保水劑與肥料配施對土壤水分和酶活及烤煙生長的影響

王 政，王柱石，張 然，鄭 武，林躍平，張金峰，董樹超

(1.廣西中煙工業有限責任公司，廣西 南寧 530001；2.云南瑞升煙草技術(集團)有限公司，云南 昆明 650106；3.云南省煙草公司 保山市公司，云南 保山 678000)

云南省是國內煙葉生產最重要的產區，其土壤和氣候特點賦予了該區烤煙獨特的風格特征。云南省保山市昌寧縣烤煙種植質量較好，是省級優質烤煙生產基地，在當地農業經濟結構中具有重要地位。昌寧植煙區地勢高差懸殊，干濕季節分明，年總降雨的時空分布極為不均勻，季節性干旱問題較明顯，干季雨量不及年降雨量的20%，其中春旱最重，幾乎年年都發生[1]。烤煙在整個生育期對水分的要求都很高，只有在水分適宜的生態條件下煙草的生命活動才能夠順利進行。昌寧植煙區在煙草生長的前期降水較少，中后期較多，嚴重影響了烤煙的生長發育，造成煙葉產量減少、品質降低，制約了當地烤煙的發展。

土壤水是作物的直接供水源，充分利用有限的土壤水分，是干旱條件下作物增產增效的主要途徑。研究表明，施用有機肥對增加土壤貯水量和提高作物產量有較好的效果[2-3]；施用微生物菌劑能提高土壤肥力，改善土壤結構，減少水分的無效蒸發，有利于作物生長[4]，但在不同的溫度水分條件下，菌劑發揮的肥效不同[5-7]。農用保水劑具有反復吸水并緩慢釋放水分的能力。近年來，國內很多研究人員對農用保水劑的應用效果進行了研究，結果表明：保水劑具有保水保肥、改善土壤團粒結構、增加土壤通透性及土壤持水性能等作用[8-13]，對緩解作物因季節性干旱影響及提高水資源高效利用方面具有較廣闊的應用前景。

目前，對農用保水劑的應用研究多集中在不同保水劑的單獨施用對土壤理化性狀及作物的生長特性的影響方面，而保水劑與有機肥、菌劑的配合施用對烤煙生長的影響尚未見報道。因此，筆者結合當地生態環境及生產技術條件，擬通過保水劑與有機肥、菌劑配合施用效果的研究，以期找到緩解昌寧植煙區因季節性干旱影響烤煙生長發育問題的有效措施，為保水劑的高效施用及提高當地烤煙抗旱能力提供技術參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2020在云南省保山市昌寧縣珠街鄉進行。試驗地土壤類型為黃壤土，土壤肥力中等。供試烤煙品種為當地主栽的紅花大金元；保水劑為東營華業新材料有限公司生產的聚丙烯酰胺-無機礦物復合型保水劑；有機肥為云南天禾地生物科技有限公司生產的保水型有機肥，有機質含量≥45%；微生物菌劑為云南瑞升煙草技術(集團)有限公司微生物重點實驗室自研的產品，產品形態為水劑，有效活菌數≥2億個/mL。

1.2 試驗方法

試驗采用3因素3水平正交試驗設計(無交互作用)，按L9(34)正交表安排試驗(表1和表2)。3個因素分別為保水劑用量(A)、有機肥等氮替代基肥比例(B)、微生物菌劑用量(C)。試驗共9個處理，每處理3次重復，各小區面積約50 m2，田間隨機區組排列。保水劑與有機肥混勻后一次性基施；微生物菌劑移栽時施用1次，揭膜后再施1次。移栽時充分澆足定根水，栽后覆膜。各試驗小區烤煙于5月16日移栽，施純氮105 kg/hm2，氮磷鉀比例為10∶12∶19，株行距為50 cm×120 cm，按成熟采烤要求進行掛牌烘烤，其他田間管理措施參照當地優質烤煙栽培生產技術規范進行。

表2 保水劑與肥料配施L9(34)正交試驗設計

1.3 測定項目與方法

1.3.1 土壤含水量的測定 在各試驗小區于烤煙移栽前及移栽第1、3、5、7、9、11周后采用“五點法”采集正常生長煙株的根際耕作層土壤樣品(0～15 cm)，去除雜質、混合均勻后用自封袋密封裝好，及時進行土壤含水量的測定。土壤水分測定采用烘箱干燥法[14]。

1.3.2 土壤酶活性的測定 在各試驗小區分別于烤煙移栽45、60、90 d后，采用“五點法”采集正常生長煙株的根際耕作層土壤樣品(0～15 cm)，去除雜質、混合均勻后用自封袋密封裝好，及時測定土壤酶活性(磷酸酶、脲酶、過氧化氫酶、蔗糖酶)。土壤酶活性測定參考關松蔭[15]《土壤酶及其研究方法》中的方法測定。

1.3.3 烤煙農藝性狀的調查 參照中國煙草行業標準《YC/T 142─2010 煙草農藝性狀調查測量方法》，定點調查不同試驗小區烤煙移栽后45、60、90 d的農藝性狀。調查項目包括：株高(為莖基部與地表接觸處至生長點或打頂處之間的高度)、莖圍(為株高1/3處莖周長)、有效葉數、最大葉長和最大葉寬。

1.3.4 經濟性狀的調查 各處理嚴格掛牌采烤，確保從采煙，到編煙，到揀煙分級樣品對應精確，烘烤后按烤煙國家標準(GB 2635─1992)對標記煙葉分級和測產，計算各處理的煙葉平均產量、產值及中上等煙比例。

1.4 數據處理

采用Excel 2010和SPSS 21.0軟件對試驗數據進行整理和分析，運用Duncan’s法檢驗不同處理之間差異的顯著性(P<0.05)。

2 結果與分析

2.1 不同處理對土壤含水量的影響

由表3可知，在烤煙移栽后的第1至7周，T4、T5、T6、T7、T8、T9處理的根際土壤含水量顯著高于T1、T2和T3，且在移栽后的第3、5、7周，T7、T8、T9處理的根際土壤含水量顯著高于T4、T5、T6。烤煙移栽后的第11周，T5、T6、T7、T8、T9處理的根際土壤含水量無明顯差異。綜合來看，施用保水劑處理的根際土壤含水量明顯高于未施保水劑的處理，且在烤煙生長前中期施用保水劑和未施保水劑的土壤含水量差異較大。

表3 不同處理的土壤含水量 %

對正交試驗的土壤含水量進行直觀分析結果表明(表4)：保水劑用量是影響烤煙根際土壤含水量的最主要因素(極差R值最大)。從各因素的最優水平來看，A3B3的組合土壤含水量最高，C因素不穩定。綜合來看，以保水劑用量90 kg/hm2(A3)和有機肥等氮替代基肥比例30%(B3)則有利于提高烤煙根際土壤含水量。

表4 不同處理的土壤含水量直觀分析 %

2.2 不同處理對土壤酶活性的影響

烤煙生長關鍵時期(移栽后45、60、90 d)各處理的土壤酶活性見表5。移栽45 d后，磷酸酶活性：除T6處理明顯偏低外，其他處理間無明顯差異；蔗糖酶活性：T6處理明顯低于其他處理，T1、T2和T3處理明顯高于其他處理；脲酶活性：T6、T8和T9處理明顯低于其他處理；過氧化氫酶活性：T3處理明顯低于其他處理。移栽60 d后，磷酸酶活性在各處理間無明顯差異；蔗糖酶活性在各處理間差異較大，其中T6處理顯著低于其他處理，T2處理顯著高于其他處理；脲酶活性：T6、T8處理較低，而T1和T3處理顯著高于其他處理；過氧化氫酶活性：T2、T5和T6處理較低，T8處理顯著高于其他處理。移栽90 d后，磷酸酶活性：除T6處理顯著偏低外，其他處理間無明顯差異；蔗糖酶和脲酶活性：各處理間差異較大，其中T6處理最低，T2處理最高；過氧化氫酶活性：除T5和T6處理顯著偏低外，其他處理間無明顯差異。

表5 不同處理的土壤酶活性 mg/g

綜合來看，在烤煙生長不同時期，不同處理對土壤酶活性有一定的影響，特別是蔗糖酶活性各處理間差異較大，脲酶活性在烤煙生長中后期差異較大；其中T6處理的磷酸酶、蔗糖酶、脲酶活性均較低，T1、T2和T3處理的磷酸酶、蔗糖酶、脲酶活性均較高；T3處理在烤煙生長前期過氧化氫酶活性最低，T6處理在烤煙生長中后期過氧化氫酶活性最低。

對正交試驗的土壤酶活性進行直觀分析(表6)，結果表明：試驗的3個因素對土壤酸性磷酸酶、脲酶、過氧化氫酶活性的影響相對較小，對蔗糖酶活性影響則相對較大。保水劑用量是影響土壤蔗糖酶、脲酶活性的最主要因素(極差R值最大)，微生物菌劑用量是影響烤煙生長前期(移栽后45 d)土壤過氧化氫酶活性的最主要因素。從各因素的最優水平來看，A1C3組合有利于提高烤煙生長前中期土壤蔗糖酶和脲酶活性，但B因素不穩定；A1B1C2組合有利于提高烤煙生長后期土壤蔗糖酶、脲酶和過氧化氫酶活性。

表6 不同處理的土壤酶活性直觀分析 mg/g

2.3 不同處理對烤煙農藝性狀的影響

移栽后45、60、90 d的烤煙農藝性狀見表7。移栽后45 d，T5和T7處理的有效葉片數較多、株高較高，且顯著高于T1處理，而其他處理間的有效葉數和株高無顯著性差異；T1處理最大葉長和最大葉寬顯著小于其他處理，其中T5處理最大。移栽后60 d，T5、T8和T9處理的有效葉數、株高顯著高于T1處理；T5和T8處理的最大葉長、最大葉寬、莖圍顯著高于T1處理。移栽后90 d，T5、T7和T9處理的有效葉數顯著高于T1、T3處理；T5和T9處理的株高顯著高于T1、T2、T3處理；T5和T9處理的最大葉寬、莖圍顯著高于T1、T3處理。綜合來看，不同生育期，烤煙農藝性狀以T5和T9處理表現較好，T1處理則表現相對較差。

表7 不同處理的烤煙農藝性狀

對正交試驗的農藝性狀進行直觀分析(表8)，結果表明：保水劑用量是影響煙葉有效葉數、株高、葉長、葉寬和莖圍的最主要因素(極差R值最大)。從各因素的最優水平來看，移栽后45 d和60 d，A2B2組合的有效葉數、最大葉長和最大葉寬較優，C因素不穩定。移栽后90 d，農藝性狀以A3B2組合較優，C因素不穩定。

表8 不同處理的烤煙農藝性狀直觀分析

2.4 不同處理對烤煙經濟性狀的影響

由表9可知，不同處理的烤后煙葉產量以T5處理最高，達到2542.74 kg/hm2，其次為T9和T7處理；產值以T5處理最高，為70915.40元/hm2，T9處理次之，T6處理最低。T5、T7、T8和T9處理烤后上等煙比例相對較高，均超過50%，T1、T3、T6處理相對較低；各處理中上等煙比例表現為T5>T9>T8>T7>T2>T6>T3>T4>T1；與T1相比，T5處理中上等煙比例提高3.5個百分點，產量提高6.88%。

表9 不同處理的烤煙經濟性狀

對正交試驗的經濟性狀進行直觀分析(表10)，結果表明：有機肥等氮替代基肥比例是影響上等煙比例、中上等煙比例、均價和產值的最主要因素，保水劑用量是影響產量的最主要因素。從各因素的最優水平來看，經濟性狀以A3B2C3組合較優，處理中并未涉及，后期仍需進一步驗證。

表10 不同處理的烤煙經濟性狀直觀分析

3 結論與討論

水資源是大田農業可持續發展的前提，但近年來部分地區的干旱缺水情況嚴重地制約了農業的發展，如何高效利用有限的水資源來緩解當地干旱對作物生長的影響一直是研究的熱點。有研究表明，保水劑具有高吸水和高保水的能力，能夠有效吸收灌溉或者降雨時土壤里的有效態水[16]，對提高土壤含水量有明顯作用，同時對土壤的物理性質有一定的改善作用[17-20]；施用生物菌劑和有機肥能改善土壤結構，提高土壤肥力，減少水分的無效蒸發和流失，從而增加作物可利用的水分和田間持水量，有利于作物生長。

本研究表明：保水劑與有機肥、菌劑配合施用可以提高土壤含水量，其中保水劑用量是影響烤煙根際土壤含水量的最主要因素，施用保水劑的處理根際土壤含水量明顯高于未施保水劑的處理，且在烤煙生長前中期施用保水劑和未施保水劑的土壤含水量差異相對較大。這可能是由于在烤煙生長前中期昌寧植煙區有效降雨較少，保水劑的施用減少了雨水的流失和蒸發，土壤含水量相對較高；而在烤煙生長后期降雨多，未施保水劑和施用保水劑的土壤墑情較高，兩者土壤含水量差異變小。本研究還表明：保水劑配合有機肥施用的處理更有利于提高烤煙根際土壤含水量。這與張寶娟[21]的研究結果基本一致。

土壤酶對土壤肥力的形成有著重要作用，它可以促進有機物質的分解、釋放植物有效養分，其活性大小可影響土壤有機碳的含量、表征土壤性質的生物活性[22-25]。有機肥、菌劑能夠提高土壤酶活性，但與前人關于保水劑對土壤酶活性影響的結論不一。本研究還表明：在烤煙生長不同時期，保水劑與有機肥、菌劑配合施用對土壤酶活性有一定的影響，特別是蔗糖酶活性各處理間差異較大，脲酶活性在烤煙生長中后期差異較大；保水劑用量是影響土壤蔗糖酶、脲酶活性的最主要因素，未施用保水劑，而只是有機肥和菌肥混施的處理磷酸酶、蔗糖酶、脲酶活性較高。李想[26]、張璐[27]等也報道過施用有機肥可明顯提升酸性磷酸酶、蔗糖酶和脲酶活性，本試驗結果與上述研究基本一致；但與李倩等[28]研究施用保水劑可以增加土壤酶活性的結果有差異。這可能與土壤環境、保水劑類型不同及保水劑與有機肥、菌劑互作影響有關。

煙株的田間長勢反映了其生長發育及對養分的吸收利用情況，良好的長勢是提高煙葉質量和產量的前提。本研究還表明：保水劑與肥料不同配施組合對烤煙的生長及經濟性狀有較明顯的影響，保水劑用量是影響煙葉有效葉數、株高、葉長、葉寬、莖圍，以及產量的最主要因素；有機肥等氮替代基肥比例是影響上等煙比例、中上等煙比例和產值的最主要因素。這可能是在前期降雨較少情況下，配施的保水劑和有機肥提高了土墑，減輕了干旱對煙株生長的影響，降低了耕層土壤晝夜溫差，提高肥料的養分控釋性能，從而促進了煙株的生長。

綜合來看，三者配合施用時，保水劑是影響土壤含水量、酶活性、烤煙農藝性狀和產量的最主要因素；有機肥等氮替代基肥比例是影響上等煙比例、中上等煙比例和產值的最主要因素；保水劑和有機肥、微生物菌劑配合施用可以提高土壤含水量、抑制部分酶活性、促進烤煙生長、增加中上等煙比例，但上述三因素不同比例的配合施用對土壤含水量、烤煙農藝性狀及中上等煙比例的影響效果不同，整體上以T5處理相對較好；從正交試驗直觀分析看，A3B2C3組合的烤煙農藝性狀和經濟性狀最優，但處理中并未涉及，需進一步驗證。保水劑在土壤中的作用效應是個復雜的過程，受到其自身屬性、土壤周圍環境、土壤微生物等因素的影響，因此保水劑與有機肥、菌劑的不同組合對土壤改良效益、煙株養分的供給、煙株生長發育的影響存在差異，其組合影響機理仍有待做進一步研究。