水肥一体化对烤烟生长与养分吸收的影响

纪祥龙，邵红英，姚德贵，彦培强，蒋雨洲，王 鹏

(1.黑龙江八一农垦大学，黑龙江 大庆 163000；2.黑龙江省烟草公司 哈尔滨烟叶公司，黑龙江 哈尔滨 150000；3.黑龙江省烟草公司 哈尔滨烟叶公司肇州分公司，黑龙江 肇州 166400)

0 引 言

近年来，由于长期的连作制度和化学肥料的影响，造成土壤理化性状恶化及土壤肥力障碍加剧，直接影响烤烟生长和烟叶品质[1～3]。而水肥一体、膜下滴灌是结合以色列滴灌技术和覆膜种植技术的新型节水控肥技术，能够通过可控管道系统局部地滴施肥水溶液，可均匀、定时浸润烟株根系发育生长区，实现水肥的同步管理和高效利用[4～5]。目前广泛应用于设施园艺、棉花及粮食作物，能显著提高了水肥利用效果[6～8]，因此，通过改变传统的施肥方式是科学有效解决烤烟种植业可持续发展的重要手段之一。同时，生长前期，温度偏低，持续少雨干旱时是制约北方烟草生产发展的主要气象因子，滴灌可以根据烤烟对水分的需求定量地提供适宜的灌水，覆膜能有效提高地温1.2～8.3℃[9]，在昼夜温度变化时，使膜内结露，改善了烤烟生长微气候环境，通过减少土壤蒸发，调节棵间温湿度，达到保墒增温的效果[10～11]。矿质营养是烤烟生长发育、产量品质形成的物质基础。烟叶中氮磷钾比例决定烟叶的品质，如香吃味、刺激性及生理强度[12～13]。水肥一体化可根据烤烟不同生育期的需肥特征，使氮磷钾配比合理，调节了烟草化学成分不协调等问题[14～17]。笔者试验通过研究水肥一体化对烤烟全生育期的农艺性状、干物质积累、氮磷钾利用率及水分利用的影响。旨在为黑龙江省烟叶的增质稳产提供施肥依据，实现东北烟区生产中节水增效的目标。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2018年在黑龙江省大庆市肇州县永胜乡哈尔滨烟叶示范基地进行，烤烟品种为“龙江911”，前茬作物为烤烟(3 a烟茬)，土壤类型为黑钙土。土壤养分状况：土壤有机质36.67g·kg-1，碱解氮138.5 mg·kg-1，速效磷47.2 mg·kg-1，速效钾190 mg·kg-1，pH=8.2。当地气候条件见表1。

表1 2018年肇州气象资料

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计 试验共设3个处理，CK：不施任何化肥；T1：当地常规施肥；T2：水肥一体化处理(见表2)。试验采用大区对比法，在大区内设3个取样点，空白和常规施肥处理面积分别为0.19 hm2，水肥一体化面积为0.67 hm2，各处理的施肥以及灌水量如表2。烤烟专用肥养分含量为N-P2O5-K2O=6-12-18，重过磷酸钙(P2O5=46%)，硫酸钾(K2O=50%)，液体肥是由河南农业大学提供(N-P2O5-K2O分别为250-120-130，g·L-1、210-70-140，g·L-1和10-0-400，g·L-1)所有处理均施用发酵饼肥(N=3%，P2O5=1.0%，K2O=1.0%)150 kg·hm-2，常规施肥处理肥料和发酵饼肥用做基肥，液体肥料分别于烤烟移栽后20 d(250-120-130，g·L-1)、35 d和40 d(210-70-140，g·L-1)和55 d(10-0-400，g·L-1)滴灌。CK、T1灌水为沟灌，T2灌水为滴灌，灌水量用流量计控制。烤烟株距0.5 m，行距1.2 m，密度为16 667株· hm-2，采用地膜覆盖栽培。

1.2.2 田间取样与测定项目 试验在大区内设三个取样点，分别于烤烟移栽后的团棵期、旺长期和平顶期取样，团棵期采地上整株，每个重复取样3株，旺长期和平顶期每次重复取1株，按照烟株上、中、下3个部位(全株总叶片数由下至上各取1/3作为下中上部叶)，取样后洗净擦干，置于烘箱中105℃杀青30 min，然后于70℃烘干至恒重，测定干重，植株全氮的测定：浓硫酸-过氧化氢消煮，开式法[18]；植株全磷的测定：浓硫酸-过氧化氢消煮，钒钼黄比色法[18]；植株全钾的测定：浓硫酸-过氧化氢消煮，火焰光度法[18]。

表2 各处理的施肥量及灌水量 (kg·hm-2)

1.2.3 计算方法 烤烟耗水量(ET)采用水量平衡法计算：ET=P +I+ΔS+G-R0-Dp；

式中P为有效降水量，mm；I 为农田灌水量，mm；ΔS 为土体内土壤储水变化量，mm；G为地下水补给量，mm；R0为地面径流量，mm；Dp为时段内深层渗漏量，mm。以上各项中，由于地下水位在 20 m 以下，降雨量小且地块平整，G、Dp、R0三项可忽略不计，土壤储水变化量 ΔS移栽与收获前后无显著变化。故烤烟降水量简化为： ET=P +I。

水分利用效率(WUE)的计算公式：WUE=Y/ ET；

式中Y 为单位面积烟叶产量，kg·hm-2；WUEY为水分利用效率，kg·hm-2·mm；ET 为耗水量，mm[19]。

肥料吸收利用率(%)=(施肥区养分总累积量-不施肥区养分总累积量)/施肥量×100。

1.3 数据处理

试验数据采用Excel 2010进行数据处理及作图，用SPSS 21.0进行统计分析，处理间差异采用单因素方差分析，用Duncan法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 水肥一体化对烤烟农艺性状的影响

由表3可知，团棵期，3个处理间的株高大小顺序为T1>T2>CK，处理间差异达到显著水平，T1与T2的叶片数均显著高于CK，T1与T2处理间差异不显著；旺长期，处理间株高大小顺序为T2>T1>CK，处理间差异显著，T2的株高较团棵期提高了55.7 cm，增幅高于T1增长的36.6 cm。T1和T2的最大叶长显著长于CK，T1和T2间无显著差异；T2最大叶宽显著宽于T1和CK，T1和CK之间的最大叶宽差异不显著。

表3 水肥一体化对烤烟农艺性状的影响

2.2 水肥一体化对烤烟干物质积累的影响

从烤烟不同部位的干物质积累量看出，T2和T1处理均显著高于CK(表4)，表明施肥对烤烟生长有显著的影响。在团棵期，烤烟根、茎、叶部的干物质累积量T1均高于T2处理，分别较T2提高为4.84%、20.54%和9.48%，其中在茎部差异达到显著水平。在旺长期和平顶期，烤烟茎和叶部的干物质均表现为T2>T1，除平顶期的叶部外，两处理间均已达到差异显著水平。平顶期T2与T1相比，茎部和叶部的干物质积累量分别提高28.19%和13.91%。随着生育期的推延，T1处理的茎叶干物质比值依次为18.2%、23.3%和66.2%，T2处理依次为16.5%、27.6%和74.5%，通过比较，T2不仅提高了烤烟各部位干物质积累量，还能显著提高茎叶干物质比。

表4 水肥一体化对烤烟总干物质积累的影响 (g·株-1)

2.3 水肥一体化对烤烟总氮吸收的影响

烤烟总氮素吸收量随着生育期的推延呈现出增加的趋势，CK总氮素在各个时期的吸收量均显著低于T2和T1(图1)。在团棵期，T2与T1处理间总氮素吸收量无显著差异。到旺长期和平顶期，T2的总氮素吸收量均显著高于T1处理，分别提高了29.0%和34.8%。T2与CK相比，氮素积累在旺长期吸收的增幅最大，提高了74.3%；T1与CK相比，氮素积累在团棵期吸收的增幅最大，提高了50.6%。T2在整个生育期内对烤烟氮素吸收高于T1，并在旺长期对氮素获得集中供给，使烤烟能在最大需肥期高效吸收氮素。

图1 水肥一体化对烤烟总氮吸收的影响

2.4 水肥一体化对烤烟总磷吸收的影响

由图2可知，T1和T2总磷素吸收量在不同时期均显著高于CK，团棵期，T1与T2相比，总磷素吸收提高了19.2%，达到差异显著水平。从旺长期到平顶期，T2总磷素吸收量均显著高于T1，分别提高了30.4%和21.0%；T1在两个时期的磷素增长量依次是每株0.314 g、0.310 g；T2在两个时期的磷素增长量分依次0.554 g和0.316 g。表明T1处理由于磷肥一次性施入，限制了磷的迁移空间，后期磷肥的肥力供应达不到烤烟生长需求。

图2 水肥一体化对烤烟总磷吸收的影响

2.5 水肥一体化对烤烟总钾吸收的影响

由图3可知，CK总钾素吸收量在各个时期的吸收量均显著低于其它处理。T2与T1相比，从团棵期到平顶期，表现出由T2的总钾积累量低于T1，逐渐提高到T2的总钾积累量高于T1的趋势；在旺长期，T2总钾积累量比T1提高了30.2%，且达到差异显著水平，在此时期T2的钾吸收为4.680g·株-1，T1的钾吸收为2.317g·株-1。在整个生育期里，T2较T1烤烟总钾吸收量和单生育期内钾素积累量表现差异明显的时期均在旺长期。

图3 水肥一体化对烤烟总钾吸收的影响

2.6 平顶期水肥一体化对烤烟茎叶部养分分配和烤烟肥料、水分利用效率的影响

由图4可知，在平顶期，与CK相比，T1和T2烤烟各养分积累量均显著增加。烟株茎部的氮、磷、钾的含量均表现为T2>T1>CK，且处理间的养分含量均已达到了差异显著水平。在叶部，T2的氮含量显著高于T1和CK；T2与T1的磷含量无显著差异，而T2的磷含量显著高于CK；T2与T1的钾含量无差异变化，且均显著高于CK。说明T2更有利于烟株茎和叶部养分积累量的提高。 由表5显示，T2处理的不同肥料利用率表现为氮肥>钾肥>磷肥；处理间，氮磷钾的肥料利用率均表现出T2>T1，T2较T1氮、磷、钾肥料利用率分别增加41.49%、12.23%和12.74%，水分利用率提高了2.22 kg·hm-2·mm-1。说明T2有效提高了肥料及水分的利用效率。

从表6可以看出T2处理的产量、上等烟比例、均价、产值均高于T1处理，通过水肥一体化技术能使上等烟比例达到45.92%，高出常规施肥14.49%。烟叶品质的提高，进而使均价提高了3.15元·kg-1；产值提高了8 684.6元·hm-2，获得收益达61 100.6元·hm-2。

图4 平顶期水肥一体化对烤烟茎叶部中矿质养分吸收的影响

表5 水肥一体化对平顶期烤烟肥料及用水分效率的影响

表6 水肥一体化对烤烟经济效益的影响

3 讨论

烤烟常规施肥忽视“以水促肥，水肥同步”的运用，在水肥协同互作效应下，滴灌能根据烤烟对水肥需求规律均匀、定时、定量地局部浸润烤烟根系发育区，能持续可控地供给根系吸收，进而直接影响着烟叶的农艺性状和产量[20]。该试验结果表明，较常规施肥相比，从团棵期到旺长期水肥一体化有效提高了烤烟株高和最大叶宽的增长幅度，在旺长期株高和最大叶宽均显著高于常规施肥，这与薛如君等[21]研究结果相一致。在团棵期，水肥一体化处理较常规施肥处理的干物质积累量偏低，究其原因可能因为前期水肥一体化区没有进行水肥供给，即为无肥区，移栽后，6月7日施行水肥滴灌，6月23日，团棵期取样，因施肥日期短，导致烤烟形态表现效果差于常规施肥处理，但较对照，由于短期的水肥互作效应，各部位干物质积累量均显著高于对照。到了旺长期和平顶期，水肥一体化处理均显著高于常规施肥，在平顶期的叶部干物质量提高13.91%，杜传印等[22]和杨金楼等[23]的研究也有类似的结果。从团棵期到平顶期水肥一体化和常规施肥的茎叶干物质比的增幅分别为58.0%和48.0%，说明水肥一体化在提高烟叶产量的同时，还提高了茎叶干物质比，进而达到稳产的效果。

肥料随水滴施，与水互作，共计4次，灌水遵循“少量多次”的原则，避免了因肥料和灌水过量而造成的挥发或淋溶等损失[24～25]。水肥一体化处理较常规施肥，在旺长期烤烟氮磷钾总养分均达到差异显著水平，说明矿质养分在最大需肥期得到充分补给。在平顶期烤烟氮磷钾总养分也有不同程度提高，且总氮和总磷积累量均达到显著差异水平，在茎部水肥一体化处理的氮磷钾积累显著高于常规施肥，在叶部水肥一体化处理的氮积累显著高于常规施肥。水肥一体化处理较常规施肥的氮磷钾利用率分别增加了41.49%、12.23%和12.74%，这不仅与滴灌的养分扩散、迁移、吸收能力提高有关[26～28]，还与肥料营养间的交互作用相关[29～30]；烤烟全生育期内节约用水51.88%(表2)，水分利用率提高了2.22 kg·hm-2·mm-1)。说明水肥一体化通过根据烤烟各个生育期的需肥需水特征，不仅合理配比氮磷钾提高了肥料的利用效率[31～32]，还根据烤烟对水分定时定量的需求局部浸润根系周边土壤，起到节约用水的效果。通过产后比较，水肥一体化使上等烟比例提高14.49%，均价提高3.15元·kg-1，产值提高8 684.6元·hm-2。在节水控肥的同时，能有效提高烟叶上等烟比例、均价和产值，为烟农获得更好的经济收益。

4 结论

(1)水肥一体化通过精准控肥，可以显著促进烤烟生长发育，有利于烤烟株高和最大叶宽的提高，在旺长时期使烤烟的干物质积累和养分吸收效果显著。

(2)在平顶期，水肥一体化较常规施肥对烟株干物质、总氮、总磷积累的提高有积极作用；对茎部的干物质、氮磷钾积累及叶部的氮积累均有显著提高。提高了氮磷钾的利用率，全生育期内使节水51.88%，提高了水分利用率。

(3)水肥一体化使上等烟比例提高14.49百分点，经济效益方面，通过对上等烟叶比例、均价的提高，使产值提高了8 684.6元·hm-2，对烤烟生产起到节水、增产、增质的效果。