利用均勻設(shè)計(jì)研究氮磷鉀肥對(duì)烤煙養(yǎng)分吸收和經(jīng)濟(jì)性狀的影響

毛家偉，孫大為，張 翔，楊立均，李 亮，司賢宗，吳俊林

（1.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物營(yíng)養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，河南鄭州450002；2.駐馬店市煙草公司，河南駐馬店463000）

利用均勻設(shè)計(jì)研究氮磷鉀肥對(duì)烤煙養(yǎng)分吸收和經(jīng)濟(jì)性狀的影響

毛家偉1，孫大為2，張 翔1，楊立均2，李 亮1，司賢宗1，吳俊林2

（1.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物營(yíng)養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，河南鄭州450002；2.駐馬店市煙草公司，河南駐馬店463000）

為探討豫南煙區(qū)烤煙品種云煙87生產(chǎn)的適宜氮磷鉀配比，采用施氮量（X1）、施磷量（X2）和施鉀量（X3）3因素均勻設(shè)計(jì)，研究氮磷鉀肥對(duì)烤煙養(yǎng)分吸收和經(jīng)濟(jì)性狀的影響。結(jié)果表明，以最佳產(chǎn)值（Y）為目標(biāo)建立的方程為：Y＝45 767.8＋355.8 X1＋34.59X3－3.43 X12－0.11 X32（R2＝0.999 8），產(chǎn)值最高的各因素組合為：N51.8 kg/hm2，K2O155.4 kg/hm2。施磷量對(duì)產(chǎn)值的影響不顯著，從磷素農(nóng)學(xué)利用率來(lái)看，當(dāng)施磷量為37.5 kg/hm2時(shí)，磷素農(nóng)學(xué)利用率最高，達(dá)8.83 kg/kg。

均勻設(shè)計(jì)；烤煙；氮磷鉀用量；養(yǎng)分吸收；經(jīng)濟(jì)性狀

氮、磷、鉀是作物正常生長(zhǎng)發(fā)育的三大必需營(yíng)養(yǎng)[1]，優(yōu)質(zhì)烤煙生產(chǎn)一般要求土壤中氮素適中，磷素和鉀素含量豐富[2-3]。煙葉質(zhì)量受品種、栽培技術(shù)、氣候等因素的影響[4]，在栽培上，合理的養(yǎng)分管理是決定煙葉品質(zhì)的第一因子[5]。其中，氮素營(yíng)養(yǎng)是決定煙草生長(zhǎng)及產(chǎn)量和質(zhì)量的首要元素[6]，它以蛋白質(zhì)、核酸、葉綠素、煙堿等的形式存在于煙株體內(nèi)，在生命活動(dòng)中具有特殊的作用，有“生命元素”之稱(chēng)[7]；磷是植物體內(nèi)磷脂和核酸的主要組成成分，是構(gòu)成細(xì)胞核與原生質(zhì)的重要物質(zhì)[8]；鉀素參與烤煙的碳氮代謝，煙葉中含鉀量直接影響香氣質(zhì)、香氣量和燃燒性[9]?？緹煹纳L(zhǎng)過(guò)程中各種營(yíng)養(yǎng)元素需要平衡搭配，過(guò)多或過(guò)少施用某些元素都會(huì)影響煙株的正常生長(zhǎng)。

均勻設(shè)計(jì)是由中國(guó)統(tǒng)計(jì)學(xué)家方開(kāi)泰和中國(guó)科學(xué)院院士王元首創(chuàng)[10]將數(shù)論和多元設(shè)計(jì)相結(jié)合，在正交設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造出的一種新的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，其顯著優(yōu)點(diǎn)是試驗(yàn)量較正交設(shè)計(jì)明顯減少，尤其適合于多因素水平的試驗(yàn)[11]。有關(guān)氮磷鉀配施對(duì)烤煙的影響報(bào)道較多[12-14]，但利用均勻設(shè)計(jì)對(duì)烤煙氮磷鉀配比的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。

此外，由于不同煙區(qū)生態(tài)條件迥異造成烤煙施肥上存在較大差異。長(zhǎng)期以來(lái)，豫南煙區(qū)在煙葉生產(chǎn)中存在氮肥施用過(guò)量、磷鉀肥施用不足的現(xiàn)象，造成煙葉不易成熟落黃、烤后煙葉煙堿含量偏高等問(wèn)題，嚴(yán)重制約了當(dāng)?shù)責(zé)熑~質(zhì)量的提升。

本試驗(yàn)采用田間試驗(yàn)，利用均勻設(shè)計(jì)法，研究氮磷鉀肥不同配比對(duì)烤煙養(yǎng)分吸收和經(jīng)濟(jì)性狀的影響，旨在為豫南煙區(qū)煙葉的生產(chǎn)提供合理的氮磷鉀配施比例。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試烤煙品種為云煙87。供試肥料種類(lèi)有：一銨（N 10%，P2O545%），硝銨磷（N 32%，P2O54%），硫酸鉀（K2O50%）。

1.2 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2015年在河南省確山縣竹溝鎮(zhèn)大里河村進(jìn)行，供試土壤耕層基礎(chǔ)理化性狀為：pH值7.5，有機(jī)質(zhì)13.6 g/kg，堿解氮87.3 mg/kg，速效磷20.8 mg/kg，速效鉀126 mg/kg。試驗(yàn)地肥力均勻一致，地勢(shì)平坦，排灌方便。試驗(yàn)前茬作物為煙草。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用3因子6水平均勻設(shè)計(jì)，以施氮量（X1）、施磷量（X2）和施鉀量（X3）為試驗(yàn)因素，同時(shí)以不施肥處理為對(duì)照，共7個(gè)處理。試驗(yàn)處理因子與水平列于表1。3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積72 m2。施肥方式：氮肥70%條施、30%穴施，磷肥全部條施，鉀肥50%條施、20%穴施、30%追施，計(jì)算各處理具體肥料施用量。8月13日采烤結(jié)束。其他各項(xiàng)田間生產(chǎn)管理措施統(tǒng)一按當(dāng)?shù)匾?guī)范化措施進(jìn)行。

表1 各處理因子與水平 kg/hm2

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.4.1 干物質(zhì) 每個(gè)處理固定1株煙進(jìn)行取樣，于煙葉第1次采收時(shí)開(kāi)始，逐次取成熟葉片，在105℃下殺青30 min，然后在70℃下烘干至恒質(zhì)量，稱(chēng)質(zhì)量。試驗(yàn)結(jié)束后，用清水將固定煙株沖洗干凈，把根、莖分開(kāi)，然后在70℃下烘干至恒質(zhì)量，立即稱(chēng)質(zhì)量。

1.4.2 土壤養(yǎng)分 分別在移栽后45，60，80 d和試驗(yàn)結(jié)束后取各處理耕層土壤樣品，經(jīng)風(fēng)干、過(guò)篩、混勻后，按文獻(xiàn)[15]的方法測(cè)定堿解氮、速效磷、速效鉀含量。

1.4.3 煙株養(yǎng)分 將煙株干物質(zhì)各部位粉碎過(guò)0.42 mm篩后，按文獻(xiàn)[15]的方法測(cè)定全氮、全磷和全鉀含量。

1.4.4 肥料農(nóng)學(xué)利用率 其參照文獻(xiàn)[5]的方法進(jìn)行計(jì)算。肥料農(nóng)學(xué)利用率＝（施肥區(qū)煙葉產(chǎn)量－無(wú)肥區(qū)煙葉產(chǎn)量）/單元素施用量。

1.4.5 經(jīng)濟(jì)性狀 各小區(qū)單獨(dú)計(jì)產(chǎn)，并根據(jù)烤煙國(guó)標(biāo)對(duì)烤后煙葉進(jìn)行分級(jí)，確定烤煙的產(chǎn)值、均價(jià)、上等煙比例及中上等煙比例。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010和SPSS軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)土壤養(yǎng)分動(dòng)態(tài)變化的影響

從圖1-A可以看出，在移栽后45 d，土壤中堿解氮含量隨著施氮量的增加而增加，在移栽后60 d，與移栽后45 d相比，施氮量最高的處理T7土壤堿解氮含量明顯下降，對(duì)照不施氮處理T1略有下降，其他處理土壤中堿解氮均有不同程度的提高，幅度為2.1～24 mg/kg，以處理T5增加最明顯；在移栽60 d之后，各處理土壤中的堿解氮含量逐漸降低，以處理T4，T5，T6土壤堿解氮含量明顯低于其他處理。

從圖1-B可以看出，整體來(lái)看，各處理土壤速效磷含量均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，除處理T4外，其他處理均從移栽后60 d后開(kāi)始下降。在移栽后的45 d，土壤速效磷含量均隨著施磷量增加而增加。在移栽后60 d到試驗(yàn)結(jié)束，各處理土壤速效磷含量由高至低的順序?yàn)椋篢4＞T3＞T7＞T2＞T6＞T5＞T1。

從圖1-C可以看出，除處理T1和處理T6土壤速效鉀含量在整個(gè)生育期變化幅度不明顯外，其他處理土壤速效鉀含量均表現(xiàn)出移栽后60 d前上升之后下降的趨勢(shì)。在移栽后45～60 d，處理T3和T5土壤速效鉀含量明顯高于其他處理。60～80 d，各處理土壤速效鉀含量下降，從下降幅度看，T5（70.4 mg/kg）＞T3（57.9 mg/kg）＞T2（21.0 mg/kg）＞T4（13.8 mg/kg）＞T7（12.9 mg/kg）＞T1（7.4 mg/kg）＞T6（5.1 mg/kg）。試驗(yàn)結(jié)束后，處理T3和T4土壤速效鉀含量明顯高于其他處理。

2.2 不同處理對(duì)煙株中養(yǎng)分含量的影響

從圖2-A可以看出，煙株不同部位氮含量大小表現(xiàn)為葉＞根＞莖；不同部位葉片間相比，在施氮量大于等于72 kg/hm2時(shí)，以下部葉氮含量最高，當(dāng)施氮量小于等于54 kg/hm2時(shí)，以中部葉含量最高；不同處理間相比，上部葉除處理T7外，其他處理氮含量間差異不顯著，而下部葉各處理間差異較顯著。提高施氮量能顯著提高下部葉氮含量。

從圖2-B可以看出，整體上以葉中磷含量略高于根和莖，中部葉全磷含量以處理T6顯著高于其他處理，上部葉施磷處理除T6外，其他施磷處理間差異不顯著；從根中全磷含量看，除處理T1（CK）和處理T2外，其他處理根中全磷含量差異不顯著；從莖中全磷含量看，處理T4和處理T6顯著高于處理T1（CK），T2，T5。

從圖2-C可以看出，不同部位比較，鉀含量大小表現(xiàn)為葉＞莖＞根；不同部位葉片間相比，除處理T3外，均以下部葉鉀含量最高。與T1（CK）處理相比，除處理T6下部葉外，施鉀處理煙株中鉀含量均有所提高，下部葉提高幅度為0.17～0.81百分點(diǎn)，中部葉提高幅度為0.17～0.85百分點(diǎn)，上部葉提高幅度為0.03～0.89百分點(diǎn)；根提高幅度為0.02～0.31百分點(diǎn)；莖提高幅度為0.01～0.60百分點(diǎn)。差異分析表明，中部葉鉀含量以處理T3顯著高于其他處理（處理T7除外），上部葉以處理T3和T5顯著高于其他處理（處理T7除外）。

2.3 不同處理對(duì)煙株干物質(zhì)和養(yǎng)分農(nóng)學(xué)利用率的影響

從各處理整株干物質(zhì)來(lái)看，以處理T5，T6，T7最高，干物質(zhì)積累均在360 g/株以上，處理T3，T4干物質(zhì)積累均在300 g/株左右，不施肥處理T1（CK）和施氮量最小處理T2煙株干物質(zhì)積累最小；從公頃養(yǎng)分吸收量比較，處理T6表現(xiàn)出氮的吸收量大于鉀的吸收量，這是因?yàn)槠涫┤氲牡蔬^(guò)多而鉀肥過(guò)少，其他處理養(yǎng)分吸收量均表現(xiàn)出鉀＞氮＞磷，符合烤煙生長(zhǎng)對(duì)養(yǎng)分的吸收規(guī)律[7]；從氮的農(nóng)學(xué)利用率來(lái)看，當(dāng)施氮量不大于54 kg/hm2時(shí)，氮的農(nóng)學(xué)利用率較高，以處理T4（施氮量54 kg/hm2）最高，達(dá)10.65 kg/kg；從磷的農(nóng)學(xué)利用率比較，以處理T5和T6較高，分別達(dá)8.83，4.20 kg/kg；從鉀素養(yǎng)分農(nóng)學(xué)利用率看，以處理T6和T4較高，分別為5.25，3.19 kg/kg。

表2 不同處理對(duì)干物質(zhì)、養(yǎng)分吸收和農(nóng)學(xué)利用率的影響

2.4 不同處理對(duì)烤煙經(jīng)濟(jì)性狀的影響

從表3可以看出，從產(chǎn)量上看，與對(duì)照T1處理相比，施肥處理均顯著提高了產(chǎn)量，提高幅度為79～842 kg/hm2，各施肥處理間相比，以處理T6產(chǎn)量最高，達(dá)2 778 kg/hm2；從產(chǎn)值上看，處理T4最高，達(dá)57 468元/hm2，顯著高于其他處理；煙葉產(chǎn)值是產(chǎn)量和質(zhì)量的綜合體現(xiàn)，因此，選擇產(chǎn)值與各因素建立方程，利用二次多項(xiàng)式逐步回歸得到方程：Y＝45767.8＋355.8X1＋34.59X3－3.43X12－0.11X32（R2＝0.999 8）。

偏相關(guān)分析和通徑分析的結(jié)果表明，施氮量和施鉀量對(duì)產(chǎn)值的影響均達(dá)到極顯著水平，通徑系數(shù)分別為1.80和0.88，施磷量對(duì)產(chǎn)值的影響不顯著，獲得最佳產(chǎn)值的組合為施氮量X1＝51.8 kg/hm2，施鉀量X3＝155.4 kg/hm2；從均價(jià)和上等煙比例來(lái)看，均以處理T4最高，分別達(dá)到24.26元/kg和46.24%。

表3 不同處理對(duì)烤煙經(jīng)濟(jì)性狀的影響

3 結(jié)論與討論

施肥是作物產(chǎn)量形成的首要條件，而養(yǎng)分積累則是作物產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)[16]。對(duì)烤煙而言，施肥是調(diào)控?zé)熑~產(chǎn)量和質(zhì)量的核心技術(shù)[17]。氮磷鉀3要素是影響煙株生長(zhǎng)發(fā)育的主要元素，適宜的氮磷鉀配施比例可協(xié)調(diào)煙葉的內(nèi)在化學(xué)成分，顯著提高煙葉品質(zhì)[18-20]。目前，關(guān)于氮磷鉀配比對(duì)烤煙生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量的影響已做了較多研究[21-23]，不同地區(qū)最佳氮磷鉀配比存在一定差異，陳建忠[24]研究表明，川南煙區(qū)富氮缺磷、鉀，N∶P2O5∶K2O為1∶2∶3或1∶2∶2比較適宜；馬武軍等[25]研究表明，在廣東煙區(qū)，氮磷鉀比為1∶1∶2.5時(shí)最佳。

均勻設(shè)計(jì)將試驗(yàn)點(diǎn)在高維空間內(nèi)充分均勻分散，使之具有更好的代表性[26]。由于不再考慮“整齊可比”性，因而大大減少了試驗(yàn)次數(shù)[27]。另外，由于增加了試驗(yàn)因子和水平數(shù)，可以從結(jié)果中得到更多的信息量。以本研究為例，共3個(gè)試驗(yàn)因子，6個(gè)水平，如采用常規(guī)隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，則需要216個(gè)試驗(yàn)處理組合，利用正交設(shè)計(jì)則至少需要36個(gè)處理組合，而采用均勻設(shè)計(jì)則僅需6個(gè)處理組合?？梢?jiàn)，在開(kāi)展多因素、多水平試驗(yàn)研究時(shí)，均勻設(shè)計(jì)是一種比較科學(xué)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，在移栽后45 d以前，土壤中堿解氮、速效磷和速效鉀含量均隨著施用量的增加而增加，試驗(yàn)結(jié)束后各處理養(yǎng)分含量比較表明，以處理T4堿解氮含量較低，速效磷和速效鉀含量較高，更加符合優(yōu)質(zhì)煙葉對(duì)土壤養(yǎng)分的需求[7]。從各養(yǎng)分的農(nóng)學(xué)利用率來(lái)看，當(dāng)施氮量小于等于54kg/hm2時(shí)，氮的農(nóng)學(xué)利用率較高，以處理T4（施氮量54 kg/hm2）最高，達(dá)10.65 kg/kg；從磷的農(nóng)學(xué)利用率來(lái)看，處理T5，T6較高，分別達(dá)8.83，4.20 kg/kg；從鉀素情況看，以處理T6和T4較高，分別為5.25，3.19 g/kg。

通過(guò)產(chǎn)值與各因素建立方程結(jié)果來(lái)看，方程達(dá)極顯著水平，獲得最佳產(chǎn)值的組合為施氮量X1＝51.8 kg/hm2，施鉀量X3＝155.4 kg/hm2。而施磷量對(duì)產(chǎn)值的影響則不顯著，這可能與當(dāng)?shù)赝寥乐兴傩Я缀枯^高有關(guān)，基礎(chǔ)土壤速效磷含量為20.8 mg/kg，已經(jīng)達(dá)到了豐富的程度[28]。從不同處理間比較，以處理T4產(chǎn)值、均價(jià)和上等煙比例最高，分別為57 468元/hm2，24.26元/kg，46.24%。

從以上分析可以看出，在豫南煙區(qū)，較適宜的氮鉀用量分別為N：51.8 kg/hm2，K2O：155.4 kg/hm2。煙區(qū)速效磷含量較豐富，當(dāng)施磷量為37.5 kg/hm2時(shí)，磷素農(nóng)學(xué)利用率最高。另外，農(nóng)業(yè)試驗(yàn)受外界環(huán)境影響因素較多，一般需要多年多點(diǎn)試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。因此，本試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)進(jìn)一步在豫南煙區(qū)進(jìn)行多點(diǎn)驗(yàn)證，最終確定適宜的氮磷鉀用量。

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Effects of NPK Application on Nutrient Absorption and Economic Characters
of Flue-cured Tobacco Based on Uniform Design

MAOJiawei1，SUNDawei2，ZHANGXiang1，YANGLijun2，LI Liang1，SI Xianzong1，WUJunlin2
（1.Institute ofPlant Nutrition and Agricultural Resources and Environmental Science，Henan AcademyofAgricultural Sciences，Zhengzhou 450002，China；2.TobaccoCompanyofZhumadian，Zhumadian 463000，China）

To discuss the reasonable NPK combination of Yunyan 87 in tobacco-growing region in south of Henan,the paper adopted uniform design of the 3 factors,including nitrogen application rate（X1）,phosphate application rate（X2）,potassium application rate（X3）,and studied the effects ofNPK application on nutrient absorption and economic characters of flue-cured tobacco.The results showed that fertilization effect model oftobaccooutput value（Y）was:Y＝45 767.8＋355.8 X1＋34.59X3－3.43X12－0.11 X32（R2＝0.999 8），and the optimum output value might be obtained in combination ofN rate of 51.8 kg/hm2,K2O rate of 155.4 kg/hm2.Phosphate application rate had no significant effect on output value.According to the agronomic phosphate efficiency（APE）,the APE got the highest value of8.83 kg/kgunder the phosphate application rate of37.5 kg/hm2.

uniformdesign;flue-cured tobacco;N,P,Kfertilization rate;nutrients absorption;economic characters

S572

：A

：1002-2481（2017）01-0078-05

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.12.21

2016-08-01

河南省煙草專(zhuān)賣(mài)局重點(diǎn)科技項(xiàng)目（HYKJ201303，HYKJ201403）；駐馬店市煙草公司科技項(xiàng)目（ZMD201501）

毛家偉（1981-），男，湖北廣水人，助理研究員，碩士，主要從事植物營(yíng)養(yǎng)與施肥研究及推廣工作。