水肥一體化對烤煙鉀吸收及產質量的影響

張銅津，陳培鈺，宋正熊，馬君紅，符云鵬，楊鐵釗，代曉燕

（1.河南農業大學煙草學院，煙草行業煙草栽培重點實驗室，鄭州 450002；2.河南省煙草公司洛陽市公司，河南 洛陽 471023）

0 引 言

鉀是植物生長必需的營養元素，也是公認的煙草品質元素[1]。充足的鉀素供給不僅能保證煙草正常生長發育，還對煙葉的燃燒性、吸食品質及卷煙制品的安全性均有重要影響[2]。豫西煙區地處半濕潤半干旱地區，水資源相對匱乏，加之降水時空分布不均勻，干旱頻發[3]，土壤中的水溶性鉀和交換性鉀離子易被2∶1型黏土礦物的層間孔穴固定[4]，其使得土壤中的有效鉀含量降低，導致煙株可供吸收利用和在植株體內循環的鉀量降低并限制了當地煙葉鉀含量的提高，制約著當地煙葉品質的提升。因此，研究緩解豫西煙區干旱、提高煙葉鉀含量的栽培措施具有重要的現實意義。水肥一體化是將水與肥混勻后，利用自然高度或水泵等設備制造壓力差，通過管道及滴灌帶對植株進行精準施肥與灌溉的技術，可根據植物的生長規律與需肥特性定時定量施入養分，實現水肥同步管理及資源高效利用[5]。近年來水肥一體化技術已成為農作物生產的研究熱點，已有報道，水肥一體化在小麥、水稻和玉米等作物試驗中取得明顯的增產豐收效果[6-9]。水肥一體化能夠提高作物干物質積累量[10]，提高烤煙根系活力[11]，增強葉片光合作用及光能利用效率[12]，保證植物的較高水分利用率[13]。與條施或撒施相比，水肥一體化可按照作物不同生長時期養分需求精準供給養分[14]。Mohammad 等[15]研究發現，水肥一體化下南瓜氮素吸收效率顯著提高。席奇亮等[11]通過南陽煙區試驗表明，水肥一體化有效調控煙株對氮素的吸收，提高了氮肥利用率。Silber 等[16]通過研究生菜發現水肥一體化高頻率滴灌施肥能夠增強土壤中磷素向作物主根區移動，進而促進生菜對磷的吸收利用。張國橋等[17]研究發現磷肥100%隨水滴灌追施，可顯著提高玉米吸磷量。周健飛等[18]研究南陽煙區主栽品種云煙87 發現，水肥一體化顯著提高了煙葉鉀含量，有利于實現“提鉀降氯”。目前，有關水肥一體化對作物氮磷鉀養分吸收已有較多研究，但針對豫西煙區干旱頻發、煙葉鉀含量低的現狀，運用水肥一體化技術進行提高煙葉鉀含量及改善煙葉產質效益的研究還比較缺乏。因此，本文通過研究水肥一體化對豫西煙區主栽品種LY1306 鉀吸收特性和產質量的影響，為完善豫西煙區抗旱提鉀栽培技術體系提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2020年在河南省洛陽市洛寧縣小界鄉王村進行。試驗地基礎肥力為全氮含量0.11%、全碳含量0.75%、硝態氮11.80 mg/kg、銨態氮9.68 mg/kg、速效磷16.55 mg/kg、速效鉀153.84 mg/kg、土壤pH 值為7.65。試驗地肥力均勻，有灌溉條件。供試品種為LY1306，采用漂浮育苗方式，選取5葉1心生長茁壯煙苗，于5月1 號移栽。田間栽培管理措施運用優質煙葉生產技術規范進行。

1.2 試驗設計

采用隨機區組設計，共設置3 個處理，空白對照處理CK、常規處理T1（當地施肥和灌水方式）和水肥一體化處理T2（指導施肥和灌水方式）。具體為：CK 處理除大田起壟時條施高碳基肥料375 kg/hm2，不施任何其他肥料，作空白對照。T1 處理以當地施肥量為準，即在大田起壟時條施高碳基肥料375 kg/hm2、羊糞（含N 2%）750 kg/hm2、重鈣（含P2O550%）75 kg/hm2和硫酸鉀（含K2O 50%）300 kg/hm2作基肥，煙株生長期總施氮量為15 kg/hm2。T2 處理大田起壟時條施高碳基肥料375 kg/hm2，通過水肥一體化滴灌系統根據煙株需水需肥規律來把所有化肥作追肥施入，追肥使用本課題組自配液體肥料，包括團棵期追肥（N-P2O5-K2O=10-25-34）共150 kg/hm2，分別在煙株移栽后30 d 和35 d 施入；旺長期追肥（N-P2O5-K2O=0-0-33）共150 kg/hm2，分別在移栽后50 d 和60 d施入；成熟期追肥（N-P2O5-K2O=0-0-33）共150 kg/hm2，分別在移栽后70 d 和80 d 施入，煙株整個生長期施入N、P2O5和K2O與T1處理保持一致。

全生長期灌水量CK、T1、T2 處理保持一致，其中CK和T1 為溝灌，全生長期共進行3 次灌溉，灌水定額為450 m3/(hm2·次)；T2 灌溉方式為滴灌，全生育期共進行9 次滴灌（其中6 次與施肥同時進行），灌水定額為150 m3/(hm2·次)。每處理重復3 次，共9 個小區。各小區面積為667 m2，每個小區種1 000 株，行株距1.3 m×0.55 m，小區周圍設置保護行。除不同的施肥方案外，其他措施按當地生產技術規范進行。

1.3 測定指標和方法

1.3.1 干物質積累量

在移栽后30、40、50、60、70、80、90、100 d 時，每個處理分別挖取生長一致的煙株3～4 株，分葉、莖和根3 個部位，在105 ℃下殺青30 min，65 ℃烘干到恒重，稱重后粉碎，測定干物質的積累量。

1.3.2 鉀素積累量和鉀素效益

取1.3.1 中粉碎后的殺青樣，用0.2 mm 篩子過篩，精確稱量0.1 g，用1 mmol/L 鹽酸浸提植株體內鉀含量，使用FP6400火焰光度計測定煙株鉀素[19]，計算鉀素積累量、鉀肥偏生產力和鉀肥表觀利用率。

鉀肥偏生產力（kg/kg）=施鉀區產量/施鉀量

鉀肥表觀利用率=（施鉀區移栽后100 d 吸鉀量-空白對照移栽后100 d吸鉀量）/施鉀量×100%

1.3.3 Logistic 生長模型

參考朱英華等[20]的方法，選采用Logistic 方程（1）對干物質積累量、鉀積累量進行擬合。用Logistic 方程的二階導數方程（3）等于0 時計算最大積累速率出現時間，之后帶入一階導數方程（2）來計算煙株各部位最大積累速率。

式中：y為干物質或鉀積累量；t為移栽天數；e為自然對數；a、b、c為擬合方程參數，參數a、b、c通過統計軟件計算獲得。

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 用于化學成分測定。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，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），再分別計算兩糖比、鉀氯比。

1.3.5 經濟性狀

煙葉成熟采收后掛牌烘烤，回潮后分別測量小區產量，采用42 級烤煙國家標準分別對其進行分級，計算產值、均價及不同等級煙葉比例[21]。

1.4 數據處理

用Excel 2016 進行數據整理，使用SPSS 22.0 進行數據統計分析，采用Duncan 新復極差法進行差異顯著性檢驗，利用Origin 2019b進行數據擬合、求導和作圖。

2 結果與分析

2.1 不同處理對烤煙干物質積累的影響

將各處理干物質積累和移栽天數進行擬合分析，建立Logistic 模型[見圖1（a）]。由表1可知，干物質積累量擬合曲線經F檢驗達到極顯著水平，同時擬合方程R2均在0.99 以上，說明Logistic 模型的擬合度較好，可以通過該模型對各處理干物質積累動態變化作出科學合理的解釋。

圖1 不同處理干物質積累量和積累速率的變化規律Fig.1 Variation pattern of dry matter accumulation and accumulation rate of different treatments

由圖1（a）所示，不同處理烤煙的干物質積累量表現出隨移栽天數的推移呈“S”形曲線變化，其中在移栽后40 d 前干物質積累量比較少，40～70 d 烤煙干物質積累量快速增加，70 d后干物質積累量趨于平緩。在同一移栽時間，不同處理烤煙干物質積累量均表現為T2>T1>CK，說明水肥一體化處理能提高煙株的干物質積累量。對圖1（a）進行一階求導得干物質積累速率[見圖1（b）]，結果表明不同時期各處理干物質積累速率均呈先升高后降低的單峰曲線趨勢，其中施肥處理（T1、T2）干物質速率峰值明顯高于CK 處理，也表現為T2>T1>CK。從積累速率上看，CK 處理的干物最大積累速率相對滯后，而T2 處理最大干物質積累速率出現時間較早，為移栽后53.370 d（見表1），較CK、T1 提前了7.884 d、5.777 d，最大干物質積累速率（見表1）為13.779 kg/（d·hm2），較CK、T1提高了70.03%、36.72%。

表1 不同處理擬合干物質參數Tab.1 Fitting dry matter parameters for different treatments

2.2 不同處理對煙株各部位鉀積累和鉀素效益的影響

2.2.1 烤煙各時期各部位鉀積累量

由圖2（a）可知，煙株中鉀素積累量隨著生育進程的推移呈增加趨勢。從不同時期鉀素積累來看，煙株移栽后30～40 d 鉀素積累量較少，此間各處理鉀素積累量占100 d 生育期總鉀素積累量的8.44%、6.11%、8.30%；移栽后40～60 d，煙株鉀素積累量增加較多，各處理鉀素積累量增加了41.82、51.91、61.60 kg/hm2，占100 d 生育期總鉀素積累量的56.69%、54.79%、54.10%；移栽60 d 后，鉀素積累增量減緩，并在90 d后逐漸趨于平緩。在移栽后時間內不同處理煙株整株鉀累積量均表現為T2>T1>CK，其中自移栽后50 d起，T2處理與CK、T1 處理差異均達到顯著水平，在移栽后100 d 時T2 處理較CK和T1處理顯著提高了54.37%和20.19%。

圖2 不同處理各部位鉀積累量Fig.2 Potassium accumulation in various parts of different treatments

由圖2（b）可知，各處理煙草根系中鉀積累量也表現為隨著生育進程而增加的趨勢，移栽后50 d前少，移栽后50～90 d鉀積累量迅速持續增加，而移栽后90 d后略有下降，這一點與煙株整株鉀素積累量有所不同。其中移栽后30～50 d，各處理煙草根系中鉀積累量較少；移栽50 d 后，鉀素積累明顯加快，尤其是T2 處理增幅更為明顯，各處理均于移栽90 d 達到峰值，在移栽后90 d 時T2 較CK 和T1 處理增加了71.70%、25.01%；各處理自90 d 后至100 d 積累量又略有減少。不同處理之間表現出顯著的差異性，其中自移栽后40 d 后，處理施肥處理的鉀素積累量顯著高于CK（80 d 除外），而T2 處理煙草根系中鉀素積累量又顯著大于CK和T1處理。

由圖2（c）可知，煙莖中鉀積累量隨生育進程也表現為明顯“S”形曲線，與整株鉀素累積量規律相似，各處理間表現為T2>T1>CK。移栽后30～40 d，煙莖積累較少；移栽后40～60 d，各處理煙株步入旺長期，煙莖鉀積累量增幅明顯，其中T2 處理煙莖鉀積累量為30.17 kg/hm2，較CK 顯著提高了44.57%，較T1 明顯提高了10.09%；移栽60 d 后，煙莖鉀積累增幅減緩，逐漸趨于平緩。

由圖2（d）可知，鉀在煙葉中的累積量也表現隨生育期的進程呈增加趨勢，各處理間表現為T2>T1>CK。移栽30～40 d，此間煙葉鉀積累較緩慢。移栽后40～60 d，煙株步入旺長期，煙葉鉀積累明顯加快，其中T2 處理尤為明顯，并于移栽后50、60 d時與CK和T1處理相比差異達到顯著水平。移栽后60～70 d，各處理鉀積累明顯減緩。而自移栽后70 d 后鉀積累T1 和T2 處理又呈現出一段快速積累過程，這可能與此時煙株打頂有關，到移栽后90 d 后又逐漸減緩，而此間T2 處理煙葉鉀積累量均顯著大于CK 和T1 處理，其中在移栽后100 d 時較CK和T1處理分別提高了71.10%和25.84%。

2.2.2 不同處理各時期各部位鉀積累量動態模型

Logistic 模型擬合后曲線如圖3所示，相關參數見表2，煙株、煙莖、煙葉鉀積累量隨生育期進程呈現明顯“S”形曲線，而煙草根系鉀積累呈明顯直線上升趨勢，且經F檢驗達到極顯著水平，R2均大于0.95。說明Logistic 模型的擬合較好，可以科學解釋鉀積累量，方便掌握鉀積累量動態。

圖3 不同處理各部位鉀積累量擬合曲線Fig.3 Fitting curve of potassium accumulation in each part of different treatments

表2 不同處理各部位鉀積累量擬合參數Tab.2 Fitting parameters for potassium accumulation in each part of the different treatments

2.2.3 不同處理各時期各部位鉀積累速率

根據圖3擬合曲線進行一階求導，結果如圖4所示，相關參數見表3。由圖4（a）可知，煙株鉀積累速率呈現先升高后降低的單峰曲線，各處理表現為T2>T1>CK，于55 d 左右達到峰值。由表3可知，T2處理最大積累速率較CK和T1處理明顯提高了42.78%和18.93%，同時平均鉀積累速率提高了56.70%和21.48%。

如圖4（b）所示，各處理煙草根系的鉀累積速率也表現為先升高后降低的趨勢，且每個時期均表現為T2>T1>CK，但CK和T1處理的鉀積累速率與T2處理相比相對平緩。由表3可知，T2 處理煙草根系最大鉀積累速率出現于移栽后62.975 d，較CK 和T1 處理提前了7.285 d 和8.776 d，最大積累速率提高了72.28%和33.72%，平均速率提高了64.67%和18.36%。可見，水肥一體化處理能夠促進煙株根系對鉀吸收，有利于提高煙葉的鉀含量。

圖4 不同處理各部位鉀積累速率Fig.4 Accumulation rate of potassium in each part of different treatments

表3 不同處理各部位擬合鉀積累速率Tab.3 Proposed potassium accumulation rates for each part of the different treatments

如圖4（c）所示，煙莖鉀積累速率趨勢同煙株鉀積累速率，不同處理之間鉀積累最大速率表現為T2>T1>CK。由表3可知，T2 處理平均鉀積累速率分別較CK 和T1 處理提高了44.42%和11.21%。移栽后53.566 d，T2 處理煙葉出現鉀最大積累速率，為2.044 kg/（d·hm2），較CK 和T1 處理提前了1.875 d和0.123 d。

由圖4（d）所示，CK 處理煙葉鉀積累速率先快速上升達到峰值（最大鉀積累速率）后又快遞下降，其最大鉀積累速率明顯高于T1 處理，與T2 處理基本持平；T1 和T2 處理趨勢一致，鉀積累速率達到最大值后下降曲線較為平緩，且T2 煙葉鉀積累速率始終大于T1 處理。由表3可知，T2 處理平均鉀積累速率分別較CK 和T1 處理提高了79.62%和29.10%，最大積累速率較T1處理提高了30.98%。

2.2.4 不同處理鉀素效益

由表4可以看出，T1 和T2 處理鉀肥表觀利用率均偏低，其與豫西煙區干旱頻發、土壤鉀素被固定導致的土壤有效鉀含量降低密切相關。與T1 處理相比，T2 處理可顯著提高煙株的移栽后100 d吸鉀量，其鉀肥表觀利用率提高了91.27%，鉀肥偏生產力也明顯增加。

表4 不同處理鉀素效益比較Tab.4 Comparison of potassium benefits of different treatments

2.3 不同處理對烤后煙葉常規化學成分的影響

如表5所示，上部葉方面，與CK 處理相比，T1、T2 處理的總糖、還原糖含量顯著降低，煙堿、氯和鉀含量顯著增加；相較于常規施肥處理（T1），T2處理上部葉烤后煙葉的煙堿含量顯著增加，還原糖、氯含量顯著降低，鉀氯比明顯提高了30.84%。中部葉的總糖、還原糖均表現為T2>T1>CK，煙堿、總氮均表現為CK>T1>T2，且差異均達到顯著水平，此外，T2 處理鉀含量較CK、T1 顯著提高了33.70%、20.59%，鉀氯比較CK 提高了31.60%。綜上，水肥一體化處理可明顯提高中上部鉀氯比值，有利于改善煙葉的燃燒性；改善烤煙碳水化合物的合成，促進烤后煙葉化學成分的更加協調。

表5 不同處理各部位烤后煙葉常規化學成分Tab.5 Conventional chemical composition of post-baking tobacco leaves in each part of the different treatments

2.4 不同處理對經濟性狀的影響

由表6可知，常規施肥處理（T1）經濟性狀明顯高于不施肥處理（CK），其中產值方面較CK 顯著提高了29.27%。在3個處理條件下，水肥一體化處理（T2）下烤后煙葉的經濟性狀均為最高。T2 處理的產量、產值、均價和中上等煙比例較CK 處理顯著提高，其中產值提高了50.45%；與T1 相比，T2處理的產值顯著增加了9 521.25 元/hm2，其他經濟性狀指標明顯提高但無顯著差異。

表6 不同處理經濟性狀Tab.6 Economic traits of different treatments

3 討 論

作物產量的形成與干物質積累密切相關，量化作物生產過程中干物質積累的動態變化規律，是揭示作物產量形成和掌握高產作物關鍵指標的重要內容[22]。Logistic 模型已用于分析小麥、水稻和玉米等作物的干物質積累動態變化特征[23-26]。在本研究中，以移栽天數為自變量，干物質積累量、鉀積累量分別為因變量，運用Logistic 生長模型進行擬合，發現干物質積累量和鉀素積累量均呈現“慢-快-慢”的變化規律，這與前人的研究結果相一致[27]，表明Logistic 擬合曲線能夠闡明干物質積累和移栽天數、鉀素積累量和移栽天數的變化規律。本試驗研究發現，施肥可以提高烤煙的干物質積累量和積累速率，而水肥一體化技術不僅可以提高植株的干物質積累速率和積累量，而且與當地生產常規施肥處理相比能促使最大干物質積累時間提前，其原因可能與水肥一體化的合理滴灌促使煙草根系生長，提高根系活力，進而促進煙株的生長發育及干物質積累，為改善煙葉品質和促進煙葉的落黃成熟奠定了良好的基礎。

本試驗發現烤煙各部位鉀素積累速率隨生育期進程呈先升高后降低的單峰趨勢，這與丁亞會等[28]研究結果相似，同時發現各部位鉀素積累速率趨勢不盡相同，煙莖鉀素積累速率表現為T1和T2處理大于CK處理，T1、T2處理間差異不明顯；煙葉鉀素積累速率主要表現為T2>T1 處理；煙株和煙草根系鉀素積累速率方面，各處理明顯表現為T2＞T1＞CK。表明常規施肥可以通過增加鉀素用量來提高煙株、煙草根系和煙莖鉀積累速率，而水肥一體化在常規施肥的基礎上，通過分次施鉀、水肥同施進一步提高煙株、煙草根系和煙葉鉀素積累速率，其原因可能是水肥一體化通過分次施鉀，減少了鉀肥在土壤中的停留時間，減少了因豫西煙區干旱頻發而造成的鉀固定；水肥一體化通過水肥同施，在緩解豫西煙區干旱的同時提高了鉀肥吸收利用率，達到以水促肥的效果。本研究還發現相較于常規施肥，水肥一體化能夠有效提前煙草各部位最大鉀積累速率出現時間，其中煙草根系尤為明顯，說明水肥一體化能夠加快烤煙對鉀的吸收，促進煙株早發快長，在提高鉀素肥料利用率上有明顯的作用。

本試驗研究分析結果表明：水肥一體化技術能改善煙葉化學成分協調性，但上、中部葉化學成分變化不盡相同。上部葉方面，與常規施肥（T1 處理）相比，水肥一體化處理明顯增加了鉀、還原糖和總氮含量，降低了總糖、氯含量，提高了兩糖比、鉀氯比；對于中部葉，水肥一體化處理總糖、還原糖、氯和鉀含量顯著大于T1 處理，煙堿、總氮含量顯著小于T1處理，兩糖比、鉀氯比較T1處理明顯增加。其原因可能是水肥一體化處理下烤煙上部葉生長過大，對中部葉造成遮蔭，進而導致上、中部葉化學成分的差異[29]。通過對經濟性狀分析表明：水肥一體化處理能夠提高豫西煙區煙葉產量、產值、中上等煙比例，尤其是在產值方面，這與何佳[30]在豫中煙區結果相一致，說明水肥一體化能夠提高當地煙葉經濟效益。

4 結 論

在豫西煙區應用水肥一體化技術對于提高煙株干物質積累、促進烤煙鉀積累、改善煙葉化學成分、提高經濟性狀具有明顯作用。綜合試驗結果表明，水肥一體化能夠為烤煙生長提供物質基礎，有利于烤煙的生長發育；同時加快了煙草對鉀的吸收利用，有利于鉀肥的高效利用。