不同水肥管理模式對烤煙養分積累及煙葉品質的影響

柳淵博, 王靜, 朱學杰, 蔣偉峰, 劉天,張錦中, 李耀鑫, 符云鵬*

(1.河南農業大學煙草學院, 鄭州 450002； 2.河南省煙草公司周口市公司, 河南 周口 466000)

水、肥是影響煙葉生產的兩大關鍵因素。水、肥協調供應對保證烤煙正常生長發育、提高煙葉產量和品質意義重大[1-2]。研究表明，選用水溶性肥料、采用合理的水肥管理模式，尤其是采用滴灌施肥(水肥一體化)技術，通過調整施肥頻率和基追比等策略，可以顯著促進養分吸收、提高水分利用效率[3-4]和肥料利用率[5-6]，促進作物生長發育，提高產量和品質[7]。臧小平等[8]發現，滴灌施磷可以增強香蕉長勢，促進香蕉對鉀的吸收，使香蕉顯著增產15.6%。諸海燾等[9]研究表明，采用滴灌施肥可以促進氮磷鉀在黃瓜葉片中的積累、提高肥料利用率和黃瓜產量。薛如君等[10]報道，滴灌施肥下烤煙的氮素利用率較澆灌施肥提高10.2%～16.4%，中上等煙比例和產值分別提高17.1%～54.9%和8.4%～25.3%。

烤煙是河南的主要經濟作物之一，大田生育前、中期頻發干旱是河南烤煙生產中面臨的主要問題。傳統水肥管理模式是基施大量溶解性較差的化肥、干旱時采用溝灌方式供水，由于水分與養分供應的不協調，常常使土壤養分釋放規律與煙草需肥規律不能完全吻合，因此，肥料利用率不高，導致煙葉成熟推遲、營養不平衡，烤后煙葉化學成分不協調，造成品質下降，煙農的經濟效益降低[11]。如何利用有限的水資源，通過水肥的良好配合滿足煙草生長發育及產量品質形成對水肥的需要，提高水肥利用效率，是當前急需解決的問題。近年來，滴灌及滴灌施肥技術開始在煙草生產中應用，使煙草的水、肥利用效率和產量品質得到有效提高。但由于肥料與滴灌系統不配套，實際煙草生產中肥料仍然是以干肥的形式施入，不能充分發揮水肥的互作效應。因此，為探究適合河南煙區應用的水肥管理模式，以中煙100為試驗材料，通過大田試驗，對常規施肥和滴灌施肥等三種不同水肥管理模式下烤煙葉片的生物學產量、N、P和K含量，及烤后煙葉的經濟性狀和品質性狀進行比較，為河南煙區煙葉優質豐產提供科學的水肥管理依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與供試材料

試驗于2018年在河南省周口市商水縣郝崗鄉(E 114°32′，N 33°32′)進行。該地區屬暖溫帶季風半濕潤氣候，年平均氣溫14.5 ℃，降雨量785.10 mm，主要集中在7—8月。試驗地土壤為褐土，前茬作物為紅薯，土壤有機質17.72 g·kg-1、堿解氮68.95 mg·kg-1、速效磷13.38 mg·kg-1、速效鉀93.96 mg·kg-1、水溶性氯24.82 mg·kg-1。

以烤煙品種中煙100為試驗材料，由河南省煙草公司周口市公司提供。所用肥料包括腐熟芝麻餅肥(含N 4.0%)、復合肥(10-10-20)、硝酸鉀(13.5-0-46)、過磷酸鈣(含P2O515%)、普通硫酸鉀(含K2O 50%)和水溶性硫酸鉀(含K2O 52%)。

1.2 試驗設計

試驗設3個處理：常規施肥+常規灌溉(CK)、常規施肥+滴灌(T1)和優化施肥+滴灌(T2)。各處理氮施用量均為52.5 kg·hm-2，氮磷鉀比例為1∶1∶4。常規施肥：指當地烤煙生產技術規范推薦的施肥方法，即施腐熟芝麻餅300 kg·hm-2，硝酸鉀150 kg·hm-2，復合肥202.5 kg·hm-2，過磷酸鈣215 kg·hm-2，硫酸鉀201 kg·hm-2；其中有機肥、磷肥和復合肥于起壟時條施，硝酸鉀肥分別于移栽時和移栽后30 d按照3∶7的質量比穴施,硫酸鉀于移栽后30 d穴施。優化施肥：有機肥和氮、磷、鉀用量同常規施肥，但是采用硝酸鉀替代復合肥，磷、鉀不足部分由過磷酸鈣和水溶性硫酸鉀補充；其中，有機肥和磷肥于起壟時條施，水溶性硝酸鉀分別于移栽時、移栽后30 和45 d按照3∶5∶2的比例滴灌施入，硫酸鉀于移栽后45 d滴灌施入。常規灌溉：指烤煙生長過程中分別于旺長前期、旺長中期、成熟期采用溝灌供水，每次灌水定額為 450 m3·hm-2。滴灌：總灌水量同常規灌溉，整個生育期根據施肥、煙草需水規律和土壤墑情進行6次滴灌(移栽、團棵和成熟期各1次，旺長期3次)。

采用隨機區組設計，每處理3次重復，每個小區面積0.2 hm2，行距1.3 m、株距0.5 m，其他管理措施均按照當地優質煙葉生產技術規范進行。

1.3 測定項目及方法

1.3.1干物質積累量 每個處理分別于移栽后30、60、90和120 d選取具有代表性的煙株3株，用自來水清洗干凈，并用吸水紙吸干水分后，將煙株的根、莖、葉分開，先在105 ℃下殺青30 min，在65 ℃下烘干至恒重，測定煙葉的干物質量。稱重后的樣品粉碎過0.25 mm篩，用于氮、磷、鉀含量(質量分數)的測定。

1.3.2礦質元素含量 煙葉中磷、鉀含量的測定采用干灰化法[12]，所用儀器為ICP-OES分析儀(美國，VISTA-MPX)。總氮含量參照標準YC/T 161—2002[13]測定。

1.3.3經濟性狀統計 按小區統計烤后煙葉產量，根據烤煙分級標準 GB 2635—1992[14]對煙葉進行分級，統計各小區烤后煙葉上等煙比例，按照當年收購價格計算煙葉均價及產值。

1.3.4化學成分 取不同處理烤后煙葉B2F(上部桔黃二級)、C3F(中部桔黃三級)各1.0 kg用于質量評價。取其中200 g煙葉去除主脈，然后在60 ℃下烘干、粉碎，過0.25 mm孔徑篩后用于化學成分的測定。煙葉總氮、煙堿、總糖/還原糖、鉀、氯含量(質量分數)分別按照YC/T 161—2002、YC/T 160—2002、YC/T 159—2002、 YC/T 173—2003、YC/T 162—2002測定[13，15-18]，所用儀器為AA3型全自動連續流動化學分析儀(德國BRAN+LUEBBE公司)。

1.3.5煙葉感官質量 參照標準方法YC/T 138—1998[19]評價煙葉感官品質，各指標最大標度為9，由河南中煙有限責任公司技術中心5位評吸委員進行評價，取平均值。

1.4 指標計算及數據處理

煙葉氮(磷、鉀)積累量(kg·hm-2)=煙葉干物質積累量(kg·hm-2)×煙葉氮(磷、鉀)含量(質量分數)

(1)

采用Excel 2016對數據進行處理和作圖，用SPSS 26.0進行統計分析和圖表制作，用Duncan’s新復極差法進行數據間差異的顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 不同水肥管理模式對烤煙葉片干物質積累的影響

移栽后30 d，不同水肥管理模式下葉片干物質的積累量均較少；移栽后30～90 d，葉片干物質的積累量均快速增加；移栽后90～120 d，CK處理葉片干物質積累量幾乎保持穩定，T1和T2處理仍有少量增加(圖1)。除移栽后30 d CK與T1處理間無顯著差異；其他時期，葉片干物質積累量均表現為T2>T1>CK，且處理間差異顯著。由此可見，優化施肥+滴灌處理更有利于提高煙葉干物質積累量，促進葉片生長發育，從而提高葉片內含物的合成和累積速度，為煙葉豐產優質奠定基礎。

注: 不同小寫字母表示不同處理間差異在P<0.05水平具有顯著性。Note: Different lowercase letters indicate significant differences between different treatments at P<0.05 level.圖1 不同水肥管理模式下烤煙葉片干物質的積累Fig.1 Dry matter accumulation of flue-cured tobacco leaves under different water and fertilizer management modes

2.2 不同水肥管理模式對烤煙葉片氮磷鉀含量及積累量的影響

2.2.1氮素 隨著煙株的生長發育，不同水肥管理模式下葉片N素含量和N素積累量均呈現先上升后下降的趨勢，峰值出現在移栽后60 d(圖2)。葉片N素含量在移栽后30～60 d，3個處理都略有增加，表現為T2>T1>CK，其中T2處理顯著高于T1和CK處理；移栽90～120 d，葉片N素含量大幅度下降，其中T2處理葉片N素含量下降速度最快，表現為CK>T1>T2，且處理間差異顯著。移栽后30 d內，由于煙株生長緩慢、對N素吸收較少，因此，各處理葉片N素積累量均較低；移栽后30 d，不同水肥管理模式下N素的積累量差異顯著，其中，T1和T2處理分別較CK顯著提高了13.39%和42.61%；移栽后30～60 d，烤煙進入旺長期，對N素吸收較快，葉片N素積累量快速增加，于60 d時達到峰值，不同處理N素積累量表現為T2>T1>CK，處理間差異顯著；移栽后90～120 d，各處理葉片N素積累量有所下降，且處理間差異不顯著。

注: 不同小寫字母表示不同處理間差異在P<0.05水平具有顯著性。Note: Different lowercase letters indicate significant differences between different treatments at P<0.05 level.圖2 不同水肥管理模式下烤煙葉片的氮素含量和積累量Fig.2 Nitrogen content and accumulation in flue-cured tobacco leaves under different water and fertilizer management models

2.2.2磷素 移栽后30～120 d，不同水肥管理模式下烤煙葉片P素含量呈持續下降的趨勢，而葉片P素積累量呈先升后降的趨勢；各測定時期均表現為T2>T1>CK，且處理間差異達顯著水平(圖3)。移栽后30～60 d，煙株處于旺長階段,對P素吸收量增加，葉片P素積累量快速增加；移栽后60～90 d，各處理葉片P素積累量稍有增加，至90 d時達到高峰；90 d之后各處理葉片P素積累量出現不同程度的下降；移栽后120 d，T1和T2處理葉片P素積累量較CK顯著提高54.78%和98.75%。由此表明，優化施肥+滴灌處理能夠有效提高葉片中P的含量和積累量。

注: 不同小寫字母表示不同處理間差異在P<0.05水平具有顯著性。Note: Different lowercase letters indicate significant differences between different treatments at P<0.05 level.圖3 不同水肥管理模式下烤煙葉片的磷素含量和積累量Fig.3 Phosphorus content and accumulation in flue-cured tobacco leaves under different water and fertilizer management modes

2.2.3鉀素 與煙葉中P含量變化趨勢相似，移栽后30～120 d，葉片中K含量呈下降趨勢，而葉片K積累量在整個生育期內呈現逐漸上升的趨勢(圖4)。其中，葉片K含量在移栽后30～90 d大幅下降，90 d后基本穩定；在整個生育期內均表現為T2>T1>CK，除移栽后30 d T2和T1處理、及移栽后120 d T1和CK間差異不顯著，其余均達到顯著差異。移栽后30～60 d是葉片K積累量快速增長階段；60 d后為緩慢增加階段；在整個生育期內均表現為T2>T1>CK，且處理間均存在顯著差異；移栽后120 d，T1和T2處理葉片K積累量較CK處理分別提高了30.52%和83.47%。由此表明，優化施肥+滴灌處理有效提高了葉片中K的積累。

注: 不同小寫字母表示不同處理間差異在P<0.05水平具有顯著性。Note: Different lowercase letters indicate significant differences between different treatments at P<0.05 level.圖4 不同水肥管理模式下烤煙葉片的鉀素含量和積累量Fig.4 Potassium content and accumulation in flue-cured tobacco leaves under different water and fertilizer management modes

2.3 不同水肥管理模式對烤煙經濟性狀的影響

優化水肥管理模式對烤后煙葉的產量、產值、上等煙比例及均價有顯著提升(表1)。不同水肥管理模式下煙葉的產量表現為T2>T1>CK，其中T1和T2處理分別較CK顯著增產6.45%和9.68%。上等煙比例、均價、產值均表現為T2>T1>CK，且處理間差異均達顯著水平。

表1 不同處理烤后煙葉經濟性狀比較Table 1 Comparison of economic characteristics of flue-cured tobacco leaves with different treatments

2.4 不同水肥管理模式對烤煙品質的影響

2.4.1化學成分 與CK相比，優化水肥管理模式顯著提高了烤煙中、上部煙葉總糖和還原糖含量，降低了煙堿含量，提高了糖堿比(表2)。其中，T2處理中部葉和上部葉的糖堿比均顯著高于CK；T1處理中部葉的糖堿比顯著高于CK。與CK相比，優化水肥管理模式還顯著提高了烤后煙葉的鉀含量，有效降低了氯含量；煙葉鉀氯比表現為T2>T1>CK，且處理間差異顯著。由此表明，優化施肥+滴灌處理有利于協調煙葉化學成分，改善煙葉燃燒性。

表2 不同水肥管理模式對烤煙化學成分的影響Table 2 Effects of different water and fertilizer management modes on chemical components of flue-cured tobacco

2.4.2感官質量 不同水肥管理模式下烤后中、上部煙葉的感官質量結果(表3)表明，與CK相比，T1處理中部葉的香氣質、舒適度、甜度較CK稍有改善，燃燒性和灰色明顯改善，感官質量總分提高了1.7；而上部葉僅燃燒性和灰色較CK有所改善。而T2處理與CK相比，中部葉的香氣質、香氣量、雜氣、刺激性、煙氣舒適度、甜度、燃燒性及灰色分值明顯提高，感官質量總分較CK提高了2.9；上部葉的香氣量、細膩度、甜度、燃燒性、灰色分值高于CK處理，感官質量總分提高2。總體來看，以T2處理對烤煙感官質量提高效果明顯，尤其對煙葉的燃燒性改善效果較好。

表3 不同水肥管理模式對烤后中、上部煙葉感官質量的影響Table 3 Effects of different water and fertilizer management modes on sensory quality of middle and upper flue-cured tobacco leaves

3 討論

3.1 不同水肥管理模式對烤煙葉片氮磷鉀吸收積累的影響

氮、磷、鉀是煙草生長發育必需的大量元素。施肥種類及施肥方式對烤煙養分積累具有較大影響，進而影響煙草的生長發育及產量品質[20]。研究表明，與常規施肥、常規灌水相比，滴灌施肥一方面減少了養分的固定，促進了養分的遷移和作物根系發育，提高了根系活力和對養分的吸收能力[21]；另一方面，滴灌使根際土壤保持在適宜的水分條件下，有利于根系對養分的吸收和轉化，同時避免了過量灌水導致的養分淋溶和流失，提高了作物對氮、磷、鉀等養分的吸收與積累，進一步提高了養分利用率[10,22]。本研究表明，與對照相比，采用常規施肥和滴灌，煙葉在整個生育期的氮素積累量增加，與前人研究結果相一致[10,23]；采用硝酸鉀替代復合肥滴灌施入，煙葉的氮素含量和積累量在移栽后60 d顯著提高，60 d后葉片的氮素含量(質量分數)顯著低于CK。由此表明，增施硝態氮促進了煙株前期對氮素的吸收和后期煙葉落黃成熟。

3.2 不同水肥管理模式對烤煙葉片干物質積累及煙葉經濟性狀的影響

烤煙干物質積累量在一定程度上反映了煙株的生長速率，且干物質的積累與水分、養分的供應及栽培措施密切相關[26]。本研究結果表明，與CK相比， T1和T2處理均可顯著提高烤煙葉片干物質積累量及烤后煙葉產量、產值和上等煙比例，這可能是由于T1和T2處理采用滴灌代替溝灌，增加了灌溉次數，使得烤煙旺長期和成熟期的土壤水分得到保障，一方面降低了土壤干濕交替頻率和土壤對養分的固定，促進了養分的轉化與遷移、防止肥效滯后[8]，另一方面擴展了根際范圍[27]，提高了根系活力[21]及水分和養分的利用效率[5-6,10,23]，進而促進了煙株早發快長和煙葉干物質的積累，有利于煙葉產量和產值的提高[7,28-29]。T2處理以硝酸鉀替代復合肥、采用水溶性硫酸鉀作追肥進一步提高了煙葉中氮、磷、鉀的積累量，有利于煙葉營養平衡，為煙葉高產優質奠定了良好的基礎，與賀文俊等[30]的研究結果相一致。

3.3 不同水肥管理模式對烤煙葉片內在化學成分以及感官質量的影響

氮、磷、鉀是影響烤煙碳、氮代謝的重要因素，最終會影響煙葉的化學成分含量及成分間的協調[31]。本研究表明，與CK相比，T1和T2處理均顯著降低了烤后煙葉的總氮和煙堿含量。在煙葉生長過程中，T1和T2處理的氮素積累量高于對照，但在生長后期及烤后煙葉的總氮含量卻低于對照，可能是由于滴灌條件下煙葉的干物質積累量大、烤后煙葉產量高產生的“稀釋效應”所致；而生長后期煙葉相對較低的氮素含量導致氮代謝強度相對減弱，可能是煙堿含量降低的原因之一。T1和T2處理均顯著提高了烤后煙葉中兩糖含量和糖堿比，增加了烤后煙葉內在化學成分的協調性，可能是由于滴灌施肥提高了煙葉的光合速率，促進了光合產物的積累[21]。

河南部分煙區煙葉中氯含量高是制約這些地區烤煙發展的重要因素[32]。而前茬作物(小麥、玉米)施用含氯復合肥是導致土壤和煙葉氯含量偏高的主要原因。本研究結果表明，與CK相比，T1和T2處理均顯著降低了烤后煙葉氯含量，顯著提高了煙葉鉀含量和鉀氯比，改善了煙葉燃燒性和總體感官質量水平，與前人研究結果一致[7,28-29]。尤曉瑩等[33]研究表明，經4次滴灌后，煙田0—40 cm土層氯離子不斷下移，含量降低，適宜烤煙生長。本研究中T1和T2處理通過滴灌與增加灌溉次數使耕層土壤中的氯離子不斷向下淋溶，同時使上層土壤水分始終保持適宜水平，抑制了深層土壤鹽分 “表聚”，有利于降低煙葉氯含量，改善煙葉燃燒性。