成熟期滴灌定額對烤煙生長及水肥利用的影響

馬二登，薛如君，張瑞勤，查文菊，孫軍偉，胡志明，趙正雄，晉 艷*

(1.云南省煙草農(nóng)業(yè)科學研究院, 云南 昆明 650031; 2.云南農(nóng)業(yè)大學煙草學院, 云南 昆明 650201; 3.云南省煙草公司曲靖市公司, 云南 曲靖 655000; 4.云南省煙草公司大理州公司, 云南 大理 671000; 5.云南省煙草公司保山市公司, 云南 保山 678000)

【研究意義】烤煙是一種葉用經(jīng)濟作物。在烤煙栽培的諸多要素中，水分既是烤煙的主要組成成分，也是烤煙體內(nèi)許多生化反應的良好溶劑，水分的適宜與否對煙葉的產(chǎn)量和品質(zhì)有著重要影響[1]。因此，采取科學的節(jié)水灌溉技術(shù)，并完善好烤煙灌溉制度和技術(shù)，對于穩(wěn)定煙葉產(chǎn)質(zhì)量具有重要意義。【前人研究進展】灌溉定額的確定及其在煙株生育期的分配是烤煙灌溉制度的核心。一般認為，烤煙生長期的需水規(guī)律大致表現(xiàn)為“前期少，中期多、后期又少”的規(guī)律，即以旺長期需水量最大，成熟期次之，伸根期最小[2]。烤煙生產(chǎn)中，現(xiàn)蕾后仍有一段快速生長的時間，這一階段如果土壤水分不足，則會影響上部葉的開片和烘烤[3]。【本研究切入點】打頂至成熟階段適宜的水分供應不容忽視，這對于促進頂葉生長和中下部葉片的正常成熟有著重要作用，而以往有關(guān)成熟期適宜灌溉量研究鮮見報道[4]。滴灌是烤煙生產(chǎn)上常用的節(jié)水灌溉方式，地面適應性強，節(jié)水和增產(chǎn)效果顯著。與溝灌相比，滴灌灌水量可減少60 %左右，不影響煙葉產(chǎn)質(zhì)量[5]。【擬解決的關(guān)鍵問題】通過小區(qū)試驗，研究滴灌方式下，烤煙成熟期不同灌溉定額對烤煙生長及水肥利用效率的影響，旨在為烤煙滴灌灌溉管理提供科學理論依據(jù)和技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料和試驗地概況

試驗于2017年在云南省煙草科學研究院研和鎮(zhèn)試驗基地進行，地處102°30′E，24°14′N，屬中亞熱帶半濕潤涼冬高原季風氣候，年平均氣溫15～16 ℃，年降水量800～900 mm，年日照時數(shù)2265 h。土壤為紅壤，pH值5.95，有機質(zhì)5.66 g/kg，全氮0.28 g/kg，全磷0.57 g/kg，全鉀7.36 g/kg。各處理施氮量67.5 kg/hm2，肥料種類為煙草專用復混肥，配方為N-P2O5-K2O=10-12-24。基肥于2017年9月24日施用，用量21.0 kg/hm2；追肥于10月29日施用，用量46.5 kg/hm2。烤煙品種為K326，2017年9月24日移栽，中心花開第一朵封頂。滴灌系統(tǒng)滴頭間距為50 cm，滴頭出水量1.8 L/h。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設(shè)計 溫室遮雨控水以2011-2015年烤煙成熟期參考作物需水量(ET0)為依據(jù)(平均為61.5 mm)，根據(jù)前期試驗結(jié)果，選擇80 %ET0配以設(shè)計濕潤比0.5為最適滴灌定額水平(24.5 mm)。分別設(shè)置I0、I1、I2、I3、I4五個烤煙成熟期滴灌定額水平，烤煙成熟期滴灌定額分別對應0.0、10.5、17.5、24.5、31.5 mm，各灌水處理單次灌水定額相同(3.5 mm)，具體灌溉定額管理見表1。試驗共計5個處理，每個處理3個重復，每個重復約30株煙，隨機區(qū)組設(shè)計。

1.2.2 測定項目與方法 煙株農(nóng)藝性狀：選擇有代表性的5株煙株，分別于水分處理前1 d、水分處理后7、14、21、28和35 d測量煙株葉片數(shù)、株高、莖圍、葉長、葉寬。

煙葉葉綠素含量(SPAD值)：選擇有代表性的5株煙株，于測定煙株農(nóng)藝性狀的同時，用手持式葉綠素測定儀(SPAD-502) 分別測定上部葉(從上往下第3片)和中部葉(從上往下第9片)葉綠素含量，每片葉分別測定葉基、葉中和葉尖3個位置點的SPAD值。

煙株生物量及養(yǎng)分吸收量：烤煙成熟期挖出整棵煙株，將根、莖和葉分開并置入烘箱中 105 ℃殺青30 min，然后在 80 ℃下烘干至恒重，測定其生物量(干物質(zhì))。之后測定根、莖和葉N素濃度，以差減法計算氮磷鉀吸收量。煙葉主要化學成分：總氮、煙堿、氯、淀粉含量分別依據(jù)YC/T160-2002、YC/T162-2002、YC/T 216-2007利用AA3 連續(xù)流動分析儀進行分析測定，鉀含量依據(jù)YC/T274-2008用PE Analyst 300 原子吸收光譜儀進行分析。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理方法 常規(guī)數(shù)據(jù)整理由Excel2007完成，方差分析、相關(guān)分析通過SPSS(13.0)統(tǒng)計軟件進行。

養(yǎng)分利用率(%)=(施氮區(qū)煙株養(yǎng)分吸收量-無肥區(qū)煙株養(yǎng)分吸收量)/養(yǎng)分施用量×100

灌溉水利用率(%)=煙株葉片生物量/全生育期灌溉定額×100。

2 結(jié)果與分析

2.1 烤煙農(nóng)藝性狀

水分處理前各處理煙株農(nóng)藝性狀參數(shù)值差異不大，不同處理間最大葉寬、最大葉面積和平均葉面積均無顯著差異(P>0.05，表2)。自水分處理7 d后開始，與灌溉處理相比，不灌溉處理I0煙株農(nóng)藝性狀參數(shù)值均有不同程度降低。水分處理7 d后處理I0莖圍減小3.4 %～12.5 %，最大葉長減小4.4 %～12.2 %，最大葉面積減小13.4 %～32.2 %，平均葉面積減小15.9 %～23.7 %，水分處理35 d后莖圍減小11.1 %～22.6 %，最大葉長減小5.8 %～13.3 %，最大葉寬減小4.9 %～14.6 %，最大葉面積減小9.2 %～20.1 %，平均葉面積減小14.5 %～31.0 %。

表1 各處理灌溉定額設(shè)置

水分處理后21 d前，不同灌溉定額處理間煙株農(nóng)藝性狀差異不大。自水分處理21 d開始，不同灌溉定額處理間以處理I3和處理I4煙株農(nóng)藝性相對較優(yōu)。與不灌溉處理I0相比，處理I3烤煙水分處理21、28和35 d最大葉長分別增加11.6 %、16.9 %和15.3 %，最大葉寬分別增加7.0 %、10.7 %和5.2 %，最大葉面積分別增加15.2 %、23.5 %和10.1 %，平均葉面積分別增加31.7 %、43.0 %和44.8 %。處理I4烤煙水分處理21、28和35 d最大葉長分別增加11.3 %、15.9 %和14.6 %，最大葉寬分別增加2.6 %、6.3 %和17.1 %，最大葉面積分別增加12.1 %、19.5 %和24.7 %，平均葉面積分別增加24.7 %、30.0 %和38.0 %。

表2 各處理烤煙農(nóng)藝性狀

注：同一時間同列不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)，下同。

Note： The data followed by different lowercase showed significantly difference (P<0.05), the same as below.

2.2 烤煙中、上部葉片生長發(fā)育

圖1表明，不同水分處理天數(shù)，烤煙上部葉片葉長均以I0處理最小，中部葉葉長均以I0處理和I1處理相對較小。水分處理7 d前，各處理上部葉葉寬差異不大。水分處理7 d后，不同灌溉定額處理上部葉葉寬優(yōu)于不灌溉處理I0。各處理中部葉葉寬差異大小相當。水分處理14 d前，各處理上部葉和中部葉葉面積差異不大。水分處理14 d后，不同灌溉定額處理上部葉和中部葉葉面積優(yōu)于不灌溉處理I0。其中，水分處理35 d后，不灌溉處理I0上部葉葉面積顯著小于其他灌溉處理(P<0.05)，處理I3中部葉葉面積顯著大于其他處理(P<0.05)。水分處理14 d后，不同灌溉定額處理上部葉和中部葉寬長比(開片度)差異不大，但均大于不灌溉處理I0。

“a、b、c、d”為上部葉，“e、f、g、h”為中部葉片‘a(chǎn), b, c, d’ are the traits of upper leaves, ‘e, f, g, h’ are the traits of middle leaves圖1 各處理烤煙上部葉和中部葉片性狀Fig.1 Upper and middle leaf traits of flue-cured tobacco in each treatment

“a”和“b”分別為上部葉和中部葉‘a(chǎn)’ and ‘b’ are the SPAD values of upper leaves and middle leaves圖2 各處理烤煙上部葉和中部葉片葉綠素含量(SPAD值)Fig.2 Chlorophyll content (SPAD value) of upper and middle leaves of tobacco in each treatment

2.3 烤煙葉片葉綠素含量

水分處理14 d前，各處理上部葉和中部葉葉綠素含量(SPAD值)差異不大且無明顯變化趨勢(圖2)。水分處理14 d后，上部葉和中部葉葉綠素含量均以不灌溉處理I0最低。水分處理21、28和35 d，與灌溉處理相比，不灌溉處理I0上部葉葉綠素含量分別下降了11.8 %～19.1 %、8.4 %～16.5 %和10.6 %～24.7 %，中部葉葉綠素含量分別下降了0.6 %～19.1 %、11.7 %～20.6 %和27.0 %～32.4 %。

2.4 烤煙干物質(zhì)生物量

由表3可見，不同處理煙株根和莖生物量均無顯著差異。與不灌溉處理I0相比，葉和整株生物量下降，與處理I2、處理I3和處理I4間達顯著水平(P<0.05)。與不灌溉處理I0相比，灌溉處理煙株莖的分配比例無顯著差異，根的分配比例提高，其中與處理I1、處理I2和處理I4相比達顯著水平(P<0.05)，葉的分配比例下降，其中與處理I3相比達顯著水平(P<0.05)。與不灌溉處理I0相比，灌溉處理煙株根冠比有不同程度下降，其中，與處理I2和處理I4相比達顯著水平(P<0.05)。不同灌溉定額處理中，以處理I3成熟期煙株莖和葉的干物質(zhì)生物量最高。與其它灌溉定額處理相比，分別增加了4.7 %～16.4 %和3.7 %～18.3 %。

2.5 烤煙水肥利用效率

表4表明，與不灌溉處理I0相比，灌溉處理煙株氮肥、磷肥、鉀肥利用率均顯著下降(P<0.05)，灌溉水利用率也有所降低。不同灌溉定額處理中，以處理I3烤煙氮素利用率和灌溉水利用率相對較高，與其它灌溉定額處理相比，分別增加了3.8～18.3個百分點和0.9 %～9.4 %。

2.6 煙葉主要化學成分

表5表明，各處理間煙葉總氮、鉀和淀粉含量差異不大。與不灌溉處理I0相比，灌溉處理煙葉煙堿含量和鉀氯比有不同程度提高，煙葉氯含量和氮堿比有不同程度下降。不同灌溉定額處理中，以處理I3和處理I4煙葉煙堿含量和鉀氯比較高，與不灌溉處理I0相比，煙葉煙堿含量分別提高52.3 %和67.7 %，鉀氯比分別提高32.1 %和36.8 %。不同灌溉定額處理中，以處理I3和處理I4煙葉氯含量和氮堿比最小，與不灌溉處理I0相比，煙葉氯含量分別下降了29.9 %和35.4 %，氮堿比分別下降了32.4 %和36.8 %。

表3 各處理煙株成熟期生物量及其在根、莖、葉中的分配

表4 各處理氮肥、磷肥、鉀肥和灌溉水利用率

表5 各處理成熟期中部煙葉主要化學成分含量

2.7 灌溉定額與煙株生長、水肥利用效率及煙葉化學品質(zhì)的相關(guān)關(guān)系

相關(guān)分析表明(表6)，水分處理后35 d，烤煙莖圍、最大葉寬和最大葉面積與烤煙全生育期滴灌定額存在顯著相關(guān)關(guān)系(P<0.05)，烤煙最大葉長和平均葉面積與烤煙全生育期滴灌定額存在極顯著相關(guān)關(guān)系(P<0.01)；成熟期煙株莖、葉和全株生物量均與滴灌定額之間存在極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，成熟期煙株根生物量分配比及根冠比與滴灌定額之間存在顯著負相關(guān)關(guān)系(P<0.05)；煙株氮肥、磷肥、鉀肥利用率均與滴灌定額之間存在極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，灌溉水利用率與滴灌定額之間存在顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)；煙葉總氮含量、煙堿含量和鉀氯比均與滴灌定額之間存在極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，煙葉鉀含量與滴灌定額之間存在顯著負相關(guān)關(guān)系(P<0.05)，氯含量和氮堿比與滴灌定額之間存在極顯著負相關(guān)關(guān)系(P<0.01)。

3 討 論

3.1 成熟期滴灌定額對烤煙生長發(fā)育的影響

在烤煙生長過程中，要根據(jù)烤煙的需水規(guī)律，進行適當?shù)乃终{(diào)控，才能為烤煙生長發(fā)育提供良好的水分條件[6]。研究發(fā)現(xiàn)，烤煙現(xiàn)蕾-成熟階段連續(xù)7 d不灌溉即對烤煙莖圍、葉寬、葉長、葉面積等農(nóng)藝性狀指標產(chǎn)生影響。烤煙葉片開片度(寬長比)是煙葉外觀質(zhì)量評價的重要指標，能為準確衡量煙葉的發(fā)育狀況和工業(yè)可用性提供依據(jù)[7]。連續(xù)14 d不灌溉，即對上部和中部葉寬、葉面積和開片度有明顯影響，且對上部葉的影響要大于中部葉。施用的肥料必須經(jīng)過水分(特別是顆粒肥)溶解后，養(yǎng)分才能被作物根系吸收。不灌溉處理上部和中部葉葉綠素含量較低，表明該處理條件抑制了煙株對養(yǎng)分的吸收利用，從而影響烤煙的生長發(fā)育。

表6 全生育期灌溉定額與煙株農(nóng)藝性狀、干物質(zhì)量、水肥利用效率、及煙葉化學成分間的相關(guān)系數(shù)

Table 6 The correlation coefficients between agronomic traits, dry matter, water and NPK fertilizer use efficiency, tobacco chemical constituents and the drip irrigation quota, respectively

滴灌定額─農(nóng)藝性狀Drip irrigation quota-agronomic traits滴灌定額─生物量及其分配Drip irrigation quota-dry matter滴灌定額─水肥利用效率Drip irrigation quota-water and NPK use efficiency滴灌定額─煙葉化學成分Drip irrigation quota-tobacco chemical constituents農(nóng)藝性狀相關(guān)系數(shù)生物量及其分配相關(guān)系數(shù)水肥利用效率相關(guān)系數(shù)煙葉化學成分相關(guān)系數(shù)葉片數(shù)-0.278根干物質(zhì)量0.022氮素利用率0.820??總氮0.477?株高0.027根干物質(zhì)量占比 -0.487?磷素利用率0.904?鉀-0.467?莖圍0.467?莖干物質(zhì)量0.507?鉀素利用率0.720??煙堿0.781??最大葉長0.818??莖干物質(zhì)量占比-0.266灌溉水利用率-0.402??淀粉-0.041最大葉寬0.314?葉干物質(zhì)量0.790??--氯-0.534?最大葉面積0.345?葉干物質(zhì)量占比0.595??--氮堿比-0.791??平均葉面積0.752??全株干物質(zhì)量0.716??--鉀氯比0.505??--根冠比-0.494?----

注：“*”為顯著相關(guān)(P<0.05)，“**”為極顯著相關(guān)(P<0.01)。

Note： ‘*’ represents significant correlation(P<0.05),‘**’represents highly significant correlation(P<0.01).

烤煙農(nóng)藝性狀和煙葉生物質(zhì)累積量并非隨著成熟期滴灌定額的增加而增加，而是表現(xiàn)為在24.5 mm的成熟期滴灌定額條件下(處理I3)即達到最優(yōu)。過高的滴灌定額可能會導致土壤空氣交換受阻，導致根系的呼吸和吸收能力下降，從而影響煙株的生長發(fā)育[8]。此外，還可能會增加肥料養(yǎng)分(尤其是氮素)的淋溶損失，從而影響到煙株的養(yǎng)分供應[9]。

3.2 成熟期滴灌定額對烤煙水肥利用效率及煙葉化學品質(zhì)的影響

施入土壤中的養(yǎng)分只有在適宜的水分條件下，才能分解、釋放和供給煙株吸收利用。一定范圍內(nèi)，增加灌溉量或提高土壤含水量，有利于煙株的生長發(fā)育。但灌溉量過大，土壤水分含量過高，則會導致煙株根系呼吸減弱，煙株發(fā)育受阻，生長不良[10-12]。不同烤煙成熟期滴灌定額烤煙根系生物量差異不大；煙株氮肥、磷肥、鉀肥利用率以及灌溉水利用率均與滴灌定額之間存在極顯著正相關(guān)關(guān)系。這表明，一定范圍內(nèi)較高的滴灌定額有利于養(yǎng)分的分解、釋放和供給煙株吸收利用，這與以往研究結(jié)果[13]類似。

隨著滴灌灌水定額的增加，煙葉鉀氯比隨之提高，氮堿比趨于優(yōu)化。這與汪耀富等[14]研究結(jié)果類似。可見，烤煙現(xiàn)蕾-成熟階段灌水能夠提高中部煙葉煙堿含量，優(yōu)化煙葉氮堿比和鉀氯比，對于改善煙葉化學成分協(xié)調(diào)性十分重要。烤煙打頂-成熟階段滴灌定額在24.5 mm條件下(I3處理)煙葉化學品質(zhì)最優(yōu)。分析原因，該滴灌定額條件有利于碳水化合物的合成和積累；有助于改善烤煙田間小氣候，使煙株具有適時落黃的適宜條件，從而提升了煙葉的烘烤品質(zhì)[4]。

4 結(jié) 論

烤煙全生育期滴灌定額與中部葉成熟期(水分處理35 d)煙株莖圍、最大葉寬、最大葉面積、灌溉水利用率均顯著正相關(guān)(P<0.05)，與中部葉成熟期煙株最大葉長、平均葉面積、成熟期煙株莖、葉和全株生物量、氮肥利用率、磷肥利用率、鉀肥利用率、煙葉總氮含量、煙堿含量和鉀氯比均極顯著正相關(guān)(P<0.01)，與成熟期煙株根系生物量分配、根冠比、煙葉鉀含量顯著負相關(guān)(P<0.05)，與煙葉氯含量和氮堿比極顯著負相關(guān)(P<0.01)。

不同成熟期滴灌定額中，以處理I3(24.5 mm)煙株農(nóng)藝性狀相對較優(yōu)，成熟期煙株莖和葉干物質(zhì)生物量最大，氮素利用率和灌溉水利用率相對較高，煙葉鉀氯比和氮堿比最優(yōu)。與其他處理相比，處理I3煙株莖和葉的生物量分別增加了4.7 %～16.4 %和3.7 %～18.3 %，氮素利用率和灌溉水利用率分別增加了3.8～18.3個百分點和0.9 %～9.4 %，鉀氯比提高了32.1 %，氮堿比下降了32.4 %。研究結(jié)果顯示，24.5 mm是該區(qū)域較為適宜的烤煙成熟期滴灌定額。