不同施肥方式烤煙葉片礦質(zhì)元素含量變化及其與干物質(zhì)積累的關(guān)系

霍昭光,孫志浩,邢雪霞,李曉輝,武恒燕,席奇亮,薛 剛,徐世曉,楊鐵釗

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院，河南 鄭州 450002)

烤煙是我國重要的經(jīng)濟(jì)作物之一，關(guān)于不同施肥方式下烤煙的氮磷鉀等元素的吸收積累分配規(guī)律，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量的研究[1-5]，從而在很大程度上改善了烤煙施肥措施。研究結(jié)果表明，煙葉產(chǎn)量會隨著施肥量的增加而提高，但過量施肥會降低煙葉品質(zhì)[6]。特別是近年來，長期不合理的連年耕作和化學(xué)肥料的過度施用造成土壤物理性狀惡化，土壤肥力障礙加劇，直接影響烤煙生長和煙葉品質(zhì)，這已成為烤煙發(fā)展面臨的嚴(yán)峻問題之一[7]。因此，通過改變傳統(tǒng)的施肥方式，提高烤煙產(chǎn)量和品質(zhì)是有效解決烤煙可持續(xù)發(fā)展的重要手段之一。

烤煙產(chǎn)量和品質(zhì)主要受葉片礦質(zhì)元素的影響，由于葉片相對于根莖等其他器官來講較為敏感，其礦質(zhì)元素水平能直接反映煙株對土壤礦質(zhì)元素的吸收利用狀況，因此利用葉片礦質(zhì)營養(yǎng)狀況可以對煙株潛在的營養(yǎng)狀況進(jìn)行有效的診斷，改善煙田施肥方式，使施肥方式更加科學(xué)化。為此，前人對烤煙礦質(zhì)營養(yǎng)的吸收及分配展開了一系列的研究[8-9]，認(rèn)為烤煙不同葉位的礦質(zhì)養(yǎng)分含量不僅取決于其生長的氣候、土壤等相關(guān)的生態(tài)環(huán)境，還與其施肥、灌溉等生產(chǎn)管理措施關(guān)系密切[10-11]，因此施肥方式是改變礦質(zhì)營養(yǎng)元素吸收的重要手段之一。目前涉及葉片礦質(zhì)營養(yǎng)研究多集中在經(jīng)濟(jì)類樹種，如核桃[12]、棗[13-14]等，而對烤煙礦質(zhì)元素的研究大部分集中在氮、磷、鉀等元素[15-18],對于烤煙葉片礦質(zhì)元素吸收積累及其與干物質(zhì)積累相關(guān)性的研究鮮見報道。當(dāng)下烤煙施肥的研究較多，但合理施肥必須綜合考慮作物、土壤、氣候等區(qū)域生態(tài)條件。為此，本研究于2015～2016年連續(xù)2年以南陽市當(dāng)?shù)刂髟钥緹熎贩N云煙87為試材進(jìn)行了田間對比試驗，對3種不同施肥方式下整個生育期內(nèi)不同時期葉片中N、P、K、Ca、Mg、B、Cu、Fe、Mn、Zn 10種礦質(zhì)元素進(jìn)行了測定，以明確各礦質(zhì)元素在不同時期的含量變化；各礦質(zhì)元素間的相關(guān)性；各礦質(zhì)元素含量與干物質(zhì)間的相關(guān)關(guān)系，以期為烤煙的科學(xué)施肥提供相應(yīng)理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 基本情況

試驗于2015～2016年在河南省方城縣清河鄉(xiāng)進(jìn)行。供試土壤為黃褐土，土壤肥力均勻、地面平整，水利設(shè)施良好。耕層土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)為：pH值7.55，有機(jī)質(zhì)14.34 g/kg，堿解氮74.67 mg/kg，有效磷13.29 mg/kg，速效鉀85.25 mg/kg。

根據(jù)2014年不同黃腐酸鉀(含黃腐酸 50.0%，K2O 10.0%)施用量的田間試驗結(jié)果，黃腐酸鉀適宜用量為150 kg/hm2。

試驗設(shè)3個處理，T1：溝灌常規(guī)施肥，T2：水肥一體化，T3：水肥一體化+黃腐酸鉀，采用大區(qū)種植，每個處理0.33 hm2，3次重復(fù)，共計3 hm2，田間行距×株距為110 cm×55 cm，在移栽后65 d時打頂。3個處理的氮、磷和鉀肥用量固定，N∶P2O5∶K2O = 1∶1∶3，分別為52.5、52.5和157.5 kg/hm2，芝麻餅肥450 kg/hm2、過磷酸鈣87.5 kg/hm2作為基肥在移栽前施入。T1處理：煙草專用復(fù)合肥(10-10-20)420 kg/hm2作為基肥在移栽前進(jìn)行條施，硝酸鉀75 kg/hm2、硫酸鉀78 kg/hm2在團(tuán)棵期作為追肥進(jìn)行穴施，采用溝灌澆水。T2處理：采用本課題組研制的煙草專用液體肥料(含氮、磷、鉀素)在移栽后0、20、30、40和50 d時進(jìn)行滴灌追肥，共施入氮、磷和鉀肥分別為52.5、42.5和82.5 kg/hm2，在60、70 d時共追施硫酸鉀150 kg/hm2。T3處理：采用本課題組研制的煙草專用液體肥料(含氮、磷、鉀素和黃腐酸鉀)在移栽后0、20、30、40和50 d時進(jìn)行滴灌追肥，共施入氮、磷和鉀肥分別為52.5、42.5和97.5 kg/hm2，在60、70 d時共追施硫酸鉀120 kg/hm2。煙草專用液體肥包括還苗生根肥(20-10-10)75 kg/hm2、旺長肥(15-5-10)150 kg/hm2、落黃成熟肥(0-0-40)150 kg/hm2,黃腐酸鉀總用量為150 kg/hm2。3個處理在整個生育期間的田間灌水總量保持一致，其他生產(chǎn)措施保持一致。

1.2 測定項目與方法

干物質(zhì)積累量：分別于移栽后20、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120 d，每個處理選取5株煙。將葉片在105℃條件下殺青15 min，60℃烘干至恒重，做好試驗記錄，每個處理重復(fù)3次，取平均值。

礦質(zhì)元素測定：把煙葉殺青樣粉碎，過0.25 mm篩，用于礦質(zhì)元素測定。P、K、Ca、Mg、B、Cu、Fe、Mn、Zn 采用干灰化法[19]，ICP分析儀測定?？侼含量采用凱氏定氮法[20]測定。

1.3 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用SPSS 13.0、Excel 2010和Sigmplot 12.5軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析和圖表制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥方式對煙葉礦質(zhì)元素平均含量的影響

3種不同施肥方式下烤煙葉片礦質(zhì)元素的含量變化如圖1所示。從圖1可知，大、中量元素的含量為N>Ca>K>P>Mg，微量元素的含量為Mn>Fe>Zn>B>Cu，3個處理的變化規(guī)律相近。總體來看T3>T2>T1,其中K、Mg、B、Cu、Fe、Mn、Zn這7種元素在3個處理之間表現(xiàn)出顯著性差異；在元素N、P和Ca方面，T1和T3之間的差異達(dá)到顯著性水平，T2和T3間差異均不顯著。在3個處理中葉片N、P、K、Ca、Mg、B、Cu、Fe、Mn、Zn 10種礦質(zhì)元素含量，T3處理比T1處理的平均值分別增加了6.88%、20.72%、31.74%、27.99%、42.31%、37.60%、16.35%、31.67%、38.96%、29.18%；T2處理比T1處理的平均值分別增加了5.03%、12.55%、14.29%、21.46%、19.23%、20.98%、10.02%、18.96%、26.09%、17.06%。由此可見，T3處理很大程度上能促進(jìn)煙株對土壤中元素的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和積累，能有效促進(jìn)煙株的生長。

圖1 葉片礦質(zhì)元素在不同施肥條件下的變化

2.2 不同施肥方式下煙株葉片中礦質(zhì)元素含量的變化

3個處理在整個生育期內(nèi)不同取樣時期葉片中各元素的含量變化趨勢見圖2。從圖2可以得知，葉片中10種礦質(zhì)元素含量的變化趨勢總體表現(xiàn)為以下3種類型。

1)在整個生育期內(nèi)，煙株葉片內(nèi)N、Ca、Mn、Zn含量的變化趨勢相似，均表現(xiàn)為先上升后下降，含量的高峰期出現(xiàn)在60～80 d，其中N含量在90～100 d有一小幅度上升，可能是因為當(dāng)時有降雨的原因而造成不同程度的返青，但整體上呈現(xiàn)前低后高的趨勢。

2)K、Cu、Fe含量在整個生育期內(nèi)變化總體呈逐漸下降的趨勢，即在整個生育期前期K、Cu、Fe含量均出現(xiàn)最大值，隨著煙株的迅速生長，含量大幅度下降。其中，葉片中K、Cu含量在90 d之前下降幅度較大，90 d之后，葉片中K、Cu含量變化平穩(wěn)；葉片中Fe含量在60 d之前下降量大，60 d之后下降幅度較小，3個處理間葉片K、Cu、Fe含量變化水平相似。Mg元素含量在整個生育期內(nèi)表現(xiàn)為先下降后上升，在50 d左右含量最低。

3)葉片中B、P在整個生育期內(nèi)的含量上下浮動呈波浪狀變化，兩者整體變化趨勢相似，變化量不大，表現(xiàn)比較平穩(wěn)，但不同處理間有一定差別。高峰期均出現(xiàn)在40～50 d左右，其中P含量在末期含量均小于前期，3個處理的變化基本一致。

由圖2中10種礦質(zhì)元素在整個生育期內(nèi)的變化來看，在元素N方面，80 d之前的含量表現(xiàn)為T3>T2>T1，在80 d之后的含量表現(xiàn)為T3T2>T1，表明水肥一體化能有效促進(jìn)煙株對于礦質(zhì)元素的吸收、利用。

圖2 不同施肥條件下煙株葉片10種礦質(zhì)元素含量的動態(tài)變化

2.3 不同施肥方式下煙株葉片中不同礦質(zhì)元素間的相關(guān)分析

不同處理烤煙葉片中礦質(zhì)元素含量間的相關(guān)分析見表1。從表中可以看出，煙葉中N、P、K含量之間均呈極顯著正相關(guān)；而N、P兩種元素均與Mg、Mn、Zn元素含量達(dá)到極顯著的正相關(guān)；Ca、Mg、B與Mn、Zn含量的變化呈極顯著正相關(guān)；K、B與Cu、Fe、Zn含量的變化呈極顯著正相關(guān)，其中Cu與Fe、Zn含量的變化呈極顯著的正相關(guān)；Ca與Mg、Mn、Zn含量的變化呈極顯著的正相關(guān)，其中Mn與Zn呈極顯著正相關(guān)；Fe與N、Ca、Mg、Mn 4種元素含量變化呈極顯著的負(fù)相關(guān)，其中K與Ca呈極顯著負(fù)相關(guān)；Cu與N、Ca、Mn之間的相關(guān)性均不顯著。因此可以認(rèn)為N、P、K彼此間存在增效作用，而Fe與N、Ca、Mg、Mn間存在一定的拮抗作用。

表1 不同施肥方式煙株葉片中的礦質(zhì)元素相互間的相關(guān)性

注：*表示P<0.05，**表示P<0.01。下同。

2.4 不同施肥方式下煙株葉片內(nèi)礦質(zhì)元素含量與干物質(zhì)積累的相關(guān)分析

3種不同施肥方式下煙株干物質(zhì)積累量分別為504.51、598.35、676.46 g/株。通過對煙株整個生育期內(nèi)葉片的礦質(zhì)元素含量的分析，分別求得3個處理在生育期內(nèi)葉片元素含量與干物質(zhì)積累量的相關(guān)系數(shù)，結(jié)果見表2，可以看出,煙葉中P、K 2種元素的含量僅在30 d之前與干物質(zhì)積累相關(guān)性不顯著，40 d之后均存在顯著和極顯著正相關(guān)；葉片中N含量與干物質(zhì)積累在20 d時相關(guān)性不顯著，30～70 d之間的正相關(guān)性均達(dá)到顯著和極顯著水平，相關(guān)系數(shù)分別為0.654 1、0.942 9、0.841 5、0.975 9和0.673 1，但在90 d之后存在著極顯著負(fù)相關(guān)；Ca、Mg、B、Cu、Fe 5種元素含量與干物質(zhì)積累在20 d時相關(guān)性均達(dá)到極顯著負(fù)相關(guān)，40 d之后的正相關(guān)性均達(dá)到顯著和極顯著水平；Mn、Zn含量與干物質(zhì)積累量在30 d之前相關(guān)性不顯著，30 d之后元素含量與干物質(zhì)積累的正相關(guān)性均達(dá)到極顯著水平。

表2 整個生育期內(nèi)葉片礦質(zhì)元素含量與干物質(zhì)積累的相關(guān)系數(shù)

3 討論

煙株葉片中礦質(zhì)元素的累積量在整個生育期不斷變化，且各元素含量在不同時期的動態(tài)變化與烤煙生物量關(guān)系密切[21]。本試驗對不同施肥方式下煙株葉片中N、P、K、Ca、Mg、B、Cu、Fe、Mn、Zn 10種礦質(zhì)元素含量的變化及其與干物質(zhì)的相關(guān)性進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，不同施肥方式下煙株葉片中10種礦質(zhì)元素含量在生育期內(nèi)的吸收積累有各自的特點(diǎn)且呈一定的規(guī)律性變化，煙株葉片的10種礦質(zhì)元素含量與干物質(zhì)積累量也有不同程度的相關(guān)性。

煙株葉片中礦質(zhì)元素含量在其不同的生長發(fā)育期均存在差異[22-23]，這與在核桃[12]、山楂[24]上的研究結(jié)果相似?？緹熯M(jìn)入旺長期后，N含量快速積累，進(jìn)入成熟期又迅速下降，主要原因是烤煙在旺長期的生長比較快，各個器官的發(fā)育需要消耗大量營養(yǎng)，后期成熟落黃需要N營養(yǎng)很少，因此應(yīng)注重N素的供應(yīng)時期和供應(yīng)方式[25]，滿足以等量的氮素營養(yǎng)生產(chǎn)出高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的烤煙。通過不同處理間N素的吸收及積累規(guī)律可以發(fā)現(xiàn)，T2和T3處理在60 d時出現(xiàn)積累高峰，較T1提前10 d左右，表明水肥一體化能顯著提高N素在葉片中的轉(zhuǎn)運(yùn)率，可以根據(jù)烤煙需肥情況進(jìn)行精準(zhǔn)施肥；鐘曉蘭等[26]研究發(fā)現(xiàn)鉀素積累量增加顯著提高了煙葉產(chǎn)量，改善煙葉品質(zhì)，本試驗通過對K素研究發(fā)現(xiàn)，T3處理在生育前期K素積累量顯著高于其他兩個處理，隨著生育期的推進(jìn)煙葉K素積累逐漸下降，各時期的煙葉K含量均以T3處理最高，且整株葉片的K素積累總量也為最高，這與李高坡[27]的研究基本一致，表明在水肥一體條件下配施黃腐酸鉀可以顯著提高煙葉的K含量。整體上來看，其他8種礦質(zhì)元素含量在整個生育內(nèi)基本表現(xiàn)為T3>T2>T1，表明T3處理能有效促進(jìn)元素在整個生育期內(nèi)的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和積累，因此水肥一體化配施黃腐酸鉀能顯著改善作物生長發(fā)育。

前人對烤煙葉片元素含量研究多數(shù)集中在氮、磷、鉀3種大量元素，而對于煙株葉片中大、中、微量營養(yǎng)元素與干物質(zhì)間的相關(guān)性報道較少[21,28-29]。本試驗通過對烤煙不同取樣時期葉片中各礦質(zhì)元素含量間及與干物質(zhì)量的相關(guān)性進(jìn)行分析，研究結(jié)果表明，N、P、K這3種礦質(zhì)營養(yǎng)元素彼此間均存在增效作用，而Fe與N、Ca、Mg、Mn間均存在一定的拮抗作用，這與冀愛青等[12]對核桃葉片中的礦質(zhì)元素研究相一致。葉片中N含量與干物質(zhì)量在20 d時相關(guān)性不顯著，30～70 d均存在著顯著和極顯著正相關(guān)，但在90 d之后存在著極顯著負(fù)相關(guān)；煙葉中P、K 2種元素的含量在30 d之后存在顯著和極顯著正相關(guān)。因此烤煙旺長期的葉片中N、P、K含量均可作為營養(yǎng)診斷的重要指標(biāo)，同時也是烤煙評估產(chǎn)量的重要參考指標(biāo)。考慮到2015～2016年兩年試驗地的產(chǎn)量T3和T2處理均高于T1處理，并且顯著高于當(dāng)?shù)卣w水平，但與當(dāng)?shù)夭煌贩N間的產(chǎn)量水平有所差異。因此在進(jìn)行葉片礦質(zhì)元素含量與干物質(zhì)積累量關(guān)系的分析時，還要綜合考慮不同烤煙品種間差異等因素。既要考慮葉片礦質(zhì)元素與單株干物質(zhì)量的相關(guān)情況，又要結(jié)合烤煙不同發(fā)育階段的特性，其他栽培管理措施(是否及時打杈、煙田管理的標(biāo)準(zhǔn)化程度等)等因素來綜合分析烤煙的養(yǎng)分狀況與干物質(zhì)的關(guān)系，為合理施肥提供理論依據(jù)，進(jìn)而保證烤煙優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)。

4 結(jié)論

本試驗研究結(jié)果表明，水肥一體化處理(T2)煙葉中各礦質(zhì)元素平均含量較常規(guī)處理(T1)增加了5.03%～21.46%，水肥一體化+黃腐酸鉀(T3)煙葉中各礦質(zhì)元素平均含量較常規(guī)處理(T1)增加了6.88%～38.96%，說明水肥一體化+黃腐酸鉀能夠促進(jìn)煙株發(fā)育，提高肥料利用率。通過對不同施肥方式間煙株整個生育期內(nèi)的各礦質(zhì)元素含量變化規(guī)律發(fā)現(xiàn)，除N素外，總體表現(xiàn)為T3>T2>T1，表明水肥一體化能夠有效提高煙株對礦質(zhì)元素的吸收和積累。通過對不同施肥方式下煙株葉片中各礦質(zhì)元素間進(jìn)行相關(guān)性分析結(jié)果表明，N、P、K彼此之間存在增效作用，F(xiàn)e與N、Ca、Mg、Mn間存在拮抗作用，對不同施肥方式下煙株葉片內(nèi)礦質(zhì)元素含量與干物質(zhì)積累的相關(guān)性分析表明，各礦質(zhì)元素含量在移栽后40～70 d之間與干物質(zhì)積累量達(dá)到顯著和極顯著的正相關(guān)。在現(xiàn)有階段下，水肥一體化+黃腐酸鉀能夠最大程度上提高煙葉礦質(zhì)元素含量。

由于本試驗僅在煙株不同采樣時期對葉片的10種營養(yǎng)元素進(jìn)行了初步的測定，今后還需要進(jìn)一步加強(qiáng)大田條件下不同品種烤煙葉片營養(yǎng)元素及其他相關(guān)因素對干物質(zhì)積累量影響的研究，并分析烤煙在產(chǎn)量形成過程中的影響程度大小，為大田生產(chǎn)中烤煙的栽培管理和科學(xué)施肥方式提供重要依據(jù)和指導(dǎo)。