不同水肥管理模式对烤烟养分积累及烟叶品质的影响

柳渊博, 王静, 朱学杰, 蒋伟峰, 刘天,张锦中, 李耀鑫, 符云鹏*

(1.河南农业大学烟草学院, 郑州 450002； 2.河南省烟草公司周口市公司, 河南 周口 466000)

水、肥是影响烟叶生产的两大关键因素。水、肥协调供应对保证烤烟正常生长发育、提高烟叶产量和品质意义重大[1-2]。研究表明，选用水溶性肥料、采用合理的水肥管理模式，尤其是采用滴灌施肥(水肥一体化)技术，通过调整施肥频率和基追比等策略，可以显著促进养分吸收、提高水分利用效率[3-4]和肥料利用率[5-6]，促进作物生长发育，提高产量和品质[7]。臧小平等[8]发现，滴灌施磷可以增强香蕉长势，促进香蕉对钾的吸收，使香蕉显著增产15.6%。诸海焘等[9]研究表明，采用滴灌施肥可以促进氮磷钾在黄瓜叶片中的积累、提高肥料利用率和黄瓜产量。薛如君等[10]报道，滴灌施肥下烤烟的氮素利用率较浇灌施肥提高10.2%～16.4%，中上等烟比例和产值分别提高17.1%～54.9%和8.4%～25.3%。

烤烟是河南的主要经济作物之一，大田生育前、中期频发干旱是河南烤烟生产中面临的主要问题。传统水肥管理模式是基施大量溶解性较差的化肥、干旱时采用沟灌方式供水，由于水分与养分供应的不协调，常常使土壤养分释放规律与烟草需肥规律不能完全吻合，因此，肥料利用率不高，导致烟叶成熟推迟、营养不平衡，烤后烟叶化学成分不协调，造成品质下降，烟农的经济效益降低[11]。如何利用有限的水资源，通过水肥的良好配合满足烟草生长发育及产量品质形成对水肥的需要，提高水肥利用效率，是当前急需解决的问题。近年来，滴灌及滴灌施肥技术开始在烟草生产中应用，使烟草的水、肥利用效率和产量品质得到有效提高。但由于肥料与滴灌系统不配套，实际烟草生产中肥料仍然是以干肥的形式施入，不能充分发挥水肥的互作效应。因此，为探究适合河南烟区应用的水肥管理模式，以中烟100为试验材料，通过大田试验，对常规施肥和滴灌施肥等三种不同水肥管理模式下烤烟叶片的生物学产量、N、P和K含量，及烤后烟叶的经济性状和品质性状进行比较，为河南烟区烟叶优质丰产提供科学的水肥管理依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点与供试材料

试验于2018年在河南省周口市商水县郝岗乡(E 114°32′，N 33°32′)进行。该地区属暖温带季风半湿润气候，年平均气温14.5 ℃，降雨量785.10 mm，主要集中在7—8月。试验地土壤为褐土，前茬作物为红薯，土壤有机质17.72 g·kg-1、碱解氮68.95 mg·kg-1、速效磷13.38 mg·kg-1、速效钾93.96 mg·kg-1、水溶性氯24.82 mg·kg-1。

以烤烟品种中烟100为试验材料，由河南省烟草公司周口市公司提供。所用肥料包括腐熟芝麻饼肥(含N 4.0%)、复合肥(10-10-20)、硝酸钾(13.5-0-46)、过磷酸钙(含P2O515%)、普通硫酸钾(含K2O 50%)和水溶性硫酸钾(含K2O 52%)。

1.2 试验设计

试验设3个处理：常规施肥+常规灌溉(CK)、常规施肥+滴灌(T1)和优化施肥+滴灌(T2)。各处理氮施用量均为52.5 kg·hm-2，氮磷钾比例为1∶1∶4。常规施肥：指当地烤烟生产技术规范推荐的施肥方法，即施腐熟芝麻饼300 kg·hm-2，硝酸钾150 kg·hm-2，复合肥202.5 kg·hm-2，过磷酸钙215 kg·hm-2，硫酸钾201 kg·hm-2；其中有机肥、磷肥和复合肥于起垄时条施，硝酸钾肥分别于移栽时和移栽后30 d按照3∶7的质量比穴施,硫酸钾于移栽后30 d穴施。优化施肥：有机肥和氮、磷、钾用量同常规施肥，但是采用硝酸钾替代复合肥，磷、钾不足部分由过磷酸钙和水溶性硫酸钾补充；其中，有机肥和磷肥于起垄时条施，水溶性硝酸钾分别于移栽时、移栽后30 和45 d按照3∶5∶2的比例滴灌施入，硫酸钾于移栽后45 d滴灌施入。常规灌溉：指烤烟生长过程中分别于旺长前期、旺长中期、成熟期采用沟灌供水，每次灌水定额为 450 m3·hm-2。滴灌：总灌水量同常规灌溉，整个生育期根据施肥、烟草需水规律和土壤墒情进行6次滴灌(移栽、团棵和成熟期各1次，旺长期3次)。

采用随机区组设计，每处理3次重复，每个小区面积0.2 hm2，行距1.3 m、株距0.5 m，其他管理措施均按照当地优质烟叶生产技术规范进行。

1.3 测定项目及方法

1.3.1干物质积累量 每个处理分别于移栽后30、60、90和120 d选取具有代表性的烟株3株，用自来水清洗干净，并用吸水纸吸干水分后，将烟株的根、茎、叶分开，先在105 ℃下杀青30 min，在65 ℃下烘干至恒重，测定烟叶的干物质量。称重后的样品粉碎过0.25 mm筛，用于氮、磷、钾含量(质量分数)的测定。

1.3.2矿质元素含量 烟叶中磷、钾含量的测定采用干灰化法[12]，所用仪器为ICP-OES分析仪(美国，VISTA-MPX)。总氮含量参照标准YC/T 161—2002[13]测定。

1.3.3经济性状统计 按小区统计烤后烟叶产量，根据烤烟分级标准 GB 2635—1992[14]对烟叶进行分级，统计各小区烤后烟叶上等烟比例，按照当年收购价格计算烟叶均价及产值。

1.3.4化学成分 取不同处理烤后烟叶B2F(上部桔黄二级)、C3F(中部桔黄三级)各1.0 kg用于质量评价。取其中200 g烟叶去除主脉，然后在60 ℃下烘干、粉碎，过0.25 mm孔径筛后用于化学成分的测定。烟叶总氮、烟碱、总糖/还原糖、钾、氯含量(质量分数)分别按照YC/T 161—2002、YC/T 160—2002、YC/T 159—2002、 YC/T 173—2003、YC/T 162—2002测定[13，15-18]，所用仪器为AA3型全自动连续流动化学分析仪(德国BRAN+LUEBBE公司)。

1.3.5烟叶感官质量 参照标准方法YC/T 138—1998[19]评价烟叶感官品质，各指标最大标度为9，由河南中烟有限责任公司技术中心5位评吸委员进行评价，取平均值。

1.4 指标计算及数据处理

烟叶氮(磷、钾)积累量(kg·hm-2)=烟叶干物质积累量(kg·hm-2)×烟叶氮(磷、钾)含量(质量分数)

(1)

采用Excel 2016对数据进行处理和作图，用SPSS 26.0进行统计分析和图表制作，用Duncan’s新复极差法进行数据间差异的显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同水肥管理模式对烤烟叶片干物质积累的影响

移栽后30 d，不同水肥管理模式下叶片干物质的积累量均较少；移栽后30～90 d，叶片干物质的积累量均快速增加；移栽后90～120 d，CK处理叶片干物质积累量几乎保持稳定，T1和T2处理仍有少量增加(图1)。除移栽后30 d CK与T1处理间无显著差异；其他时期，叶片干物质积累量均表现为T2>T1>CK，且处理间差异显著。由此可见，优化施肥+滴灌处理更有利于提高烟叶干物质积累量，促进叶片生长发育，从而提高叶片内含物的合成和累积速度，为烟叶丰产优质奠定基础。

注: 不同小写字母表示不同处理间差异在P<0.05水平具有显著性。Note: Different lowercase letters indicate significant differences between different treatments at P<0.05 level.图1 不同水肥管理模式下烤烟叶片干物质的积累Fig.1 Dry matter accumulation of flue-cured tobacco leaves under different water and fertilizer management modes

2.2 不同水肥管理模式对烤烟叶片氮磷钾含量及积累量的影响

2.2.1氮素 随着烟株的生长发育，不同水肥管理模式下叶片N素含量和N素积累量均呈现先上升后下降的趋势，峰值出现在移栽后60 d(图2)。叶片N素含量在移栽后30～60 d，3个处理都略有增加，表现为T2>T1>CK，其中T2处理显著高于T1和CK处理；移栽90～120 d，叶片N素含量大幅度下降，其中T2处理叶片N素含量下降速度最快，表现为CK>T1>T2，且处理间差异显著。移栽后30 d内，由于烟株生长缓慢、对N素吸收较少，因此，各处理叶片N素积累量均较低；移栽后30 d，不同水肥管理模式下N素的积累量差异显著，其中，T1和T2处理分别较CK显著提高了13.39%和42.61%；移栽后30～60 d，烤烟进入旺长期，对N素吸收较快，叶片N素积累量快速增加，于60 d时达到峰值，不同处理N素积累量表现为T2>T1>CK，处理间差异显著；移栽后90～120 d，各处理叶片N素积累量有所下降，且处理间差异不显著。

注: 不同小写字母表示不同处理间差异在P<0.05水平具有显著性。Note: Different lowercase letters indicate significant differences between different treatments at P<0.05 level.图2 不同水肥管理模式下烤烟叶片的氮素含量和积累量Fig.2 Nitrogen content and accumulation in flue-cured tobacco leaves under different water and fertilizer management models

2.2.2磷素 移栽后30～120 d，不同水肥管理模式下烤烟叶片P素含量呈持续下降的趋势，而叶片P素积累量呈先升后降的趋势；各测定时期均表现为T2>T1>CK，且处理间差异达显著水平(图3)。移栽后30～60 d，烟株处于旺长阶段,对P素吸收量增加，叶片P素积累量快速增加；移栽后60～90 d，各处理叶片P素积累量稍有增加，至90 d时达到高峰；90 d之后各处理叶片P素积累量出现不同程度的下降；移栽后120 d，T1和T2处理叶片P素积累量较CK显著提高54.78%和98.75%。由此表明，优化施肥+滴灌处理能够有效提高叶片中P的含量和积累量。

注: 不同小写字母表示不同处理间差异在P<0.05水平具有显著性。Note: Different lowercase letters indicate significant differences between different treatments at P<0.05 level.图3 不同水肥管理模式下烤烟叶片的磷素含量和积累量Fig.3 Phosphorus content and accumulation in flue-cured tobacco leaves under different water and fertilizer management modes

2.2.3钾素 与烟叶中P含量变化趋势相似，移栽后30～120 d，叶片中K含量呈下降趋势，而叶片K积累量在整个生育期内呈现逐渐上升的趋势(图4)。其中，叶片K含量在移栽后30～90 d大幅下降，90 d后基本稳定；在整个生育期内均表现为T2>T1>CK，除移栽后30 d T2和T1处理、及移栽后120 d T1和CK间差异不显著，其余均达到显著差异。移栽后30～60 d是叶片K积累量快速增长阶段；60 d后为缓慢增加阶段；在整个生育期内均表现为T2>T1>CK，且处理间均存在显著差异；移栽后120 d，T1和T2处理叶片K积累量较CK处理分别提高了30.52%和83.47%。由此表明，优化施肥+滴灌处理有效提高了叶片中K的积累。

注: 不同小写字母表示不同处理间差异在P<0.05水平具有显著性。Note: Different lowercase letters indicate significant differences between different treatments at P<0.05 level.图4 不同水肥管理模式下烤烟叶片的钾素含量和积累量Fig.4 Potassium content and accumulation in flue-cured tobacco leaves under different water and fertilizer management modes

2.3 不同水肥管理模式对烤烟经济性状的影响

优化水肥管理模式对烤后烟叶的产量、产值、上等烟比例及均价有显著提升(表1)。不同水肥管理模式下烟叶的产量表现为T2>T1>CK，其中T1和T2处理分别较CK显著增产6.45%和9.68%。上等烟比例、均价、产值均表现为T2>T1>CK，且处理间差异均达显著水平。

表1 不同处理烤后烟叶经济性状比较Table 1 Comparison of economic characteristics of flue-cured tobacco leaves with different treatments

2.4 不同水肥管理模式对烤烟品质的影响

2.4.1化学成分 与CK相比，优化水肥管理模式显著提高了烤烟中、上部烟叶总糖和还原糖含量，降低了烟碱含量，提高了糖碱比(表2)。其中，T2处理中部叶和上部叶的糖碱比均显著高于CK；T1处理中部叶的糖碱比显著高于CK。与CK相比，优化水肥管理模式还显著提高了烤后烟叶的钾含量，有效降低了氯含量；烟叶钾氯比表现为T2>T1>CK，且处理间差异显著。由此表明，优化施肥+滴灌处理有利于协调烟叶化学成分，改善烟叶燃烧性。

表2 不同水肥管理模式对烤烟化学成分的影响Table 2 Effects of different water and fertilizer management modes on chemical components of flue-cured tobacco

2.4.2感官质量 不同水肥管理模式下烤后中、上部烟叶的感官质量结果(表3)表明，与CK相比，T1处理中部叶的香气质、舒适度、甜度较CK稍有改善，燃烧性和灰色明显改善，感官质量总分提高了1.7；而上部叶仅燃烧性和灰色较CK有所改善。而T2处理与CK相比，中部叶的香气质、香气量、杂气、刺激性、烟气舒适度、甜度、燃烧性及灰色分值明显提高，感官质量总分较CK提高了2.9；上部叶的香气量、细腻度、甜度、燃烧性、灰色分值高于CK处理，感官质量总分提高2。总体来看，以T2处理对烤烟感官质量提高效果明显，尤其对烟叶的燃烧性改善效果较好。

表3 不同水肥管理模式对烤后中、上部烟叶感官质量的影响Table 3 Effects of different water and fertilizer management modes on sensory quality of middle and upper flue-cured tobacco leaves

3 讨论

3.1 不同水肥管理模式对烤烟叶片氮磷钾吸收积累的影响

氮、磷、钾是烟草生长发育必需的大量元素。施肥种类及施肥方式对烤烟养分积累具有较大影响，进而影响烟草的生长发育及产量品质[20]。研究表明，与常规施肥、常规灌水相比，滴灌施肥一方面减少了养分的固定，促进了养分的迁移和作物根系发育，提高了根系活力和对养分的吸收能力[21]；另一方面，滴灌使根际土壤保持在适宜的水分条件下，有利于根系对养分的吸收和转化，同时避免了过量灌水导致的养分淋溶和流失，提高了作物对氮、磷、钾等养分的吸收与积累，进一步提高了养分利用率[10,22]。本研究表明，与对照相比，采用常规施肥和滴灌，烟叶在整个生育期的氮素积累量增加，与前人研究结果相一致[10,23]；采用硝酸钾替代复合肥滴灌施入，烟叶的氮素含量和积累量在移栽后60 d显著提高，60 d后叶片的氮素含量(质量分数)显著低于CK。由此表明，增施硝态氮促进了烟株前期对氮素的吸收和后期烟叶落黄成熟。

3.2 不同水肥管理模式对烤烟叶片干物质积累及烟叶经济性状的影响

烤烟干物质积累量在一定程度上反映了烟株的生长速率，且干物质的积累与水分、养分的供应及栽培措施密切相关[26]。本研究结果表明，与CK相比， T1和T2处理均可显著提高烤烟叶片干物质积累量及烤后烟叶产量、产值和上等烟比例，这可能是由于T1和T2处理采用滴灌代替沟灌，增加了灌溉次数，使得烤烟旺长期和成熟期的土壤水分得到保障，一方面降低了土壤干湿交替频率和土壤对养分的固定，促进了养分的转化与迁移、防止肥效滞后[8]，另一方面扩展了根际范围[27]，提高了根系活力[21]及水分和养分的利用效率[5-6,10,23]，进而促进了烟株早发快长和烟叶干物质的积累，有利于烟叶产量和产值的提高[7,28-29]。T2处理以硝酸钾替代复合肥、采用水溶性硫酸钾作追肥进一步提高了烟叶中氮、磷、钾的积累量，有利于烟叶营养平衡，为烟叶高产优质奠定了良好的基础，与贺文俊等[30]的研究结果相一致。

3.3 不同水肥管理模式对烤烟叶片内在化学成分以及感官质量的影响

氮、磷、钾是影响烤烟碳、氮代谢的重要因素，最终会影响烟叶的化学成分含量及成分间的协调[31]。本研究表明，与CK相比，T1和T2处理均显著降低了烤后烟叶的总氮和烟碱含量。在烟叶生长过程中，T1和T2处理的氮素积累量高于对照，但在生长后期及烤后烟叶的总氮含量却低于对照，可能是由于滴灌条件下烟叶的干物质积累量大、烤后烟叶产量高产生的“稀释效应”所致；而生长后期烟叶相对较低的氮素含量导致氮代谢强度相对减弱，可能是烟碱含量降低的原因之一。T1和T2处理均显著提高了烤后烟叶中两糖含量和糖碱比，增加了烤后烟叶内在化学成分的协调性，可能是由于滴灌施肥提高了烟叶的光合速率，促进了光合产物的积累[21]。

河南部分烟区烟叶中氯含量高是制约这些地区烤烟发展的重要因素[32]。而前茬作物(小麦、玉米)施用含氯复合肥是导致土壤和烟叶氯含量偏高的主要原因。本研究结果表明，与CK相比，T1和T2处理均显著降低了烤后烟叶氯含量，显著提高了烟叶钾含量和钾氯比，改善了烟叶燃烧性和总体感官质量水平，与前人研究结果一致[7,28-29]。尤晓莹等[33]研究表明，经4次滴灌后，烟田0—40 cm土层氯离子不断下移，含量降低，适宜烤烟生长。本研究中T1和T2处理通过滴灌与增加灌溉次数使耕层土壤中的氯离子不断向下淋溶，同时使上层土壤水分始终保持适宜水平，抑制了深层土壤盐分 “表聚”，有利于降低烟叶氯含量，改善烟叶燃烧性。