.27 b 23.77±7.84 c 24.60±4.66 c T2 66.15±5.69 b 51.12±6.56 b 44.04±18.57 bc 37.23±16.79 bc T3 72.45±14.66 ab 48.23±9.72 b 41.49±8.24 bc 62.39±18.48 ab T4 80.36±8.65 ab 58.15±10.53 b 61.87±21.10 ab 60.34±20.28 ab T5 73.03±8.85 ab 88.43±13.84 a 83.82±16.06 a 77.20±16.82 a T6 91.25±5.62 a 87.79±6.85 a 71.05±39.86 ab 65.03±20.66 ab T0 碱解氮
alkali-hydrolyzed
nitrogen108.90±19.44 b 90.78±1.36 b 98.03±7.59 b 77.68±14.11 c T1 110.40±6.16 b 90.38±8.24 b 99.04±7.95 b 86.04±6.24 bc T2 105.97±7.10 b 85.94±8.05 b 92.88±15.19 b 76.36±7.53 c T3 120.68±3.72 b 107.70±4.94 a 108.38±17.87 ab 98.35±19.40 ab T4 138.86±7.27 a 114.64±13.63 a 112.08±4.62 ab 106.01±10.27 ab T5 142.98±9.06 a 119.14±5.57 a 121.00±11.88 a 108.69±6.51 a T6 147.15±6.47 a 119.97±7.39 a 120.82±4.24 a 115.01±4.73 a 注：T0. 不施肥；T1、T2、T3、T4、T5和T6均施底肥 (复合肥) 600 kg/hm2，再分别追施尿素0、150、300、450、600和750 kg/hm2；同列不同小写字母表示不同处理间差异显著 (P<0.05)；下同。
Note: T0. no fertilization; T1, T2, T3, T4, T5 and T6 were applied base fertilizer (compound fertilizer) 600 kg/hm2, and then topdressing urea 0, 150, 300, 450, 600, 750 kg/hm2, respectively; in the same column, different lowercase letters indicate significant differences among different treatments (P<0.05); the same as below.除大喇叭口期外，土壤硝态氮含量均随着追施氮肥量的增加呈先增加后降低的趋势，在T5处理达到最大值(表1)。在大喇叭口期和成熟期，T3~T6处理之间的硝态氮含量无显著差异(P>0.05)，其中，大喇叭口期的T3处理较T0和T1处理相比显著提高121.90%和58.60% (P<0.05)；在抽雄期，T0处理的硝态氮含量显著低于其余处理(P<0.05)，而T1~T4处理之间无显著差异(P>0.05)；在乳熟期，T4处理与T2、T3、T5和T6处理无显著差异(P>0.05)，但显著高于T0和T1处理(P<0.05)。
在玉米的各生育时期，土壤碱解氮含量总体呈随着氮肥追施量的增加而增加的趋势(表1)。在大喇叭口期，T4~T6处理的碱解氮无显著差异(P>0.05)，但均显著高于其他处理(P<0.05)；在抽雄期，与T0处理相比，T1、T2处理的碱解氮含量差异不显著(P>0.05)，增加追施氮肥量至T3时，土壤碱解氮含量显著增加18.64% (P<0.05)，而进一步增加追施氮肥用量后，土壤碱解氮含量的增加不显著(P>0.05)；在乳熟期，T5和T6处理的碱解氮含量显著高于T0~T2处理(P<0.05)，但与T3和T4处理的差异不显著(P>0.05)；在成熟期，T3处理的碱解氮含量分别较T0和T2处理显著增加26.61%和28.80% (P<0.05)，但与其他处理的差异不显著(P>0.05)。
综上所述，在玉米的各个生育时期，T4~T6处理的土壤氮含量均高于T0和T1处理；而在成熟期，T3处理与T4、T5处理的土壤氮含量差异不显著，表明适量施氮可改善土壤氮素水平，但过量施氮对土壤氮含量的提升效果不显著，并可能导致土壤中氮素的累积，从而降低肥料的利用率。
2.2 不同追施氮肥量对氮素利用的影响
由表2可知：在玉米各生育期，植株氮含量随着施氮量的增加而提高。在大喇叭口期、抽雄期和成熟期，T4~T6处理的玉米单株氮含量显著高于T0~T2处理(P<0.05)，而T4处理与T3处理之间无显著差异(P>0.05)；在成熟期，T3处理的氮含量分别较T0和T1处理显著增加46.30%和64.58%；在乳熟期，T3~T6处理的氮含量显著高于其他处理(P<0.05)，其中，T2、T1和T0处理分别较T3处理显著降低22.50%、33.33%和49.17% (P<0.05)。在各生育期内，T3与T4处理的氮含量无显著差异(P>0.05)。可见，T3处理施氮量虽少，但玉米单株氮含量较高，说明增加追施氮肥量有助于提高玉米地上部单株氮含量。在玉米生育前期，追施氮肥越多，玉米恢复生长的时间越短，效果越显著，但是过度追施氮肥并不会持续显著增加玉米单株氮含量。
表 2 不同追施氮量对玉米单株氮含量的影响Table 2. Effects of different topdressing nitrogen applications on the nitrogen content of per maize plant% 处理
treatments大喇叭口期
big trumpet stage抽雄期
tasseling stage乳熟期
milk-ripe stage成熟期
mature stageT0 0.71±0.06 c 0.68±0.10 c 0.61±0.23 c 0.48±0.08 d T1 0.88±0.19 bc 0.85±0.08 bc 0.80±0.16 bc 0.54±0.18 d T2 0.89±0.14 bc 0.94±0.16 bc 0.93±0.10 b 0.61±0.09 cd T3 1.24±0.52 ab 1.27±0.30 ab 1.20±0.12 a 0.79±0.05 cb T4 1.32±0.16 a 1.45±0.17 a 1.24±0.11 a 0.94±0.06 ab T5 1.31±0.08 a 1.42±0.30 a 1.25±0.12 a 1.01±0.19 ab T6 1.34±0.08 a 1.43±0.38 a 1.30±0.12 a 1.08±0.14 a 由表3可知：追施氮肥量对玉米的氮素吸收利用效率和积累量有显著影响(P<0.05)。T4处理的氮肥农学利用率和氮肥表观利用效率最高，与T3处理之间差异不显著(P>0.05)。T3处理的氮肥农学利用率分别较T6、T2和T1处理显著提高了43.67%、61.65%和82.56% (P<0.05)。T4处理的氮肥表观利用效率分别较T6、T5、T2和T1显著高31.11%~134.56% (P<0.05)，T3处理的氮肥表观利用效率分别较T2和T1显著高91.14%和122.97%。T3处理的氮素收获指数最高，且T4和T3处理分别较T6、T2和T1处理显著高22.57%、47.17%、54.95%和19.78%、43.82%、51.42% (P<0.05)。T1处理的氮肥偏生产力最高，且与T4、T3和T2处理之间差异不显著，其中，T4和T3处理分别较T6和T5处理高44.91%和30.72%、56.47%和41.14%。在T3和T4处理下，玉米的氮素积累量和氮利用效率均较高，且施氮量比T5和T6处理少，这说明适量增加氮肥施入量可以提高玉米的氮肥农学利用率、氮肥表观利用效率、氮素收获指数和氮肥偏生产力，但过度施氮会导致玉米的氮利用效率降低。
表 3 不同追施氮量对玉米氮素利用率的影响Table 3. Effects of different topdressing nitrogen applications on the nitrogen use efficiency of maize处理
treatments氮肥农学利用率/(kg˙kg−1)
NAE氮肥表观利用效率/%
NARE氮素收获指数/%
NHI氮肥偏生产力/(kg˙kg−1)
NPFP氮素积累量/(kg˙hm−2)
nitrogen accumulationT0 — — 43.52±3.50 bc — 22.32±6.68 c T1 6.65±2.34 b 14.41±3.31 c 38.80±1.10 c 21.90±5.77 a 36.94±6.55 c T2 7.51±3.38 b 16.81±2.07 c 40.85±4.09 c 16.14±5.41 ab 51.80±3.85 c T3 12.14±1.93 a 32.13±3.56 ab 60.12±7.01 a 18.15±3.06 ab 98.57±13.95 b T4 12.19±0.86 a 33.80±3.61 a 58.75±1.82 a 16.81±1.08 ab 122.31±194.67 ab T5 9.11±0.84 ab 25.78±7.12 b 58.98±6.46 a 12.86±1.43 b 118.15±29.60 ab T6 8.45±0.35 b 25.53±3.66 b 49.05±3.08 b 11.60±0.43 b 136.09±24.31 a 注/Note: NAE. nitrogen agronomic efficiency; NARE. nitrogen apparent efficiency; NHI. nitrogen harvest index; NPFP. nitrogen partial factor productivity. 2.3 不同追施氮肥量对玉米单株地上部干物质积累量的影响
由表4可知：在大喇叭口期，不同处理的玉米地上部干物质积累量存在显著差异(P<0.05)，T6和T5处理的干物质积累量最高，T2、T1和T0处理的干物质积累量分别较T4和T3处理显著减少26.53%、47.34%、54.33%和22.65%、44.36%、51.74% (P<0.05)。随着玉米生育期的推进，各处理的地上部干物质积累量逐渐增加，成熟期时表现更加明显。在玉米抽雄期、乳熟期和成熟期，T3~T6处理的地上部干物质积累量显著高于低施氮和不施氮处理(P<0.05)，其中，在抽雄期，T4和T3处理的干物质积累量较T0处理分别增加了218.14%和210.61%；在成熟期，T4处理的干物质积累量最高，与T3处理的差异不显著(P>0.05)，而T3处理分别较T2、T1和T0处理显著增加47.23%~143.94% (P<0.05)。可见，T3和T4处理的施氮量虽然较少，但玉米地上部干物质积累量较高，且在抽雄期增加幅度最大，说明增加追施氮肥量可以显著提高玉米地上部干物质积累量，而早追肥有助于玉米的恢复性生长。
表 4 不同追施氮量对玉米单株干物质积累量的影响Table 4. Effects of different topdressing nitrogen applications on the dry matter accumulation of per maize plantg 处理
treatments大喇叭口期
big trumpet stage抽雄期
tasseling stage乳熟期
milk-ripe stage成熟期
mature stageT0 17.58±0.65 d 29.21±11.37 c 41.36±11.32 c 67.34±5.91 c T1 20.27±1.60 d 49.37±14.30 bc 78.40±11.26 b 96.28±18.64 c T2 28.18±4.34 c 59.94±16.76 b 85.64±11.50 b 111.57±9.27 b T3 36.43±3.96 b 90.74±6.82 a 116.77±15.49 a 164.27±17.04 a T4 38.49±2.40 b 92.93±22.13 a 122.49±18.75 a 174.70±12.89 a T5 50.01±3.95 a 96.78±9.41 a 123.67±12.14 a 154.33±23.35 a T6 53.52±4.35 a 94.98±9.14 a 123.47±13.67 a 165.30±8.07 a 2.4 不同追施氮肥量对玉米产质量及烤烟产量的影响
由表5可知：与T0处理相比，T1和T2处理的玉米粗蛋白和淀粉含量均无显著差异；当追施氮肥量增加至300 kg/hm2时(T3处理)，玉米的粗蛋白、粗脂肪和淀粉含量以及籽粒产量显著增加(P<0.05)；进一步增加追施氮肥用量对玉米的产量、粗蛋白和粗脂肪含量无显著影响，且在T5和T6处理中，玉米的淀粉含量显著下降。玉米的粗蛋白和粗脂肪含量在T4处理下最高，与T3处理的差异不显著(P>0.05)。T3处理的粗蛋白含量分别较T2和T1处理显著高65.86%和86.37%；其淀粉含量最高，与处理T4差异不显著(P>0.05)，但分别较T5和T6处理显著高15.69%和17.07% (P<0.05)。T3和T4处理的玉米产量与T5和T6处理之间的差异不显著(P>0.05)，且各处理的烤烟产量无显著差异(P>0.05)，表明玉米追施不同氮肥量对烤烟产量无显著影响。可见，在一定范围内，增加氮肥追施量可以显著提高玉米品质和产量，但当追施氮肥量超过300 kg/hm2时，各处理间玉米品质和产量不仅差异不显著，甚至T5和T6处理的淀粉含量显著降低。因此，T3处理是提高玉米品质和产量的最适施氮量。
表 5 不同追施氮量对玉米产质量及烤烟产量的影响Table 5. Effects of different topdressing nitrogen applications on the yield and quality of maize and yield of flue-cured tobacco处理
treatments粗蛋白/%
crude protein粗脂肪/%
crude fat淀粉/%
starch玉米产量/(kg˙hm−2)
maize yield烤烟产量/(kg˙hm−2)
flue-cured tobacco yieldT0 4.91±0.99 b 1.71±0.16 d 43.72±3.16 c 1714.81 ±411.65 c2460.32 ±320.98 aT1 4.77±1.18 b 1.91±0.41 cd 51.84±4.60 b 2463.47 ±649.06 c2321.43 ±332.05 aT2 5.36±1.23 b 2.05±0.31 bcd 53.70±2.75 b 3727.10 ±1152.06 b2559.52 ±254.76 aT3 8.89±0.81 a 2.73±0.46 abc 63.04±4.23 a 5174.16 ±873.19 a2519.84 ±426.98 aT4 9.18±0.88 a 3.02±0.71 a 61.27±3.40 a 6239.90 ±399.39 a2301.59 ±329.48 aT5 9.12±0.67 a 2.69±0.40 abc 54.49±2.51 b 5882.74 ±655.47 a2361.11 ±322.30 aT6 8.18±0.65 a 2.84±0.39 ab 53.85±5.51 b 6308.16 ±234.75 a2513.23 ±422.45 a3. 讨论
3.1 不同追施氮量对套作玉米土壤氮含量及氮素利用率的影响
尿素施入土壤后，经水解转化为植物可吸收的无机氮，提高土壤氮含量[17]。因此，合理施用氮肥是维持土壤生产力的重要举措。本研究结果显示：与不施氮肥相比，当追施氮肥量在0~150 kg/hm2时，土壤各形态氮含量增加不显著；而当追施尿素量达到300 kg/hm2时，土壤氮含量显著增加；继续增加氮肥施用量后，土壤氮含量则无显著变化，表明适量施氮有利于提高土壤氮含量，超出一定量后会导致施氮效果不明显，这与前人研究结果[18-19]一致。氮素的利用效率是指植物在同等供氮水平下的氮吸收量及其利用效率。已有研究表明[20-21]：氮肥农学利用率、氮肥表观利用效率和氮素收获指数随着施氮量的增加呈先增加后减少的趋势。在本研究中，追施氮肥量为300~450 kg/hm2时，玉米的氮素利用率达到最高；追施氮肥量超过450 kg/hm2后，氮素利用率显著降低，说明过量施用的氮肥既未在土壤表层积累，也未被玉米吸收，反而通过氨挥发、硝化、反硝化、淋洗或径流等途径流失至根层以下[22-24]。植物氮素的积累来源于土壤中各种形态的氮素[25]。较高的叶片氮含量有利于提高叶绿素含量与光合相关酶的活性，进而提高光合速率[26]。在遮阴条件下，植物会提前增加氮素积累量以适应弱光环境[27]。在本研究中，玉米生长前期受到烤烟烟叶的遮阴，氮素需求量较大，因此，当施肥量为0~150 kg/hm2时，玉米氮素积累量增加不显著，表明此施肥量无法为玉米积累足够的氮素、抵抗烟田的遮阴环境；当追施尿素量增加至300 kg/hm2时，玉米氮素积累量显著增加，但由于增加氮肥后，玉米对氮素的吸收利用未见明显提升，田间土壤氮含量也未显著增加，因此，当追施氮肥量≥450 kg/hm2时，玉米氮素积累量增加不显著[28]。不追肥或追肥量为150 kg/hm2的处理，其土壤氮含量增加不显著，氮素利用率也较低，且随着玉米生育进程的推进，土壤氮含量逐渐降低，不足以维持土壤肥力。综合分析表明：不施氮、追肥量少或过量都会对农田土壤质量造成不利影响。因此，在烤烟套作玉米模式下，应适量追施氮肥，且追施量应与玉米需氮规律相耦合。在追施尿素量为300 kg/hm2时，既能维持土壤氮素水平，又符合烤烟套作玉米田的可持续发展。
3.2 不同追施氮量对套作玉米干物质积累量及产质量的影响
干物质是玉米产量形成的重要基础，同时干物质积累量直接影响玉米成熟期籽粒的分配，最终影响玉米产量[29-31]。前人研究表明：玉米干物质积累量和产量随施氮量的增加而增加[32-33]。氮素是叶绿素合成的主要成分，施用不足时会导致叶绿素合成量降低，从而减弱光合作用，这将导致作物产量降低和品质下降[34-36]。在本研究中，玉米生育前期受到烤烟遮阴的影响，施氮不足，无法给予玉米足够的养分以抵御外界胁迫，限制了玉米的营养生长，导致前期无法形成足够的生物量，后续生殖生长所需养分得不到保障，严重影响玉米籽粒的产量和品质；当施氮量增加至300 kg/hm2时，玉米的干物质积累量、品质和产量均显著提高。可见，增加追施氮肥量不仅可以提高土壤养分，还可以提高玉米光合作用，增加干物质积累，提高氮素利用率，为玉米生长发育提供必需的营养物质，但过量施氮会导致氮肥利用率下降，且产量变化无显著差异。本研究中，玉米植株干物质积累量与产量变化呈相似趋势，且玉米品质含量在一定范围内也随追施氮肥量的增加呈先上升后下降的趋势，这与前人研究结果[37-39]一致。综上所述，在施氮量达到300 kg/hm2时，玉米对氮素的吸收利用较好，既保障了玉米生长所需的养分条件，抵抗烟叶遮阴胁迫，又能充分利用养分，减少氮素损失，防止玉米营养生长过度及产量下降。
3.3 不同追施氮量对套作烤烟产质量的影响
在生产中，氮素不仅影响玉米的产量，也能显著影响烤烟的产量和品质[40]。在烤烟生长前期，投入过量氮肥可能会对上部烟叶的化学成分协调性和感官评价产生不利影响[41]。在本研究中，由于施肥时烤烟已处于生育后期，且随着烟叶逐渐成熟与采收，烟株对养分的需求逐渐减少，氮肥的吸收速率下降，各处理的追施氮肥量对烤烟的产量未产生明显影响。因此，在不影响烤烟产量的前提下，合理的追施氮量可促进烟田套作玉米的正常生长与发育，这对烟田土地资源的再利用和烟粮的协同发展具有重要意义，但追施氮肥用量对烤烟烟叶品质的影响仍需进一步研究。综合考虑追施氮肥用量对玉米收获期的土壤氮残留量、氮肥利用效率及玉米产量和品质的影响，在本研究条件下，推荐使用追施尿素300 kg/hm2，但其环境效应及氮肥用量对套作烤烟烟叶品质和后续作物的影响仍需进一步研究。
4. 结论
氮肥的追施量对烤烟套作玉米的生长发育具有促进作用。当氮肥施入量过少时，无法为玉米提供足够的养分抵御外界胁迫，导致玉米植株矮小，叶片颜色变浅，甚至出现发黄现象；而施入量过多会导致氮素利用效率下降，并造成土壤中残留氮含量升高，进而污染土壤环境。只有适量施用氮肥，才能维持较高的土壤养分水平，改善套作玉米的生长发育状况，促进玉米的恢复生长并提高产量。针对本研究地区的烤烟套作玉米(底肥施用复合肥600 kg/hm2)，综合考虑氮肥利用效率、玉米的产量和品质指标，追施尿素300 kg/hm2能够提高早熟玉米的氮肥利用率，维持土壤养分，改善玉米的营养品质，进而增加烟田套作玉米的产量。
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表 1 不同追施氮量对玉米种植季土壤氮含量的影响
Table 1 Effects of different topdressing nitrogen applications on the soil nitrogen content in maize planting season
mg/kg 处理
treatments土壤氮素形态
soil nitrogen form大喇叭口期
big trumpet stage抽雄期
tasseling stage乳熟期
milk-ripe stage成熟期
mature stageT0 铵态氮
ammonium nitrogen2.31±0.37 c 1.99±0.36 c 1.67±0.34 d 1.67±0.26 e T1 2.30±0.24 c 2.00±0.27 c 2.13±0.39 cd 2.31±0.67 de T2 3.17±0.35 bc 2.63±0.59 c 2.60±0.59 c 2.86±0.60 cd T3 3.64±0.28 ab 3.81±0.48 b 3.72±0.77 b 3.50±0.73 bc T4 4.47±1.43 a 4.02±0.86 b 4.07±0.36 b 3.81±0.70 abc T5 4.21±0.35 ab 4.51±0.80 ab 4.29±0.34 ab 4.38±0.35 ab T6 4.86±0.60 a 5.42±0.36 a 4.95±0.18 a 4.73±0.40 a T0 硝态氮
nitrate nitrogen32.65±13.55 c 20.51±8.52 c 15.26±7.63 c 20.85±17.18 c T1 45.68±10.81 c 44.02±7.27 b 23.77±7.84 c 24.60±4.66 c T2 66.15±5.69 b 51.12±6.56 b 44.04±18.57 bc 37.23±16.79 bc T3 72.45±14.66 ab 48.23±9.72 b 41.49±8.24 bc 62.39±18.48 ab T4 80.36±8.65 ab 58.15±10.53 b 61.87±21.10 ab 60.34±20.28 ab T5 73.03±8.85 ab 88.43±13.84 a 83.82±16.06 a 77.20±16.82 a T6 91.25±5.62 a 87.79±6.85 a 71.05±39.86 ab 65.03±20.66 ab T0 碱解氮
alkali-hydrolyzed
nitrogen108.90±19.44 b 90.78±1.36 b 98.03±7.59 b 77.68±14.11 c T1 110.40±6.16 b 90.38±8.24 b 99.04±7.95 b 86.04±6.24 bc T2 105.97±7.10 b 85.94±8.05 b 92.88±15.19 b 76.36±7.53 c T3 120.68±3.72 b 107.70±4.94 a 108.38±17.87 ab 98.35±19.40 ab T4 138.86±7.27 a 114.64±13.63 a 112.08±4.62 ab 106.01±10.27 ab T5 142.98±9.06 a 119.14±5.57 a 121.00±11.88 a 108.69±6.51 a T6 147.15±6.47 a 119.97±7.39 a 120.82±4.24 a 115.01±4.73 a 注：T0. 不施肥；T1、T2、T3、T4、T5和T6均施底肥 (复合肥) 600 kg/hm2，再分别追施尿素0、150、300、450、600和750 kg/hm2；同列不同小写字母表示不同处理间差异显著 (P<0.05)；下同。
Note: T0. no fertilization; T1, T2, T3, T4, T5 and T6 were applied base fertilizer (compound fertilizer) 600 kg/hm2, and then topdressing urea 0, 150, 300, 450, 600, 750 kg/hm2, respectively; in the same column, different lowercase letters indicate significant differences among different treatments (P<0.05); the same as below.
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表 2 不同追施氮量对玉米单株氮含量的影响
Table 2 Effects of different topdressing nitrogen applications on the nitrogen content of per maize plant
% 处理
treatments大喇叭口期
big trumpet stage抽雄期
tasseling stage乳熟期
milk-ripe stage成熟期
mature stageT0 0.71±0.06 c 0.68±0.10 c 0.61±0.23 c 0.48±0.08 d T1 0.88±0.19 bc 0.85±0.08 bc 0.80±0.16 bc 0.54±0.18 d T2 0.89±0.14 bc 0.94±0.16 bc 0.93±0.10 b 0.61±0.09 cd T3 1.24±0.52 ab 1.27±0.30 ab 1.20±0.12 a 0.79±0.05 cb T4 1.32±0.16 a 1.45±0.17 a 1.24±0.11 a 0.94±0.06 ab T5 1.31±0.08 a 1.42±0.30 a 1.25±0.12 a 1.01±0.19 ab T6 1.34±0.08 a 1.43±0.38 a 1.30±0.12 a 1.08±0.14 a
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表 3 不同追施氮量对玉米氮素利用率的影响
Table 3 Effects of different topdressing nitrogen applications on the nitrogen use efficiency of maize
处理
treatments氮肥农学利用率/(kg˙kg−1)
NAE氮肥表观利用效率/%
NARE氮素收获指数/%
NHI氮肥偏生产力/(kg˙kg−1)
NPFP氮素积累量/(kg˙hm−2)
nitrogen accumulationT0 — — 43.52±3.50 bc — 22.32±6.68 c T1 6.65±2.34 b 14.41±3.31 c 38.80±1.10 c 21.90±5.77 a 36.94±6.55 c T2 7.51±3.38 b 16.81±2.07 c 40.85±4.09 c 16.14±5.41 ab 51.80±3.85 c T3 12.14±1.93 a 32.13±3.56 ab 60.12±7.01 a 18.15±3.06 ab 98.57±13.95 b T4 12.19±0.86 a 33.80±3.61 a 58.75±1.82 a 16.81±1.08 ab 122.31±194.67 ab T5 9.11±0.84 ab 25.78±7.12 b 58.98±6.46 a 12.86±1.43 b 118.15±29.60 ab T6 8.45±0.35 b 25.53±3.66 b 49.05±3.08 b 11.60±0.43 b 136.09±24.31 a 注/Note: NAE. nitrogen agronomic efficiency; NARE. nitrogen apparent efficiency; NHI. nitrogen harvest index; NPFP. nitrogen partial factor productivity.
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表 4 不同追施氮量对玉米单株干物质积累量的影响
Table 4 Effects of different topdressing nitrogen applications on the dry matter accumulation of per maize plant
g 处理
treatments大喇叭口期
big trumpet stage抽雄期
tasseling stage乳熟期
milk-ripe stage成熟期
mature stageT0 17.58±0.65 d 29.21±11.37 c 41.36±11.32 c 67.34±5.91 c T1 20.27±1.60 d 49.37±14.30 bc 78.40±11.26 b 96.28±18.64 c T2 28.18±4.34 c 59.94±16.76 b 85.64±11.50 b 111.57±9.27 b T3 36.43±3.96 b 90.74±6.82 a 116.77±15.49 a 164.27±17.04 a T4 38.49±2.40 b 92.93±22.13 a 122.49±18.75 a 174.70±12.89 a T5 50.01±3.95 a 96.78±9.41 a 123.67±12.14 a 154.33±23.35 a T6 53.52±4.35 a 94.98±9.14 a 123.47±13.67 a 165.30±8.07 a
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表 5 不同追施氮量对玉米产质量及烤烟产量的影响
Table 5 Effects of different topdressing nitrogen applications on the yield and quality of maize and yield of flue-cured tobacco
处理
treatments粗蛋白/%
crude protein粗脂肪/%
crude fat淀粉/%
starch玉米产量/(kg˙hm−2)
maize yield烤烟产量/(kg˙hm−2)
flue-cured tobacco yieldT0 4.91±0.99 b 1.71±0.16 d 43.72±3.16 c 1714.81 ±411.65 c2460.32 ±320.98 aT1 4.77±1.18 b 1.91±0.41 cd 51.84±4.60 b 2463.47 ±649.06 c2321.43 ±332.05 aT2 5.36±1.23 b 2.05±0.31 bcd 53.70±2.75 b 3727.10 ±1152.06 b2559.52 ±254.76 aT3 8.89±0.81 a 2.73±0.46 abc 63.04±4.23 a 5174.16 ±873.19 a2519.84 ±426.98 aT4 9.18±0.88 a 3.02±0.71 a 61.27±3.40 a 6239.90 ±399.39 a2301.59 ±329.48 aT5 9.12±0.67 a 2.69±0.40 abc 54.49±2.51 b 5882.74 ±655.47 a2361.11 ±322.30 aT6 8.18±0.65 a 2.84±0.39 ab 53.85±5.51 b 6308.16 ±234.75 a2513.23 ±422.45 a
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