膜下滴灌水氮協(xié)作對烤煙水肥利用效率及土壤養(yǎng)分含量的影響

陳競楠，邵孝侯，翟亞明，侯毛毛，趙廷超，王 剛

(1. 福建農(nóng)業(yè)職業(yè)技術學院，福州 350000；2. 南方地區(qū)高效灌排與農(nóng)業(yè)水土環(huán)境教育部重點實驗室， 南京 210098；3. 河海大學水利水電學院， 南京210098；4. 福建農(nóng)林大學園藝學院，福州 350000；5. 貴州省煙草公司黔西南州公司， 貴州 興義 562400)

膜下滴灌是一種結合了以色列滴灌技術和我國覆膜技術優(yōu)點的新型技術。膜下滴灌具備節(jié)約用水、節(jié)約用肥、提高產(chǎn)量、脫鹽壓堿等優(yōu)勢[1]。關于膜下滴灌對“土壤-作物”系統(tǒng)的影響，國內(nèi)外學者已開展不少研究。Mukherjee A[2]認為膜下滴灌能大幅提高水分利用效率(IWUE)，并增加作物產(chǎn)量；Ngouajio M[3]的研究結果表明，膜下滴灌在節(jié)約了20%水資源的前提下，提高作物產(chǎn)量約8%～15%；Kumar[4]將膜下滴灌技術應用于草莓栽培發(fā)現(xiàn)，膜下滴灌顯著提高了草莓的養(yǎng)分利用率(179.20%)，灌溉水利用率(84.40%)和產(chǎn)量(343%)。

烤煙是我國重要的經(jīng)濟作物，對促進國民經(jīng)濟發(fā)展和提高煙農(nóng)收入水平有十分重要的作用[5]。水和氮肥是影響烤煙產(chǎn)量和品質(zhì)的重要因素[6,7]。現(xiàn)有研究大部分集中在單因子試驗，即控制一定的灌溉條件，探討氮肥施用水平和施用方法對烤煙礦質(zhì)營養(yǎng)吸收、分配和烤煙生理生長指標的影響，或在一定的施氮量條件下，研究不同土壤水分條件對烤煙生長發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，關于烤煙水氮協(xié)作效應的研究尚不多見，膜下滴灌下水氮協(xié)作對烤煙影響的研究則更為匱乏。本研究設計不同灌水量和施氮量處理，分析膜下滴灌水氮協(xié)作對烤煙灌溉水肥利用及土壤養(yǎng)分含量的影響規(guī)律，旨在為膜下滴灌技術在烤煙生產(chǎn)中的推廣普及提供有益參考。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2012年3-8月在貴州省煙草科學研究所福泉試驗基地進行。試驗區(qū)屬亞熱帶季風氣候華中濕潤區(qū)，熱量豐富，雨量充沛，無霜期長，年降雨量1 033～1 220 mm，多年平均氣溫14 ℃，年日照數(shù)約1 000～1 150 h，年積溫約為4 574～5 609 ℃，無霜期245～278 d，干燥指數(shù)在0.43～0.50之間，光、熱、水同季。地貌類型以山地為主，丘陵次之。試驗區(qū)0～60 cm土壤的有機質(zhì)含量為19.21 g/kg，pH值為6.87，速效氮含量為129.90 mg/kg，速效磷含量為27.20 mg/kg，速效鉀含量為229.90 mg/kg。

1.2 水氮協(xié)作試驗設計

試驗在蒸滲儀中進行，蒸滲儀由水泥、磚塊及隔板組成，上方安裝防雨棚，以隔絕自然降水。每個蒸滲儀面積均為(4×0.6)m2，栽煙(烤煙K326)4株，行距0.8 m，株距0.6 m。試驗設4種灌溉量，3種施氮量，以溝灌為對照(CK)，共設13個水氮處理，其中對照處理CK的設計主要依據(jù)貴州煙區(qū)傳統(tǒng)的溝灌處理及施氮方式。每個處理重復3次，如表1所示?；谇捌谘芯拷?jīng)驗，本試驗灌水按照烤煙伸根期、旺長期和成熟期的灌水量分別占總灌水量的30%、40%和30%進行分配，每個生育階段(伸根期、旺長期和成熟期)灌溉10次；施肥按照基肥∶追肥=7∶3施用無機肥料，除氮肥施用量不同外，各處理磷肥與鉀肥施用量均相同，分別為P2O5150 kg/hm2，K2O 225 kg/hm2，基肥在烤煙移栽前一次性穴施，追肥時間為移栽后26 d，把各處理烤煙專用無機肥的用量折合成純氮量施入蒸滲儀土壤中。

表1 試驗設計

1.3 測定項目與方法

烤煙氮收獲指數(shù)、氮素煙葉生產(chǎn)效率、烤煙氮素積累總量與氮肥偏生產(chǎn)力按照如下公式計算[8]：

烤煙氮收獲指數(shù)=煙葉氮素吸收量/植株氮素總吸量

氮素煙葉生產(chǎn)效率(kg/kg)=單位面積煙葉產(chǎn)量/單位面積植株氮元素總吸量

烤煙氮素積累總量(kg/hm2)=單位面積植株地上部分氮素累積量總和

氮肥偏生產(chǎn)力(kg/kg)=施氮區(qū)產(chǎn)量/氮素施用量

各處理在烤煙上部葉收獲時取土壤樣品，風干后按質(zhì)量比1∶1混合，磨碎，過1 mm篩備用，采用常規(guī)方法測定土壤速效養(yǎng)分指標。

灌溉水生產(chǎn)效率IWUE(kg/m3)[9]：

(1)

式中：Y為烤煙干產(chǎn)量，kg/hm2；I為總灌溉量，m3/hm2。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析采用SPSS17.0軟件，不同處理指標顯著性統(tǒng)計采用Duncan's Multiple Range Test[10]。

2 結果與分析

2.1 水氮協(xié)作對烤煙灌溉水生產(chǎn)效率的影響

圖1所示和表2分別為膜下滴灌條件下水氮協(xié)作對烤煙灌溉水生產(chǎn)效率的影響及灌溉水生產(chǎn)效率與灌溉量及施氮量的相關分析結果。從圖1可以看出，不同水氮協(xié)作處理以T3灌溉水生產(chǎn)效率最高，達到0.71 kg/m3；T2次之，為0.70 kg/m3；溝灌處理CK較低，僅為0.51 kg/m3。從表2可知，灌溉水生產(chǎn)效率與灌水量呈顯著負相關(R=-0.924**)。灌溉水生產(chǎn)效率與施氮量的關系表現(xiàn)為：300、500和600 mm灌溉量條件下，烤煙灌溉水生產(chǎn)效率總體隨施氮量的增大而增大；400 mm灌溉量條件下，烤煙灌溉水生產(chǎn)效率隨施氮量的提高先上升后下降。就烤煙灌溉水生產(chǎn)效率這一單因素而言，T1、T2、T3與T5處理處于較高水平。

圖1 膜下滴灌條件下水氮協(xié)作對烤煙灌溉水生產(chǎn)效率的影響

2.2 水氮協(xié)作對烤煙氮肥利用的影響

表3所示為膜下滴灌條件下水氮協(xié)作對烤煙氮肥利用的影響?？緹煹斋@指數(shù)反映煙葉氮吸收量占植株氮吸收總量的比例，不同處理烤煙氮收獲指數(shù)以T5較高，達到0.764；T1次之，為0.740；T11最低，僅為0.616。從氮收獲指數(shù)與灌溉量及施氮量的相關性來看(表2)，氮收獲指數(shù)受灌溉量影響較大，與灌溉量呈顯著負相關(R=-0.754**)。

氮素煙葉生產(chǎn)效率反映煙葉產(chǎn)量與烤煙植株氮含量的關系，氮肥偏生產(chǎn)力反映煙葉產(chǎn)量與施氮量關系。從表3中可以看出，本試驗中氮素煙葉生產(chǎn)效率與氮肥偏生產(chǎn)力在數(shù)值上較為接近，這說明烤煙植株從土壤和肥料中吸收的氮素總量與施氮總量基本達到了平衡，施氮量設計梯度較為適宜。氮素煙葉生產(chǎn)效率以T5處理最高，達到33.495 kg/kg；T4處理次之，為33.021 kg/kg，與T5處理差別不大；T3處理最低，僅為27.108 kg/kg。從表2中相關分析結果可看出，氮素煙葉生產(chǎn)效率與灌溉量及施氮量的關系均不明顯。氮肥偏生產(chǎn)力以T10處理最高，達到37.155 kg/kg；T4次之，為34.920 kg/kg；T3最低，僅為21.370 kg/kg。從表2中還可以看出，氮肥偏生產(chǎn)力與施氮量呈顯著負相關(R=-0.801**)。在4 g/株與5 g/株施氮量條件下，烤煙氮肥偏生產(chǎn)力與灌溉量的關系并不明顯；但在6 g/株施氮量條件下，烤煙氮肥偏生產(chǎn)力隨灌溉量的增大而增大，這說明在6 g/株施氮量條件下，增加灌溉量對烤煙增產(chǎn)的促進作用十分明顯。

烤煙氮素積累總量反映烤煙地上部分的氮素吸收情況。從表3中可以看出，氮素積累總量以T6最高，達到77.085 kg/hm2；T9次之，為76.191 kg/hm2；T1最低，僅為56.364 kg/hm2。相同灌溉量條件下，高施氮處理烤煙氮素積累總量明顯高于中、低施氮處理，表2表明氮素積累總量與施氮量呈顯著正相關(R=0.872**)。

表2 主要水氮生產(chǎn)指標與施氮量及灌溉量的相關分析

注：①*和**分別表示相關性達到0.05顯著和0.01極顯著水平；②N，I分別代表施氮量和灌溉量。

表3 膜下滴灌條件下水氮協(xié)作對氮肥利用的影響

2.3 水氮協(xié)作對土壤養(yǎng)分含量的影響

表4所示為膜下滴灌條件下水氮協(xié)作對收獲時植煙土壤養(yǎng)分含量的影響。從表4可以看出，土壤堿解氮含量以T12處理最高，達到142.56 mg/kg；T9次之，為139.27 mg/kg；T4最低，僅為116.17 mg/kg。宋為超[11]的研究表明，土壤堿解氮含量隨施氮量的增大而增大，但超過一定范圍時會降低土壤堿解氮含量。本試驗中，土壤堿解氮含量并未隨施氮量的增大出現(xiàn)明顯下降，說明4～6 g/株的施氮量處于適宜范圍之內(nèi)。優(yōu)質(zhì)烤煙栽培土壤堿解氮含量宜為45～135 mg/kg[12]，以此為評價標準，T5、T6、T8、T9、T11和T12處理土壤堿解氮含量略偏高。表5為植煙土壤主要養(yǎng)分指標與施氮量及灌溉量的相關分析結果。從表5中可知，土壤堿解氮含量與灌溉量及施氮量均呈顯著正相關，相關系數(shù)分別為0.588*和0.645*。

從表4可以看出，土壤速效磷含量以T11最高，達到38.54 mg/kg；T5次之，為38.45 mg/kg，與T11差異并不顯著(P>0.05)；CK最低，僅為25.76 mg/kg。相同施氮量條件下，土壤速效磷含量隨灌溉量的增大而增大(R= 0.689**)；相同灌溉量條件下，土壤速效磷含量總體上以5 g/株施氮量較高(300 mm灌溉量處理組除外)。優(yōu)質(zhì)烤煙栽培適宜的土壤速效磷范圍為10～40 mg/kg[13]，由此可知，本試驗前后速效磷含量均處于適宜范圍。

從表4可以看出，土壤速效鉀含量以T10最高，達到237.18 mg/kg；T5次之，為230.18 mg/kg，T4、T7和T11處理之間差異并不顯著(P>0.05)；T3最低，僅為189.20 mg/kg。相同施氮量條件下，土壤速效鉀與灌溉量呈正相關(R=0.649*)；相同灌溉量條件下，土壤速效鉀含量總體上隨施氮量的增大而降低(400 mm灌溉量組除外)。這可能由于提高施氮量在促進烤煙植株氮元素累積的同時也促進了植株鉀元素的累積，在鉀元素總量一定的情況下，植株鉀元素的增加使得土壤速效鉀含量相對降低。優(yōu)質(zhì)烤煙栽培適宜的土壤速效鉀范圍為120～200 mg/kg[13]，由此可知，本試驗各處理除T3速效鉀含量處于適宜范圍，其他處理土壤速效鉀含量均偏高。

表4 膜下滴灌條件下水氮協(xié)作對植煙土壤養(yǎng)分含量的影響 mg/kg

表5 植煙土壤主要養(yǎng)分指標與施氮量及灌溉量的相關分析

注：①*和**分別表示相關性達到0.05顯著和0.01極顯著水平；②N，I，AN，AP，AK分別代表施氮量，灌溉量，速效氮，速效磷，速效鉀含量。

3 結 語

根據(jù)上述分析，可得以下結論：

(1)灌水量與烤煙灌溉水利用效率和氮收獲指數(shù)呈極顯著負相關(P<0.01)；施氮量與烤煙氮素累積總量呈極顯著正相關(P<0.01)，與氮肥偏生產(chǎn)力呈極顯著負相關(P<0.01)。

(2)在本研究灌水和施氮范圍內(nèi)，提高灌水量有利于提高土壤速效營養(yǎng)元素(N，P，K)含量，而提高施氮量有利于提高土壤堿解氮含量。

(3)不同處理中，T5節(jié)水節(jié)肥綜合效益最優(yōu)，灌溉水利用效率、氮收獲指數(shù)、氮素煙葉生產(chǎn)效率、植煙土壤堿解氮氮含量分別為0.68 kg/m3，0.764，33.50 kg/kg和137.28 mg/kg。

[1] 陳曉東, 許 淼, 侯毛毛. 烤煙膜下滴灌的節(jié)水效益分析 [J]. 廣東農(nóng)業(yè)科學, 2013,(2):13-15.

[2] Mukherjee A, Sarkar S, Chakraborty P K. Marginal analysis of water productivity function of tomato crop grown under different irrigation regimes and mulch managements [J]. Agricultural Water Management, 2012,104:121-127.

[3] Ngouajio Mathieu, Wang Guangyao, Goldy Ronald. Withholding of drip irrigation between transplanting and flowering increases the yield of field-grown tomato under plastic mulch [J]. Agricultural Water Management, 2007,87(3):285-291.

[4] Kumar Sushil, Dey P. Effects of different mulches and irrigation methods on root growth, nutrient uptake, water-use efficiency and yield of strawberry [J]. Scientia Horticulturae, 2011,127(3):318-324.

[5] 閆玉民, 王玉書, 侯毛毛. 烤煙節(jié)水灌溉技術研究進展[J]. 貴州農(nóng)業(yè)科學, 2012,(12):73-75,79.

[6] Hou M M, Shao X H, Chen J N, et al. A simple method to estimate tobacco LAI and soil evaporation [J]. J Food Agric Environ, 2013,11(2):1 216-1 220.

[7] 侯毛毛, 邵孝侯, 袁有波, 等. 水氮耦合條件下烤煙葉面積指數(shù)變化的模型研究 [J]. 灌溉排水學報, 2012,31(1):106-108,116.

[8] 陳丹艷. 烤煙水肥耦合效應研究及其決策系統(tǒng)研究[D]. 南京: 河海大學, 2014.

[9] Maomao Hou Xiaohou Shao, Yaming Zhai. Entropy weight coefficient evaluation of comprehensive index for flue-cured tobacco and its response to different water-nitrogen treatments [J]. Research on Crops, 2013,14(4):1 232-1 237.

[10] Aujla M S, Thind H S, Buttar G S. Cotton yield and water use efficiency at various levels of water and N through drip irrigation under two methods of planting [J]. Agricultural Water Management, 2005,71(2):167-179.

[11] 宋為超. 初花后土壤堿解氮濃度對棉花生物量和氮素累積及纖維產(chǎn)量品質(zhì)的影響 [D]. 南京: 南京農(nóng)業(yè)大學, 2013.

[12] 洪曉微. 福建優(yōu)質(zhì)烤煙生產(chǎn)的氮素營養(yǎng)研究[D]. 福州: 福建農(nóng)林大學, 2006.

[13] 張翔. 優(yōu)質(zhì)烤煙生產(chǎn)的土壤環(huán)境調(diào)控關鍵技術研究[Z].