水肥耦合對植煙土壤理化性質和烤煙產質量的影響

杜 甫，童旭華，姬小明*，陳 鈺，張 帆，江麗芳

(1.河南農業大學 煙草學院，河南 鄭州 450002；2.福建省煙草公司 龍巖市公司，福建 龍巖 364000；3.福建甕福紫金化工股份有限公司，福建 龍巖 364000)

水肥耦合即水肥一體化技術，是將可溶性固體肥料或液體肥料配兌成液態肥，與灌溉水按比例混合通過滴灌裝置直接輸送給作物[1]。隨著現代化農業的發展，水肥一體化技術已經被廣泛應用于農業生產，既能節水省工，又能提高作物產質量。有研究表明，水肥一體化在黃瓜、玉米、番茄、甘蔗、蘋果、柑橘和枸杞等作物種植上已取得顯著效果[2-8]。煙草作為我國耗水量較大的經濟作物之一，灌溉用水量很高[9]。水資源的緊缺、不均衡和干旱的持續發生對我國的煙草生產提出了更大的挑戰。水肥一體化技術作為一項高效節水施肥技術，采用滴灌裝置對煙草進行高效精準定位施肥，可以減少肥料損失，提高肥料利用率，使煙草根系對養分吸收更充分，同時減少傳統施肥方式對土地造成的污染，降低土壤板結的可能。隨著時代的發展，水肥一體化技術已成為我國現代煙草農業生產的一項關鍵技術[10]。龍巖是全國重點煙葉產區之一，大部分地區屬熱帶季風氣候，部分區域具有南亞熱帶氣候特色，氣候受海洋影響較大[11]。當前，水資源不均衡已經成為嚴重制約和影響龍巖煙區可持續發展的重要限制性因素。目前，在龍巖地區關于水肥耦合技術的應用還鮮有報道，鑒于水肥耦合的優勢，筆者結合龍巖氣候和地勢特點，選取能夠代表當地典型土壤特點的大田為試驗點，設置3個不同的處理，探究了水肥耦合對龍巖煙區植煙土壤理化性質和烤煙生長發育以及產質量的影響。

1 材料與方法

1.1 材料

供試烤煙品種為K326，供試高碳基肥由河南惠農土質保育有限公司提供，水溶性液體肥(平衡肥N∶P2O5∶K2O為200∶200∶200，高鉀肥N∶P2O5∶K2O為100∶50∶350)由甕福集團提供。

試驗土壤為黃土。土壤有機質24.32 mg/g，速效鉀279.91 mg/kg，速效磷10.19 mg/kg，pH 6.43。

1.2 方法

試驗于2018年3月在龍巖市上杭縣廬豐鄉進行，試驗田地勢平坦、排灌方便，前茬未使用高殘留有害除草劑。煙苗移栽日期為2月20日，株行距為50 cm×120 cm，施用純氮152.8 kg/hm2。

在控制施氮量一致的條件下，設置3個處理：CK(常規施基肥和追肥)；T1[肥料量與CK相同，常規施基肥，追肥采用水肥一體化模式，根據土壤含水量進行稀釋，水溶肥水比例(重量比)約1∶150]；T2[常規施基肥，追肥采用液體肥，水肥一體化模式，水溶肥水比例(重量比)約1∶150)]。每個處理220株(133.3 m2)，常規基肥為條施復合肥(煙草專用肥N∶P2O5∶K2O為10∶7∶21，含硝酸鉀、硫酸鉀、磷酸二氫鉀)1237.5 kg/hm2、高碳基肥450 kg/hm2，肥料質量總比N∶P2O5∶K2O為1∶0.7∶3.4。液體肥為甕福公司生產的平衡肥(N∶P2O5∶K2O為200∶200∶200)和高鉀肥(N∶P2O5∶K2O為100∶50∶350)，高碳基肥在移栽前隨基肥條施。田間管理以及其他操作均按當地常規技術進行。各處理單獨烘烤，烘烤結束后取烤后煙葉C3F等級。

1.3 測定項目

1.3.1 土壤理化指標 分別于煙株移栽后30、45、60、75、90、105、120 d用五點取樣法和剝落分離法對煙株根際土壤進行取樣。土壤有機質含量、速效鉀含量、速效磷含量和pH的測定參照文獻[12]。

1.3.2 農藝性狀 分別于煙株移栽后30、45、60、75、90 d對煙株株高、莖圍、有效葉片數、最大葉長寬等農藝性狀進行統計記錄。

1.3.3 物理特性 采用煙草行業標準YC/T 28.4─1996測定方法對烤煙物理特性進行測定。

1.3.4 常規化學成分 采用AA3型連續流動分析儀(德國布朗盧比公司生產)對烤煙總糖、還原糖、總氮、煙堿、鉀和氯等常規化學成分進行測定。

1.3.5 中性致香成分 采用7890B─5977A型氣-質聯用儀(美國安捷倫公司生產)對煙葉中性致香物質進行測定。

1.3.6 次生代謝成分 采用Waters2690型高效液相色譜儀(美國Waters公司生產)對煙葉次生代謝物質進行測定。

1.3.7 經濟效益 于煙葉烘烤后對各小區煙葉的產量、產值、均價以及上等煙比例進行統計記錄。

1.4 數據處理

運用DPS 7.0軟件，采用Duncan新復極差法對不同處理各指標間差異進行分析，小寫字母代表差異顯著性在0.05水平；運用Office Excel 2017軟件進行相關數據統計分析和制圖。

2 結果與分析

2.1 水肥耦合對植煙土壤養分含量的影響

表1反映了不同移栽期不同處理土壤養分含量的差異，移栽后30～120 d，處理T1和T2土壤速效鉀含量均高于CK，T2速效鉀含量居于首位，且移栽后30、60、75和90 d這3個處理間差異均達到顯著水平。該結果表明水肥耦合能夠顯著提升土壤的速效鉀含量，并且以水溶肥處理的提升效果最佳。移栽后45 d，T1和T2速效鉀含量均達到最大值，分別為980.00和999.13 mg/kg，分別較對照組高500.19和519.50 mg/kg；與基礎肥力相比，分別高出700.09和719.40 mg/kg?？梢娝蜀詈蠈μ岣咄寥浪傩р浐啃Ч麡O顯著。

表1 不同移栽期不同處理土壤速效鉀、速效磷、有機質含量和pH值

移栽后30、45、75、90和120 d，T1、T2土壤速效磷含量均高于CK，且不同移栽期基本呈現出T2>T1>CK的趨勢，說明水肥一體化模式下，無論追肥采用常規肥料還是液體水溶肥都能夠有效提升植煙土壤的速效磷含量，且水溶肥的效果最顯著。移栽后30 d和90 d，三者之間存在顯著性差異。移栽后45 d，CK、T1和T2土壤速效磷含量均達到最大值，分別為37.70、50.05和35.79 mg/kg，高于基礎肥力27.51、39.86和25.60 mg/kg。

由表1可知，不同移栽期，土壤有機質含量變化不大，CK、T1、T2的有機質變化量分別為4.07、4.61和4.47 mg/g。移栽后30～120 d， T1、T2處理的土壤有機質含量均高于CK，T2含量最高，說明水肥耦合技術能夠有效提升不同移栽期植煙土壤的有機質含量。

移栽后120 d時，土壤pH表現為T2>T1>CK，且均達到最大值，該階段土壤pH最接近煙草適宜生長范圍(5.5～6.5)[13]。除移栽后30 d和90 d外，其余移栽期T1和T2處理的土壤pH與對照相比均有所提高。移栽后45、75和105 d，3個處理之間土壤pH存在顯著性差異。水肥耦合技術能夠適度提高土壤pH，降低土壤酸度，使pH更接近煙草生長適宜范圍，從而促進煙草根系的生長發育。

2.2 水肥耦合對烤煙農藝性狀的影響

從表2可以看出，移栽后30～90 d， T1、T2處理的烤煙株高均高于CK；移栽后30、45、60和90 d，T1、T2處理煙株莖圍均大于CK，且移栽后45 d，T1、T2與CK之間差異較顯著；移栽后30～75 d，T1、T2處理煙株最大葉長均大于對照CK，且處理之間差異達到顯著水平；移栽后30～75 d，T1、T2煙株最大葉寬均大于CK，且在移栽后45 d，T1、T2與CK間存在顯著差異，移栽后30、60和75 d，處理間無顯著差異；移栽后30～75 d，T1、T2煙株有效葉片數均大于CK，且移栽后30 d，T2與CK間差異較顯著。說明水肥耦合技術能夠有效增加煙株的株高、莖圍、最大葉長寬以及有效葉片數，可能通過改善煙株的農藝性狀來提高煙葉品質。

表2 不同移栽期不同處理烤煙的農藝性狀差異分析

2.3 水肥耦合對煙葉物理特性的影響

從表3中可得，采用水肥耦合T1、T2處理的單葉重均高于CK，且差異較顯著，表明水肥耦合技術能夠有效提高煙葉的單葉重；T2含梗率顯著低于T1、CK，且T1、T2均低于CK，說明水肥耦合可以降低煙葉的含梗率。煙葉拉力表現為CK大于T1、T2，CK與T1、T2之間差異較顯著，說明水肥一體化不能改善煙葉的拉力。T1、T2處理的煙葉厚度均小于CK，且差異較顯著，說明水肥耦合技術能夠有效降低煙葉的厚度。填充值T1、T2顯著高于CK，含水率三者之間沒有顯著差異。

表3 不同處理間C3F等級煙葉物理特性差異比較

2.4 水肥耦合對煙葉常規化學成分的影響

從表4可以看出，3個處理在還原糖、煙堿、鉀、總氮、糖堿比和氮堿比之間存在顯著差異。處理T1和T2煙葉的總糖和還原糖含量均低于CK；與CK相比，運用水肥耦合的處理T1和T2還分別降低了煙葉的煙堿含量和氯含量，但鉀含量相對減少，總氮含量提高。糖堿比，即還原糖與煙堿的比值，主要反映煙氣酸堿平衡，比值過大，雖煙味溫和，但勁頭小，香氣平淡；比值在5以下，刺激性過大，一般認為糖堿比在8～12最佳[14，15]。T1和T2煙葉的糖堿比、鉀氯比和氮堿比均高于CK，且T1和T2糖堿比更接近優質烤煙范圍(10左右)；CK、T1和T2的鉀氯比均在適宜范圍(4～10)內[16]；T1和T2的氮堿比也更接近烤煙合理范圍(0.95～1.05)[17]。上述數據說明，T1和T2通過水肥耦合技術較常規施肥對照CK改善了煙葉的化學成分指標。

表4 不同處理間C3F等級煙葉常規化學指標差異比較

2.5 水肥耦合對煙葉中性致香物質的影響

從表5可以看出，CK、T1、T23個處理中性致香物質含量較高的兩種香氣物質分別是新植二烯和茄酮，新植二烯為煙葉中重要的萜烯類化合物，其本身不僅具有一定的香氣，而且可分解轉化形成低分子香味成分，是煙草中重要的香味成分[18]。茄酮是類西柏烷類降解產物中十分重要的香氣成分，具有青香、草香及甜香，香氣較持久，可以與多種香氣較好地協調，能賦予煙草醇和的特殊香氣[15]。T1和T2處理的新植二烯含量、茄酮含量以及中性致香物質總量均高于CK，說明水肥耦合技術能夠提高煙葉主要致香物質含量以及中性致香物質總量，從而提高煙葉的品質。T2含量最高，且3個處理之間中性致香物質總量差異性較顯著，表明T2提高中性致香物質總量表現最好。

表5 不同處理C3F等級煙葉中性致香物質含量比較 μg/g

2.6 水肥耦合對煙葉多酚類次生代謝物質的影響

煙草的多酚類物質是重要的次生代謝物質之一[19，20]，煙葉中多酚類物質主要有綠原酸、蕓香苷和莨菪亭[21-22]。多酚類物質是香氣前體物質，對煙草的生理生化活動、煙葉的色澤、卷煙的香吃味、生理強度等都有重要的影響[23]。從表6可知，多酚物質類含量居首位的是T2，且T2與CK、T1之間差異顯著。T2的綠原酸含量最高，且T2與CK、T1之前存在顯著差異。莨菪亭和蕓香苷含量也以T2處理最多，說明水肥耦合技術可以提高煙葉次生代謝物質多酚類物質含量，同時說明在水肥一體化的基礎上，采用水溶肥效果最佳。

表6 不同處理C3F等級煙葉多酚物質含量比較 mg/g

2.7 水肥耦合對煙葉經濟性狀的影響

從表7可以看出，3個處理的烤煙產量、均價和產值之間差異較顯著。應用水肥耦合技術施肥的T1、T2處理分別比常規施肥CK產量高出80.09、115.94 kg/hm2，均價分別高出0.15、0.27元/kg，產值分別高出2871.07、4005.19元/hm2，上等煙比例分別高出0.13%和2.56%。結果表明，水肥耦合技術能夠有效增加煙葉的經濟效益，且水溶肥比常規肥料對于煙葉增產更有效。

表7 不同處理煙葉經濟性狀比較

2.8 水肥耦合條件下煙葉物理特性與經濟性狀相關性分析

從表8可以看出，在水肥耦合條件下，C3F等級烤后煙葉單葉重與煙葉產量和產值之間呈正顯著相關；含梗率與上等煙比例呈極顯著負相關，與中等煙比例呈極顯著正相關；厚度與產值、均價、產值之間都存在極顯著負相關的關系。結果表明，在水肥耦合條件下，煙葉物理特性顯著影響煙葉的經濟性狀，從而直接影響煙葉的經濟效益，即物理特性越好的煙葉，經濟效益越好。

表8 C3F等級煙葉物理特性與經濟性狀相關性分析結果

3 討論

水溶肥作為一種多元液體肥，具有節水節肥、提高水資源和肥料利用率的特點，具有廣闊的應用前景。特別是在煙草上，水溶肥與滴灌設備結合運用，以水帶肥，實現水肥一體化，可以達到省水省肥省工以及增效增收的效能。本試驗表明，水肥耦合技術的運用較常規施肥方式改善了植煙土壤的理化性質，主要是提高了土壤的速效鉀、速效磷和有機質含量，這與梁志雄等[24]的研究結果一致。水肥耦合技術還可以改善植煙土壤的pH，調節土壤酸堿平衡，有利于煙株根系正常生長發育，并且施用水溶肥的處理效果表現較好。

農藝性狀是煙株長勢優劣的最直接表現。本試驗結果表明，水肥耦合技術能夠顯著增加烤煙的株高、莖圍、最大葉長寬以及有效葉片數，這與霍昭光等[25]的研究結果相符。賀彪等[26]研究發現，運用水肥耦合技術施肥，打頂后煙株株高、莖圍、節距、腰葉大小、頂葉大小的表現均優于常規施肥處理。水肥耦合技術可以改善煙葉的物理特性。在本試驗中，運用該技術的處理提高了煙葉的單葉重，降低了含梗率和厚度，這與危月輝[27]的研究結果一致。

本研究發現，水肥耦合技術能夠降低煙葉的煙堿含量，降低煙葉的氯含量，提高煙葉的鉀氯比，這與席奇亮[28]的研究結果相吻合。水肥耦合技術還可以調節煙葉的糖堿比和氮堿比，使兩者均接近優質烤煙的范圍，有利于改善煙葉的燃吸品質。在本試驗中，水肥耦合技術還較常規施肥提高了煙葉次生代謝多酚類物質(主要是綠原酸、蕓香苷和莨菪亭)的含量，這對改善煙葉的香吃味具有重要作用[29]。中性致香物質的含量是影響煙葉品質的關鍵因素。本試驗運用水肥耦合技術的處理烤煙的主要致香物質茄酮和新植二烯的含量均高于常規施肥，并且中性致香物質的總量也明顯高于對照，這與衛宣志[30]的研究結果一致，這對改善煙葉的香氣量和香氣質具有積極顯著的影響。本試驗結果表明，水肥耦合技術可以提高烤煙的產量、產值、均價和上等煙比例，這與楊軍[31]的研究結果相吻合，水肥耦合對提高烤煙的經濟效益具有積極意義。

4 結論

在龍巖煙區應用水肥耦合技術對于提高植煙土壤速效養分含量、改善土壤理化性質、提高煙葉產質量具有顯著效果，同時起到節水節肥、省工增效的作用。綜合試驗結果表明，追肥施用水溶肥并采用水肥耦合技術的處理為最優處理，該施肥技術可以為龍巖煙葉生產提供指導，同時為水肥耦合技術在當地的推廣提供依據。