烤煙水肥一體化技術(shù)研究與應(yīng)用進展①

謝 湛，邵孝侯，段衛(wèi)東，李洪亮，史宏志*

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烤煙水肥一體化技術(shù)研究與應(yīng)用進展①

謝 湛1，邵孝侯2，段衛(wèi)東3，李洪亮4，史宏志1*

(1 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)國家煙草栽培生理生化研究基地，鄭州 450002；2 河海大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，南京 210098； 3 河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，鄭州 450000；4 許昌市煙草公司襄城縣分公司，河南許昌 461700)

本文綜述了近年來烤煙水肥一體化技術(shù)研究與應(yīng)用進展，包括系統(tǒng)組成及水肥運籌，以及水肥一體化技術(shù)對烤煙生長發(fā)育、生理生化、經(jīng)濟性狀、品質(zhì)性狀等方面的影響；同時結(jié)合生產(chǎn)實際對當前水肥一體化技術(shù)應(yīng)用于烤煙生產(chǎn)上需要解決的技術(shù)問題和研究方向進行了展望，相關(guān)成果可為提升該技術(shù)在烤煙生產(chǎn)上的應(yīng)用推廣效果提供有益參考。

水肥一體化；滴灌；烤煙

煙草是我國重要的經(jīng)濟作物，灌水和施肥是調(diào)控其生長發(fā)育的重要途徑，二者聯(lián)系密切，協(xié)調(diào)互作，相互制約。灌水可以有效促進施肥效果，施肥可以有效促進烤煙對水分的吸收利用，即“以水促肥，以肥調(diào)水”，進而提高水、肥利用率。合理的水肥耦合手段，不僅節(jié)約資源，有利于生態(tài)保護，同時能夠促進烤煙生長發(fā)育，提升產(chǎn)質(zhì)量[1-3]。但在我國目前的烤煙生產(chǎn)中，灌溉和施肥兩項重要農(nóng)事操作一般是分開進行的，一定程度上造成資源浪費、成本增加、土壤結(jié)構(gòu)變化和水體質(zhì)量下降，而且由于水、肥在時空上的分離，不能很好地發(fā)揮水肥耦合作用，水、肥利用效率受到制約，影響烤煙產(chǎn)質(zhì)量。研究表明，提高水、肥利用效率的最佳途徑是水肥的高效配合，就水肥兩因素而言，在某一水分(施肥量)水平下，均可找到最優(yōu)供肥量(或供水量)與之配合[4-6]。水肥一體化技術(shù)是一項在水肥耦合的基礎(chǔ)上，將可溶性固體肥料或液體肥料完全溶解于灌溉水中，借助壓力系統(tǒng)，根據(jù)作物對水肥的需求規(guī)律，定時定量按照特定比例將水、肥同時供給作物根系，實現(xiàn)不同生育時期定量精準供給的一項現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)[7]。現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與建設(shè)正逐步由傳統(tǒng)的個體化、人工化向集約化、機械化轉(zhuǎn)變，尤其從水肥效率、人工成本、生態(tài)保護等多方面的思考，在平衡施肥、優(yōu)化灌溉的基礎(chǔ)上，探索水肥耦合機理，進而研究水肥一體化技術(shù)的推廣和應(yīng)用，已是發(fā)展現(xiàn)代煙草生產(chǎn)的必然要求。

近年來，水肥一體化技術(shù)已在多種農(nóng)作物生產(chǎn)上廣泛應(yīng)用，并取得了良好成效，其在烤煙生產(chǎn)上的研究應(yīng)用同樣從提質(zhì)增效、降本減工、維護生態(tài)等方面凸顯了技術(shù)優(yōu)勢，改善了烤煙產(chǎn)質(zhì)量，具有廣闊應(yīng)用前景[8-9]。但受年際間氣候、不同煙區(qū)品種、土壤理化性質(zhì)、系統(tǒng)設(shè)備、生產(chǎn)觀念等問題制約，現(xiàn)階段煙草水肥一體化技術(shù)研究與應(yīng)用大多停留在水肥耦合對烤煙生產(chǎn)的影響層面，為了提高水肥一體化技術(shù)在烤煙生產(chǎn)上的應(yīng)用效果，本文對烤煙水肥一體化技術(shù)作了介紹，對其在烤煙生產(chǎn)上的研究進展進行了綜述，并對未來研究方向進行展望。

1 烤煙水肥一體化配套工程

烤煙水肥一體化技術(shù)的一項重要內(nèi)容是配套工程設(shè)施的建設(shè)和使用。最適宜于烤煙生產(chǎn)的水肥一體化技術(shù)是微灌，其方式主要包括滴灌、微噴灌、涌泉灌、滲灌等[10]。煙草不同于其他農(nóng)作物，其收獲部位為葉片，在煙草生長過程中，煙葉表面會分泌各種化學(xué)物質(zhì)，因此水肥一體化技術(shù)應(yīng)用于煙草種植時，一般選擇滴灌水肥一體模式，避免微噴可能對煙葉表面化學(xué)物質(zhì)造成的淋失。研究表明，滴灌模式下，節(jié)水效果更為顯著，可有效減少水分蒸發(fā)、徑流、滲漏和噴灌的水滴飄移損失；對地形的適應(yīng)性強，可防止土壤板結(jié)，有利于保護土壤肥力；肥料通過滴灌系統(tǒng)輸送至煙株根系區(qū)域，提高肥料利用率，實現(xiàn)精準施肥，是最適宜烤煙種植的微灌途徑[11]。一套完備的烤煙生產(chǎn)滴灌設(shè)備主要包括水源工程、首部樞紐、輸水管網(wǎng)、灌水器、監(jiān)測控制系統(tǒng)5個方面[12-15]。

1)水源工程。水源工程主要負責(zé)提供水源，進行肥料的溶解和配比。主要來源于河流、湖泊、水庫、溝渠、地下水等。貴州等部分山區(qū)和丘陵區(qū)多使用集雨補灌模式。烤煙灌溉水中氯離子含量小于16 mg/L為宜。

2)首部樞紐。首部樞紐主要包括動力裝置(電源、水泵、動力機等)、施肥(藥)裝置、過濾設(shè)備、保護裝置和測量控制設(shè)備(水閥、流量表、壓力表等)。其作用是從水源取水增壓，注入肥料(農(nóng)藥)，并將其處理成符合滴灌要求的水流送到系統(tǒng)中去。其中過濾設(shè)備是輸送介質(zhì)管道上不可缺少的一種裝置，通常安裝在減壓閥、泄壓閥、定水位閥或其他設(shè)備的進口端，用來消除介質(zhì)中的雜質(zhì)，以保護閥門及噴滴灌設(shè)備的正常使用。過濾設(shè)備大致分為網(wǎng)式過濾器、疊片式過濾器、砂石過濾器、離心式過濾器等，最為常見的是網(wǎng)式過濾器。網(wǎng)式過濾器即是通過單層或雙層濾網(wǎng)直接攔截水中的雜質(zhì)，包括懸浮顆粒物、未溶解的固體肥料等。疊片式過濾器過濾效率高，對有機雜質(zhì)、特別是纖維狀有機雜質(zhì)過濾效果較好，常與網(wǎng)式過濾器組合使用，在過流量相同時，它比網(wǎng)式過濾器存留雜質(zhì)的能力強。砂石過濾器處理水中有機雜質(zhì)和無機雜質(zhì)最為有效，過流量大，可不間斷供水，當水中有機物含量超過10 mg/L時，就應(yīng)選用砂石過濾器，在組合過濾器中，置于網(wǎng)式和疊片式等過濾器之前。離心式過濾器主要清除重于水的固體顆粒，離心過濾器安裝在井及泵站旁，用于分離水中含有的沙子及石塊。在滿足過濾要求的條件下，分離60 ~ 150目砂石的能力可達到92% ~ 98%，它作為過濾系統(tǒng)的前端過濾與其他過濾器組合使用。滴灌水肥一體化對水質(zhì)要求較高，過濾器的選擇根據(jù)當?shù)責(zé)焻^(qū)水質(zhì)情況選擇，一般為多種過濾器組合使用。河南許昌水肥烤煙灌溉水為地下水，該地區(qū)水肥一體化精準管理系統(tǒng)則是砂石過濾器和疊片式過濾器組合使用。施肥(藥)裝置是向系統(tǒng)的壓力管道內(nèi)注入水溶性肥料(農(nóng)藥)的設(shè)備，包括泵注式施肥裝置、泵吸式施肥裝置和比例施肥器。目前烤煙水肥一體化應(yīng)用的主要施肥模式是泵注式施肥。

根據(jù)煙田設(shè)施情況，首部樞紐設(shè)計有所不同。在有電有水的煙田中，可采用過濾器和施肥泵組合機、離心式過濾器和網(wǎng)式過濾器二級過濾，能夠隨時排泄泥沙，與施肥泵一體，隨水施肥非常方便；在有水無電的煙田，可采用灌溉施肥一體機，此設(shè)備自帶動力，采用疊片式過濾器和泵吸施肥法，體積小，移動靈活。

3)輸配水管網(wǎng)。輸配水管網(wǎng)是將首部樞紐處理過的水按照要求輸送分配到每個灌水單元。主要包括干管、支管、毛管。其中干管連接水源，干管和支管承擔(dān)輸水配水任務(wù)，多埋在地下；毛管安裝或連接灌水器，是最末一級管道，承擔(dān)輸水、配水和灌水任務(wù)，多鋪設(shè)在地面。

4)灌水器。灌水器即田間直接施水肥的設(shè)備，可直接安裝在毛管上或通過細小直徑的微管與毛管相連接，其作用是消減壓力，將水流變成水滴狀，施入煙株根系區(qū)域土壤。根據(jù)灌水器流量與壓力的關(guān)系，可以分為普通式和壓力補償式。烤煙水肥一體化多使用壓力補償式灌水器，在一定的壓力變化范圍內(nèi)可以保持均勻的恒定流量，進一步提高灌溉均勻度。

5)監(jiān)測控制系統(tǒng)。監(jiān)測控制系統(tǒng)包括土壤水分傳感器、土壤溫濕度傳感器、電導(dǎo)率儀、酸度計、空氣溫濕度傳感器、無線傳輸模塊、電磁閥、壓力表、流量計等。通過對土壤水分、溫濕度、電導(dǎo)率、酸堿度及空氣溫濕度等信息的采集，結(jié)合天氣信息，實現(xiàn)全自動化灌溉，包括煙株長勢長相監(jiān)測、土壤環(huán)境監(jiān)測和田間小氣候監(jiān)測數(shù)據(jù)的管理與統(tǒng)計分析、蓄水池水位和水溫的控制、田間灌溉施肥的智能化控制等。

烤煙生產(chǎn)滴灌水肥一體化具體設(shè)備流程見圖1。

圖1 烤煙生產(chǎn)滴灌水肥一體化設(shè)備流程圖

烤煙生產(chǎn)滴灌水肥一體化具體操作需注意三點：①肥料溶解與混勻。施用液態(tài)肥料時不需要攪動或混合，一般固態(tài)肥料需要與水混合攪拌成液肥，必要時分離，避免出現(xiàn)沉淀等問題。②施肥量控制。施肥時要掌握劑量，注入肥液的適宜濃度大約為0.1%。例如灌溉量為750 m3/hm2注入肥液大約為750 L/hm2。過量施用可能會使煙苗致死以及環(huán)境污染。③灌溉施肥的3個階段。先選用不含肥的水濕潤，再施用肥料溶液灌溉，最后用不含肥的水清洗灌溉系統(tǒng)。

2 烤煙水肥一體化的肥水運籌

2.1 肥料的選擇

水肥一體化不同于常規(guī)水肥的施用，在肥料選擇上，必須是溶解度高、溶解速度快、穩(wěn)定性好、兼容性強、對設(shè)備腐蝕性小的固體可溶性肥料或液體肥料。固體可溶性肥料其溶解度在施用過程中必須滿足滴灌水肥一體化模式下過濾系統(tǒng)的需求，且確保不同肥料在進行配制時不會產(chǎn)生沉淀，能夠保持溶液的酸堿度在中性和微酸性間[16]。目前已研制出烤煙水肥一體化專業(yè)液體肥料，包括氮磷鉀含量分別為(50︰120︰130)g/L的生根肥、(217︰70︰140)g/L旺長肥和(10︰0︰400)g/L落黃肥等，根據(jù)烤煙不同生育期需肥特征，氮磷鉀配比有所不同，但目前處于試驗階段。當前烤煙水肥一體化中主要應(yīng)用的是固體可溶性肥料，包括硝銨、硫酸鉀、硝酸鉀等。

2.2 烤煙水肥一體化灌溉施肥制度

烤煙水肥一體化技術(shù)的另一項重要內(nèi)容是灌溉施肥制度的確定。烤煙灌溉施肥制度是指在一定的氣候、土壤等自然條件下和一定農(nóng)業(yè)技術(shù)措施下，按烤煙需水需肥規(guī)律，為獲得煙葉優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)和科學(xué)用水、高效用肥而制定的一整套向田間適時適量的灌水施肥方案。它包括煙草大田全生育期內(nèi)的水肥次數(shù)、每次的水肥施用日期、水肥施用周期和施肥定額與灌溉定額等5項內(nèi)容。烤煙灌溉施肥制度主要由煙區(qū)氣候、田間肥力、烤煙品種等因素決定。

目前已有較多方法計算煙草需水量，如蒸滲儀法、土壤水量平衡法、熱量平衡法等[17]。煙草的需水量在400 ~ 600 mm 之間，因不同生態(tài)條件而異。北方煙區(qū)由于降雨量年際間變幅大，季間分配不勻，在烤煙生長前期干旱嚴重，煙株生長緩慢；后期雨水偏多，土壤中肥料得到重新利用，葉片成熟推遲，難以落黃。南方煙區(qū)雨量充沛，雖滿足了烤煙前中期正常的生長需求，但常造成煙田漬水，影響煙株根系發(fā)育，且成熟期伴有階段性干旱發(fā)生，同樣不利于烤煙正常成熟落黃和優(yōu)質(zhì)煙葉的生產(chǎn)[18]。

灌水量根據(jù)烤煙生育期的降雨量及煙田土壤的水分情況確立，每年實際灌水量應(yīng)根據(jù)當季降雨量與常年平均降雨量的差值作相應(yīng)增減。史宏志等[19]通過對煙田土壤水分動態(tài)的深入研究，建立了煙草葉片細胞液濃度、光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度、根系活力和硝酸還原酶活性與土壤含水量變化的關(guān)系，提出了烤煙灌水的生理指標，并認為煙田最適相對含水量指標在煙株生根期、旺長期、成熟期分別為土壤最大持水量的60%、80% 和70%。烤煙在全生育期內(nèi)需要進行多次灌水，所以灌溉定額是指烤煙大田全生育期內(nèi)單位面積上所需要的總灌溉水量，即烤煙各次灌水定額之和。河海大學(xué)邵孝候等根據(jù)烤煙水分生產(chǎn)函數(shù)模型及設(shè)計典型年降雨量，利用動態(tài)規(guī)劃逐次漸近法分析，認為在正常年份和進行充分灌溉的情況下，保證煙葉正常生長并獲得煙葉產(chǎn)量為2 250 ~ 2 625 kg/hm2所需的灌水制度為：缺水干旱區(qū)：伸根期330 ~ 390 m3(分2次)，旺長期525 ~ 600 m3(2 ~ 3次)，成熟期375 ~ 450 m3(2次)；半豐水易旱區(qū)：伸根期300 ~ 345 m3(1 ~ 2次)，旺長期450 ~ 525 m3(2次)，成熟期225 ~ 300 m3(1次)；豐水季旱區(qū)：伸根期180 ~ 270 m3(1次)，旺長期225 ~ 300 m3(1 ~ 2次)，成熟期75 ~ 150 m3(1次)。

烤煙的施肥制度已有許多研究成果可供參考，烤煙田間施氮、磷、鉀具體總額及比例由田間肥力和烤煙品種決定。袁有波等[20]通過蒸滲儀試驗研究得出，相同土壤含水率情況下，增大氮肥施用量可以顯著增大烤煙葉面積指數(shù)，提高葉面光合活性，促進烤煙生長，當施氮量超過67.5 kg/hm2時，光合指標呈現(xiàn)減小趨勢。由于水肥一體化技術(shù)可以顯著提高土壤養(yǎng)分的有效性，減少肥料淋失，提高肥料利用率，因此煙田施肥量比常規(guī)應(yīng)減少20% ~ 30%，以免后期氮素過剩，煙葉貪青晚熟，影響烘烤質(zhì)量[21]。水肥一體化條件下，能使烤煙產(chǎn)量、水分生產(chǎn)效率及氮肥偏生產(chǎn)力3個指標在內(nèi)的綜合效益最大化的水肥協(xié)作方案為：每公頃煙田全部磷素以及氮素70% ~ 80%、鉀素70% ~ 80% 作為基肥施入，其余氮素和鉀素按伸根期-旺長期-成熟期相應(yīng)比例隨灌溉施入，具體比例根據(jù)烤煙品種需肥定律確定。以河南地區(qū)為例，主要種植品種為中煙100，研究建議每公頃煙田全部磷素、氮素70%、鉀素70% 作為基肥施入，其余氮素和鉀素按伸根期-旺長期-成熟期比例40%-60%-0% 隨灌溉施入。伸根期需水量在100 mm左右，每5 d觀測一次田間持水率，田間持水率低于60% 時單次灌水67.5 m3/hm2，總共灌水次數(shù)不超過10次，暴雨時注意排水，每次灌水同時施用氮素和鉀素，總施用氮素、鉀素為除去基肥后的40%；旺長期需水量在150 mm左右，每3 d觀測一次田間持水率，田間持水率低于70% 時單次灌水67.5 m3/hm2，總共灌水次數(shù)不超過10次，暴雨時注意排水，每次灌水同時施用氮素和鉀素，總施用氮素、鉀素為除去基肥后的60%；成熟期需水量在100 mm左右，每5 d觀測一次田間持水率，田間持水率低于60% 時單次灌水67.5 m3/hm2，總共灌水次數(shù)不超過10次，灌水期間不再施用肥料。不同煙區(qū)土壤肥力、氣候條件有所不同，灌溉施肥制度的確定需根據(jù)實際情況做出調(diào)整。

灌水次數(shù)和灌水時間根據(jù)烤煙需水要求和土壤水分狀況來確定，以達到適時適量灌溉。施肥時間和施肥定額根據(jù)煙田養(yǎng)分情況以及烤煙生長需求來確定，制定水肥制度的關(guān)鍵是確定烤煙各次合理的水肥時間和水肥定額，即為了使烤煙不致因水分不足而減產(chǎn)減質(zhì)，在烤煙遭受干旱時及時適量灌水，在過量降雨時及時排水，根據(jù)烤煙生理特征按時施肥，以滿足烤煙優(yōu)質(zhì)適產(chǎn)所需要的水肥條件。

3 我國烤煙水肥一體化技術(shù)發(fā)展進程

水肥一體化技術(shù)源起17世紀末英國博物學(xué)家John Woodward用不同來源水分種植植物的實驗室水培研究。1974年，我國從墨西哥引進滴灌設(shè)備，開始了水肥一體化技術(shù)研究及相關(guān)設(shè)備研制，至1980年我國自主研發(fā)的第一代滴灌設(shè)備產(chǎn)生，打開了我國水肥一體化技術(shù)研究的新局面[22]。

在我國烤煙生產(chǎn)上，自2004年國家煙草專賣局煙草優(yōu)化灌溉理論和技術(shù)研究項目的實施以來，化肥減量與節(jié)水灌溉緊密結(jié)合的水肥一體化研究逐步深入開展。2007年，河南平頂山引進了滴灌、噴灌、微噴及自動化水分檢測和控制設(shè)備進行大面積灌溉現(xiàn)代化示范，在節(jié)水、省工、保護土壤、增質(zhì)穩(wěn)產(chǎn)等方面均體現(xiàn)出了其優(yōu)越性，為我國煙田灌溉現(xiàn)代化提供了示范。2010年，許昌全國會展示了水肥一體化技術(shù)推廣應(yīng)用成果，并繼續(xù)研發(fā)推廣配套設(shè)備。2013年，河南、山東煙區(qū)開始大面積推廣示范水肥一體化技術(shù)。2014年煙草行業(yè)煙草栽培重點實驗室專項——植煙土壤肥力培育及提高肥料利用率技術(shù)研究通過審批，煙草栽培重點實驗室與河海大學(xué)對煙草水肥一體化技術(shù)提質(zhì)增效效應(yīng)進行了深入研究，進一步明確了水肥一體化提質(zhì)增效效應(yīng)和機理，建立了平原區(qū)水肥一體化的技術(shù)模式。2016年國家煙草專賣局辦公室文件提出水肥一體化技術(shù)成為煙葉生產(chǎn)三項主推技術(shù)之一，并形成四大體系：一是與當?shù)氐匦蔚孛病⒐喔葪l件相適應(yīng)的水肥一體化設(shè)施設(shè)備體系；二是與煙株各生育期需水需肥規(guī)律相適應(yīng)的水肥精準高效供應(yīng)體系；三是與水肥一體化技術(shù)相配套的農(nóng)藝措施體系；四是與種植規(guī)模和專業(yè)服務(wù)水平相適應(yīng)的運行管理體系。進一步推進了烤煙水肥一體化技術(shù)的深入發(fā)展。

4 水肥一體化對烤煙生產(chǎn)的影響研究

4.1 對烤煙生長發(fā)育或生理生化的影響

煙株根系生長發(fā)育直接影響地上部分形態(tài)建成。水肥一體化條件下土壤通透性、煙株根系通透性提高，根際區(qū)域氧氣濃度上升，可以減輕還原性物質(zhì)對根系細胞的損害，使根系分生組織細胞分裂速度加快，細胞長度增加，進而增加側(cè)根與不定根數(shù)量。同時，水肥一體化促進土壤中有效氮供應(yīng)量上升，根系營養(yǎng)狀況得到改善，有利于根系對氮素的同化吸收和自身生長發(fā)育[23-24]。

席奇亮等[25]通過比較水肥一體化條件下豫煙6號和秦?zé)?6的生長差異得出，水肥一體化條件下兩個品種各項農(nóng)藝性狀指標均高于常規(guī)灌溉處理，尤其在株高、中部葉葉長、葉寬等3項指標效果顯著。該研究還指出，水肥一體化處理在葉齡10 ~ 70 d整個過程中鮮煙葉鉀含量始終高于常規(guī)處理，能夠有效提高不同生育期煙葉鉀含量，這與史宏志等[4]研究結(jié)果相一致。霍昭光等[26]研究顯示，與傳統(tǒng)大田溝灌模式相比，滴灌水肥一體化顯著提高煙株株高、莖圍、最大葉面積等指標，分別達到對照處理的1.09倍、1.02倍和1.07倍。該研究還顯示，水肥一體化能夠增加根系體積以促進煙株對水分和養(yǎng)分的吸收運轉(zhuǎn)，有效提高根系面積、總吸收面積、活躍吸收面積和比表面積，提高根系活力、ATPase生理活性，這與Aqueel等[27]在不同小麥品種上的研究、Sandhu等[28]在水稻上的研究結(jié)果類似。

此外，水肥一體化技術(shù)可以有效緩解干旱脅迫下烤煙煙葉中葉綠素的降解，保證煙株光合作用的正常進行，同時改善煙株體內(nèi)生理活性強度，增強對CO2吸收能力。隨著氣孔導(dǎo)度的增加，有利于氣孔和外界進行CO2交換, 提高胞間CO2濃度，進而提高煙株光合作用強度，增加凈光合速率，并且改善煙田微氣候環(huán)境，降低葉片蒸騰失水[26]。劉國順等[29]通過比較不同灌溉方式對烤煙光合作用的影響得出，滴灌可以顯著提高烤煙生長凈光合速率，尤其提高大田前中期凈光合速率。由此可見，水肥一體化在烤煙生產(chǎn)上的合理運用，能夠有效促進烤煙根系及葉片的生長發(fā)育，提高煙葉鉀含量及光合作用強度，增加干物質(zhì)積累。

4.2 對烤煙經(jīng)濟性狀的影響

水肥一體化技術(shù)一方面節(jié)水節(jié)肥效益明顯，人工成本大幅降低；另一方面，可以促進煙株生長發(fā)育，提高烤煙葉面積，進而促使干物質(zhì)積累量，為烤煙產(chǎn)量產(chǎn)值的提高奠定了基礎(chǔ)。四川涼山地區(qū)研究顯示，滴灌模式下烤煙產(chǎn)量達2 475.77 kg/hm2，較雨養(yǎng)處理產(chǎn)量1 785.75 kg/hm2提高38.64%，而溝灌和穴灌僅分別提高32.01%、23.31%[30]。楊金樓等[31]在山東安丘研究試驗指出，滴灌比溝灌烤煙產(chǎn)量增加537.8 kg/hm2，增幅23.3%；均價提高1.1元/kg，增幅19.3%；產(chǎn)值增收6 000.90元/hm2，增幅44.9%。向鵬華等[32]在云南大理研究得出，滴灌水肥一體化技術(shù)可使中上等煙比例達到85%。范藝寬等[11]在許昌進行水肥一體化精細化管理試驗指出，水肥一體化模式下，上等煙比例明顯提高，這與金文華等[33]駐馬店銅山煙區(qū)研究結(jié)果相一致。

申艷芝等[34]指出，滴灌水肥一體化能夠均勻澆灌每株植物，提高煙株生長均勻度，降低外界因素對烤煙影響，提高烤煙整體產(chǎn)量。還有研究指出，滴灌水肥一體化技術(shù)的應(yīng)用可減少復(fù)合肥使用量，降低肥料投入成本，提高烤煙生產(chǎn)經(jīng)濟效益。隨著復(fù)合肥使用量的下降，憨煙、返青煙面積明顯縮減，不會對煙株產(chǎn)量造成影響，反而降低煙葉烤壞率，確保了煙葉質(zhì)量[35]。由此可見，不同地區(qū)水肥一體化在烤煙生產(chǎn)上的應(yīng)用，可不同程度提高烤煙產(chǎn)量、產(chǎn)值、上等煙比例等經(jīng)濟性狀，同時結(jié)合該技術(shù)降本減工等特點，有效提高烤煙種植經(jīng)濟效益。

4.3 對烤煙品質(zhì)性狀的影響

有研究表明，與澆灌相比，滴灌技術(shù)能夠改善煙葉內(nèi)在品質(zhì)，有效解決由于季節(jié)性干旱引起的煙葉品質(zhì)下降問題[36]。趙哲等[37]在云南普洱景東煙區(qū)研究得出，滴灌模式可以提高云煙87烤后煙葉還原糖、總糖和鉀含量，降低上中部葉煙堿含量、氯含量，達到“提鉀降氯”的目的，使糖堿比、兩糖比、鉀氯比等各項化學(xué)指標更為協(xié)調(diào)。

合理的水肥條件能夠改善烤后煙葉化學(xué)成分，提高煙葉內(nèi)在品質(zhì)。煙葉油分越足，煙葉中還原糖、總糖、鉀含量越高，煙堿、總氮含量越低，香氣質(zhì)越好，香氣量越足[38]。研究指出，滴灌水肥一體化可有效提高烤后煙葉外觀質(zhì)量和內(nèi)在品質(zhì)。與常規(guī)施肥灌溉方式相比，烤后煙葉色度、光澤、油分、柔軟性、葉面組織結(jié)構(gòu)、葉片結(jié)構(gòu)等外觀質(zhì)量得以改善，尤其在油分方面表現(xiàn)最為顯著。該研究還指出，滴灌水肥一體化能夠顯著提高類西柏烷類降解產(chǎn)物茄酮、茄醇、茄尼呋喃、降茄二酮等香味物質(zhì)含量，提升烤煙品質(zhì)性狀[25]。有研究顯示，滴灌還可有效降低煙葉尼古丁含量[24]。綜上所述，水肥一體化有利于改善烤后煙葉外觀質(zhì)量，通過增加煙葉中性致香物質(zhì)含量來提高烤后煙葉香氣質(zhì)量，提升香氣豐富性、透發(fā)性、流暢性、圓潤性、舒適度，降低刺激性，通過提高鉀含量改善烤后煙葉燃燒性和灰色，同時降低煙葉尼古丁含量，達到提升卷煙抽吸品質(zhì)和安全性的目的。

5 小結(jié)與展望

5.1 小結(jié)

烤煙水肥一體化技術(shù)的應(yīng)用是現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然要求，相較于傳統(tǒng)的灌溉施肥方式，水肥一體化在提質(zhì)增效、降本減工、維護生態(tài)等方面凸顯出技術(shù)優(yōu)勢，對烤煙生長發(fā)育、生理生化、經(jīng)濟性狀、品質(zhì)性狀等方面的影響也體現(xiàn)出正面效應(yīng)，目前已經(jīng)在大量室內(nèi)機理機制研究和部分大田試驗研究中得到驗證。該技術(shù)的合理運用，將轉(zhuǎn)變我國烤煙種植模式，具有廣闊發(fā)展前景。

5.2 展望

結(jié)合目前研究現(xiàn)狀，未來烤煙水肥一體化研究和推廣，可從以下幾個方面展開。

5.2.1 加大培訓(xùn)推廣力度 烤煙水肥一體化的運用，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與水利工程的二者結(jié)合。水肥一體化實施雖然能夠有效增加經(jīng)濟收入，但在前期系統(tǒng)設(shè)備的安裝成本較高，煙農(nóng)短時間內(nèi)在無法預(yù)知未來經(jīng)濟效益的情況下難以接受。此外，在實際應(yīng)用中，煙農(nóng)也難以獨立完成水肥配套設(shè)備的安裝、維護、檢修等工作。因此需要加大宣傳力度、培訓(xùn)力度、扶持力度，依靠更加先進、更加科學(xué)的方式指導(dǎo)烤煙種植，讓煙農(nóng)改變傳統(tǒng)生產(chǎn)觀念，從思想上認同新的灌溉施肥模式，并掌握各類先進水肥一體化設(shè)備的使用方法和科學(xué)合理的灌溉施肥制度，觀念與技術(shù)二者結(jié)合，才能更好推廣此項技術(shù)，實現(xiàn)烤煙生產(chǎn)的現(xiàn)代化。

5.2.2 推進土地流轉(zhuǎn)和集約化經(jīng)營 有序的規(guī)模化種植，才能有效實施現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)增值的技術(shù)含量，也是發(fā)展現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)的要件之一。水肥一體化模式下設(shè)備的引進和應(yīng)用，更適宜于大面積煙田使用，而非零星散戶種植。推進土地流轉(zhuǎn)和集約化經(jīng)營，成立合作社種植模式，既可以使不種煙的煙農(nóng)得田租，想種煙的煙農(nóng)有田種，更可以減少水肥一體化配套設(shè)備的成本投入。尤其以河南煙區(qū)為代表的的平原煙區(qū)，煙田較為集中，設(shè)備便于安裝應(yīng)用，集約化經(jīng)營節(jié)本效果更為顯著。

5.2.3 烤煙水肥一體化模式研究 1)探索烤煙地下滴灌水肥一體化。為引導(dǎo)烤煙根系向土壤深處生長，更好吸收肥料及土壤肥力，提高煙株抗逆性，可開展地下滴灌水肥一體化技術(shù)研究。直接在土壤深處煙株根系附近施入水肥，促進根系向深處生長，同時探索不同品種水肥深施的技術(shù)和方法，避免地面施水肥時造成的水分散失和養(yǎng)分揮發(fā)，進一步提高水肥利用率和經(jīng)濟效益。

2)繼續(xù)探索烤煙膜下滴灌水肥一體化。膜下滴灌是滴灌技術(shù)和覆膜技術(shù)的結(jié)合，在滴灌原有的技術(shù)優(yōu)勢上，可以進一步減緩?fù)寥浪稚⑹Ш头柿系牧苁В绕湓谀戏綗焻^(qū)強降雨氣候條件下，可能對土壤肥力的保持具有一定作用。目前國外已有不少關(guān)于烤煙膜下灌溉的研究，國內(nèi)新疆棉花膜下滴灌技術(shù)已處于國際領(lǐng)先地位，并伴有液體地膜相關(guān)研究[39-40]。烤煙膜下滴灌水肥一體化雖然已有部分研究，但因年際間氣溫不同，移栽期覆膜影響煙苗周邊空氣流通，一旦出現(xiàn)高溫情況，將對移栽煙苗成活率造成一定影響。未來可根據(jù)不同煙區(qū)氣候情況，進一步探索烤煙膜下滴灌水肥一體化移栽時機、覆膜時機、通風(fēng)處理等管理問題，以及薄膜材質(zhì)等技術(shù)問題。

3)探索多種微灌模式交叉運作。利用微噴改善田間小氣候、防止日灼傷害、減輕病蟲害和自然災(zāi)害，利用滴灌達到節(jié)水灌溉、緩解土壤板結(jié)的效果，利用覆膜保持土壤地溫、減少水分蒸發(fā)損失、抑制雜草、減緩?fù)寥辣韺欲}分積累。綜合各種微灌模式優(yōu)點，探索其在烤煙生長發(fā)育、生理生化、品質(zhì)產(chǎn)量等方面的試驗效果，嘗試多種微灌模式交叉使用試驗研究。

5.2.4 烤煙水肥一體化灌溉施肥制度研究 1)水肥一體化模式下減氮。隨著烤煙水肥一體化技術(shù)不斷成熟，肥料利用率得到大幅提高，烤煙對氮素的吸收更為充分，若繼續(xù)沿用傳統(tǒng)灌溉施肥模式下的施氮量，可能會導(dǎo)致氮素過量，煙葉貪青晚熟，或出現(xiàn)黑暴煙，并造成土壤、環(huán)境的污染。未來研究中，可進行水肥一體化下常規(guī)施氮處理和適當減氮處理下，烤煙各項指標的比較，探索水肥一體化模式下不同品種最佳施氮量，繼續(xù)開發(fā)煙草專用液體肥料。

2)建立灌溉施肥制度數(shù)據(jù)庫。通過分析水肥一體化模式下土壤水分供給、肥料運籌對煙株的生長發(fā)育、生理生化、產(chǎn)量品質(zhì)等方面影響，進一步探討在該技術(shù)下，肥料及水分在土壤壟體內(nèi)的遷移運動狀態(tài)及分布情況；在考慮品種、氣候、土壤質(zhì)地、肥力、含水量等因素時，確定煙草大田全生育期內(nèi)的水肥次數(shù)、每次的水肥施用日期、水肥施用周期和施肥定額與灌溉定額等5項內(nèi)容，完善不同品種、地區(qū)適宜的灌溉施肥制度和肥料配比模型，并建立數(shù)據(jù)庫，為滴灌水肥一體化技術(shù)在烤煙生產(chǎn)上的應(yīng)用提供更多參考依據(jù)。

3)自動化控制監(jiān)測設(shè)備研發(fā)。當前烤煙水肥一體化技術(shù)的應(yīng)用，根據(jù)不同烤煙品種、土壤狀況，配套實施方案有所不同，尤其受年際間氣候等不可控因素的影響最為顯著，導(dǎo)致既定的灌溉施肥制度與實際烤煙生長水肥需求有所出入。因此，需進一步研發(fā)自動化控制監(jiān)測配套設(shè)備，及時對土壤、天氣等情況進行預(yù)測，以便根據(jù)實際情況及時調(diào)整灌溉施肥制度，滿足烤煙生長需求。

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Research and Application Advances in Fertigation Technology in Flue-cured Tobacco Production

XIE Zhan1, SHAO Xiaohou2, DUAN Weidong3, LI Hongliang4, SHI Hongzhi1*

(1 Henan Agricultural University, National Tobacco Cultivation & Physiology & Biochemistry Research Center, Zhengzhou 450002, China; 2 College of Agricultural Engineering, Hohai University, Nanjing 210098, China; 3 China Tobacco Henan Industrial Co., Zhengzhou 450000, China; 4 Xiangxian Branch of Xuchang Tobacco Company, Xuchang, Henan 461700, China)

This paper reviewed the research advances in fertigation technology in flue-cured tobacco production in recent years, including system composition, water and fertilizer operation and the effect for fertigation technology on growth, physiological and biochemical characteristics, economic characters and quality traits of flue-cured tobacco; Meanwhile, this paper prospected the technical problems and research directions which needs to be solved for fertigation technology in flue-cured tobacco production with actual production, the related results can provide a useful reference for promoting the application and popularization of fertigation technology in the production of flue-cured tobacco.

Fertigation; Drip irrigation; Flue-cured tobacco

煙草行業(yè)煙草栽培實驗室項目(201601)資助。

(shihongzhi88@163.com)

謝湛(1995—)，男，湖北赤壁人，碩士研究生，主要從事煙草栽培生理生化研究。E-mail: xie5356503@163.com

10.13758/j.cnki.tr.2019.02.004

S572；S723.6

A