保水劑施用對植煙紫色土的改良效應(yīng)及烤煙品質(zhì)的影響

郭維　肖志鵬　向鵬華　水明海　彭斯文　戴翠婷　龍世平

摘要：為改善紫色土煙田的土壤性能，減少季節(jié)性干旱對煙葉生長的影響，以云煙87為研究對象，采用田間小區(qū)試驗方法，研究了不同保水劑施用量（0，30，60，90 kg/hm2）對湖南衡南縣紫色土煙田土壤理化性質(zhì)和烤煙農(nóng)藝性狀、化學(xué)成分及經(jīng)濟(jì)性狀的影響。結(jié)果表明，施用保水劑有效地抑制了紫色土植煙土壤的水分流失，且抑制作用隨著保水劑用量的增加而增大；顯著降低土壤容重（p<0.05），降低幅度為8.44%～11.62%，顯著增加土壤非毛管孔隙度，增加幅度為28.65%～33.82%，提高了土壤通氣性，有利于煙株生長發(fā)育；施用保水劑提高了烤煙的綜合質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益，顯著增加煙葉中糖堿比1.03～3.50，顯著降低煙堿含量0.14～0.42百分點，60 kg/hm2保水劑處理烤煙增產(chǎn)374.70 kg/hm2，上等煙比例提高4.66百分點，效果最佳。因此，本研究區(qū)植煙紫色土以60 kg/hm2的保水劑用量最為適宜。

關(guān)鍵詞：紫色土；保水劑；土壤孔隙；煙葉；烤煙品質(zhì)

中圖分類號： S572.01?????????? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A?????????? 文章編號：1007-5119（2023）01-0038-06

Effects of a Water-Retaining Agent on Tobacco Field and the Quality of Flue-cured Tobacco Leaves in a Purple Soil

GUO Wei1， XIAO Zhipeng1， XIANG Penghua1， SHUI Minghai2， PENG Siwen3， DAI Cuiting3， LONG Shiping3*

（1. Hunan Hengyang Municipal Tobacco Company， Hengyang， Hunan 421000， China;2. Gansu Hairuida the EnvironmentalCompany， Lanzhou 730000， China;3. Hunan Academy of Agricultural Sciences， Changsha 410125， China）

Abstract： In order to improve the soil properties of tobacco fields in purple soil regions and mitigate the effect of seasonal drought on the growth of tobacco， the effects of different application rates of a water-retaining agent （0， 30， 60， 90 kg/ha） on soil physical properties， fertility， chemical composition， agronomic and economic properties of flue-cured tobacco Yunyan 87 were studied in the purple soil area of Hengnan County of Hunan Province. The results showed that the water-retaining agent effectively reduced water loss of tobacco-planting purple soil and the reduction effect increased with the increase of the amount of water-retaining agent. The application? of? water-retaining? agent? significantly （p<0.05） reduced? soil? bulk? density? by 8.44%-11.62% and? increased? soil non-capillary porosity by 28.65%-33.82%. The increased soil permeability was helpful in promoting the growth and development of tobacco plants. The water-retaining agent improved the overall quality and economic value of flue-cured tobacco. The sugar-nicotine ratio was? significantly increased by 1.03-3.50 when treated with water-retaining agent? and the content of nicotine? significantly decreased by 0.14-0.42 percentage points. During the growth period of tobacco， compared with the control， the yield of flue-cured tobacco? and? the? proportion? of? superior? tobacco? increased? by 21.90% and 4.66% respectively? when? the? application? rate? of water-retaining agent was 60 kg/ha. In conclusion， 60 kg/ha is the most suitable amount of water retaining agent for purple soil planting tobacco in our study area.

Keywords： purple soil; water-retaining agent; soil pore; tobacco; quality of flued-cure tobacco

水分是煙株生長發(fā)育的基礎(chǔ)。衡陽市地處湖南省中南部，現(xiàn)有植煙面積3680hm2，其中紫色土植煙區(qū)約占54.4%，該地區(qū)季節(jié)性干旱明顯，3—5月時有春旱發(fā)生，導(dǎo)致煙株前期生長緩慢，甚至影響煙葉后期發(fā)育及烤煙品質(zhì)，加之紫色土成土母巖結(jié)構(gòu)疏松和土地不合理利用的影響，土壤板結(jié)、水土流失、肥力下降、養(yǎng)分失衡等問題嚴(yán)重制約當(dāng)?shù)靥厣珶熑~的進(jìn)一步發(fā)展。因此，提高植煙土壤水分利用效率、加強(qiáng)烤煙節(jié)水抗旱技術(shù)研究對紫色土區(qū)煙葉優(yōu)質(zhì)適產(chǎn)具有重要意義。

以往研究表明，保水劑在煙葉生產(chǎn)中具有明顯的抗旱保水[1-2]、改良土壤結(jié)構(gòu)[3]和減少養(yǎng)分損失[4]等作用。左廣玲等[5]研究發(fā)現(xiàn)煙田施用保水劑可有效抑制土壤水分的流失，且隨著保水劑施用量的增加土壤含水率增大，煙株的可利用有效水增加。彭菊等[6]在貴州煙區(qū)的研究發(fā)現(xiàn)施用2.5～3.0 kg/667 m2的保水劑，煙株高大，煙葉長勢良好，葉片增加2～3片。雖然已有許多保水劑改善土壤結(jié)構(gòu)和提高煙葉品質(zhì)的相關(guān)研究[7-10]，但由于植煙區(qū)土壤類型及氣候條件不同，各個區(qū)域保水劑施用效果存在顯著差異，有關(guān)保水劑對植煙紫色土土壤改良效應(yīng)及烤煙生長發(fā)育的研究鮮有報道。

基于此，本研究分析了不同用量保水劑對衡陽紫色土煙田土壤理化性狀，烤煙主要化學(xué)成分、產(chǎn)量及質(zhì)量的影響，旨在探明有利于紫色土煙田土壤改良和煙葉生長發(fā)育的水分條件，為當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)提供理論依據(jù)與實踐參考。

1材料與方法

1.1試驗地概況

試驗地位于湖南省衡陽市衡南縣（112°6′～113°8′E，26°32′～26°58′N），海拔59～814.9 m，屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，試驗期間2022年3月至9月總降雨量為79.6 mm ，其中煙苗移栽前總降雨量12.0 mm，2022年3月20日移栽，移栽后第1～30、31～45、46～60、61～75天期間降雨量分別為7.4、12.8、18.7、9.9 mm。供試土壤為紫色頁巖母質(zhì)發(fā)育的紫色土，試驗處理前土壤基本理化性質(zhì)指標(biāo)（即初始值）如下：pH 為8.3，含有機(jī)質(zhì)27.00 g/kg、全氮1.63 g/kg、全磷1.19 g/kg、全鉀25.40 g/kg、速效鉀428.12 mg/kg、水解性氮114.32 mg/kg、有效磷41.10 mg/kg。

1.2試驗設(shè)計

供試烤煙品種為云煙87，保水劑為甘肅海瑞達(dá)生態(tài)環(huán)境科技有限公司生產(chǎn)的聚丙烯酰胺類保水劑。試驗設(shè)4個處理，對照（CK）、保水劑施用量30 kg/hm2（T1）、60 kg/hm2（T2）和90 kg/hm2（T3），每個處理設(shè)3個重復(fù)，共12個小區(qū)。試驗區(qū)采用常規(guī)施肥標(biāo)準(zhǔn)：煙草專用基肥900kg/hm2[m （N ）∶ m （P2O5）∶ m （K2O ）=8∶9∶10]、專用追肥375 kg/hm2[m （N ）∶ m （K2O ）=10∶32]、鈣鎂磷肥600kg/hm2（P2O5，12%）、硫酸鉀375 kg/hm2（K2O ，50%）、硝酸鉀225 kg/hm2[m （N ）∶ m （K2O ）=13.5∶44.5]，純 N 、P2O5和 K2O 分別為165、165和462 kg/hm2。移栽前保水劑和基肥充分混勻后施在移栽穴內(nèi)，并與土壤充分混合均勻，覆蓋一層薄土，2022年3月20日移栽煙苗并澆足定根水。

1.3樣品采集及指標(biāo)測定

1.3.1土壤理化性質(zhì)測定分別于煙苗移栽后第10、20、30、45、60、75、90天通過取土器采集5～15 cm 土層內(nèi)的土壤樣品，每個小區(qū)在距煙株中心20 cm 垂直壟的方向隨機(jī)選取3個采樣點，用烘干法測定土壤含水量。煙苗移栽60d 后采用環(huán)刀法測定各小區(qū)土壤容重、孔隙度（包括總孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度），同時每小區(qū)按照 S 形線路采集五點0～20 cm 土壤，充分混勻后帶回實驗室用于土壤養(yǎng)分測定，包括土壤 pH （水浸提電位法，水土質(zhì)量比為2.5∶1）、有機(jī)質(zhì)含量（重鉻酸鉀容量法）、全氮（半微量凱氏定氮法）、全磷（高氯酸-硫酸法）、全鉀（火焰光度法）、堿解氮（堿解擴(kuò)散法）、水解性氮（堿解擴(kuò)散法）、有效磷（碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法）和速效鉀（醋酸銨浸提-火焰光度法），具體方法參考文獻(xiàn)[11]。

1.3.2煙株農(nóng)藝性狀測定烤煙移栽后第30、45、60、75天調(diào)查煙株農(nóng)藝性狀，每個小區(qū)隨機(jī)定株調(diào)查5株，調(diào)查內(nèi)容包括株高、有效葉片數(shù)、最大葉長、最大葉寬、莖圍。

1.3.3烤煙經(jīng)濟(jì)性狀測定待烤煙成熟后，各處理小區(qū)煙葉單獨采收編稈，單獨計產(chǎn)。煙葉全部采收烘烤完畢后，根據(jù)烤煙國標(biāo) GB 2635—1992進(jìn)行分級，參照2021年煙葉收購價格計算產(chǎn)值，統(tǒng)計煙葉產(chǎn)量和上等煙比例。

1.3.4煙葉化學(xué)品質(zhì)分析每個處理選10株生長整齊一致有代表性的煙株作為待測株，烘烤后參考文獻(xiàn)[12]測定總糖、還原糖、總堿、總氮、總鉀、氯等指標(biāo)，并計算糖堿比和氮堿比等派生指標(biāo)。利用杜文等[13]方法對試驗區(qū)煙葉綜合質(zhì)量進(jìn)行評價。綜合質(zhì)量得分計算公式如下：

式中： ASi 為化學(xué)成分 i 的平均值得分；Ai 為測定平均值；ACi 為設(shè)定中心值；AVi 為設(shè)定閾值； AS 為烤煙化學(xué)成分評價綜合質(zhì)量得分。中心值 ACi 和閾值 AVi 由煙葉檢測各組分含量數(shù)據(jù)統(tǒng)計的結(jié)果確定； Wi 為指標(biāo)在綜合評價中所占的權(quán)重，根據(jù)指標(biāo)對烤煙質(zhì)量影響的重要程度，相應(yīng)的權(quán)重分別為： W 還原糖=0.25，W 煙堿=0.25，W 糖堿比=0.25，W 氯=0.125， W 鉀=0.125。

1.4數(shù)據(jù)處理與分析

采用Origin Lab 2022進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析與作圖，結(jié)果以均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示；采用單因素方差分析（one-way ANOVA）比較處理間差異，用 LSD 法檢驗差異顯著性（p<0.05）。

2結(jié)果

2.1不同保水劑處理對土壤水分和孔隙度的影響由圖1可知，保水劑的添加可抑制土壤含水量的下降，煙苗移栽45d 時，對照組土壤含水量下降最快， T1和 T2次之， T3下降最慢， T1、T2和 T3處理土壤含水量分別高于對照0.71%、1.10%和1.83%。第60天和第75天由于降雨均導(dǎo)致土壤含水量呈上升趨勢，但保水劑處理土壤含水量均高于對照組。第90天時， T1、T2和 T3處理土壤含水量分別高于對照1.17%、1.65%和2.84%，均達(dá)到顯著水平（p<0.05）。說明保水劑具有顯著抑制土壤水分流失的作用，且抑制作用隨著保水劑用量的增加而增大。

由表1可知，施用保水劑可顯著降低土壤容重，增大總孔隙度和非毛管孔隙度，其中 T2土壤平均容重最小，為1.13 g/cm3，平均總孔隙度和非毛管孔隙度最大，分別為57.30%、19.15%，較對照提升5.61、4.84百分點。保水劑處理土壤毛管孔隙度均高于對照，但在統(tǒng)計學(xué)上無顯著差異。以上說明保水劑處理提高了土壤的通氣性，利于煙葉的生長發(fā)育，以 T2的改良效應(yīng)最佳。

2.2不同保水劑處理對土壤養(yǎng)分的影響

由表2可知，各處理全氮、水解性氮、有機(jī)質(zhì)含量均小于初始值。經(jīng)保水劑處理后的全磷含量為1.05～1.14 g/kg，均低于初始值， T2處理的全磷含量顯著高于 CK，較 CK 提高13.08%。保水劑處理的有效磷均高于 CK，且隨保水劑的增加，呈先上升后下降的趨勢，以 T2處理最高，較 CK 增加46.36%。不同保水劑處理速效鉀均較初始值增大，且 T1-T3處理的速效鉀分別較 CK 增加30.36%、41.41%和33.12%。

2.3不同保水劑處理對煙株農(nóng)藝性狀的影響

由表3可以看出，在煙株不同生育期保水劑處理的株高、有效葉片數(shù)、莖圍和最大葉面積均高于對照。煙苗移栽后30、45、60和75 d ，T1株高均顯著高于對照，分別比對照提高14.88%、7.31%、3.33%和4.04%，但與 T2、T3處理間無顯著差異。移栽后45和60 d 各處理有效葉片數(shù)和最大葉面積均無顯著差異，移栽后75 d T2處理的有效葉片數(shù)和最大葉面積分別較對照顯著提高7.84%和9.56%，而 T1和 T3與對照無顯著差異。 T2處理的莖圍在移栽后45、60和75 d 較對照顯著增加了10.09%、11.80%和17.31%。綜合來看，T2處理促進(jìn)煙葉生長作用最優(yōu)。

2.4不同保水劑處理對煙葉化學(xué)品質(zhì)的影響

相關(guān)研究表明，優(yōu)質(zhì)烤煙中總氮含量范圍在1.5%～2.5%之間，總鉀含量>2%，總糖含量范圍為20%～25%，還原糖含量在18%～22%之間，煙堿含量為1.8%～2.8%，氯離子含量0.3%～0.6%，糖堿比在8～12，氮堿比≈1[14]。由表4可以看出，研究區(qū)煙葉的總氮、總鉀和氯含量均低于優(yōu)質(zhì)烤煙的適宜范圍；所有處理的總糖、還原糖含量高于優(yōu)質(zhì)烤煙范圍，這可能會導(dǎo)致烤煙氣味平淡。各處理煙堿含量均在優(yōu)質(zhì)烤煙范圍，施用保水劑降低了煙葉煙堿含量， T1、T2、T3處理煙堿含量分別較對照降低0.14、0.42和0.21百分點，其中 T2效果最明顯。 T1、T2和 T3處理中烤煙糖堿比較對照分別提高1.03、3.50和1.66，其中 T2和 T3糖堿比略高于優(yōu)質(zhì)烤煙范圍。保水劑處理煙葉氮堿比均高于對照，但在統(tǒng)計學(xué)上無顯著差異。

對烤后煙葉綜合質(zhì)量進(jìn)行評價，綜合質(zhì)量得分如圖2所示，可以看出，不同用量保水劑均提高了烤煙的綜合質(zhì)量，但低劑量保水劑（T1）對質(zhì)量提高效果不顯著， T2對烤煙綜合質(zhì)量提高效果最明顯，高劑量保水劑處理（T3）的烤煙質(zhì)量較 T2有所下降。

2.5不同保水劑處理對烤煙經(jīng)濟(jì)性狀的影響

從表5可知，保水劑處理的煙葉產(chǎn)量和產(chǎn)值均顯著提高，各經(jīng)濟(jì)性狀均以 T2最高，煙葉產(chǎn)量、產(chǎn)值和上等煙比例分別較對照提高374.70 kg/hm2、10993.65元/hm2和4.66百分點。

3討論

施用保水劑有利于改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤保水蓄水能力以及通氣性[1，4-5，15]。本研究中，施用保水劑抑制了土壤水分的流失，提高了土壤的保水性能，且隨著保水劑用量的增加，保水性能也增強(qiáng)，這與左廣玲等[16]研究結(jié)果一致，而李霞等[17]研究發(fā)現(xiàn)保水劑的保水效果隨著施用量的增加呈拋物線形變化，表明高濃度保水劑下保水能力下降，這與本研究結(jié)果不一致。本研究也發(fā)現(xiàn)施用保水劑的各處理土壤容重顯著降低，總孔隙度和非毛管孔隙度顯著增加，其中以60kg/hm2保水劑用量效果最優(yōu)，高劑量保水劑（90kg/hm2）提升效果有所降低，這與左廣玲等[5]的研究結(jié)果一致。但左廣玲推薦保水劑用量為240 kg/hm2，與本文中的最適用量差異較大，這可能與保水劑的施用類型有關(guān)，左廣玲等研究施用的是自制大豆秸稈基類保水劑，吸水率低于本研究中施用的聚丙烯酰胺保水劑，因此所需施用量更大。

研究表明，施用保水劑能夠促進(jìn)烤煙生長發(fā)育，提高煙株株高、莖圍、葉面積、生物量及干物質(zhì)積累量等[17-18]。本研究發(fā)現(xiàn)保水劑的施用在不同程度上增加了煙葉株高、葉片數(shù)、莖圍和最大葉面積，這與鐘秋瓚等[18]、伍建榕等[19]研究結(jié)果一致，并且在煙株成熟期以60 kg/hm2保水劑用量促進(jìn)煙株生長發(fā)育效果最優(yōu)，在紫色土上繼續(xù)施用保水劑對烤煙生長的影響效果降低。

煙葉的化學(xué)成分是評價烤煙品質(zhì)的重要指標(biāo)。彭菊等[6]研究表明施用保水劑可提高煙葉品質(zhì)及感官質(zhì)量等級，本研究再次證實這一結(jié)論。本研究中施用保水劑顯著增加了煙葉中還原糖含量，降低了煙堿含量，30、60、90 kg/hm2保水劑處理的煙堿分別較對照降低了0.14、0.42和0.21百分點，這有利于改善煙葉的品質(zhì)[20]，保水劑的施用也顯著提高了煙葉產(chǎn)量、產(chǎn)值和上等煙比例，其中以60 kg/hm2保水劑用量綜合質(zhì)量提升效果和經(jīng)濟(jì)效益最佳。劉世亮等[21]研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)保水劑施用量在15～30 kg/hm2時煙葉的產(chǎn)量和產(chǎn)值均為最高，烤煙的經(jīng)濟(jì)效益最好。不同研究中適宜保水劑用量范圍不同可能是由于土壤類型、性質(zhì)、烤煙品種等因素造成的，本研究的煙田土壤為紫色土，土壤退化嚴(yán)重，土壤質(zhì)量下降、肥力降低、水土流失嚴(yán)重，因此保水劑適宜用量需要更高。綜合考慮烤煙農(nóng)藝性狀、化學(xué)成分及經(jīng)濟(jì)效益等指標(biāo)，推薦在衡陽紫色土區(qū)植煙土壤上施用保水劑量為60 kg/hm2。但由于本研究僅為一年試驗，后續(xù)還應(yīng)進(jìn)一步驗證。

4結(jié)論

結(jié)果表明，添加保水劑有效地抑制了紫色土區(qū)植煙土壤的水分流失，保水能力隨著保水劑用量的增加而增加；保水劑有效地改善了土壤物理性狀，降低了土壤容重，增大了土壤總孔隙度和非毛管孔隙度，提高了土壤通透性，促進(jìn)了煙株生長發(fā)育。施用保水劑增加了土壤有效磷和速效鉀含量，顯著增加了煙葉中還原糖含量，降低了煙堿含量，在不同程度上改善煙葉株高、葉片數(shù)、莖圍和最大葉面積等農(nóng)藝性狀，提高了烤煙產(chǎn)量、產(chǎn)值、上等煙比例和均價。保水劑用量60 kg/hm2是本研究紫色土區(qū)煙田土壤改良和烤煙品質(zhì)提升的最佳施用量。

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