水肥一体化对烤烟产量与质量的效应分析

何 佳，张思琦，周 方，贺文俊，王 袁，周健飞，杨铁钊

(河南农业大学烟草学院，郑州 450002)

烤烟是我国一种重要的经济作物，烟叶生产是我国国民经济中重要的组成部分，种植面积和总产量位于世界前列。豫中烟区所产烟叶是浓香型烟叶风格的典型代表之一，且浓香型烟叶在低危害卷烟配方中占有重要地位[1]，该地区本身的降水规律与烤烟生长的需水规律基本相同，但是对于烤烟旺长期，雨水量显著不足。对于植物生长发育来说，施入肥料只有成为离子态才能被植物体的根吸收利用，这就需要水作为媒介。同时，由于常年连作，加上施肥品种单一，土壤中氮素含量过高导致土壤退化，使得烟叶的品质逐年下降，导致烟叶香气量减弱，这对于烤烟产质量的提升，甚至于浓香型特色风格烟叶的进一步发展来说，都是巨大的限制因素。

水肥一体化技术将水肥耦合变成了现实。利用该技术，我们可以有效改善烤烟生产过程中水肥供应不协调和耦合效应差的弊端，提高肥料的利用率。有研究显示,应用水肥一体化技术，可以让水分利用效率高达 88%～90%[2]，节肥幅度达到30%～50%，甚至80%[3]。高鹏等人[4]研究，在黄瓜生产中，利用水肥一体化技术，可以有效减少畸形瓜的出现；路永莉等[5]在苹果生产中利用水肥一体化技术，让苹果产量增加13.0%, 果实硬度增加10.6%, 糖酸比提高19.1%；邓兰生等[6]研究表明，水肥一体化应用在马铃薯上，可使马铃薯块茎产量增加37.3%～47.4%，同时节约生产成本的10%；严程明等人[7]的研究表明在水肥一体化下模式下，菠萝产量较常规处理增产39.04%，MJ Mohammad.等人[8]的研究表明鲜食葡萄水肥一体化较传统施肥增产28.71%，陆绍德等人[9]研究，把水肥一体化技术应用在香蕉的生产中，每公顷可增加产量10.05 t，每公顷产值平均可增加4 515元。此外，利用水肥一体化技术可以改善土壤中微生态，增加土壤的孔隙度，降低土壤容重，增强土壤中微生物的活性，进而促进植物体对土壤中所含矿质元素的吸收利用，提高耕地的综合生产能力[10]。

然而，河南作为我国重要的浓香型烟叶基地，针对不同品种烤烟生产开展的水肥一体化的差异性研究较少，而且没有针对不同烤烟品种在该技术下的最佳应用条件展开研究。鉴于此，本文选取河南省漯河市郾城区李集镇烟区，选取中烟100、豫烟6号及豫烟10号三个不同烤烟品种，初步探究水肥一体化对这3个品种的产量、质量、根系发育及经济效益等方面的影响，为找到最适合豫中烟区的烟草品种提供依据并为该技术的推广及应用提供一定的实践基础。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于漯河市城区李集镇(114.00°E, 33.58°N)，前茬为烟草，土壤类型为黄褐土，pH 7.56，碱解氮68.32 mg/kg、速效磷13.52 mg/kg、速效钾191.26mg/kg、有机质含量为8.10 g/kg。

1.2 材 料

选用当地主栽品种中烟100、推广品种豫烟6号及豫烟10号3个品种为材料。

1.3 试验设计

试验于2016年4月-2017年11月在漯河市李集镇进行。

设置2个处理，分别是常规栽培和水肥一体化处理，3个品种共计6个处理组合，每个处理组合占地0.2 hm2，重复三次，完全随机排列，共计3.6 hm2。

常规栽培的施肥：芝麻饼肥300 kg/hm2，烟草氮磷钾复合肥300 kg/hm2(N∶P2O∶K2O=1∶1∶2)作基肥条施；硫酸钾(K2SO4)用量300 kg/hm2，硝酸钾(KNO3)用量75 kg/hm2，作为追肥在团棵期一次穴施。

水肥一体化施肥：基肥与常规栽培保持一致，追肥使用本课题组研制的烟草专用高氮液体肥料(N-P-K=21-7-7)和高钾液体肥料(N-P-K=7-21-21)进行滴灌施肥，追肥分别在移栽后20、30、40、50 d随滴灌施入。同时保证两种栽培方式下总灌水量、氮肥施用量和钾肥施用量相同。

烤烟行距1.2 m，株距 0.5 m，密度15 000 株/hm2。其他管理按照当地优质烟叶生产要求进行。

1.4 测定项目与方法

在烟草大田生育期间，烟草农艺性状调查方法按照YC/T 142-2010烟草农艺性状调查测量方法的方法进行。

烤后烟常规化学成分的测定：水溶性总糖采用蒽酮比色法，还原糖含量采用DNS显色法，烟碱采用GC-MS法，K含量采用4%盐酸浸提-火焰光度计法，Cl含量采用莫尔法测定。

样品烟外观质量评价根据GB2635-92[11]进行。

将样品烟叶进行切丝卷制单料烟，卷烟感官评吸鉴定按香气质、香气量、浓度、柔细度、余味、杂气、刺激性、劲头、燃烧性、灰色等进行打分，各项满分均为9分。

按处理统计烤后烟叶产量，根据烤烟42级国标(GB2635-92)对烤后烟叶进行分级，计算烤烟的产值、均价及上等烟比例。

用排水法测定烤烟根系体积。用甲烯蓝吸附法测量烤烟根系总吸收面积、活跃吸收面和比表面积[12]。

采用氯化三苯基四氮唑(TTC)法进行烤烟根系活力测定[13]。

根系 ATPase 活性测定[14]：取0.2 g新鲜烤烟根系样品，磨碎后与生理盐水按1∶9的比例配制出质量系数为10%的匀浆，在4 ℃、6 000 g/min的条件下离心15 min，取其上清液与生理盐水按照4∶1的比例稀释成体积系数为2%的匀浆,然后按照试剂盒(购自南京建成生物工程研究所)的试验步骤测定ATPase活性。

1.5 数据分析及计算

试验数据的整理和统计分析采用Microsoft Excel 2010和SPSS 16.0软件,采用Duncan’s新复极差法检验显著性。

2 结果与分析

2.1 不同栽培方式下烟株农艺性状的比较分析

各处理组合的农艺性状结果列于表1。不同品种烟株的株高、茎围和最大叶面积均有显著提升。对于中烟100来说，与常规栽培处理相比，水肥一体化处理下所得结果是常规栽培处理的1.18倍、1.03倍和1.04倍；豫烟6号表现最优，株高是常规栽培处理的1.19倍，茎围是常规栽培处理的1.04倍，最大叶面积是常规栽培处理的1.07倍，豫烟10号次之，株高、茎围和最大叶面积是常规栽培处理的1.19倍，1.04倍，1.05倍，三个品种在两种不同处理下的表现差异均到达显著水平；而节距、有效叶数在水肥一体化条件下，虽有所提高，但并未达显著差异水平。因此，水肥一体化处理对烤烟生长发育有着积极的促进作用，能够使烤烟在大田生育期拥有较优秀的农艺性状表现，但不同品种间仍有差异，通过表1的所得结果比较分析，可看出豫烟6号在水肥一体化处理下，烟株生长发育表现最优。

表1 不同栽培方式下烟株农艺性状的比较Tab.1 Comparison of agronomic characters of tobacco under different cultivation methods

2.2 不同栽培方式下烤后中部烟叶常规化学成分的比较分析

各处理组合烤后中部烟叶常规化学成分的比较结果如表2所示，在水肥一体化条件下，烤后烟中的烟碱、钾和氯含量与常规栽培处理对比有显著差异，总氮、总糖与还原糖含量没有显著差异。这与席奇亮[15]等人的研究相吻合，但不同品种间常规化学成分含量增长或下降的幅度略有不同。豫烟6号在各项中表现最优，在水肥一体化处理下所测量的烟碱含量较常规栽培处理提升了15%，总氮含量提升了32%，氯含量降低了40%，钾含量提升了43%，整体表现优于中烟100和豫烟10号两个品种。由此可见，利用水肥一体化技术，烟叶中的钾含量有了显著提升，氯含量降低，烟叶品质有了显著提升。

表2 不同栽培方式下烤后中部烟叶常规化学成分的比较Tab.2 Comparison of conventional chemical compositions in central tobacco leaves after different cultivation methods

2.3 不同栽培方式下烤后中部烟叶感官评价的比较分析

不同栽培方式下烤后中部烟叶的感官质量评价结果如表3所示。水肥一体化处理对3个不同烤烟品种感官质量所带来的整体差异非常明显，均表现为水肥一体化处理优于常规栽培处理；水肥一体化处理所得烤后中部叶香气透发，香气量足，香气清晰、丰富、香甜，口感干净，无残留，整体指标优于常规栽培处理，但烟气劲头、杂气、刺激性较大，略差于常规栽培处理，其中，以豫烟6号在水肥一体化处理下的表现最优，整体得分最高；因此，利用水肥一体化技术，能够有效地提升烤烟的香气量、香气质及燃烧性。

表3 不同栽培方式下烤后中部烟叶感官评价的比较分析Tab.3 Comparisons of sensory evaluation of middle tobacco leaves after different cultivation ways

2.4 不同栽培方式下烤后烟叶产量与产值的比较分析

水肥一体化对不同烤烟品种生产经济效应的影响如表4所示，利用水肥一体化技术，对烤后中部烟叶的产量、产值、均价及上等烟比例均有显著提升，但各处理组合涨幅不同。中烟100在水肥一体化处理下的烟田产量、产值、上等烟比例较常规栽培处理分别提升了5%、18%、13%；豫烟6号整体表现最优，分别提升了7%、19%、25%；豫烟10号表现中等，分别提升了8%，19%，20%。3个品种间相比较，依旧是豫烟6号所带来的产值最高。因此，利用水肥一体化技术可以有效地提升烤烟的产质量。

表4 不同栽培方式下烤后烟叶产量与产值的比较Tab.4 Comparison of yield and output value of flue-cured tobacco under different cultivation ways

2.5 不同栽培方式下烟株根系形态的比较分析

不同栽培方式下烟株根系形态的比较结果如表5所示。水肥一体化处理与常规栽培处理相比，3个烤烟品种的根系体积、总的吸收面积、活跃吸收面积及比表面积均有较大提升，且差异达均到显著水平，豫烟6号表现最优，水肥一体化处理分别是常规栽培处理的1.19、1.20、1.26、1.03倍，这可能与豫烟6号本身是一个根系发达的品种有一定关系。根系生长发育的好坏对水分及矿质元素的吸收与利用有着直接的影响，相反，烟株所吸收的矿质元素和水分也会对其根系生长发育有影响，植物体的根系发育旺盛才能够在地上部分的叶片数、叶面积及内在品质上有所体现，这也间接对豫烟6号在农艺性状及产量质量的比较中表现最优这一结果给予了一定的解释。

表5 不同栽培方式下烟株根系形态的比较Tab.5 Comparison of root morphology of tobacco plants under different cultivation methods

2.6 不同处理下烤烟根系生理活性的比较分析

烤烟根系活力是体现根系代谢能力强弱的重要标志。根系活力越高，越有利于烟株获得充足的营养元素及水分来进行生长发育。 ATPase是植物体进行能量代谢环节中一种极其重要的酶，它的活性高低直接影响着植物根系对水分、矿质元素的吸收、运输等活动的速率，体现了植物体根系代谢活动旺盛与否。从表6可以看出，利用水肥一体化技术处理下的烟株与常规栽培处理相比，烤烟根系活力、ATPase活性都比较高，而3个品种间的根系活力及ATPase活性又有不同，其中，豫烟6号在水肥一体化水肥一体化处理下的根系活力及ATPase活性最高，与传统施肥处理相比，分别上升65%、33%，且达显著差异水平。

3 结论与讨论

通过前人大量的研究结果表明, 水肥一体化技术可以实现水分和养分在时间上的同步和空间上的耦合,有效地解决常规栽培方式下水肥供应不协调和耦合效应差的弊端[16], 可以明显提高养分和水分的利用效率,同时也有助于降低烟田的养分流失量[17]。本试验条件下，与常规栽培方式相比，在相同肥料用量条件下，中烟100、豫烟6号、豫烟10号均表现出了优于常规栽培方式的结果。这有可能与水肥一体化改善了土壤通透性和精准施肥有关。人为控制下，土壤不会因为天气干燥或多雨而使土壤中水分过少或过多，所以土壤通透性好，而通透性好的土壤含氧充足，有利于根系生长发育；精准施肥不仅为烟株根系提供大量营养，同时提高了肥料利用效率，进一步促进了烟株对养分的吸收利用，使植株地上部分获得更多的养分，达到优产高产的效果[14]。

表6 不同栽培方式下烟株根系生理活性的比较Tab.6 Comparison of physiological activities of roots in tobacco plants under different cultivation methods

根系对于作物来说，是重要的地下器官，在作物生长发育过程当中提供了水分和养分，其根系形态和生理特性能说明出根系提供营养的能力[18]。在日常生产过程中，为了促进作物地上部分的生长发育，应该利用合理灌溉、高效施肥等途径，改善根系形态，提高根系活力，从而提升作物的产量产值。试验表明，利用水肥一体化技术，不同烤烟品种的根系体积相关参数显著增加，同时对根系活力、ATPase活性的测定也说明出，水肥一体化技术有利于根系生长，更好地为地上部分提供水分和矿质元素，但不同品种间仍有差异。通过对三个不同烤烟品种的比较，豫烟6号在水肥一体化条件下表现得更为出色，这应该与该品种的品种特性具有一定的关系。豫烟6号本身是一个根系发达的品种，通过水肥一体化技术，将肥料施在根系附近，便于根系的吸收与利用，促进根系生长，进而获取到更多的养分，再将养分输送至地上部分，促进烟株茎与叶片的生长，进而转化为经济效益[19]。而中烟100与豫烟10号属于耐肥品种，两者在常规施肥与水肥一体化条件下，各项指标也有显著差异，但整体表现稍逊于豫烟6号。

钾是烟草重要的品质元素[12]，提高烟叶中的钾含量，能显著提升烟叶品质，而长期以来国内烟叶与国外相比，钾含量较低，常规栽培条件下，土壤本身含有的钾素和人为施入的钾素不能得到有效的利用[20]。通过对中烟100、豫烟6号和豫烟10号在常规栽培及水肥一体化条件下的化学成分、感官质量的结果进行分析，可知，利用水肥一体化技术，可以有效地提升烟叶中的钾含量，同时改善烟叶的燃烧性，提升烟叶品质。在烟草大田生育中后期适当补施一定量的钾肥，利用水肥一体化技术，让根系更容易吸收利用所施入的钾肥，同时提高了钾素的利用效率，所以在生产中，我们应当在团棵期后适时追施钾肥，这个时期烟株生长发育旺盛，吸收利用矿质元素的能力强，能够显著提高烟叶的钾含量[21]。

经济效益方面，在本试验条件下，水肥一体化可以有效地提升各烤烟品种的经济效益。但对于不同的品种所带的收益提升幅度不同。这可能是品种间的差异所带来的结果，豫烟6号本身为一个根系发达的品种，该品种特性更有利于其在水肥一体化条件下获得较其他根系不发达的品种更多的资源提升与利用，从而获得更多收益。

通过本研究，从单一品种的处理来看，通过水肥一体化技术，我们能够有效地改善烤烟生产过程中水肥供应不协调和耦合效应差的弊端，同时提高肥料的利用率，减少肥料的流失，降低成本，有效地提升烟叶产量与品质，增产增收。从不同品种的处理来看，豫烟6号整体表现优于其他的两个品种，这说明豫烟6号对于水肥一体化技术来说，拥有更强的适应性，在同等条件下，豫烟6号的根系发达的特点会表达地更好，从而体现在植物体的外在性状上，烤后烟叶表现更好，给农民带来更多收入。