保水剂与肥料配施对土壤水分和酶活及烤烟生长的影响

王 政，王柱石，张 然，郑 武，林跃平，张金峰，董树超

(1.广西中烟工业有限责任公司，广西 南宁 530001；2.云南瑞升烟草技术(集团)有限公司，云南 昆明 650106；3.云南省烟草公司 保山市公司，云南 保山 678000)

云南省是国内烟叶生产最重要的产区，其土壤和气候特点赋予了该区烤烟独特的风格特征。云南省保山市昌宁县烤烟种植质量较好，是省级优质烤烟生产基地，在当地农业经济结构中具有重要地位。昌宁植烟区地势高差悬殊，干湿季节分明，年总降雨的时空分布极为不均匀，季节性干旱问题较明显，干季雨量不及年降雨量的20%，其中春旱最重，几乎年年都发生[1]。烤烟在整个生育期对水分的要求都很高，只有在水分适宜的生态条件下烟草的生命活动才能够顺利进行。昌宁植烟区在烟草生长的前期降水较少，中后期较多，严重影响了烤烟的生长发育，造成烟叶产量减少、品质降低，制约了当地烤烟的发展。

土壤水是作物的直接供水源，充分利用有限的土壤水分，是干旱条件下作物增产增效的主要途径。研究表明，施用有机肥对增加土壤贮水量和提高作物产量有较好的效果[2-3]；施用微生物菌剂能提高土壤肥力，改善土壤结构，减少水分的无效蒸发，有利于作物生长[4]，但在不同的温度水分条件下，菌剂发挥的肥效不同[5-7]。农用保水剂具有反复吸水并缓慢释放水分的能力。近年来，国内很多研究人员对农用保水剂的应用效果进行了研究，结果表明：保水剂具有保水保肥、改善土壤团粒结构、增加土壤通透性及土壤持水性能等作用[8-13]，对缓解作物因季节性干旱影响及提高水资源高效利用方面具有较广阔的应用前景。

目前，对农用保水剂的应用研究多集中在不同保水剂的单独施用对土壤理化性状及作物的生长特性的影响方面，而保水剂与有机肥、菌剂的配合施用对烤烟生长的影响尚未见报道。因此，笔者结合当地生态环境及生产技术条件，拟通过保水剂与有机肥、菌剂配合施用效果的研究，以期找到缓解昌宁植烟区因季节性干旱影响烤烟生长发育问题的有效措施，为保水剂的高效施用及提高当地烤烟抗旱能力提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2020在云南省保山市昌宁县珠街乡进行。试验地土壤类型为黄壤土，土壤肥力中等。供试烤烟品种为当地主栽的红花大金元；保水剂为东营华业新材料有限公司生产的聚丙烯酰胺-无机矿物复合型保水剂；有机肥为云南天禾地生物科技有限公司生产的保水型有机肥，有机质含量≥45%；微生物菌剂为云南瑞升烟草技术(集团)有限公司微生物重点实验室自研的产品，产品形态为水剂，有效活菌数≥2亿个/mL。

1.2 试验方法

试验采用3因素3水平正交试验设计(无交互作用)，按L9(34)正交表安排试验(表1和表2)。3个因素分别为保水剂用量(A)、有机肥等氮替代基肥比例(B)、微生物菌剂用量(C)。试验共9个处理，每处理3次重复，各小区面积约50 m2，田间随机区组排列。保水剂与有机肥混匀后一次性基施；微生物菌剂移栽时施用1次，揭膜后再施1次。移栽时充分浇足定根水，栽后覆膜。各试验小区烤烟于5月16日移栽，施纯氮105 kg/hm2，氮磷钾比例为10∶12∶19，株行距为50 cm×120 cm，按成熟采烤要求进行挂牌烘烤，其他田间管理措施参照当地优质烤烟栽培生产技术规范进行。

表2 保水剂与肥料配施L9(34)正交试验设计

1.3 测定项目与方法

1.3.1 土壤含水量的测定 在各试验小区于烤烟移栽前及移栽第1、3、5、7、9、11周后采用“五点法”采集正常生长烟株的根际耕作层土壤样品(0～15 cm)，去除杂质、混合均匀后用自封袋密封装好，及时进行土壤含水量的测定。土壤水分测定采用烘箱干燥法[14]。

1.3.2 土壤酶活性的测定 在各试验小区分别于烤烟移栽45、60、90 d后，采用“五点法”采集正常生长烟株的根际耕作层土壤样品(0～15 cm)，去除杂质、混合均匀后用自封袋密封装好，及时测定土壤酶活性(磷酸酶、脲酶、过氧化氢酶、蔗糖酶)。土壤酶活性测定参考关松荫[15]《土壤酶及其研究方法》中的方法测定。

1.3.3 烤烟农艺性状的调查 参照中国烟草行业标准《YC/T 142─2010 烟草农艺性状调查测量方法》，定点调查不同试验小区烤烟移栽后45、60、90 d的农艺性状。调查项目包括：株高(为茎基部与地表接触处至生长点或打顶处之间的高度)、茎围(为株高1/3处茎周长)、有效叶数、最大叶长和最大叶宽。

1.3.4 经济性状的调查 各处理严格挂牌采烤，确保从采烟，到编烟，到拣烟分级样品对应精确，烘烤后按烤烟国家标准(GB 2635─1992)对标记烟叶分级和测产，计算各处理的烟叶平均产量、产值及中上等烟比例。

1.4 数据处理

采用Excel 2010和SPSS 21.0软件对试验数据进行整理和分析，运用Duncan’s法检验不同处理之间差异的显著性(P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 不同处理对土壤含水量的影响

由表3可知，在烤烟移栽后的第1至7周，T4、T5、T6、T7、T8、T9处理的根际土壤含水量显著高于T1、T2和T3，且在移栽后的第3、5、7周，T7、T8、T9处理的根际土壤含水量显著高于T4、T5、T6。烤烟移栽后的第11周，T5、T6、T7、T8、T9处理的根际土壤含水量无明显差异。综合来看，施用保水剂处理的根际土壤含水量明显高于未施保水剂的处理，且在烤烟生长前中期施用保水剂和未施保水剂的土壤含水量差异较大。

表3 不同处理的土壤含水量 %

对正交试验的土壤含水量进行直观分析结果表明(表4)：保水剂用量是影响烤烟根际土壤含水量的最主要因素(极差R值最大)。从各因素的最优水平来看，A3B3的组合土壤含水量最高，C因素不稳定。综合来看，以保水剂用量90 kg/hm2(A3)和有机肥等氮替代基肥比例30%(B3)则有利于提高烤烟根际土壤含水量。

表4 不同处理的土壤含水量直观分析 %

2.2 不同处理对土壤酶活性的影响

烤烟生长关键时期(移栽后45、60、90 d)各处理的土壤酶活性见表5。移栽45 d后，磷酸酶活性：除T6处理明显偏低外，其他处理间无明显差异；蔗糖酶活性：T6处理明显低于其他处理，T1、T2和T3处理明显高于其他处理；脲酶活性：T6、T8和T9处理明显低于其他处理；过氧化氢酶活性：T3处理明显低于其他处理。移栽60 d后，磷酸酶活性在各处理间无明显差异；蔗糖酶活性在各处理间差异较大，其中T6处理显著低于其他处理，T2处理显著高于其他处理；脲酶活性：T6、T8处理较低，而T1和T3处理显著高于其他处理；过氧化氢酶活性：T2、T5和T6处理较低，T8处理显著高于其他处理。移栽90 d后，磷酸酶活性：除T6处理显著偏低外，其他处理间无明显差异；蔗糖酶和脲酶活性：各处理间差异较大，其中T6处理最低，T2处理最高；过氧化氢酶活性：除T5和T6处理显著偏低外，其他处理间无明显差异。

表5 不同处理的土壤酶活性 mg/g

综合来看，在烤烟生长不同时期，不同处理对土壤酶活性有一定的影响，特别是蔗糖酶活性各处理间差异较大，脲酶活性在烤烟生长中后期差异较大；其中T6处理的磷酸酶、蔗糖酶、脲酶活性均较低，T1、T2和T3处理的磷酸酶、蔗糖酶、脲酶活性均较高；T3处理在烤烟生长前期过氧化氢酶活性最低，T6处理在烤烟生长中后期过氧化氢酶活性最低。

对正交试验的土壤酶活性进行直观分析(表6)，结果表明：试验的3个因素对土壤酸性磷酸酶、脲酶、过氧化氢酶活性的影响相对较小，对蔗糖酶活性影响则相对较大。保水剂用量是影响土壤蔗糖酶、脲酶活性的最主要因素(极差R值最大)，微生物菌剂用量是影响烤烟生长前期(移栽后45 d)土壤过氧化氢酶活性的最主要因素。从各因素的最优水平来看，A1C3组合有利于提高烤烟生长前中期土壤蔗糖酶和脲酶活性，但B因素不稳定；A1B1C2组合有利于提高烤烟生长后期土壤蔗糖酶、脲酶和过氧化氢酶活性。

表6 不同处理的土壤酶活性直观分析 mg/g

2.3 不同处理对烤烟农艺性状的影响

移栽后45、60、90 d的烤烟农艺性状见表7。移栽后45 d，T5和T7处理的有效叶片数较多、株高较高，且显著高于T1处理，而其他处理间的有效叶数和株高无显著性差异；T1处理最大叶长和最大叶宽显著小于其他处理，其中T5处理最大。移栽后60 d，T5、T8和T9处理的有效叶数、株高显著高于T1处理；T5和T8处理的最大叶长、最大叶宽、茎围显著高于T1处理。移栽后90 d，T5、T7和T9处理的有效叶数显著高于T1、T3处理；T5和T9处理的株高显著高于T1、T2、T3处理；T5和T9处理的最大叶宽、茎围显著高于T1、T3处理。综合来看，不同生育期，烤烟农艺性状以T5和T9处理表现较好，T1处理则表现相对较差。

表7 不同处理的烤烟农艺性状

对正交试验的农艺性状进行直观分析(表8)，结果表明：保水剂用量是影响烟叶有效叶数、株高、叶长、叶宽和茎围的最主要因素(极差R值最大)。从各因素的最优水平来看，移栽后45 d和60 d，A2B2组合的有效叶数、最大叶长和最大叶宽较优，C因素不稳定。移栽后90 d，农艺性状以A3B2组合较优，C因素不稳定。

表8 不同处理的烤烟农艺性状直观分析

2.4 不同处理对烤烟经济性状的影响

由表9可知，不同处理的烤后烟叶产量以T5处理最高，达到2542.74 kg/hm2，其次为T9和T7处理；产值以T5处理最高，为70915.40元/hm2，T9处理次之，T6处理最低。T5、T7、T8和T9处理烤后上等烟比例相对较高，均超过50%，T1、T3、T6处理相对较低；各处理中上等烟比例表现为T5>T9>T8>T7>T2>T6>T3>T4>T1；与T1相比，T5处理中上等烟比例提高3.5个百分点，产量提高6.88%。

表9 不同处理的烤烟经济性状

对正交试验的经济性状进行直观分析(表10)，结果表明：有机肥等氮替代基肥比例是影响上等烟比例、中上等烟比例、均价和产值的最主要因素，保水剂用量是影响产量的最主要因素。从各因素的最优水平来看，经济性状以A3B2C3组合较优，处理中并未涉及，后期仍需进一步验证。

表10 不同处理的烤烟经济性状直观分析

3 结论与讨论

水资源是大田农业可持续发展的前提，但近年来部分地区的干旱缺水情况严重地制约了农业的发展，如何高效利用有限的水资源来缓解当地干旱对作物生长的影响一直是研究的热点。有研究表明，保水剂具有高吸水和高保水的能力，能够有效吸收灌溉或者降雨时土壤里的有效态水[16]，对提高土壤含水量有明显作用，同时对土壤的物理性质有一定的改善作用[17-20]；施用生物菌剂和有机肥能改善土壤结构，提高土壤肥力，减少水分的无效蒸发和流失，从而增加作物可利用的水分和田间持水量，有利于作物生长。

本研究表明：保水剂与有机肥、菌剂配合施用可以提高土壤含水量，其中保水剂用量是影响烤烟根际土壤含水量的最主要因素，施用保水剂的处理根际土壤含水量明显高于未施保水剂的处理，且在烤烟生长前中期施用保水剂和未施保水剂的土壤含水量差异相对较大。这可能是由于在烤烟生长前中期昌宁植烟区有效降雨较少，保水剂的施用减少了雨水的流失和蒸发，土壤含水量相对较高；而在烤烟生长后期降雨多，未施保水剂和施用保水剂的土壤墒情较高，两者土壤含水量差异变小。本研究还表明：保水剂配合有机肥施用的处理更有利于提高烤烟根际土壤含水量。这与张宝娟[21]的研究结果基本一致。

土壤酶对土壤肥力的形成有着重要作用，它可以促进有机物质的分解、释放植物有效养分，其活性大小可影响土壤有机碳的含量、表征土壤性质的生物活性[22-25]。有机肥、菌剂能够提高土壤酶活性，但与前人关于保水剂对土壤酶活性影响的结论不一。本研究还表明：在烤烟生长不同时期，保水剂与有机肥、菌剂配合施用对土壤酶活性有一定的影响，特别是蔗糖酶活性各处理间差异较大，脲酶活性在烤烟生长中后期差异较大；保水剂用量是影响土壤蔗糖酶、脲酶活性的最主要因素，未施用保水剂，而只是有机肥和菌肥混施的处理磷酸酶、蔗糖酶、脲酶活性较高。李想[26]、张璐[27]等也报道过施用有机肥可明显提升酸性磷酸酶、蔗糖酶和脲酶活性，本试验结果与上述研究基本一致；但与李倩等[28]研究施用保水剂可以增加土壤酶活性的结果有差异。这可能与土壤环境、保水剂类型不同及保水剂与有机肥、菌剂互作影响有关。

烟株的田间长势反映了其生长发育及对养分的吸收利用情况，良好的长势是提高烟叶质量和产量的前提。本研究还表明：保水剂与肥料不同配施组合对烤烟的生长及经济性状有较明显的影响，保水剂用量是影响烟叶有效叶数、株高、叶长、叶宽、茎围，以及产量的最主要因素；有机肥等氮替代基肥比例是影响上等烟比例、中上等烟比例和产值的最主要因素。这可能是在前期降雨较少情况下，配施的保水剂和有机肥提高了土墒，减轻了干旱对烟株生长的影响，降低了耕层土壤昼夜温差，提高肥料的养分控释性能，从而促进了烟株的生长。

综合来看，三者配合施用时，保水剂是影响土壤含水量、酶活性、烤烟农艺性状和产量的最主要因素；有机肥等氮替代基肥比例是影响上等烟比例、中上等烟比例和产值的最主要因素；保水剂和有机肥、微生物菌剂配合施用可以提高土壤含水量、抑制部分酶活性、促进烤烟生长、增加中上等烟比例，但上述三因素不同比例的配合施用对土壤含水量、烤烟农艺性状及中上等烟比例的影响效果不同，整体上以T5处理相对较好；从正交试验直观分析看，A3B2C3组合的烤烟农艺性状和经济性状最优，但处理中并未涉及，需进一步验证。保水剂在土壤中的作用效应是个复杂的过程，受到其自身属性、土壤周围环境、土壤微生物等因素的影响，因此保水剂与有机肥、菌剂的不同组合对土壤改良效益、烟株养分的供给、烟株生长发育的影响存在差异，其组合影响机理仍有待做进一步研究。