不同水肥一體化模式在烤煙生產(chǎn)中的應用效應

梁志雄，鐘俊周，文國宇，葉衛(wèi)國，張宏建，陳建軍*

(1.華南農(nóng)業(yè)大學煙草研究室，廣東廣州 510642；2.廣東省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，廣東廣州 510642；3.廣東煙草韶關市有限公司，廣東韶關 512000)

水肥一體化是一種利用灌溉設備，將灌溉與施肥有機結合在一起的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術。其最突出特點是可以根據(jù)作物不同生育期的水肥需求，精確靈活地進行水肥的同步供給，從而實現(xiàn)作物水分和肥料的動態(tài)平衡供應[1]。因此，水肥一體化技術具有提高作物水肥利用率、協(xié)調(diào)水肥矛盾以及減少勞動力投入等優(yōu)點[2-4]，現(xiàn)已廣泛應用于棉花、番茄和果樹[3 ,5]等經(jīng)濟作物的生產(chǎn)上，效益顯著?？茖W的施肥和灌溉是優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)的關鍵[6]。目前，為解決煙葉生產(chǎn)過程中水資源短缺、灌溉條件落后、肥料施用量過大以及浪費嚴重等一系列問題，各煙區(qū)正大力開展烤煙水肥一體化的試點推廣工作，水肥一體化已成為未來煙草農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要方向。針對水肥一體化技術在烤煙生產(chǎn)上的應用，前人也進行了一定的研究，結果表明，基于滴灌的水肥一體化具有增加煙葉產(chǎn)量和產(chǎn)值，改善煙葉內(nèi)在質(zhì)量和提高水肥利用率等優(yōu)點[7-11]。但目前研究集中于通過控制單一的灌水或施肥條件，探究水肥一體化條件下滴灌或施肥對烤煙產(chǎn)量或質(zhì)量等的影響，鮮見有針對烤煙不同生長期的水肥吸收規(guī)律利用水肥一體化技術對烤煙進行綜合水肥管理的報道。

烤煙不同生長期對水肥的需求并不完全一致。汪耀富等[12]通過在蒸滲儀上進行的烤煙試驗指出，煙株不同生育期對土壤水分含量的要求不同，具體為還苗期70%～80%、伸根期60%、旺長期80%、成熟期為60%～70%，并以此為基礎，提出了烤煙優(yōu)化灌溉施氮產(chǎn)值模型。李志宏等[13]根據(jù)我國各大煙區(qū)烤煙的養(yǎng)分吸收規(guī)律總結出我國烤煙養(yǎng)分吸收積累模式，伸根期煙株吸收氮鉀量分別占其全生育期氮鉀總量的11%和10%，旺長期為67%和60%，而成熟期則為21%和29%，3個時期煙株的N和K2O吸收比約為1∶2。鑒于上述研究，在水肥一體化條件下，筆者針對煙株不同生育階段的需水需肥規(guī)律，設計了3種不同的水肥一體化管理模式，通過考察不同模式在烤煙生產(chǎn)上的應用效應，初步篩選出符合烤煙不同生長期水肥需求的水肥一體化綜合水肥管理模式，旨在為初步建立優(yōu)質(zhì)烤煙水肥管理體系提供技術支持和理論指導，更為將來水肥一體化技術在烤煙生產(chǎn)上的規(guī)模應用提供實踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1試驗地概況試驗于2016年在廣東始興縣馬市鎮(zhèn)都塘村進行。試驗田地勢平坦，前茬作物為水稻，土壤類型屬于牛肝土，其基本理化性質(zhì)：pH 6.5，有機質(zhì)13.85 g/kg，全氮1.78 g/kg，堿解氮149.76 mg/kg，全磷1.68 g/kg，速效磷54.8 mg/kg，全鉀16.7 g/kg，速效鉀247.3 mg/kg，土壤肥力高。

1.2試驗材料供試品種為K326。采用漂浮育苗，苗齡為70 d，移栽煙苗生長健壯、整齊度高。

1.3試驗設備與肥料水肥一體化滴灌系統(tǒng)由專業(yè)公司設計和安裝；系統(tǒng)采用DOSATRON比例施肥器作為肥料注入裝置，注入肥液濃度設置為灌溉流量的0.2%，毛管采用直徑Φ16的內(nèi)鑲貼片式滴灌帶，滴頭流量為1.6 L/h，間距為30 cm；整套系統(tǒng)運行可靠，操作方便。試驗肥液由固體肥溶于水中配制而成，肥料種類包括煙草專用肥[m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=15∶15∶15]、過磷酸鈣(16% P2O5)、碳酸氫銨(17% N)、硫酸鉀(50% K2O)、硝酸鉀(13.5% N，46% K2O)。

1.4試驗設計共設置4個處理：①對照(CK)。當?shù)爻Ｒ?guī)水肥管理，全生育期施總氮165 kg/hm2，N∶P2O5∶K2O=1∶1∶2，磷肥全部基施，氮鉀肥基追比為6∶4。②水肥一體化模式1(T1)。施肥處理與CK相同；煙田灌溉采用滴灌方式，天氣晴朗條件下每5 d滴灌一次，滴灌過程中利用土壤水分測定儀動態(tài)監(jiān)測煙株根部15 cm土層土壤水分含量，達到灌溉要求后自動停止滴灌，還苗期土壤水分含量要求為70%～80%、伸根期60%、旺長期80%、成熟期60%～70%；③水肥一體化模式2(T2)。全生育期施總氮量為CK的80%，N∶P2O5=1∶1，磷肥全部基施，氮鉀肥基追比為4∶6，追肥以水肥一體化方式進行，追肥量以及追肥N∶K2O依據(jù)烤煙不同生長期氮鉀吸收量及吸收規(guī)律，還苗期和伸根期施氮占追施總氮量的15%，旺長期占70%，成熟期(煙株全部打頂后進行追施)占15%。每次施肥N∶K2O固定為1∶2；灌溉方式及要求與T1一致。④水肥一體化模式3(T3)。全生育期施總氮量和施氮要求與T2一致，基肥和伸根期追肥N∶K2O比為1∶1，旺長期和成熟期追肥N :K2O為1∶3，灌溉方式及要求與T1一致。

每處理重復3次，隨機區(qū)組排列，小區(qū)面積210 m2，小區(qū)間采用田壟間隔開，同時設置隔離行，株行距0.6 m×1.1 m，其他田間管理措施參照當?shù)貎?yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)技術進行，煙株采收按采收標準進行。

1.5測定項目與方法

1.5.1煙株農(nóng)藝性狀。參照YC/T 142—2010[14]，各處理隨機挑選9株長勢均勻一致，且具有群體代表性的煙株作為測量對象，分別在伸根期、旺長期和成熟期測定煙株株高、節(jié)距、莖圍、有效葉數(shù)、葉長和葉寬等農(nóng)藝性狀。

1.5.2煙株干物質(zhì)及鉀素積累。從移栽后21 d開始，每隔14 d測定一次，每處理各取3株煙株，將整個植株連根一起挖出，清洗干凈后，將烤煙根、莖、葉分開，分別進行殺青、烘干和稱重。干物質(zhì)中全鉀含量采用火焰光度計法測定。

1.5.3煙葉化學成分。分別選取各小區(qū)B2F和C3F等級的煙葉作為測定對象，測定煙葉的常規(guī)化學成分含量。總糖和淀粉含量采用蒽酮比色法測定；還原糖含量采用3,5 -二硝基水楊酸比色法測定；總氮、煙堿含量采用紫外分光光度法測定；鉀含量采用火焰光度計法測定；總氮含量采用過氧化氫—硫酸消化法測定。

1.5.4煙葉產(chǎn)量和產(chǎn)值統(tǒng)計。各小區(qū)單獨采收、綁干、烘烤，分區(qū)計產(chǎn)，統(tǒng)計煙葉產(chǎn)量、產(chǎn)值、上等煙比例、均價。

1.6數(shù)據(jù)分析采用 Excel和SPSS進行數(shù)據(jù)處理和分析。

2 結果與分析

2.1不同水肥一體化模式對烤煙農(nóng)藝性狀的影響從表1可以看出，不同水肥一體化模式對烤煙的長勢長相均有明顯影響。在伸根期，與CK相比，T1、T2和T3處理的煙株長勢總體較好，其單株有效葉數(shù)以及單株葉面積均顯著高于CK，其中T3處理的單株有效葉數(shù)比CK多1.89 片，而單株葉面積則比CK高近512 cm2。

在旺長期，水肥一體化處理的煙株長勢與CK相比差異更顯著，T1、T2和T3處理的株高、莖圍、節(jié)距以及單株葉面積均顯著大于CK，其中T1處理的單株葉面積比CK高近1/3，表明動態(tài)的土壤水分調(diào)控能夠顯著促進煙株的生長發(fā)育，明顯改善煙株的農(nóng)藝性狀；T3、T2與T1處理相比，前期肥料施用總量的減少雖然使T2和T3處理的長勢略低于T1，但處理間顯著不差異。

在成熟期，雖然各處理煙株長勢與前期相比差異縮小，但煙株高度和總葉面積仍以T1、T2和T3處理表現(xiàn)最突出，處理間株高表現(xiàn)為T1>T2>T3>CK，有效葉面積表現(xiàn)為T1>T3>T2>CK，但其莖圍以及有效葉數(shù)與CK無顯著差異。

表1 不同水肥一體化模式對烤煙農(nóng)藝性狀的影響

注：同列不同小寫字母表示同一生育期不同處理間差異顯著(P<0.05)

Note:Different lowercases in the same column stand for significant differences between different treatments at 0.05 level;Different capital letters in the same column stand for significant differences between different treatments at 0.01 level

2.2不同水肥一體化模式對煙株干物質(zhì)積累的影響由圖1可知，4個處理煙株的干物質(zhì)積累大致可以劃分為3個階段：0～35 d為緩慢增長階段，35～77 d為快速增長階段，77 d后又進入緩慢增長階段，這正好與煙株的伸根期、旺長期以及成熟期一一對應。

在移栽后35 d前，各處理煙株干物質(zhì)積累量均處于較低水平(<50 g/株)，此時各處理積累量表示為T1>T2>T3>CK，但處理間無顯著差異；35 d后，各處理煙株的干物質(zhì)積累量開始迅速增加，至77 d，除CK外，其他處理的干物質(zhì)積累量普遍超過300 g/株，顯著高于CK；此后，各處理的干物質(zhì)積累量仍有小幅度增長，至采收前各處理干物質(zhì)積累量表現(xiàn)為T1>T3>T2>CK。

T2、T3和T1處理對比發(fā)現(xiàn)，在煙田水肥一體化的條件下，減少20%總施氮量會降低煙株的干物質(zhì)積累量，降幅為8%～12%。T3與T2處理相比，T2處理前期的氮鉀施肥總量稍多于T3處理，因此T3處理的干物質(zhì)積累量在第49天之前一直落后于T2處理，但差異不顯著，但隨著后期T3處理追肥總量的增加，T3處理的干物質(zhì)積累超過了T2處理；在49～63 d，CK的干物質(zhì)積累速度最高，至第63天，其干物質(zhì)積累量一度接近T2處理，可能與此段時間降雨較為充足、CK煙田中的殘余養(yǎng)分被重新吸收利用有關。

圖1 不同水肥一體化模式對煙株干物質(zhì)積累的影響Fig.1 Effects of different integration modes of water and fertilizer on dry matter accumulation of tobacco plants

2.3不同水肥一體化模式對烤煙鉀素營養(yǎng)積累的影響從圖2可以看出，各處理煙株在煙苗移栽后一段時間內(nèi)對鉀素的積累吸收量較少，至移栽后第35天時，各處理煙株鉀積累量表現(xiàn)為T1≈T3>T2>CK，單株鉀素積累量約為1 g/株；移栽后第35～49天，是各處理煙株對鉀素的集中吸收階段，此時T1、T2和T3處理的鉀素積累曲線基本重合，煙株的鉀素積累量急劇增加至接近7 g/株，雖然CK的鉀積累量也呈急劇增加趨勢，但其增幅顯著小于其他處理，至第49天時，其單株鉀素積累量僅為其他處理的70%左右；此后各處理煙株體內(nèi)的鉀素積累量均出現(xiàn)不同程度的下降，其中下降幅度最大的為處理T2，鉀素積累量減少近1 g/株，但其總量仍高于CK；另外，T3與T2處理相比，雖然在第63天時，T3與T2處理的鉀素積累量均降低至接近同一水平，但此后T3處理的鉀素積累量有一個重新增加的過程，至采收前T3處理的鉀素積累與T1處理基本一致，且均顯著高于T2處理和CK。

圖2 不同水肥一體化模式對烤煙鉀素營養(yǎng)積累的影響Fig.2 Effects of different integration modes of water and fertilizer on dry matter accumulation of tobacco plant patterns

2.4不同水肥一體化模式對煙葉化學成分的影響從表2可以看出,不同處理以及不同部位間煙葉的化學成分含量差異較大。T1處理與CK對比發(fā)現(xiàn)，滿足烤煙各生育期水分需求規(guī)律的模式T1能夠顯著提高煙株上中部葉的總糖和還原糖含量，降低煙葉煙堿含量，同時使其糖堿比更為協(xié)調(diào)；T2、T3處理與CK對比發(fā)現(xiàn)，滿足煙株各生育期水肥需求規(guī)律的模式T2和T3同樣顯著提高了煙株上部葉的總糖和還原糖含量，降低了煙葉尤其是中部葉的煙堿含量，使其糖堿比更趨近于適宜值(>6.0)，但其上部葉以及T3處理中部葉的淀粉含量顯著高于CK。另外，雖然CK煙株的鉀素積累量顯著低于T1、T2和T3處理，但CK的煙葉鉀含量顯著高于其他處理。

表2 不同水肥一體化模式對煙葉化學成分的影響

注：同列不同小寫字母表示同一生育期不同處理間差異顯著(P<0.05)

Note:Different lowercases in the same column stand for significant differences between different treatments at 0.05 level;Different capital letters in the same column stand for significant differences between different treatments at 0.01 level

2.5不同水肥一體化模式對煙葉經(jīng)濟性狀的影響從表3可以看出，與CK相比，T1、T2和T3處理在產(chǎn)值、均價以及中上等煙比例方面均顯著高于對照。T1處理的烤煙經(jīng)濟價值最高，比CK高11 743.95 元/hm2，增幅為27.19%，其次為T3和T2處理，產(chǎn)值分別比對照高7 055.89和6 900.82 元/hm2；在產(chǎn)量方面，T1處理烤煙的產(chǎn)量最高，比對照提高了18.77%，此外，雖然T2和T3處理的產(chǎn)量與對照相比無顯著的差異，但仍有所增加，與此前各處理干物質(zhì)積累規(guī)律表現(xiàn)相一致。總體而言，不同水肥一體化模式均能顯著提高煙葉的產(chǎn)量和產(chǎn)量，與對照相比，產(chǎn)量提高了5.00%～19.59%，而產(chǎn)值則提高了15.98%～27.19%。

表3 不同水肥一體化模式對煙葉經(jīng)濟性狀的影響

注：同列不同小寫字母表示同一生育期不同處理間差異顯著(P<0.05)

Note:Different lowercases in the same column stand for significant differences between different treatments at 0.05 level;Different capital letters in the same column stand for significant differences between different treatments at 0.01 level

3 討論

水分和肥料是影響烤煙正常生長發(fā)育的重要因素，對于煙葉的產(chǎn)質(zhì)量至關重要[6]。另外，水肥一體化將灌溉與施肥這2個原本獨立的過程有機地融合在一起，本質(zhì)上實現(xiàn)了烤煙水肥耦合的延伸和深化[15]，對于煙田的水肥協(xié)同互作以及水肥利用率的提高，均具有重要的影響。

該研究結果表明，試驗所設計的水肥一體化模式均能夠顯著影響煙株的生長發(fā)育，對于煙株前期早生快發(fā)以及全生育期農(nóng)藝性狀的優(yōu)化均具有顯著的促進作用。不同模式煙株全生育期的長勢長相均明顯優(yōu)于CK，以T1處理效果最突出，其次為T3處理，最后為T2處理。雖然模式T2和T3的總施肥量(總氮)僅為CK的80%，但煙株的生長發(fā)育情況以及全生育期的干物質(zhì)積累量仍顯著高于對照，這與李才華[16]的研究結果相類似。有關烤煙水肥耦合的相關研究表明[8,15]，適量的施肥及適宜的灌溉有利于水肥耦合正效應的充分發(fā)揮，從而提高水肥的利用效率，對煙株的正常生長具有顯著的促進作用；而在適量灌水條件下，較高的肥料施用量使大田煙株生長發(fā)育較快，長勢較正常煙株有偏旺趨勢，同時干物質(zhì)積累量也會隨肥料施用量的增加而增加。

試驗設計的水肥一體化模式注重水與養(yǎng)分的相互協(xié)調(diào)，相互促進，有利于植煙土壤中的養(yǎng)分趨于協(xié)調(diào)，從而促進煙株對養(yǎng)分的平衡吸收。在成熟以前，各模式煙株的鉀元素吸收積累近似于優(yōu)質(zhì)烤煙的營養(yǎng)元素理想吸收曲線。該試驗結果表明，由于水肥的充分互作以及煙株生長前期對鉀素吸收較少，前期鉀肥用量的減少并不會降低煙株對鉀素的積累，模式T3煙株的鉀素積累曲線正好印證了這一點。成熟期以后，由于煙葉中鉀素的淋失以及根系的溢泌等原因，煙株鉀素的積累量下降?；诖丝紤]，水肥一體化模式T3在煙株旺長期和成熟期追肥中，適當?shù)貙⒆贩实腘∶K2O調(diào)整為1∶3，這在一定程度上增加了煙株的鉀素積累量，同時也使T3處理煙葉中的鉀含量較T1和T2處理有一定的提高。

在水肥一體化條件下，各模式煙葉的產(chǎn)量以及煙株干物質(zhì)累積量均顯著高于對照，其中煙葉產(chǎn)量提高了5.00%～19.59%，而煙葉產(chǎn)值則提高了15.98%～27.19%，表明水肥一體化條件下，施肥總量的適當減少并不會造成產(chǎn)量的下降，甚至還有可能增加煙葉產(chǎn)量，這與王洪云等[7]、國鴻薔等[9]研究結果相類似。雖然不同水肥一體化模式的應用并未明顯改善煙葉的內(nèi)在質(zhì)量，但對比不同處理煙葉化學成分含量可以看出，水肥一體化對于煙葉的可溶性糖以及淀粉等常規(guī)化學成分含量具有顯著影響。模式T2和T3的烤后煙葉淀粉含量顯著高于CK，其原因可能與T2和T3處理成熟期仍追施一定量的氮肥有關。李春儉等[17]指出烤煙生育后期煙葉干物質(zhì)積累速度超過鉀吸收速率容易引起煙葉鉀含量的稀釋效應。因此，雖然CK煙株的鉀素積累量顯著低于T1、T2和T3處理，但CK的煙葉鉀含量顯著高于其他處理。

4 結論

該研究結果表明，與常規(guī)煙草施肥灌溉方法相比，基于水肥耦合所設計的水肥一體化模式均能顯著促進煙株的生長發(fā)育，促進鉀素養(yǎng)分吸收與積累，提高鉀肥利用效率，增加煙葉產(chǎn)量和產(chǎn)值，對于煙葉內(nèi)在質(zhì)量的提升也有一定作用，以模式T1和T3的綜合應用效應最突出。結合T1和T3處理的水肥設計參數(shù)，全生育期總施氮量為165 kg/hm2，基追為4∶6，基肥N∶K2O為1∶1，還苗期和伸根期追施總追氮量的15%；N∶K2O也為1∶1，旺長期和成熟期分別追施總追氮量的70%和15%；N∶K2O均為1∶3可作為烤煙水肥一體化技術的參照模式應用于煙葉的實際生產(chǎn)中。另外，由于植煙區(qū)域的氣候和土壤環(huán)境等因素不同，因此，在設計或應用水肥一體化時，應在遵循烤煙水分和養(yǎng)分吸收規(guī)律的前提下根據(jù)不同年份天氣狀況、不同土壤肥力狀況等因素對施肥灌溉進行合理的調(diào)整，以充分發(fā)揮水肥一體化技術的最大潛力，保證煙葉的優(yōu)質(zhì)穩(wěn)產(chǎn)，為煙草農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展提供可靠保障。