不同滴灌定額對(duì)烤煙生長(zhǎng)發(fā)育和水肥利用效率的影響*

薛如君，李軍營(yíng)，胡志明，張瑞勤，查文菊，孫軍偉，趙正雄，馬二登

(1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 煙草學(xué)院，云南 昆明 650201；2.云南省煙草農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，云南 昆明 650031；3.云南省煙草公司保山市公司，云南 保山 678000；4.云南省煙草公司曲靖市公司，云南 曲靖 655000；5.云南省煙草公司大理州公司，云南 大理 671000)

水資源已成為限制云南烤煙生產(chǎn)的重要因素，尤其是近年來(lái)的季節(jié)性干旱，導(dǎo)致烤煙生育期降雨量不足和分配不均，從而嚴(yán)重影響煙葉的質(zhì)量和可用性[1]。滴灌是烤煙生產(chǎn)中常用的節(jié)水灌溉方式，其地面適應(yīng)性強(qiáng)、節(jié)水和增產(chǎn)效果顯著。有報(bào)道認(rèn)為：與溝灌相比，滴灌灌水量可減少60%，不影響煙葉產(chǎn)質(zhì)量[2]。采取科學(xué)的節(jié)水灌溉技術(shù)，完善相應(yīng)的烤煙灌溉制度技術(shù)研究，對(duì)提高云南煙葉產(chǎn)質(zhì)量具有重要意義。

在烤煙節(jié)水灌溉方面，盡管相關(guān)學(xué)者對(duì)灌溉指標(biāo)[3-4]、灌溉方式和灌溉定額[5]等開展了研究，但由于云南煙田生態(tài)類型多樣，烤煙種植環(huán)境不一，仍需從烤煙需水量和耗水量、耗水強(qiáng)度、土壤墑情預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)和節(jié)水灌溉定額確定等方面進(jìn)行深入研究。其中，灌溉定額的確定及其在煙株生育期的分配是烤煙灌溉制度的核心。彭曼公式(Penman-Monteith)是目前國(guó)際上通用的通過(guò)作物蒸散量計(jì)算作物各階段需水量的方法，與其他方法相比具有較高的精度[6-7]。滴灌僅局部濕潤(rùn)土壤，因而濕潤(rùn)比是滴灌設(shè)計(jì)中的重要參數(shù)之一[8]。目前有關(guān)烤煙適宜滴灌定額研究亦鮮見報(bào)道，難以為優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)中的節(jié)水灌溉提供技術(shù)保障。對(duì)此，本研究以彭曼公式計(jì)算出的參考作物需水量為基礎(chǔ)，設(shè)置不同滴灌設(shè)計(jì)濕潤(rùn)比，從農(nóng)學(xué)和資源利用的角度篩選出烤煙大田生育期的適宜滴灌定額，以期為烤煙節(jié)水灌溉提供理論指導(dǎo)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

田間試驗(yàn)于2017 年進(jìn)行，試驗(yàn)地位于云南省煙草科學(xué)研究院研和鎮(zhèn)試驗(yàn)基地(N24°14′，E102°30′，海拔1 636 m)，屬中亞熱帶半濕潤(rùn)涼冬高原季風(fēng)氣候，年平均氣溫15～16 °C，年降水量800～900 mm，日照時(shí)間2 265 h。試驗(yàn)在避雨旱棚中進(jìn)行，其頂部為軌道式移動(dòng)遮雨棚，旱棚內(nèi)供試土壤為紅壤，pH 6.42，有機(jī)質(zhì)含量為9.71 g/kg，全氮含量為0.55 g/kg，全磷含量為1.17 g/kg，全鉀含量為8.00 g/kg。供試烤煙品種為K326，田間管理按優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行，實(shí)行中心花開第1 朵封頂，單株留葉數(shù)18～20 片。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)計(jì)作物參考需水量和設(shè)計(jì)濕潤(rùn)比2 個(gè)因素。作物參考需水量以作物蒸散量(ET0)為基礎(chǔ)，分別設(shè)置50% ET0、60% ET0、80% ET0和100% ET04 個(gè)水平；設(shè)計(jì)濕潤(rùn)比(P)3 個(gè)水平，分別為0.4、0.5 和0.6。因此，試驗(yàn)共計(jì)12 個(gè)處理，分別為：50% ET0-0.4P、50% ET0-0.5P、50% ET0-0.6P、60% ET0-0.4P、60% ET0-0.5P、60% ET0-0.6P、80% ET0-0.4P、80% ET0-0.5P、80% ET0-0.6P、100% ET0-0.4P、100% ET0-0.5P和100% ET0-0.6P，對(duì)應(yīng)烤煙大田生育期灌溉定額分別為：100、125、150、120、150、180、160、200、240、200、250 和300 mm。處理間以混凝土澆筑隔開，以避免水分滲透。

煙株于2017 年5 月7 日移栽，灌水時(shí)用水表精確控制每個(gè)灌水處理的水量，各處理烤煙伸根期每7 d 灌水1 次，旺長(zhǎng)期每3 d 灌水1 次，成熟期每5 d 灌水1 次，具體灌水時(shí)間和灌水量見表1。每個(gè)處理3 個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)約20 株煙，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。各處理施氮量67.5 kg/hm2，肥料種類為煙草專用復(fù)混肥，其配方為m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=10∶12∶24。其中，基肥于5 月6 日施用，施用方式為塘施，用量21 kg/hm2；追肥于6 月10 日施用，施用方式為環(huán)施，用量46.5 kg/hm2。

1.2.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

參考作物蒸發(fā)蒸騰量(ET0)的計(jì)算參照王健等[9]的日光溫室彭曼公式(Penman-Monteith)修正公式。

表1 各處理灌水時(shí)間和灌水定額Tab.1 The drip irrigation quota and date in each treatment

式中，ET0為參考作物蒸發(fā)蒸騰量(mm/d)；Rn和G分別為地表凈輻射和土壤熱通量(MJ/m2/d)；ea和ed分別為飽和水汽壓和實(shí)際水汽壓(kPa)；Δ 為飽和水汽壓曲線斜率(kPa/℃)；γ 為干濕表常數(shù)(kPa/℃)；T為2 m 高度處平均氣溫(℃)。

煙株農(nóng)藝性狀的測(cè)定：選擇有代表性的5 株煙株，于煙株打頂前1 d 測(cè)量煙株葉片數(shù)、株高、莖圍、葉長(zhǎng)和葉寬。

煙株生物量及養(yǎng)分吸收量的測(cè)定：烤煙成熟期挖出整棵煙株，將根、莖和葉分開并置入烘箱中 105 ℃殺青30 min，然后在 80 ℃下烘干至恒質(zhì)量，測(cè)定其生物量(干物質(zhì)量)。之后測(cè)定根、莖和葉氮、磷、鉀含量，以差減法計(jì)算氮、磷、鉀吸收量。

養(yǎng)分利用率=(施氮區(qū)煙株養(yǎng)分吸收量-無(wú)氮區(qū)煙株養(yǎng)分吸收量)/養(yǎng)分施用量×100%；

灌溉水利用率=煙株葉片生物量/大田生育期灌溉定額。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理方法

采用Excel 2007 整理數(shù)據(jù)，方差分析和相關(guān)分析采用SPSS 13.0 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 烤煙農(nóng)藝性狀

由表2 可知：同一參考需水量水平下，煙株平均葉面積隨著設(shè)計(jì)濕潤(rùn)比的提高而增加；同一設(shè)計(jì)濕潤(rùn)比條件下，煙株平均葉面積總體呈現(xiàn)為隨著參考需水量水平的提高而增加。所有滴灌定額處理中，以100% ET0(0.4P、0.5P 和0.6P)和80% ET0(0.5P和0.6P)等5 個(gè)處理烤煙平均葉面積表現(xiàn)較優(yōu)，且相互間無(wú)顯著差異(P＞0.05)。方差分析表明：參考需水量水平對(duì)烤煙株高有顯著影響(P＜0.05)，對(duì)除株高以外的烤煙農(nóng)藝性狀參數(shù)有極顯著影響(P＜0.01)；設(shè)計(jì)濕潤(rùn)比對(duì)烤煙葉片數(shù)、株高、最大葉長(zhǎng)、最大葉面積和平均葉面積均有極顯著影響(P＜0.01)；參考需水量水平和設(shè)計(jì)濕潤(rùn)比對(duì)葉片數(shù)和株高的影響存在極顯著交互效應(yīng)(P＜0.01)。

表2 各處理烤煙農(nóng)藝性狀Tab.2 Agronomic traits of flue-cured tobacco in each treatment

表3 各處理烤煙不同部位干物質(zhì)量和根冠比Tab.3 The dry matter root-shoot ratio of flue-cured tobacco in each treatment

2.2 烤煙干物質(zhì)量

由表3 可知：同一參考需水量水平下，隨著設(shè)計(jì)濕潤(rùn)比的提高，烤煙根、莖、葉干物質(zhì)量及根冠比均無(wú)明顯變化規(guī)律；同一設(shè)計(jì)濕潤(rùn)比條件下，烤煙根、莖、葉和全株干物質(zhì)量隨著參考需水量水平的提高無(wú)明顯變化規(guī)律；所有處理中，以100% ET0(0.4P、0.5P 和0.6P)和80% ET0(0.5P和0.6P)處理烤煙干物質(zhì)量相對(duì)較大，其中以80% ET0-0.5P 處理烤煙葉片和全株干物質(zhì)量最大，與其他處理相比，分別增加了14.6%～97.5%和4.3%～72.8%。方差分析表明：參考需水量水平對(duì)烤煙莖干物質(zhì)量有顯著影響(P＜0.05)，對(duì)烤煙葉和全株干物質(zhì)量有極顯著影響(P＜0.01)；設(shè)計(jì)濕潤(rùn)比對(duì)烤煙葉干物質(zhì)量和根冠比有顯著影響(P＜0.05)，對(duì)烤煙莖和全株干物質(zhì)量有極顯著影響(P＜0.01)；參考需水量水平和設(shè)計(jì)濕潤(rùn)比對(duì)烤煙葉和全株干物質(zhì)量的影響之間存在顯著交互效應(yīng)(P＜0.05)。

2.3 肥料及灌溉水利用率

由表4 所示：同一參考需水量水平下，隨著設(shè)計(jì)濕潤(rùn)比的提高，肥料及灌溉水利用率均無(wú)明顯變化規(guī)律；同一設(shè)計(jì)濕潤(rùn)比條件下，隨著參考需水量水平的提高，烤煙氮肥、磷肥、鉀肥和灌溉水利用率亦無(wú)明顯變化規(guī)律。所有處理中，以80% ET0-0.5P 和80% ET0-0.6P 處理烤煙氮肥、磷肥和鉀肥利用率相對(duì)較高。與其他處理相比，80% ET0-0.5P 處理氮肥和磷肥利用率分別提高了9.4%～84.2%和11.3%～178.1%。方差分析表明：參考需水量水平對(duì)烤煙氮肥和鉀肥利用率有顯著影響(P＜0.05)，對(duì)灌溉水利用率有極顯著影響(P＜0.01)；設(shè)計(jì)濕潤(rùn)比僅對(duì)灌溉水利用率有顯著影響(P＜0.05)，對(duì)肥料利用率無(wú)顯著影響(P＞0.05)；參考需水量水平和設(shè)計(jì)濕潤(rùn)比對(duì)灌溉水利用率的影響存在顯著交互效應(yīng)(P＜0.05)。

2.4 灌溉定額與煙株生長(zhǎng)及水肥利用效率的相關(guān)關(guān)系

相關(guān)分析表明(表5)：滴灌定額與烤煙各農(nóng)藝性狀均存在極顯著正相關(guān)關(guān)系(P＜0.01)；滴灌定額與烤煙根干物質(zhì)量無(wú)顯著相關(guān)性(P＞0.05)，與烤煙莖、葉及全株干物質(zhì)量存在極顯著正相關(guān)關(guān)系(P＜0.01)，與根冠比存在極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P＜0.01)；滴灌定額與烤煙磷肥利用率存在顯著正相關(guān)關(guān)系(P＜0.05)，與氮肥和鉀肥利用率存在極顯著正相關(guān)關(guān)系(P＜0.01)，與灌溉水利用率存在極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P＜0.01)。

2.5 烤煙葉片生物量與煙株生長(zhǎng)及水肥利用效率的相關(guān)關(guān)系

相關(guān)分析表明(表6)：烤煙成熟期葉片干物質(zhì)量(生物量)與煙株最大葉長(zhǎng)和平均葉面積間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P＜0.01)，與最大葉面積間呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P＜0.05)；烤煙成熟期葉片干物質(zhì)量與烤煙根部和全株干物質(zhì)量均存在極顯著正相關(guān)關(guān)系(P＜0.01)，與莖干物質(zhì)量呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P＜0.05)；烤煙成熟期葉片干物質(zhì)量與氮肥利用率呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P＜0.05)，與磷肥和鉀肥利用率呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P＜0.01)。

表4 各處理肥料和灌溉水利用率Tab.4 The water and fertilizer use efficiency of flue-cured tobacco in each treatment

表5 灌溉定額與煙株農(nóng)藝性狀、干物質(zhì)量及水肥利用效率間的相關(guān)系數(shù)Tab.5 The correlation coefficients between the agronomic traits,dry matter,water and fertilizer use efficiency with the drip irrigation quota,respectively

表6 烤煙成熟期葉片干物質(zhì)量與葉片農(nóng)藝性狀、其他部位干物質(zhì)量及水肥利用效率間的相關(guān)系數(shù)Tab.6 The correlation coefficients between leaf agronomic traits,dry matter of the other parts,water and fertilizer use efficiency with the tobacco leaf dry matter at maturity,respectively

3 討論

3.1 滴灌定額對(duì)烤煙生長(zhǎng)發(fā)育的影響

適宜的水分狀況是烤煙正常生長(zhǎng)發(fā)育的基本前提。本研究中，參考需水量水平和設(shè)計(jì)濕潤(rùn)比均顯著影響烤煙葉面積(P＜0.01)，且灌溉定額與烤煙成熟期各農(nóng)藝性狀均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P＜0.01)?？梢?，提高滴灌定額可以在一定程度上促進(jìn)煙株生長(zhǎng)發(fā)育。然而，最優(yōu)烤煙農(nóng)藝性狀并未出現(xiàn)在最大滴灌定額處理，而是出現(xiàn)在200～240 mm 的滴灌定額處理中。一方面，滴灌定額過(guò)大可能會(huì)導(dǎo)致土壤空氣交換受阻，導(dǎo)致根系的呼吸和吸收能力下降，從而影響煙株的生長(zhǎng)發(fā)育[10-11]；另一方面，滴灌定額過(guò)高可能會(huì)增加肥料養(yǎng)分(尤其是氮素)的淋溶損失，從而影響煙株的養(yǎng)分供應(yīng)[12]。以往研究[10,13-14]也認(rèn)為：灌溉定額并非越大越好，滴灌定額超過(guò)一定范圍不但會(huì)造成水、肥的浪費(fèi)，而且不利于作物產(chǎn)量的形成。

對(duì)于烤煙而言，葉片干物質(zhì)積累是煙葉產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)。本研究中，葉片干物質(zhì)累積量與最大葉長(zhǎng)、平均葉面積和根系干物質(zhì)量之間存在極顯著相關(guān)關(guān)系，這也說(shuō)明了葉片干物質(zhì)累積在葉片形成與發(fā)育過(guò)程中的重要作用，同時(shí)也說(shuō)明根系對(duì)葉片發(fā)育所起的重要作用。此外，本研究中灌溉定額與根冠比之間存在極顯著負(fù)相關(guān)，表明灌溉定額過(guò)大，并不利于煙株根系生長(zhǎng)。張永強(qiáng)等[15]研究同樣認(rèn)為：一定范圍內(nèi)，提高麥后復(fù)播大豆滴灌量有利于提高干物質(zhì)積累量，但灌水量過(guò)大反而不利于干物質(zhì)的積累；李發(fā)永等[16]也認(rèn)為：棉花進(jìn)入花期以后過(guò)高和過(guò)低的水分均會(huì)使干物質(zhì)形成受到抑制。

3.2 滴灌定額對(duì)烤煙肥料利用的影響

一般而言，由于施用的肥料必須經(jīng)過(guò)水分(特別是顆粒肥)溶解后，其中的養(yǎng)分才能被作物根系吸收。因此，在作物田間管理過(guò)程中，一定范圍內(nèi)增加灌溉量有利于養(yǎng)分利用率的提高。然而，實(shí)際生產(chǎn)中的灌溉量并非越高越好，這是因?yàn)檫^(guò)量的滴灌定額將導(dǎo)致土壤含水量偏高，一方面使得根系的呼吸和吸收能力下降，另一方面增加肥料養(yǎng)分的淋失風(fēng)險(xiǎn)，最終影響煙株生物量的形成和煙株的生長(zhǎng)發(fā)育。

已有研究發(fā)現(xiàn)[17]：隨著滴灌量增加，氮肥利用效率、氮肥偏生產(chǎn)力和農(nóng)學(xué)利用率呈現(xiàn)先增加后降低的變化趨勢(shì)，說(shuō)明過(guò)度增加灌水或施氮量將不利于發(fā)揮其增產(chǎn)效果，適宜的水氮在提高資源利用效率的同時(shí)增加產(chǎn)量。河西地區(qū)春玉米的滴灌研究表明：滴灌灌水量過(guò)高將導(dǎo)致表層(0～20 cm)土層根長(zhǎng)比重的增加，從而不利于根系對(duì)深層土壤中養(yǎng)分的吸收[18]。另有研究表明[19]：過(guò)高的灌溉定額會(huì)抑制作物對(duì)氮、磷、鉀的吸收，導(dǎo)致氮、磷、鉀在春播燕麥植株體內(nèi)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降，從而影響作物對(duì)養(yǎng)分的吸收利用。本研究中，烤煙成熟期葉片生物量與其余部位生物量呈顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系，同時(shí)與氮、磷、鉀肥的利用效率也呈顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系。由此可見，本研究中80% ET0-0.5P 和80% ET0-0.6P 處理下，良好的生物量促進(jìn)了煙株對(duì)養(yǎng)分的吸收利用是該滴灌定額下烤煙氮肥、磷肥和鉀肥利用率相對(duì)較高的主要原因。

作為一種節(jié)水高效灌溉技術(shù)，與傳統(tǒng)的烤煙溝灌和澆灌方式相比，烤煙滴灌投入產(chǎn)出比提高了3～7 倍[20-21]。與常規(guī)灌溉方式相比，由于滴灌方式下僅局部濕潤(rùn)即可保證煙株的生長(zhǎng)發(fā)育，更需要注意滴灌定額的適宜性，因?yàn)橐坏┧诌^(guò)多則會(huì)抑制根系生長(zhǎng)，導(dǎo)致煙株干物質(zhì)合成和累積偏少，導(dǎo)致煙葉產(chǎn)量下降[4,22]。80% ET0-0.5P 處理?xiàng)l件下，烤煙大田生育期滴灌定額適中，煙株干物質(zhì)累積量相對(duì)較高，因此該滴灌定額的灌溉水利用率也相對(duì)較高，這與強(qiáng)小嫚等[23]的研究結(jié)果類似。

4 結(jié)論

田間控水條件下，云南玉溪烤煙以彭曼公式獲得的參考作物需水量(ET0)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)不同濕潤(rùn)比，采用滴灌栽培烤煙。在烤煙伸根期每7 d 灌水1 次，旺長(zhǎng)期每3 d 灌水1 次，成熟期每5 d 灌水1 次的條件下，不同灌溉定額處理中，以80% ET0-0.5P 處理(滴灌定額200 mm)烤煙成熟期生物量和農(nóng)藝性狀表現(xiàn)較優(yōu)，氮肥、磷肥和鉀肥以及灌溉水利用率相對(duì)較高。本試驗(yàn)條件下，該區(qū)域較為適宜的烤煙大田生育期滴灌灌溉定額為200 mm。