水肥一体化管理对烤烟农艺性状及经济效益的影响

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　　摘要：为了探究滴灌条件下水肥一体化管理对烤烟农艺性状及经济效益的影响，在云南省昆明市寻甸县设置对比试验，对红花大金元（HD）和K326（K）品种设定3月22日（T1）、4月17日（T2）2个移栽期，每个品种分别设置5个不同施肥量处理，分别为P0（施肥量HD 180 kg/hm2、K 360 kg/hm2，运筹方式为100%追施，N ∶P2O5 ∶K2O=1 ∶1 ∶2），P1、P2、P3（施肥量分别为HD 120、180、240 kg/hm2，K 240、360、480 kg/hm2，运筹方式为30%基施+70%追施，N ∶P2O5 ∶K2O=1 ∶1 ∶2）和CK（当地烟民常规施肥，对照）。结果表明，与对照相比，在T2移栽期HD和K施肥量分别为180 kg/hm2（HDP0）和360 kg/hm2（KP0），N ∶P2O5 ∶K2O=1 ∶1 ∶2的处理可以显著增加烤烟的株高、有效叶片数、叶面积指数，增加产值。在田间验证试验中，水肥一体化管理的烤烟田比对照田肥料施用量减少20%，产量增加 1 090.9 kg/hm2，产值增加30 051.4元/hm2。
　　关键词：烤烟;水肥一体化;滴灌技术;施肥量;移栽期;产量;产值
　　中图分类号：S572.06;S572.07 文献标志码： A
　　文章编号：1002-1302（2020）08-0094-09
　　收稿日期：2019-03-15
　　基金项目：国家重点研发计划（编号：2017YFD0201900）;国家自然科学基金地区基金（编号：31860346）;石河子大学高层次人才科研启动项目（编号：RCSX2018B09）;石河子大学新疆生产建设兵团绿洲生态重点实验室开放课题发展基金（编号：201802）。
　　作者简介：刘鹍鹏（1994—），男，河南鹿邑人，硕士研究生，主要从事作物生理生态方面的研究。E-mail：791586954@qq.com。
　　通信作者：刘 扬，博士，讲师，主要从事作物营养与精准栽培研究。E-mail：373750291@qq.com。
　　20世纪80年代以来，我国经济作物产量实现了跨越式增长，化肥的作用功不可没。相关统计资料显示，我国耕地面积只占全世界总面积的7%左右，但化肥的使用量已经超过世界化肥用量的25%。截至2014年年底，我国单位耕地面积的化肥施用量位居全球第4，数量已远超越发达国家设置的化肥使用安全量的上限。研究发现，盲目、过量施用肥料显著抑制植物生长，导致产量和品质下降，以及水体和环境污染现象日趋严重[1]。云南省寻甸县是烤烟生产的主要地区之一，由于山地较多，海拔落差大，水源调控困难，春季干旱，导致大量基肥利用率降低。目前关于减少烤烟化肥用量的研究已在国内外相继展开并取得了较好的成果[2-5]，研究如何高效利用肥料，积极响应农业农村部《到2020年化肥使用量零增长行动方案》和《到2020年农药使用量零增长行动方案》[6-7]，实现烤烟化学肥料减施是行业亟待解决的问题。
　　滴灌技术是迄今为止农田灌溉最节水的灌溉技术之一。滴灌技术大幅度提高了作物的水分利用效率，并显著增加了作物产量[8-9];Kumar等将滴灌技术应用于草莓栽培，发现滴灌技术显著提高了草莓的养分利用率（179.20%）、灌溉水利用率（84.40%）和产量（343%）[10]。恰当的灌溉技术配合养分管理能提高作物的产量与品质。
　　水肥一体化技术（又称微灌施肥技术），是将灌溉与施肥融为一体的农业新技术[11-12]。水肥一体化技术通过多次滴灌施肥，实现低浓度、高频次均衡稳定供应肥料，可减轻高浓度肥料对植株根系的盐分胁迫效应，实现植株对养分及水分持续、均匀、稳定的吸收，减少肥料养分在土壤中的淋失和挥发。研究表明，水肥一体化技术能够有效促进烟株早生快发，增强烟株抗逆能力，使后期养分供应亏缺合理，提高烟叶产量品质，提高种植效益[13]。但关于水肥一体化技术在生产应用中的盐分累积、投资成本高、对水源和肥料要求高等问题还未深入研究。
　　本研究基于滴灌水肥一体化技术引入精准施肥技术，探索水肥一体化条件下适宜的施肥量及其在烤烟不同生长阶段的施用配比，以达到促进烟株稳产优质生长的目的，旨在为建设云南烤烟稳产优质的规模化生产体系提供依据。
　　1 材料与方法
　　1.1 试验材料
　　小区试验选用当地主栽品种红花大金元（简称HD）、K326（简称K）为试验材料，于2018年在云南省寻甸县大河桥村烟草推广站（25°49′N，103°28′E）进行，试验地海拔1 865 m，土壤质地较黏重，多黏土;pH值为7.1，有机质含量为37.15 g/kg，速效氮含量为91.50 mg/kg，速效磷含量为57.08 mg/kg，速效钾含量为201.25 mg/kg，钙、镁含量较高，硼、锌含量较低。
　　小区试验的水源由当地推广站配套工程修建的100 m3蓄水池提供，灌溉系统首部连接潜水泵（流量5 m3/h，扬程25 m），管网系统由主管道[聚乙烯（PE）材质，管径75 mm]连接支管（PE材质，管径32 mm）及内镶式滴灌带（PE材质，直径16 mm，滴头间距300 mm，流量2.0 L/h）組成。
　　田间验证试验以云烟87为供试品种，于寻甸县金所白家哨村（25°56′N，103°21′E）进行，试验地海拔 2 052 m，土壤为红壤，质地为重壤，pH值为6.5，有机质含量为30.25 g/kg，速效氮含量为 101.29 mg/kg，速效磷含量为58.33 mg/kg，速效钾含量为160.8 mg/kg。水肥一体化水溶肥由昆明劲勋肥业股份有限公司按照试验需求特制。对照组、农户自种肥料为烟草公司统一分配烟草专用肥（N、P2O5、K2O含量为12%、9%、24%）。 　　田间验证的试验水源由当地烟草公司修建的 1 000 m3 蓄水池提供，灌溉系统首部连接卧式离心泵（流量50 m3/h，扬程15 m），连接水肥一体化管理系统（新疆石达赛特科技有限公司提供），由主管道[聚氯乙烯（PVC）材质，管径125 mm]连接支管（PE材质，管径75 mm）及内镶式滴灌带（PE材质，管径16 mm，滴头间距300 mm，流量2.0 L/h）组成。
　　1.2 试验方法
　　在小区试验中，对HD和K品种设定3月22日（T1）、4月17日（T2）2个移栽期，每个品种分别设置5个不同施肥量处理，分别为P0（施肥量分别为HD 180 kg/hm2、K 360 kg/hm2，运筹方式为100%追施，N ∶P2O5 ∶K2O=1 ∶1 ∶2），P1、P2、P3（施肥量分别为HD 120、180、240 kg/hm2，K 240、360、480 kg/hm2，运筹方式为30%基施+70%追施，N ∶P2O5 ∶K2O=1 ∶1 ∶2）和CK（以当地烟民常规施肥管理作为对照）。具体试验设计见表1。所用水溶肥氮磷钾总量比例不变，为1 ∶1 ∶2。CK肥料中氮磷钾含量为12%、9%、24%（当地施肥习惯），供试肥料为烟草公司统一配发的专用肥。试验共20个处理，每个处理重复3次，小区面积为 0.005 hm2，株行距为60 cm×120 cm;所有处理共计60个小区，每个小区间隔1 m，每个重复之间间隔 2 m，试验田周围种植保护行。
　　烤烟在不同生育时期对氮磷钾的需求不同，根据试验方案设置3种不同氮磷钾比例水溶肥，移栽至揭膜前（移栽后0～7 d）施一号肥（N、P2O5、K2O含量分别为12%、12%、24%），移栽后7～40 d施二号肥（N、P2O5、K2O含量分别为18%、18%、9%），移栽后 40～90 d施三号肥（N、P2O5、K2O含量分别为0、0、52%）。以KP2和HDP2处理为例，30%总肥量作基肥，70%总肥量分3个不同时期共13次随水滴入（表2）。
　　田间验证试验选用云煙87为供试材料，在T2时期移栽，施肥量及施肥方式与小区试验KP2处理一致。试验田土地面积为2.4 hm2，株行距为 60 cm×120 cm;对照处理采用450 kg/hm2施肥量的常规烤烟复合肥（N、P2O5、K2O含量分别为12%、9%、24%）;农户自种处理采用478.1 kg/hm2烤烟复合肥（N、P2O5、K2O含量分别为12%、9%、24%）加适量农家肥。
　　1.3 测定项目和方法
　　1.3.1 农艺性状调查 在烤烟的团棵期、现蕾期、打顶期对各个小区进行农艺性状调查。主要调查内容包括株高、茎粗、有效叶片数、最大叶长、最大叶宽等。测定方法参照YC/T 142—1998《烟草农艺性状调查方法》。
　　1.3.2 烤烟经济性状调查 按GB 2635—1992《烤烟》对烤烟进行分级、称质量，分小区计算产量、产值，最后折算出产量、产值、均价、上等烟比例及级值等指标。
　　1.4 数据处理与分析
　　利用Microsoft Excel 2010、SPSS 20.0软件进行图表编辑和数据分析及统计检验。
　　2 结果与分析
　　2.1 水肥一体化对烤烟经济性状的影响
　　相同施氮量和运筹模式下，T2移栽期的红花大金元、K326品种产量和产值均高于T1移栽期。此外，在P1、P2、P3处理下，红花大金元、K326品种的产量和产值随着施氮量的增加呈先增加后下降趋势，在P2处理下达到峰值。在T2移栽期下，与P2处理相比，K326 P0处理在产量和产值上分别增加了74.55 kg/hm2、1 702.65元/hm2，红花大金元P0处理在产量和产值上分别增加了16.73 kg/hm2、1 509.45元/hm2（图1）。
　　在T2移栽期下，与CK1相比，K326品种P0处理产量增加312.75 kg/hm2，产值增加10 738.95元/hm2，中上等烟比例提高2.77%，均价增加2.72元/kg;与CK2相比，红花大金元品种P0处理产量增加 417.23 kg/hm2，产值增加10 947.80元/hm2，中上等烟比例提高1.86%，均价增加1.63元/kg（表3）。
　　2.2 水肥一体化对烤烟农艺性状的影响
　　2.2.1 株高 基于水肥一体化设备，2个供试品种在各个处理下的株高均高于各自CK。其中，T1、T2移栽期下，2个品种打顶期株高在P0处理下均达到最高值。在P1、P2、P3处理中，株高随施肥量的增加总体呈增加的趋势，但差异不显著（图2）。
　　2.2.2 有效叶片数 整个生育时期内，不同处理下的有效叶片数均随着生育期的推进呈现先快速增加后平稳变化的趋势。水肥一体化处理下，2个供试品种的烟株有效叶片数均多于各自CK，且不施基肥全部作追肥处理（P0）的有效叶片数高于30%基肥+70%追肥处理（P1、P2、P3处理）。K品种在现蕾期和打顶期的有效叶片数表现为KP0﹥KP3﹥KP2﹥KP1﹥CK1。HD品种在团棵期的有效叶片数表现为HDP0﹥HDP3﹥HDP1﹥HDP2﹥CK2，打顶期的有效叶片数表现为HDP0﹥HDP3﹥HDP2﹥HDP1﹥CK2（图3）。
　　2.2.3 茎围 在移栽期方面，2个品种各生育时段茎围在T2处理下均显著优于T1处理。实施水肥一体化管理的烟株茎围均大于CK。实施水肥一体化30%基肥+70%追肥各处理（除打顶期的HD品种）的最终烟株茎围随施肥量增加而增加，但差异不显著（图4）。
　　2.2.4 叶面积指数 烤烟叶面积的增长与生育阶段密切相关，分为“缓慢增长”“快速增长”“相对稳定”3个阶段，水肥一体化各处理的叶面积指数均大于CK，HD、K品种T2处理的叶面积指数在团棵期、现蕾期、打顶期均优于T1处理（图5）。 　　T1处理下，在各个生育时期P1、P2、P3处理K品种的叶面积指数均随施肥量的增加呈增加趋势，P0处理在现蕾期和打顶期显著优于P3处理，CK1表现最差。P1、P2、P3处理HD品种的叶面积指数在团棵期、现蕾期和打顶期呈随施肥量增加而增加趋势;P0处理在各个生育期均显著优于P3处理，CK2最低。
　　T2处理下，在团棵期和现蕾期P1、P2、P3处理K品种的叶面积指数均随施肥量的增加呈先增大后减小趋势，打顶期随施肥量的增加呈增长趋势，P0处理在各个生育时期均显著优于P3，CK1最低;在团棵期和打顶期时，P1、P2、P3处理HD品种的叶面积指数随施肥量的增加呈增长趋势，在现蕾期时随施肥量的增加呈先下降后增加趋势;在各个生育时期P0处理均优于P3处理，CK2最低。
　　水肥一体化技术对烤烟形成较大的叶面积指数具有显著作用，且不施基肥将肥料全部用作“一水一肥”滴灌能最終获得较高的叶面积指数。
　　2个品种在T2移栽期下实施水肥一体化全部用作追肥处理，均优于提前移栽处理或部分肥料用作基肥处理。K326品种T2移栽期下100%水肥一体化追肥处理（KP0）表现最佳，株高、有效叶片数、茎围、叶面积指数较CK1分别增加23.4%、12.9%、8.1%、32.3%。红花大金元品种T2移栽期下在株高、茎围、叶面积指数上均较对照组有显著提高，100%水肥一体化追肥处理（HDP0处理）表现最佳，株高、有效叶片数、茎围、叶面积指数分别较CK2增加15.5%、11.4%、16.8%、30.1%。
　　2.3 水肥一体化下移栽期和施肥量的交互作用对烤烟农艺性状的影响
　　移栽期和施肥量对有效叶片数、茎围、最大叶长、最大叶宽、叶面积系数、产量和产值有不同程度影响。结果（表4）表明，T1移栽期较T2移栽期的以上性状指标有不同程度的下降。红花大金元品种的移栽期和施肥量对最大叶宽、产值具有显著影响（P<0.05），且二者具有交互作用。T2移栽期下不施基肥，180 kg/hm2施肥量全部追施处理，红花大金元烤烟的最大叶宽达到最大值，产值达到最高值。K326品种的移栽期和施肥量对叶面积指数具有显著影响（P<0.05），且二者具有交互作用。T2移栽期下不施基肥，360 kg/hm2施肥量全部追施处理，K326烤烟的叶面积指数达到最大值。
　　2.4 田间验证试验
　　打顶期水肥一体化处理在株高、茎围、有效叶片数和叶面积指数表现上明显优于对照处理与农户自种田烟株（图6）。
　　水肥一体化管理下的田间验证试验产量达 3 244.2 kg/hm2，较对照、农户自种处理增加507%、456%;田间验证试验产值达76 2387元/hm2，较对照、农户自种处理增加65.1%、54.5%;在均价、级指、产指、上等烟比例和上中等烟比例上均有不同幅度的提高（表5）。
　　3 讨论
　　水肥一体化能够使肥料充分水溶化，增强水肥协同作用，以利于烤烟吸收利用，促进烟株快速健康生长;另外，通过多次滴灌施肥，实现养分低浓度、高频次稳定供应，可减轻高肥料浓度对烟株根系的盐分胁迫效应，实现烟株对养分及水分的持续、均匀、稳定吸收，减少肥料在土壤中的淋失和挥发损失[14]。
　　从试验结果来看，基于水肥一体化管理，于4月17日移栽，肥料100%追施处理下的烤烟生长农艺性状、产量和产值表现最佳。与传统CK相比，红花大金元肥料施用量减少24.7%，产量提高30.5%，产值增加35.4%;K326肥料施用量减少24.7%，产量提高19.6%，产值增加32.5%。这与前人研究的改进施肥方法，特别是减少施肥量和改变施肥方式可以显著改善烟株农艺性状，提升叶片质量，增加产量、产值，降低生产成本，但不同品种间存在差异的结果[14-16]相一致。究其原因，可能是水肥一体化技术可以实现水分和养分在时间上的同步和空间上的耦合，有效解决常规栽培模式下水肥供应不协调和耦合效应差的弊端[17]，可以明显提高养分和水分的利用效率，同时也有助于减少烟田的养分流失[18]。本研究中，无基肥和30%基肥处理结果更进一步说明水肥一体化可显著提高肥料利用率。另外，传统的施肥方式是以基肥形式一次性施用为主，1次或2次追施为辅，肥效一次性大量释放，造成开始一段时间营养由于过剩而流失，而后又处于“半饥饿”状态，影响烤烟的正常生长发育，再次追肥由于耗费人工，增加了生产成本。水肥一体化技术结合烟株不同生育期的需肥规律，定时定量持续给予养分，能够显著改善烟株的株高、有效叶片数和叶面积指数，从而提高烟叶品质及产量。
　　林鸾芳研究发现，在移栽后40～50 d，烤烟对氮素吸收达到最高值，钾肥追施时期后移有利于烤烟对钾的积累[19]。刘卫群等的研究结果表明，移栽后20 d追施30%氮素，烟株高，有效叶片数多[20]。何佳等在水肥一体化试验中，使用芝麻饼肥、过磷酸钙作基肥条施;追肥采用高氮液体肥料（N、P2O5、K2O含量为21%、7%、7%）和高钾液体肥料（N、P2O5、K2O含量为7%、21%、21%）分别在移栽后20、30、40、50 d随滴灌施入[13，16]。本研究充分考虑烤烟需肥规律，采用3种不同元素比例水溶肥在移栽至揭膜前施一号肥（N、P2O5、K2O含量为12%、12%、24%）、移栽后0～35 d施二号肥（N、P2O5、K2O含量为18%、18%、9%）、移栽后40～90 d施三号肥（N、P2O5、K2O含量为0、0、52%），通过水肥一体化管理分13次按照“一水一肥”的施用方法精确施用。这种施肥方式充分地考虑了在当地土壤条件下烤烟对N、P2O5、K2O总养分的适宜需求及烤烟在不同生育时段对不同养分需求的差异性，最终达到较好的生产效益和经济效益。
　　滴灌烤烟水肥一体化精准施肥技术可以显著改善烟株的农艺性状，降低生产成本，提高经济效益。由小区试验结果可知，供试品种在4月17日移栽最佳，红花大金元在180 kg/hm2、K326在360 kg/hm2肥料全部作追肥用的滴灌水肥一体化处理下可以获得较好烤烟产量与较高的肥料利用效率。在大田验证试验下，肥料施用量为360 kg/hm2的处理烤烟产量达到3 244.2 kg/hm2，产值76 238.7元/hm2。因此，通过滴灌烤烟水肥一体化试验研究，初步认为，水肥一体化技术可在烤烟生产上进一步推广应用。 　　参考文献：
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