不同水肥一体化模式在烤烟生产中的应用效应

梁志雄，钟俊周，文国宇，叶卫国，张宏建，陈建军*

(1.华南农业大学烟草研究室，广东广州 510642；2.广东省农业科学院农业资源与环境研究所，广东广州 510642；3.广东烟草韶关市有限公司，广东韶关 512000)

水肥一体化是一种利用灌溉设备，将灌溉与施肥有机结合在一起的农业生产技术。其最突出特点是可以根据作物不同生育期的水肥需求，精确灵活地进行水肥的同步供给，从而实现作物水分和肥料的动态平衡供应[1]。因此，水肥一体化技术具有提高作物水肥利用率、协调水肥矛盾以及减少劳动力投入等优点[2-4]，现已广泛应用于棉花、番茄和果树[3 ,5]等经济作物的生产上，效益显著。科学的施肥和灌溉是优质烟叶生产的关键[6]。目前，为解决烟叶生产过程中水资源短缺、灌溉条件落后、肥料施用量过大以及浪费严重等一系列问题，各烟区正大力开展烤烟水肥一体化的试点推广工作，水肥一体化已成为未来烟草农业发展的重要方向。针对水肥一体化技术在烤烟生产上的应用，前人也进行了一定的研究，结果表明，基于滴灌的水肥一体化具有增加烟叶产量和产值，改善烟叶内在质量和提高水肥利用率等优点[7-11]。但目前研究集中于通过控制单一的灌水或施肥条件，探究水肥一体化条件下滴灌或施肥对烤烟产量或质量等的影响，鲜见有针对烤烟不同生长期的水肥吸收规律利用水肥一体化技术对烤烟进行综合水肥管理的报道。

烤烟不同生长期对水肥的需求并不完全一致。汪耀富等[12]通过在蒸渗仪上进行的烤烟试验指出，烟株不同生育期对土壤水分含量的要求不同，具体为还苗期70%～80%、伸根期60%、旺长期80%、成熟期为60%～70%，并以此为基础，提出了烤烟优化灌溉施氮产值模型。李志宏等[13]根据我国各大烟区烤烟的养分吸收规律总结出我国烤烟养分吸收积累模式，伸根期烟株吸收氮钾量分别占其全生育期氮钾总量的11%和10%，旺长期为67%和60%，而成熟期则为21%和29%，3个时期烟株的N和K2O吸收比约为1∶2。鉴于上述研究，在水肥一体化条件下，笔者针对烟株不同生育阶段的需水需肥规律，设计了3种不同的水肥一体化管理模式，通过考察不同模式在烤烟生产上的应用效应，初步筛选出符合烤烟不同生长期水肥需求的水肥一体化综合水肥管理模式，旨在为初步建立优质烤烟水肥管理体系提供技术支持和理论指导，更为将来水肥一体化技术在烤烟生产上的规模应用提供实践依据。

1 材料与方法

1.1试验地概况试验于2016年在广东始兴县马市镇都塘村进行。试验田地势平坦，前茬作物为水稻，土壤类型属于牛肝土，其基本理化性质：pH 6.5，有机质13.85 g/kg，全氮1.78 g/kg，碱解氮149.76 mg/kg，全磷1.68 g/kg，速效磷54.8 mg/kg，全钾16.7 g/kg，速效钾247.3 mg/kg，土壤肥力高。

1.2试验材料供试品种为K326。采用漂浮育苗，苗龄为70 d，移栽烟苗生长健壮、整齐度高。

1.3试验设备与肥料水肥一体化滴灌系统由专业公司设计和安装；系统采用DOSATRON比例施肥器作为肥料注入装置，注入肥液浓度设置为灌溉流量的0.2%，毛管采用直径Φ16的内镶贴片式滴灌带，滴头流量为1.6 L/h，间距为30 cm；整套系统运行可靠，操作方便。试验肥液由固体肥溶于水中配制而成，肥料种类包括烟草专用肥[m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=15∶15∶15]、过磷酸钙(16% P2O5)、碳酸氢铵(17% N)、硫酸钾(50% K2O)、硝酸钾(13.5% N，46% K2O)。

1.4试验设计共设置4个处理：①对照(CK)。当地常规水肥管理，全生育期施总氮165 kg/hm2，N∶P2O5∶K2O=1∶1∶2，磷肥全部基施，氮钾肥基追比为6∶4。②水肥一体化模式1(T1)。施肥处理与CK相同；烟田灌溉采用滴灌方式，天气晴朗条件下每5 d滴灌一次，滴灌过程中利用土壤水分测定仪动态监测烟株根部15 cm土层土壤水分含量，达到灌溉要求后自动停止滴灌，还苗期土壤水分含量要求为70%～80%、伸根期60%、旺长期80%、成熟期60%～70%；③水肥一体化模式2(T2)。全生育期施总氮量为CK的80%，N∶P2O5=1∶1，磷肥全部基施，氮钾肥基追比为4∶6，追肥以水肥一体化方式进行，追肥量以及追肥N∶K2O依据烤烟不同生长期氮钾吸收量及吸收规律，还苗期和伸根期施氮占追施总氮量的15%，旺长期占70%，成熟期(烟株全部打顶后进行追施)占15%。每次施肥N∶K2O固定为1∶2；灌溉方式及要求与T1一致。④水肥一体化模式3(T3)。全生育期施总氮量和施氮要求与T2一致，基肥和伸根期追肥N∶K2O比为1∶1，旺长期和成熟期追肥N :K2O为1∶3，灌溉方式及要求与T1一致。

每处理重复3次，随机区组排列，小区面积210 m2，小区间采用田垄间隔开，同时设置隔离行，株行距0.6 m×1.1 m，其他田间管理措施参照当地优质烟叶生产技术进行，烟株采收按采收标准进行。

1.5测定项目与方法

1.5.1烟株农艺性状。参照YC/T 142—2010[14]，各处理随机挑选9株长势均匀一致，且具有群体代表性的烟株作为测量对象，分别在伸根期、旺长期和成熟期测定烟株株高、节距、茎围、有效叶数、叶长和叶宽等农艺性状。

1.5.2烟株干物质及钾素积累。从移栽后21 d开始，每隔14 d测定一次，每处理各取3株烟株，将整个植株连根一起挖出，清洗干净后，将烤烟根、茎、叶分开，分别进行杀青、烘干和称重。干物质中全钾含量采用火焰光度计法测定。

1.5.3烟叶化学成分。分别选取各小区B2F和C3F等级的烟叶作为测定对象，测定烟叶的常规化学成分含量。总糖和淀粉含量采用蒽酮比色法测定；还原糖含量采用3,5 -二硝基水杨酸比色法测定；总氮、烟碱含量采用紫外分光光度法测定；钾含量采用火焰光度计法测定；总氮含量采用过氧化氢—硫酸消化法测定。

1.5.4烟叶产量和产值统计。各小区单独采收、绑干、烘烤，分区计产，统计烟叶产量、产值、上等烟比例、均价。

1.6数据分析采用 Excel和SPSS进行数据处理和分析。

2 结果与分析

2.1不同水肥一体化模式对烤烟农艺性状的影响从表1可以看出，不同水肥一体化模式对烤烟的长势长相均有明显影响。在伸根期，与CK相比，T1、T2和T3处理的烟株长势总体较好，其单株有效叶数以及单株叶面积均显著高于CK，其中T3处理的单株有效叶数比CK多1.89 片，而单株叶面积则比CK高近512 cm2。

在旺长期，水肥一体化处理的烟株长势与CK相比差异更显著，T1、T2和T3处理的株高、茎围、节距以及单株叶面积均显著大于CK，其中T1处理的单株叶面积比CK高近1/3，表明动态的土壤水分调控能够显著促进烟株的生长发育，明显改善烟株的农艺性状；T3、T2与T1处理相比，前期肥料施用总量的减少虽然使T2和T3处理的长势略低于T1，但处理间显著不差异。

在成熟期，虽然各处理烟株长势与前期相比差异缩小，但烟株高度和总叶面积仍以T1、T2和T3处理表现最突出，处理间株高表现为T1>T2>T3>CK，有效叶面积表现为T1>T3>T2>CK，但其茎围以及有效叶数与CK无显著差异。

表1 不同水肥一体化模式对烤烟农艺性状的影响

注：同列不同小写字母表示同一生育期不同处理间差异显著(P<0.05)

Note:Different lowercases in the same column stand for significant differences between different treatments at 0.05 level;Different capital letters in the same column stand for significant differences between different treatments at 0.01 level

2.2不同水肥一体化模式对烟株干物质积累的影响由图1可知，4个处理烟株的干物质积累大致可以划分为3个阶段：0～35 d为缓慢增长阶段，35～77 d为快速增长阶段，77 d后又进入缓慢增长阶段，这正好与烟株的伸根期、旺长期以及成熟期一一对应。

在移栽后35 d前，各处理烟株干物质积累量均处于较低水平(<50 g/株)，此时各处理积累量表示为T1>T2>T3>CK，但处理间无显著差异；35 d后，各处理烟株的干物质积累量开始迅速增加，至77 d，除CK外，其他处理的干物质积累量普遍超过300 g/株，显著高于CK；此后，各处理的干物质积累量仍有小幅度增长，至采收前各处理干物质积累量表现为T1>T3>T2>CK。

T2、T3和T1处理对比发现，在烟田水肥一体化的条件下，减少20%总施氮量会降低烟株的干物质积累量，降幅为8%～12%。T3与T2处理相比，T2处理前期的氮钾施肥总量稍多于T3处理，因此T3处理的干物质积累量在第49天之前一直落后于T2处理，但差异不显著，但随着后期T3处理追肥总量的增加，T3处理的干物质积累超过了T2处理；在49～63 d，CK的干物质积累速度最高，至第63天，其干物质积累量一度接近T2处理，可能与此段时间降雨较为充足、CK烟田中的残余养分被重新吸收利用有关。

图1 不同水肥一体化模式对烟株干物质积累的影响Fig.1 Effects of different integration modes of water and fertilizer on dry matter accumulation of tobacco plants

2.3不同水肥一体化模式对烤烟钾素营养积累的影响从图2可以看出，各处理烟株在烟苗移栽后一段时间内对钾素的积累吸收量较少，至移栽后第35天时，各处理烟株钾积累量表现为T1≈T3>T2>CK，单株钾素积累量约为1 g/株；移栽后第35～49天，是各处理烟株对钾素的集中吸收阶段，此时T1、T2和T3处理的钾素积累曲线基本重合，烟株的钾素积累量急剧增加至接近7 g/株，虽然CK的钾积累量也呈急剧增加趋势，但其增幅显著小于其他处理，至第49天时，其单株钾素积累量仅为其他处理的70%左右；此后各处理烟株体内的钾素积累量均出现不同程度的下降，其中下降幅度最大的为处理T2，钾素积累量减少近1 g/株，但其总量仍高于CK；另外，T3与T2处理相比，虽然在第63天时，T3与T2处理的钾素积累量均降低至接近同一水平，但此后T3处理的钾素积累量有一个重新增加的过程，至采收前T3处理的钾素积累与T1处理基本一致，且均显著高于T2处理和CK。

图2 不同水肥一体化模式对烤烟钾素营养积累的影响Fig.2 Effects of different integration modes of water and fertilizer on dry matter accumulation of tobacco plant patterns

2.4不同水肥一体化模式对烟叶化学成分的影响从表2可以看出,不同处理以及不同部位间烟叶的化学成分含量差异较大。T1处理与CK对比发现，满足烤烟各生育期水分需求规律的模式T1能够显著提高烟株上中部叶的总糖和还原糖含量，降低烟叶烟碱含量，同时使其糖碱比更为协调；T2、T3处理与CK对比发现，满足烟株各生育期水肥需求规律的模式T2和T3同样显著提高了烟株上部叶的总糖和还原糖含量，降低了烟叶尤其是中部叶的烟碱含量，使其糖碱比更趋近于适宜值(>6.0)，但其上部叶以及T3处理中部叶的淀粉含量显著高于CK。另外，虽然CK烟株的钾素积累量显著低于T1、T2和T3处理，但CK的烟叶钾含量显著高于其他处理。

表2 不同水肥一体化模式对烟叶化学成分的影响

注：同列不同小写字母表示同一生育期不同处理间差异显著(P<0.05)

Note:Different lowercases in the same column stand for significant differences between different treatments at 0.05 level;Different capital letters in the same column stand for significant differences between different treatments at 0.01 level

2.5不同水肥一体化模式对烟叶经济性状的影响从表3可以看出，与CK相比，T1、T2和T3处理在产值、均价以及中上等烟比例方面均显著高于对照。T1处理的烤烟经济价值最高，比CK高11 743.95 元/hm2，增幅为27.19%，其次为T3和T2处理，产值分别比对照高7 055.89和6 900.82 元/hm2；在产量方面，T1处理烤烟的产量最高，比对照提高了18.77%，此外，虽然T2和T3处理的产量与对照相比无显著的差异，但仍有所增加，与此前各处理干物质积累规律表现相一致。总体而言，不同水肥一体化模式均能显著提高烟叶的产量和产量，与对照相比，产量提高了5.00%～19.59%，而产值则提高了15.98%～27.19%。

表3 不同水肥一体化模式对烟叶经济性状的影响

注：同列不同小写字母表示同一生育期不同处理间差异显著(P<0.05)

Note:Different lowercases in the same column stand for significant differences between different treatments at 0.05 level;Different capital letters in the same column stand for significant differences between different treatments at 0.01 level

3 讨论

水分和肥料是影响烤烟正常生长发育的重要因素，对于烟叶的产质量至关重要[6]。另外，水肥一体化将灌溉与施肥这2个原本独立的过程有机地融合在一起，本质上实现了烤烟水肥耦合的延伸和深化[15]，对于烟田的水肥协同互作以及水肥利用率的提高，均具有重要的影响。

该研究结果表明，试验所设计的水肥一体化模式均能够显著影响烟株的生长发育，对于烟株前期早生快发以及全生育期农艺性状的优化均具有显著的促进作用。不同模式烟株全生育期的长势长相均明显优于CK，以T1处理效果最突出，其次为T3处理，最后为T2处理。虽然模式T2和T3的总施肥量(总氮)仅为CK的80%，但烟株的生长发育情况以及全生育期的干物质积累量仍显著高于对照，这与李才华[16]的研究结果相类似。有关烤烟水肥耦合的相关研究表明[8,15]，适量的施肥及适宜的灌溉有利于水肥耦合正效应的充分发挥，从而提高水肥的利用效率，对烟株的正常生长具有显著的促进作用；而在适量灌水条件下，较高的肥料施用量使大田烟株生长发育较快，长势较正常烟株有偏旺趋势，同时干物质积累量也会随肥料施用量的增加而增加。

试验设计的水肥一体化模式注重水与养分的相互协调，相互促进，有利于植烟土壤中的养分趋于协调，从而促进烟株对养分的平衡吸收。在成熟以前，各模式烟株的钾元素吸收积累近似于优质烤烟的营养元素理想吸收曲线。该试验结果表明，由于水肥的充分互作以及烟株生长前期对钾素吸收较少，前期钾肥用量的减少并不会降低烟株对钾素的积累，模式T3烟株的钾素积累曲线正好印证了这一点。成熟期以后，由于烟叶中钾素的淋失以及根系的溢泌等原因，烟株钾素的积累量下降。基于此考虑，水肥一体化模式T3在烟株旺长期和成熟期追肥中，适当地将追肥的N∶K2O调整为1∶3，这在一定程度上增加了烟株的钾素积累量，同时也使T3处理烟叶中的钾含量较T1和T2处理有一定的提高。

在水肥一体化条件下，各模式烟叶的产量以及烟株干物质累积量均显著高于对照，其中烟叶产量提高了5.00%～19.59%，而烟叶产值则提高了15.98%～27.19%，表明水肥一体化条件下，施肥总量的适当减少并不会造成产量的下降，甚至还有可能增加烟叶产量，这与王洪云等[7]、国鸿蔷等[9]研究结果相类似。虽然不同水肥一体化模式的应用并未明显改善烟叶的内在质量，但对比不同处理烟叶化学成分含量可以看出，水肥一体化对于烟叶的可溶性糖以及淀粉等常规化学成分含量具有显著影响。模式T2和T3的烤后烟叶淀粉含量显著高于CK，其原因可能与T2和T3处理成熟期仍追施一定量的氮肥有关。李春俭等[17]指出烤烟生育后期烟叶干物质积累速度超过钾吸收速率容易引起烟叶钾含量的稀释效应。因此，虽然CK烟株的钾素积累量显著低于T1、T2和T3处理，但CK的烟叶钾含量显著高于其他处理。

4 结论

该研究结果表明，与常规烟草施肥灌溉方法相比，基于水肥耦合所设计的水肥一体化模式均能显著促进烟株的生长发育，促进钾素养分吸收与积累，提高钾肥利用效率，增加烟叶产量和产值，对于烟叶内在质量的提升也有一定作用，以模式T1和T3的综合应用效应最突出。结合T1和T3处理的水肥设计参数，全生育期总施氮量为165 kg/hm2，基追为4∶6，基肥N∶K2O为1∶1，还苗期和伸根期追施总追氮量的15%；N∶K2O也为1∶1，旺长期和成熟期分别追施总追氮量的70%和15%；N∶K2O均为1∶3可作为烤烟水肥一体化技术的参照模式应用于烟叶的实际生产中。另外，由于植烟区域的气候和土壤环境等因素不同，因此，在设计或应用水肥一体化时，应在遵循烤烟水分和养分吸收规律的前提下根据不同年份天气状况、不同土壤肥力状况等因素对施肥灌溉进行合理的调整，以充分发挥水肥一体化技术的最大潜力，保证烟叶的优质稳产，为烟草农业的现代化发展提供可靠保障。