保水剂用量对豫西旱地土壤养分和烤烟质量的影响

梅雅楠，赵世民，赵铭钦，孔德辉，史龙飞

(1.河南农业大学烟草学院/国家烟草栽培生理生化研究基地，河南 郑州 450002；2.河南省洛阳市烟草公司，河南 洛阳 471000)

烟草是豫西丘陵旱作区重要的经济作物之一，洛阳烟区大部分属于旱作烟田，地形主要以丘陵和浅山区为主，地势较高，光照充足，所产烟叶色香味品质均好于平原水浇地烟区[1]。因此，旱作烟草具有十分重要的地位。但是豫西水资源贫乏、降雨量少、土壤瘠薄，保水保肥性能差成为制约烟叶生产的重要因子，烟株常常被迫在低营养水平下生长，烟叶产量和质量也受到影响。

保水剂是一种具有高吸水特性的高分子材料，具有反复吸水的功能[2]。同时，作为一种新型的节水材料，它不但保水、保肥而且能够改善土壤的水、气、热状况[3]。研究表明，保水剂可以增加旱地土壤水分入渗，减少土壤水分流失，加速土壤有机物质的分解与矿化，改善土壤养分状况[4-9]，并且在烤烟种植中施用可以改善烟叶品质[10-11]。目前，保水剂在旱作农业中的应用研究大多集中于马铃薯、小麦、棉花上[12-14]，在烤烟生产上的应用并不多，特别是对豫西旱地施用保水剂的研究鲜见报道。因此，结合生产实际需求，本试验探究了不同保水剂施用量对植烟土壤养分以及烤烟质量的影响，为旱地烤烟栽培管理提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地情况

2015年保水剂试验安排在洛阳市洛宁县王村(34°26′11.42″N，111°37′57.22″E)进行，该试验地年均气温13.7℃，日照2217.6h，年平均无霜期216d，年降水量600～800mm，试验地要求土壤肥力中等，地势平坦，排灌方便。土壤类型为红粘土，有机质含量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、速效钾158.13 mg·kg-1、pH值7.73，全生育期降水434.2mm。

1.2 试验材料

供试保水剂为法国SNF保水剂，由河南路腾化工有限公司提供，主要成分是聚丙烯酰胺，有效成分99%，呈白色颗粒状晶体, 颗粒直径0.85～2mm。试验品种为秦烟96(该品种适应性广泛，适宜在黄淮烟区种植，适宜在肥水条件较好的地块种植[15])。5月9日移栽，种植密度为120cm行距，55cm株距，密度15000株·hm-2，移栽45d揭膜。

1.3 试验设计

试验设4个保水剂处理：T1(CK)，当地常规栽培措施(不施保水剂)；T2，保水剂15 kg·hm-2；T3，保水剂30 kg·hm-2；T4，保水剂45 kg·hm-2。共4个处理，重复3次，共12个小区。保水剂穴施在土壤中：移栽时先用移栽器挖开深度为15～20cm的倒锥形穴，将保水剂均匀撒入穴内，然后浇水后移栽，用土掩埋。将施肥按照常规施肥：复混肥(N∶P2O5∶K2O=10∶12∶18)225 kg·hm-2，芝麻饼肥(N 5%)450 kg·hm-2；硫酸钾(K2O 50%)225 kg·hm-2；重过磷酸钙(P2O545%)150 kg·hm-2，肥料作为底肥全部条施。田间每小区成熟烟叶采用三段式烘烤工艺进行调制，按烤烟42级分级标准(国标)进行分级。

1.4 测定项目和方法

分别在5月9日(移栽前)、6月10日(团棵期)、7月10日(旺长期)、8月10日(圆顶期)、9月10日(成熟期)和9月20日(中部叶采收)5个时期采用五点取样法取垄体0～20cm土壤。土壤含水量测定:采用烘干法测定土壤的含水量；主要土壤有效养分测定参照鲍士旦《土壤农化分析》[16]采用碱解扩散法测定土壤的碱解氮含量，采用0.5mol·L-1NaHCO3法测定土壤速效磷含量，采用NH4OAc浸提-火焰光度法测定土壤速效钾含量，采用稀释热法测定有机质含量；根据烟草行业标准YC/T 142-2010在旺长期用软尺测定烟株的茎围和株高，以及最大叶长和最大叶宽，将叶长和叶宽之积再乘以叶面积指数0.6345计算烤烟的叶面积；在收购时期调查烤烟的经济性状。

烤后烟选取C3F等级烟叶用于化学成分测定：采用连续流动分析仪测定烟叶常规化学成分[17-18]：总糖、还原糖、烟碱、总氮、钾和氯；烤后烟中性致香成分测定：采用水蒸气蒸馏-二氯甲烷溶剂同时蒸馏萃取法，由GC/MS鉴定结果和NIST02 库检索定性[19]。

1.5 数据处理

通过Microsoft Excel和SPSS 21.0进行数据处理和分析，对数据进行多重比较分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对烟田土壤水分和养分的影响

2.1.1 不同处理对土壤含水率的影响 由表1看出，各处理的大田生育期内土壤含水率变化趋势一致，总体呈现先升高再降低、又升高的趋势，各个时期含水率与保水剂施用量呈正比。在团棵期，由于移栽时浇水以及地膜覆盖，土壤含水率呈增高趋势，在此阶段保水剂处理含水率显著高于CK，T4显著高于其它处理；在旺长期和团棵期，由于此时期烟田揭除地膜，土壤的水分散失加快，烟株的生长耗水量也在增大，土壤的含水率呈下降趋势，含水率的降低速率和保水剂的施用量呈反比，T4 和T3的土壤含水率显著高于T2和CK；在成熟期，由于天气降水比较集中，土壤的含水率迅速升高，土壤含水率的升高速率与保水剂施用量呈正比，T4显著高于其它处理，T3显著高于T2和CK；在中部叶采收时，保水剂处理间没有显著差异，但都显著高于对照。由此可见保水剂可以促进土壤含水量的增加，并且抑制土壤水分的散失，改善土壤的水分状况，增强旱地烤烟的抗旱性。

2.1.2 不同处理对土壤碱解氮含量的影响 由表2看出，各处理的大田生育期内土壤碱解氮含量变化趋势相似，呈现出先增高再降低的趋势，各个时期碱解氮含量都和保水剂的施用量呈正相关关系。从移栽到旺长期，土壤的碱解氮含量一直在增加，T4的碱解氮含量显著高于其它处理，T3处理显著高于T2和CK，T2和CK之间没有差异，可见施用保水剂可以增加土壤中碱解氮的含量；在圆顶期，土壤的碱解氮含量开始降低，降低速率与保水剂施用量呈反比，各个保水剂之间没有差异。T4和T3显著高于CK，T2和CK没有显著差异。成熟期，各个处理的碱解氮含量都无明显差异；在中部叶采收阶段，T4和T3显著高于T2和CK。表明在烤烟的生长过程中，施加保水剂可以提高土壤的碱解氮含量，在生长中前期，保水剂效果比较显著，在生长后期，保水剂的效果开始降低。这样有利于烤烟的正常落黄，与烤烟生长发育对氮肥“少时富、老来贫”的需肥规律吻合。

2.1.3 不同处理对土壤速效磷含量的影响 由表3看出，所有处理烤烟根际土壤的速效磷含量在整个生育期基本呈降低趋势，这和烤烟的整个生育期对磷的吸收规律一致。在团棵期，由于在移栽过后烟苗较小，加上底肥的施入会使速效磷有短暂的增加过程，T4和T3显著高于T2和CK；从旺长期到成熟，土壤的速效钾含量一直在降低，T4显著高于T3，这两个处理显著高于CK和T2，说明施用保水剂可以提高土壤的速效磷含量；在成熟后期，T4、T3和T2之间没有显著差异，这三个处理显著高于CK，说明随着烟株生育期的进行保水剂的效果在降低，但是在烟株的整个生育期内仍然能够提高土壤的有效磷含量，为烟株的生长提供更充足的有效磷养分。

表1 不同处理的土壤含水率

注：同列不同小写字母表示不同处理差异达显著水平(P<0.05)，下同。

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

表2 不同处理的土壤碱解氮含量

表3 不同处理的土壤速效磷含量

2.1.4 不同处理对土壤速效钾含量的影响 由表4看出，所有处理烤烟根际土壤的速效钾含量在整个生育期变化趋势都是一致的，呈现出先升高再降低的趋势，并在圆顶期达到最大，即在烤烟生长的中后期达到最高，符合优质烤烟生长对“钾素后移”的要求[20]。在圆顶期之前土壤的速效钾含量增加的速度和施用保水剂的量呈正比， T4显著高于T3，T3显著高于T2，T2显著高于CK，表明保水剂可以显著促进土壤中养分的释放；在成熟期，T4和T3的处理结果基本一致，说明保水剂在烤烟的生长后期作用减弱，在中部叶采收时，土壤的速效钾含量有所上升，原因可能是烟株生育后期对钾素的吸收变小，造成土壤速效钾的富余。

2.1.5 不同处理对土壤有机质含量的影响 由表5看出，所有处理烤烟根际土壤的有机质含量在旺长期之前呈增长趋势之后开始降低直到成熟阶段，到采收后期又快速上升，应该是由于生长后期烤烟对有机质的吸收速率开始变慢再加上一部分烟根腐烂后被根际土壤吸收固定导致的。在成熟期之前，保水剂低施用量对土壤有机质的含量影响不大，T4显著高于其它处理，其它处理间没有差异；到成熟期之后，各个处理间的差异显著，T4显著高于T3，T3显著高于T2和CK。

表4 不同处理的土壤速效钾含量

表5 不同处理的土壤有机质含量

2.2 不同处理对烤烟生长和产量的影响

2.2.1 不同处理对烟株农艺性状的影响 由表6可知，在旺长期内，不同处理间烟株的株高T4最大，T4和T3显著高于T2和CK；不同处理间茎围T3最大，T4、T3和T2显著高于CK；不同处理间T4最大叶面积最大，T4和T3显著高于T2和CK。保水剂处理各个农艺性状指标均高于对照，其中T3和T4显著高于CK，说明保水剂处理仍能够促进烟株的生长。由于较粗的茎围以及适当的株高有利于旱区烟株的生长，T4 处理较大的株高会较多的水分消耗，并不利于旱地烟株的生长，T2具有较大的茎围以及适当的株高更适合旱地烟株生长的需要。

2.2.2 不同处理对烤烟经济形状的影响 由表7可知，不同保水剂处理的各个烤烟经济形状均高于对照，其中T2和CK之间并没有差异，从产量上看，T4显著高于T3，T3显著高于T2和CK；从上等烟比例来看，T3的上等烟比例最高，显著高于T2和CK；由于T3的上等烟比例最大，从而使T3的均价也最高，弥补了T3处理在产量上的劣势，使烤烟的产值也最大。综合来看，保水剂可以提高烤烟的产量和上等烟比例，其中T3处理产生的经济价值最大，即T3的经济效益最好。

表6 不同处理的烟株农艺性状(旺长期)

表7 不同处理的烤烟经济性状

2.3 不同处理对烤烟化学质量的影响

2.3.1 不同处理对烤烟常规化学成分的影响 由表8看出，施用保水剂可以提高烤后烟的糖分含量，总糖含量T4显著高于T2和CK，T3和其它处理没有差异；还原糖含量T4显著高于T2和CK，T3显著高于CK，和T4和T2没有差异，可以看出保水剂对烤后烟的还原糖影响比对总糖的影响稍大；烟碱含量CK显著高于其它处理， T2显著高于T4和T3，T4和T3没有显著差异，可以看出保水剂能够降低烤后烟的烟碱含量；钾含量T4显著高于其它处理，T3显著高于T2和CK，T2和CK之间没有差异，可以看出保水剂处理可以增加叶片对钾的吸收。氯含量CK显著高于T3和T4，和T2没有差异，可以看出保水剂能够降低烤后烟中的氯含量。从糖碱比来看，T4和T3显著高于T2和CK；钾氯比T4显著高于其它处理，T3显著高于T2和CK。各个处理的烤后烟总氮和氮碱比没有差异。根据烤烟化学成分评价指标体系，在所有处理中T2烤后烟的常规化学成分协调性最好。

2.3.2 不同处理对烤烟中性致香成分的影响 由表9看出，各个处理间除类胡萝卜素类呈显著差异外，其它芳香族氨基酸类、类西柏烷类、棕色化产物和新植二烯各成分T3和T4两处理间没有差异，T2和CK间也没有差异。T3和T4的棕色化产物和新植二烯显著高于T2和CK，芳香族氨基酸类和类西柏烷类显著低于T2和CK。由此可知。保水剂可以提高类胡萝卜素类、棕色化产物和新植二烯的含量，降低芳香族氨基酸类和类西柏烷类的含量，增加中性致香成分的总量，进而提高烤后烟叶的质量，其中T2对这几个成分影响不明显，在T3用量的基础上增加施用量对这几个成分的影响也不会继续增大。

2.3.3 土壤养分与烤烟化学质量的关系分析 土壤养分影响着烤烟的质量，表10将土壤养分和烤烟的化学质量做简单相关分析，可以看出土壤养分和烤烟总糖、还原糖、钾、糖碱比、钾氯比、类胡萝卜素类、棕色化产物、新植二烯和香气总量存在显著或极显著正相关关系，烤烟的这些成分可以提高烤烟的质量；土壤养分和烤烟总氮和氯存在显著或极显著负相关关系，这些成分含量高会影响烤烟的质量。可见保水剂通过改善土壤养分状况可以提高烤烟的化学质量。

表8 不同处理的烤烟常规化学成分

表9 不同处理的烤烟中性致香成分

表10 烤烟化学质量和土壤养分的相关性分析

注:**为0.01水平显著相关，*为0.05水平显著相关。

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

3 讨论和结论

1)作物的产量、质量与土壤状况密切相关。施用保水剂可以显著地提高土壤含水率，抑制土壤水分的散失，为烤烟生长提供更多的水分，提高旱地烤烟的抗旱性；施用保水剂可以提高土壤的碱解氮含量，在生长中前期保水剂效果比较显著，在生长后期保水剂的效果开始降低，这样有利于烤烟的正常落黄，符合烤烟生长发育对氮肥“少时富、老来贫”的需求规律；烤烟生长前期对磷比较敏感，在生长后期对磷的需求不大[21]，随着烟株生育期的进行保水剂的效果在降低，但是在烟株的整个生育期内仍然能够提高土壤的有效磷含量，为烟株的生长提供更充足的有效磷养分；烟草是喜钾作物，施用保水剂可以提高土壤速效钾含量，为烟株提供更多的土壤速效钾养分，在烤烟的生长后期作用减弱，但在中部叶采收时土壤的速效钾含量有所上升，原因可能是烟株成熟后期对钾素的吸收变小，造成土壤速效钾的富余；施用保水剂可以显著提高土壤的有机质含量，有机质含量在成熟后期有所上升，应该是由于此时期烤烟对有机质的吸收速率变慢再加上一部分烟根腐烂后被根际土壤吸收固定导致的。可见施用保水剂可以显著改善土壤的养分状况，并且随着保水剂用量的增加，土壤的养分状况提升越明显，原因可能是施用保水剂后提高了土壤的含水率，进而促进了烟株包括根系的生长，根系的生长又促进了土壤中速效养分的释放，这与侯贤清的研究结果一致[22]。

钾是衡量烟叶质量的重要指标之一[23]，烟叶中性致香物质对烟叶香气的质、量、型有不同的贡献[24]，这些物质都是衡量烤烟质量的因素。土壤养分与烤烟质量有显著相关性，烟田施用保水剂可以提高土壤养分进而显著提高烟叶的钾含量，显著降低烟叶中的氯含量，显著提高类胡萝卜素类、棕色化产物和新植二烯的含量，降低芳香族氨基酸类含量，提高烟叶中性致香成分的总量，协调烤烟的香气物质成分，提升烤烟的化学质量。

烟田施用保水剂可以促进烟株株高、茎围和烟叶的生长，为烤烟的高产打下基础，能够提高烤后烟叶的产量、均价、产值和上等烟比例，增加种植烤烟的经济收入。

2)随着保水剂施用量的增加，烟田土壤含水率、碱解氮、速效磷、速效钾以及有机质含量均有不同程度的增加，可以为烤烟的生长提供更多的水分和养分，以T4(45kg·hm-2)和T3(30kg·hm-2)的效果最好。

施用保水剂可以通过提高土壤的养分从而改善烤烟的常规化学成分和中性致香成分含量，协调烟叶化学成分的比例，提高烟叶的化学质量，以T4(45kg·hm-2)和T3(30kg·hm-2)的效果最好。

保水剂不同处理可以不同程度增加烤烟的产量和收购质量，进而提高烤烟的经济收入。在保水剂处理T3(30kg·hm-2)时经济效益达到最好。

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