膜下滴灌水氮协作对烤烟水肥利用效率及土壤养分含量的影响

陈竞楠，邵孝侯，翟亚明，侯毛毛，赵廷超，王 刚

(1. 福建农业职业技术学院，福州 350000；2. 南方地区高效灌排与农业水土环境教育部重点实验室， 南京 210098；3. 河海大学水利水电学院， 南京210098；4. 福建农林大学园艺学院，福州 350000；5. 贵州省烟草公司黔西南州公司， 贵州 兴义 562400)

膜下滴灌是一种结合了以色列滴灌技术和我国覆膜技术优点的新型技术。膜下滴灌具备节约用水、节约用肥、提高产量、脱盐压碱等优势[1]。关于膜下滴灌对“土壤-作物”系统的影响，国内外学者已开展不少研究。Mukherjee A[2]认为膜下滴灌能大幅提高水分利用效率(IWUE)，并增加作物产量；Ngouajio M[3]的研究结果表明，膜下滴灌在节约了20%水资源的前提下，提高作物产量约8%～15%；Kumar[4]将膜下滴灌技术应用于草莓栽培发现，膜下滴灌显著提高了草莓的养分利用率(179.20%)，灌溉水利用率(84.40%)和产量(343%)。

烤烟是我国重要的经济作物，对促进国民经济发展和提高烟农收入水平有十分重要的作用[5]。水和氮肥是影响烤烟产量和品质的重要因素[6,7]。现有研究大部分集中在单因子试验，即控制一定的灌溉条件，探讨氮肥施用水平和施用方法对烤烟矿质营养吸收、分配和烤烟生理生长指标的影响，或在一定的施氮量条件下，研究不同土壤水分条件对烤烟生长发育、产量和品质的影响，关于烤烟水氮协作效应的研究尚不多见，膜下滴灌下水氮协作对烤烟影响的研究则更为匮乏。本研究设计不同灌水量和施氮量处理，分析膜下滴灌水氮协作对烤烟灌溉水肥利用及土壤养分含量的影响规律，旨在为膜下滴灌技术在烤烟生产中的推广普及提供有益参考。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2012年3-8月在贵州省烟草科学研究所福泉试验基地进行。试验区属亚热带季风气候华中湿润区，热量丰富，雨量充沛，无霜期长，年降雨量1 033～1 220 mm，多年平均气温14 ℃，年日照数约1 000～1 150 h，年积温约为4 574～5 609 ℃，无霜期245～278 d，干燥指数在0.43～0.50之间，光、热、水同季。地貌类型以山地为主，丘陵次之。试验区0～60 cm土壤的有机质含量为19.21 g/kg，pH值为6.87，速效氮含量为129.90 mg/kg，速效磷含量为27.20 mg/kg，速效钾含量为229.90 mg/kg。

1.2 水氮协作试验设计

试验在蒸渗仪中进行，蒸渗仪由水泥、砖块及隔板组成，上方安装防雨棚，以隔绝自然降水。每个蒸渗仪面积均为(4×0.6)m2，栽烟(烤烟K326)4株，行距0.8 m，株距0.6 m。试验设4种灌溉量，3种施氮量，以沟灌为对照(CK)，共设13个水氮处理，其中对照处理CK的设计主要依据贵州烟区传统的沟灌处理及施氮方式。每个处理重复3次，如表1所示。基于前期研究经验，本试验灌水按照烤烟伸根期、旺长期和成熟期的灌水量分别占总灌水量的30%、40%和30%进行分配，每个生育阶段(伸根期、旺长期和成熟期)灌溉10次；施肥按照基肥∶追肥=7∶3施用无机肥料，除氮肥施用量不同外，各处理磷肥与钾肥施用量均相同，分别为P2O5150 kg/hm2，K2O 225 kg/hm2，基肥在烤烟移栽前一次性穴施，追肥时间为移栽后26 d，把各处理烤烟专用无机肥的用量折合成纯氮量施入蒸渗仪土壤中。

表1 试验设计

1.3 测定项目与方法

烤烟氮收获指数、氮素烟叶生产效率、烤烟氮素积累总量与氮肥偏生产力按照如下公式计算[8]：

烤烟氮收获指数=烟叶氮素吸收量/植株氮素总吸量

氮素烟叶生产效率(kg/kg)=单位面积烟叶产量/单位面积植株氮元素总吸量

烤烟氮素积累总量(kg/hm2)=单位面积植株地上部分氮素累积量总和

氮肥偏生产力(kg/kg)=施氮区产量/氮素施用量

各处理在烤烟上部叶收获时取土壤样品，风干后按质量比1∶1混合，磨碎，过1 mm筛备用，采用常规方法测定土壤速效养分指标。

灌溉水生产效率IWUE(kg/m3)[9]：

(1)

式中：Y为烤烟干产量，kg/hm2；I为总灌溉量，m3/hm2。

1.4 数据分析

数据分析采用SPSS17.0软件，不同处理指标显著性统计采用Duncan's Multiple Range Test[10]。

2 结果与分析

2.1 水氮协作对烤烟灌溉水生产效率的影响

图1所示和表2分别为膜下滴灌条件下水氮协作对烤烟灌溉水生产效率的影响及灌溉水生产效率与灌溉量及施氮量的相关分析结果。从图1可以看出，不同水氮协作处理以T3灌溉水生产效率最高，达到0.71 kg/m3；T2次之，为0.70 kg/m3；沟灌处理CK较低，仅为0.51 kg/m3。从表2可知，灌溉水生产效率与灌水量呈显著负相关(R=-0.924**)。灌溉水生产效率与施氮量的关系表现为：300、500和600 mm灌溉量条件下，烤烟灌溉水生产效率总体随施氮量的增大而增大；400 mm灌溉量条件下，烤烟灌溉水生产效率随施氮量的提高先上升后下降。就烤烟灌溉水生产效率这一单因素而言，T1、T2、T3与T5处理处于较高水平。

图1 膜下滴灌条件下水氮协作对烤烟灌溉水生产效率的影响

2.2 水氮协作对烤烟氮肥利用的影响

表3所示为膜下滴灌条件下水氮协作对烤烟氮肥利用的影响。烤烟氮收获指数反映烟叶氮吸收量占植株氮吸收总量的比例，不同处理烤烟氮收获指数以T5较高，达到0.764；T1次之，为0.740；T11最低，仅为0.616。从氮收获指数与灌溉量及施氮量的相关性来看(表2)，氮收获指数受灌溉量影响较大，与灌溉量呈显著负相关(R=-0.754**)。

氮素烟叶生产效率反映烟叶产量与烤烟植株氮含量的关系，氮肥偏生产力反映烟叶产量与施氮量关系。从表3中可以看出，本试验中氮素烟叶生产效率与氮肥偏生产力在数值上较为接近，这说明烤烟植株从土壤和肥料中吸收的氮素总量与施氮总量基本达到了平衡，施氮量设计梯度较为适宜。氮素烟叶生产效率以T5处理最高，达到33.495 kg/kg；T4处理次之，为33.021 kg/kg，与T5处理差别不大；T3处理最低，仅为27.108 kg/kg。从表2中相关分析结果可看出，氮素烟叶生产效率与灌溉量及施氮量的关系均不明显。氮肥偏生产力以T10处理最高，达到37.155 kg/kg；T4次之，为34.920 kg/kg；T3最低，仅为21.370 kg/kg。从表2中还可以看出，氮肥偏生产力与施氮量呈显著负相关(R=-0.801**)。在4 g/株与5 g/株施氮量条件下，烤烟氮肥偏生产力与灌溉量的关系并不明显；但在6 g/株施氮量条件下，烤烟氮肥偏生产力随灌溉量的增大而增大，这说明在6 g/株施氮量条件下，增加灌溉量对烤烟增产的促进作用十分明显。

烤烟氮素积累总量反映烤烟地上部分的氮素吸收情况。从表3中可以看出，氮素积累总量以T6最高，达到77.085 kg/hm2；T9次之，为76.191 kg/hm2；T1最低，仅为56.364 kg/hm2。相同灌溉量条件下，高施氮处理烤烟氮素积累总量明显高于中、低施氮处理，表2表明氮素积累总量与施氮量呈显著正相关(R=0.872**)。

表2 主要水氮生产指标与施氮量及灌溉量的相关分析

注：①*和**分别表示相关性达到0.05显著和0.01极显著水平；②N，I分别代表施氮量和灌溉量。

表3 膜下滴灌条件下水氮协作对氮肥利用的影响

2.3 水氮协作对土壤养分含量的影响

表4所示为膜下滴灌条件下水氮协作对收获时植烟土壤养分含量的影响。从表4可以看出，土壤碱解氮含量以T12处理最高，达到142.56 mg/kg；T9次之，为139.27 mg/kg；T4最低，仅为116.17 mg/kg。宋为超[11]的研究表明，土壤碱解氮含量随施氮量的增大而增大，但超过一定范围时会降低土壤碱解氮含量。本试验中，土壤碱解氮含量并未随施氮量的增大出现明显下降，说明4～6 g/株的施氮量处于适宜范围之内。优质烤烟栽培土壤碱解氮含量宜为45～135 mg/kg[12]，以此为评价标准，T5、T6、T8、T9、T11和T12处理土壤碱解氮含量略偏高。表5为植烟土壤主要养分指标与施氮量及灌溉量的相关分析结果。从表5中可知，土壤碱解氮含量与灌溉量及施氮量均呈显著正相关，相关系数分别为0.588*和0.645*。

从表4可以看出，土壤速效磷含量以T11最高，达到38.54 mg/kg；T5次之，为38.45 mg/kg，与T11差异并不显著(P>0.05)；CK最低，仅为25.76 mg/kg。相同施氮量条件下，土壤速效磷含量随灌溉量的增大而增大(R= 0.689**)；相同灌溉量条件下，土壤速效磷含量总体上以5 g/株施氮量较高(300 mm灌溉量处理组除外)。优质烤烟栽培适宜的土壤速效磷范围为10～40 mg/kg[13]，由此可知，本试验前后速效磷含量均处于适宜范围。

从表4可以看出，土壤速效钾含量以T10最高，达到237.18 mg/kg；T5次之，为230.18 mg/kg，T4、T7和T11处理之间差异并不显著(P>0.05)；T3最低，仅为189.20 mg/kg。相同施氮量条件下，土壤速效钾与灌溉量呈正相关(R=0.649*)；相同灌溉量条件下，土壤速效钾含量总体上随施氮量的增大而降低(400 mm灌溉量组除外)。这可能由于提高施氮量在促进烤烟植株氮元素累积的同时也促进了植株钾元素的累积，在钾元素总量一定的情况下，植株钾元素的增加使得土壤速效钾含量相对降低。优质烤烟栽培适宜的土壤速效钾范围为120～200 mg/kg[13]，由此可知，本试验各处理除T3速效钾含量处于适宜范围，其他处理土壤速效钾含量均偏高。

表4 膜下滴灌条件下水氮协作对植烟土壤养分含量的影响 mg/kg

表5 植烟土壤主要养分指标与施氮量及灌溉量的相关分析

注：①*和**分别表示相关性达到0.05显著和0.01极显著水平；②N，I，AN，AP，AK分别代表施氮量，灌溉量，速效氮，速效磷，速效钾含量。

3 结 语

根据上述分析，可得以下结论：

(1)灌水量与烤烟灌溉水利用效率和氮收获指数呈极显著负相关(P<0.01)；施氮量与烤烟氮素累积总量呈极显著正相关(P<0.01)，与氮肥偏生产力呈极显著负相关(P<0.01)。

(2)在本研究灌水和施氮范围内，提高灌水量有利于提高土壤速效营养元素(N，P，K)含量，而提高施氮量有利于提高土壤碱解氮含量。

(3)不同处理中，T5节水节肥综合效益最优，灌溉水利用效率、氮收获指数、氮素烟叶生产效率、植烟土壤碱解氮氮含量分别为0.68 kg/m3，0.764，33.50 kg/kg和137.28 mg/kg。

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