不同水肥管理模式對烤煙養(yǎng)分積累及煙葉品質(zhì)的影響

柳淵博, 王靜, 朱學(xué)杰, 蔣偉峰, 劉天,張錦中, 李耀鑫, 符云鵬*

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院, 鄭州 450002； 2.河南省煙草公司周口市公司, 河南 周口 466000)

水、肥是影響煙葉生產(chǎn)的兩大關(guān)鍵因素。水、肥協(xié)調(diào)供應(yīng)對保證烤煙正常生長發(fā)育、提高煙葉產(chǎn)量和品質(zhì)意義重大[1-2]。研究表明，選用水溶性肥料、采用合理的水肥管理模式，尤其是采用滴灌施肥(水肥一體化)技術(shù)，通過調(diào)整施肥頻率和基追比等策略，可以顯著促進(jìn)養(yǎng)分吸收、提高水分利用效率[3-4]和肥料利用率[5-6]，促進(jìn)作物生長發(fā)育，提高產(chǎn)量和品質(zhì)[7]。臧小平等[8]發(fā)現(xiàn)，滴灌施磷可以增強(qiáng)香蕉長勢，促進(jìn)香蕉對鉀的吸收，使香蕉顯著增產(chǎn)15.6%。諸海燾等[9]研究表明，采用滴灌施肥可以促進(jìn)氮磷鉀在黃瓜葉片中的積累、提高肥料利用率和黃瓜產(chǎn)量。薛如君等[10]報(bào)道，滴灌施肥下烤煙的氮素利用率較澆灌施肥提高10.2%～16.4%，中上等煙比例和產(chǎn)值分別提高17.1%～54.9%和8.4%～25.3%。

烤煙是河南的主要經(jīng)濟(jì)作物之一，大田生育前、中期頻發(fā)干旱是河南烤煙生產(chǎn)中面臨的主要問題。傳統(tǒng)水肥管理模式是基施大量溶解性較差的化肥、干旱時(shí)采用溝灌方式供水，由于水分與養(yǎng)分供應(yīng)的不協(xié)調(diào)，常常使土壤養(yǎng)分釋放規(guī)律與煙草需肥規(guī)律不能完全吻合，因此，肥料利用率不高，導(dǎo)致煙葉成熟推遲、營養(yǎng)不平衡，烤后煙葉化學(xué)成分不協(xié)調(diào)，造成品質(zhì)下降，煙農(nóng)的經(jīng)濟(jì)效益降低[11]。如何利用有限的水資源，通過水肥的良好配合滿足煙草生長發(fā)育及產(chǎn)量品質(zhì)形成對水肥的需要，提高水肥利用效率，是當(dāng)前急需解決的問題。近年來，滴灌及滴灌施肥技術(shù)開始在煙草生產(chǎn)中應(yīng)用，使煙草的水、肥利用效率和產(chǎn)量品質(zhì)得到有效提高。但由于肥料與滴灌系統(tǒng)不配套，實(shí)際煙草生產(chǎn)中肥料仍然是以干肥的形式施入，不能充分發(fā)揮水肥的互作效應(yīng)。因此，為探究適合河南煙區(qū)應(yīng)用的水肥管理模式，以中煙100為試驗(yàn)材料，通過大田試驗(yàn)，對常規(guī)施肥和滴灌施肥等三種不同水肥管理模式下烤煙葉片的生物學(xué)產(chǎn)量、N、P和K含量，及烤后煙葉的經(jīng)濟(jì)性狀和品質(zhì)性狀進(jìn)行比較，為河南煙區(qū)煙葉優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)提供科學(xué)的水肥管理依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與供試材料

試驗(yàn)于2018年在河南省周口市商水縣郝崗鄉(xiāng)(E 114°32′，N 33°32′)進(jìn)行。該地區(qū)屬暖溫帶季風(fēng)半濕潤氣候，年平均氣溫14.5 ℃，降雨量785.10 mm，主要集中在7—8月。試驗(yàn)地土壤為褐土，前茬作物為紅薯，土壤有機(jī)質(zhì)17.72 g·kg-1、堿解氮68.95 mg·kg-1、速效磷13.38 mg·kg-1、速效鉀93.96 mg·kg-1、水溶性氯24.82 mg·kg-1。

以烤煙品種中煙100為試驗(yàn)材料，由河南省煙草公司周口市公司提供。所用肥料包括腐熟芝麻餅肥(含N 4.0%)、復(fù)合肥(10-10-20)、硝酸鉀(13.5-0-46)、過磷酸鈣(含P2O515%)、普通硫酸鉀(含K2O 50%)和水溶性硫酸鉀(含K2O 52%)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)3個(gè)處理：常規(guī)施肥+常規(guī)灌溉(CK)、常規(guī)施肥+滴灌(T1)和優(yōu)化施肥+滴灌(T2)。各處理氮施用量均為52.5 kg·hm-2，氮磷鉀比例為1∶1∶4。常規(guī)施肥：指當(dāng)?shù)乜緹熒a(chǎn)技術(shù)規(guī)范推薦的施肥方法，即施腐熟芝麻餅300 kg·hm-2，硝酸鉀150 kg·hm-2，復(fù)合肥202.5 kg·hm-2，過磷酸鈣215 kg·hm-2，硫酸鉀201 kg·hm-2；其中有機(jī)肥、磷肥和復(fù)合肥于起壟時(shí)條施，硝酸鉀肥分別于移栽時(shí)和移栽后30 d按照3∶7的質(zhì)量比穴施,硫酸鉀于移栽后30 d穴施。優(yōu)化施肥：有機(jī)肥和氮、磷、鉀用量同常規(guī)施肥，但是采用硝酸鉀替代復(fù)合肥，磷、鉀不足部分由過磷酸鈣和水溶性硫酸鉀補(bǔ)充；其中，有機(jī)肥和磷肥于起壟時(shí)條施，水溶性硝酸鉀分別于移栽時(shí)、移栽后30 和45 d按照3∶5∶2的比例滴灌施入，硫酸鉀于移栽后45 d滴灌施入。常規(guī)灌溉：指烤煙生長過程中分別于旺長前期、旺長中期、成熟期采用溝灌供水，每次灌水定額為 450 m3·hm-2。滴灌：總灌水量同常規(guī)灌溉，整個(gè)生育期根據(jù)施肥、煙草需水規(guī)律和土壤墑情進(jìn)行6次滴灌(移栽、團(tuán)棵和成熟期各1次，旺長期3次)。

采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每處理3次重復(fù)，每個(gè)小區(qū)面積0.2 hm2，行距1.3 m、株距0.5 m，其他管理措施均按照當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范進(jìn)行。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

1.3.1干物質(zhì)積累量 每個(gè)處理分別于移栽后30、60、90和120 d選取具有代表性的煙株3株，用自來水清洗干凈，并用吸水紙吸干水分后，將煙株的根、莖、葉分開，先在105 ℃下殺青30 min，在65 ℃下烘干至恒重，測定煙葉的干物質(zhì)量。稱重后的樣品粉碎過0.25 mm篩，用于氮、磷、鉀含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的測定。

1.3.2礦質(zhì)元素含量 煙葉中磷、鉀含量的測定采用干灰化法[12]，所用儀器為ICP-OES分析儀(美國，VISTA-MPX)?？偟繀⒄諛?biāo)準(zhǔn)YC/T 161—2002[13]測定。

1.3.3經(jīng)濟(jì)性狀統(tǒng)計(jì) 按小區(qū)統(tǒng)計(jì)烤后煙葉產(chǎn)量，根據(jù)烤煙分級(jí)標(biāo)準(zhǔn) GB 2635—1992[14]對煙葉進(jìn)行分級(jí)，統(tǒng)計(jì)各小區(qū)烤后煙葉上等煙比例，按照當(dāng)年收購價(jià)格計(jì)算煙葉均價(jià)及產(chǎn)值。

1.3.4化學(xué)成分 取不同處理烤后煙葉B2F(上部桔黃二級(jí))、C3F(中部桔黃三級(jí))各1.0 kg用于質(zhì)量評價(jià)。取其中200 g煙葉去除主脈，然后在60 ℃下烘干、粉碎，過0.25 mm孔徑篩后用于化學(xué)成分的測定。煙葉總氮、煙堿、總糖/還原糖、鉀、氯含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))分別按照YC/T 161—2002、YC/T 160—2002、YC/T 159—2002、 YC/T 173—2003、YC/T 162—2002測定[13，15-18]，所用儀器為AA3型全自動(dòng)連續(xù)流動(dòng)化學(xué)分析儀(德國BRAN+LUEBBE公司)。

1.3.5煙葉感官質(zhì)量 參照標(biāo)準(zhǔn)方法YC/T 138—1998[19]評價(jià)煙葉感官品質(zhì)，各指標(biāo)最大標(biāo)度為9，由河南中煙有限責(zé)任公司技術(shù)中心5位評吸委員進(jìn)行評價(jià)，取平均值。

1.4 指標(biāo)計(jì)算及數(shù)據(jù)處理

煙葉氮(磷、鉀)積累量(kg·hm-2)=煙葉干物質(zhì)積累量(kg·hm-2)×煙葉氮(磷、鉀)含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))

(1)

采用Excel 2016對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和作圖，用SPSS 26.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和圖表制作，用Duncan’s新復(fù)極差法進(jìn)行數(shù)據(jù)間差異的顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水肥管理模式對烤煙葉片干物質(zhì)積累的影響

移栽后30 d，不同水肥管理模式下葉片干物質(zhì)的積累量均較少；移栽后30～90 d，葉片干物質(zhì)的積累量均快速增加；移栽后90～120 d，CK處理葉片干物質(zhì)積累量幾乎保持穩(wěn)定，T1和T2處理仍有少量增加(圖1)。除移栽后30 d CK與T1處理間無顯著差異；其他時(shí)期，葉片干物質(zhì)積累量均表現(xiàn)為T2>T1>CK，且處理間差異顯著。由此可見，優(yōu)化施肥+滴灌處理更有利于提高煙葉干物質(zhì)積累量，促進(jìn)葉片生長發(fā)育，從而提高葉片內(nèi)含物的合成和累積速度，為煙葉豐產(chǎn)優(yōu)質(zhì)奠定基礎(chǔ)。

注: 不同小寫字母表示不同處理間差異在P<0.05水平具有顯著性。Note: Different lowercase letters indicate significant differences between different treatments at P<0.05 level.圖1 不同水肥管理模式下烤煙葉片干物質(zhì)的積累Fig.1 Dry matter accumulation of flue-cured tobacco leaves under different water and fertilizer management modes

2.2 不同水肥管理模式對烤煙葉片氮磷鉀含量及積累量的影響

2.2.1氮素 隨著煙株的生長發(fā)育，不同水肥管理模式下葉片N素含量和N素積累量均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，峰值出現(xiàn)在移栽后60 d(圖2)。葉片N素含量在移栽后30～60 d，3個(gè)處理都略有增加，表現(xiàn)為T2>T1>CK，其中T2處理顯著高于T1和CK處理；移栽90～120 d，葉片N素含量大幅度下降，其中T2處理葉片N素含量下降速度最快，表現(xiàn)為CK>T1>T2，且處理間差異顯著。移栽后30 d內(nèi)，由于煙株生長緩慢、對N素吸收較少，因此，各處理葉片N素積累量均較低；移栽后30 d，不同水肥管理模式下N素的積累量差異顯著，其中，T1和T2處理分別較CK顯著提高了13.39%和42.61%；移栽后30～60 d，烤煙進(jìn)入旺長期，對N素吸收較快，葉片N素積累量快速增加，于60 d時(shí)達(dá)到峰值，不同處理N素積累量表現(xiàn)為T2>T1>CK，處理間差異顯著；移栽后90～120 d，各處理葉片N素積累量有所下降，且處理間差異不顯著。

注: 不同小寫字母表示不同處理間差異在P<0.05水平具有顯著性。Note: Different lowercase letters indicate significant differences between different treatments at P<0.05 level.圖2 不同水肥管理模式下烤煙葉片的氮素含量和積累量Fig.2 Nitrogen content and accumulation in flue-cured tobacco leaves under different water and fertilizer management models

2.2.2磷素 移栽后30～120 d，不同水肥管理模式下烤煙葉片P素含量呈持續(xù)下降的趨勢，而葉片P素積累量呈先升后降的趨勢；各測定時(shí)期均表現(xiàn)為T2>T1>CK，且處理間差異達(dá)顯著水平(圖3)。移栽后30～60 d，煙株處于旺長階段,對P素吸收量增加，葉片P素積累量快速增加；移栽后60～90 d，各處理葉片P素積累量稍有增加，至90 d時(shí)達(dá)到高峰；90 d之后各處理葉片P素積累量出現(xiàn)不同程度的下降；移栽后120 d，T1和T2處理葉片P素積累量較CK顯著提高54.78%和98.75%。由此表明，優(yōu)化施肥+滴灌處理能夠有效提高葉片中P的含量和積累量。

注: 不同小寫字母表示不同處理間差異在P<0.05水平具有顯著性。Note: Different lowercase letters indicate significant differences between different treatments at P<0.05 level.圖3 不同水肥管理模式下烤煙葉片的磷素含量和積累量Fig.3 Phosphorus content and accumulation in flue-cured tobacco leaves under different water and fertilizer management modes

2.2.3鉀素 與煙葉中P含量變化趨勢相似，移栽后30～120 d，葉片中K含量呈下降趨勢，而葉片K積累量在整個(gè)生育期內(nèi)呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢(圖4)。其中，葉片K含量在移栽后30～90 d大幅下降，90 d后基本穩(wěn)定；在整個(gè)生育期內(nèi)均表現(xiàn)為T2>T1>CK，除移栽后30 d T2和T1處理、及移栽后120 d T1和CK間差異不顯著，其余均達(dá)到顯著差異。移栽后30～60 d是葉片K積累量快速增長階段；60 d后為緩慢增加階段；在整個(gè)生育期內(nèi)均表現(xiàn)為T2>T1>CK，且處理間均存在顯著差異；移栽后120 d，T1和T2處理葉片K積累量較CK處理分別提高了30.52%和83.47%。由此表明，優(yōu)化施肥+滴灌處理有效提高了葉片中K的積累。

注: 不同小寫字母表示不同處理間差異在P<0.05水平具有顯著性。Note: Different lowercase letters indicate significant differences between different treatments at P<0.05 level.圖4 不同水肥管理模式下烤煙葉片的鉀素含量和積累量Fig.4 Potassium content and accumulation in flue-cured tobacco leaves under different water and fertilizer management modes

2.3 不同水肥管理模式對烤煙經(jīng)濟(jì)性狀的影響

優(yōu)化水肥管理模式對烤后煙葉的產(chǎn)量、產(chǎn)值、上等煙比例及均價(jià)有顯著提升(表1)。不同水肥管理模式下煙葉的產(chǎn)量表現(xiàn)為T2>T1>CK，其中T1和T2處理分別較CK顯著增產(chǎn)6.45%和9.68%。上等煙比例、均價(jià)、產(chǎn)值均表現(xiàn)為T2>T1>CK，且處理間差異均達(dá)顯著水平。

表1 不同處理烤后煙葉經(jīng)濟(jì)性狀比較Table 1 Comparison of economic characteristics of flue-cured tobacco leaves with different treatments

2.4 不同水肥管理模式對烤煙品質(zhì)的影響

2.4.1化學(xué)成分 與CK相比，優(yōu)化水肥管理模式顯著提高了烤煙中、上部煙葉總糖和還原糖含量，降低了煙堿含量，提高了糖堿比(表2)。其中，T2處理中部葉和上部葉的糖堿比均顯著高于CK；T1處理中部葉的糖堿比顯著高于CK。與CK相比，優(yōu)化水肥管理模式還顯著提高了烤后煙葉的鉀含量，有效降低了氯含量；煙葉鉀氯比表現(xiàn)為T2>T1>CK，且處理間差異顯著。由此表明，優(yōu)化施肥+滴灌處理有利于協(xié)調(diào)煙葉化學(xué)成分，改善煙葉燃燒性。

表2 不同水肥管理模式對烤煙化學(xué)成分的影響Table 2 Effects of different water and fertilizer management modes on chemical components of flue-cured tobacco

2.4.2感官質(zhì)量 不同水肥管理模式下烤后中、上部煙葉的感官質(zhì)量結(jié)果(表3)表明，與CK相比，T1處理中部葉的香氣質(zhì)、舒適度、甜度較CK稍有改善，燃燒性和灰色明顯改善，感官質(zhì)量總分提高了1.7；而上部葉僅燃燒性和灰色較CK有所改善。而T2處理與CK相比，中部葉的香氣質(zhì)、香氣量、雜氣、刺激性、煙氣舒適度、甜度、燃燒性及灰色分值明顯提高，感官質(zhì)量總分較CK提高了2.9；上部葉的香氣量、細(xì)膩度、甜度、燃燒性、灰色分值高于CK處理，感官質(zhì)量總分提高2?？傮w來看，以T2處理對烤煙感官質(zhì)量提高效果明顯，尤其對煙葉的燃燒性改善效果較好。

表3 不同水肥管理模式對烤后中、上部煙葉感官質(zhì)量的影響Table 3 Effects of different water and fertilizer management modes on sensory quality of middle and upper flue-cured tobacco leaves

3 討論

3.1 不同水肥管理模式對烤煙葉片氮磷鉀吸收積累的影響

氮、磷、鉀是煙草生長發(fā)育必需的大量元素。施肥種類及施肥方式對烤煙養(yǎng)分積累具有較大影響，進(jìn)而影響煙草的生長發(fā)育及產(chǎn)量品質(zhì)[20]。研究表明，與常規(guī)施肥、常規(guī)灌水相比，滴灌施肥一方面減少了養(yǎng)分的固定，促進(jìn)了養(yǎng)分的遷移和作物根系發(fā)育，提高了根系活力和對養(yǎng)分的吸收能力[21]；另一方面，滴灌使根際土壤保持在適宜的水分條件下，有利于根系對養(yǎng)分的吸收和轉(zhuǎn)化，同時(shí)避免了過量灌水導(dǎo)致的養(yǎng)分淋溶和流失，提高了作物對氮、磷、鉀等養(yǎng)分的吸收與積累，進(jìn)一步提高了養(yǎng)分利用率[10,22]。本研究表明，與對照相比，采用常規(guī)施肥和滴灌，煙葉在整個(gè)生育期的氮素積累量增加，與前人研究結(jié)果相一致[10,23]；采用硝酸鉀替代復(fù)合肥滴灌施入，煙葉的氮素含量和積累量在移栽后60 d顯著提高，60 d后葉片的氮素含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))顯著低于CK。由此表明，增施硝態(tài)氮促進(jìn)了煙株前期對氮素的吸收和后期煙葉落黃成熟。

3.2 不同水肥管理模式對烤煙葉片干物質(zhì)積累及煙葉經(jīng)濟(jì)性狀的影響

烤煙干物質(zhì)積累量在一定程度上反映了煙株的生長速率，且干物質(zhì)的積累與水分、養(yǎng)分的供應(yīng)及栽培措施密切相關(guān)[26]。本研究結(jié)果表明，與CK相比， T1和T2處理均可顯著提高烤煙葉片干物質(zhì)積累量及烤后煙葉產(chǎn)量、產(chǎn)值和上等煙比例，這可能是由于T1和T2處理采用滴灌代替溝灌，增加了灌溉次數(shù)，使得烤煙旺長期和成熟期的土壤水分得到保障，一方面降低了土壤干濕交替頻率和土壤對養(yǎng)分的固定，促進(jìn)了養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化與遷移、防止肥效滯后[8]，另一方面擴(kuò)展了根際范圍[27]，提高了根系活力[21]及水分和養(yǎng)分的利用效率[5-6,10,23]，進(jìn)而促進(jìn)了煙株早發(fā)快長和煙葉干物質(zhì)的積累，有利于煙葉產(chǎn)量和產(chǎn)值的提高[7,28-29]。T2處理以硝酸鉀替代復(fù)合肥、采用水溶性硫酸鉀作追肥進(jìn)一步提高了煙葉中氮、磷、鉀的積累量，有利于煙葉營養(yǎng)平衡，為煙葉高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)奠定了良好的基礎(chǔ)，與賀文俊等[30]的研究結(jié)果相一致。

3.3 不同水肥管理模式對烤煙葉片內(nèi)在化學(xué)成分以及感官質(zhì)量的影響

氮、磷、鉀是影響烤煙碳、氮代謝的重要因素，最終會(huì)影響煙葉的化學(xué)成分含量及成分間的協(xié)調(diào)[31]。本研究表明，與CK相比，T1和T2處理均顯著降低了烤后煙葉的總氮和煙堿含量。在煙葉生長過程中，T1和T2處理的氮素積累量高于對照，但在生長后期及烤后煙葉的總氮含量卻低于對照，可能是由于滴灌條件下煙葉的干物質(zhì)積累量大、烤后煙葉產(chǎn)量高產(chǎn)生的“稀釋效應(yīng)”所致；而生長后期煙葉相對較低的氮素含量導(dǎo)致氮代謝強(qiáng)度相對減弱，可能是煙堿含量降低的原因之一。T1和T2處理均顯著提高了烤后煙葉中兩糖含量和糖堿比，增加了烤后煙葉內(nèi)在化學(xué)成分的協(xié)調(diào)性，可能是由于滴灌施肥提高了煙葉的光合速率，促進(jìn)了光合產(chǎn)物的積累[21]。

河南部分煙區(qū)煙葉中氯含量高是制約這些地區(qū)烤煙發(fā)展的重要因素[32]。而前茬作物(小麥、玉米)施用含氯復(fù)合肥是導(dǎo)致土壤和煙葉氯含量偏高的主要原因。本研究結(jié)果表明，與CK相比，T1和T2處理均顯著降低了烤后煙葉氯含量，顯著提高了煙葉鉀含量和鉀氯比，改善了煙葉燃燒性和總體感官質(zhì)量水平，與前人研究結(jié)果一致[7,28-29]。尤曉瑩等[33]研究表明，經(jīng)4次滴灌后，煙田0—40 cm土層氯離子不斷下移，含量降低，適宜烤煙生長。本研究中T1和T2處理通過滴灌與增加灌溉次數(shù)使耕層土壤中的氯離子不斷向下淋溶，同時(shí)使上層土壤水分始終保持適宜水平，抑制了深層土壤鹽分 “表聚”，有利于降低煙葉氯含量，改善煙葉燃燒性。