水肥一体化模式下氮素形态及配比对烤烟生长及品质的影响

贺文俊, 田 培， 肖磊磊, 李晓辉， 周健飞， 杨铁钊*

(1.河南农业大学， 河南 郑州 450002； 2.河南省烟草公司 平顶山市公司， 河南 平顶山 467000)

水肥一体化技术是将灌溉与施肥结合的新型农业技术，能够节本增效、省工省时[1]。水肥一体化技术可根据植物生长和需肥规律，并结合土壤养分状况，进行精准施肥[2]。相比于传统的施肥方式，水肥一体化技术将混合后的水分和肥料直接输送到植物根部，保证养分的高效吸收，在提高肥料利用率和烟叶品质的同时，降低对土壤的污染。氮素作为植物必需营养元素，对烤烟的生长发育及品质的形成具有至关重要的作用。因此，研究水肥一体化模式下氮素形态及配比对烤烟生长及品质的影响具有重要意义。大量研究表明，烤烟能够吸收的氮源主要是硝态氮(NO3-)和铵态氮(NH4+)，其次为酰氨态氮(尿素)。尿素虽然可以直接被烟株吸收，但其在土壤中存在的时间较短，很快被分解成NH4+。由于不同形态氮素的离子性质不同，其被烟株根系吸收的方式及在烟株体内的代谢机理也不相同[3]。植物体内存在离子平衡，当根系吸收NH4+后，便会释放H+进入土壤，使土壤酸化，影响对钾、锰等阳离子的吸收[4]；而根系吸收NO3-后会使土壤pH升高，对阴离子产生拮抗作用，从而减少对Cl-的吸收[5]。因此，不同形态的氮素会影响烟株对其他离子的吸收。烟草生长所需的水分和养分大部分是根系从土壤中吸收的，根系也能合成激素调节地上部分生长[6]，因此根系形态和活性对烟草的生长具有极其重要的作用。不同类型的氮肥对根系生长发育的影响也不同，NH4+对主根细胞的生长具有抑制作用[7]，施用过多NH4+时，会导致植物根冠比减小，根系活力下降，影响植物生长[8]。NO3-主要对侧根起作用，但研究结果存在差异[9-10]，可能是由于作物种类和试验的处理不同所致。此外，烟叶碳氮代谢是烟草生长发育最基本的代谢过程，其协调程度对烟叶品质产生重大影响。岳俊芹[11]研究报道，在不同氮素形态配比下，烤烟叶片碳氮代谢关键酶活性存在差异，只有在适宜的配比下，碳氮代谢才能保持协调，否则会影响烟叶品质。可见，施用不同形态的氮素可从多个方面影响烟草的生理生长和烟叶质量。而烤烟对氮素的吸收又受当地多种生态条件的影响，各地硝态氮和铵态氮的适宜比例也存在较大差异，具有很强的区域性[12-15]。目前，已有的研究报道主要针对传统施肥条件下不同氮素形态配比对烤烟化学成分及农艺性状的影响，鲜见关于水肥一体化条件下不同氮素形态配比对烤烟干物质积累和根系生长发育影响的研究报道。为此，根据烟草对氮素吸收的规律[16]，研究水肥一体化模式下氮素形态及配比对烤烟生长及品质的影响，以期为南阳地区烤烟合理施氮方式提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料

烤烟品种：供试品种为云烟87。

肥料：硝酸钾(硝态氮)、硫酸铵(铵态氮)、尿素(酰胺态氮)、芝麻饼肥和过磷酸钙，南阳市丰旺肥业有限公司。

设备：移动式施肥灌溉一体机，河南普利农业科技有限公司。

1.2 试验地概况

试验于2017年4-10月在河南省方城县赵河镇楼上村进行，该镇位于河南省西南部(33°15′N,113°23′E)，属亚热带大陆性气候；海拔约110 m，年平均气温约14.4℃，年均降水量约为803 mm，年均日照时数约2 090 h，无霜期约220 d；土壤为黄褐土，地面平整，肥力均匀，有机质15.11 g/kg，速效氮80.25 mg/kg，速效磷15.52 mg/kg，速效钾98.79 mg/kg，pH 7.35。

1.3 方法

1.3.1 试验设计 试验包括硝态氮、铵态氮和酰胺态氮3种氮素形态，共设6个处理：N1，100%硝态氮；N2，50%硝态氮+50%铵态氮；N3，50%硝态氮+50%酰胺态氮；N4，50%铵态氮+50%酰胺态氮；N5，100%铵态氮；N6，100%酰胺态氮。6个处理的纯氮、磷、钾施入量分别为52.5 kg/hm2、105 kg/hm2和277 kg/hm2，采用移动式施肥灌溉一体机施肥。芝麻饼肥450 kg/hm2和过磷酸钙150 kg/hm2作为基肥条施，氮肥和钾肥全部作为追肥在移栽后10 d、20 d、30 d、40 d和50 d随滴灌施入，氮肥施入量分别为10%、20%、20%、40%和10%。施肥前，将不同形态的氮肥和钾肥混合，加水搅拌使其完全溶解，无沉淀，以免堵塞机器和滴灌带。试验采用小区种植，每个小区面积约100 m2，行、株距分别为110 cm和55 cm，3次重复，随机排列。其他栽培措施与当地常规措施相同。

1.3.2 项目测定 根据YC/T 142-1998标准于圆顶期测定株高(cm)、茎围(cm)、节距(cm)、最大叶长(cm)及最大叶宽(cm)等农艺性状，采用排水法测定烤烟根系体积(mL/株)，采用甲烯蓝吸附法测定烤烟根系总吸收面积(m2/株)、活跃吸收面积(m2/株)和比表面积(m2/m3)，采用氯化三苯基四氮唑(TTC)法测定烤烟根系活力〔μg/(g FW· h)〕。烘烤后对不同小区的烟叶按照国家烤烟分级标准GB 2635-1992进行分级，计算产值、均价与上等烟比例，并取中桔三烟叶(C3F)进行化学成分分析。

2 结果与分析

2.1 不同氮素形态对烤烟生长的影响

2.1.1 农艺性状 从表1可见，不同氮素形态下烤烟最大叶长、最大叶宽、株高、茎围、节距和留叶数等农艺性状的差异。最大叶长：N2最长，为68.2 cm；N1其次，为67.9 cm；N6最短，为62.4 cm；N1、N2和N5间差异不显著，N6与N1、N2、N3、N5间差异显著。最大叶宽：N5最宽，为33.1 cm；N2其次，为32.8 cm；N6最窄，为30.2 cm；N1、N2和N5间差异不显著，N6与N1～N5间差异显著。株高：N1最高，为101.4 cm；N5其次，为100.2 cm；N6最矮，为88.8 cm；N1、N2和N5间差异不显著，N6与N1、N2、N4、N5间差异显著。茎围：各处理为9.18～10.07 cm, N1、N2和N5间，N4与N6间差异不显著，N4、N6与N1、N2、N5间差异显著。节距：各处理为8.40～9.83 cm，N1与N5间差异不显著，N6与N1～N5间差异显著。留叶数：各处理为18.7～21.7 cm,N1、N2和N5间，N3与N4间差异不显著， N6与N1～N5间差异显著。

表1 不同处理烤烟的农艺性状Table 1 Agronomic characters of flue-cured tobacco with different treatments

2.1.2 干物质积累 从表2可知，地上部鲜重、根系鲜重、地上部干重和根系干重，不同处理分别为1 337.5～1 639.1 g/株、88.9～105.1 g/株、122.8～176.1 g/株和23.49～29.81 g/株，各指标为N2>N1>N5>N3>N4>N6；除地上部干重外，地上部鲜重、根系鲜重和根系干重，N1～N5均无显著性差异；地上部鲜重、根系鲜重、地上部干重和根系干重，N6与N1、N2间差异显著。根冠比：各处理为0.169～0.203，依次为N4>N3>N6>N5>N1>N2，6个处理间均无显著性差异。

表2 不同处理烤烟的干物质积累量Table 2 Dry matter accumulation of flue-cured tobacco with different treatments

2.1.3 根系 烟株根系生长发育的状况良好与否直接影响着烟株对水分、养分的吸收与转化。从表3看出，不同氮素形态下烤烟根系的生长状况及其活力存在差异。根体积、总吸收面积、活跃吸收面积、比表面积和根系活力，均以N2最大/高，分别为266.67 mL/株、88.01 m2/株、29.14 m2/株、0.330 m2/m3和37.61 μg/(g FW·h)，各指标均为N2>N1>M5>N3>N4>N6。其中，根体积N2、N3和N6间差异显著；总吸收面积N1、N2与N3、N4、N6间差异显著；活跃吸收面积、比表面积和根系活力N3与N4间差异均不显著。

表3 不同处理烤烟根系的生长状况及其活力Table 3 Root growth status and vigor of flue-cured tobacco with different treatments

2.2 不同氮素形态对烤烟内在化学成分的影响

从表4看出，不同氮素形态总氮、烟碱和总糖含量等化学成分含量的变化。总氮：各处理为1.33%～2.43%，依次为N2>N5>N1>N4>N3>N6；N3与N6差异不显著，其余处理间均差异显著。烟碱：各处理为1.62%～2.75%，依次为N2>N5>N1>N4>N3>N6；不同处理间差异均显著。总糖含量：N6最高，为34.84%，除与N3差异不显著外，与其余处理均存在显著性差异；N2最低，为21.18%，除与N5差异不显著外，与其余处理差异均显著。还原糖含量：各处理为18.21%～30.92%，依次为N6>N3>N4>N1>N5>N2；除N6与N3间、N5与N2间差异不显著外，其余处理差异均显著；钾含量：各处理为1.85%～2.71%，依次为N1>N2>N5>N3>N4>N6；除N1与N2间、N4与N6间差异不显著外，其余处理均存在显著性差异。钾氯比：各处理为1.88～6.22，依次为N1>N2>N5>N3>N4>N6；N4与N6间差异不显著，二者与其余处理间差异显著，其余处理间均差异显著。

表4 不同处理烤烟的内在化学成分含量Table 4 Content of intrinsic chemical composition of flue-cured tobacco with different treatments

2.3 不同氮素形态对烤烟经济性状的影响

经济性状是烟叶生产水平的关键指标，主要分为产值、产量、均价和上等烟比例，反映了烤烟的经济效益。从表4看出，产量、产值、均价和上等烟比例，均以N2最高，分别为2 848.5 kg/hm2、63 578.5元/hm2、22.32元/kg和56.73%；N1其次，分别为2 720.3 kg/hm2、57 643.2元/hm2、21.19元/kg、54.36%；N6最低，分别为2 280.6 kg/hm2、36 147.5元/hm2、15.85元/kg和41.52%。其中，产值和上等烟比例N1、N5较N2分别降低9%和4%，13%和6%；N6较N2分别降低43%和27%。

表5 不同处理烤烟的经济性状Table 5 Economic characters of flue-cured tobacco with different treatments

3 结论与讨论

张延春等[17]研究发现，不同氮素形态配比对烤烟的农艺性状、产量、产值、均价均没有明显影响，但对烤烟的结构和化学成分含量有显著的影响。谢晋等[18]研究发现，在烤烟生长后期，不同氮素形态配比对烤烟的农艺性状和产量影响不显著，但对上等烟比例和化学成分含量影响显著。该研究结果表明，不同氮素形态对烤烟农艺性状、干物质积累、根系生长、经济性状和化学成分含量均有显著影响。这可能是由于试验设置的氮素形态种类不同，前述2个试验只设置了硝态氮与铵态氮配比，并未设置酰胺态氮。酰胺态氮与硝态氮和铵态氮不同，其必须经过脲酶和微生物作用才能被烟株吸收，且吸收速度慢，当温度过高时会产生双缩脲，不利于烟株的生长[19]。

硝态氮不易被土壤吸附，容易被雨水淋失；而铵态氮则刚好相反。该研究结果表明，在圆顶期施100%硝态氮(N1)和施100%铵态氮(N5)对烤烟的农艺性状和干物质积累影响不显著。这可能是因为在水肥一体化施肥技术下，硝态氮的淋失和铵态氮被土壤的固定降低，提高了氮肥的利用率[20]，从而导致2个处理间农艺性状和干物质积累差异不显著。

不同氮素形态配比对烤烟农艺性状、干物质积累、根系生长、主要化学成分含量及经济性状均有一定的影响。从烤后烟叶内在化学成分含量看，50%硝态氮+50%铵态氮处理的总氮、烟碱、总糖、还原糖、钾和氯含量，以及钾氯比均符合优质烟叶生产要求。从经济性状表现看，50%硝态氮+50%铵态氮处理的产值、产量、均价和上等烟比例均为最高。因此，综合来看，在水肥一体化施肥摸式下，氮素形态的合理施用配比为50%硝态氮+50%铵态氮，其烤烟的经济性状最好。