化肥減量條件下追肥方式對皖南烤煙產量和品質的影響

朱經偉，沈 晗，張 恒，裴洲洋，李世金，艾 棟，楊桂林，石俊雄*

1. 貴州省煙草科學研究院，貴陽市觀山湖區(qū)龍灘壩路29 號 550081

2. 上海煙草集團有限責任公司，上海市楊浦區(qū)長陽路717 號 200082

3. 安徽皖南煙葉有限責任公司，安徽省宣城市鰲峰中路72 號 242000

4. 云南農業(yè)大學煙草學院，昆明市盤龍區(qū)金黑公路95 號 650201

施肥是影響煙葉風格的重要因素之一。在特定的生態(tài)環(huán)境和品種條件下，施肥措施是控制煙葉產量和品質的核心技術［1-2］。津巴布韋和美國北卡羅來納州的烤煙年平均氮肥投入量分別為138 kg·hm-2和 72 kg·hm-2，磷肥投入量分別為50.2 kg·hm-2和 16.8 kg·hm-2，鉀肥投入量分別為116 kg·hm-2和 100.8 kg·hm-2［3-4］。以我國山東省產煙區(qū)為例，烤煙氮肥、磷肥、鉀肥年平均投入量分別為 87.5 kg·hm-2、87.5 kg·hm-2和 174 kg·hm-2，而在淋溶作用較強的南方煙區(qū)，化學肥料投入量相對更高［5］。此外，煙葉生產中的化學肥料使用量仍在增加，據1998 年至2014 年的數據測算，17 年間化肥用量增幅達13.1%，而化肥農學效率僅提高4.3%［6］。因此，化學肥料過量施用已成為限制我國煙葉生產中化肥利用效率提高和煙葉品質改善的關鍵因素。近年來，行業(yè)著力研究、推廣以設施為基礎的環(huán)施、水肥一體化等新型施肥方式，但并未改變以條施、穴施為代表的傳統(tǒng)施肥方式的現(xiàn)狀［7-8］。因此如何在保障煙葉產量和品質前提下，減少化肥施用量、優(yōu)化化肥施用措施，提高化肥的利用效率，已成為煙草行業(yè)綠色發(fā)展亟待解決的問題。

提高肥料利用效率的最佳途徑是水、肥兩者的高效配合，即水肥一體化技術。在我國主要糧食作物和果蔬生產中的節(jié)肥、增產效果顯著［3-7］。通過水肥一體化技術應用，小麥在低施氮量條件下水分利用效率和氮肥利用效率分別顯著提高0.78 kg·hm-2·mm-1和 3.57 kg·kg-1［9］；玉米在氮肥減量條件下氮肥農學效率提高45.28%，籽粒產量提高7.8%［10-11］；馬鈴薯和蘋果在推薦施氮水平下產量分別提高39.0%～46.9%、9.4%，氮肥利用效率分別提高6.1%、41.6%［12-15］；番茄在水肥減量 20%的條件下，肥料偏生產力提高3.9%～10.8%［16］。在化肥減施條件下，水肥一體化技術可優(yōu)化土壤水肥分布，促進養(yǎng)分向根系遷移，提高根系對水分、養(yǎng)分的吸收利用，有效避免作物對養(yǎng)分的奢侈吸收和流失，從而提高肥料利用效率［17-19］。同時還可滿足作物不同生育期對養(yǎng)分供給時期和數量的特殊需求，改善品質，在蘋果、番茄、紅棗等果樹蔬菜上表現(xiàn)尤為明顯［16，20-22］。水肥一體化技術在煙葉生產中也有研究報道。薛如君等［23］對比滴灌和澆灌兩種水肥一體化施肥技術后得出，澆灌施肥較滴灌施肥的烤煙鉀素利用率和產值分別下降47.5%～49.1%和7.7%～20.2%，滴灌施肥更適用于干旱煙區(qū)；席奇亮［24］通過對烤煙滴灌施肥發(fā)現(xiàn)，氮肥表觀利用效率、產量、致香成分較常規(guī)施肥分別提高70.4%、25.4%、2.29 倍。然而采用水肥一體化設施以滴灌或澆灌方式在平原地區(qū)對烤煙進行養(yǎng)分供給的措施不適用于山地煙區(qū)［25-28］。此外，作物肥料利用率與施肥次數關系密切，增加施肥次數也是提高肥料利用效率的有效途徑［29］。但目前針對煙草施肥次數的研究主要集中在對烤煙產量和品質的影響方面［30-33］，而對烤煙肥料的利用狀況則鮮見報道。為此，采用便攜式水肥一體化施肥器具［34］，以水溶根施肥為材料，明確減少化肥用量條件下追肥次數對烤煙養(yǎng)分利用、煙葉產量、品質等方面的影響，旨在為水肥一體化技術在山地丘陵煙區(qū)烤煙生產中的應用提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與土壤性狀

試驗于2018 年在安徽省宣城市宣州區(qū)楊柳鎮(zhèn)新龍村“滬皖現(xiàn)代煙草農業(yè)高科技示范園”（海拔64.0 m，經度118.61°，緯度30.77°）進行。該地區(qū)屬亞熱帶濕潤季風氣候，年平均日照時數2 075.5 h，年平均溫度15.8 ℃，年平均無霜期228 d，年平均降雨量1 324.8 mm。供試烤煙品種云煙97。供試肥料為復合肥（N∶P2O5∶K2O=6.7∶11.4∶22.9）、硝酸鉀和磷酸二銨由安徽皖南煙葉有限責任公司提供，烤煙專用基肥（N∶P2O5∶K2O=6.5∶8.5∶18.5）及水溶根施肥（配方A 為N：P2O5∶K2O=22∶14∶10、配方 B 為 N∶P2O5∶K2O=10.9∶15.5∶28.7）由貴州省煙草科學研究院提供。供試土壤類型為黃棕壤，質地為壤土，種植制度為一年兩熟（烤煙-晚稻），土壤基本理化性狀見表1。

1.2 試驗設計

試驗共設置5 個處理。CK1：不施肥處理。CK2：當地習慣施肥處理，以復合肥為基肥，在烤煙移栽前 3 d 施用，施用量為 1 390.5 kg·hm-2，條施；第一次追肥采用磷酸二銨，在烤煙移栽當天施用，肥料與水按照1∶100 的比例溶解，采用灌根的方式每株烤煙施用325 mL；第二次追肥采用硝酸鉀在烤煙移栽后10 d 施用，施用量為75 kg·hm-2，穴施，施肥深度10 cm。該處理氮肥（N）、磷肥（P2O5）、鉀肥（K2O）施用量分別為 112.5、184.5 和352.5 kg·hm-2。T1～T3 處理：均以復合肥為基肥，施用量為600 kg·hm-2，施用時間和施用方式與CK2 相同；第一次施肥采用水溶根施肥配方A，施用時間和肥料溶解比例與CK2 相同，采用灌根的方式每株烤煙施用200 mL；其后的追肥均采用水溶根施肥配方B，其中T1 處理的第2、第3 次追肥分別于烤煙移栽后20 和40 d 施用，每次施用231 kg·hm-2，肥料與水按照 1∶5 的比例溶解，采用施肥槍在最大葉的葉尖處壟體上施肥，施肥深度為15 cm，每株烤煙每次施用62 mL，T2 處理的第2、第3、第 4 次追肥分別于烤煙移栽后 13、27 和 40 d 施用，每次施用154 kg·hm-2，肥料溶解比例與施用方式與T1 處理相同，每株烤煙每次施用42 mL，T3處理的第2、第3、第4、第5 次追肥分別于烤煙移栽后10、20、30和40 d施用，每次施用115.5 kg·hm-2，肥料溶解比例與施用方式與T1 處理相同，每株烤煙每次施用 31 mL。T1～T3 處理氮肥（N）、磷肥（P2O5）、鉀肥（K2O）施用量較 CK2 均分別減少10%、30%和30%。每處理3 次重復，共15 個小區(qū)，隨機區(qū)組排列，每小區(qū)種植4 行，行距1.2 m，株距0.45 m，行長9.4 m。其他農事操作均按照當地優(yōu)質煙葉生產技術規(guī)范進行。

表1 供試土壤基本理化性狀Tab.1 Basic physicochemical properties of tested soils

1.3 樣品采集與測定

1.3.1 烤煙農藝性狀

烤煙移栽后85 d 時，選擇各小區(qū)典型代表煙株 5 株，依據 YC/T142—2010［35］方法測量株高、莖圍、有效葉片數、最大葉長和寬、打頂端向下第3片有效葉（倒三葉）的長和寬。

1.3.2 土壤養(yǎng)分

施肥前按照“S”形取樣法采集基礎土壤樣品1 kg，避光風干、研磨、過0.85 mm 篩；取過篩后的樣品200 g，再研磨過0.25 mm 篩，分別置于自封袋中保存?zhèn)溆谩？緹煵墒战Y束后，按照五點取樣法在兩株烤煙中間壟體上采集混合土樣500 g，經前處理后備用。采用文獻［36］中的方法測定土壤全氮、全磷、全鉀、pH、有機質、堿解氮、有效磷和速效鉀含量（質量分數）。

1.3.3 烤煙養(yǎng)分累積量

煙株成熟期（移栽后120 d 左右）時，選取代表各小區(qū)長勢一致的煙株2 株，分根系、莖、葉、花杈4 個部位。依據 NY/T 2017─2011［37］的方法測定各部位全氮、全磷和全鉀含量（質量分數）。

1.3.4 土壤養(yǎng)分表觀利用率

氮肥、磷肥和鉀肥的表觀利用率：

表觀利用率=［m（施肥小區(qū)地上部養(yǎng)分吸收量）-m（不施肥小區(qū)地上部養(yǎng)分吸收量）］/［A×m（養(yǎng)分投入量）］×100%

式中：A表示小區(qū)面積，單位hm2；m表示某一養(yǎng)分，氮肥以氮元素（N）計，磷肥以五氧化二磷（P2O5）計，鉀肥以氧化鉀（K2O）計，單位均為kg·hm-2。

1.3.5 煙葉主要經濟性狀指標

依據 GB 2635─1992［38］對各試驗小區(qū)烤后煙葉進行分級，并計算各小區(qū)煙葉產量和產值。

1.3.6 煙葉化學成分與感官品質評價

每處理選取C3F 樣品1 kg，樣品沿主脈一分為二，去梗。一部分樣品用于測定煙堿、還原糖、鉀、總氮、總糖、氯含量［39-44］，各項指標的賦值、權重以及煙葉主要化學成分總分計算參照文獻［45］；另一部分樣品制成單料煙，由上海煙草集團有限責任公司技術中心組織7 位具有行業(yè)評吸資質的專家對煙葉香氣質、香氣量、吃味、雜氣、刺激性等指標進行感官品質鑒定，評價指標賦值依據YC/T138─1998 中 9 分制［46］計算，評價指標權重分配和評價總分計算參照文獻［45］。

1.4 數據處理

采用Microsoft Excel 2013 和SAS 9.1 軟件進行數據處理和方差分析，并采用Duncan’s 法進行差異顯著性檢驗。

2 結果與討論

2.1 不同處理對烤煙農藝性狀的影響

增加追肥次數能夠補償化肥減施對成熟期烤煙農藝性狀造成的不良影響，結果見表2 示。T1與T2 處理的株高較CK2 顯著提高，莖圍、有效葉片數、最大葉面積和倒三葉葉面積與CK2 間差異未達到顯著水平。說明氮、磷、鉀肥分別減施10%、30%和30%的條件下，增加施肥次數有利于促進化肥減施條件下的烤煙生長。T1～T3 處理間相比，隨著追肥次數的增加，烤煙農藝性狀變化規(guī)律不明顯，這與謝慧玲等［30］的研究結果一致。

表2 不同處理烤煙成熟期農藝性狀比較①Tab.2 Effects of different treatments on agronomic traits of flue-cured tobacco at maturity stage

2.2 不同處理對烤煙氮、磷和鉀吸收利用率的影響

不同處理對烤煙各器官氮素累積的影響見圖1。在化學氮肥減量10%的條件下，T1 處理煙株氮素積累較 CK2 顯著減少 16.5 kg·hm-2，T2 與 CK2處理間差異不顯著，T3 處理的氮素累積量增加9.1 kg·hm-2，T1～T3 處理間相比氮素累積量差異達到顯著水平。說明化學氮肥減施10%能夠明顯降低烤煙的氮素積累，當追肥次數達到5 次時，烤煙因氮肥減施而造成的養(yǎng)分累積不足情況得到緩解，氮素累積量較CK2 增加8.0%。由于氮肥在煙葉生產中主要以硝態(tài)氮和銨態(tài)氮兩種形式施用，其中硝態(tài)氮在土壤中更易于損失［47］，因此采用多次追肥即使在低氮條件下也能夠有效避免氮肥的淋溶損失，促進烤煙對氮肥的吸收利用。

在磷肥減施30%的條件下，增加追肥次數能夠滿足烤煙正常生長的磷素需求。與CK2 相比，T1 處理的磷素累積量減少3.2 kg·hm-2，說明磷肥減施30%時則抑制了烤煙磷素累積；T2 與T3 處理與CK2 相比，磷素累積量差異均未達到顯著水平，說明追肥次數達到4 次以上時，在磷肥減量條件下能夠保證正常的烤煙磷素累積，滿足烤煙對磷素的需求。T1～T3 處理間相比，T2 與 T3 處理的磷素累積量分別較T1 處理增加3.8 kg·hm-2和5.7 kg·hm-2，但 T2 與 T3 處理間差異不顯著，說明追肥次數對烤煙磷素累積的影響呈“報酬遞減”關系。由于磷在土壤中的遷移損失與氮不同，磷酸根易被土壤中的鈣離子固定，所以磷僅能在施肥點向外移動1～3 cm，避免了淋溶損失，但降低了其生物有效性［48-49］。而采用多次追肥后，不斷向土壤中加入磷肥，可保證土壤中烤煙可吸收磷的含量處在較高水平，因此促進了烤煙對磷的吸收利用。

在鉀肥減施30%的條件下，增加追肥次數能夠維持烤煙正常生長的鉀肥供給。與CK2 處理相比，T1 和T2 處理的鉀素累積量分別減少44.1 kg·hm-2和 12.4 kg·hm-2，即在鉀肥減施 30%條件下，追肥次數低于4 次時，烤煙鉀素供給虧缺。說明鉀肥溶解后施入土壤增加其被吸附、淋溶的風險，在追肥次數過低的條件下，反而不利于烤煙對鉀的吸收利用；T3 處理的烤煙鉀素累積量較CK2差異未達到顯著水平，說明鉀肥減施條件下追肥次數達到5 次時能夠滿足烤煙正常的鉀素需求。T1～T3 處理間相比，隨著追肥次數的增加烤煙鉀素累積量逐漸增加，各處理間差異達到顯著水平，說明追肥次數與鉀肥施用量在烤煙鉀素累積方面具有明顯的互補作用。

圖1 不同處理對烤煙成熟期氮、磷、鉀累積的影響Fig.1 Effects of different treatments on nitrogen，phosphorus and potassium accumulations in flue-cured tobacco at maturity stage

不同處理對皖南烤煙大量元素的表觀利用率的影響見表3。CK2 的氮肥、磷肥、鉀肥表觀利用率分別為43.4%、4.3%和41.8%，與常規(guī)煙葉生產的養(yǎng)分利用效率相吻合。在氮肥、磷肥和鉀肥分別減量10%、30%和30%并配合水溶性根部施肥的條件下，氮肥表觀利用率以T3 處理最高；磷肥表觀利用率以T2 處理表現(xiàn)最優(yōu)；鉀肥表觀利用率以T3 處理最高，但與T2 處理間差異不顯著，即氮肥、磷肥和鉀肥并未在相同追肥次數下達到最大表觀利用率，這一現(xiàn)象主要是由于養(yǎng)分的遷移和損失特性不同造成的。因此，在化肥減施條件下，采用水溶性根部施肥同時進行5 次追肥，可明顯提高烤煙對氮肥的利用效率，進行4 次追肥則可以明顯提高烤煙對磷肥和鉀肥的利用效率。

表3 不同處理烤煙對氮、磷和鉀肥的表觀利用率比較Tab.3 Effects of different treatments on apparent utilization efficiencies of nitrogen，phosphorus and potassium of flue-cured tobacco （%）

2.3 不同處理對烤煙經濟性狀的影響

不同處理對烤煙經濟性狀的影響見表4。T1～T3 處理的上中等煙率、產量、產值和均價較CK2 差異均不顯著，說明皖南煙葉生產過程中，氮肥、磷肥、鉀肥較常規(guī)施肥分別減量10%、30%和30%，對烤煙的主要經濟性狀影響不顯著；隨著追肥次數由3 次（T1 處理）增加至5 次（T3 處理），烤煙的上中等煙率逐漸降低，產量和產值逐漸升高，但T1～T3 處理除上等煙率外的其他經濟性狀指標差異均不顯著，說明在試驗減肥水平下，增加追肥次數對提高烤煙經濟性狀無明顯效果。

表4 不同處理烤煙經濟性狀指標比較Tab.4 Effects of different treatments on economic traits of flue-cured tobacco

2.4 不同處理對烤煙品質性狀的影響

皖南烤煙的化學肥料減量有利于提高中部葉感官品質，但追肥次數過多會降低煙葉的感官品質，結果見表5。與CK2 相比，T1 處理的感官評吸總分提高2.2 分，T2 和T3 處理的總分均降低3.4分；T1～T3 處理中隨著追肥次數的增加，香氣質、香氣量、雜氣、刺激性和余味的得分均逐漸降低，感官品質顯著下降。說明化學氮肥、磷肥、鉀肥在常規(guī)施肥的基礎上分別減量10%、30%和30%時，在適當的追肥次數條件下才能明顯改善中部葉感官品質。烤煙葉面積、干物質量與施肥次數的相關關系不明顯，但與煙葉品質指標密切相關，這與劉本坤等［50］的研究結果一致。

表5 不同處理烤煙中部葉感官品質指標比較Tab.5 Effects of different treatments on sensory quality indexes of flue-cured tobacco middle leaves （分）

不同處理對中部葉主要化學成分的影響與對其感官品質的影響規(guī)律基本一致，結果見表6。T1 處理與CK2 相比，中部葉鉀含量提高0.3 百分點，氮堿比與糖堿比更趨于協(xié)調，總分提高2.3 分，說明改善中部葉的化學品質可通過化肥減量實現(xiàn)；隨著追肥次數由3 次（T1 處理）增加至5 次（T3處理），中部葉煙堿、總氮含量降低，糖堿比、氮堿比提高，與李佳文［31］的研究結果一致。其中煙堿含量的降低是導致化學成分協(xié)調性下降的主要因素，只有當追肥次數達到3 次時才能在氮肥減量10%、磷肥和鉀肥均減量30%的條件下穩(wěn)定煙葉的煙堿含量，改善烤煙品質。

氮素在烤煙生長發(fā)育過程中與煙堿的關系最為密切。景延秋等［32］研究認為，隨著追肥次數的增加，煙葉總氮、煙堿呈現(xiàn)增加趨勢，與本研究中的煙堿變化規(guī)律不一致，因此煙堿含量對施肥次數的響應機理仍需進一步研究。氮肥形態(tài)對煙堿含量的影響主要表現(xiàn)在酰胺態(tài)氮肥對煙堿的合成促進作用最為明顯，其次為硝銨態(tài)氮肥，以硝酸鉀最低［33］，本研究中所用水溶根施肥中55.3%的氮肥由硝酸鉀提供，對煙堿合成的促進作用相對較小，由此導致了中部葉煙堿含量偏低。

表6 不同處理烤煙中部葉主要化學成分比較Tab.6 Effects of different treatments on major chemical components in middle flue-cured tobacco leaves

3 結論

在氮、磷、鉀肥減施條件下，與常規(guī)施肥相比，追肥3 次時烤煙氮、磷、鉀肥的累積量降低，磷、鉀肥表觀利用效率與常規(guī)施肥差異不顯著，煙葉品質顯著提高；追肥4 次時能夠保證烤煙正常生長發(fā)育所需的氮、磷、鉀肥供給，提高磷、鉀肥的表觀利用率，煙葉品質比追肥3 次處理顯著降低；追肥5 次時可以顯著促進烤煙對氮素的吸收利用，提高氮、磷、鉀肥表觀利用率，養(yǎng)分利用方面表現(xiàn)最佳，但煙葉品質偏低，即隨著追肥次數的增加，煙堿含量降低導致了煙葉品質降低，造成養(yǎng)分利用與煙葉品質兩者間不協(xié)調。因此，在氮肥減施10%、磷和鉀肥各減施30%的條件下，適當提高水溶根施肥中銨態(tài)氮比例，采用水溶根施肥追肥5 次可提高烤煙養(yǎng)分利用效率并改善煙葉品質。