烤煙控水節肥育苗措施對水肥利用和煙苗素質的影響

高 天，王均宜，陳亞茹，李世琛，趙正雄

（云南農業大學，昆明650201）

0 引言

作物育苗移栽具有縮短大田生育期，提高復種指數，人為提供適宜光溫水肥條件等優點[1]。水肥管理是保障作物苗期移栽素質的重要措施，烤煙育苗過程中，水量一方面直接影響煙苗對水肥的吸收，另一方面通過調節水溫間接影響煙苗生長；育苗時期肥料過多可能會降低移栽后煙株抗逆性，肥料過少則不利于煙苗生長。因此，良好的煙苗素質依賴于育苗期間合理的水肥管理措施。此外，科學的烤煙育苗水肥管理狀況也有利于資源節約利用和生態環境維護[2,3]。目前，關于作物水肥用量管理相關報道多集中于田間研究[4-6]，而作物育苗階段水肥高效管理研究鮮見報道。盡管前人就烤煙育苗研究已有較多報道，但大多關注于育苗方式[7-9]、育苗盤規格[10,11]、營養液濃度[12,13]等對煙苗壯苗影響，或就煙苗基質適宜含水量[14]、施肥種類[15,16]和適宜的施肥時期[17,18]進行了相關探討。近年來，農業生產中化肥過量施用不僅增加了環境污染風險，而且影響食品健康安全[19]。與此同時，水資源浪費和污染日趨嚴重加劇了水資源短缺問題[20]。因此，節約用水和節約用肥、提高水肥利用效率是當下農業領域必須面對和急需解決的問題。

烤煙漂浮育苗過程中，煙苗水肥來源主要依賴于苗池的水層和養分（氮）管理濃度（投入）。雖然相對于大田期烤煙育苗環節耗水用肥量相對較少，但高效育苗措施的控水節肥長期效應值得關注。此外，調查表明目前烤煙育苗環節肥料殘留量達40%以上，這在一定程度上也增加了生態環境負荷。理論上，播種至出苗階段養分需求不大，通過減少出苗前肥料用量進一步降低用肥量可能具有一定的可行性。然而，有關控水節肥措施對育苗環節水肥利用和煙苗生長的影響鮮見報道。對此，本文采用小區試驗，以常規水肥管理為對照，研究了2種控水節肥措施對育苗環節水肥利用和煙苗生長發育的影響，旨在為烤煙育苗控水節肥技術提供科學理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗點與材料

試驗于2019年3-5月分別在兩個試驗點進行。試驗點一位于楚雄市子午鎮以口村（24°90′N，101°53′E），試驗點二位于云南省大理市彌渡縣新街鎮紅大科技園(25°39′N，100°41′E)。兩試驗點供試肥料均為煙草專用復合肥：其中試驗點一的肥料配方為N-P2O5-K2O=12-10-12，試驗點二為N-P2O5-K2O=15-11.4-15；兩試驗點均采用常規煙草專用漂浮育苗基質；苗池規格方面，試驗點一為182 cm×70 cm，試驗點二為110 cm×38 cm；育苗盤規格方面，兩試驗點均采用162 孔育苗盤；供試烤煙品種：試驗點一為K326，試驗點二為紅花大金元。

1.2 試驗設計

根據前期調研，常規生產上苗池初始水深（播種-出苗階段）一般在5 cm 左右，這與指導性技術規程[21]參數值范圍（5～10 cm）下限一致；維持水深（出苗-成苗階段）水層控制深度一般在15 cm 左右，顯著高于指導性技術規程參數的下限（10 cm）。對此，為探討不同控水程度的技術可行性，本研究中除對照常規維持水深（15 cm）外，另設兩個維持水深梯度，分別為10 cm 和8 cm；苗池營養液氮素濃度方面，常規生產中營養液氮素濃度與指導性技術規程參數值（100 mg/kg）基本一致。考慮到播種-出苗階段對養分的需求量較少，本研究為探討進一步減少肥料投入的技術可行性，將50 mg/kg設置為控水節肥模式的播種-出苗階段氮素濃度。

綜合上述分析，本試驗控水節肥處理措施包含水層控制深度和營養液氮素濃度兩因素。設置3個處理，分別為：常規管理模式（CM）、控水節肥模式一（OM1）和控水節肥模式二（OM2）。各處理水肥管理方式見表1，每個處理3 個重復，每個重復162株，采用隨機區組設計。

表1 各處理水肥管理方式Tab.1 The water and fertilizer managements in each treatment

根據試驗水層深度和氮素濃度設置要求，各處理肥料具體用量如表2所示。

表2 各處理肥料具體施用情況mg/株Tab.2 The arrangement of fertilizer application in each treatment

1.3 測定項目與方法

1.3.1 煙苗生長發育狀況

于出苗期統計煙苗出苗情況并計算出苗率；于成苗期每個重復分別選擇20株有代表性煙苗，測量莖高和莖圍。

1.3.2 干物質積累量

采用殺青烘干稱重法，于成苗期進行取樣，每個重復分別選擇20 株有代表性煙苗，并分莖葉和根系兩部分，將樣品分別放入烘干箱105 ℃殺青30 min，在75 ℃下烘干至恒重，即為干物質積累量（g）。

1.3.3 氮磷鉀吸收量

于成苗期每個重復分別采集20 株有代表性煙苗，按照干物質測定方法（同上“干物質積累量”）收集待測樣品，測定干物質氮磷鉀含量。氮含量采用凱氏定氮儀測定[22]，磷含量采用紫外-可見光分光光度計測定[22]，鉀含量采用火焰分光光度計法測定[22]。氮磷鉀吸收量計算公式如下。

式中：TA為氮磷鉀吸收量，g/株；K1為煙苗氮磷鉀含量；Y為煙苗干物質積累量，g/株。

1.3.4 氮磷鉀殘留量

于成苗期收集育苗池水樣品測定其氮磷鉀含量。氮含量采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法[23]，磷含量采用鉬酸銨分光光度法[24]，鉀含量采用火焰原子吸收分光光度法[25]。氮磷鉀殘留量計算公式如下：

式中：RN為氮磷鉀殘留量，g/株；K2為育苗池水中氮磷鉀含量，g/L；V為育苗池剩余水量，L；N為育苗盤孔數。

1.3.5 育苗棚內溫度及水溫

育苗棚內以及水池中放置溫度計，量程為0～100 ℃。分別于每日8∶00、14∶00和20∶00這3個時刻觀測記錄水溫和育苗棚內棚溫。

1.3.6 育苗耗水量計算

計算公式如下：

式中：ET為煙苗耗水量，kg/株；H1為試驗設定初始水深深度，cm；H2為大十字期或成苗期時育苗池中殘留水的深度，cm；L為育苗池長，cm；W為育苗池寬，cm；N為育苗盤孔數。

1.3.7 水分利用率計算

煙苗消耗單位水量所累積的干物質重量為煙株水分利用效率（WUE），計算公式如下：

式中：WUE為煙苗水分利用率，kg/m3；Y為煙苗干物質積累量，kg；ET為每株煙苗耗水量，m3。

1.4 數據分析

采用Microsoft Excel 2010、SPSS 20 軟件進行數據統計與分析，用Duncan新復極差法進行顯著性檢驗（P<0.05）。

2 結果

2.1 育苗池棚溫和水溫

從圖1 可以看出，整個苗期過程中早間8∶00 水溫都高于棚溫，基本維持在10.0～22.0 ℃，試驗點一OM2 的均溫較CM和OM1 分別高出1.0 ℃和1.1 ℃，試驗點二各處理間的均溫基本沒有差異。中午14∶00 水溫較棚溫低，基本維持在15.0～25.0 ℃，試驗點一各處理間的均溫沒有較大差異，試驗點二OM2 的均溫較CM 和OM1 分別高1.2 ℃和0.9 ℃。晚間20∶00水溫略高于棚溫，兩試驗點基本維持在16.0～24.0 ℃，其中試驗點一和二OM2的均溫較CM分別高出0.5 ℃和0.8 ℃，試驗點一OM2較OM1高出1.0 ℃。

圖1 不同處理苗期棚溫水溫季節變化Fig.1 The seasonal variation of house and water temperature in each treatment

2.2 耗水量及水分利用效率

從表3 可以看出，控水節肥處理耗水量與常規對照之間，以及不同控水節肥處理之間全育苗期育苗耗水量均無顯著差異（P＞0.05）。不同處理中，以OM2 處理育苗耗水量減少趨勢最大。各處理水分利用率無顯著差異（P＞0.05）。不同處理中，以OM2處理水分利用效率增加趨勢最大。

表3 不同處理育苗耗水量及水分利用效率Tab.3 The water consumption and WUE in each treatment

2.3 肥料吸收狀況

從表4可以看出，試驗點一各處理間氮、磷、鉀養分吸收量無顯著差異（P＞0.05）；就試驗點二而言，除OM1 處理磷吸收量與常規對照相比顯著減少了26.7%（P<0.05）以外，控水節肥處理與常規對照之間氮、磷、鉀養分吸收量無顯著差異（P＞0.05）。

表4 不同處理煙苗氮、磷、鉀吸收量 mg/株Tab.4 The N，P and K uptake of tobacco seedling in each treatment

2.4 肥料殘留狀況

從表5 可知，與CM 相比，試驗點一和試驗點二OM1 處理氮肥殘留量分別減少了37.5%和52.2%，磷肥殘留量分別減少了33.1%和50.9%，鉀肥殘留量分別減少了32.9 %和51.5%；試驗點一和試驗點二OM2 處理氮肥殘留量分別減少67.9%和65.6%（P<0.05），磷肥殘留量分別減少了61.8%和69.5%，鉀肥殘留量分別減少了57.2%和71.5%（P<0.05）。與OM1 相比，試驗點一和試驗點二OM2 處理氮肥殘留量分別減少了48.6%和28.1%，占肥料投入量比分別下降44.0%和39.7%，磷肥殘留量分別減少了42.9%和37.7%（P<0.05），占肥料投入量比分別下降38.1%和48.0%，鉀肥殘留量分別減少了36.3%和41.1%（P<0.05），占肥料投入量比分別下降32.4%和50.5%。

表5 不同處理育苗池中氮、磷、鉀殘留量Tab.5 The amount of N，P and K residues in each treatment

2.5 煙苗生長發育與生物量

由表6 可知，除試驗點一OM1 莖圍與CM 相比顯著減小20.6%（P＜0.05）以外，控水節肥處理與常規對照之間出苗率和苗高均無顯著差異（P＞0.05）。除試驗點一OM1 根生物量與CM 相比顯著減小26.5%（P＜0.05）以及試驗點二OM2根生物量與CM 相比顯著減小17.7%（P＜0.05）以外，控水節肥處理與常規對照之間莖葉和全株生物量均無顯著差異（P＞0.05）

表6 不同處理煙苗生長發育參數與生物量Tab.6 The quality status and biomass of tobacco seedlings in each treatment

3 討論

3.1 控水節肥措施對水肥利用的影響

一般而言，育苗環節的水分消耗主要包括煙苗耗水（生理需水和蒸騰需水）和苗池水自身的蒸發。控水節肥綜合措施與常規水分管理相比，僅在水層維持深度上有所差異，并未本質性改變煙苗耗水和池水蒸發的耗水程度，因而兩者間育苗耗水量差異不大。可見，通過苗池水層深度管理進一步減少育苗水分用量的技術可行性不高。此外，由于控水節肥綜合措施下煙苗生物累積量基本保持一致，也使得控水節肥綜合措施下水分利用效率未得到顯著提升。煙苗的營養供應強度主要依靠調節苗池水的肥料濃度，有研究認為適度減少水分和肥料投入有利于增強根系對養分的吸收能力[26]，促進煙苗生長。在本試驗中，控水節肥模式二下煙株養分吸收量高于控水節肥模式一，可能是因為較淺的水層厚度有利于增加育苗池水體的潛熱通量[27]，較高的水體溫度條件（提高了0.5～1.0 ℃）有利于提高作物根系活力[28]和增強根系截獲養分的能力[29]，閆秋艷等[30]在黃瓜上的田間試驗研究也表明，作物根區土壤溫度的升高有利于養分的吸收利用。在育苗生產中，育苗池殘留水往往被直接排棄，其中的肥料殘留增加了對生態環境的污染風險[31,32]。本研究中，通過控水節肥措施的實施，能夠在減少肥料投入（降低氮肥40.1%～47.7%）的前提下維持煙苗對養分的吸收，從而減少苗池中養分殘留，這對于降低育苗環節的環境負荷具有重要意義。

3.2 控水節肥措施對煙苗素質的影響

本研究中，控水節肥措施對煙苗生長發育的影響決定于水層深度管理和氮肥濃度管理之間的復合效應。一方面，降低出苗-成苗階段水層厚度有利于增加苗池水體溫度，有利于促進煙苗對養分的吸收能力；另一方面，減小播種-出苗階段氮素養分濃度可能會在一定程度上影響幼苗的營養保障，從而不利于其后期的生長發育。結果表明，雖然控水節肥措施下煙苗根系生物量有一定程度下降，但仍然可以較好地保障煙株的出苗率、苗高和莖圍等移栽素質。較低的水層深度使得控水節肥模式二苗池水溫相對略高，從而提高了離子擴散動力[33]、根系活力[29]，以及增加了根系體積和吸收面積，繼而促進植物地上部生長[34-36]。由此可見，通過水層深度和氮肥濃度管理來減少烤煙育苗過程中的氮肥投入具有一定的技術可行性。鄭華斌等[37]田間研究結果也表明，節水減氮（減氮20%～24%）相較于常規水肥管理可以提高水分利用率和氮肥利用效率，同時不會顯著降低水稻產量。值得注意的是，本研究中雖然控水節肥管理方式下煙苗仍具備較好的移栽素質，但其營養含量狀況出現不同程度下降，有關不同營養含量狀況煙苗移栽對烤煙大田期生長發育的影響有待于進一步研究。

4 結論

本研究表明，控水節肥模式二（控制維持水層深度8 cm和初始氮素濃度50 mg/kg）能夠減少育苗氮肥投入47.7%，同時保障煙苗移栽素質，且與控水節肥模式一（控制維持水層深度10 cm 和初始氮素濃度50 mg/kg）相比，可一定程度降低苗池水體氮、磷、鉀養分殘留量，是一種技術可行性較高的烤煙綠色高效水肥管理措施。