水肥耦合对植烟土壤理化性质和烤烟产质量的影响

2021-03-23童旭华姬小明江丽芳

江西农业学报 2021年3期

杜甫，童旭华，姬小明*，陈钰，张帆，江丽芳

(1.河南农业大学烟草学院，河南郑州 450002；2.福建省烟草公司龙岩市公司，福建龙岩 364000；3.福建瓮福紫金化工股份有限公司，福建龙岩 364000)

水肥耦合即水肥一体化技术，是将可溶性固体肥料或液体肥料配兑成液态肥，与灌溉水按比例混合通过滴灌装置直接输送给作物[1]。随着现代化农业的发展，水肥一体化技术已经被广泛应用于农业生产，既能节水省工，又能提高作物产质量。有研究表明，水肥一体化在黄瓜、玉米、番茄、甘蔗、苹果、柑橘和枸杞等作物种植上已取得显著效果[2-8]。烟草作为我国耗水量较大的经济作物之一，灌溉用水量很高[9]。水资源的紧缺、不均衡和干旱的持续发生对我国的烟草生产提出了更大的挑战。水肥一体化技术作为一项高效节水施肥技术，采用滴灌装置对烟草进行高效精准定位施肥，可以减少肥料损失，提高肥料利用率，使烟草根系对养分吸收更充分，同时减少传统施肥方式对土地造成的污染，降低土壤板结的可能。随着时代的发展，水肥一体化技术已成为我国现代烟草农业生产的一项关键技术[10]。龙岩是全国重点烟叶产区之一，大部分地区属热带季风气候，部分区域具有南亚热带气候特色，气候受海洋影响较大[11]。当前，水资源不均衡已经成为严重制约和影响龙岩烟区可持续发展的重要限制性因素。目前，在龙岩地区关于水肥耦合技术的应用还鲜有报道，鉴于水肥耦合的优势，笔者结合龙岩气候和地势特点，选取能够代表当地典型土壤特点的大田为试验点，设置3个不同的处理，探究了水肥耦合对龙岩烟区植烟土壤理化性质和烤烟生长发育以及产质量的影响。

1 材料与方法

1.1 材料

供试烤烟品种为K326，供试高碳基肥由河南惠农土质保育有限公司提供，水溶性液体肥(平衡肥N∶P2O5∶K2O为200∶200∶200，高钾肥N∶P2O5∶K2O为100∶50∶350)由瓮福集团提供。

试验土壤为黄土。土壤有机质24.32 mg/g，速效钾279.91 mg/kg，速效磷10.19 mg/kg，pH 6.43。

1.2 方法

试验于2018年3月在龙岩市上杭县庐丰乡进行，试验田地势平坦、排灌方便，前茬未使用高残留有害除草剂。烟苗移栽日期为2月20日，株行距为50 cm×120 cm，施用纯氮152.8 kg/hm2。

在控制施氮量一致的条件下，设置3个处理：CK(常规施基肥和追肥)；T1[肥料量与CK相同，常规施基肥，追肥采用水肥一体化模式，根据土壤含水量进行稀释，水溶肥水比例(重量比)约1∶150]；T2[常规施基肥，追肥采用液体肥，水肥一体化模式，水溶肥水比例(重量比)约1∶150)]。每个处理220株(133.3 m2)，常规基肥为条施复合肥(烟草专用肥N∶P2O5∶K2O为10∶7∶21，含硝酸钾、硫酸钾、磷酸二氢钾)1237.5 kg/hm2、高碳基肥450 kg/hm2，肥料质量总比N∶P2O5∶K2O为1∶0.7∶3.4。液体肥为瓮福公司生产的平衡肥(N∶P2O5∶K2O为200∶200∶200)和高钾肥(N∶P2O5∶K2O为100∶50∶350)，高碳基肥在移栽前随基肥条施。田间管理以及其他操作均按当地常规技术进行。各处理单独烘烤，烘烤结束后取烤后烟叶C3F等级。

1.3 测定项目

1.3.1 土壤理化指标分别于烟株移栽后30、45、60、75、90、105、120 d用五点取样法和剥落分离法对烟株根际土壤进行取样。土壤有机质含量、速效钾含量、速效磷含量和pH的测定参照文献[12]。

1.3.2 农艺性状分别于烟株移栽后30、45、60、75、90 d对烟株株高、茎围、有效叶片数、最大叶长宽等农艺性状进行统计记录。

1.3.3 物理特性采用烟草行业标准YC/T 28.4─1996测定方法对烤烟物理特性进行测定。

1.3.4 常规化学成分采用AA3型连续流动分析仪(德国布朗卢比公司生产)对烤烟总糖、还原糖、总氮、烟碱、钾和氯等常规化学成分进行测定。

1.3.5 中性致香成分采用7890B─5977A型气-质联用仪(美国安捷伦公司生产)对烟叶中性致香物质进行测定。

1.3.6 次生代谢成分采用Waters2690型高效液相色谱仪(美国Waters公司生产)对烟叶次生代谢物质进行测定。

1.3.7 经济效益于烟叶烘烤后对各小区烟叶的产量、产值、均价以及上等烟比例进行统计记录。

1.4 数据处理

运用DPS 7.0软件，采用Duncan新复极差法对不同处理各指标间差异进行分析，小写字母代表差异显著性在0.05水平；运用Office Excel 2017软件进行相关数据统计分析和制图。

2 结果与分析

2.1 水肥耦合对植烟土壤养分含量的影响

表1反映了不同移栽期不同处理土壤养分含量的差异，移栽后30～120 d，处理T1和T2土壤速效钾含量均高于CK，T2速效钾含量居于首位，且移栽后30、60、75和90 d这3个处理间差异均达到显著水平。该结果表明水肥耦合能够显著提升土壤的速效钾含量，并且以水溶肥处理的提升效果最佳。移栽后45 d，T1和T2速效钾含量均达到最大值，分别为980.00和999.13 mg/kg，分别较对照组高500.19和519.50 mg/kg；与基础肥力相比，分别高出700.09和719.40 mg/kg。可见水肥耦合对提高土壤速效钾含量效果极显著。

表1 不同移栽期不同处理土壤速效钾、速效磷、有机质含量和pH值

移栽后30、45、75、90和120 d，T1、T2土壤速效磷含量均高于CK，且不同移栽期基本呈现出T2>T1>CK的趋势，说明水肥一体化模式下，无论追肥采用常规肥料还是液体水溶肥都能够有效提升植烟土壤的速效磷含量，且水溶肥的效果最显著。移栽后30 d和90 d，三者之间存在显著性差异。移栽后45 d，CK、T1和T2土壤速效磷含量均达到最大值，分别为37.70、50.05和35.79 mg/kg，高于基础肥力27.51、39.86和25.60 mg/kg。

由表1可知，不同移栽期，土壤有机质含量变化不大，CK、T1、T2的有机质变化量分别为4.07、4.61和4.47 mg/g。移栽后30～120 d， T1、T2处理的土壤有机质含量均高于CK，T2含量最高，说明水肥耦合技术能够有效提升不同移栽期植烟土壤的有机质含量。

移栽后120 d时，土壤pH表现为T2>T1>CK，且均达到最大值，该阶段土壤pH最接近烟草适宜生长范围(5.5～6.5)[13]。除移栽后30 d和90 d外，其余移栽期T1和T2处理的土壤pH与对照相比均有所提高。移栽后45、75和105 d，3个处理之间土壤pH存在显著性差异。水肥耦合技术能够适度提高土壤pH，降低土壤酸度，使pH更接近烟草生长适宜范围，从而促进烟草根系的生长发育。

2.2 水肥耦合对烤烟农艺性状的影响

从表2可以看出，移栽后30～90 d， T1、T2处理的烤烟株高均高于CK；移栽后30、45、60和90 d，T1、T2处理烟株茎围均大于CK，且移栽后45 d，T1、T2与CK之间差异较显著；移栽后30～75 d，T1、T2处理烟株最大叶长均大于对照CK，且处理之间差异达到显著水平；移栽后30～75 d，T1、T2烟株最大叶宽均大于CK，且在移栽后45 d，T1、T2与CK间存在显著差异，移栽后30、60和75 d，处理间无显著差异；移栽后30～75 d，T1、T2烟株有效叶片数均大于CK，且移栽后30 d，T2与CK间差异较显著。说明水肥耦合技术能够有效增加烟株的株高、茎围、最大叶长宽以及有效叶片数，可能通过改善烟株的农艺性状来提高烟叶品质。

表2 不同移栽期不同处理烤烟的农艺性状差异分析

2.3 水肥耦合对烟叶物理特性的影响

从表3中可得，采用水肥耦合T1、T2处理的单叶重均高于CK，且差异较显著，表明水肥耦合技术能够有效提高烟叶的单叶重；T2含梗率显著低于T1、CK，且T1、T2均低于CK，说明水肥耦合可以降低烟叶的含梗率。烟叶拉力表现为CK大于T1、T2，CK与T1、T2之间差异较显著，说明水肥一体化不能改善烟叶的拉力。T1、T2处理的烟叶厚度均小于CK，且差异较显著，说明水肥耦合技术能够有效降低烟叶的厚度。填充值T1、T2显著高于CK，含水率三者之间没有显著差异。

表3 不同处理间C3F等级烟叶物理特性差异比较

2.4 水肥耦合对烟叶常规化学成分的影响

从表4可以看出，3个处理在还原糖、烟碱、钾、总氮、糖碱比和氮碱比之间存在显著差异。处理T1和T2烟叶的总糖和还原糖含量均低于CK；与CK相比，运用水肥耦合的处理T1和T2还分别降低了烟叶的烟碱含量和氯含量，但钾含量相对减少，总氮含量提高。糖碱比，即还原糖与烟碱的比值，主要反映烟气酸碱平衡，比值过大，虽烟味温和，但劲头小，香气平淡；比值在5以下，刺激性过大，一般认为糖碱比在8～12最佳[14，15]。T1和T2烟叶的糖碱比、钾氯比和氮碱比均高于CK，且T1和T2糖碱比更接近优质烤烟范围(10左右)；CK、T1和T2的钾氯比均在适宜范围(4～10)内[16]；T1和T2的氮碱比也更接近烤烟合理范围(0.95～1.05)[17]。上述数据说明，T1和T2通过水肥耦合技术较常规施肥对照CK改善了烟叶的化学成分指标。

表4 不同处理间C3F等级烟叶常规化学指标差异比较

2.5 水肥耦合对烟叶中性致香物质的影响

从表5可以看出，CK、T1、T23个处理中性致香物质含量较高的两种香气物质分别是新植二烯和茄酮，新植二烯为烟叶中重要的萜烯类化合物，其本身不仅具有一定的香气，而且可分解转化形成低分子香味成分，是烟草中重要的香味成分[18]。茄酮是类西柏烷类降解产物中十分重要的香气成分，具有青香、草香及甜香，香气较持久，可以与多种香气较好地协调，能赋予烟草醇和的特殊香气[15]。T1和T2处理的新植二烯含量、茄酮含量以及中性致香物质总量均高于CK，说明水肥耦合技术能够提高烟叶主要致香物质含量以及中性致香物质总量，从而提高烟叶的品质。T2含量最高，且3个处理之间中性致香物质总量差异性较显著，表明T2提高中性致香物质总量表现最好。

表5 不同处理C3F等级烟叶中性致香物质含量比较 μg/g

2.6 水肥耦合对烟叶多酚类次生代谢物质的影响

烟草的多酚类物质是重要的次生代谢物质之一[19，20]，烟叶中多酚类物质主要有绿原酸、芸香苷和莨菪亭[21-22]。多酚类物质是香气前体物质，对烟草的生理生化活动、烟叶的色泽、卷烟的香吃味、生理强度等都有重要的影响[23]。从表6可知，多酚物质类含量居首位的是T2，且T2与CK、T1之间差异显著。T2的绿原酸含量最高，且T2与CK、T1之前存在显著差异。莨菪亭和芸香苷含量也以T2处理最多，说明水肥耦合技术可以提高烟叶次生代谢物质多酚类物质含量，同时说明在水肥一体化的基础上，采用水溶肥效果最佳。

表6 不同处理C3F等级烟叶多酚物质含量比较 mg/g

2.7 水肥耦合对烟叶经济性状的影响

从表7可以看出，3个处理的烤烟产量、均价和产值之间差异较显著。应用水肥耦合技术施肥的T1、T2处理分别比常规施肥CK产量高出80.09、115.94 kg/hm2，均价分别高出0.15、0.27元/kg，产值分别高出2871.07、4005.19元/hm2，上等烟比例分别高出0.13%和2.56%。结果表明，水肥耦合技术能够有效增加烟叶的经济效益，且水溶肥比常规肥料对于烟叶增产更有效。

表7 不同处理烟叶经济性状比较

2.8 水肥耦合条件下烟叶物理特性与经济性状相关性分析

从表8可以看出，在水肥耦合条件下，C3F等级烤后烟叶单叶重与烟叶产量和产值之间呈正显著相关；含梗率与上等烟比例呈极显著负相关，与中等烟比例呈极显著正相关；厚度与产值、均价、产值之间都存在极显著负相关的关系。结果表明，在水肥耦合条件下，烟叶物理特性显著影响烟叶的经济性状，从而直接影响烟叶的经济效益，即物理特性越好的烟叶，经济效益越好。

表8 C3F等级烟叶物理特性与经济性状相关性分析结果

3 讨论

水溶肥作为一种多元液体肥，具有节水节肥、提高水资源和肥料利用率的特点，具有广阔的应用前景。特别是在烟草上，水溶肥与滴灌设备结合运用，以水带肥，实现水肥一体化，可以达到省水省肥省工以及增效增收的效能。本试验表明，水肥耦合技术的运用较常规施肥方式改善了植烟土壤的理化性质，主要是提高了土壤的速效钾、速效磷和有机质含量，这与梁志雄等[24]的研究结果一致。水肥耦合技术还可以改善植烟土壤的pH，调节土壤酸碱平衡，有利于烟株根系正常生长发育，并且施用水溶肥的处理效果表现较好。

农艺性状是烟株长势优劣的最直接表现。本试验结果表明，水肥耦合技术能够显著增加烤烟的株高、茎围、最大叶长宽以及有效叶片数，这与霍昭光等[25]的研究结果相符。贺彪等[26]研究发现，运用水肥耦合技术施肥，打顶后烟株株高、茎围、节距、腰叶大小、顶叶大小的表现均优于常规施肥处理。水肥耦合技术可以改善烟叶的物理特性。在本试验中，运用该技术的处理提高了烟叶的单叶重，降低了含梗率和厚度，这与危月辉[27]的研究结果一致。

本研究发现，水肥耦合技术能够降低烟叶的烟碱含量，降低烟叶的氯含量，提高烟叶的钾氯比，这与席奇亮[28]的研究结果相吻合。水肥耦合技术还可以调节烟叶的糖碱比和氮碱比，使两者均接近优质烤烟的范围，有利于改善烟叶的燃吸品质。在本试验中，水肥耦合技术还较常规施肥提高了烟叶次生代谢多酚类物质(主要是绿原酸、芸香苷和莨菪亭)的含量，这对改善烟叶的香吃味具有重要作用[29]。中性致香物质的含量是影响烟叶品质的关键因素。本试验运用水肥耦合技术的处理烤烟的主要致香物质茄酮和新植二烯的含量均高于常规施肥，并且中性致香物质的总量也明显高于对照，这与卫宣志[30]的研究结果一致，这对改善烟叶的香气量和香气质具有积极显著的影响。本试验结果表明，水肥耦合技术可以提高烤烟的产量、产值、均价和上等烟比例，这与杨军[31]的研究结果相吻合，水肥耦合对提高烤烟的经济效益具有积极意义。