水肥一體化對(duì)烤煙生長(zhǎng)與養(yǎng)分吸收的影響

紀(jì)祥龍，邵紅英，姚德貴，彥培強(qiáng)，蔣雨洲，王 鵬

(1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)，黑龍江 大慶 163000；2.黑龍江省煙草公司 哈爾濱煙葉公司，黑龍江 哈爾濱 150000；3.黑龍江省煙草公司 哈爾濱煙葉公司肇州分公司，黑龍江 肇州 166400)

0 引 言

近年來(lái)，由于長(zhǎng)期的連作制度和化學(xué)肥料的影響，造成土壤理化性狀?lèi)夯巴寥婪柿φ系K加劇，直接影響烤煙生長(zhǎng)和煙葉品質(zhì)[1～3]。而水肥一體、膜下滴灌是結(jié)合以色列滴灌技術(shù)和覆膜種植技術(shù)的新型節(jié)水控肥技術(shù)，能夠通過(guò)可控管道系統(tǒng)局部地滴施肥水溶液，可均勻、定時(shí)浸潤(rùn)煙株根系發(fā)育生長(zhǎng)區(qū)，實(shí)現(xiàn)水肥的同步管理和高效利用[4～5]。目前廣泛應(yīng)用于設(shè)施園藝、棉花及糧食作物，能顯著提高了水肥利用效果[6～8]，因此，通過(guò)改變傳統(tǒng)的施肥方式是科學(xué)有效解決烤煙種植業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要手段之一。同時(shí)，生長(zhǎng)前期，溫度偏低，持續(xù)少雨干旱時(shí)是制約北方煙草生產(chǎn)發(fā)展的主要?dú)庀笠蜃樱喂嗫梢愿鶕?jù)烤煙對(duì)水分的需求定量地提供適宜的灌水，覆膜能有效提高地溫1.2～8.3℃[9]，在晝夜溫度變化時(shí)，使膜內(nèi)結(jié)露，改善了烤煙生長(zhǎng)微氣候環(huán)境，通過(guò)減少土壤蒸發(fā)，調(diào)節(jié)棵間溫濕度，達(dá)到保墑增溫的效果[10～11]。礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)是烤煙生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量品質(zhì)形成的物質(zhì)基礎(chǔ)。煙葉中氮磷鉀比例決定煙葉的品質(zhì)，如香吃味、刺激性及生理強(qiáng)度[12～13]。水肥一體化可根據(jù)烤煙不同生育期的需肥特征，使氮磷鉀配比合理，調(diào)節(jié)了煙草化學(xué)成分不協(xié)調(diào)等問(wèn)題[14～17]。筆者試驗(yàn)通過(guò)研究水肥一體化對(duì)烤煙全生育期的農(nóng)藝性狀、干物質(zhì)積累、氮磷鉀利用率及水分利用的影響。旨在為黑龍江省煙葉的增質(zhì)穩(wěn)產(chǎn)提供施肥依據(jù)，實(shí)現(xiàn)東北煙區(qū)生產(chǎn)中節(jié)水增效的目標(biāo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2018年在黑龍江省大慶市肇州縣永勝鄉(xiāng)哈爾濱煙葉示范基地進(jìn)行，烤煙品種為“龍江911”，前茬作物為烤煙(3 a煙茬)，土壤類(lèi)型為黑鈣土。土壤養(yǎng)分狀況：土壤有機(jī)質(zhì)36.67g·kg-1，堿解氮138.5 mg·kg-1，速效磷47.2 mg·kg-1，速效鉀190 mg·kg-1，pH=8.2。當(dāng)?shù)貧夂驐l件見(jiàn)表1。

表1 2018年肇州氣象資料

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)共設(shè)3個(gè)處理，CK：不施任何化肥；T1：當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥；T2：水肥一體化處理(見(jiàn)表2)。試驗(yàn)采用大區(qū)對(duì)比法，在大區(qū)內(nèi)設(shè)3個(gè)取樣點(diǎn)，空白和常規(guī)施肥處理面積分別為0.19 hm2，水肥一體化面積為0.67 hm2，各處理的施肥以及灌水量如表2。烤煙專(zhuān)用肥養(yǎng)分含量為N-P2O5-K2O=6-12-18，重過(guò)磷酸鈣(P2O5=46%)，硫酸鉀(K2O=50%)，液體肥是由河南農(nóng)業(yè)大學(xué)提供(N-P2O5-K2O分別為250-120-130，g·L-1、210-70-140，g·L-1和10-0-400，g·L-1)所有處理均施用發(fā)酵餅肥(N=3%，P2O5=1.0%，K2O=1.0%)150 kg·hm-2，常規(guī)施肥處理肥料和發(fā)酵餅肥用做基肥，液體肥料分別于烤煙移栽后20 d(250-120-130，g·L-1)、35 d和40 d(210-70-140，g·L-1)和55 d(10-0-400，g·L-1)滴灌。CK、T1灌水為溝灌，T2灌水為滴灌，灌水量用流量計(jì)控制。烤煙株距0.5 m，行距1.2 m，密度為16 667株· hm-2，采用地膜覆蓋栽培。

1.2.2 田間取樣與測(cè)定項(xiàng)目 試驗(yàn)在大區(qū)內(nèi)設(shè)三個(gè)取樣點(diǎn)，分別于烤煙移栽后的團(tuán)棵期、旺長(zhǎng)期和平頂期取樣，團(tuán)棵期采地上整株，每個(gè)重復(fù)取樣3株，旺長(zhǎng)期和平頂期每次重復(fù)取1株，按照煙株上、中、下3個(gè)部位(全株總?cè)~片數(shù)由下至上各取1/3作為下中上部葉)，取樣后洗凈擦干，置于烘箱中105℃殺青30 min，然后于70℃烘干至恒重，測(cè)定干重，植株全氮的測(cè)定：濃硫酸-過(guò)氧化氫消煮，開(kāi)式法[18]；植株全磷的測(cè)定：濃硫酸-過(guò)氧化氫消煮，釩鉬黃比色法[18]；植株全鉀的測(cè)定：濃硫酸-過(guò)氧化氫消煮，火焰光度法[18]。

表2 各處理的施肥量及灌水量 (kg·hm-2)

1.2.3 計(jì)算方法 烤煙耗水量(ET)采用水量平衡法計(jì)算：ET=P +I+ΔS+G-R0-Dp；

式中P為有效降水量，mm；I 為農(nóng)田灌水量，mm；ΔS 為土體內(nèi)土壤儲(chǔ)水變化量，mm；G為地下水補(bǔ)給量，mm；R0為地面徑流量，mm；Dp為時(shí)段內(nèi)深層滲漏量，mm。以上各項(xiàng)中，由于地下水位在 20 m 以下，降雨量小且地塊平整，G、Dp、R0三項(xiàng)可忽略不計(jì)，土壤儲(chǔ)水變化量 ΔS移栽與收獲前后無(wú)顯著變化。故烤煙降水量簡(jiǎn)化為： ET=P +I。

水分利用效率(WUE)的計(jì)算公式：WUE=Y/ ET；

式中Y 為單位面積煙葉產(chǎn)量，kg·hm-2；WUEY為水分利用效率，kg·hm-2·mm；ET 為耗水量，mm[19]。

肥料吸收利用率(%)=(施肥區(qū)養(yǎng)分總累積量-不施肥區(qū)養(yǎng)分總累積量)/施肥量×100。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及作圖，用SPSS 21.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，處理間差異采用單因素方差分析，用Duncan法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 水肥一體化對(duì)烤煙農(nóng)藝性狀的影響

由表3可知，團(tuán)棵期，3個(gè)處理間的株高大小順序?yàn)門(mén)1>T2>CK，處理間差異達(dá)到顯著水平，T1與T2的葉片數(shù)均顯著高于CK，T1與T2處理間差異不顯著；旺長(zhǎng)期，處理間株高大小順序?yàn)門(mén)2>T1>CK，處理間差異顯著，T2的株高較團(tuán)棵期提高了55.7 cm，增幅高于T1增長(zhǎng)的36.6 cm。T1和T2的最大葉長(zhǎng)顯著長(zhǎng)于CK，T1和T2間無(wú)顯著差異；T2最大葉寬顯著寬于T1和CK，T1和CK之間的最大葉寬差異不顯著。

表3 水肥一體化對(duì)烤煙農(nóng)藝性狀的影響

2.2 水肥一體化對(duì)烤煙干物質(zhì)積累的影響

從烤煙不同部位的干物質(zhì)積累量看出，T2和T1處理均顯著高于CK(表4)，表明施肥對(duì)烤煙生長(zhǎng)有顯著的影響。在團(tuán)棵期，烤煙根、莖、葉部的干物質(zhì)累積量T1均高于T2處理，分別較T2提高為4.84%、20.54%和9.48%，其中在莖部差異達(dá)到顯著水平。在旺長(zhǎng)期和平頂期，烤煙莖和葉部的干物質(zhì)均表現(xiàn)為T(mén)2>T1，除平頂期的葉部外，兩處理間均已達(dá)到差異顯著水平。平頂期T2與T1相比，莖部和葉部的干物質(zhì)積累量分別提高28.19%和13.91%。隨著生育期的推延，T1處理的莖葉干物質(zhì)比值依次為18.2%、23.3%和66.2%，T2處理依次為16.5%、27.6%和74.5%，通過(guò)比較，T2不僅提高了烤煙各部位干物質(zhì)積累量，還能顯著提高莖葉干物質(zhì)比。

表4 水肥一體化對(duì)烤煙總干物質(zhì)積累的影響 (g·株-1)

2.3 水肥一體化對(duì)烤煙總氮吸收的影響

烤煙總氮素吸收量隨著生育期的推延呈現(xiàn)出增加的趨勢(shì)，CK總氮素在各個(gè)時(shí)期的吸收量均顯著低于T2和T1(圖1)。在團(tuán)棵期，T2與T1處理間總氮素吸收量無(wú)顯著差異。到旺長(zhǎng)期和平頂期，T2的總氮素吸收量均顯著高于T1處理，分別提高了29.0%和34.8%。T2與CK相比，氮素積累在旺長(zhǎng)期吸收的增幅最大，提高了74.3%；T1與CK相比，氮素積累在團(tuán)棵期吸收的增幅最大，提高了50.6%。T2在整個(gè)生育期內(nèi)對(duì)烤煙氮素吸收高于T1，并在旺長(zhǎng)期對(duì)氮素獲得集中供給，使烤煙能在最大需肥期高效吸收氮素。

圖1 水肥一體化對(duì)烤煙總氮吸收的影響

2.4 水肥一體化對(duì)烤煙總磷吸收的影響

由圖2可知，T1和T2總磷素吸收量在不同時(shí)期均顯著高于CK，團(tuán)棵期，T1與T2相比，總磷素吸收提高了19.2%，達(dá)到差異顯著水平。從旺長(zhǎng)期到平頂期，T2總磷素吸收量均顯著高于T1，分別提高了30.4%和21.0%；T1在兩個(gè)時(shí)期的磷素增長(zhǎng)量依次是每株0.314 g、0.310 g；T2在兩個(gè)時(shí)期的磷素增長(zhǎng)量分依次0.554 g和0.316 g。表明T1處理由于磷肥一次性施入，限制了磷的遷移空間，后期磷肥的肥力供應(yīng)達(dá)不到烤煙生長(zhǎng)需求。

圖2 水肥一體化對(duì)烤煙總磷吸收的影響

2.5 水肥一體化對(duì)烤煙總鉀吸收的影響

由圖3可知，CK總鉀素吸收量在各個(gè)時(shí)期的吸收量均顯著低于其它處理。T2與T1相比，從團(tuán)棵期到平頂期，表現(xiàn)出由T2的總鉀積累量低于T1，逐漸提高到T2的總鉀積累量高于T1的趨勢(shì)；在旺長(zhǎng)期，T2總鉀積累量比T1提高了30.2%，且達(dá)到差異顯著水平，在此時(shí)期T2的鉀吸收為4.680g·株-1，T1的鉀吸收為2.317g·株-1。在整個(gè)生育期里，T2較T1烤煙總鉀吸收量和單生育期內(nèi)鉀素積累量表現(xiàn)差異明顯的時(shí)期均在旺長(zhǎng)期。

圖3 水肥一體化對(duì)烤煙總鉀吸收的影響

2.6 平頂期水肥一體化對(duì)烤煙莖葉部養(yǎng)分分配和烤煙肥料、水分利用效率的影響

由圖4可知，在平頂期，與CK相比，T1和T2烤煙各養(yǎng)分積累量均顯著增加。煙株莖部的氮、磷、鉀的含量均表現(xiàn)為T(mén)2>T1>CK，且處理間的養(yǎng)分含量均已達(dá)到了差異顯著水平。在葉部，T2的氮含量顯著高于T1和CK；T2與T1的磷含量無(wú)顯著差異，而T2的磷含量顯著高于CK；T2與T1的鉀含量無(wú)差異變化，且均顯著高于CK。說(shuō)明T2更有利于煙株莖和葉部養(yǎng)分積累量的提高。 由表5顯示，T2處理的不同肥料利用率表現(xiàn)為氮肥>鉀肥>磷肥；處理間，氮磷鉀的肥料利用率均表現(xiàn)出T2>T1，T2較T1氮、磷、鉀肥料利用率分別增加41.49%、12.23%和12.74%，水分利用率提高了2.22 kg·hm-2·mm-1。說(shuō)明T2有效提高了肥料及水分的利用效率。

從表6可以看出T2處理的產(chǎn)量、上等煙比例、均價(jià)、產(chǎn)值均高于T1處理，通過(guò)水肥一體化技術(shù)能使上等煙比例達(dá)到45.92%，高出常規(guī)施肥14.49%。煙葉品質(zhì)的提高，進(jìn)而使均價(jià)提高了3.15元·kg-1；產(chǎn)值提高了8 684.6元·hm-2，獲得收益達(dá)61 100.6元·hm-2。

圖4 平頂期水肥一體化對(duì)烤煙莖葉部中礦質(zhì)養(yǎng)分吸收的影響

表5 水肥一體化對(duì)平頂期烤煙肥料及用水分效率的影響

表6 水肥一體化對(duì)烤煙經(jīng)濟(jì)效益的影響

3 討論

烤煙常規(guī)施肥忽視“以水促肥，水肥同步”的運(yùn)用，在水肥協(xié)同互作效應(yīng)下，滴灌能根據(jù)烤煙對(duì)水肥需求規(guī)律均勻、定時(shí)、定量地局部浸潤(rùn)烤煙根系發(fā)育區(qū)，能持續(xù)可控地供給根系吸收，進(jìn)而直接影響著煙葉的農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量[20]。該試驗(yàn)結(jié)果表明，較常規(guī)施肥相比，從團(tuán)棵期到旺長(zhǎng)期水肥一體化有效提高了烤煙株高和最大葉寬的增長(zhǎng)幅度，在旺長(zhǎng)期株高和最大葉寬均顯著高于常規(guī)施肥，這與薛如君等[21]研究結(jié)果相一致。在團(tuán)棵期，水肥一體化處理較常規(guī)施肥處理的干物質(zhì)積累量偏低，究其原因可能因?yàn)榍捌谒室惑w化區(qū)沒(méi)有進(jìn)行水肥供給，即為無(wú)肥區(qū)，移栽后，6月7日施行水肥滴灌，6月23日，團(tuán)棵期取樣，因施肥日期短，導(dǎo)致烤煙形態(tài)表現(xiàn)效果差于常規(guī)施肥處理，但較對(duì)照，由于短期的水肥互作效應(yīng)，各部位干物質(zhì)積累量均顯著高于對(duì)照。到了旺長(zhǎng)期和平頂期，水肥一體化處理均顯著高于常規(guī)施肥，在平頂期的葉部干物質(zhì)量提高13.91%，杜傳印等[22]和楊金樓等[23]的研究也有類(lèi)似的結(jié)果。從團(tuán)棵期到平頂期水肥一體化和常規(guī)施肥的莖葉干物質(zhì)比的增幅分別為58.0%和48.0%，說(shuō)明水肥一體化在提高煙葉產(chǎn)量的同時(shí)，還提高了莖葉干物質(zhì)比，進(jìn)而達(dá)到穩(wěn)產(chǎn)的效果。

肥料隨水滴施，與水互作，共計(jì)4次，灌水遵循“少量多次”的原則，避免了因肥料和灌水過(guò)量而造成的揮發(fā)或淋溶等損失[24～25]。水肥一體化處理較常規(guī)施肥，在旺長(zhǎng)期烤煙氮磷鉀總養(yǎng)分均達(dá)到差異顯著水平，說(shuō)明礦質(zhì)養(yǎng)分在最大需肥期得到充分補(bǔ)給。在平頂期烤煙氮磷鉀總養(yǎng)分也有不同程度提高，且總氮和總磷積累量均達(dá)到顯著差異水平，在莖部水肥一體化處理的氮磷鉀積累顯著高于常規(guī)施肥，在葉部水肥一體化處理的氮積累顯著高于常規(guī)施肥。水肥一體化處理較常規(guī)施肥的氮磷鉀利用率分別增加了41.49%、12.23%和12.74%，這不僅與滴灌的養(yǎng)分?jǐn)U散、遷移、吸收能力提高有關(guān)[26～28]，還與肥料營(yíng)養(yǎng)間的交互作用相關(guān)[29～30]；烤煙全生育期內(nèi)節(jié)約用水51.88%(表2)，水分利用率提高了2.22 kg·hm-2·mm-1)。說(shuō)明水肥一體化通過(guò)根據(jù)烤煙各個(gè)生育期的需肥需水特征，不僅合理配比氮磷鉀提高了肥料的利用效率[31～32]，還根據(jù)烤煙對(duì)水分定時(shí)定量的需求局部浸潤(rùn)根系周邊土壤，起到節(jié)約用水的效果。通過(guò)產(chǎn)后比較，水肥一體化使上等煙比例提高14.49%，均價(jià)提高3.15元·kg-1，產(chǎn)值提高8 684.6元·hm-2。在節(jié)水控肥的同時(shí)，能有效提高煙葉上等煙比例、均價(jià)和產(chǎn)值，為煙農(nóng)獲得更好的經(jīng)濟(jì)收益。

4 結(jié)論

(1)水肥一體化通過(guò)精準(zhǔn)控肥，可以顯著促進(jìn)烤煙生長(zhǎng)發(fā)育，有利于烤煙株高和最大葉寬的提高，在旺長(zhǎng)時(shí)期使烤煙的干物質(zhì)積累和養(yǎng)分吸收效果顯著。

(2)在平頂期，水肥一體化較常規(guī)施肥對(duì)煙株干物質(zhì)、總氮、總磷積累的提高有積極作用；對(duì)莖部的干物質(zhì)、氮磷鉀積累及葉部的氮積累均有顯著提高。提高了氮磷鉀的利用率，全生育期內(nèi)使節(jié)水51.88%，提高了水分利用率。

(3)水肥一體化使上等煙比例提高14.49百分點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)效益方面，通過(guò)對(duì)上等煙葉比例、均價(jià)的提高，使產(chǎn)值提高了8 684.6元·hm-2，對(duì)烤煙生產(chǎn)起到節(jié)水、增產(chǎn)、增質(zhì)的效果。