保水劑用量對豫西旱地土壤養(yǎng)分和烤煙質(zhì)量的影響

梅雅楠，趙世民，趙銘欽，孔德輝，史龍飛

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院/國家煙草栽培生理生化研究基地，河南 鄭州 450002；2.河南省洛陽市煙草公司，河南 洛陽 471000)

煙草是豫西丘陵旱作區(qū)重要的經(jīng)濟(jì)作物之一，洛陽煙區(qū)大部分屬于旱作煙田，地形主要以丘陵和淺山區(qū)為主，地勢較高，光照充足，所產(chǎn)煙葉色香味品質(zhì)均好于平原水澆地?zé)焻^(qū)[1]。因此，旱作煙草具有十分重要的地位。但是豫西水資源貧乏、降雨量少、土壤瘠薄，保水保肥性能差成為制約煙葉生產(chǎn)的重要因子，煙株常常被迫在低營養(yǎng)水平下生長，煙葉產(chǎn)量和質(zhì)量也受到影響。

保水劑是一種具有高吸水特性的高分子材料，具有反復(fù)吸水的功能[2]。同時，作為一種新型的節(jié)水材料，它不但保水、保肥而且能夠改善土壤的水、氣、熱狀況[3]。研究表明，保水劑可以增加旱地土壤水分入滲，減少土壤水分流失，加速土壤有機(jī)物質(zhì)的分解與礦化，改善土壤養(yǎng)分狀況[4-9]，并且在烤煙種植中施用可以改善煙葉品質(zhì)[10-11]。目前，保水劑在旱作農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用研究大多集中于馬鈴薯、小麥、棉花上[12-14]，在烤煙生產(chǎn)上的應(yīng)用并不多，特別是對豫西旱地施用保水劑的研究鮮見報道。因此，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際需求，本試驗(yàn)探究了不同保水劑施用量對植煙土壤養(yǎng)分以及烤煙質(zhì)量的影響，為旱地烤煙栽培管理提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地情況

2015年保水劑試驗(yàn)安排在洛陽市洛寧縣王村(34°26′11.42″N，111°37′57.22″E)進(jìn)行，該試驗(yàn)地年均氣溫13.7℃，日照2217.6h，年平均無霜期216d，年降水量600～800mm，試驗(yàn)地要求土壤肥力中等，地勢平坦，排灌方便。土壤類型為紅粘土，有機(jī)質(zhì)含量13.13 g·kg-1、速效氮含量61.55 mg·kg-1、速效磷含量8.45 mg·kg-1、速效鉀158.13 mg·kg-1、pH值7.73，全生育期降水434.2mm。

1.2 試驗(yàn)材料

供試保水劑為法國SNF保水劑，由河南路騰化工有限公司提供，主要成分是聚丙烯酰胺，有效成分99%，呈白色顆粒狀晶體, 顆粒直徑0.85～2mm。試驗(yàn)品種為秦?zé)?6(該品種適應(yīng)性廣泛，適宜在黃淮煙區(qū)種植，適宜在肥水條件較好的地塊種植[15])。5月9日移栽，種植密度為120cm行距，55cm株距，密度15000株·hm-2，移栽45d揭膜。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計

試驗(yàn)設(shè)4個保水劑處理：T1(CK)，當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)栽培措施(不施保水劑)；T2，保水劑15 kg·hm-2；T3，保水劑30 kg·hm-2；T4，保水劑45 kg·hm-2。共4個處理，重復(fù)3次，共12個小區(qū)。保水劑穴施在土壤中：移栽時先用移栽器挖開深度為15～20cm的倒錐形穴，將保水劑均勻撒入穴內(nèi)，然后澆水后移栽，用土掩埋。將施肥按照常規(guī)施肥：復(fù)混肥(N∶P2O5∶K2O=10∶12∶18)225 kg·hm-2，芝麻餅肥(N 5%)450 kg·hm-2；硫酸鉀(K2O 50%)225 kg·hm-2；重過磷酸鈣(P2O545%)150 kg·hm-2，肥料作為底肥全部條施。田間每小區(qū)成熟煙葉采用三段式烘烤工藝進(jìn)行調(diào)制，按烤煙42級分級標(biāo)準(zhǔn)(國標(biāo))進(jìn)行分級。

1.4 測定項(xiàng)目和方法

分別在5月9日(移栽前)、6月10日(團(tuán)棵期)、7月10日(旺長期)、8月10日(圓頂期)、9月10日(成熟期)和9月20日(中部葉采收)5個時期采用五點(diǎn)取樣法取壟體0～20cm土壤。土壤含水量測定:采用烘干法測定土壤的含水量；主要土壤有效養(yǎng)分測定參照鮑士旦《土壤農(nóng)化分析》[16]采用堿解擴(kuò)散法測定土壤的堿解氮含量，采用0.5mol·L-1NaHCO3法測定土壤速效磷含量，采用NH4OAc浸提-火焰光度法測定土壤速效鉀含量，采用稀釋熱法測定有機(jī)質(zhì)含量；根據(jù)煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YC/T 142-2010在旺長期用軟尺測定煙株的莖圍和株高，以及最大葉長和最大葉寬，將葉長和葉寬之積再乘以葉面積指數(shù)0.6345計算烤煙的葉面積；在收購時期調(diào)查烤煙的經(jīng)濟(jì)性狀。

烤后煙選取C3F等級煙葉用于化學(xué)成分測定：采用連續(xù)流動分析儀測定煙葉常規(guī)化學(xué)成分[17-18]：總糖、還原糖、煙堿、總氮、鉀和氯；烤后煙中性致香成分測定：采用水蒸氣蒸餾-二氯甲烷溶劑同時蒸餾萃取法，由GC/MS鑒定結(jié)果和NIST02 庫檢索定性[19]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

通過Microsoft Excel和SPSS 21.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，對數(shù)據(jù)進(jìn)行多重比較分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對煙田土壤水分和養(yǎng)分的影響

2.1.1 不同處理對土壤含水率的影響 由表1看出，各處理的大田生育期內(nèi)土壤含水率變化趨勢一致，總體呈現(xiàn)先升高再降低、又升高的趨勢，各個時期含水率與保水劑施用量呈正比。在團(tuán)棵期，由于移栽時澆水以及地膜覆蓋，土壤含水率呈增高趨勢，在此階段保水劑處理含水率顯著高于CK，T4顯著高于其它處理；在旺長期和團(tuán)棵期，由于此時期煙田揭除地膜，土壤的水分散失加快，煙株的生長耗水量也在增大，土壤的含水率呈下降趨勢，含水率的降低速率和保水劑的施用量呈反比，T4 和T3的土壤含水率顯著高于T2和CK；在成熟期，由于天氣降水比較集中，土壤的含水率迅速升高，土壤含水率的升高速率與保水劑施用量呈正比，T4顯著高于其它處理，T3顯著高于T2和CK；在中部葉采收時，保水劑處理間沒有顯著差異，但都顯著高于對照。由此可見保水劑可以促進(jìn)土壤含水量的增加，并且抑制土壤水分的散失，改善土壤的水分狀況，增強(qiáng)旱地烤煙的抗旱性。

2.1.2 不同處理對土壤堿解氮含量的影響 由表2看出，各處理的大田生育期內(nèi)土壤堿解氮含量變化趨勢相似，呈現(xiàn)出先增高再降低的趨勢，各個時期堿解氮含量都和保水劑的施用量呈正相關(guān)關(guān)系。從移栽到旺長期，土壤的堿解氮含量一直在增加，T4的堿解氮含量顯著高于其它處理，T3處理顯著高于T2和CK，T2和CK之間沒有差異，可見施用保水劑可以增加土壤中堿解氮的含量；在圓頂期，土壤的堿解氮含量開始降低，降低速率與保水劑施用量呈反比，各個保水劑之間沒有差異。T4和T3顯著高于CK，T2和CK沒有顯著差異。成熟期，各個處理的堿解氮含量都無明顯差異；在中部葉采收階段，T4和T3顯著高于T2和CK。表明在烤煙的生長過程中，施加保水劑可以提高土壤的堿解氮含量，在生長中前期，保水劑效果比較顯著，在生長后期，保水劑的效果開始降低。這樣有利于烤煙的正常落黃，與烤煙生長發(fā)育對氮肥“少時富、老來貧”的需肥規(guī)律吻合。

2.1.3 不同處理對土壤速效磷含量的影響 由表3看出，所有處理烤煙根際土壤的速效磷含量在整個生育期基本呈降低趨勢，這和烤煙的整個生育期對磷的吸收規(guī)律一致。在團(tuán)棵期，由于在移栽過后煙苗較小，加上底肥的施入會使速效磷有短暫的增加過程，T4和T3顯著高于T2和CK；從旺長期到成熟，土壤的速效鉀含量一直在降低，T4顯著高于T3，這兩個處理顯著高于CK和T2，說明施用保水劑可以提高土壤的速效磷含量；在成熟后期，T4、T3和T2之間沒有顯著差異，這三個處理顯著高于CK，說明隨著煙株生育期的進(jìn)行保水劑的效果在降低，但是在煙株的整個生育期內(nèi)仍然能夠提高土壤的有效磷含量，為煙株的生長提供更充足的有效磷養(yǎng)分。

表1 不同處理的土壤含水率

注：同列不同小寫字母表示不同處理差異達(dá)顯著水平(P<0.05)，下同。

Note: Different lowercase letter in same column indicate significant differences(P<0.05). The same as below.

表2 不同處理的土壤堿解氮含量

表3 不同處理的土壤速效磷含量

2.1.4 不同處理對土壤速效鉀含量的影響 由表4看出，所有處理烤煙根際土壤的速效鉀含量在整個生育期變化趨勢都是一致的，呈現(xiàn)出先升高再降低的趨勢，并在圓頂期達(dá)到最大，即在烤煙生長的中后期達(dá)到最高，符合優(yōu)質(zhì)烤煙生長對“鉀素后移”的要求[20]。在圓頂期之前土壤的速效鉀含量增加的速度和施用保水劑的量呈正比， T4顯著高于T3，T3顯著高于T2，T2顯著高于CK，表明保水劑可以顯著促進(jìn)土壤中養(yǎng)分的釋放；在成熟期，T4和T3的處理結(jié)果基本一致，說明保水劑在烤煙的生長后期作用減弱，在中部葉采收時，土壤的速效鉀含量有所上升，原因可能是煙株生育后期對鉀素的吸收變小，造成土壤速效鉀的富余。

2.1.5 不同處理對土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響 由表5看出，所有處理烤煙根際土壤的有機(jī)質(zhì)含量在旺長期之前呈增長趨勢之后開始降低直到成熟階段，到采收后期又快速上升，應(yīng)該是由于生長后期烤煙對有機(jī)質(zhì)的吸收速率開始變慢再加上一部分煙根腐爛后被根際土壤吸收固定導(dǎo)致的。在成熟期之前，保水劑低施用量對土壤有機(jī)質(zhì)的含量影響不大，T4顯著高于其它處理，其它處理間沒有差異；到成熟期之后，各個處理間的差異顯著，T4顯著高于T3，T3顯著高于T2和CK。

表4 不同處理的土壤速效鉀含量

表5 不同處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量

2.2 不同處理對烤煙生長和產(chǎn)量的影響

2.2.1 不同處理對煙株農(nóng)藝性狀的影響 由表6可知，在旺長期內(nèi)，不同處理間煙株的株高T4最大，T4和T3顯著高于T2和CK；不同處理間莖圍T3最大，T4、T3和T2顯著高于CK；不同處理間T4最大葉面積最大，T4和T3顯著高于T2和CK。保水劑處理各個農(nóng)藝性狀指標(biāo)均高于對照，其中T3和T4顯著高于CK，說明保水劑處理仍能夠促進(jìn)煙株的生長。由于較粗的莖圍以及適當(dāng)?shù)闹旮哂欣诤祬^(qū)煙株的生長，T4 處理較大的株高會較多的水分消耗，并不利于旱地?zé)熤甑纳L，T2具有較大的莖圍以及適當(dāng)?shù)闹旮吒m合旱地?zé)熤晟L的需要。

2.2.2 不同處理對烤煙經(jīng)濟(jì)形狀的影響 由表7可知，不同保水劑處理的各個烤煙經(jīng)濟(jì)形狀均高于對照，其中T2和CK之間并沒有差異，從產(chǎn)量上看，T4顯著高于T3，T3顯著高于T2和CK；從上等煙比例來看，T3的上等煙比例最高，顯著高于T2和CK；由于T3的上等煙比例最大，從而使T3的均價也最高，彌補(bǔ)了T3處理在產(chǎn)量上的劣勢，使烤煙的產(chǎn)值也最大。綜合來看，保水劑可以提高烤煙的產(chǎn)量和上等煙比例，其中T3處理產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)價值最大，即T3的經(jīng)濟(jì)效益最好。

表6 不同處理的煙株農(nóng)藝性狀(旺長期)

表7 不同處理的烤煙經(jīng)濟(jì)性狀

2.3 不同處理對烤煙化學(xué)質(zhì)量的影響

2.3.1 不同處理對烤煙常規(guī)化學(xué)成分的影響 由表8看出，施用保水劑可以提高烤后煙的糖分含量，總糖含量T4顯著高于T2和CK，T3和其它處理沒有差異；還原糖含量T4顯著高于T2和CK，T3顯著高于CK，和T4和T2沒有差異，可以看出保水劑對烤后煙的還原糖影響比對總糖的影響稍大；煙堿含量CK顯著高于其它處理， T2顯著高于T4和T3，T4和T3沒有顯著差異，可以看出保水劑能夠降低烤后煙的煙堿含量；鉀含量T4顯著高于其它處理，T3顯著高于T2和CK，T2和CK之間沒有差異，可以看出保水劑處理可以增加葉片對鉀的吸收。氯含量CK顯著高于T3和T4，和T2沒有差異，可以看出保水劑能夠降低烤后煙中的氯含量。從糖堿比來看，T4和T3顯著高于T2和CK；鉀氯比T4顯著高于其它處理，T3顯著高于T2和CK。各個處理的烤后煙總氮和氮堿比沒有差異。根據(jù)烤煙化學(xué)成分評價指標(biāo)體系，在所有處理中T2烤后煙的常規(guī)化學(xué)成分協(xié)調(diào)性最好。

2.3.2 不同處理對烤煙中性致香成分的影響 由表9看出，各個處理間除類胡蘿卜素類呈顯著差異外，其它芳香族氨基酸類、類西柏烷類、棕色化產(chǎn)物和新植二烯各成分T3和T4兩處理間沒有差異，T2和CK間也沒有差異。T3和T4的棕色化產(chǎn)物和新植二烯顯著高于T2和CK，芳香族氨基酸類和類西柏烷類顯著低于T2和CK。由此可知。保水劑可以提高類胡蘿卜素類、棕色化產(chǎn)物和新植二烯的含量，降低芳香族氨基酸類和類西柏烷類的含量，增加中性致香成分的總量，進(jìn)而提高烤后煙葉的質(zhì)量，其中T2對這幾個成分影響不明顯，在T3用量的基礎(chǔ)上增加施用量對這幾個成分的影響也不會繼續(xù)增大。

2.3.3 土壤養(yǎng)分與烤煙化學(xué)質(zhì)量的關(guān)系分析 土壤養(yǎng)分影響著烤煙的質(zhì)量，表10將土壤養(yǎng)分和烤煙的化學(xué)質(zhì)量做簡單相關(guān)分析，可以看出土壤養(yǎng)分和烤煙總糖、還原糖、鉀、糖堿比、鉀氯比、類胡蘿卜素類、棕色化產(chǎn)物、新植二烯和香氣總量存在顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系，烤煙的這些成分可以提高烤煙的質(zhì)量；土壤養(yǎng)分和烤煙總氮和氯存在顯著或極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，這些成分含量高會影響烤煙的質(zhì)量。可見保水劑通過改善土壤養(yǎng)分狀況可以提高烤煙的化學(xué)質(zhì)量。

表8 不同處理的烤煙常規(guī)化學(xué)成分

表9 不同處理的烤煙中性致香成分

表10 烤煙化學(xué)質(zhì)量和土壤養(yǎng)分的相關(guān)性分析

注:**為0.01水平顯著相關(guān)，*為0.05水平顯著相關(guān)。

Note:**stands forP<0.01，*stands forP≤0.05.

3 討論和結(jié)論

1)作物的產(chǎn)量、質(zhì)量與土壤狀況密切相關(guān)。施用保水劑可以顯著地提高土壤含水率，抑制土壤水分的散失，為烤煙生長提供更多的水分，提高旱地烤煙的抗旱性；施用保水劑可以提高土壤的堿解氮含量，在生長中前期保水劑效果比較顯著，在生長后期保水劑的效果開始降低，這樣有利于烤煙的正常落黃，符合烤煙生長發(fā)育對氮肥“少時富、老來貧”的需求規(guī)律；烤煙生長前期對磷比較敏感，在生長后期對磷的需求不大[21]，隨著煙株生育期的進(jìn)行保水劑的效果在降低，但是在煙株的整個生育期內(nèi)仍然能夠提高土壤的有效磷含量，為煙株的生長提供更充足的有效磷養(yǎng)分；煙草是喜鉀作物，施用保水劑可以提高土壤速效鉀含量，為煙株提供更多的土壤速效鉀養(yǎng)分，在烤煙的生長后期作用減弱，但在中部葉采收時土壤的速效鉀含量有所上升，原因可能是煙株成熟后期對鉀素的吸收變小，造成土壤速效鉀的富余；施用保水劑可以顯著提高土壤的有機(jī)質(zhì)含量，有機(jī)質(zhì)含量在成熟后期有所上升，應(yīng)該是由于此時期烤煙對有機(jī)質(zhì)的吸收速率變慢再加上一部分煙根腐爛后被根際土壤吸收固定導(dǎo)致的?？梢娛┯帽Ｋ畡┛梢燥@著改善土壤的養(yǎng)分狀況，并且隨著保水劑用量的增加，土壤的養(yǎng)分狀況提升越明顯，原因可能是施用保水劑后提高了土壤的含水率，進(jìn)而促進(jìn)了煙株包括根系的生長，根系的生長又促進(jìn)了土壤中速效養(yǎng)分的釋放，這與侯賢清的研究結(jié)果一致[22]。

鉀是衡量煙葉質(zhì)量的重要指標(biāo)之一[23]，煙葉中性致香物質(zhì)對煙葉香氣的質(zhì)、量、型有不同的貢獻(xiàn)[24]，這些物質(zhì)都是衡量烤煙質(zhì)量的因素。土壤養(yǎng)分與烤煙質(zhì)量有顯著相關(guān)性，煙田施用保水劑可以提高土壤養(yǎng)分進(jìn)而顯著提高煙葉的鉀含量，顯著降低煙葉中的氯含量，顯著提高類胡蘿卜素類、棕色化產(chǎn)物和新植二烯的含量，降低芳香族氨基酸類含量，提高煙葉中性致香成分的總量，協(xié)調(diào)烤煙的香氣物質(zhì)成分，提升烤煙的化學(xué)質(zhì)量。

煙田施用保水劑可以促進(jìn)煙株株高、莖圍和煙葉的生長，為烤煙的高產(chǎn)打下基礎(chǔ)，能夠提高烤后煙葉的產(chǎn)量、均價、產(chǎn)值和上等煙比例，增加種植烤煙的經(jīng)濟(jì)收入。

2)隨著保水劑施用量的增加，煙田土壤含水率、堿解氮、速效磷、速效鉀以及有機(jī)質(zhì)含量均有不同程度的增加，可以為烤煙的生長提供更多的水分和養(yǎng)分，以T4(45kg·hm-2)和T3(30kg·hm-2)的效果最好。

施用保水劑可以通過提高土壤的養(yǎng)分從而改善烤煙的常規(guī)化學(xué)成分和中性致香成分含量，協(xié)調(diào)煙葉化學(xué)成分的比例，提高煙葉的化學(xué)質(zhì)量，以T4(45kg·hm-2)和T3(30kg·hm-2)的效果最好。

保水劑不同處理可以不同程度增加烤煙的產(chǎn)量和收購質(zhì)量，進(jìn)而提高烤煙的經(jīng)濟(jì)收入。在保水劑處理T3(30kg·hm-2)時經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到最好。

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