保蓄劑-水溶根施肥對貴州植煙土壤養分及烤煙生長與品質的影響

李彩斌， 朱經偉， 張 恒， 李 寒*

(1.貴州省煙草公司 畢節市公司， 貴州 畢節 551700， 2.貴州省煙草科學研究院， 貴州 貴陽 550081)

0 引言

【研究意義】目前，烤煙生產上的用肥主要以顆粒形式的復合型化肥為主。固體肥料進入土壤后，其養分的釋放與遷移受制于氣候和土壤結構等因素的影響，造成養分釋放與煙株對養分吸收速率間的不匹配，致使化肥的常規施肥肥效慢、時效性不足、肥料利用率低[1-2]。近年來，將微灌和施肥融為一體的水肥一體化技術可根據作物的生長規律與需肥特性，將水分及養分定時、定量直接供給作物[3-5],彌補了常規施肥的弊端，并實現了水肥的同步管理及資源高效利用[6]。然而，貴州作為全國唯一沒有平原支撐的省份，其煙區地形地貌多為山地和坡嶺，煙田地塊零散，滴灌施肥的水肥一體化技術難以在貴州山區推廣。為此，貴州省煙草科學研究院根據貴州山地特征和煙草營養需求研發出烤煙水溶根施肥技術，并在黔西南、六盤水和黔東南等烤煙產區進行推廣應用。但由于追肥次數受到地貌特征和人工成本的制約，水溶根施肥模式后期易出現脫肥現象，且集中出現在烤煙生育中期的降雨時節[7-8]，加速土壤養分流失[9]。因此，水肥一體化施肥模式下減少土壤養分流失，提升養分利用效率，對貴州煙草的高質量發展具有重要意義。【前人研究進展】目前，利用生物炭和保水劑等多孔吸附性材料的高物理吸附性和表面性的理化性質，配套相應的施肥措施，已成為減少養分淋失、提高肥料利用率、改善土壤水分狀況的有效改良方案[10-15]。李琳佳等[13]研究了海泡石對污染土壤中鉛的鈍化效果。馬煥成等[10]研究表明，保水劑的使用能減少北美紅杉和川滇榿木的氮、鉀流失量。BIEDERMAN等[14]報道，土壤中添加生物炭能增加作物產量以及土壤氮、磷、鉀的含量。曹暢等[16]研究發現，施用硅藻土和改性海泡石對玉米盆栽試驗土壤中的氮磷鉀具有良好的緩釋作用。鄭明福等[17]研究表明，施用以海泡石為肥料元素吸附物制成的全配方緩釋肥能夠提升肥料利用率和提高辣椒的產量與品質。【研究切入點】當前，鮮見保蓄劑-水溶根施肥對貴州植煙土壤養分及烤煙生長與品質影響的研究報道，為此，選取具有多孔吸附性的生物炭、海泡石、保水劑和硅藻泥作為養分保蓄劑，結合水溶根施肥，采用田間試驗方法，研究其對土壤養分及烤煙生長與品質的影響。【擬解決的關鍵問題】探明保蓄劑與基肥混用的有效組合，旨在降低水溶根施肥后期脫肥現象的發生，以期為生產應用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2019-2020年在貴州省安順市平壩區進行，所選試驗地較平整，無根莖性病害，地勢向陽，不漬水。試驗總面積為0.2～0.3 hm2，土壤均為旱作土，土壤堿解氮含量138 mg/kg，速效磷含量7.1 mg/kg，速效鉀含量217 mg/kg。

1.2 材料

1.2.1 品種 供試烤煙品種為云煙87，由貴州省煙草科學研究院保存。

1.2.2 肥料 常規復合肥〔基肥(N∶P2O5∶K2O為10∶10∶25)和追肥(N∶P2O5∶K2O 為13∶0∶26)〕為烤煙生產專用肥，由貴州科泰金福肥業有限公司生產；水溶根施肥(配方Ⅰ：22-14-10，配方Ⅱ：14-19-20，配方Ⅲ：10-2-37)為烤煙專用肥，貴州省煙草科學研究院研制。

1.2.3 保蓄劑 試驗采用的保水劑、生物炭、海泡石和硅藻泥由四川省砼川興化工有限公司生產。

1.3 方法

1.3.1 試驗設計 試驗采用隨機區組設計，保蓄劑與基肥混合后施用，共設5個處理：T1，不施基肥與追肥；T2，基肥與追肥均為常規施肥；T3，單一水溶根施肥處理，即常規施肥減量20%為基肥和水溶根施肥為追肥；T4，硅藻泥為保蓄劑的水溶根施肥處理，即常規施肥減量20%+硅藻泥20 kg/667 m2為基肥和水溶根施肥為追肥；T5，保水劑為保蓄劑的水溶根施肥處理，即常規施肥減量20%+保水劑20 kg/667m2為基肥和水溶根施肥為追肥；T6，海泡石為保蓄劑的水溶根施肥處理，即常規施肥減量20%+海泡石20 kg/667m2為基肥和水溶根施肥為追肥；T7，生物炭為保蓄劑的水溶根施肥處理，即常規施肥減量20%+生物炭20 kg/667m2為基肥和水溶根施肥為追肥；3次重復。

常規施肥的基肥和追肥按當地施肥習慣施用，各處理基肥在烤煙移栽前1周進行條施。水溶根施肥作為追肥分3次施用，第1次施肥(配方Ⅰ)在烤煙移栽當天，施用量為2.5 kg/667m2，稀釋100倍后作為定根水施用；第2次施肥(配方Ⅱ)在烤煙封填井窖時(移栽后15～20 d)，施用量為9 kg/667m2，稀釋4.5倍后施入壟體，施肥位置是煙株最大葉片葉尖處，施肥深度15 cm；第3次施肥(配方Ⅲ)在烤煙團棵期(移栽后35～40 d)，施用量為12 kg/667m2，稀釋5倍后施入壟體，施肥位置是煙株最大葉片葉尖處，施肥深度10 cm；水溶根施肥施用工具采用定量施肥槍。各處理其他肥料均按當地施肥方法施用。

1.3.2 取樣 土壤樣品：按照5點取樣法獲取混合樣品1 kg，風干后保存備用；煙葉樣品：嚴格按部位采集，樣品重量不少于1 kg，中部葉(C3F)為8～11葉位，上部葉(B2F)為14～17葉位。

1.3.3 指標測定

1) 土壤養分。土壤堿解氮、有效磷和速效鉀分別采用堿解擴散法、鹽酸-氟化銨-鉬銻抗比色法和乙酸銨浸提-火焰光度計法測定[18]。

2) 農藝性狀。煙株莖高、莖圍、葉片數、最大葉面積和倒三葉葉面積等農藝性狀按YC/T142-2010要求測定。

3) 經濟性狀。主要經濟性狀采用GB 2635-1992要求對各處理烤后煙葉進行分級，并計算烤煙的產量和產值；

4) 煙葉化學成分含量。煙葉化學成分指包括煙堿、還原糖、總氮、鉀和氯等，煙堿采用YC/T160-2002要求的方法測定，還原糖采用YC/T159-2019要求的方法測定，總氮采用YC/T161-2002要求的方法測定，鉀采用YC/T217-2007要求的方法測定，氯采用YC/T162-2011要求的方法測定。并采用文獻[19]的方法計算化學成分協調性得分。

5) 煙葉化學成分含量。產質量統計結束后分處理采集煙葉樣品進行煙葉化學成分指標的測定，樣品嚴格按部位采集，中部葉(C3F)為8～11葉位，上部葉(B2F)為14～17葉位，樣品重量不少于1 kg；煙葉化學成分分析測試指標分別為煙堿(YC/T160-2002)、還原糖(YC/T159-2019)、總氮(YC/T161-2002)、鉀(YC/T217-2007)、氯(YC/T162-2011)，并按文獻[19]的方法計算化學成分協調性得分。

1.4 數據處理與分析

采用Excel 2010和SPSS 21.0對數據進行處理與統計與分析。

2 結果與分析

2.1 保蓄劑-水溶根施肥處理土壤養分的含量

從圖1看出，不同處理土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量均以不施肥(T1)最低，保蓄劑-水溶根施肥各處理(T2～T7)存在差異。堿解氮：烤煙移栽的40 d前T3>T2，40 d后 T3較T2降低4.6%；T6和T7與T2大致相當，但二者較T3分別提高3.3%和4.6%，表明采用海泡石和生物炭作為配套施肥保蓄劑能在烤煙生長發育后期可減少土壤氮素的流失。烤煙移栽的56～98 d，T4和T5略低于T3，表明在烤煙生長發育的后期，使用硅藻泥和保水劑并不能有效地減少土壤氮素養分的流失。有效磷：T3、T4、T5、T6和T7土壤磷含量均在第28天時最高，分別為13.1 mg/kg、13.2 mg/kg、13.3 mg/kg、13.2 mg/kg和13.1 mg/kg，試驗期內其含量均接近，但均高于T2。速效鉀：烤煙移栽40 d后T3、T4和T5速效鉀的含量差異不大，但均低于T2；40 d后T6和T7較T3處理提高4.3%和14.2%，T7較T2提高5.8%，表明，海泡石和生物炭的施用能夠減少烤煙生長發育后期的土壤鉀素流失。總體看，采用海泡石和生物炭作為保蓄劑能夠減少肥料養分的流失，增加烤煙生長后期土壤有效養分的含量。

圖1 保蓄劑-水溶根施肥處理烤煙土壤堿解氮、有效磷和速效鉀的含量

2.2 保蓄劑-水溶根施肥處理烤煙的農藝性狀

從表1可知，不同處理烤煙株高、莖圍、葉片數、最大葉面積和倒3葉葉面積的變化。株高：各處理為84.3～127.5 cm，依次為T3>T6>T4>T7>T5>T2>T1，T3與T6差異不顯著，二者顯著高于除T4外的其余處理，T1顯著低于其余處理，其余處理間差異顯著或不顯著。莖圍：各處理為7.6～12.3 mm，依次為T6>T4>T3>T7>T5>T2>T1，T6顯著高于其余處理，T1顯著低于其余處理，其余處理間差異顯著或不顯著。葉片數：各處理為17.7～21.3 片，依次為T3>T4=T6>T2=T7>T5>T1，T1、T2、T5、T7間差異不顯著，T2、T3、T4、T6、T7間差異不顯著，T3、T4和T6顯著大于T1。最大葉面積：各處理為606.5～1 423.8 cm2，依次為T4>T6>T5>T3>T2>T7>T1，T4～T6間差異不顯著，但均顯著大于T1。倒3葉葉面積：各處理為438.5～1 129.4 cm2，依次為T7>T6>T4>T5>T2>T3>T1，T1顯著低于除T2和T3外的其余處理，T7顯著高于除T4、T5和T6外的其余處理，其余處理間差異顯著或不顯著。表明，海泡石作為水溶根施肥配套基肥保蓄劑對烤煙農藝性狀的促進作用效果明顯，生物炭和保水劑對烤煙農藝性狀的促進作用無明顯效果。

表1 保蓄劑-水溶根施肥處理烤煙的農藝性狀

2.3 保蓄劑-水溶根施肥處理烤煙的經濟性狀

從表2看出，不同處理烤煙產量、產值、上等煙率、上中等煙率和均價的變化。產量：各處理為104.2～156.2 kg/667m2，依次為T5>T7>T3>T6>T2>T4>T1，T5顯著高于除T7外的其余處理，T1顯著低于除T4外的其余處理，其余處理間差異顯著或不顯著。產值：各處理為2 280.1～3 473.9元/667m2，依次為T5>T7>T2>T6>T3>T1>T4，T5顯著高于其余處理，T7顯著高于T4，其余處理間差異不顯著。上等煙率：各處理為45.2%～63.9%，依次為T5>T2>T7>T4>T6>T3>T1，T5顯著高于T1，其余處理間差異不顯著。上中等煙率：各處理為74.2%～83.0%，依次為T2>T5>T6>T3>T1>T7>T4，處理間差異不顯著。均價：各處理為19.7～26.5元/kg，依次為T1>T5>T2>T7>T6>T4>T3，T1顯著高于除T2和T5外的其余處理，其余處理間差異不顯著。

表2 保蓄劑-水溶根施肥處理烤煙的經濟性狀

2.4 保蓄劑-水溶根施肥處理煙葉主要化學成分的含量

從表3可知，不同處理烤煙中部葉(C3F)和上部葉(B2F)煙堿、總氮、還原糖、鉀、糖堿比、氮堿比、鉀氯比和化學成分協調性的變化。煙堿：C3F為2.3%～3.2%，依次為T6>T2=T5>T4>T7>T3>T1，T6顯著高于T1，其余處理間差異不顯著；B2F為3.1%～4.9%，依次為T7>T5>T6>T4>T2=T3>T1，T1顯著低于T4～T7，其余處理間差異不顯著。總氮：C3F和B2F分別為1.8%～2.0%和1.9%～2.5%，各處理間含量接近，差異均不顯著。還原糖：C3F為20.7%～24.0% ，T1最高，為24.0%，T6最低，為20.7%；B2F為19.9%～25.1%，T1最高，為25.1%，T5最低，為19.9%；各部位煙葉不同處理間差異均不顯著。鉀：C3F為1.4%～1.9%，T2最高，為1.9%，T1最低，為1.4%；B2F為0.9%～1.3%，T3最高，為1.3%，T1最低，為0.9%；各部位煙葉不同處理間差異均不顯著。糖堿比：C3F為9.3～14.6，依次為T1>T3>T7>T4>T5>T2>T6，T1顯著高于T6，其余處理間差異不顯著；B2F為5.2～9.7，依次為T1>T2>T4=T6>T3>T7>T5，各處理間差異均不顯著。氮堿比：C3F和B2F分別為0.6～0.8和0.5～0.6，各部位煙葉不同處理間其含量接近，差異均不顯著。鉀氯比：C3F為27.8～81.0，依次為T1>T3>T4>T2>T6>T5>T7，T1顯著高于其余處理，T2、T3、T4和T6間差異不顯著，但均顯著高于T5和T7，T5與T7間差異不顯著；B2F為6.9～12.6，依次為T7>T5>T6=T4>T3>T1>T2，各處理間差異均不顯著。化學成分協調性：C3F以T7的協調性最好，為91.8分，T4其次，為91.6分，T1最差，為83.5分；B2F以T1的協調性最好，為82.0分，T3其次，為79.7分，T5最差，為75.1分。綜合看，以硅藻泥為保蓄劑對烤煙化學成分協調性的促進作用效果最好，海泡石和生物炭施的效果其次。

表3 保蓄劑-水溶根施肥處理煙葉主要化學成分的含量

3 討論

硅藻泥、保水劑、海泡石和生物炭作為常見的多孔吸附性材料，因其較好的大孔網狀結構和較大的比表面積而具有較強的物理吸附性和表面性，在重金屬污染土壤修復、增強土壤保水性和改良土壤結構等方面的應用前景較好[10-15,20-22]。研究結果表明，生物炭、海泡石、保水劑和硅藻泥對土壤養分、烤煙農藝性狀、經濟性狀和品質的影響具有較大差異。

保水劑作為一種能夠吸收自身原來尺寸和重量數倍水分的化合物能極大地增強土壤的保水性，其吸水后形成的水凝膠可緩慢釋放水分供作物利用[23]。此外，保水劑通過對土壤的結構和理化性質產生影響，進而改變水分在土壤中的運移規律[24]。張蕊等[25]研究表明，撒施保水劑能夠促進春小麥地上部及根系生物量的累積。劉殿紅等[26]報道，施用保水劑能夠促進馬鈴薯干物質的積累，提高光合生產率。杜社妮等[27]研究發現，溝施和穴施保水劑能提高玉米生物量及籽粒產量。然而保水劑的處理對于土壤氮、鉀的養分流失沒有顯著的抑制作用，并且保水劑的吸水膨脹會引起氣相的過度減少，由此對作物的生長發育產生不同程度的副作用，致使植物缺氧以及養分吸收的不充分[20,28]。研究結果表明，保水劑為保蓄劑的水溶根施肥處理烤煙化學成分協調性等煙葉品質較差，可能與土壤養分的流失以及保水劑吸水膨脹引起的氣相過度減少相關。相比之下，硅藻泥作為一種孔道大小為微米級的多孔材料，其粒子表面具有無數微小的孔穴，單位面積上的微細孔數量比木炭要多出數千倍，使其具有極強的物理吸附性能和離子交換性能[12]。范如芹等[29]發現，施用混有硅藻泥的調理劑能提升培養基質的持水性，促進空心菜的出苗及生長，并隨硅藻泥比例的增加，基質容重也會逐漸提高，但對基質電導率卻有降低作用。此外，硅藻泥的主要成分為硅藻土，既富含營養元素硅，又含有鈣、鎂等中微量元素。硅作為繼氮、磷、鉀之后的第四大營養元素，具有促進植物生長，增加作物產量，提升作物品質，加強植物抗病、抗蟲、抗旱和抗重金屬的作用[30]。因此，適當施用硅肥可以提升作物品質，彌補肥料中營養元素不足的問題。裴福云等[30]研究表明，噴施納米硅藻土對紅莧菜的生長具有顯著的促進作用，表現在莖粗增加、葉綠素含量提高、光合作用增強、作物產量提高。然而，也有研究發現，隨著硅藻泥施用量的增加，棉花的產量反而降低；原因是硅藻泥雖然可以顯著降低粘質鹽土的容重，增加土壤孔隙度，但會減少土壤大孔隙的數量和比例，致使土壤飽和導水率降低，不適用于對粘質鹽土物理性狀的改良，由此致使作物的產量降低[31]。因此，采用硅藻泥作為保蓄劑雖然能提供硅等營養元素的供應，加強烤煙化學成分的協調性，但可能會降低植煙土壤的飽和導水率，從而影響養分的遷移，致使烤煙的產量、產值降低。總體看，保水劑和硅藻泥作為保蓄劑的使用影響了烤煙產量與品質的生產關系，呈現出煙葉產量越高，品質越差的負相關性。

海泡石為保蓄劑+水溶根施肥和生物炭為保蓄劑+水溶根施肥較硅藻泥為保蓄劑+水溶根施肥和保水劑為保蓄劑+水溶根施肥烤煙的整體表現更為適中。海泡石是黏土礦物之一，作為鈍化劑能夠降低土壤中重金屬的生物有效性[26]，改善土壤環境質量，提高過氧化氫酶和脲酶活性，并增加細菌和放線菌的數量[32]。施用海泡石可顯著降低鎘鉛復合污染稻田中鎘、鉛的生物有效性和遷移能力，并顯著提高水稻各部位的產量，稻谷和稻草可分別提高34.3%和26.6%[33]。海泡石在生產上還可作為肥料緩釋劑，參入復混肥中施用可減少肥料養分的流失，增加作物生長后期土壤有效養分的含量。曹暢等[16]研究發現，海泡石對氮、鉀的吸附率分別為19.22%和14.75%，并在土壤中對氮磷鉀具有良好的緩釋作用，能夠顯著提高玉米對養分的利用效率；添加海泡石的新型肥料能夠延緩養分的釋放，增強水稻對于養分的利用效率，顯著提高水稻的產值與產量[34]；采用海泡石配方的緩釋肥能夠保肥保水，緩慢釋放養分，可滿足辣椒生育后期均衡需肥的要求，提高辣椒的產質量[18]。研究結果表明，采用海泡石作為保蓄劑能夠減少土壤氮、磷、鉀的流失，在烤煙的生長發育后期，海泡石為保蓄劑+水溶根施肥土壤氮、鉀的含量均高于水溶根施肥。雖然海泡石的配套施用不能提高烤煙的產量及產值，但能顯著提升烤煙株高和莖圍等農藝性狀，優化煙葉的化學協調性，可能與海泡石能夠改良土壤環境的特性并減少土壤養分的流失有關。生物炭與海泡石相比，其本身就是富含磷、鉀等養分的有機物質[35]，并具有多孔結構和很強的吸附性。當生物炭與有機無機肥料混合施用時，其良好的吸附特性可以延緩肥料養分的釋放，增強肥料利用率，降低肥料淋失[36]。此外，生物炭的多孔結構還能夠增加表層土壤的孔隙度，降低土壤容重和硬度，并改善土壤質地及耕作性能，從而促進作物地上部的生長，提高作物產量[37]。BIEDERMAN等[14]研究發現，生物炭可顯著提高土壤碳、氮、磷、鉀元素的含量，減少土壤養分的流失，提高土壤的肥力。胡瑞文等[38]研究發現，生物炭添加到土壤后對植物根系活力、生物量、葉綠素含量和光合效率等都有顯著的促進作用。添加生物炭制作的肥料可持續供給小麥在生長后期對土壤中養分的需求，促進小麥的生長，顯著提高小麥的生物量[39]。生物炭與化肥配施可顯著改善土壤肥力狀況，提升土壤微生物活性，促進微生物對碳源的利用程度，并可有效彌補化肥減量后的養分虧缺，促進油菜增產和籽粒品質的改良[40]。研究結果表明，生物炭為保蓄劑+水溶根施肥土壤氮、磷、鉀含量和烤煙的產量、產值及中部煙葉的化學成分協調性較單一水溶根施肥處理顯著提高，僅烤煙的株高降低和莖圍減小，可能與生物炭的結構以及本身具備提供營養元素的特性有關。

4 結論

采用海泡石和生物炭作為保蓄劑降低單一水溶根施肥的后期脫肥現象，硅藻泥為保蓄劑+水溶根施肥和生物炭為保蓄劑+水溶根施肥2個處理均可減少土壤氮、鉀養分的流失，烤煙在農藝、品質性狀和經濟性狀較好，有利于促進烤煙的生長及提升煙葉的品質。