保水劑與肥料配施對(duì)土壤水分和酶活及烤煙生長(zhǎng)的影響

王 政，王柱石，張 然，鄭 武，林躍平，張金峰，董樹超

(1.廣西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，廣西 南寧 530001；2.云南瑞升煙草技術(shù)(集團(tuán))有限公司，云南 昆明 650106；3.云南省煙草公司 保山市公司，云南 保山 678000)

云南省是國(guó)內(nèi)煙葉生產(chǎn)最重要的產(chǎn)區(qū)，其土壤和氣候特點(diǎn)賦予了該區(qū)烤煙獨(dú)特的風(fēng)格特征。云南省保山市昌寧縣烤煙種植質(zhì)量較好，是省級(jí)優(yōu)質(zhì)烤煙生產(chǎn)基地，在當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)中具有重要地位。昌寧植煙區(qū)地勢(shì)高差懸殊，干濕季節(jié)分明，年總降雨的時(shí)空分布極為不均勻，季節(jié)性干旱問題較明顯，干季雨量不及年降雨量的20%，其中春旱最重，幾乎年年都發(fā)生[1]?？緹熢谡麄€(gè)生育期對(duì)水分的要求都很高，只有在水分適宜的生態(tài)條件下煙草的生命活動(dòng)才能夠順利進(jìn)行。昌寧植煙區(qū)在煙草生長(zhǎng)的前期降水較少，中后期較多，嚴(yán)重影響了烤煙的生長(zhǎng)發(fā)育，造成煙葉產(chǎn)量減少、品質(zhì)降低，制約了當(dāng)?shù)乜緹煹陌l(fā)展。

土壤水是作物的直接供水源，充分利用有限的土壤水分，是干旱條件下作物增產(chǎn)增效的主要途徑。研究表明，施用有機(jī)肥對(duì)增加土壤貯水量和提高作物產(chǎn)量有較好的效果[2-3]；施用微生物菌劑能提高土壤肥力，改善土壤結(jié)構(gòu)，減少水分的無效蒸發(fā)，有利于作物生長(zhǎng)[4]，但在不同的溫度水分條件下，菌劑發(fā)揮的肥效不同[5-7]。農(nóng)用保水劑具有反復(fù)吸水并緩慢釋放水分的能力。近年來，國(guó)內(nèi)很多研究人員對(duì)農(nóng)用保水劑的應(yīng)用效果進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：保水劑具有保水保肥、改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、增加土壤通透性及土壤持水性能等作用[8-13]，對(duì)緩解作物因季節(jié)性干旱影響及提高水資源高效利用方面具有較廣闊的應(yīng)用前景。

目前，對(duì)農(nóng)用保水劑的應(yīng)用研究多集中在不同保水劑的單獨(dú)施用對(duì)土壤理化性狀及作物的生長(zhǎng)特性的影響方面，而保水劑與有機(jī)肥、菌劑的配合施用對(duì)烤煙生長(zhǎng)的影響尚未見報(bào)道。因此，筆者結(jié)合當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境及生產(chǎn)技術(shù)條件，擬通過保水劑與有機(jī)肥、菌劑配合施用效果的研究，以期找到緩解昌寧植煙區(qū)因季節(jié)性干旱影響烤煙生長(zhǎng)發(fā)育問題的有效措施，為保水劑的高效施用及提高當(dāng)?shù)乜緹熆购的芰μ峁┘夹g(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2020在云南省保山市昌寧縣珠街鄉(xiāng)進(jìn)行。試驗(yàn)地土壤類型為黃壤土，土壤肥力中等。供試烤煙品種為當(dāng)?shù)刂髟缘募t花大金元；保水劑為東營(yíng)華業(yè)新材料有限公司生產(chǎn)的聚丙烯酰胺-無機(jī)礦物復(fù)合型保水劑；有機(jī)肥為云南天禾地生物科技有限公司生產(chǎn)的保水型有機(jī)肥，有機(jī)質(zhì)含量≥45%；微生物菌劑為云南瑞升煙草技術(shù)(集團(tuán))有限公司微生物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自研的產(chǎn)品，產(chǎn)品形態(tài)為水劑，有效活菌數(shù)≥2億個(gè)/mL。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用3因素3水平正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)(無交互作用)，按L9(34)正交表安排試驗(yàn)(表1和表2)。3個(gè)因素分別為保水劑用量(A)、有機(jī)肥等氮替代基肥比例(B)、微生物菌劑用量(C)。試驗(yàn)共9個(gè)處理，每處理3次重復(fù)，各小區(qū)面積約50 m2，田間隨機(jī)區(qū)組排列。保水劑與有機(jī)肥混勻后一次性基施；微生物菌劑移栽時(shí)施用1次，揭膜后再施1次。移栽時(shí)充分澆足定根水，栽后覆膜。各試驗(yàn)小區(qū)烤煙于5月16日移栽，施純氮105 kg/hm2，氮磷鉀比例為10∶12∶19，株行距為50 cm×120 cm，按成熟采烤要求進(jìn)行掛牌烘烤，其他田間管理措施參照當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)烤煙栽培生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范進(jìn)行。

表2 保水劑與肥料配施L9(34)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 土壤含水量的測(cè)定 在各試驗(yàn)小區(qū)于烤煙移栽前及移栽第1、3、5、7、9、11周后采用“五點(diǎn)法”采集正常生長(zhǎng)煙株的根際耕作層土壤樣品(0～15 cm)，去除雜質(zhì)、混合均勻后用自封袋密封裝好，及時(shí)進(jìn)行土壤含水量的測(cè)定。土壤水分測(cè)定采用烘箱干燥法[14]。

1.3.2 土壤酶活性的測(cè)定 在各試驗(yàn)小區(qū)分別于烤煙移栽45、60、90 d后，采用“五點(diǎn)法”采集正常生長(zhǎng)煙株的根際耕作層土壤樣品(0～15 cm)，去除雜質(zhì)、混合均勻后用自封袋密封裝好，及時(shí)測(cè)定土壤酶活性(磷酸酶、脲酶、過氧化氫酶、蔗糖酶)。土壤酶活性測(cè)定參考關(guān)松蔭[15]《土壤酶及其研究方法》中的方法測(cè)定。

1.3.3 烤煙農(nóng)藝性狀的調(diào)查 參照中國(guó)煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《YC/T 142─2010 煙草農(nóng)藝性狀調(diào)查測(cè)量方法》，定點(diǎn)調(diào)查不同試驗(yàn)小區(qū)烤煙移栽后45、60、90 d的農(nóng)藝性狀。調(diào)查項(xiàng)目包括：株高(為莖基部與地表接觸處至生長(zhǎng)點(diǎn)或打頂處之間的高度)、莖圍(為株高1/3處莖周長(zhǎng))、有效葉數(shù)、最大葉長(zhǎng)和最大葉寬。

1.3.4 經(jīng)濟(jì)性狀的調(diào)查 各處理嚴(yán)格掛牌采烤，確保從采煙，到編煙，到揀煙分級(jí)樣品對(duì)應(yīng)精確，烘烤后按烤煙國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB 2635─1992)對(duì)標(biāo)記煙葉分級(jí)和測(cè)產(chǎn)，計(jì)算各處理的煙葉平均產(chǎn)量、產(chǎn)值及中上等煙比例。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010和SPSS 21.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析，運(yùn)用Duncan’s法檢驗(yàn)不同處理之間差異的顯著性(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)土壤含水量的影響

由表3可知，在烤煙移栽后的第1至7周，T4、T5、T6、T7、T8、T9處理的根際土壤含水量顯著高于T1、T2和T3，且在移栽后的第3、5、7周，T7、T8、T9處理的根際土壤含水量顯著高于T4、T5、T6?？緹熞圃院蟮牡?1周，T5、T6、T7、T8、T9處理的根際土壤含水量無明顯差異。綜合來看，施用保水劑處理的根際土壤含水量明顯高于未施保水劑的處理，且在烤煙生長(zhǎng)前中期施用保水劑和未施保水劑的土壤含水量差異較大。

表3 不同處理的土壤含水量 %

對(duì)正交試驗(yàn)的土壤含水量進(jìn)行直觀分析結(jié)果表明(表4)：保水劑用量是影響烤煙根際土壤含水量的最主要因素(極差R值最大)。從各因素的最優(yōu)水平來看，A3B3的組合土壤含水量最高，C因素不穩(wěn)定。綜合來看，以保水劑用量90 kg/hm2(A3)和有機(jī)肥等氮替代基肥比例30%(B3)則有利于提高烤煙根際土壤含水量。

表4 不同處理的土壤含水量直觀分析 %

2.2 不同處理對(duì)土壤酶活性的影響

烤煙生長(zhǎng)關(guān)鍵時(shí)期(移栽后45、60、90 d)各處理的土壤酶活性見表5。移栽45 d后，磷酸酶活性：除T6處理明顯偏低外，其他處理間無明顯差異；蔗糖酶活性：T6處理明顯低于其他處理，T1、T2和T3處理明顯高于其他處理；脲酶活性：T6、T8和T9處理明顯低于其他處理；過氧化氫酶活性：T3處理明顯低于其他處理。移栽60 d后，磷酸酶活性在各處理間無明顯差異；蔗糖酶活性在各處理間差異較大，其中T6處理顯著低于其他處理，T2處理顯著高于其他處理；脲酶活性：T6、T8處理較低，而T1和T3處理顯著高于其他處理；過氧化氫酶活性：T2、T5和T6處理較低，T8處理顯著高于其他處理。移栽90 d后，磷酸酶活性：除T6處理顯著偏低外，其他處理間無明顯差異；蔗糖酶和脲酶活性：各處理間差異較大，其中T6處理最低，T2處理最高；過氧化氫酶活性：除T5和T6處理顯著偏低外，其他處理間無明顯差異。

表5 不同處理的土壤酶活性 mg/g

綜合來看，在烤煙生長(zhǎng)不同時(shí)期，不同處理對(duì)土壤酶活性有一定的影響，特別是蔗糖酶活性各處理間差異較大，脲酶活性在烤煙生長(zhǎng)中后期差異較大；其中T6處理的磷酸酶、蔗糖酶、脲酶活性均較低，T1、T2和T3處理的磷酸酶、蔗糖酶、脲酶活性均較高；T3處理在烤煙生長(zhǎng)前期過氧化氫酶活性最低，T6處理在烤煙生長(zhǎng)中后期過氧化氫酶活性最低。

對(duì)正交試驗(yàn)的土壤酶活性進(jìn)行直觀分析(表6)，結(jié)果表明：試驗(yàn)的3個(gè)因素對(duì)土壤酸性磷酸酶、脲酶、過氧化氫酶活性的影響相對(duì)較小，對(duì)蔗糖酶活性影響則相對(duì)較大。保水劑用量是影響土壤蔗糖酶、脲酶活性的最主要因素(極差R值最大)，微生物菌劑用量是影響烤煙生長(zhǎng)前期(移栽后45 d)土壤過氧化氫酶活性的最主要因素。從各因素的最優(yōu)水平來看，A1C3組合有利于提高烤煙生長(zhǎng)前中期土壤蔗糖酶和脲酶活性，但B因素不穩(wěn)定；A1B1C2組合有利于提高烤煙生長(zhǎng)后期土壤蔗糖酶、脲酶和過氧化氫酶活性。

表6 不同處理的土壤酶活性直觀分析 mg/g

2.3 不同處理對(duì)烤煙農(nóng)藝性狀的影響

移栽后45、60、90 d的烤煙農(nóng)藝性狀見表7。移栽后45 d，T5和T7處理的有效葉片數(shù)較多、株高較高，且顯著高于T1處理，而其他處理間的有效葉數(shù)和株高無顯著性差異；T1處理最大葉長(zhǎng)和最大葉寬顯著小于其他處理，其中T5處理最大。移栽后60 d，T5、T8和T9處理的有效葉數(shù)、株高顯著高于T1處理；T5和T8處理的最大葉長(zhǎng)、最大葉寬、莖圍顯著高于T1處理。移栽后90 d，T5、T7和T9處理的有效葉數(shù)顯著高于T1、T3處理；T5和T9處理的株高顯著高于T1、T2、T3處理；T5和T9處理的最大葉寬、莖圍顯著高于T1、T3處理。綜合來看，不同生育期，烤煙農(nóng)藝性狀以T5和T9處理表現(xiàn)較好，T1處理則表現(xiàn)相對(duì)較差。

表7 不同處理的烤煙農(nóng)藝性狀

對(duì)正交試驗(yàn)的農(nóng)藝性狀進(jìn)行直觀分析(表8)，結(jié)果表明：保水劑用量是影響煙葉有效葉數(shù)、株高、葉長(zhǎng)、葉寬和莖圍的最主要因素(極差R值最大)。從各因素的最優(yōu)水平來看，移栽后45 d和60 d，A2B2組合的有效葉數(shù)、最大葉長(zhǎng)和最大葉寬較優(yōu)，C因素不穩(wěn)定。移栽后90 d，農(nóng)藝性狀以A3B2組合較優(yōu)，C因素不穩(wěn)定。

表8 不同處理的烤煙農(nóng)藝性狀直觀分析

2.4 不同處理對(duì)烤煙經(jīng)濟(jì)性狀的影響

由表9可知，不同處理的烤后煙葉產(chǎn)量以T5處理最高，達(dá)到2542.74 kg/hm2，其次為T9和T7處理；產(chǎn)值以T5處理最高，為70915.40元/hm2，T9處理次之，T6處理最低。T5、T7、T8和T9處理烤后上等煙比例相對(duì)較高，均超過50%，T1、T3、T6處理相對(duì)較低；各處理中上等煙比例表現(xiàn)為T5>T9>T8>T7>T2>T6>T3>T4>T1；與T1相比，T5處理中上等煙比例提高3.5個(gè)百分點(diǎn)，產(chǎn)量提高6.88%。

表9 不同處理的烤煙經(jīng)濟(jì)性狀

對(duì)正交試驗(yàn)的經(jīng)濟(jì)性狀進(jìn)行直觀分析(表10)，結(jié)果表明：有機(jī)肥等氮替代基肥比例是影響上等煙比例、中上等煙比例、均價(jià)和產(chǎn)值的最主要因素，保水劑用量是影響產(chǎn)量的最主要因素。從各因素的最優(yōu)水平來看，經(jīng)濟(jì)性狀以A3B2C3組合較優(yōu)，處理中并未涉及，后期仍需進(jìn)一步驗(yàn)證。

表10 不同處理的烤煙經(jīng)濟(jì)性狀直觀分析

3 結(jié)論與討論

水資源是大田農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的前提，但近年來部分地區(qū)的干旱缺水情況嚴(yán)重地制約了農(nóng)業(yè)的發(fā)展，如何高效利用有限的水資源來緩解當(dāng)?shù)馗珊祵?duì)作物生長(zhǎng)的影響一直是研究的熱點(diǎn)。有研究表明，保水劑具有高吸水和高保水的能力，能夠有效吸收灌溉或者降雨時(shí)土壤里的有效態(tài)水[16]，對(duì)提高土壤含水量有明顯作用，同時(shí)對(duì)土壤的物理性質(zhì)有一定的改善作用[17-20]；施用生物菌劑和有機(jī)肥能改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤肥力，減少水分的無效蒸發(fā)和流失，從而增加作物可利用的水分和田間持水量，有利于作物生長(zhǎng)。

本研究表明：保水劑與有機(jī)肥、菌劑配合施用可以提高土壤含水量，其中保水劑用量是影響烤煙根際土壤含水量的最主要因素，施用保水劑的處理根際土壤含水量明顯高于未施保水劑的處理，且在烤煙生長(zhǎng)前中期施用保水劑和未施保水劑的土壤含水量差異相對(duì)較大。這可能是由于在烤煙生長(zhǎng)前中期昌寧植煙區(qū)有效降雨較少，保水劑的施用減少了雨水的流失和蒸發(fā)，土壤含水量相對(duì)較高；而在烤煙生長(zhǎng)后期降雨多，未施保水劑和施用保水劑的土壤墑情較高，兩者土壤含水量差異變小。本研究還表明：保水劑配合有機(jī)肥施用的處理更有利于提高烤煙根際土壤含水量。這與張寶娟[21]的研究結(jié)果基本一致。

土壤酶對(duì)土壤肥力的形成有著重要作用，它可以促進(jìn)有機(jī)物質(zhì)的分解、釋放植物有效養(yǎng)分，其活性大小可影響土壤有機(jī)碳的含量、表征土壤性質(zhì)的生物活性[22-25]。有機(jī)肥、菌劑能夠提高土壤酶活性，但與前人關(guān)于保水劑對(duì)土壤酶活性影響的結(jié)論不一。本研究還表明：在烤煙生長(zhǎng)不同時(shí)期，保水劑與有機(jī)肥、菌劑配合施用對(duì)土壤酶活性有一定的影響，特別是蔗糖酶活性各處理間差異較大，脲酶活性在烤煙生長(zhǎng)中后期差異較大；保水劑用量是影響土壤蔗糖酶、脲酶活性的最主要因素，未施用保水劑，而只是有機(jī)肥和菌肥混施的處理磷酸酶、蔗糖酶、脲酶活性較高。李想[26]、張璐[27]等也報(bào)道過施用有機(jī)肥可明顯提升酸性磷酸酶、蔗糖酶和脲酶活性，本試驗(yàn)結(jié)果與上述研究基本一致；但與李倩等[28]研究施用保水劑可以增加土壤酶活性的結(jié)果有差異。這可能與土壤環(huán)境、保水劑類型不同及保水劑與有機(jī)肥、菌劑互作影響有關(guān)。

煙株的田間長(zhǎng)勢(shì)反映了其生長(zhǎng)發(fā)育及對(duì)養(yǎng)分的吸收利用情況，良好的長(zhǎng)勢(shì)是提高煙葉質(zhì)量和產(chǎn)量的前提。本研究還表明：保水劑與肥料不同配施組合對(duì)烤煙的生長(zhǎng)及經(jīng)濟(jì)性狀有較明顯的影響，保水劑用量是影響煙葉有效葉數(shù)、株高、葉長(zhǎng)、葉寬、莖圍，以及產(chǎn)量的最主要因素；有機(jī)肥等氮替代基肥比例是影響上等煙比例、中上等煙比例和產(chǎn)值的最主要因素。這可能是在前期降雨較少情況下，配施的保水劑和有機(jī)肥提高了土墑，減輕了干旱對(duì)煙株生長(zhǎng)的影響，降低了耕層土壤晝夜溫差，提高肥料的養(yǎng)分控釋性能，從而促進(jìn)了煙株的生長(zhǎng)。

綜合來看，三者配合施用時(shí)，保水劑是影響土壤含水量、酶活性、烤煙農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量的最主要因素；有機(jī)肥等氮替代基肥比例是影響上等煙比例、中上等煙比例和產(chǎn)值的最主要因素；保水劑和有機(jī)肥、微生物菌劑配合施用可以提高土壤含水量、抑制部分酶活性、促進(jìn)烤煙生長(zhǎng)、增加中上等煙比例，但上述三因素不同比例的配合施用對(duì)土壤含水量、烤煙農(nóng)藝性狀及中上等煙比例的影響效果不同，整體上以T5處理相對(duì)較好；從正交試驗(yàn)直觀分析看，A3B2C3組合的烤煙農(nóng)藝性狀和經(jīng)濟(jì)性狀最優(yōu)，但處理中并未涉及，需進(jìn)一步驗(yàn)證。保水劑在土壤中的作用效應(yīng)是個(gè)復(fù)雜的過程，受到其自身屬性、土壤周圍環(huán)境、土壤微生物等因素的影響，因此保水劑與有機(jī)肥、菌劑的不同組合對(duì)土壤改良效益、煙株養(yǎng)分的供給、煙株生長(zhǎng)發(fā)育的影響存在差異，其組合影響機(jī)理仍有待做進(jìn)一步研究。