水肥一體化對(duì)烤煙產(chǎn)量與質(zhì)量的效應(yīng)分析

何 佳，張思琦，周 方，賀文俊，王 袁，周健飛，楊鐵釗

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

烤煙是我國(guó)一種重要的經(jīng)濟(jì)作物，煙葉生產(chǎn)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中重要的組成部分，種植面積和總產(chǎn)量位于世界前列。豫中煙區(qū)所產(chǎn)煙葉是濃香型煙葉風(fēng)格的典型代表之一，且濃香型煙葉在低危害卷煙配方中占有重要地位[1]，該地區(qū)本身的降水規(guī)律與烤煙生長(zhǎng)的需水規(guī)律基本相同，但是對(duì)于烤煙旺長(zhǎng)期，雨水量顯著不足。對(duì)于植物生長(zhǎng)發(fā)育來(lái)說(shuō)，施入肥料只有成為離子態(tài)才能被植物體的根吸收利用，這就需要水作為媒介。同時(shí)，由于常年連作，加上施肥品種單一，土壤中氮素含量過(guò)高導(dǎo)致土壤退化，使得煙葉的品質(zhì)逐年下降，導(dǎo)致煙葉香氣量減弱，這對(duì)于烤煙產(chǎn)質(zhì)量的提升，甚至于濃香型特色風(fēng)格煙葉的進(jìn)一步發(fā)展來(lái)說(shuō)，都是巨大的限制因素。

水肥一體化技術(shù)將水肥耦合變成了現(xiàn)實(shí)。利用該技術(shù)，我們可以有效改善烤煙生產(chǎn)過(guò)程中水肥供應(yīng)不協(xié)調(diào)和耦合效應(yīng)差的弊端，提高肥料的利用率。有研究顯示,應(yīng)用水肥一體化技術(shù)，可以讓水分利用效率高達(dá) 88%～90%[2]，節(jié)肥幅度達(dá)到30%～50%，甚至80%[3]。高鵬等人[4]研究，在黃瓜生產(chǎn)中，利用水肥一體化技術(shù)，可以有效減少畸形瓜的出現(xiàn)；路永莉等[5]在蘋(píng)果生產(chǎn)中利用水肥一體化技術(shù)，讓蘋(píng)果產(chǎn)量增加13.0%, 果實(shí)硬度增加10.6%, 糖酸比提高19.1%；鄧蘭生等[6]研究表明，水肥一體化應(yīng)用在馬鈴薯上，可使馬鈴薯塊莖產(chǎn)量增加37.3%～47.4%，同時(shí)節(jié)約生產(chǎn)成本的10%；嚴(yán)程明等人[7]的研究表明在水肥一體化下模式下，菠蘿產(chǎn)量較常規(guī)處理增產(chǎn)39.04%，MJ Mohammad.等人[8]的研究表明鮮食葡萄水肥一體化較傳統(tǒng)施肥增產(chǎn)28.71%，陸紹德等人[9]研究，把水肥一體化技術(shù)應(yīng)用在香蕉的生產(chǎn)中，每公頃可增加產(chǎn)量10.05 t，每公頃產(chǎn)值平均可增加4 515元。此外，利用水肥一體化技術(shù)可以改善土壤中微生態(tài)，增加土壤的孔隙度，降低土壤容重，增強(qiáng)土壤中微生物的活性，進(jìn)而促進(jìn)植物體對(duì)土壤中所含礦質(zhì)元素的吸收利用，提高耕地的綜合生產(chǎn)能力[10]。

然而，河南作為我國(guó)重要的濃香型煙葉基地，針對(duì)不同品種烤煙生產(chǎn)開(kāi)展的水肥一體化的差異性研究較少，而且沒(méi)有針對(duì)不同烤煙品種在該技術(shù)下的最佳應(yīng)用條件展開(kāi)研究。鑒于此，本文選取河南省漯河市郾城區(qū)李集鎮(zhèn)煙區(qū)，選取中煙100、豫煙6號(hào)及豫煙10號(hào)三個(gè)不同烤煙品種，初步探究水肥一體化對(duì)這3個(gè)品種的產(chǎn)量、質(zhì)量、根系發(fā)育及經(jīng)濟(jì)效益等方面的影響，為找到最適合豫中煙區(qū)的煙草品種提供依據(jù)并為該技術(shù)的推廣及應(yīng)用提供一定的實(shí)踐基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于漯河市城區(qū)李集鎮(zhèn)(114.00°E, 33.58°N)，前茬為煙草，土壤類型為黃褐土，pH 7.56，堿解氮68.32 mg/kg、速效磷13.52 mg/kg、速效鉀191.26mg/kg、有機(jī)質(zhì)含量為8.10 g/kg。

1.2 材 料

選用當(dāng)?shù)刂髟云贩N中煙100、推廣品種豫煙6號(hào)及豫煙10號(hào)3個(gè)品種為材料。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2016年4月-2017年11月在漯河市李集鎮(zhèn)進(jìn)行。

設(shè)置2個(gè)處理，分別是常規(guī)栽培和水肥一體化處理，3個(gè)品種共計(jì)6個(gè)處理組合，每個(gè)處理組合占地0.2 hm2，重復(fù)三次，完全隨機(jī)排列，共計(jì)3.6 hm2。

常規(guī)栽培的施肥：芝麻餅肥300 kg/hm2，煙草氮磷鉀復(fù)合肥300 kg/hm2(N∶P2O∶K2O=1∶1∶2)作基肥條施；硫酸鉀(K2SO4)用量300 kg/hm2，硝酸鉀(KNO3)用量75 kg/hm2，作為追肥在團(tuán)棵期一次穴施。

水肥一體化施肥：基肥與常規(guī)栽培保持一致，追肥使用本課題組研制的煙草專用高氮液體肥料(N-P-K=21-7-7)和高鉀液體肥料(N-P-K=7-21-21)進(jìn)行滴灌施肥，追肥分別在移栽后20、30、40、50 d隨滴灌施入。同時(shí)保證兩種栽培方式下總灌水量、氮肥施用量和鉀肥施用量相同。

烤煙行距1.2 m，株距 0.5 m，密度15 000 株/hm2。其他管理按照當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)要求進(jìn)行。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目與方法

在煙草大田生育期間，煙草農(nóng)藝性狀調(diào)查方法按照YC/T 142-2010煙草農(nóng)藝性狀調(diào)查測(cè)量方法的方法進(jìn)行。

烤后煙常規(guī)化學(xué)成分的測(cè)定：水溶性總糖采用蒽酮比色法，還原糖含量采用DNS顯色法，煙堿采用GC-MS法，K含量采用4%鹽酸浸提-火焰光度計(jì)法，Cl含量采用莫爾法測(cè)定。

樣品煙外觀質(zhì)量評(píng)價(jià)根據(jù)GB2635-92[11]進(jìn)行。

將樣品煙葉進(jìn)行切絲卷制單料煙，卷煙感官評(píng)吸鑒定按香氣質(zhì)、香氣量、濃度、柔細(xì)度、余味、雜氣、刺激性、勁頭、燃燒性、灰色等進(jìn)行打分，各項(xiàng)滿分均為9分。

按處理統(tǒng)計(jì)烤后煙葉產(chǎn)量，根據(jù)烤煙42級(jí)國(guó)標(biāo)(GB2635-92)對(duì)烤后煙葉進(jìn)行分級(jí)，計(jì)算烤煙的產(chǎn)值、均價(jià)及上等煙比例。

用排水法測(cè)定烤煙根系體積。用甲烯藍(lán)吸附法測(cè)量烤煙根系總吸收面積、活躍吸收面和比表面積[12]。

采用氯化三苯基四氮唑(TTC)法進(jìn)行烤煙根系活力測(cè)定[13]。

根系 ATPase 活性測(cè)定[14]：取0.2 g新鮮烤煙根系樣品，磨碎后與生理鹽水按1∶9的比例配制出質(zhì)量系數(shù)為10%的勻漿，在4 ℃、6 000 g/min的條件下離心15 min，取其上清液與生理鹽水按照4∶1的比例稀釋成體積系數(shù)為2%的勻漿,然后按照試劑盒(購(gòu)自南京建成生物工程研究所)的試驗(yàn)步驟測(cè)定ATPase活性。

1.5 數(shù)據(jù)分析及計(jì)算

試驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理和統(tǒng)計(jì)分析采用Microsoft Excel 2010和SPSS 16.0軟件,采用Duncan’s新復(fù)極差法檢驗(yàn)顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同栽培方式下煙株農(nóng)藝性狀的比較分析

各處理組合的農(nóng)藝性狀結(jié)果列于表1。不同品種煙株的株高、莖圍和最大葉面積均有顯著提升。對(duì)于中煙100來(lái)說(shuō)，與常規(guī)栽培處理相比，水肥一體化處理下所得結(jié)果是常規(guī)栽培處理的1.18倍、1.03倍和1.04倍；豫煙6號(hào)表現(xiàn)最優(yōu)，株高是常規(guī)栽培處理的1.19倍，莖圍是常規(guī)栽培處理的1.04倍，最大葉面積是常規(guī)栽培處理的1.07倍，豫煙10號(hào)次之，株高、莖圍和最大葉面積是常規(guī)栽培處理的1.19倍，1.04倍，1.05倍，三個(gè)品種在兩種不同處理下的表現(xiàn)差異均到達(dá)顯著水平；而節(jié)距、有效葉數(shù)在水肥一體化條件下，雖有所提高，但并未達(dá)顯著差異水平。因此，水肥一體化處理對(duì)烤煙生長(zhǎng)發(fā)育有著積極的促進(jìn)作用，能夠使烤煙在大田生育期擁有較優(yōu)秀的農(nóng)藝性狀表現(xiàn)，但不同品種間仍有差異，通過(guò)表1的所得結(jié)果比較分析，可看出豫煙6號(hào)在水肥一體化處理下，煙株生長(zhǎng)發(fā)育表現(xiàn)最優(yōu)。

表1 不同栽培方式下煙株農(nóng)藝性狀的比較Tab.1 Comparison of agronomic characters of tobacco under different cultivation methods

2.2 不同栽培方式下烤后中部煙葉常規(guī)化學(xué)成分的比較分析

各處理組合烤后中部煙葉常規(guī)化學(xué)成分的比較結(jié)果如表2所示，在水肥一體化條件下，烤后煙中的煙堿、鉀和氯含量與常規(guī)栽培處理對(duì)比有顯著差異，總氮、總糖與還原糖含量沒(méi)有顯著差異。這與席奇亮[15]等人的研究相吻合，但不同品種間常規(guī)化學(xué)成分含量增長(zhǎng)或下降的幅度略有不同。豫煙6號(hào)在各項(xiàng)中表現(xiàn)最優(yōu)，在水肥一體化處理下所測(cè)量的煙堿含量較常規(guī)栽培處理提升了15%，總氮含量提升了32%，氯含量降低了40%，鉀含量提升了43%，整體表現(xiàn)優(yōu)于中煙100和豫煙10號(hào)兩個(gè)品種。由此可見(jiàn)，利用水肥一體化技術(shù)，煙葉中的鉀含量有了顯著提升，氯含量降低，煙葉品質(zhì)有了顯著提升。

表2 不同栽培方式下烤后中部煙葉常規(guī)化學(xué)成分的比較Tab.2 Comparison of conventional chemical compositions in central tobacco leaves after different cultivation methods

2.3 不同栽培方式下烤后中部煙葉感官評(píng)價(jià)的比較分析

不同栽培方式下烤后中部煙葉的感官質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果如表3所示。水肥一體化處理對(duì)3個(gè)不同烤煙品種感官質(zhì)量所帶來(lái)的整體差異非常明顯，均表現(xiàn)為水肥一體化處理優(yōu)于常規(guī)栽培處理；水肥一體化處理所得烤后中部葉香氣透發(fā)，香氣量足，香氣清晰、豐富、香甜，口感干凈，無(wú)殘留，整體指標(biāo)優(yōu)于常規(guī)栽培處理，但煙氣勁頭、雜氣、刺激性較大，略差于常規(guī)栽培處理，其中，以豫煙6號(hào)在水肥一體化處理下的表現(xiàn)最優(yōu)，整體得分最高；因此，利用水肥一體化技術(shù)，能夠有效地提升烤煙的香氣量、香氣質(zhì)及燃燒性。

表3 不同栽培方式下烤后中部煙葉感官評(píng)價(jià)的比較分析Tab.3 Comparisons of sensory evaluation of middle tobacco leaves after different cultivation ways

2.4 不同栽培方式下烤后煙葉產(chǎn)量與產(chǎn)值的比較分析

水肥一體化對(duì)不同烤煙品種生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效應(yīng)的影響如表4所示，利用水肥一體化技術(shù)，對(duì)烤后中部煙葉的產(chǎn)量、產(chǎn)值、均價(jià)及上等煙比例均有顯著提升，但各處理組合漲幅不同。中煙100在水肥一體化處理下的煙田產(chǎn)量、產(chǎn)值、上等煙比例較常規(guī)栽培處理分別提升了5%、18%、13%；豫煙6號(hào)整體表現(xiàn)最優(yōu)，分別提升了7%、19%、25%；豫煙10號(hào)表現(xiàn)中等，分別提升了8%，19%，20%。3個(gè)品種間相比較，依舊是豫煙6號(hào)所帶來(lái)的產(chǎn)值最高。因此，利用水肥一體化技術(shù)可以有效地提升烤煙的產(chǎn)質(zhì)量。

表4 不同栽培方式下烤后煙葉產(chǎn)量與產(chǎn)值的比較Tab.4 Comparison of yield and output value of flue-cured tobacco under different cultivation ways

2.5 不同栽培方式下煙株根系形態(tài)的比較分析

不同栽培方式下煙株根系形態(tài)的比較結(jié)果如表5所示。水肥一體化處理與常規(guī)栽培處理相比，3個(gè)烤煙品種的根系體積、總的吸收面積、活躍吸收面積及比表面積均有較大提升，且差異達(dá)均到顯著水平，豫煙6號(hào)表現(xiàn)最優(yōu)，水肥一體化處理分別是常規(guī)栽培處理的1.19、1.20、1.26、1.03倍，這可能與豫煙6號(hào)本身是一個(gè)根系發(fā)達(dá)的品種有一定關(guān)系。根系生長(zhǎng)發(fā)育的好壞對(duì)水分及礦質(zhì)元素的吸收與利用有著直接的影響，相反，煙株所吸收的礦質(zhì)元素和水分也會(huì)對(duì)其根系生長(zhǎng)發(fā)育有影響，植物體的根系發(fā)育旺盛才能夠在地上部分的葉片數(shù)、葉面積及內(nèi)在品質(zhì)上有所體現(xiàn)，這也間接對(duì)豫煙6號(hào)在農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量質(zhì)量的比較中表現(xiàn)最優(yōu)這一結(jié)果給予了一定的解釋。

表5 不同栽培方式下煙株根系形態(tài)的比較Tab.5 Comparison of root morphology of tobacco plants under different cultivation methods

2.6 不同處理下烤煙根系生理活性的比較分析

烤煙根系活力是體現(xiàn)根系代謝能力強(qiáng)弱的重要標(biāo)志。根系活力越高，越有利于煙株獲得充足的營(yíng)養(yǎng)元素及水分來(lái)進(jìn)行生長(zhǎng)發(fā)育。 ATPase是植物體進(jìn)行能量代謝環(huán)節(jié)中一種極其重要的酶，它的活性高低直接影響著植物根系對(duì)水分、礦質(zhì)元素的吸收、運(yùn)輸?shù)然顒?dòng)的速率，體現(xiàn)了植物體根系代謝活動(dòng)旺盛與否。從表6可以看出，利用水肥一體化技術(shù)處理下的煙株與常規(guī)栽培處理相比，烤煙根系活力、ATPase活性都比較高，而3個(gè)品種間的根系活力及ATPase活性又有不同，其中，豫煙6號(hào)在水肥一體化水肥一體化處理下的根系活力及ATPase活性最高，與傳統(tǒng)施肥處理相比，分別上升65%、33%，且達(dá)顯著差異水平。

3 結(jié)論與討論

通過(guò)前人大量的研究結(jié)果表明, 水肥一體化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)水分和養(yǎng)分在時(shí)間上的同步和空間上的耦合,有效地解決常規(guī)栽培方式下水肥供應(yīng)不協(xié)調(diào)和耦合效應(yīng)差的弊端[16], 可以明顯提高養(yǎng)分和水分的利用效率,同時(shí)也有助于降低煙田的養(yǎng)分流失量[17]。本試驗(yàn)條件下，與常規(guī)栽培方式相比，在相同肥料用量條件下，中煙100、豫煙6號(hào)、豫煙10號(hào)均表現(xiàn)出了優(yōu)于常規(guī)栽培方式的結(jié)果。這有可能與水肥一體化改善了土壤通透性和精準(zhǔn)施肥有關(guān)。人為控制下，土壤不會(huì)因?yàn)樘鞖飧稍锘蚨嘤甓雇寥乐兴诌^(guò)少或過(guò)多，所以土壤通透性好，而通透性好的土壤含氧充足，有利于根系生長(zhǎng)發(fā)育；精準(zhǔn)施肥不僅為煙株根系提供大量營(yíng)養(yǎng)，同時(shí)提高了肥料利用效率，進(jìn)一步促進(jìn)了煙株對(duì)養(yǎng)分的吸收利用，使植株地上部分獲得更多的養(yǎng)分，達(dá)到優(yōu)產(chǎn)高產(chǎn)的效果[14]。

表6 不同栽培方式下煙株根系生理活性的比較Tab.6 Comparison of physiological activities of roots in tobacco plants under different cultivation methods

根系對(duì)于作物來(lái)說(shuō)，是重要的地下器官，在作物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程當(dāng)中提供了水分和養(yǎng)分，其根系形態(tài)和生理特性能說(shuō)明出根系提供營(yíng)養(yǎng)的能力[18]。在日常生產(chǎn)過(guò)程中，為了促進(jìn)作物地上部分的生長(zhǎng)發(fā)育，應(yīng)該利用合理灌溉、高效施肥等途徑，改善根系形態(tài)，提高根系活力，從而提升作物的產(chǎn)量產(chǎn)值。試驗(yàn)表明，利用水肥一體化技術(shù)，不同烤煙品種的根系體積相關(guān)參數(shù)顯著增加，同時(shí)對(duì)根系活力、ATPase活性的測(cè)定也說(shuō)明出，水肥一體化技術(shù)有利于根系生長(zhǎng)，更好地為地上部分提供水分和礦質(zhì)元素，但不同品種間仍有差異。通過(guò)對(duì)三個(gè)不同烤煙品種的比較，豫煙6號(hào)在水肥一體化條件下表現(xiàn)得更為出色，這應(yīng)該與該品種的品種特性具有一定的關(guān)系。豫煙6號(hào)本身是一個(gè)根系發(fā)達(dá)的品種，通過(guò)水肥一體化技術(shù)，將肥料施在根系附近，便于根系的吸收與利用，促進(jìn)根系生長(zhǎng)，進(jìn)而獲取到更多的養(yǎng)分，再將養(yǎng)分輸送至地上部分，促進(jìn)煙株莖與葉片的生長(zhǎng)，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)效益[19]。而中煙100與豫煙10號(hào)屬于耐肥品種，兩者在常規(guī)施肥與水肥一體化條件下，各項(xiàng)指標(biāo)也有顯著差異，但整體表現(xiàn)稍遜于豫煙6號(hào)。

鉀是煙草重要的品質(zhì)元素[12]，提高煙葉中的鉀含量，能顯著提升煙葉品質(zhì)，而長(zhǎng)期以來(lái)國(guó)內(nèi)煙葉與國(guó)外相比，鉀含量較低，常規(guī)栽培條件下，土壤本身含有的鉀素和人為施入的鉀素不能得到有效的利用[20]。通過(guò)對(duì)中煙100、豫煙6號(hào)和豫煙10號(hào)在常規(guī)栽培及水肥一體化條件下的化學(xué)成分、感官質(zhì)量的結(jié)果進(jìn)行分析，可知，利用水肥一體化技術(shù)，可以有效地提升煙葉中的鉀含量，同時(shí)改善煙葉的燃燒性，提升煙葉品質(zhì)。在煙草大田生育中后期適當(dāng)補(bǔ)施一定量的鉀肥，利用水肥一體化技術(shù)，讓根系更容易吸收利用所施入的鉀肥，同時(shí)提高了鉀素的利用效率，所以在生產(chǎn)中，我們應(yīng)當(dāng)在團(tuán)棵期后適時(shí)追施鉀肥，這個(gè)時(shí)期煙株生長(zhǎng)發(fā)育旺盛，吸收利用礦質(zhì)元素的能力強(qiáng)，能夠顯著提高煙葉的鉀含量[21]。

經(jīng)濟(jì)效益方面，在本試驗(yàn)條件下，水肥一體化可以有效地提升各烤煙品種的經(jīng)濟(jì)效益。但對(duì)于不同的品種所帶的收益提升幅度不同。這可能是品種間的差異所帶來(lái)的結(jié)果，豫煙6號(hào)本身為一個(gè)根系發(fā)達(dá)的品種，該品種特性更有利于其在水肥一體化條件下獲得較其他根系不發(fā)達(dá)的品種更多的資源提升與利用，從而獲得更多收益。

通過(guò)本研究，從單一品種的處理來(lái)看，通過(guò)水肥一體化技術(shù)，我們能夠有效地改善烤煙生產(chǎn)過(guò)程中水肥供應(yīng)不協(xié)調(diào)和耦合效應(yīng)差的弊端，同時(shí)提高肥料的利用率，減少肥料的流失，降低成本，有效地提升煙葉產(chǎn)量與品質(zhì)，增產(chǎn)增收。從不同品種的處理來(lái)看，豫煙6號(hào)整體表現(xiàn)優(yōu)于其他的兩個(gè)品種，這說(shuō)明豫煙6號(hào)對(duì)于水肥一體化技術(shù)來(lái)說(shuō)，擁有更強(qiáng)的適應(yīng)性，在同等條件下，豫煙6號(hào)的根系發(fā)達(dá)的特點(diǎn)會(huì)表達(dá)地更好，從而體現(xiàn)在植物體的外在性狀上，烤后煙葉表現(xiàn)更好，給農(nóng)民帶來(lái)更多收入。