水肥一體化模式下氮素形態(tài)及配比對烤煙生長及品質(zhì)的影響

賀文俊, 田 培， 肖磊磊, 李曉輝， 周健飛， 楊鐵釗*

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)， 河南 鄭州 450002； 2.河南省煙草公司 平頂山市公司， 河南 平頂山 467000)

水肥一體化技術(shù)是將灌溉與施肥結(jié)合的新型農(nóng)業(yè)技術(shù)，能夠節(jié)本增效、省工省時[1]。水肥一體化技術(shù)可根據(jù)植物生長和需肥規(guī)律，并結(jié)合土壤養(yǎng)分狀況，進(jìn)行精準(zhǔn)施肥[2]。相比于傳統(tǒng)的施肥方式，水肥一體化技術(shù)將混合后的水分和肥料直接輸送到植物根部，保證養(yǎng)分的高效吸收，在提高肥料利用率和煙葉品質(zhì)的同時，降低對土壤的污染。氮素作為植物必需營養(yǎng)元素，對烤煙的生長發(fā)育及品質(zhì)的形成具有至關(guān)重要的作用。因此，研究水肥一體化模式下氮素形態(tài)及配比對烤煙生長及品質(zhì)的影響具有重要意義。大量研究表明，烤煙能夠吸收的氮源主要是硝態(tài)氮(NO3-)和銨態(tài)氮(NH4+)，其次為酰氨態(tài)氮(尿素)。尿素雖然可以直接被煙株吸收，但其在土壤中存在的時間較短，很快被分解成NH4+。由于不同形態(tài)氮素的離子性質(zhì)不同，其被煙株根系吸收的方式及在煙株體內(nèi)的代謝機(jī)理也不相同[3]。植物體內(nèi)存在離子平衡，當(dāng)根系吸收NH4+后，便會釋放H+進(jìn)入土壤，使土壤酸化，影響對鉀、錳等陽離子的吸收[4]；而根系吸收NO3-后會使土壤pH升高，對陰離子產(chǎn)生拮抗作用，從而減少對Cl-的吸收[5]。因此，不同形態(tài)的氮素會影響煙株對其他離子的吸收。煙草生長所需的水分和養(yǎng)分大部分是根系從土壤中吸收的，根系也能合成激素調(diào)節(jié)地上部分生長[6]，因此根系形態(tài)和活性對煙草的生長具有極其重要的作用。不同類型的氮肥對根系生長發(fā)育的影響也不同，NH4+對主根細(xì)胞的生長具有抑制作用[7]，施用過多NH4+時，會導(dǎo)致植物根冠比減小，根系活力下降，影響植物生長[8]。NO3-主要對側(cè)根起作用，但研究結(jié)果存在差異[9-10]，可能是由于作物種類和試驗的處理不同所致。此外，煙葉碳氮代謝是煙草生長發(fā)育最基本的代謝過程，其協(xié)調(diào)程度對煙葉品質(zhì)產(chǎn)生重大影響。岳俊芹[11]研究報道，在不同氮素形態(tài)配比下，烤煙葉片碳氮代謝關(guān)鍵酶活性存在差異，只有在適宜的配比下，碳氮代謝才能保持協(xié)調(diào)，否則會影響煙葉品質(zhì)。可見，施用不同形態(tài)的氮素可從多個方面影響煙草的生理生長和煙葉質(zhì)量。而烤煙對氮素的吸收又受當(dāng)?shù)囟喾N生態(tài)條件的影響，各地硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的適宜比例也存在較大差異，具有很強(qiáng)的區(qū)域性[12-15]。目前，已有的研究報道主要針對傳統(tǒng)施肥條件下不同氮素形態(tài)配比對烤煙化學(xué)成分及農(nóng)藝性狀的影響，鮮見關(guān)于水肥一體化條件下不同氮素形態(tài)配比對烤煙干物質(zhì)積累和根系生長發(fā)育影響的研究報道。為此，根據(jù)煙草對氮素吸收的規(guī)律[16]，研究水肥一體化模式下氮素形態(tài)及配比對烤煙生長及品質(zhì)的影響，以期為南陽地區(qū)烤煙合理施氮方式提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

烤煙品種：供試品種為云煙87。

肥料：硝酸鉀(硝態(tài)氮)、硫酸銨(銨態(tài)氮)、尿素(酰胺態(tài)氮)、芝麻餅肥和過磷酸鈣，南陽市豐旺肥業(yè)有限公司。

設(shè)備：移動式施肥灌溉一體機(jī)，河南普利農(nóng)業(yè)科技有限公司。

1.2 試驗地概況

試驗于2017年4-10月在河南省方城縣趙河鎮(zhèn)樓上村進(jìn)行，該鎮(zhèn)位于河南省西南部(33°15′N,113°23′E)，屬亞熱帶大陸性氣候；海拔約110 m，年平均氣溫約14.4℃，年均降水量約為803 mm，年均日照時數(shù)約2 090 h，無霜期約220 d；土壤為黃褐土，地面平整，肥力均勻，有機(jī)質(zhì)15.11 g/kg，速效氮80.25 mg/kg，速效磷15.52 mg/kg，速效鉀98.79 mg/kg，pH 7.35。

1.3 方法

1.3.1 試驗設(shè)計 試驗包括硝態(tài)氮、銨態(tài)氮和酰胺態(tài)氮3種氮素形態(tài)，共設(shè)6個處理：N1，100%硝態(tài)氮；N2，50%硝態(tài)氮+50%銨態(tài)氮；N3，50%硝態(tài)氮+50%酰胺態(tài)氮；N4，50%銨態(tài)氮+50%酰胺態(tài)氮；N5，100%銨態(tài)氮；N6，100%酰胺態(tài)氮。6個處理的純氮、磷、鉀施入量分別為52.5 kg/hm2、105 kg/hm2和277 kg/hm2，采用移動式施肥灌溉一體機(jī)施肥。芝麻餅肥450 kg/hm2和過磷酸鈣150 kg/hm2作為基肥條施，氮肥和鉀肥全部作為追肥在移栽后10 d、20 d、30 d、40 d和50 d隨滴灌施入，氮肥施入量分別為10%、20%、20%、40%和10%。施肥前，將不同形態(tài)的氮肥和鉀肥混合，加水?dāng)嚢枋蛊渫耆芙猓瑹o沉淀，以免堵塞機(jī)器和滴灌帶。試驗采用小區(qū)種植，每個小區(qū)面積約100 m2，行、株距分別為110 cm和55 cm，3次重復(fù)，隨機(jī)排列。其他栽培措施與當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)措施相同。

1.3.2 項目測定 根據(jù)YC/T 142-1998標(biāo)準(zhǔn)于圓頂期測定株高(cm)、莖圍(cm)、節(jié)距(cm)、最大葉長(cm)及最大葉寬(cm)等農(nóng)藝性狀，采用排水法測定烤煙根系體積(mL/株)，采用甲烯藍(lán)吸附法測定烤煙根系總吸收面積(m2/株)、活躍吸收面積(m2/株)和比表面積(m2/m3)，采用氯化三苯基四氮唑(TTC)法測定烤煙根系活力〔μg/(g FW· h)〕。烘烤后對不同小區(qū)的煙葉按照國家烤煙分級標(biāo)準(zhǔn)GB 2635-1992進(jìn)行分級，計算產(chǎn)值、均價與上等煙比例，并取中桔三煙葉(C3F)進(jìn)行化學(xué)成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氮素形態(tài)對烤煙生長的影響

2.1.1 農(nóng)藝性狀 從表1可見，不同氮素形態(tài)下烤煙最大葉長、最大葉寬、株高、莖圍、節(jié)距和留葉數(shù)等農(nóng)藝性狀的差異。最大葉長：N2最長，為68.2 cm；N1其次，為67.9 cm；N6最短，為62.4 cm；N1、N2和N5間差異不顯著，N6與N1、N2、N3、N5間差異顯著。最大葉寬：N5最寬，為33.1 cm；N2其次，為32.8 cm；N6最窄，為30.2 cm；N1、N2和N5間差異不顯著，N6與N1～N5間差異顯著。株高：N1最高，為101.4 cm；N5其次，為100.2 cm；N6最矮，為88.8 cm；N1、N2和N5間差異不顯著，N6與N1、N2、N4、N5間差異顯著。莖圍：各處理為9.18～10.07 cm, N1、N2和N5間，N4與N6間差異不顯著，N4、N6與N1、N2、N5間差異顯著。節(jié)距：各處理為8.40～9.83 cm，N1與N5間差異不顯著，N6與N1～N5間差異顯著。留葉數(shù)：各處理為18.7～21.7 cm,N1、N2和N5間，N3與N4間差異不顯著， N6與N1～N5間差異顯著。

表1 不同處理烤煙的農(nóng)藝性狀Table 1 Agronomic characters of flue-cured tobacco with different treatments

2.1.2 干物質(zhì)積累 從表2可知，地上部鮮重、根系鮮重、地上部干重和根系干重，不同處理分別為1 337.5～1 639.1 g/株、88.9～105.1 g/株、122.8～176.1 g/株和23.49～29.81 g/株，各指標(biāo)為N2>N1>N5>N3>N4>N6；除地上部干重外，地上部鮮重、根系鮮重和根系干重，N1～N5均無顯著性差異；地上部鮮重、根系鮮重、地上部干重和根系干重，N6與N1、N2間差異顯著。根冠比：各處理為0.169～0.203，依次為N4>N3>N6>N5>N1>N2，6個處理間均無顯著性差異。

表2 不同處理烤煙的干物質(zhì)積累量Table 2 Dry matter accumulation of flue-cured tobacco with different treatments

2.1.3 根系 煙株根系生長發(fā)育的狀況良好與否直接影響著煙株對水分、養(yǎng)分的吸收與轉(zhuǎn)化。從表3看出，不同氮素形態(tài)下烤煙根系的生長狀況及其活力存在差異。根體積、總吸收面積、活躍吸收面積、比表面積和根系活力，均以N2最大/高，分別為266.67 mL/株、88.01 m2/株、29.14 m2/株、0.330 m2/m3和37.61 μg/(g FW·h)，各指標(biāo)均為N2>N1>M5>N3>N4>N6。其中，根體積N2、N3和N6間差異顯著；總吸收面積N1、N2與N3、N4、N6間差異顯著；活躍吸收面積、比表面積和根系活力N3與N4間差異均不顯著。

表3 不同處理烤煙根系的生長狀況及其活力Table 3 Root growth status and vigor of flue-cured tobacco with different treatments

2.2 不同氮素形態(tài)對烤煙內(nèi)在化學(xué)成分的影響

從表4看出，不同氮素形態(tài)總氮、煙堿和總糖含量等化學(xué)成分含量的變化。總氮：各處理為1.33%～2.43%，依次為N2>N5>N1>N4>N3>N6；N3與N6差異不顯著，其余處理間均差異顯著。煙堿：各處理為1.62%～2.75%，依次為N2>N5>N1>N4>N3>N6；不同處理間差異均顯著。總糖含量：N6最高，為34.84%，除與N3差異不顯著外，與其余處理均存在顯著性差異；N2最低，為21.18%，除與N5差異不顯著外，與其余處理差異均顯著。還原糖含量：各處理為18.21%～30.92%，依次為N6>N3>N4>N1>N5>N2；除N6與N3間、N5與N2間差異不顯著外，其余處理差異均顯著；鉀含量：各處理為1.85%～2.71%，依次為N1>N2>N5>N3>N4>N6；除N1與N2間、N4與N6間差異不顯著外，其余處理均存在顯著性差異。鉀氯比：各處理為1.88～6.22，依次為N1>N2>N5>N3>N4>N6；N4與N6間差異不顯著，二者與其余處理間差異顯著，其余處理間均差異顯著。

表4 不同處理烤煙的內(nèi)在化學(xué)成分含量Table 4 Content of intrinsic chemical composition of flue-cured tobacco with different treatments

2.3 不同氮素形態(tài)對烤煙經(jīng)濟(jì)性狀的影響

經(jīng)濟(jì)性狀是煙葉生產(chǎn)水平的關(guān)鍵指標(biāo)，主要分為產(chǎn)值、產(chǎn)量、均價和上等煙比例，反映了烤煙的經(jīng)濟(jì)效益。從表4看出，產(chǎn)量、產(chǎn)值、均價和上等煙比例，均以N2最高，分別為2 848.5 kg/hm2、63 578.5元/hm2、22.32元/kg和56.73%；N1其次，分別為2 720.3 kg/hm2、57 643.2元/hm2、21.19元/kg、54.36%；N6最低，分別為2 280.6 kg/hm2、36 147.5元/hm2、15.85元/kg和41.52%。其中，產(chǎn)值和上等煙比例N1、N5較N2分別降低9%和4%，13%和6%；N6較N2分別降低43%和27%。

表5 不同處理烤煙的經(jīng)濟(jì)性狀Table 5 Economic characters of flue-cured tobacco with different treatments

3 結(jié)論與討論

張延春等[17]研究發(fā)現(xiàn)，不同氮素形態(tài)配比對烤煙的農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量、產(chǎn)值、均價均沒有明顯影響，但對烤煙的結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分含量有顯著的影響。謝晉等[18]研究發(fā)現(xiàn)，在烤煙生長后期，不同氮素形態(tài)配比對烤煙的農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量影響不顯著，但對上等煙比例和化學(xué)成分含量影響顯著。該研究結(jié)果表明，不同氮素形態(tài)對烤煙農(nóng)藝性狀、干物質(zhì)積累、根系生長、經(jīng)濟(jì)性狀和化學(xué)成分含量均有顯著影響。這可能是由于試驗設(shè)置的氮素形態(tài)種類不同，前述2個試驗只設(shè)置了硝態(tài)氮與銨態(tài)氮配比，并未設(shè)置酰胺態(tài)氮。酰胺態(tài)氮與硝態(tài)氮和銨態(tài)氮不同，其必須經(jīng)過脲酶和微生物作用才能被煙株吸收，且吸收速度慢，當(dāng)溫度過高時會產(chǎn)生雙縮脲，不利于煙株的生長[19]。

硝態(tài)氮不易被土壤吸附，容易被雨水淋失；而銨態(tài)氮則剛好相反。該研究結(jié)果表明，在圓頂期施100%硝態(tài)氮(N1)和施100%銨態(tài)氮(N5)對烤煙的農(nóng)藝性狀和干物質(zhì)積累影響不顯著。這可能是因為在水肥一體化施肥技術(shù)下，硝態(tài)氮的淋失和銨態(tài)氮被土壤的固定降低，提高了氮肥的利用率[20]，從而導(dǎo)致2個處理間農(nóng)藝性狀和干物質(zhì)積累差異不顯著。

不同氮素形態(tài)配比對烤煙農(nóng)藝性狀、干物質(zhì)積累、根系生長、主要化學(xué)成分含量及經(jīng)濟(jì)性狀均有一定的影響。從烤后煙葉內(nèi)在化學(xué)成分含量看，50%硝態(tài)氮+50%銨態(tài)氮處理的總氮、煙堿、總糖、還原糖、鉀和氯含量，以及鉀氯比均符合優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)要求。從經(jīng)濟(jì)性狀表現(xiàn)看，50%硝態(tài)氮+50%銨態(tài)氮處理的產(chǎn)值、產(chǎn)量、均價和上等煙比例均為最高。因此，綜合來看，在水肥一體化施肥摸式下，氮素形態(tài)的合理施用配比為50%硝態(tài)氮+50%銨態(tài)氮，其烤煙的經(jīng)濟(jì)性狀最好。