水肥一體化管理對烤煙農藝性狀及經濟效益的影響

劉鹍鵬 楊正權 朱溥 趙德斌 楊俊 劉揚 馬富裕

摘要：為了探究滴灌條件下水肥一體化管理對烤煙農藝性狀及經濟效益的影響，在云南省昆明市尋甸縣設置對比試驗，對紅花大金元（HD）和K326（K）品種設定3月22日（T1）、4月17日（T2）2個移栽期，每個品種分別設置5個不同施肥量處理，分別為P0（施肥量HD 180 kg/hm2、K 360 kg/hm2，運籌方式為100%追施，N ∶P2O5 ∶K2O=1 ∶1 ∶2），P1、P2、P3（施肥量分別為HD 120、180、240 kg/hm2，K 240、360、480 kg/hm2，運籌方式為30%基施+70%追施，N ∶P2O5 ∶K2O=1 ∶1 ∶2）和CK（當地煙民常規施肥，對照）。結果表明，與對照相比，在T2移栽期HD和K施肥量分別為180 kg/hm2（HDP0）和360 kg/hm2（KP0），N ∶P2O5 ∶K2O=1 ∶1 ∶2的處理可以顯著增加烤煙的株高、有效葉片數、葉面積指數，增加產值。在田間驗證試驗中，水肥一體化管理的烤煙田比對照田肥料施用量減少20%，產量增加 1 090.9 kg/hm2，產值增加30 051.4元/hm2。

關鍵詞：烤煙;水肥一體化;滴灌技術;施肥量;移栽期;產量;產值

中圖分類號：S572.06;S572.07?文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2020）08-0094-09

收稿日期：2019-03-15

基金項目：國家重點研發計劃（編號：2017YFD0201900）;國家自然科學基金地區基金（編號：31860346）;石河子大學高層次人才科研啟動項目（編號：RCSX2018B09）;石河子大學新疆生產建設兵團綠洲生態重點實驗室開放課題發展基金（編號：201802）。

作者簡介：劉鹍鵬（1994—），男，河南鹿邑人，碩士研究生，主要從事作物生理生態方面的研究。E-mail：791586954@qq.com。

通信作者：劉?揚，博士，講師，主要從事作物營養與精準栽培研究。E-mail：373750291@qq.com。

20世紀80年代以來，我國經濟作物產量實現了跨越式增長，化肥的作用功不可沒。相關統計資料顯示，我國耕地面積只占全世界總面積的7%左右，但化肥的使用量已經超過世界化肥用量的25%。截至2014年年底，我國單位耕地面積的化肥施用量位居全球第4，數量已遠超越發達國家設置的化肥使用安全量的上限。研究發現，盲目、過量施用肥料顯著抑制植物生長，導致產量和品質下降，以及水體和環境污染現象日趨嚴重[1]。云南省尋甸縣是烤煙生產的主要地區之一，由于山地較多，海拔落差大，水源調控困難，春季干旱，導致大量基肥利用率降低。目前關于減少烤煙化肥用量的研究已在國內外相繼展開并取得了較好的成果[2-5]，研究如何高效利用肥料，積極響應農業農村部《到2020年化肥使用量零增長行動方案》和《到2020年農藥使用量零增長行動方案》[6-7]，實現烤煙化學肥料減施是行業亟待解決的問題。

滴灌技術是迄今為止農田灌溉最節水的灌溉技術之一。滴灌技術大幅度提高了作物的水分利用效率，并顯著增加了作物產量[8-9];Kumar等將滴灌技術應用于草莓栽培，發現滴灌技術顯著提高了草莓的養分利用率（179.20%）、灌溉水利用率（84.40%）和產量（343%）[10]。恰當的灌溉技術配合養分管理能提高作物的產量與品質。

水肥一體化技術（又稱微灌施肥技術），是將灌溉與施肥融為一體的農業新技術[11-12]。水肥一體化技術通過多次滴灌施肥，實現低濃度、高頻次均衡穩定供應肥料，可減輕高濃度肥料對植株根系的鹽分脅迫效應，實現植株對養分及水分持續、均勻、穩定的吸收，減少肥料養分在土壤中的淋失和揮發。研究表明，水肥一體化技術能夠有效促進煙株早生快發，增強煙株抗逆能力，使后期養分供應虧缺合理，提高煙葉產量品質，提高種植效益[13]。但關于水肥一體化技術在生產應用中的鹽分累積、投資成本高、對水源和肥料要求高等問題還未深入研究。

本研究基于滴灌水肥一體化技術引入精準施肥技術，探索水肥一體化條件下適宜的施肥量及其在烤煙不同生長階段的施用配比，以達到促進煙株穩產優質生長的目的，旨在為建設云南烤煙穩產優質的規模化生產體系提供依據。

1?材料與方法

1.1?試驗材料

小區試驗選用當地主栽品種紅花大金元（簡稱HD）、K326（簡稱K）為試驗材料，于2018年在云南省尋甸縣大河橋村煙草推廣站（25°49′N，103°28′E）進行，試驗地海拔1 865 m，土壤質地較黏重，多黏土;pH值為7.1，有機質含量為37.15 g/kg，速效氮含量為91.50 mg/kg，速效磷含量為57.08 mg/kg，速效鉀含量為201.25 mg/kg，鈣、鎂含量較高，硼、鋅含量較低。

小區試驗的水源由當地推廣站配套工程修建的100 m3蓄水池提供，灌溉系統首部連接潛水泵（流量5 m3/h，揚程25 m），管網系統由主管道[聚乙烯（PE）材質，管徑75 mm]連接支管（PE材質，管徑32 mm）及內鑲式滴灌帶（PE材質，直徑16 mm，滴頭間距300 mm，流量2.0 L/h）組成。

田間驗證試驗以云煙87為供試品種，于尋甸縣金所白家哨村（25°56′N，103°21′E）進行，試驗地海拔 2 052 m，土壤為紅壤，質地為重壤，pH值為6.5，有機質含量為30.25 g/kg，速效氮含量為 101.29 mg/kg，速效磷含量為58.33 mg/kg，速效鉀含量為160.8 mg/kg。水肥一體化水溶肥由昆明勁勛肥業股份有限公司按照試驗需求特制。對照組、農戶自種肥料為煙草公司統一分配煙草專用肥（N、P2O5、K2O含量為12%、9%、24%）。

田間驗證的試驗水源由當地煙草公司修建的 1 000 m3 蓄水池提供，灌溉系統首部連接臥式離心泵（流量50 m3/h，揚程15 m），連接水肥一體化管理系統（新疆石達賽特科技有限公司提供），由主管道[聚氯乙烯（PVC）材質，管徑125 mm]連接支管（PE材質，管徑75 mm）及內鑲式滴灌帶（PE材質，管徑16 mm，滴頭間距300 mm，流量2.0 L/h）組成。

1.2?試驗方法

在小區試驗中，對HD和K品種設定3月22日（T1）、4月17日（T2）2個移栽期，每個品種分別設置5個不同施肥量處理，分別為P0（施肥量分別為HD 180 kg/hm2、K 360 kg/hm2，運籌方式為100%追施，N ∶P2O5 ∶K2O=1 ∶1 ∶2），P1、P2、P3（施肥量分別為HD 120、180、240 kg/hm2，K 240、360、480 kg/hm2，運籌方式為30%基施+70%追施，N ∶P2O5 ∶K2O=1 ∶1 ∶2）和CK（以當地煙民常規施肥管理作為對照）。具體試驗設計見表1。所用水溶肥氮磷鉀總量比例不變，為1 ∶1 ∶2。CK肥料中氮磷鉀含量為12%、9%、24%（當地施肥習慣），供試肥料為煙草公司統一配發的專用肥。試驗共20個處理，每個處理重復3次，小區面積為 0.005 hm2，株行距為60 cm×120 cm;所有處理共計60個小區，每個小區間隔1 m，每個重復之間間隔 2 m，試驗田周圍種植保護行。

烤煙在不同生育時期對氮磷鉀的需求不同，根據試驗方案設置3種不同氮磷鉀比例水溶肥，移栽至揭膜前（移栽后0～7 d）施一號肥（N、P2O5、K2O含量分別為12%、12%、24%），移栽后7～40 d施二號肥（N、P2O5、K2O含量分別為18%、18%、9%），移栽后 40～90 d施三號肥（N、P2O5、K2O含量分別為0、0、52%）。以KP2和HDP2處理為例，30%總肥量作基肥，70%總肥量分3個不同時期共13次隨水滴入（表2）。

田間驗證試驗選用云煙87為供試材料，在T2時期移栽，施肥量及施肥方式與小區試驗KP2處理一致。試驗田土地面積為2.4 hm2，株行距為 60 cm×120 cm;對照處理采用450 kg/hm2施肥量的常規烤煙復合肥（N、P2O5、K2O含量分別為12%、9%、24%）;農戶自種處理采用478.1 kg/hm2烤煙復合肥（N、P2O5、K2O含量分別為12%、9%、24%）加適量農家肥。

1.3?測定項目和方法

1.3.1?農藝性狀調查?在烤煙的團棵期、現蕾期、打頂期對各個小區進行農藝性狀調查。主要調查內容包括株高、莖粗、有效葉片數、最大葉長、最大葉寬等。測定方法參照YC/T 142—1998《煙草農藝性狀調查方法》。

1.3.2?烤煙經濟性狀調查?按GB 2635—1992《烤煙》對烤煙進行分級、稱質量，分小區計算產量、產值，最后折算出產量、產值、均價、上等煙比例及級值等指標。

1.4?數據處理與分析

利用Microsoft Excel 2010、SPSS 20.0軟件進行圖表編輯和數據分析及統計檢驗。

2?結果與分析

2.1?水肥一體化對烤煙經濟性狀的影響

相同施氮量和運籌模式下，T2移栽期的紅花大金元、K326品種產量和產值均高于T1移栽期。此外，在P1、P2、P3處理下，紅花大金元、K326品種的產量和產值隨著施氮量的增加呈先增加后下降趨勢，在P2處理下達到峰值。在T2移栽期下，與P2處理相比，K326 P0處理在產量和產值上分別增加了74.55 kg/hm2、1 702.65元/hm2，紅花大金元P0處理在產量和產值上分別增加了16.73 kg/hm2、1 509.45元/hm2（圖1）。

在T2移栽期下，與CK1相比，K326品種P0處理產量增加312.75 kg/hm2，產值增加10 738.95元/hm2，中上等煙比例提高2.77%，均價增加2.72元/kg;與CK2相比，紅花大金元品種P0處理產量增加 417.23 kg/hm2，產值增加10 947.80元/hm2，中上等煙比例提高1.86%，均價增加1.63元/kg（表3）。

2.2?水肥一體化對烤煙農藝性狀的影響

2.2.1?株高?基于水肥一體化設備，2個供試品種在各個處理下的株高均高于各自CK。其中，T1、T2移栽期下，2個品種打頂期株高在P0處理下均達到最高值。在P1、P2、P3處理中，株高隨施肥量的增加總體呈增加的趨勢，但差異不顯著（圖2）。

2.2.2?有效葉片數?整個生育時期內，不同處理下的有效葉片數均隨著生育期的推進呈現先快速增加后平穩變化的趨勢。水肥一體化處理下，2個供試品種的煙株有效葉片數均多于各自CK，且不施基肥全部作追肥處理（P0）的有效葉片數高于30%基肥+70%追肥處理（P1、P2、P3處理）。K品種在現蕾期和打頂期的有效葉片數表現為KP0﹥KP3﹥KP2﹥KP1﹥CK1。HD品種在團棵期的有效葉片數表現為HDP0﹥HDP3﹥HDP1﹥HDP2﹥CK2，打頂期的有效葉片數表現為HDP0﹥HDP3﹥HDP2﹥HDP1﹥CK2（圖3）。

2.2.3?莖圍?在移栽期方面，2個品種各生育時段莖圍在T2處理下均顯著優于T1處理。實施水肥一體化管理的煙株莖圍均大于CK。實施水肥一體化30%基肥+70%追肥各處理（除打頂期的HD品種）的最終煙株莖圍隨施肥量增加而增加，但差異不顯著（圖4）。

2.2.4?葉面積指數?烤煙葉面積的增長與生育階段密切相關，分為“緩慢增長”“快速增長”“相對穩定”3個階段，水肥一體化各處理的葉面積指數均大于CK，HD、K品種T2處理的葉面積指數在團棵期、現蕾期、打頂期均優于T1處理（圖5）。

T1處理下，在各個生育時期P1、P2、P3處理K品種的葉面積指數均隨施肥量的增加呈增加趨勢，P0處理在現蕾期和打頂期顯著優于P3處理，CK1表現最差。P1、P2、P3處理HD品種的葉面積指數在團棵期、現蕾期和打頂期呈隨施肥量增加而增加趨勢;P0處理在各個生育期均顯著優于P3處理，CK2最低。

T2處理下，在團棵期和現蕾期P1、P2、P3處理K品種的葉面積指數均隨施肥量的增加呈先增大后減小趨勢，打頂期隨施肥量的增加呈增長趨勢，P0處理在各個生育時期均顯著優于P3，CK1最低;在團棵期和打頂期時，P1、P2、P3處理HD品種的葉面積指數隨施肥量的增加呈增長趨勢，在現蕾期時隨施肥量的增加呈先下降后增加趨勢;在各個生育時期P0處理均優于P3處理，CK2最低。

水肥一體化技術對烤煙形成較大的葉面積指數具有顯著作用，且不施基肥將肥料全部用作“一水一肥”滴灌能最終獲得較高的葉面積指數。

2個品種在T2移栽期下實施水肥一體化全部用作追肥處理，均優于提前移栽處理或部分肥料用作基肥處理。K326品種T2移栽期下100%水肥一體化追肥處理（KP0）表現最佳，株高、有效葉片數、莖圍、葉面積指數較CK1分別增加23.4%、12.9%、8.1%、32.3%。紅花大金元品種T2移栽期下在株高、莖圍、葉面積指數上均較對照組有顯著提高，100%水肥一體化追肥處理（HDP0處理）表現最佳，株高、有效葉片數、莖圍、葉面積指數分別較CK2增加15.5%、11.4%、16.8%、30.1%。

2.3?水肥一體化下移栽期和施肥量的交互作用對烤煙農藝性狀的影響

移栽期和施肥量對有效葉片數、莖圍、最大葉長、最大葉寬、葉面積系數、產量和產值有不同程度影響。結果（表4）表明，T1移栽期較T2移栽期的以上性狀指標有不同程度的下降。紅花大金元品種的移栽期和施肥量對最大葉寬、產值具有顯著影響（P<0.05），且二者具有交互作用。T2移栽期下不施基肥，180 kg/hm2施肥量全部追施處理，紅花大金元烤煙的最大葉寬達到最大值，產值達到最高值。K326品種的移栽期和施肥量對葉面積指數具有顯著影響（P<0.05），且二者具有交互作用。T2移栽期下不施基肥，360 kg/hm2施肥量全部追施處理，K326烤煙的葉面積指數達到最大值。

2.4?田間驗證試驗

打頂期水肥一體化處理在株高、莖圍、有效葉片數和葉面積指數表現上明顯優于對照處理與農戶自種田煙株（圖6）。

水肥一體化管理下的田間驗證試驗產量達 3 244.2 kg/hm2，較對照、農戶自種處理增加507%、456%;田間驗證試驗產值達76 2387元/hm2，較對照、農戶自種處理增加65.1%、54.5%;在均價、級指、產指、上等煙比例和上中等煙比例上均有不同幅度的提高（表5）。

3?討論

水肥一體化能夠使肥料充分水溶化，增強水肥協同作用，以利于烤煙吸收利用，促進煙株快速健康生長;另外，通過多次滴灌施肥，實現養分低濃度、高頻次穩定供應，可減輕高肥料濃度對煙株根系的鹽分脅迫效應，實現煙株對養分及水分的持續、均勻、穩定吸收，減少肥料在土壤中的淋失和揮發損失[14]。

從試驗結果來看，基于水肥一體化管理，于4月17日移栽，肥料100%追施處理下的烤煙生長農藝性狀、產量和產值表現最佳。與傳統CK相比，紅花大金元肥料施用量減少24.7%，產量提高30.5%，產值增加35.4%;K326肥料施用量減少24.7%，產量提高19.6%，產值增加32.5%。這與前人研究的改進施肥方法，特別是減少施肥量和改變施肥方式可以顯著改善煙株農藝性狀，提升葉片質量，增加產量、產值，降低生產成本，但不同品種間存在差異的結果[14-16]相一致。究其原因，可能是水肥一體化技術可以實現水分和養分在時間上的同步和空間上的耦合，有效解決常規栽培模式下水肥供應不協調和耦合效應差的弊端[17]，可以明顯提高養分和水分的利用效率，同時也有助于減少煙田的養分流失[18]。本研究中，無基肥和30%基肥處理結果更進一步說明水肥一體化可顯著提高肥料利用率。另外，傳統的施肥方式是以基肥形式一次性施用為主，1次或2次追施為輔，肥效一次性大量釋放，造成開始一段時間營養由于過剩而流失，而后又處于“半饑餓”狀態，影響烤煙的正常生長發育，再次追肥由于耗費人工，增加了生產成本。水肥一體化技術結合煙株不同生育期的需肥規律，定時定量持續給予養分，能夠顯著改善煙株的株高、有效葉片數和葉面積指數，從而提高煙葉品質及產量。

林鸞芳研究發現，在移栽后40～50 d，烤煙對氮素吸收達到最高值，鉀肥追施時期后移有利于烤煙對鉀的積累[19]。劉衛群等的研究結果表明，移栽后20 d追施30%氮素，煙株高，有效葉片數多[20]。何佳等在水肥一體化試驗中，使用芝麻餅肥、過磷酸鈣作基肥條施;追肥采用高氮液體肥料（N、P2O5、K2O含量為21%、7%、7%）和高鉀液體肥料（N、P2O5、K2O含量為7%、21%、21%）分別在移栽后20、30、40、50 d隨滴灌施入[13，16]。本研究充分考慮烤煙需肥規律，采用3種不同元素比例水溶肥在移栽至揭膜前施一號肥（N、P2O5、K2O含量為12%、12%、24%）、移栽后0～35 d施二號肥（N、P2O5、K2O含量為18%、18%、9%）、移栽后40～90 d施三號肥（N、P2O5、K2O含量為0、0、52%），通過水肥一體化管理分13次按照“一水一肥”的施用方法精確施用。這種施肥方式充分地考慮了在當地土壤條件下烤煙對N、P2O5、K2O總養分的適宜需求及烤煙在不同生育時段對不同養分需求的差異性，最終達到較好的生產效益和經濟效益。

滴灌烤煙水肥一體化精準施肥技術可以顯著改善煙株的農藝性狀，降低生產成本，提高經濟效益。由小區試驗結果可知，供試品種在4月17日移栽最佳，紅花大金元在180 kg/hm2、K326在360 kg/hm2肥料全部作追肥用的滴灌水肥一體化處理下可以獲得較好烤煙產量與較高的肥料利用效率。在大田驗證試驗下，肥料施用量為360 kg/hm2的處理烤煙產量達到3 244.2 kg/hm2，產值76 238.7元/hm2。因此，通過滴灌烤煙水肥一體化試驗研究，初步認為，水肥一體化技術可在烤煙生產上進一步推廣應用。

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