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摘要：【目的】利用多年大田轮作试验探究黔北黄壤烟区烟—非烟作物轮作的氮钾施用配比效应，为提高黔北烟区种植效益和减少烟地养分积累提供理论依据。【方法】2015—2017年在贵州省绥阳县开展烤烟—非烤烟作物大田轮作试验，在一个“烟—蒜—稻—菜—烟”轮作周期内控制氮磷钾总量一致，设4个氮钾配施处理，即T1（大季低氮中钾、小季高氮中钾）、T2（大季高氮中钾、小季低氮中钾）、T3（大季中氮高钾、小季中氮低钾）和T4（大季中氮低钾、小季中氮高钾）处理，分析不同氮钾配比对作物产量、产值、烟叶化学成分及土壤养分的影响。【结果】以T3处理5季作物的总产值最高，达138023元/ha，较其他处理高5.0%～7.6%；与第一季烤烟相比，轮作后不同处理下烤烟的还原糖、總糖和全钾含量增加，烟碱、全氮和蛋白质含量降低，总体化学成分含量合理，内在比例协调；轮作后土壤pH、碱解氮、有效磷和速效钾含量较第一季烤烟种植后均呈升高趋势，其中T3处理土壤养分残留量较少，养分利用率较高。【结论】贵州黄壤烟区推行“烟—蒜—稻—菜—烟”轮作时，烤烟、水稻采用中氮高钾，蒜、菜采用中氮低钾的周年养分运筹模式，可获得较高的产值、较好的烟叶化学品质和较低的土壤速效氮磷钾残留。
关键词： 黄壤；烤烟—非烟作物轮作；氮钾运筹；效应；贵州
中图分类号： S344.13 文献标志码：A 文章编号：2095-1191（2018）10-1933-07
0 引言
【研究意义】烤烟是我国重要的经济作物之一，实际生产中受经济利益驱动、耕地的有限性及生产栽培条件的制约，烤烟连作现象十分普遍且愈发严重。但烤烟为忌连作作物，长期的烤烟连作会造成一系列的生产问题（晋艳等，2004；王连君和谷思玉，2004；郭亚利等，2007；胡汝晓等，2007；娄翼来等，2007）。轮作能显著改善土壤微生物环境及土壤肥力，提高作物产量和品质（晋艳等，2002；郭芳阳等，2007；赖朝圆等，2018；张慧等，2018），即烤烟轮作是实现烟草产业可持续发展的重要保障（顾怀胜等，2013）。烤烟—非烤烟轮作模式在黔北烟区的面积呈扩大趋势；然而农民在非烟作物施肥中较随意，通常施用氮肥过量而钾肥不足，对当季作物及下茬烤烟的品质和效益均产生负效应。平衡施肥是包括烤烟在内多种作物的关键栽培技术之一，尤其氮钾肥的合理施用不仅对作物的产量和品质有重要影响，还起到生态保护作用（武际等，2007；李银水等，2016）。磷元素在土壤中易被固定，移动性较小；而氮元素和钾元素在土壤中易溶于水，若施用不当，极易随水移动淋失，不易被作物所吸收利用。因此，在烤烟—非烤烟轮作模式下，探讨不同氮钾运筹对作物产量、经济效益、品质及土壤养分含量的影响，对提高黔北烟区种植效益和减少烟地养分累积具有重要意义。【前人研究进展】合理施用氮磷钾肥料可明显提高作物的产量及经济效益。郭九信等（2013）研究表明，合理的氮钾施用能提高稻麦周年产量和经济效益；李银水等（2016）通过4年6季田间定位试验，证实合理的氮钾配施能提高油菜和花生产量及周年经济效益；王永华等（2017）对砂姜黑土麦玉轮作体系产量及养分利用效率的研究表明，麦季重磷、玉米季重钾配施模式有利于养分效率和作物产量的同步提高。合理平衡施肥及轮作措施对调控烤烟品质、提高产量有积极作用。韦建玉等（2011）研究表明，氮、钾水平分别为90和360 kg/ha时，烤烟的产量、评吸品质及香气成分含量等评测参数最优；李桂湘等（2012）设不同氮钾配比探究烤烟产量和产值，得出最佳的氮和钾施肥量分别为108和360 kg/ha；何林卫等（2015）通过10年长期定位试验，证实轮作烤烟的产量和产值高于连作烤烟；肖厚军等（2016）通过烟—蒜轮作模式的研究，结果表明烤烟季中氮高钾、大蒜季中氮低钾种植模式的作物产值最高。【本研究切入点】目前，有关烤烟氮钾平衡施肥的研究主要集中在氮素、钾素单因素作用和施肥效果或者氮钾配施在单一作物上的作用效果，而针对烤烟—非烤烟轮作模式下周年氮钾运筹分配的研究尚无报道。【拟解决的关键问题】采用田间试验方法，在黔北烟区进行“烟—蒜—稻—菜—烟”轮作制的氮钾运筹试验，研究烤烟—非烤烟作物轮作时氮钾养分在大、小季作物上的配比及其对作物产量、产值、品质与土壤养分残留的效应，筛选该轮作模式下最合理的氮钾配比，为提高黔北烟区种植效益、减少烟地养分积累及避免潜在环境污染提供理论依据。
1 材料与方法
1. 1 试验地概况
试验于2015—2017年在贵州省遵义市绥阳县旺草镇广怀村进行。试验地位于东经107°16′29″，北纬28°06′05″，海拔710 m。土壤基础理化性质：pH 5.52，碱解氮138.0 mg/kg，有机质31.5%，有效磷17.6 mg/kg，速效钾171.0 mg/kg。
1. 2 试验材料
试验用烤烟品种为K326，水稻品种为粟香196，甘蓝品种为寒胜，大蒜品种为当地红皮蒜。
试验用肥料：烤烟专用肥为遵义市烟草公司委托瓮福集团加工生产的专用基肥（N∶P2O5∶K2O=10∶10∶23）、专用追肥（N∶P2O5∶K2O=15∶0∶30）和硝酸铵（含N 34.0%）。氮肥为尿素（含N 46.2%），磷肥为过磷酸钙（含P2O5 12.0%），钾肥为硫酸钾（含K2O 50.2%），均为市售。
1. 3 试验方法
采用“烟—蒜—稻—菜—烟”轮作制度，2015年为“烟—蒜”轮作，2016年为“稻—菜”轮作，2017年为烤烟种植。轮作试验开始前，试验田块作物种植模式为“烤烟—休闲”模式。根据历年黔北地区烤烟、蔬菜养分需求量试验，确定轮作模式周年养分投入量，试验全年养分投入：N 360 kg/ha，P2O5 180 kg/ha，K2O 540 kg/ha。由于黔北田烟区属北亚热带，夏季降雨多，为满足作物需要和减少养分流失，氮素配比按大季少、小季多，钾素按大季多、小季少的原则进行运筹试验。各处理施肥见表1。试验小区面积为42 m2（6 m×7 m），3次重复，随机区组排列。 2015年，大季烤烟3月1日播种育苗，5月4日移栽，密度为每小区54株（6行×9株/行，1.3万株/ha），7月24日开始分次收获；小季大蒜10月25日栽种，密度为每小区1296株（30.8万株/ha），2016年4月11日收获。2016年，大季水稻5月27日移栽，密度为每小区504株（18行×28株/行，12.0万株/ha），9月20日统一收获；小季甘蓝8月20日播种育苗，9月26日移栽，密度为每小区126株（6行×21株/行，3.0万株/ha），2017年3月22日统一收获。2017年，烤烟3月2日播种育苗，5月6日移栽，密度为每小区54株（6行×9株/行，1.3万株/ha），7月13日开始分次收获。
烤烟施肥按试验设计，栽种时起垄不覆膜，移栽时每小区施用烤烟专用基肥40 kg，移栽20 d后，追施烤烟专用追肥，其他养分用硝酸铵、过磷酸钙和硫酸钾配施；水稻、大蒜和甘蓝供试肥料为尿素、过磷酸钙和硫酸钾；水稻、甘蓝采用育苗移栽的种植方式，大蒜采用点播的种植方式，除施肥量和密度不同外，其他田间管理措施均按当地农技部门推荐措施进行。
1. 4 测定项目及方法
1. 4. 1 土壤样品采集与测定 土壤基础样品于2015年烤烟种植前采集，在整个试验田均匀布点15个，采集0～20 cm耕层土壤，风干磨细过筛后，分别测定土壤pH、有机质、碱解氮、有效磷和速效钾；每季作物收获后，每小区分别均匀布点4个，采集0～20 cm耕层土壤，风干磨细过筛后，分别测定土壤pH、碱解氮、有效磷和速效钾。各土壤养分测定参照鲁如坤（2000）的方法。
1. 4. 2 水稻、烤烟、甘蓝、大蒜地上部样品采集与测定 作物收获期，各小区选取有代表性植株6株（蔸）进行取样，105 ℃下杀青30 min，60 ℃烘箱中烘至恒重，记录干重，其中烤烟烟叶样品为多次采收累积保存。
1. 4. 3 水稻、烤烟、甘蓝、大蒜产量测定 水稻、甘蓝和大蒜收获期，各处理实收，分别计产。烤烟分期采收烘烤，各时期实际采收烘烤量相加即为小区的实际产量。
1. 4. 4 烤烟化学成分测定 于烤烟收获期选取不同处理下烟株中部长势相对一致烟叶样品，烘烤后测定全氮、全钾、烟碱、总糖、还原糖、淀粉和蛋白质含量等指标（李春丽和毛绍春，2007）。
1. 5 统计分析
试验数据采用Excel 2003及SPSS 17.0进行整理与分析，采用DPS 15.0进行显著性分析（LSD法），采用Origin 8.0制图。
2 结果与分析
2. 1 氮钾运筹对5季作物产量的影响
由表2可知，不同氮钾运筹模式下的作物产量存在差异。2015年，烤烟产量以T3处理最高（1310.7 kg/ha），显著高于其他处理49.1～82.2 kg/ha（P<0.05，下同）；大蒜产量以T1处理最高（5776.6 kg/ha），顯著高于其他处理253.7～370.5 kg/ha。2016年，水稻产量以T3处理最高（5945.3 kg/ha），显著高于其他处理360.8～815.3 kg/ha；甘蓝产量以T1处理最高（58890.0 kg/ha），除与T4处理差异不显著外（P>0.05，下同），显著高于其他处理1740.0～3780.0 kg/ha。2017年烤烟产量以T3处理最高（1654.5 kg/ha），显著高于其他处理199.5～368.2 kg/ha。
2. 2 氮钾运筹对5季作物产值的影响
由表3可知，周年氮钾运筹5季作物以T3处理的产值最高，达138023元/ha，平均为55209元/年，比其他处理高5.0%～7.6%；T1处理的产值次之，为131382元/ha，平均为52553元/年；T2与T4处理的产值较低，分别为129023和128315元/ha。5季作物T3处理产值较T4处理产值增加9708元/ha，T3处理的相对产值为107.5%，说明在氮钾投入一定的情况下，优化周年氮钾投入的产值比未优化周年氮钾投入增加7.5%。
由表4可知，周年氮钾投入一致时，不同年份间不同种植作物搭配、周年氮钾配比的产值存在明显差异。2015年周年作物搭配为烤烟—大蒜，不同氮钾配比处理的产值在48002～49823元/ha，以T3处理的产值最高；2016年周年作物搭配为水稻—甘蓝，不同氮钾配比处理的产值在48939～50276元/ha，以T4处理处理的产值最高；2017年烤烟产值以T3处理最高，达38054元/ha，显著高于其他处理。不同年份的周年产值由作物产量和农产品价格决定，作物产量受年际间气候影响，农产品价格受当年市场需求的影响，在周年作物搭配和氮钾投入一定时，合理的氮钾配比会带来较高的周年产值。
2. 3 氮钾运筹对大季烤烟化学品质的影响
优质烤烟一般要求烟碱1.8%～2.8%，总糖20%～26%，还原糖18%～22%，总氮1.5%～2.5%，蛋白质6.5%～8.5%，淀粉≤5%，糖碱比8～12，氮碱比0.8～0.9，糖蛋比（施木克值）2～4（肖协忠，1997）。从表5可看出，不同氮钾配比及不同年份对大季烤烟中部烟叶化学品质有不同程度的影响。在同一年份中，不同氮钾配比处理的还原糖和总糖含量变化趋势略有不同，还原糖含量表现为T3>T1>T2>T4，各处理还原糖含量达优质烟叶要求下限；总糖含量表现为T3>T2>T1>T4，其中T3处理、2017年T1和T2处理的总糖含量达优质烟叶要求水平。烟碱含量在不同年份间存在明显差异，2015年表现为T2>T4>T1>T3，烟碱含量高于优质烟叶要求；2017年表现为T2>T1>T4>T3，烟碱总体处于优质烟叶要求范围。蛋白质含量在2015年高于优质烟叶要求，2017年接近优质烟叶要求。两年的总氮含量均在优质烟叶要求范围。两年的全钾含量也在优质烟叶要求范围，表现为T3>T1>T2>T4。综上所述，轮作后，不同处理的烤烟还原糖、总糖和全钾含量增加，烟碱、全氮和蛋白质含量降低，总体来看烤烟化学成分含量较合理。 2. 4 氮钾运筹下植烟土壤速效氮磷钾及pH的变化
氮钾运筹下植烟土壤种植5季作物后的pH及速效氮磷钾的变化趋势（图1）显示，土壤pH、碱解氮、有效磷和速效钾含量随着轮作的进行均呈小幅度上升趋势。随着轮作作物茬数的增加，土壤pH缓慢波动上升，种烟后种大蒜土壤pH有所下降，种水稻后pH有较明显回升，再种甘蓝又有所下降，2017年种烟前比2015年种烟有所提高，T2和T4处理的波动大于T1和T3处理。土壤有效磷含量的变化与土壤pH相似，也随轮作作物茬数的增加缓慢波动上升，T2和T4处理有效磷含量的波动大于T1和T3处理。
随着轮作作物茬数的增加，土壤碱解氮和速效钾含量也呈波动上升趋势，且上升趋势有两个相似之处：一是波动低谷在大季收获后，高峰在小季收获后；二是低氮处理的碱解氮含量和低钾处理的速效钾含量波动幅度较大，T2处理的碱解氮含量、T1和T2处理的速效钾含量波动幅度较小，可能与作物对肥料的吸收量比较稳定有关，施用量大时在土壤中残留量较多，施用量小时在土壤中残留量较少。
3 讨论
氮和钾是作物必需的两种元素，合理施用能改善作物生长，提高作物产量（余常兵等，2010），进而提高作物总产值。本研究条件下，大季作物烤烟和水稻产量以T3处理最高，小季作物大蒜和甘蓝产量以T1处理最高，说明合理增施氮钾对作物产量有促进作用。T3处理5季作物总产值为138023元/ha，高于其他处理6641～9708元/ha，表明在施用总量相同的情况下，合理的氮钾配施存在正交互作用，与前人关于烤烟（Wang et al.，2003）、甘蓝（郭熙胜等，2004）、小麦（武际等，2007）和花生—玉米轮作（李银水等，2016）的研究结果相同，其主要原因可能是合理的氮钾配施可增加作物叶绿素含量，提高光能利用效率，进而提高作物产量（吴朝阳等，2009）。本研究中，烤烟季烤烟产值最高的处理，其氮钾比（N∶K2O）为1∶3.8，略高于贾欢欢等（2013）氮钾比（N∶K2O为1∶4.5）的研究结果，可能是试验地理环境和本研究未設氮钾配施梯度所致。因此，今后的研究应注重氮钾配施梯度的设置，同时从机理出发探讨氮钾合理配施的影响机制。
烟叶中主要化学成分的含量及其比值是评价烤烟品质的关键指标。氮肥和钾肥的不同配施比例对烟叶的化学成分有显著影响，合理的氮钾配比可明显提高烟叶综合质量，过高的施钾量导致氮、钾比例失调，影响根系对钾的吸收。虽然不同研究条件得出的氮钾适宜施用量相差较大，但氮钾比的范围均为2.5～4.5（韦建玉等，2011；贾欢欢等，2013；向慧慧等，2013）。本研究结果表明，烤烟品质最优的氮钾配比为1∶3.8，与前人结果研究相似。轮作开始前，烤烟品质指标相对于优质烤烟品质略差，轮作后，不同处理烤烟的还原糖、总糖和全钾含量增加，烟碱、全氮和蛋白质含量降低，总体来看烤烟化学成分处于烤烟优质指标范围内，含量合理，内在比例协调，说明轮作条件下合理的氮钾配施对烤烟品质提高有促进作用。
土壤养分供应能力是评价土壤肥力的重要指标，土壤养分含量是土壤肥力的重要基础。本研究结果表明，5季作物轮作后土壤养分指标变化明显，轮作后土壤pH略有提高，且波动较小，说明轮作能提高土壤pH；碱解氮和速效钾含量的变化趋势相同，均为大季烤烟和水稻收获后较低，而小季甘蓝和大蒜收获后较高，因此在总养分投入量相同的情况下，可适当提高大季烤烟钾肥投入量和大季水稻的氮肥投入量，降低小季甘蓝和大蒜的氮钾肥投入量；土壤有效磷含量随轮作的进行呈增加趋势，说明本研究条件下，作物吸磷量小于磷肥投入量，土壤磷素略有盈余，因此，小季作物可适当减少磷肥用量。
4 结论
贵州黄壤烟区推行“烟—蒜—稻—菜—烟”轮作时，大季作物烤烟、水稻采用中氮高钾，小季作物蒜、甘蓝采用中氮低钾的周年养分运筹模式，可获得较高的产值、较好的烟叶化学品质和较低的土壤速效氮钾残留。适宜的大季作物氮、钾用量分别为108和405 kg/ha，小季作物氮、钾用量分别为252和135 kg/ha。
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（責任编辑 王 晖）
关键词： 黄壤；烤烟—非烟作物轮作；氮钾运筹；效应；贵州
中图分类号： S344.13 文献标志码：A 文章编号：2095-1191（2018）10-1933-07
0 引言
【研究意义】烤烟是我国重要的经济作物之一，实际生产中受经济利益驱动、耕地的有限性及生产栽培条件的制约，烤烟连作现象十分普遍且愈发严重。但烤烟为忌连作作物，长期的烤烟连作会造成一系列的生产问题（晋艳等，2004；王连君和谷思玉，2004；郭亚利等，2007；胡汝晓等，2007；娄翼来等，2007）。轮作能显著改善土壤微生物环境及土壤肥力，提高作物产量和品质（晋艳等，2002；郭芳阳等，2007；赖朝圆等，2018；张慧等，2018），即烤烟轮作是实现烟草产业可持续发展的重要保障（顾怀胜等，2013）。烤烟—非烤烟轮作模式在黔北烟区的面积呈扩大趋势；然而农民在非烟作物施肥中较随意，通常施用氮肥过量而钾肥不足，对当季作物及下茬烤烟的品质和效益均产生负效应。平衡施肥是包括烤烟在内多种作物的关键栽培技术之一，尤其氮钾肥的合理施用不仅对作物的产量和品质有重要影响，还起到生态保护作用（武际等，2007；李银水等，2016）。磷元素在土壤中易被固定，移动性较小；而氮元素和钾元素在土壤中易溶于水，若施用不当，极易随水移动淋失，不易被作物所吸收利用。因此，在烤烟—非烤烟轮作模式下，探讨不同氮钾运筹对作物产量、经济效益、品质及土壤养分含量的影响，对提高黔北烟区种植效益和减少烟地养分累积具有重要意义。【前人研究进展】合理施用氮磷钾肥料可明显提高作物的产量及经济效益。郭九信等（2013）研究表明，合理的氮钾施用能提高稻麦周年产量和经济效益；李银水等（2016）通过4年6季田间定位试验，证实合理的氮钾配施能提高油菜和花生产量及周年经济效益；王永华等（2017）对砂姜黑土麦玉轮作体系产量及养分利用效率的研究表明，麦季重磷、玉米季重钾配施模式有利于养分效率和作物产量的同步提高。合理平衡施肥及轮作措施对调控烤烟品质、提高产量有积极作用。韦建玉等（2011）研究表明，氮、钾水平分别为90和360 kg/ha时，烤烟的产量、评吸品质及香气成分含量等评测参数最优；李桂湘等（2012）设不同氮钾配比探究烤烟产量和产值，得出最佳的氮和钾施肥量分别为108和360 kg/ha；何林卫等（2015）通过10年长期定位试验，证实轮作烤烟的产量和产值高于连作烤烟；肖厚军等（2016）通过烟—蒜轮作模式的研究，结果表明烤烟季中氮高钾、大蒜季中氮低钾种植模式的作物产值最高。【本研究切入点】目前，有关烤烟氮钾平衡施肥的研究主要集中在氮素、钾素单因素作用和施肥效果或者氮钾配施在单一作物上的作用效果，而针对烤烟—非烤烟轮作模式下周年氮钾运筹分配的研究尚无报道。【拟解决的关键问题】采用田间试验方法，在黔北烟区进行“烟—蒜—稻—菜—烟”轮作制的氮钾运筹试验，研究烤烟—非烤烟作物轮作时氮钾养分在大、小季作物上的配比及其对作物产量、产值、品质与土壤养分残留的效应，筛选该轮作模式下最合理的氮钾配比，为提高黔北烟区种植效益、减少烟地养分积累及避免潜在环境污染提供理论依据。
1 材料与方法
1. 1 试验地概况
试验于2015—2017年在贵州省遵义市绥阳县旺草镇广怀村进行。试验地位于东经107°16′29″，北纬28°06′05″，海拔710 m。土壤基础理化性质：pH 5.52，碱解氮138.0 mg/kg，有机质31.5%，有效磷17.6 mg/kg，速效钾171.0 mg/kg。
1. 2 试验材料
试验用烤烟品种为K326，水稻品种为粟香196，甘蓝品种为寒胜，大蒜品种为当地红皮蒜。
试验用肥料：烤烟专用肥为遵义市烟草公司委托瓮福集团加工生产的专用基肥（N∶P2O5∶K2O=10∶10∶23）、专用追肥（N∶P2O5∶K2O=15∶0∶30）和硝酸铵（含N 34.0%）。氮肥为尿素（含N 46.2%），磷肥为过磷酸钙（含P2O5 12.0%），钾肥为硫酸钾（含K2O 50.2%），均为市售。
1. 3 试验方法
采用“烟—蒜—稻—菜—烟”轮作制度，2015年为“烟—蒜”轮作，2016年为“稻—菜”轮作，2017年为烤烟种植。轮作试验开始前，试验田块作物种植模式为“烤烟—休闲”模式。根据历年黔北地区烤烟、蔬菜养分需求量试验，确定轮作模式周年养分投入量，试验全年养分投入：N 360 kg/ha，P2O5 180 kg/ha，K2O 540 kg/ha。由于黔北田烟区属北亚热带，夏季降雨多，为满足作物需要和减少养分流失，氮素配比按大季少、小季多，钾素按大季多、小季少的原则进行运筹试验。各处理施肥见表1。试验小区面积为42 m2（6 m×7 m），3次重复，随机区组排列。 2015年，大季烤烟3月1日播种育苗，5月4日移栽，密度为每小区54株（6行×9株/行，1.3万株/ha），7月24日开始分次收获；小季大蒜10月25日栽种，密度为每小区1296株（30.8万株/ha），2016年4月11日收获。2016年，大季水稻5月27日移栽，密度为每小区504株（18行×28株/行，12.0万株/ha），9月20日统一收获；小季甘蓝8月20日播种育苗，9月26日移栽，密度为每小区126株（6行×21株/行，3.0万株/ha），2017年3月22日统一收获。2017年，烤烟3月2日播种育苗，5月6日移栽，密度为每小区54株（6行×9株/行，1.3万株/ha），7月13日开始分次收获。
烤烟施肥按试验设计，栽种时起垄不覆膜，移栽时每小区施用烤烟专用基肥40 kg，移栽20 d后，追施烤烟专用追肥，其他养分用硝酸铵、过磷酸钙和硫酸钾配施；水稻、大蒜和甘蓝供试肥料为尿素、过磷酸钙和硫酸钾；水稻、甘蓝采用育苗移栽的种植方式，大蒜采用点播的种植方式，除施肥量和密度不同外，其他田间管理措施均按当地农技部门推荐措施进行。
1. 4 测定项目及方法
1. 4. 1 土壤样品采集与测定 土壤基础样品于2015年烤烟种植前采集，在整个试验田均匀布点15个，采集0～20 cm耕层土壤，风干磨细过筛后，分别测定土壤pH、有机质、碱解氮、有效磷和速效钾；每季作物收获后，每小区分别均匀布点4个，采集0～20 cm耕层土壤，风干磨细过筛后，分别测定土壤pH、碱解氮、有效磷和速效钾。各土壤养分测定参照鲁如坤（2000）的方法。
1. 4. 2 水稻、烤烟、甘蓝、大蒜地上部样品采集与测定 作物收获期，各小区选取有代表性植株6株（蔸）进行取样，105 ℃下杀青30 min，60 ℃烘箱中烘至恒重，记录干重，其中烤烟烟叶样品为多次采收累积保存。
1. 4. 3 水稻、烤烟、甘蓝、大蒜产量测定 水稻、甘蓝和大蒜收获期，各处理实收，分别计产。烤烟分期采收烘烤，各时期实际采收烘烤量相加即为小区的实际产量。
1. 4. 4 烤烟化学成分测定 于烤烟收获期选取不同处理下烟株中部长势相对一致烟叶样品，烘烤后测定全氮、全钾、烟碱、总糖、还原糖、淀粉和蛋白质含量等指标（李春丽和毛绍春，2007）。
1. 5 统计分析
试验数据采用Excel 2003及SPSS 17.0进行整理与分析，采用DPS 15.0进行显著性分析（LSD法），采用Origin 8.0制图。
2 结果与分析
2. 1 氮钾运筹对5季作物产量的影响
由表2可知，不同氮钾运筹模式下的作物产量存在差异。2015年，烤烟产量以T3处理最高（1310.7 kg/ha），显著高于其他处理49.1～82.2 kg/ha（P<0.05，下同）；大蒜产量以T1处理最高（5776.6 kg/ha），顯著高于其他处理253.7～370.5 kg/ha。2016年，水稻产量以T3处理最高（5945.3 kg/ha），显著高于其他处理360.8～815.3 kg/ha；甘蓝产量以T1处理最高（58890.0 kg/ha），除与T4处理差异不显著外（P>0.05，下同），显著高于其他处理1740.0～3780.0 kg/ha。2017年烤烟产量以T3处理最高（1654.5 kg/ha），显著高于其他处理199.5～368.2 kg/ha。
2. 2 氮钾运筹对5季作物产值的影响
由表3可知，周年氮钾运筹5季作物以T3处理的产值最高，达138023元/ha，平均为55209元/年，比其他处理高5.0%～7.6%；T1处理的产值次之，为131382元/ha，平均为52553元/年；T2与T4处理的产值较低，分别为129023和128315元/ha。5季作物T3处理产值较T4处理产值增加9708元/ha，T3处理的相对产值为107.5%，说明在氮钾投入一定的情况下，优化周年氮钾投入的产值比未优化周年氮钾投入增加7.5%。
由表4可知，周年氮钾投入一致时，不同年份间不同种植作物搭配、周年氮钾配比的产值存在明显差异。2015年周年作物搭配为烤烟—大蒜，不同氮钾配比处理的产值在48002～49823元/ha，以T3处理的产值最高；2016年周年作物搭配为水稻—甘蓝，不同氮钾配比处理的产值在48939～50276元/ha，以T4处理处理的产值最高；2017年烤烟产值以T3处理最高，达38054元/ha，显著高于其他处理。不同年份的周年产值由作物产量和农产品价格决定，作物产量受年际间气候影响，农产品价格受当年市场需求的影响，在周年作物搭配和氮钾投入一定时，合理的氮钾配比会带来较高的周年产值。
2. 3 氮钾运筹对大季烤烟化学品质的影响
优质烤烟一般要求烟碱1.8%～2.8%，总糖20%～26%，还原糖18%～22%，总氮1.5%～2.5%，蛋白质6.5%～8.5%，淀粉≤5%，糖碱比8～12，氮碱比0.8～0.9，糖蛋比（施木克值）2～4（肖协忠，1997）。从表5可看出，不同氮钾配比及不同年份对大季烤烟中部烟叶化学品质有不同程度的影响。在同一年份中，不同氮钾配比处理的还原糖和总糖含量变化趋势略有不同，还原糖含量表现为T3>T1>T2>T4，各处理还原糖含量达优质烟叶要求下限；总糖含量表现为T3>T2>T1>T4，其中T3处理、2017年T1和T2处理的总糖含量达优质烟叶要求水平。烟碱含量在不同年份间存在明显差异，2015年表现为T2>T4>T1>T3，烟碱含量高于优质烟叶要求；2017年表现为T2>T1>T4>T3，烟碱总体处于优质烟叶要求范围。蛋白质含量在2015年高于优质烟叶要求，2017年接近优质烟叶要求。两年的总氮含量均在优质烟叶要求范围。两年的全钾含量也在优质烟叶要求范围，表现为T3>T1>T2>T4。综上所述，轮作后，不同处理的烤烟还原糖、总糖和全钾含量增加，烟碱、全氮和蛋白质含量降低，总体来看烤烟化学成分含量较合理。 2. 4 氮钾运筹下植烟土壤速效氮磷钾及pH的变化
氮钾运筹下植烟土壤种植5季作物后的pH及速效氮磷钾的变化趋势（图1）显示，土壤pH、碱解氮、有效磷和速效钾含量随着轮作的进行均呈小幅度上升趋势。随着轮作作物茬数的增加，土壤pH缓慢波动上升，种烟后种大蒜土壤pH有所下降，种水稻后pH有较明显回升，再种甘蓝又有所下降，2017年种烟前比2015年种烟有所提高，T2和T4处理的波动大于T1和T3处理。土壤有效磷含量的变化与土壤pH相似，也随轮作作物茬数的增加缓慢波动上升，T2和T4处理有效磷含量的波动大于T1和T3处理。
随着轮作作物茬数的增加，土壤碱解氮和速效钾含量也呈波动上升趋势，且上升趋势有两个相似之处：一是波动低谷在大季收获后，高峰在小季收获后；二是低氮处理的碱解氮含量和低钾处理的速效钾含量波动幅度较大，T2处理的碱解氮含量、T1和T2处理的速效钾含量波动幅度较小，可能与作物对肥料的吸收量比较稳定有关，施用量大时在土壤中残留量较多，施用量小时在土壤中残留量较少。
3 讨论
氮和钾是作物必需的两种元素，合理施用能改善作物生长，提高作物产量（余常兵等，2010），进而提高作物总产值。本研究条件下，大季作物烤烟和水稻产量以T3处理最高，小季作物大蒜和甘蓝产量以T1处理最高，说明合理增施氮钾对作物产量有促进作用。T3处理5季作物总产值为138023元/ha，高于其他处理6641～9708元/ha，表明在施用总量相同的情况下，合理的氮钾配施存在正交互作用，与前人关于烤烟（Wang et al.，2003）、甘蓝（郭熙胜等，2004）、小麦（武际等，2007）和花生—玉米轮作（李银水等，2016）的研究结果相同，其主要原因可能是合理的氮钾配施可增加作物叶绿素含量，提高光能利用效率，进而提高作物产量（吴朝阳等，2009）。本研究中，烤烟季烤烟产值最高的处理，其氮钾比（N∶K2O）为1∶3.8，略高于贾欢欢等（2013）氮钾比（N∶K2O为1∶4.5）的研究结果，可能是试验地理环境和本研究未設氮钾配施梯度所致。因此，今后的研究应注重氮钾配施梯度的设置，同时从机理出发探讨氮钾合理配施的影响机制。
烟叶中主要化学成分的含量及其比值是评价烤烟品质的关键指标。氮肥和钾肥的不同配施比例对烟叶的化学成分有显著影响，合理的氮钾配比可明显提高烟叶综合质量，过高的施钾量导致氮、钾比例失调，影响根系对钾的吸收。虽然不同研究条件得出的氮钾适宜施用量相差较大，但氮钾比的范围均为2.5～4.5（韦建玉等，2011；贾欢欢等，2013；向慧慧等，2013）。本研究结果表明，烤烟品质最优的氮钾配比为1∶3.8，与前人结果研究相似。轮作开始前，烤烟品质指标相对于优质烤烟品质略差，轮作后，不同处理烤烟的还原糖、总糖和全钾含量增加，烟碱、全氮和蛋白质含量降低，总体来看烤烟化学成分处于烤烟优质指标范围内，含量合理，内在比例协调，说明轮作条件下合理的氮钾配施对烤烟品质提高有促进作用。
土壤养分供应能力是评价土壤肥力的重要指标，土壤养分含量是土壤肥力的重要基础。本研究结果表明，5季作物轮作后土壤养分指标变化明显，轮作后土壤pH略有提高，且波动较小，说明轮作能提高土壤pH；碱解氮和速效钾含量的变化趋势相同，均为大季烤烟和水稻收获后较低，而小季甘蓝和大蒜收获后较高，因此在总养分投入量相同的情况下，可适当提高大季烤烟钾肥投入量和大季水稻的氮肥投入量，降低小季甘蓝和大蒜的氮钾肥投入量；土壤有效磷含量随轮作的进行呈增加趋势，说明本研究条件下，作物吸磷量小于磷肥投入量，土壤磷素略有盈余，因此，小季作物可适当减少磷肥用量。
4 结论
贵州黄壤烟区推行“烟—蒜—稻—菜—烟”轮作时，大季作物烤烟、水稻采用中氮高钾，小季作物蒜、甘蓝采用中氮低钾的周年养分运筹模式，可获得较高的产值、较好的烟叶化学品质和较低的土壤速效氮钾残留。适宜的大季作物氮、钾用量分别为108和405 kg/ha，小季作物氮、钾用量分别为252和135 kg/ha。
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（責任编辑 王 晖）