成熟期滴灌定额对烤烟生长及水肥利用的影响

马二登，薛如君，张瑞勤，查文菊，孙军伟，胡志明，赵正雄，晋 艳*

(1.云南省烟草农业科学研究院, 云南 昆明 650031; 2.云南农业大学烟草学院, 云南 昆明 650201; 3.云南省烟草公司曲靖市公司, 云南 曲靖 655000; 4.云南省烟草公司大理州公司, 云南 大理 671000; 5.云南省烟草公司保山市公司, 云南 保山 678000)

【研究意义】烤烟是一种叶用经济作物。在烤烟栽培的诸多要素中，水分既是烤烟的主要组成成分，也是烤烟体内许多生化反应的良好溶剂，水分的适宜与否对烟叶的产量和品质有着重要影响[1]。因此，采取科学的节水灌溉技术，并完善好烤烟灌溉制度和技术，对于稳定烟叶产质量具有重要意义。【前人研究进展】灌溉定额的确定及其在烟株生育期的分配是烤烟灌溉制度的核心。一般认为，烤烟生长期的需水规律大致表现为“前期少，中期多、后期又少”的规律，即以旺长期需水量最大，成熟期次之，伸根期最小[2]。烤烟生产中，现蕾后仍有一段快速生长的时间，这一阶段如果土壤水分不足，则会影响上部叶的开片和烘烤[3]。【本研究切入点】打顶至成熟阶段适宜的水分供应不容忽视，这对于促进顶叶生长和中下部叶片的正常成熟有着重要作用，而以往有关成熟期适宜灌溉量研究鲜见报道[4]。滴灌是烤烟生产上常用的节水灌溉方式，地面适应性强，节水和增产效果显著。与沟灌相比，滴灌灌水量可减少60 %左右，不影响烟叶产质量[5]。【拟解决的关键问题】通过小区试验，研究滴灌方式下，烤烟成熟期不同灌溉定额对烤烟生长及水肥利用效率的影响，旨在为烤烟滴灌灌溉管理提供科学理论依据和技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料和试验地概况

试验于2017年在云南省烟草科学研究院研和镇试验基地进行，地处102°30′E，24°14′N，属中亚热带半湿润凉冬高原季风气候，年平均气温15～16 ℃，年降水量800～900 mm，年日照时数2265 h。土壤为红壤，pH值5.95，有机质5.66 g/kg，全氮0.28 g/kg，全磷0.57 g/kg，全钾7.36 g/kg。各处理施氮量67.5 kg/hm2，肥料种类为烟草专用复混肥，配方为N-P2O5-K2O=10-12-24。基肥于2017年9月24日施用，用量21.0 kg/hm2；追肥于10月29日施用，用量46.5 kg/hm2。烤烟品种为K326，2017年9月24日移栽，中心花开第一朵封顶。滴灌系统滴头间距为50 cm，滴头出水量1.8 L/h。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计 温室遮雨控水以2011-2015年烤烟成熟期参考作物需水量(ET0)为依据(平均为61.5 mm)，根据前期试验结果，选择80 %ET0配以设计湿润比0.5为最适滴灌定额水平(24.5 mm)。分别设置I0、I1、I2、I3、I4五个烤烟成熟期滴灌定额水平，烤烟成熟期滴灌定额分别对应0.0、10.5、17.5、24.5、31.5 mm，各灌水处理单次灌水定额相同(3.5 mm)，具体灌溉定额管理见表1。试验共计5个处理，每个处理3个重复，每个重复约30株烟，随机区组设计。

1.2.2 测定项目与方法 烟株农艺性状：选择有代表性的5株烟株，分别于水分处理前1 d、水分处理后7、14、21、28和35 d测量烟株叶片数、株高、茎围、叶长、叶宽。

烟叶叶绿素含量(SPAD值)：选择有代表性的5株烟株，于测定烟株农艺性状的同时，用手持式叶绿素测定仪(SPAD-502) 分别测定上部叶(从上往下第3片)和中部叶(从上往下第9片)叶绿素含量，每片叶分别测定叶基、叶中和叶尖3个位置点的SPAD值。

烟株生物量及养分吸收量：烤烟成熟期挖出整棵烟株，将根、茎和叶分开并置入烘箱中 105 ℃杀青30 min，然后在 80 ℃下烘干至恒重，测定其生物量(干物质)。之后测定根、茎和叶N素浓度，以差减法计算氮磷钾吸收量。烟叶主要化学成分：总氮、烟碱、氯、淀粉含量分别依据YC/T160-2002、YC/T162-2002、YC/T 216-2007利用AA3 连续流动分析仪进行分析测定，钾含量依据YC/T274-2008用PE Analyst 300 原子吸收光谱仪进行分析。

1.2.3 数据处理方法 常规数据整理由Excel2007完成，方差分析、相关分析通过SPSS(13.0)统计软件进行。

养分利用率(%)=(施氮区烟株养分吸收量-无肥区烟株养分吸收量)/养分施用量×100

灌溉水利用率(%)=烟株叶片生物量/全生育期灌溉定额×100。

2 结果与分析

2.1 烤烟农艺性状

水分处理前各处理烟株农艺性状参数值差异不大，不同处理间最大叶宽、最大叶面积和平均叶面积均无显著差异(P>0.05，表2)。自水分处理7 d后开始，与灌溉处理相比，不灌溉处理I0烟株农艺性状参数值均有不同程度降低。水分处理7 d后处理I0茎围减小3.4 %～12.5 %，最大叶长减小4.4 %～12.2 %，最大叶面积减小13.4 %～32.2 %，平均叶面积减小15.9 %～23.7 %，水分处理35 d后茎围减小11.1 %～22.6 %，最大叶长减小5.8 %～13.3 %，最大叶宽减小4.9 %～14.6 %，最大叶面积减小9.2 %～20.1 %，平均叶面积减小14.5 %～31.0 %。

表1 各处理灌溉定额设置

水分处理后21 d前，不同灌溉定额处理间烟株农艺性状差异不大。自水分处理21 d开始，不同灌溉定额处理间以处理I3和处理I4烟株农艺性相对较优。与不灌溉处理I0相比，处理I3烤烟水分处理21、28和35 d最大叶长分别增加11.6 %、16.9 %和15.3 %，最大叶宽分别增加7.0 %、10.7 %和5.2 %，最大叶面积分别增加15.2 %、23.5 %和10.1 %，平均叶面积分别增加31.7 %、43.0 %和44.8 %。处理I4烤烟水分处理21、28和35 d最大叶长分别增加11.3 %、15.9 %和14.6 %，最大叶宽分别增加2.6 %、6.3 %和17.1 %，最大叶面积分别增加12.1 %、19.5 %和24.7 %，平均叶面积分别增加24.7 %、30.0 %和38.0 %。

表2 各处理烤烟农艺性状

注：同一时间同列不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)，下同。

Note： The data followed by different lowercase showed significantly difference (P<0.05), the same as below.

2.2 烤烟中、上部叶片生长发育

图1表明，不同水分处理天数，烤烟上部叶片叶长均以I0处理最小，中部叶叶长均以I0处理和I1处理相对较小。水分处理7 d前，各处理上部叶叶宽差异不大。水分处理7 d后，不同灌溉定额处理上部叶叶宽优于不灌溉处理I0。各处理中部叶叶宽差异大小相当。水分处理14 d前，各处理上部叶和中部叶叶面积差异不大。水分处理14 d后，不同灌溉定额处理上部叶和中部叶叶面积优于不灌溉处理I0。其中，水分处理35 d后，不灌溉处理I0上部叶叶面积显著小于其他灌溉处理(P<0.05)，处理I3中部叶叶面积显著大于其他处理(P<0.05)。水分处理14 d后，不同灌溉定额处理上部叶和中部叶宽长比(开片度)差异不大，但均大于不灌溉处理I0。

“a、b、c、d”为上部叶，“e、f、g、h”为中部叶片‘a, b, c, d’ are the traits of upper leaves, ‘e, f, g, h’ are the traits of middle leaves图1 各处理烤烟上部叶和中部叶片性状Fig.1 Upper and middle leaf traits of flue-cured tobacco in each treatment

“a”和“b”分别为上部叶和中部叶‘a’ and ‘b’ are the SPAD values of upper leaves and middle leaves图2 各处理烤烟上部叶和中部叶片叶绿素含量(SPAD值)Fig.2 Chlorophyll content (SPAD value) of upper and middle leaves of tobacco in each treatment

2.3 烤烟叶片叶绿素含量

水分处理14 d前，各处理上部叶和中部叶叶绿素含量(SPAD值)差异不大且无明显变化趋势(图2)。水分处理14 d后，上部叶和中部叶叶绿素含量均以不灌溉处理I0最低。水分处理21、28和35 d，与灌溉处理相比，不灌溉处理I0上部叶叶绿素含量分别下降了11.8 %～19.1 %、8.4 %～16.5 %和10.6 %～24.7 %，中部叶叶绿素含量分别下降了0.6 %～19.1 %、11.7 %～20.6 %和27.0 %～32.4 %。

2.4 烤烟干物质生物量

由表3可见，不同处理烟株根和茎生物量均无显著差异。与不灌溉处理I0相比，叶和整株生物量下降，与处理I2、处理I3和处理I4间达显著水平(P<0.05)。与不灌溉处理I0相比，灌溉处理烟株茎的分配比例无显著差异，根的分配比例提高，其中与处理I1、处理I2和处理I4相比达显著水平(P<0.05)，叶的分配比例下降，其中与处理I3相比达显著水平(P<0.05)。与不灌溉处理I0相比，灌溉处理烟株根冠比有不同程度下降，其中，与处理I2和处理I4相比达显著水平(P<0.05)。不同灌溉定额处理中，以处理I3成熟期烟株茎和叶的干物质生物量最高。与其它灌溉定额处理相比，分别增加了4.7 %～16.4 %和3.7 %～18.3 %。

2.5 烤烟水肥利用效率

表4表明，与不灌溉处理I0相比，灌溉处理烟株氮肥、磷肥、钾肥利用率均显著下降(P<0.05)，灌溉水利用率也有所降低。不同灌溉定额处理中，以处理I3烤烟氮素利用率和灌溉水利用率相对较高，与其它灌溉定额处理相比，分别增加了3.8～18.3个百分点和0.9 %～9.4 %。

2.6 烟叶主要化学成分

表5表明，各处理间烟叶总氮、钾和淀粉含量差异不大。与不灌溉处理I0相比，灌溉处理烟叶烟碱含量和钾氯比有不同程度提高，烟叶氯含量和氮碱比有不同程度下降。不同灌溉定额处理中，以处理I3和处理I4烟叶烟碱含量和钾氯比较高，与不灌溉处理I0相比，烟叶烟碱含量分别提高52.3 %和67.7 %，钾氯比分别提高32.1 %和36.8 %。不同灌溉定额处理中，以处理I3和处理I4烟叶氯含量和氮碱比最小，与不灌溉处理I0相比，烟叶氯含量分别下降了29.9 %和35.4 %，氮碱比分别下降了32.4 %和36.8 %。

表3 各处理烟株成熟期生物量及其在根、茎、叶中的分配

表4 各处理氮肥、磷肥、钾肥和灌溉水利用率

表5 各处理成熟期中部烟叶主要化学成分含量

2.7 灌溉定额与烟株生长、水肥利用效率及烟叶化学品质的相关关系

相关分析表明(表6)，水分处理后35 d，烤烟茎围、最大叶宽和最大叶面积与烤烟全生育期滴灌定额存在显著相关关系(P<0.05)，烤烟最大叶长和平均叶面积与烤烟全生育期滴灌定额存在极显著相关关系(P<0.01)；成熟期烟株茎、叶和全株生物量均与滴灌定额之间存在极显著正相关关系(P<0.01)，成熟期烟株根生物量分配比及根冠比与滴灌定额之间存在显著负相关关系(P<0.05)；烟株氮肥、磷肥、钾肥利用率均与滴灌定额之间存在极显著正相关关系(P<0.01)，灌溉水利用率与滴灌定额之间存在显著正相关关系(P<0.05)；烟叶总氮含量、烟碱含量和钾氯比均与滴灌定额之间存在极显著正相关关系(P<0.01)，烟叶钾含量与滴灌定额之间存在显著负相关关系(P<0.05)，氯含量和氮碱比与滴灌定额之间存在极显著负相关关系(P<0.01)。

3 讨 论

3.1 成熟期滴灌定额对烤烟生长发育的影响

在烤烟生长过程中，要根据烤烟的需水规律，进行适当的水分调控，才能为烤烟生长发育提供良好的水分条件[6]。研究发现，烤烟现蕾-成熟阶段连续7 d不灌溉即对烤烟茎围、叶宽、叶长、叶面积等农艺性状指标产生影响。烤烟叶片开片度(宽长比)是烟叶外观质量评价的重要指标，能为准确衡量烟叶的发育状况和工业可用性提供依据[7]。连续14 d不灌溉，即对上部和中部叶宽、叶面积和开片度有明显影响，且对上部叶的影响要大于中部叶。施用的肥料必须经过水分(特别是颗粒肥)溶解后，养分才能被作物根系吸收。不灌溉处理上部和中部叶叶绿素含量较低，表明该处理条件抑制了烟株对养分的吸收利用，从而影响烤烟的生长发育。

表6 全生育期灌溉定额与烟株农艺性状、干物质量、水肥利用效率、及烟叶化学成分间的相关系数

Table 6 The correlation coefficients between agronomic traits, dry matter, water and NPK fertilizer use efficiency, tobacco chemical constituents and the drip irrigation quota, respectively

滴灌定额─农艺性状Drip irrigation quota-agronomic traits滴灌定额─生物量及其分配Drip irrigation quota-dry matter滴灌定额─水肥利用效率Drip irrigation quota-water and NPK use efficiency滴灌定额─烟叶化学成分Drip irrigation quota-tobacco chemical constituents农艺性状相关系数生物量及其分配相关系数水肥利用效率相关系数烟叶化学成分相关系数叶片数-0.278根干物质量0.022氮素利用率0.820∗∗总氮0.477∗株高0.027根干物质量占比 -0.487∗磷素利用率0.904∗钾-0.467∗茎围0.467∗茎干物质量0.507∗钾素利用率0.720∗∗烟碱0.781∗∗最大叶长0.818∗∗茎干物质量占比-0.266灌溉水利用率-0.402∗∗淀粉-0.041最大叶宽0.314∗叶干物质量0.790∗∗--氯-0.534∗最大叶面积0.345∗叶干物质量占比0.595∗∗--氮碱比-0.791∗∗平均叶面积0.752∗∗全株干物质量0.716∗∗--钾氯比0.505∗∗--根冠比-0.494∗----

注：“*”为显著相关(P<0.05)，“**”为极显著相关(P<0.01)。

Note： ‘*’ represents significant correlation(P<0.05),‘**’represents highly significant correlation(P<0.01).

烤烟农艺性状和烟叶生物质累积量并非随着成熟期滴灌定额的增加而增加，而是表现为在24.5 mm的成熟期滴灌定额条件下(处理I3)即达到最优。过高的滴灌定额可能会导致土壤空气交换受阻，导致根系的呼吸和吸收能力下降，从而影响烟株的生长发育[8]。此外，还可能会增加肥料养分(尤其是氮素)的淋溶损失，从而影响到烟株的养分供应[9]。

3.2 成熟期滴灌定额对烤烟水肥利用效率及烟叶化学品质的影响

施入土壤中的养分只有在适宜的水分条件下，才能分解、释放和供给烟株吸收利用。一定范围内，增加灌溉量或提高土壤含水量，有利于烟株的生长发育。但灌溉量过大，土壤水分含量过高，则会导致烟株根系呼吸减弱，烟株发育受阻，生长不良[10-12]。不同烤烟成熟期滴灌定额烤烟根系生物量差异不大；烟株氮肥、磷肥、钾肥利用率以及灌溉水利用率均与滴灌定额之间存在极显著正相关关系。这表明，一定范围内较高的滴灌定额有利于养分的分解、释放和供给烟株吸收利用，这与以往研究结果[13]类似。

随着滴灌灌水定额的增加，烟叶钾氯比随之提高，氮碱比趋于优化。这与汪耀富等[14]研究结果类似。可见，烤烟现蕾-成熟阶段灌水能够提高中部烟叶烟碱含量，优化烟叶氮碱比和钾氯比，对于改善烟叶化学成分协调性十分重要。烤烟打顶-成熟阶段滴灌定额在24.5 mm条件下(I3处理)烟叶化学品质最优。分析原因，该滴灌定额条件有利于碳水化合物的合成和积累；有助于改善烤烟田间小气候，使烟株具有适时落黄的适宜条件，从而提升了烟叶的烘烤品质[4]。

4 结 论

烤烟全生育期滴灌定额与中部叶成熟期(水分处理35 d)烟株茎围、最大叶宽、最大叶面积、灌溉水利用率均显著正相关(P<0.05)，与中部叶成熟期烟株最大叶长、平均叶面积、成熟期烟株茎、叶和全株生物量、氮肥利用率、磷肥利用率、钾肥利用率、烟叶总氮含量、烟碱含量和钾氯比均极显著正相关(P<0.01)，与成熟期烟株根系生物量分配、根冠比、烟叶钾含量显著负相关(P<0.05)，与烟叶氯含量和氮碱比极显著负相关(P<0.01)。

不同成熟期滴灌定额中，以处理I3(24.5 mm)烟株农艺性状相对较优，成熟期烟株茎和叶干物质生物量最大，氮素利用率和灌溉水利用率相对较高，烟叶钾氯比和氮碱比最优。与其他处理相比，处理I3烟株茎和叶的生物量分别增加了4.7 %～16.4 %和3.7 %～18.3 %，氮素利用率和灌溉水利用率分别增加了3.8～18.3个百分点和0.9 %～9.4 %，钾氯比提高了32.1 %，氮碱比下降了32.4 %。研究结果显示，24.5 mm是该区域较为适宜的烤烟成熟期滴灌定额。