不同保水材料對濟源煙區烤煙生長及土壤保墑能力的影響

云 菲 ，畢浩東 ，劉 天 ，金 磊 ，李靜靜 ，薛立新 ，李富欣 ，許 儀 ，符云鵬

（1.河南農業大學煙草學院，河南鄭州450002；2.河南省煙草公司濟源市公司，河南濟源454650）

隨著全球變暖趨勢的日益加劇，干旱等極端氣候災害在世界范圍內頻發，使農作物產量造成嚴重損失[1-3]。水分匱乏是我國煙草產量提高的限制因子之一，煙草在大田生長期對水分的需求量較高，干旱脅迫會造成煙株光合作用與呼吸作用運轉失常，干物質積累受阻[4-5]。濟源市隸屬豫西低山丘陵煙區，是典型的旱作農業區，土層淺薄且蓄水保墑能力較差，烤煙團棵期到現蕾期降雨量少且分布不均，易出現季節性干旱[6-7]。因此，提高煙田土壤水肥供應效率及該地區旱作農業生產效率，是急需解決的重要問題。保水材料作為化學調控劑的一種，能夠在較短的時間內吸收其自身質量幾百倍的水分，在干旱情況下緩慢釋放供給植株利用，并能夠改善土壤團粒結構，提高土壤通透性及土壤水分和養分的利用效率，促進作物生長[8-9]。

本試驗針對濟源煙區干旱缺水的生態條件，開展不同類型保水材料對烤煙生長、光合特性、干物質積累、土壤保水特性的影響及其與煙葉經濟學性狀的關系研究，旨在明確不同保水材料的保水效果，篩選適宜濟源煙區的高效保水材料，為旱作煙區土壤改良及煙葉增產增收提供理論參考，對優化抗旱栽培技術體系、保障旱作煙區煙葉優質穩產具有重要意義。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗于2020 年5—10 月在河南濟源市王屋鎮（北緯 35°14′，東經 113°12′）進行。該地位于河南省西北部，地形北高南低，屬暖溫帶季風氣候；海拔617 m，年降水量94.4 mm，年均氣溫14～15 ℃；土壤類型為潮土，土壤質地為沙壤土，pH 值為7.95，有機質含量為12.48 g/kg，速效磷含量為7.72 mg/kg，速效鉀含量為124.66mg/kg，堿解氮含量為58.46mg/kg。

1.2 試驗材料

供試烤煙品種為云煙87。

保水材料聚丙烯酸鹽，購自科萊恩化工（中國）有限公司，分子量4 000 萬，含有聚丙烯酸銨（含氮100 mg/kg）和聚丙烯酸鉀（含鉀 210 mg/kg），各占50%；聚丙烯酰胺，購自河南路騰化工有限公司，有效成分99%，呈白色顆粒狀晶體，顆粒直徑0.85～2.00 mm；腐植酸，購自天津光復精細化工研究所，來源于風干煤，樣品含碳量為41.12%，灰分含量占10%，水分含量＜8%；γ-PGA，購自山東福瑞達有限公司，物理性狀為淺黃色粉末，有效含量為32.2%，pH 值為6.5，重金屬含量＜20 mg/kg。

1.3 試驗設計

采用田間小區試驗，共設5 個處理，每個處理3 次重復，小區面積為66.7 m2。5 個處理分別為：CK.不施用保水劑；T1.75 kg/hm2聚丙烯酸鹽（PAA）；T2.75 kg/hm2聚丙烯酰胺（PAM）；T3.1 500 kg/hm2腐植酸（HA）；T4.30 kg/hm2γ- 聚谷氨酸（γ-PGA）。其中，PAA、PAM、HA 均在移栽前直接撒施，然后翻耕混入耕層土壤；γ-PGA 在移栽時對水灌根，用量為200 mg/L。煙草于2020 年5 月13 日移栽，管理方法同大田優質煙葉管理方法（GB/T 23221—2008）。

1.4 測定項目及方法

1.4.1 農藝性狀的測定 按照《煙草農藝性狀調查測量方法》（YC/T 142—2010）[10]，在烤煙生長的團棵期、現蕾期和圓頂期選擇長勢均勻、代表性強的煙株，測定株高、莖圍、葉片數及葉片的長與寬，并計算葉面積，各處理選取3 株，取平均值進行比較。

1.4.2 光合特征參數的測定 移栽后40 d 選擇受光方向一致、長勢均勻的中部功能葉片，采用CIRAS-2 便攜式光合作用測定儀（美國PP Systems公司）測定凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導度（Gs）、胞間 CO2濃度（Ci）等參數，每處理 3 次重復，取平均值。

1.4.3 煙株相對含水率及干物質積累量的測定 從煙株移栽后40 d 開始，每隔10 d 取一次樣品，至移栽后80 d 結束。每處理隨機選取3 株，將根、莖、葉分開稱鮮質量，計算煙株總鮮質量，并于105 ℃殺青15 min，65 ℃恒溫烘干至恒質量后稱干質量，取平均值，計算煙株的相對含水率。烘干后煙株根、莖、葉的質量總和即為干物質積累量。

1.4.4 土壤含水率的測定 在團棵期、現蕾期和圓頂期取 0～10、10～20、20～30 cm 的土樣，稱取土樣鮮質量，烘干后稱取土樣干質量，按照呂貽忠等[11]的方法計算土壤含水率。

1.4.5 經濟性狀的測定 煙葉成熟采收調制后，稱質量計產，烤煙分級后計算上等煙和中等煙比例，并計算各處理產值。

1.5 數據統計與分析

利用Microsoft Excel 2019 繪制表格和作圖；使用SPSS 21.0 軟件進行顯著性分析（P＜0.05）和相關性分析；多重比較差異采用LSD 法。

2 結果與分析

2.1 不同保水材料對烤煙農藝性狀的影響

由圖1 可知，隨著生育期的推進，烤煙的株高、莖圍、葉片數及葉面積均呈逐漸增大的趨勢。進入現蕾期后各處理的株高增加幅度最大，施用保水劑處理的株高顯著高于 CK（P＜0.05），T1、T2、T3、T4 處理分別較CK 增加了7.29%、3.86%、1.27%、1.24%，以T1 處理增加最高。整個生育期內，莖圍呈逐漸加粗的趨勢，現蕾期從大到小排序為T3＞T2＞T4＞T1，圓頂期則以T1、T2 處理的莖圍較大。團棵期除T3、T4 處理葉片數低于CK 外，其他時期各處理葉片數均高于CK，圓頂期T2 處理的葉片數最多，說明施用聚丙烯酰胺（PAM）對于煙葉的促生效果較高。葉面積除T4 處理在團棵期低于CK 外，T1、T2、T3 處理分別比 CK 增加 14.03%、26.93%、17.16%；現蕾期施用保水劑處理的葉面積均高于CK，增幅達到5.24%～17.99%；煙株的葉面積在圓頂期達到最大，4 種保水劑處理的葉面積增幅最高，較CK 增加了2.93%～23.67%。施用保水材料在一定程度上促進了煙草葉面積的增大。

2.2 不同保水材料對烤煙光合特性的影響

由表1 可知，不同處理間凈光合速率（Pn）從大到小排序為T1＞T3＞T2＞T4＞CK，施用保水材料的 T1、T2、T3、T4 處理分別較 CK 增加 60.49%、23.54%、31.74%、12.77%，以T1 處理增加的幅度最高，說明聚丙烯酸鹽的施用能夠使葉片保持較強的光合能力；4 種保水劑處理的蒸騰速率（Tr）均顯著高于 CK（P＜0.05），氣孔導度（Gs）以 T1、T2 處理較高，T3、T4 處理次之，與 CK 相比，4 種保水劑處理的Gs 和Tr 分別增加了5.56%～66.67%和14.36%～44.89%；胞間 CO2濃度（Ci）的變化趨勢則與 Pn 相反，以T1 處理最低，較CK 顯著降低33.54%。相關分析結果表明，凈光合速率與氣孔導度、蒸騰速率呈正相關關系（r＝0.87**，r＝0.75**）。

表1 不同保水材料對煙草光合特性的影響

2.3 不同保水材料對煙株相對含水率的影響

由圖2 可知，煙株生長前期葉片含水量較高，隨著生育期的推進逐漸下降；從移栽后50 d 開始，施用保水劑處理的相對含水率顯著高于CK，不同保水劑間比較，移栽后 50、60、80 d 均以 T2 處理的相對含水率最高，分別較CK 增加了3.45%、3.05%和4.06%，且差異均達顯著水平（P＜0.05）。可見，相對含水率增加的比例隨移栽天數的增加而降低。移栽后80 d，煙株相對含水率大體呈現出T2＞T3＞T1＞T4＞CK 的變化趨勢。

2.4 不同保水材料對不同土層土壤含水率的影響

由圖3 可知，不同時期土壤含水率的變化呈先降低后增加的趨勢，這可能與團棵期至現蕾期煙株正值旺長階段，植株需水量較大有關；隨著生育期的推進煙葉進入成熟期，土壤含水率稍有增加，是由于成熟階段煙株需水量減少引起的土壤相對含水量增加；團棵期施用保水劑后，不同土層間以0～10 cm 土層的含水率增加幅度最大，4 種保水劑處理土壤含水率較CK 增加2.28%～32.99%，除T4處理與CK 間差異不顯著外，其余處理均顯著高于CK（P＜0.05）；現蕾期 0～10、10～20 cm 土層只有T1、T2 處理的含水率顯著高于 CK（P＜0.05），20～30 cm 土層則表現為保水劑處理 T1、T2、T3、T4 分別比 CK 增加 23.85%、18.47%、3.94%、20.57%，以T1 處理增加比例最高；圓頂期時，施用保水劑對土壤含水率的影響在各個土層均表現為顯著效果，0～10 cm 土層增幅為 6.35%～27.38%，10～20 cm土層增幅為6.15%～17.82%，20～30 cm 土層增幅最高，達到10.44%～36.50%。綜合各土層及各生育時期情況來看，T1、T2 處理對土壤含水率的促進效果較佳。

2.5 不同保水材料對煙株干物質積累的影響

從圖4 可以看出，煙株的干物質量積累量隨著移栽后天數的增加逐漸增大，生長前期施用保水劑對煙株干物質的促進效果并不明顯；移栽后60 d施用 4 種保水劑 T1、T2、T3、T4 處理的干物質積累量分別比 CK 增加 54.13%、46.68%、30.01%、46.65%，以T1 處理干物質積累增加最多，且顯著高于其他處理（P＜0.05）；保水劑處理與CK 差異達到顯著水平（P＜0.05）。整個生育期內，施用保水劑處理的干物質積累量在移栽后70 d 增幅最大，達到22.33%～67.16%，其中以 T1（67.16%）、T2（64.76%）處理的促進效果較為顯著，但2 個處理間差異不顯著；移栽后80 d 各處理的干物質積累量總體表現為T1＞T2＞T3＞T4＞CK，與CK 相比，施用保水劑處理的干物質積累量增加了6.60%～16.05%，保水劑處理的生物量均顯著高于CK（P＜0.05），但4 種保水劑處理間的差異不顯著。整個生長階段，施用聚丙烯酸鹽和聚丙烯酰胺對煙株干物質積累有較好的促進作用。

2.6 不同保水材料對烤煙經濟性狀的影響

從表2 可以看出，各處理烤煙上等煙比例為58.03%～64.05%，中等煙比例為29.75%～32.09%，產量達到1 830.21～2 055.07 kg/hm2，均價為24.30～24.63 元 /kg，產值在 44 475.15～50 616.75 元 /hm2。4 種保水劑處理的上等煙比例、中等煙比例、產量、產值及均價分別比 CK 增加 3.57%～10.37%、2.76%～7.87%、3.31%～12.29%、3.71%～13.81%、0.01%～1.36%，說明施用保水材料對提高上等煙比例的促進效果較為顯著，并且能夠增加煙葉的產量及產值，在改善煙葉等級結構的同時實現了煙農增收。綜合來看，煙葉經濟性狀總體上表現為T1＞T2＞T3＞T4＞CK，不同保水劑處理間以施用聚丙烯酸鹽和聚丙烯酰胺對上等煙比例的改善作用最佳，有利于促進旱作煙區的煙葉達到豐產的效果。

表2 不同保水材料對烤煙經濟性狀的影響

3 結論與討論

烤煙農藝性狀上的差異可以直觀地反映出不同保水材料對煙株田間長勢的影響。汪耀富等[12]研究發現，在豫西旱區煙田施用聚丙烯酰胺后，煙葉的葉面積增大，產量、產值、均價和上等煙比例提高。左廣玲等[13]、彭菊等[14]研究表明，煙田施加保水劑后植株高大、莖圍增加，葉片數及單株葉面積等也都不同程度增加。本試驗研究發現，保水劑對煙株農藝性狀的影響效果在團棵期表現并不顯著，當煙株進入現蕾期后施用保水劑處理的株高增幅變大，現蕾期葉面積及葉片數均達到最大，分別以T1（聚丙烯酸鹽）、T2（聚丙烯酰胺）處理較高。這對以葉片為收獲對象的烤煙來說，是促進產量形成的基礎。植物的光合作用是受干旱脅迫影響最明顯的過程之一，烤煙光合生產能力是決定其生物量積累和經濟產量形成的生理基礎[15-16]。趙銘欽等[17]研究結果表明，保水劑可以通過調節葉片的氣孔導度，進而提升凈光合速率，最終促進光合能力增強。陳芳泉等[18]研究表明，適宜的保水劑用量能夠促進煙株凈光合速率、PSⅡ最大光化學量子產量（Fv/Fm）、光系統Ⅱ有效量子產量（ΦPSII）和光化學淬滅系數（qP）的增加，改善其光合特性，提高煙株在干旱條件下的自我保護能力。郭猛等[19]研究發現，施用γ- 聚谷氨酸可以提高丹參苗的凈光合速率。本研究發現，與對照相比，4 種保水劑處理Pn 增幅達到12.77%～60.49%，Tr 均顯著高于 CK，Gs 以 T1、T2 處理較高，T3、T4 處理次之，Ci 的變化趨勢則與 Pn 相反。這可能是由于在干旱脅迫下，通過施用保水劑，煙株吸收和運輸水分的動力增強，葉肉細胞的光合活性及Pn 增強，對胞間CO2的利用能力更好，從而導致了Ci 降低。

保水劑能夠改善土壤理化性能、增強土壤保水性、改良土壤結構。肇普興等[20]研究表明，聚丙烯酰胺保水材料有顯著的保水性能。史文娟等[21]研究表明，γ-PGA 具有良好的水溶性，對土壤水分的吸持作用可達到30～80 倍。腐植酸保水劑可使土壤中形成較多和較大的團粒結構，改善土壤的透水性和透氣性，有效提高土壤的蓄水能力，使土壤中的有效水分含量增加[22]。本研究中，煙株生長前期葉片含水量較高，隨著生育期的推進逐漸下降，這與煙株逐漸衰老、葉片落黃、生理代謝減弱有關。移栽后50、60、80 d 均以T2 處理的相對含水率最高，分別比CK 顯著增加了3.45%、3.05%和4.06%。可見，聚丙烯酰胺具有高吸水和保水能力，對煙株水分利用的促進效果最顯著，這與張蕊等[23]的研究結果一致。不同土層間保水劑對土壤含水率的影響存在一定差異，團棵期以0～10 cm 土層的含水率增加幅度最大，現蕾期保水劑的促進效果則隨土層深度增加而提高，圓頂期20～30 cm 土層施用保水劑處理的含水率增加比例最高，達到10.44%～36.50%。綜合各土層及各生育時期情況來看，T1（聚丙烯酸鹽）處理對土壤含水率的促進效果最佳。值得注意的是，隨著生長時間的延長，部分保水材料可能阻塞了土壤孔隙，降低了土壤通透性，因而，至圓頂采收期保水劑對土壤含水率的影響效果會在一定程度上減弱。

不同土壤質地，種植作物種類不同、所用保水劑的種類、用量不同等對提高產量、改善品質的效果也存在很大差異[24-27]。劉迎超等[28]以烤煙品種云煙87 為研究對象，結果發現，施用保水劑能夠顯著提升煙葉的產量、產值，同時提高均價和上等煙比例，改善了整株的經濟性狀。王宗恒等[29]研究表明，保水劑施用量為180 kg/hm2時對云煙87 煙葉質量提升效果較為明顯，烤后煙的質量和經濟效益最好。楊蘋等[30]研究表明，保水劑處理后烤煙的產量和產值均明顯高于對照，具有明顯的提質增產的效果，每公頃產量和產值分別增加7.68%和11.53%。本試驗中，移栽后80 d 各處理煙株的總干物質量積累量大小表現為T1＞T2＞T3＞T4＞CK，施用保水劑處理的干物質積累量比對照增加了6.60%～16.05%。4 種保水劑處理的烤后煙葉產量增加了3.31%～12.29%，這與施用保水材料提高煙株的抗旱性，促進煙葉穩健生長保持較旺盛的生理代謝，光合作用積累的含碳化合物增加有關。保水劑處理對提高煙葉經濟性狀的促進效果較為顯著，4 種保水劑處理的上等煙比例達到60.10%～64.05%，比對照增加了3.57%～10.37%，產值提高了3.71%～13.81%。保水劑的施用提高了土壤的保水能力，在干旱脅迫條件下能夠及時釋放為煙株提供水分和養分，有利于煙株中上部葉片擴展，形成良好的株型結構，因此，提高了上、中等煙葉的比例。整個生長階段，施用聚丙烯酸鹽和聚丙烯酰胺對煙株干物質積累及產量形成具有較好的促進作用。