水肥耦合對(duì)植煙土壤理化性質(zhì)和烤煙產(chǎn)質(zhì)量的影響

杜 甫，童旭華，姬小明*，陳 鈺，張 帆，江麗芳

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 煙草學(xué)院，河南 鄭州 450002；2.福建省煙草公司 龍巖市公司，福建 龍巖 364000；3.福建甕福紫金化工股份有限公司，福建 龍巖 364000)

水肥耦合即水肥一體化技術(shù)，是將可溶性固體肥料或液體肥料配兌成液態(tài)肥，與灌溉水按比例混合通過(guò)滴灌裝置直接輸送給作物[1]。隨著現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的發(fā)展，水肥一體化技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，既能節(jié)水省工，又能提高作物產(chǎn)質(zhì)量。有研究表明，水肥一體化在黃瓜、玉米、番茄、甘蔗、蘋果、柑橘和枸杞等作物種植上已取得顯著效果[2-8]。煙草作為我國(guó)耗水量較大的經(jīng)濟(jì)作物之一，灌溉用水量很高[9]。水資源的緊缺、不均衡和干旱的持續(xù)發(fā)生對(duì)我國(guó)的煙草生產(chǎn)提出了更大的挑戰(zhàn)。水肥一體化技術(shù)作為一項(xiàng)高效節(jié)水施肥技術(shù)，采用滴灌裝置對(duì)煙草進(jìn)行高效精準(zhǔn)定位施肥，可以減少肥料損失，提高肥料利用率，使煙草根系對(duì)養(yǎng)分吸收更充分，同時(shí)減少傳統(tǒng)施肥方式對(duì)土地造成的污染，降低土壤板結(jié)的可能。隨著時(shí)代的發(fā)展，水肥一體化技術(shù)已成為我國(guó)現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)[10]。龍巖是全國(guó)重點(diǎn)煙葉產(chǎn)區(qū)之一，大部分地區(qū)屬熱帶季風(fēng)氣候，部分區(qū)域具有南亞熱帶氣候特色，氣候受海洋影響較大[11]。當(dāng)前，水資源不均衡已經(jīng)成為嚴(yán)重制約和影響龍巖煙區(qū)可持續(xù)發(fā)展的重要限制性因素。目前，在龍巖地區(qū)關(guān)于水肥耦合技術(shù)的應(yīng)用還鮮有報(bào)道，鑒于水肥耦合的優(yōu)勢(shì)，筆者結(jié)合龍巖氣候和地勢(shì)特點(diǎn)，選取能夠代表當(dāng)?shù)氐湫屯寥捞攸c(diǎn)的大田為試驗(yàn)點(diǎn)，設(shè)置3個(gè)不同的處理，探究了水肥耦合對(duì)龍巖煙區(qū)植煙土壤理化性質(zhì)和烤煙生長(zhǎng)發(fā)育以及產(chǎn)質(zhì)量的影響。

1 材料與方法

1.1 材料

供試烤煙品種為K326，供試高碳基肥由河南惠農(nóng)土質(zhì)保育有限公司提供，水溶性液體肥(平衡肥N∶P2O5∶K2O為200∶200∶200，高鉀肥N∶P2O5∶K2O為100∶50∶350)由甕福集團(tuán)提供。

試驗(yàn)土壤為黃土。土壤有機(jī)質(zhì)24.32 mg/g，速效鉀279.91 mg/kg，速效磷10.19 mg/kg，pH 6.43。

1.2 方法

試驗(yàn)于2018年3月在龍巖市上杭縣廬豐鄉(xiāng)進(jìn)行，試驗(yàn)田地勢(shì)平坦、排灌方便，前茬未使用高殘留有害除草劑。煙苗移栽日期為2月20日，株行距為50 cm×120 cm，施用純氮152.8 kg/hm2。

在控制施氮量一致的條件下，設(shè)置3個(gè)處理：CK(常規(guī)施基肥和追肥)；T1[肥料量與CK相同，常規(guī)施基肥，追肥采用水肥一體化模式，根據(jù)土壤含水量進(jìn)行稀釋，水溶肥水比例(重量比)約1∶150]；T2[常規(guī)施基肥，追肥采用液體肥，水肥一體化模式，水溶肥水比例(重量比)約1∶150)]。每個(gè)處理220株(133.3 m2)，常規(guī)基肥為條施復(fù)合肥(煙草專用肥N∶P2O5∶K2O為10∶7∶21，含硝酸鉀、硫酸鉀、磷酸二氫鉀)1237.5 kg/hm2、高碳基肥450 kg/hm2，肥料質(zhì)量總比N∶P2O5∶K2O為1∶0.7∶3.4。液體肥為甕福公司生產(chǎn)的平衡肥(N∶P2O5∶K2O為200∶200∶200)和高鉀肥(N∶P2O5∶K2O為100∶50∶350)，高碳基肥在移栽前隨基肥條施。田間管理以及其他操作均按當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)技術(shù)進(jìn)行。各處理單獨(dú)烘烤，烘烤結(jié)束后取烤后煙葉C3F等級(jí)。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目

1.3.1 土壤理化指標(biāo) 分別于煙株移栽后30、45、60、75、90、105、120 d用五點(diǎn)取樣法和剝落分離法對(duì)煙株根際土壤進(jìn)行取樣。土壤有機(jī)質(zhì)含量、速效鉀含量、速效磷含量和pH的測(cè)定參照文獻(xiàn)[12]。

1.3.2 農(nóng)藝性狀 分別于煙株移栽后30、45、60、75、90 d對(duì)煙株株高、莖圍、有效葉片數(shù)、最大葉長(zhǎng)寬等農(nóng)藝性狀進(jìn)行統(tǒng)計(jì)記錄。

1.3.3 物理特性 采用煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YC/T 28.4─1996測(cè)定方法對(duì)烤煙物理特性進(jìn)行測(cè)定。

1.3.4 常規(guī)化學(xué)成分 采用AA3型連續(xù)流動(dòng)分析儀(德國(guó)布朗盧比公司生產(chǎn))對(duì)烤煙總糖、還原糖、總氮、煙堿、鉀和氯等常規(guī)化學(xué)成分進(jìn)行測(cè)定。

1.3.5 中性致香成分 采用7890B─5977A型氣-質(zhì)聯(lián)用儀(美國(guó)安捷倫公司生產(chǎn))對(duì)煙葉中性致香物質(zhì)進(jìn)行測(cè)定。

1.3.6 次生代謝成分 采用Waters2690型高效液相色譜儀(美國(guó)Waters公司生產(chǎn))對(duì)煙葉次生代謝物質(zhì)進(jìn)行測(cè)定。

1.3.7 經(jīng)濟(jì)效益 于煙葉烘烤后對(duì)各小區(qū)煙葉的產(chǎn)量、產(chǎn)值、均價(jià)以及上等煙比例進(jìn)行統(tǒng)計(jì)記錄。

1.4 數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用DPS 7.0軟件，采用Duncan新復(fù)極差法對(duì)不同處理各指標(biāo)間差異進(jìn)行分析，小寫字母代表差異顯著性在0.05水平；運(yùn)用Office Excel 2017軟件進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 水肥耦合對(duì)植煙土壤養(yǎng)分含量的影響

表1反映了不同移栽期不同處理土壤養(yǎng)分含量的差異，移栽后30～120 d，處理T1和T2土壤速效鉀含量均高于CK，T2速效鉀含量居于首位，且移栽后30、60、75和90 d這3個(gè)處理間差異均達(dá)到顯著水平。該結(jié)果表明水肥耦合能夠顯著提升土壤的速效鉀含量，并且以水溶肥處理的提升效果最佳。移栽后45 d，T1和T2速效鉀含量均達(dá)到最大值，分別為980.00和999.13 mg/kg，分別較對(duì)照組高500.19和519.50 mg/kg；與基礎(chǔ)肥力相比，分別高出700.09和719.40 mg/kg。可見(jiàn)水肥耦合對(duì)提高土壤速效鉀含量效果極顯著。

表1 不同移栽期不同處理土壤速效鉀、速效磷、有機(jī)質(zhì)含量和pH值

移栽后30、45、75、90和120 d，T1、T2土壤速效磷含量均高于CK，且不同移栽期基本呈現(xiàn)出T2>T1>CK的趨勢(shì)，說(shuō)明水肥一體化模式下，無(wú)論追肥采用常規(guī)肥料還是液體水溶肥都能夠有效提升植煙土壤的速效磷含量，且水溶肥的效果最顯著。移栽后30 d和90 d，三者之間存在顯著性差異。移栽后45 d，CK、T1和T2土壤速效磷含量均達(dá)到最大值，分別為37.70、50.05和35.79 mg/kg，高于基礎(chǔ)肥力27.51、39.86和25.60 mg/kg。

由表1可知，不同移栽期，土壤有機(jī)質(zhì)含量變化不大，CK、T1、T2的有機(jī)質(zhì)變化量分別為4.07、4.61和4.47 mg/g。移栽后30～120 d， T1、T2處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量均高于CK，T2含量最高，說(shuō)明水肥耦合技術(shù)能夠有效提升不同移栽期植煙土壤的有機(jī)質(zhì)含量。

移栽后120 d時(shí)，土壤pH表現(xiàn)為T2>T1>CK，且均達(dá)到最大值，該階段土壤pH最接近煙草適宜生長(zhǎng)范圍(5.5～6.5)[13]。除移栽后30 d和90 d外，其余移栽期T1和T2處理的土壤pH與對(duì)照相比均有所提高。移栽后45、75和105 d，3個(gè)處理之間土壤pH存在顯著性差異。水肥耦合技術(shù)能夠適度提高土壤pH，降低土壤酸度，使pH更接近煙草生長(zhǎng)適宜范圍，從而促進(jìn)煙草根系的生長(zhǎng)發(fā)育。

2.2 水肥耦合對(duì)烤煙農(nóng)藝性狀的影響

從表2可以看出，移栽后30～90 d， T1、T2處理的烤煙株高均高于CK；移栽后30、45、60和90 d，T1、T2處理煙株莖圍均大于CK，且移栽后45 d，T1、T2與CK之間差異較顯著；移栽后30～75 d，T1、T2處理煙株最大葉長(zhǎng)均大于對(duì)照CK，且處理之間差異達(dá)到顯著水平；移栽后30～75 d，T1、T2煙株最大葉寬均大于CK，且在移栽后45 d，T1、T2與CK間存在顯著差異，移栽后30、60和75 d，處理間無(wú)顯著差異；移栽后30～75 d，T1、T2煙株有效葉片數(shù)均大于CK，且移栽后30 d，T2與CK間差異較顯著。說(shuō)明水肥耦合技術(shù)能夠有效增加煙株的株高、莖圍、最大葉長(zhǎng)寬以及有效葉片數(shù)，可能通過(guò)改善煙株的農(nóng)藝性狀來(lái)提高煙葉品質(zhì)。

表2 不同移栽期不同處理烤煙的農(nóng)藝性狀差異分析

2.3 水肥耦合對(duì)煙葉物理特性的影響

從表3中可得，采用水肥耦合T1、T2處理的單葉重均高于CK，且差異較顯著，表明水肥耦合技術(shù)能夠有效提高煙葉的單葉重；T2含梗率顯著低于T1、CK，且T1、T2均低于CK，說(shuō)明水肥耦合可以降低煙葉的含梗率。煙葉拉力表現(xiàn)為CK大于T1、T2，CK與T1、T2之間差異較顯著，說(shuō)明水肥一體化不能改善煙葉的拉力。T1、T2處理的煙葉厚度均小于CK，且差異較顯著，說(shuō)明水肥耦合技術(shù)能夠有效降低煙葉的厚度。填充值T1、T2顯著高于CK，含水率三者之間沒(méi)有顯著差異。

表3 不同處理間C3F等級(jí)煙葉物理特性差異比較

2.4 水肥耦合對(duì)煙葉常規(guī)化學(xué)成分的影響

從表4可以看出，3個(gè)處理在還原糖、煙堿、鉀、總氮、糖堿比和氮堿比之間存在顯著差異。處理T1和T2煙葉的總糖和還原糖含量均低于CK；與CK相比，運(yùn)用水肥耦合的處理T1和T2還分別降低了煙葉的煙堿含量和氯含量，但鉀含量相對(duì)減少，總氮含量提高。糖堿比，即還原糖與煙堿的比值，主要反映煙氣酸堿平衡，比值過(guò)大，雖煙味溫和，但勁頭小，香氣平淡；比值在5以下，刺激性過(guò)大，一般認(rèn)為糖堿比在8～12最佳[14，15]。T1和T2煙葉的糖堿比、鉀氯比和氮堿比均高于CK，且T1和T2糖堿比更接近優(yōu)質(zhì)烤煙范圍(10左右)；CK、T1和T2的鉀氯比均在適宜范圍(4～10)內(nèi)[16]；T1和T2的氮堿比也更接近烤煙合理范圍(0.95～1.05)[17]。上述數(shù)據(jù)說(shuō)明，T1和T2通過(guò)水肥耦合技術(shù)較常規(guī)施肥對(duì)照CK改善了煙葉的化學(xué)成分指標(biāo)。

表4 不同處理間C3F等級(jí)煙葉常規(guī)化學(xué)指標(biāo)差異比較

2.5 水肥耦合對(duì)煙葉中性致香物質(zhì)的影響

從表5可以看出，CK、T1、T23個(gè)處理中性致香物質(zhì)含量較高的兩種香氣物質(zhì)分別是新植二烯和茄酮，新植二烯為煙葉中重要的萜烯類化合物，其本身不僅具有一定的香氣，而且可分解轉(zhuǎn)化形成低分子香味成分，是煙草中重要的香味成分[18]。茄酮是類西柏烷類降解產(chǎn)物中十分重要的香氣成分，具有青香、草香及甜香，香氣較持久，可以與多種香氣較好地協(xié)調(diào)，能賦予煙草醇和的特殊香氣[15]。T1和T2處理的新植二烯含量、茄酮含量以及中性致香物質(zhì)總量均高于CK，說(shuō)明水肥耦合技術(shù)能夠提高煙葉主要致香物質(zhì)含量以及中性致香物質(zhì)總量，從而提高煙葉的品質(zhì)。T2含量最高，且3個(gè)處理之間中性致香物質(zhì)總量差異性較顯著，表明T2提高中性致香物質(zhì)總量表現(xiàn)最好。

表5 不同處理C3F等級(jí)煙葉中性致香物質(zhì)含量比較 μg/g

2.6 水肥耦合對(duì)煙葉多酚類次生代謝物質(zhì)的影響

煙草的多酚類物質(zhì)是重要的次生代謝物質(zhì)之一[19，20]，煙葉中多酚類物質(zhì)主要有綠原酸、蕓香苷和莨菪亭[21-22]。多酚類物質(zhì)是香氣前體物質(zhì)，對(duì)煙草的生理生化活動(dòng)、煙葉的色澤、卷煙的香吃味、生理強(qiáng)度等都有重要的影響[23]。從表6可知，多酚物質(zhì)類含量居首位的是T2，且T2與CK、T1之間差異顯著。T2的綠原酸含量最高，且T2與CK、T1之前存在顯著差異。莨菪亭和蕓香苷含量也以T2處理最多，說(shuō)明水肥耦合技術(shù)可以提高煙葉次生代謝物質(zhì)多酚類物質(zhì)含量，同時(shí)說(shuō)明在水肥一體化的基礎(chǔ)上，采用水溶肥效果最佳。

表6 不同處理C3F等級(jí)煙葉多酚物質(zhì)含量比較 mg/g

2.7 水肥耦合對(duì)煙葉經(jīng)濟(jì)性狀的影響

從表7可以看出，3個(gè)處理的烤煙產(chǎn)量、均價(jià)和產(chǎn)值之間差異較顯著。應(yīng)用水肥耦合技術(shù)施肥的T1、T2處理分別比常規(guī)施肥CK產(chǎn)量高出80.09、115.94 kg/hm2，均價(jià)分別高出0.15、0.27元/kg，產(chǎn)值分別高出2871.07、4005.19元/hm2，上等煙比例分別高出0.13%和2.56%。結(jié)果表明，水肥耦合技術(shù)能夠有效增加煙葉的經(jīng)濟(jì)效益，且水溶肥比常規(guī)肥料對(duì)于煙葉增產(chǎn)更有效。

表7 不同處理煙葉經(jīng)濟(jì)性狀比較

2.8 水肥耦合條件下煙葉物理特性與經(jīng)濟(jì)性狀相關(guān)性分析

從表8可以看出，在水肥耦合條件下，C3F等級(jí)烤后煙葉單葉重與煙葉產(chǎn)量和產(chǎn)值之間呈正顯著相關(guān)；含梗率與上等煙比例呈極顯著負(fù)相關(guān)，與中等煙比例呈極顯著正相關(guān)；厚度與產(chǎn)值、均價(jià)、產(chǎn)值之間都存在極顯著負(fù)相關(guān)的關(guān)系。結(jié)果表明，在水肥耦合條件下，煙葉物理特性顯著影響煙葉的經(jīng)濟(jì)性狀，從而直接影響煙葉的經(jīng)濟(jì)效益，即物理特性越好的煙葉，經(jīng)濟(jì)效益越好。

表8 C3F等級(jí)煙葉物理特性與經(jīng)濟(jì)性狀相關(guān)性分析結(jié)果

3 討論

水溶肥作為一種多元液體肥，具有節(jié)水節(jié)肥、提高水資源和肥料利用率的特點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。特別是在煙草上，水溶肥與滴灌設(shè)備結(jié)合運(yùn)用，以水帶肥，實(shí)現(xiàn)水肥一體化，可以達(dá)到省水省肥省工以及增效增收的效能。本試驗(yàn)表明，水肥耦合技術(shù)的運(yùn)用較常規(guī)施肥方式改善了植煙土壤的理化性質(zhì)，主要是提高了土壤的速效鉀、速效磷和有機(jī)質(zhì)含量，這與梁志雄等[24]的研究結(jié)果一致。水肥耦合技術(shù)還可以改善植煙土壤的pH，調(diào)節(jié)土壤酸堿平衡，有利于煙株根系正常生長(zhǎng)發(fā)育，并且施用水溶肥的處理效果表現(xiàn)較好。

農(nóng)藝性狀是煙株長(zhǎng)勢(shì)優(yōu)劣的最直接表現(xiàn)。本試驗(yàn)結(jié)果表明，水肥耦合技術(shù)能夠顯著增加烤煙的株高、莖圍、最大葉長(zhǎng)寬以及有效葉片數(shù)，這與霍昭光等[25]的研究結(jié)果相符。賀彪等[26]研究發(fā)現(xiàn)，運(yùn)用水肥耦合技術(shù)施肥，打頂后煙株株高、莖圍、節(jié)距、腰葉大小、頂葉大小的表現(xiàn)均優(yōu)于常規(guī)施肥處理。水肥耦合技術(shù)可以改善煙葉的物理特性。在本試驗(yàn)中，運(yùn)用該技術(shù)的處理提高了煙葉的單葉重，降低了含梗率和厚度，這與危月輝[27]的研究結(jié)果一致。

本研究發(fā)現(xiàn)，水肥耦合技術(shù)能夠降低煙葉的煙堿含量，降低煙葉的氯含量，提高煙葉的鉀氯比，這與席奇亮[28]的研究結(jié)果相吻合。水肥耦合技術(shù)還可以調(diào)節(jié)煙葉的糖堿比和氮堿比，使兩者均接近優(yōu)質(zhì)烤煙的范圍，有利于改善煙葉的燃吸品質(zhì)。在本試驗(yàn)中，水肥耦合技術(shù)還較常規(guī)施肥提高了煙葉次生代謝多酚類物質(zhì)(主要是綠原酸、蕓香苷和莨菪亭)的含量，這對(duì)改善煙葉的香吃味具有重要作用[29]。中性致香物質(zhì)的含量是影響煙葉品質(zhì)的關(guān)鍵因素。本試驗(yàn)運(yùn)用水肥耦合技術(shù)的處理烤煙的主要致香物質(zhì)茄酮和新植二烯的含量均高于常規(guī)施肥，并且中性致香物質(zhì)的總量也明顯高于對(duì)照，這與衛(wèi)宣志[30]的研究結(jié)果一致，這對(duì)改善煙葉的香氣量和香氣質(zhì)具有積極顯著的影響。本試驗(yàn)結(jié)果表明，水肥耦合技術(shù)可以提高烤煙的產(chǎn)量、產(chǎn)值、均價(jià)和上等煙比例，這與楊軍[31]的研究結(jié)果相吻合，水肥耦合對(duì)提高烤煙的經(jīng)濟(jì)效益具有積極意義。

4 結(jié)論

在龍巖煙區(qū)應(yīng)用水肥耦合技術(shù)對(duì)于提高植煙土壤速效養(yǎng)分含量、改善土壤理化性質(zhì)、提高煙葉產(chǎn)質(zhì)量具有顯著效果，同時(shí)起到節(jié)水節(jié)肥、省工增效的作用。綜合試驗(yàn)結(jié)果表明，追肥施用水溶肥并采用水肥耦合技術(shù)的處理為最優(yōu)處理，該施肥技術(shù)可以為龍巖煙葉生產(chǎn)提供指導(dǎo)，同時(shí)為水肥耦合技術(shù)在當(dāng)?shù)氐耐茝V提供依據(jù)。