保蓄剂-水溶根施肥对贵州植烟土壤养分及烤烟生长与品质的影响

2021-11-03李彩斌朱经伟

贵州农业科学 2021年9期

李彩斌，朱经伟，张恒，李寒*

(1.贵州省烟草公司毕节市公司，贵州毕节 551700， 2.贵州省烟草科学研究院，贵州贵阳 550081)

0 引言

【研究意义】目前，烤烟生产上的用肥主要以颗粒形式的复合型化肥为主。固体肥料进入土壤后，其养分的释放与迁移受制于气候和土壤结构等因素的影响，造成养分释放与烟株对养分吸收速率间的不匹配，致使化肥的常规施肥肥效慢、时效性不足、肥料利用率低[1-2]。近年来，将微灌和施肥融为一体的水肥一体化技术可根据作物的生长规律与需肥特性，将水分及养分定时、定量直接供给作物[3-5],弥补了常规施肥的弊端，并实现了水肥的同步管理及资源高效利用[6]。然而，贵州作为全国唯一没有平原支撑的省份，其烟区地形地貌多为山地和坡岭，烟田地块零散，滴灌施肥的水肥一体化技术难以在贵州山区推广。为此，贵州省烟草科学研究院根据贵州山地特征和烟草营养需求研发出烤烟水溶根施肥技术，并在黔西南、六盘水和黔东南等烤烟产区进行推广应用。但由于追肥次数受到地貌特征和人工成本的制约，水溶根施肥模式后期易出现脱肥现象，且集中出现在烤烟生育中期的降雨时节[7-8]，加速土壤养分流失[9]。因此，水肥一体化施肥模式下减少土壤养分流失，提升养分利用效率，对贵州烟草的高质量发展具有重要意义。【前人研究进展】目前，利用生物炭和保水剂等多孔吸附性材料的高物理吸附性和表面性的理化性质，配套相应的施肥措施，已成为减少养分淋失、提高肥料利用率、改善土壤水分状况的有效改良方案[10-15]。李琳佳等[13]研究了海泡石对污染土壤中铅的钝化效果。马焕成等[10]研究表明，保水剂的使用能减少北美红杉和川滇桤木的氮、钾流失量。BIEDERMAN等[14]报道，土壤中添加生物炭能增加作物产量以及土壤氮、磷、钾的含量。曹畅等[16]研究发现，施用硅藻土和改性海泡石对玉米盆栽试验土壤中的氮磷钾具有良好的缓释作用。郑明福等[17]研究表明，施用以海泡石为肥料元素吸附物制成的全配方缓释肥能够提升肥料利用率和提高辣椒的产量与品质。【研究切入点】当前，鲜见保蓄剂-水溶根施肥对贵州植烟土壤养分及烤烟生长与品质影响的研究报道，为此，选取具有多孔吸附性的生物炭、海泡石、保水剂和硅藻泥作为养分保蓄剂，结合水溶根施肥，采用田间试验方法，研究其对土壤养分及烤烟生长与品质的影响。【拟解决的关键问题】探明保蓄剂与基肥混用的有效组合，旨在降低水溶根施肥后期脱肥现象的发生，以期为生产应用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2019-2020年在贵州省安顺市平坝区进行，所选试验地较平整，无根茎性病害，地势向阳，不渍水。试验总面积为0.2～0.3 hm2，土壤均为旱作土，土壤碱解氮含量138 mg/kg，速效磷含量7.1 mg/kg，速效钾含量217 mg/kg。

1.2 材料

1.2.1 品种供试烤烟品种为云烟87，由贵州省烟草科学研究院保存。

1.2.2 肥料常规复合肥〔基肥(N∶P2O5∶K2O为10∶10∶25)和追肥(N∶P2O5∶K2O 为13∶0∶26)〕为烤烟生产专用肥，由贵州科泰金福肥业有限公司生产；水溶根施肥(配方Ⅰ：22-14-10，配方Ⅱ：14-19-20，配方Ⅲ：10-2-37)为烤烟专用肥，贵州省烟草科学研究院研制。

1.2.3 保蓄剂试验采用的保水剂、生物炭、海泡石和硅藻泥由四川省砼川兴化工有限公司生产。

1.3 方法

1.3.1 试验设计试验采用随机区组设计，保蓄剂与基肥混合后施用，共设5个处理：T1，不施基肥与追肥；T2，基肥与追肥均为常规施肥；T3，单一水溶根施肥处理，即常规施肥减量20%为基肥和水溶根施肥为追肥；T4，硅藻泥为保蓄剂的水溶根施肥处理，即常规施肥减量20%+硅藻泥20 kg/667 m2为基肥和水溶根施肥为追肥；T5，保水剂为保蓄剂的水溶根施肥处理，即常规施肥减量20%+保水剂20 kg/667m2为基肥和水溶根施肥为追肥；T6，海泡石为保蓄剂的水溶根施肥处理，即常规施肥减量20%+海泡石20 kg/667m2为基肥和水溶根施肥为追肥；T7，生物炭为保蓄剂的水溶根施肥处理，即常规施肥减量20%+生物炭20 kg/667m2为基肥和水溶根施肥为追肥；3次重复。

常规施肥的基肥和追肥按当地施肥习惯施用，各处理基肥在烤烟移栽前1周进行条施。水溶根施肥作为追肥分3次施用，第1次施肥(配方Ⅰ)在烤烟移栽当天，施用量为2.5 kg/667m2，稀释100倍后作为定根水施用；第2次施肥(配方Ⅱ)在烤烟封填井窖时(移栽后15～20 d)，施用量为9 kg/667m2，稀释4.5倍后施入垄体，施肥位置是烟株最大叶片叶尖处，施肥深度15 cm；第3次施肥(配方Ⅲ)在烤烟团棵期(移栽后35～40 d)，施用量为12 kg/667m2，稀释5倍后施入垄体，施肥位置是烟株最大叶片叶尖处，施肥深度10 cm；水溶根施肥施用工具采用定量施肥枪。各处理其他肥料均按当地施肥方法施用。

1.3.2 取样土壤样品：按照5点取样法获取混合样品1 kg，风干后保存备用；烟叶样品：严格按部位采集，样品重量不少于1 kg，中部叶(C3F)为8～11叶位，上部叶(B2F)为14～17叶位。

1.3.3 指标测定

1) 土壤养分。土壤碱解氮、有效磷和速效钾分别采用碱解扩散法、盐酸-氟化铵-钼锑抗比色法和乙酸铵浸提-火焰光度计法测定[18]。

2) 农艺性状。烟株茎高、茎围、叶片数、最大叶面积和倒三叶叶面积等农艺性状按YC/T142-2010要求测定。

3) 经济性状。主要经济性状采用GB 2635-1992要求对各处理烤后烟叶进行分级，并计算烤烟的产量和产值；

4) 烟叶化学成分含量。烟叶化学成分指包括烟碱、还原糖、总氮、钾和氯等，烟碱采用YC/T160-2002要求的方法测定，还原糖采用YC/T159-2019要求的方法测定，总氮采用YC/T161-2002要求的方法测定，钾采用YC/T217-2007要求的方法测定，氯采用YC/T162-2011要求的方法测定。并采用文献[19]的方法计算化学成分协调性得分。

5) 烟叶化学成分含量。产质量统计结束后分处理采集烟叶样品进行烟叶化学成分指标的测定，样品严格按部位采集，中部叶(C3F)为8～11叶位，上部叶(B2F)为14～17叶位，样品重量不少于1 kg；烟叶化学成分分析测试指标分别为烟碱(YC/T160-2002)、还原糖(YC/T159-2019)、总氮(YC/T161-2002)、钾(YC/T217-2007)、氯(YC/T162-2011)，并按文献[19]的方法计算化学成分协调性得分。

1.4 数据处理与分析

采用Excel 2010和SPSS 21.0对数据进行处理与统计与分析。

2 结果与分析

2.1 保蓄剂-水溶根施肥处理土壤养分的含量

从图1看出，不同处理土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量均以不施肥(T1)最低，保蓄剂-水溶根施肥各处理(T2～T7)存在差异。碱解氮：烤烟移栽的40 d前T3>T2，40 d后 T3较T2降低4.6%；T6和T7与T2大致相当，但二者较T3分别提高3.3%和4.6%，表明采用海泡石和生物炭作为配套施肥保蓄剂能在烤烟生长发育后期可减少土壤氮素的流失。烤烟移栽的56～98 d，T4和T5略低于T3，表明在烤烟生长发育的后期，使用硅藻泥和保水剂并不能有效地减少土壤氮素养分的流失。有效磷：T3、T4、T5、T6和T7土壤磷含量均在第28天时最高，分别为13.1 mg/kg、13.2 mg/kg、13.3 mg/kg、13.2 mg/kg和13.1 mg/kg，试验期内其含量均接近，但均高于T2。速效钾：烤烟移栽40 d后T3、T4和T5速效钾的含量差异不大，但均低于T2；40 d后T6和T7较T3处理提高4.3%和14.2%，T7较T2提高5.8%，表明，海泡石和生物炭的施用能够减少烤烟生长发育后期的土壤钾素流失。总体看，采用海泡石和生物炭作为保蓄剂能够减少肥料养分的流失，增加烤烟生长后期土壤有效养分的含量。

图1 保蓄剂-水溶根施肥处理烤烟土壤碱解氮、有效磷和速效钾的含量

2.2 保蓄剂-水溶根施肥处理烤烟的农艺性状

从表1可知，不同处理烤烟株高、茎围、叶片数、最大叶面积和倒3叶叶面积的变化。株高：各处理为84.3～127.5 cm，依次为T3>T6>T4>T7>T5>T2>T1，T3与T6差异不显著，二者显著高于除T4外的其余处理，T1显著低于其余处理，其余处理间差异显著或不显著。茎围：各处理为7.6～12.3 mm，依次为T6>T4>T3>T7>T5>T2>T1，T6显著高于其余处理，T1显著低于其余处理，其余处理间差异显著或不显著。叶片数：各处理为17.7～21.3 片，依次为T3>T4=T6>T2=T7>T5>T1，T1、T2、T5、T7间差异不显著，T2、T3、T4、T6、T7间差异不显著，T3、T4和T6显著大于T1。最大叶面积：各处理为606.5～1 423.8 cm2，依次为T4>T6>T5>T3>T2>T7>T1，T4～T6间差异不显著，但均显著大于T1。倒3叶叶面积：各处理为438.5～1 129.4 cm2，依次为T7>T6>T4>T5>T2>T3>T1，T1显著低于除T2和T3外的其余处理，T7显著高于除T4、T5和T6外的其余处理，其余处理间差异显著或不显著。表明，海泡石作为水溶根施肥配套基肥保蓄剂对烤烟农艺性状的促进作用效果明显，生物炭和保水剂对烤烟农艺性状的促进作用无明显效果。

表1 保蓄剂-水溶根施肥处理烤烟的农艺性状

2.3 保蓄剂-水溶根施肥处理烤烟的经济性状

从表2看出，不同处理烤烟产量、产值、上等烟率、上中等烟率和均价的变化。产量：各处理为104.2～156.2 kg/667m2，依次为T5>T7>T3>T6>T2>T4>T1，T5显著高于除T7外的其余处理，T1显著低于除T4外的其余处理，其余处理间差异显著或不显著。产值：各处理为2 280.1～3 473.9元/667m2，依次为T5>T7>T2>T6>T3>T1>T4，T5显著高于其余处理，T7显著高于T4，其余处理间差异不显著。上等烟率：各处理为45.2%～63.9%，依次为T5>T2>T7>T4>T6>T3>T1，T5显著高于T1，其余处理间差异不显著。上中等烟率：各处理为74.2%～83.0%，依次为T2>T5>T6>T3>T1>T7>T4，处理间差异不显著。均价：各处理为19.7～26.5元/kg，依次为T1>T5>T2>T7>T6>T4>T3，T1显著高于除T2和T5外的其余处理，其余处理间差异不显著。

表2 保蓄剂-水溶根施肥处理烤烟的经济性状

2.4 保蓄剂-水溶根施肥处理烟叶主要化学成分的含量

从表3可知，不同处理烤烟中部叶(C3F)和上部叶(B2F)烟碱、总氮、还原糖、钾、糖碱比、氮碱比、钾氯比和化学成分协调性的变化。烟碱：C3F为2.3%～3.2%，依次为T6>T2=T5>T4>T7>T3>T1，T6显著高于T1，其余处理间差异不显著；B2F为3.1%～4.9%，依次为T7>T5>T6>T4>T2=T3>T1，T1显著低于T4～T7，其余处理间差异不显著。总氮：C3F和B2F分别为1.8%～2.0%和1.9%～2.5%，各处理间含量接近，差异均不显著。还原糖：C3F为20.7%～24.0% ，T1最高，为24.0%，T6最低，为20.7%；B2F为19.9%～25.1%，T1最高，为25.1%，T5最低，为19.9%；各部位烟叶不同处理间差异均不显著。钾：C3F为1.4%～1.9%，T2最高，为1.9%，T1最低，为1.4%；B2F为0.9%～1.3%，T3最高，为1.3%，T1最低，为0.9%；各部位烟叶不同处理间差异均不显著。糖碱比：C3F为9.3～14.6，依次为T1>T3>T7>T4>T5>T2>T6，T1显著高于T6，其余处理间差异不显著；B2F为5.2～9.7，依次为T1>T2>T4=T6>T3>T7>T5，各处理间差异均不显著。氮碱比：C3F和B2F分别为0.6～0.8和0.5～0.6，各部位烟叶不同处理间其含量接近，差异均不显著。钾氯比：C3F为27.8～81.0，依次为T1>T3>T4>T2>T6>T5>T7，T1显著高于其余处理，T2、T3、T4和T6间差异不显著，但均显著高于T5和T7，T5与T7间差异不显著；B2F为6.9～12.6，依次为T7>T5>T6=T4>T3>T1>T2，各处理间差异均不显著。化学成分协调性：C3F以T7的协调性最好，为91.8分，T4其次，为91.6分，T1最差，为83.5分；B2F以T1的协调性最好，为82.0分，T3其次，为79.7分，T5最差，为75.1分。综合看，以硅藻泥为保蓄剂对烤烟化学成分协调性的促进作用效果最好，海泡石和生物炭施的效果其次。

表3 保蓄剂-水溶根施肥处理烟叶主要化学成分的含量

3 讨论

硅藻泥、保水剂、海泡石和生物炭作为常见的多孔吸附性材料，因其较好的大孔网状结构和较大的比表面积而具有较强的物理吸附性和表面性，在重金属污染土壤修复、增强土壤保水性和改良土壤结构等方面的应用前景较好[10-15,20-22]。研究结果表明，生物炭、海泡石、保水剂和硅藻泥对土壤养分、烤烟农艺性状、经济性状和品质的影响具有较大差异。

保水剂作为一种能够吸收自身原来尺寸和重量数倍水分的化合物能极大地增强土壤的保水性，其吸水后形成的水凝胶可缓慢释放水分供作物利用[23]。此外，保水剂通过对土壤的结构和理化性质产生影响，进而改变水分在土壤中的运移规律[24]。张蕊等[25]研究表明，撒施保水剂能够促进春小麦地上部及根系生物量的累积。刘殿红等[26]报道，施用保水剂能够促进马铃薯干物质的积累，提高光合生产率。杜社妮等[27]研究发现，沟施和穴施保水剂能提高玉米生物量及籽粒产量。然而保水剂的处理对于土壤氮、钾的养分流失没有显著的抑制作用，并且保水剂的吸水膨胀会引起气相的过度减少，由此对作物的生长发育产生不同程度的副作用，致使植物缺氧以及养分吸收的不充分[20,28]。研究结果表明，保水剂为保蓄剂的水溶根施肥处理烤烟化学成分协调性等烟叶品质较差，可能与土壤养分的流失以及保水剂吸水膨胀引起的气相过度减少相关。相比之下，硅藻泥作为一种孔道大小为微米级的多孔材料，其粒子表面具有无数微小的孔穴，单位面积上的微细孔数量比木炭要多出数千倍，使其具有极强的物理吸附性能和离子交换性能[12]。范如芹等[29]发现，施用混有硅藻泥的调理剂能提升培养基质的持水性，促进空心菜的出苗及生长，并随硅藻泥比例的增加，基质容重也会逐渐提高，但对基质电导率却有降低作用。此外，硅藻泥的主要成分为硅藻土，既富含营养元素硅，又含有钙、镁等中微量元素。硅作为继氮、磷、钾之后的第四大营养元素，具有促进植物生长，增加作物产量，提升作物品质，加强植物抗病、抗虫、抗旱和抗重金属的作用[30]。因此，适当施用硅肥可以提升作物品质，弥补肥料中营养元素不足的问题。裴福云等[30]研究表明，喷施纳米硅藻土对红苋菜的生长具有显著的促进作用，表现在茎粗增加、叶绿素含量提高、光合作用增强、作物产量提高。然而，也有研究发现，随着硅藻泥施用量的增加，棉花的产量反而降低；原因是硅藻泥虽然可以显著降低粘质盐土的容重，增加土壤孔隙度，但会减少土壤大孔隙的数量和比例，致使土壤饱和导水率降低，不适用于对粘质盐土物理性状的改良，由此致使作物的产量降低[31]。因此，采用硅藻泥作为保蓄剂虽然能提供硅等营养元素的供应，加强烤烟化学成分的协调性，但可能会降低植烟土壤的饱和导水率，从而影响养分的迁移，致使烤烟的产量、产值降低。总体看，保水剂和硅藻泥作为保蓄剂的使用影响了烤烟产量与品质的生产关系，呈现出烟叶产量越高，品质越差的负相关性。

海泡石为保蓄剂+水溶根施肥和生物炭为保蓄剂+水溶根施肥较硅藻泥为保蓄剂+水溶根施肥和保水剂为保蓄剂+水溶根施肥烤烟的整体表现更为适中。海泡石是黏土矿物之一，作为钝化剂能够降低土壤中重金属的生物有效性[26]，改善土壤环境质量，提高过氧化氢酶和脲酶活性，并增加细菌和放线菌的数量[32]。施用海泡石可显著降低镉铅复合污染稻田中镉、铅的生物有效性和迁移能力，并显著提高水稻各部位的产量，稻谷和稻草可分别提高34.3%和26.6%[33]。海泡石在生产上还可作为肥料缓释剂，参入复混肥中施用可减少肥料养分的流失，增加作物生长后期土壤有效养分的含量。曹畅等[16]研究发现，海泡石对氮、钾的吸附率分别为19.22%和14.75%，并在土壤中对氮磷钾具有良好的缓释作用，能够显著提高玉米对养分的利用效率；添加海泡石的新型肥料能够延缓养分的释放，增强水稻对于养分的利用效率，显著提高水稻的产值与产量[34]；采用海泡石配方的缓释肥能够保肥保水，缓慢释放养分，可满足辣椒生育后期均衡需肥的要求，提高辣椒的产质量[18]。研究结果表明，采用海泡石作为保蓄剂能够减少土壤氮、磷、钾的流失，在烤烟的生长发育后期，海泡石为保蓄剂+水溶根施肥土壤氮、钾的含量均高于水溶根施肥。虽然海泡石的配套施用不能提高烤烟的产量及产值，但能显著提升烤烟株高和茎围等农艺性状，优化烟叶的化学协调性，可能与海泡石能够改良土壤环境的特性并减少土壤养分的流失有关。生物炭与海泡石相比，其本身就是富含磷、钾等养分的有机物质[35]，并具有多孔结构和很强的吸附性。当生物炭与有机无机肥料混合施用时，其良好的吸附特性可以延缓肥料养分的释放，增强肥料利用率，降低肥料淋失[36]。此外，生物炭的多孔结构还能够增加表层土壤的孔隙度，降低土壤容重和硬度，并改善土壤质地及耕作性能，从而促进作物地上部的生长，提高作物产量[37]。BIEDERMAN等[14]研究发现，生物炭可显著提高土壤碳、氮、磷、钾元素的含量，减少土壤养分的流失，提高土壤的肥力。胡瑞文等[38]研究发现，生物炭添加到土壤后对植物根系活力、生物量、叶绿素含量和光合效率等都有显著的促进作用。添加生物炭制作的肥料可持续供给小麦在生长后期对土壤中养分的需求，促进小麦的生长，显著提高小麦的生物量[39]。生物炭与化肥配施可显著改善土壤肥力状况，提升土壤微生物活性，促进微生物对碳源的利用程度，并可有效弥补化肥减量后的养分亏缺，促进油菜增产和籽粒品质的改良[40]。研究结果表明，生物炭为保蓄剂+水溶根施肥土壤氮、磷、钾含量和烤烟的产量、产值及中部烟叶的化学成分协调性较单一水溶根施肥处理显著提高，仅烤烟的株高降低和茎围减小，可能与生物炭的结构以及本身具备提供营养元素的特性有关。