化肥减量条件下追肥方式对皖南烤烟产量和品质的影响

朱经伟，沈 晗，张 恒，裴洲洋，李世金，艾 栋，杨桂林，石俊雄*

1. 贵州省烟草科学研究院，贵阳市观山湖区龙滩坝路29 号 550081

2. 上海烟草集团有限责任公司，上海市杨浦区长阳路717 号 200082

3. 安徽皖南烟叶有限责任公司，安徽省宣城市鳌峰中路72 号 242000

4. 云南农业大学烟草学院，昆明市盘龙区金黑公路95 号 650201

施肥是影响烟叶风格的重要因素之一。在特定的生态环境和品种条件下，施肥措施是控制烟叶产量和品质的核心技术［1-2］。津巴布韦和美国北卡罗来纳州的烤烟年平均氮肥投入量分别为138 kg·hm-2和 72 kg·hm-2，磷肥投入量分别为50.2 kg·hm-2和 16.8 kg·hm-2，钾肥投入量分别为116 kg·hm-2和 100.8 kg·hm-2［3-4］。以我国山东省产烟区为例，烤烟氮肥、磷肥、钾肥年平均投入量分别为 87.5 kg·hm-2、87.5 kg·hm-2和 174 kg·hm-2，而在淋溶作用较强的南方烟区，化学肥料投入量相对更高［5］。此外，烟叶生产中的化学肥料使用量仍在增加，据1998 年至2014 年的数据测算，17 年间化肥用量增幅达13.1%，而化肥农学效率仅提高4.3%［6］。因此，化学肥料过量施用已成为限制我国烟叶生产中化肥利用效率提高和烟叶品质改善的关键因素。近年来，行业着力研究、推广以设施为基础的环施、水肥一体化等新型施肥方式，但并未改变以条施、穴施为代表的传统施肥方式的现状［7-8］。因此如何在保障烟叶产量和品质前提下，减少化肥施用量、优化化肥施用措施，提高化肥的利用效率，已成为烟草行业绿色发展亟待解决的问题。

提高肥料利用效率的最佳途径是水、肥两者的高效配合，即水肥一体化技术。在我国主要粮食作物和果蔬生产中的节肥、增产效果显著［3-7］。通过水肥一体化技术应用，小麦在低施氮量条件下水分利用效率和氮肥利用效率分别显著提高0.78 kg·hm-2·mm-1和 3.57 kg·kg-1［9］；玉米在氮肥减量条件下氮肥农学效率提高45.28%，籽粒产量提高7.8%［10-11］；马铃薯和苹果在推荐施氮水平下产量分别提高39.0%～46.9%、9.4%，氮肥利用效率分别提高6.1%、41.6%［12-15］；番茄在水肥减量 20%的条件下，肥料偏生产力提高3.9%～10.8%［16］。在化肥减施条件下，水肥一体化技术可优化土壤水肥分布，促进养分向根系迁移，提高根系对水分、养分的吸收利用，有效避免作物对养分的奢侈吸收和流失，从而提高肥料利用效率［17-19］。同时还可满足作物不同生育期对养分供给时期和数量的特殊需求，改善品质，在苹果、番茄、红枣等果树蔬菜上表现尤为明显［16，20-22］。水肥一体化技术在烟叶生产中也有研究报道。薛如君等［23］对比滴灌和浇灌两种水肥一体化施肥技术后得出，浇灌施肥较滴灌施肥的烤烟钾素利用率和产值分别下降47.5%～49.1%和7.7%～20.2%，滴灌施肥更适用于干旱烟区；席奇亮［24］通过对烤烟滴灌施肥发现，氮肥表观利用效率、产量、致香成分较常规施肥分别提高70.4%、25.4%、2.29 倍。然而采用水肥一体化设施以滴灌或浇灌方式在平原地区对烤烟进行养分供给的措施不适用于山地烟区［25-28］。此外，作物肥料利用率与施肥次数关系密切，增加施肥次数也是提高肥料利用效率的有效途径［29］。但目前针对烟草施肥次数的研究主要集中在对烤烟产量和品质的影响方面［30-33］，而对烤烟肥料的利用状况则鲜见报道。为此，采用便携式水肥一体化施肥器具［34］，以水溶根施肥为材料，明确减少化肥用量条件下追肥次数对烤烟养分利用、烟叶产量、品质等方面的影响，旨在为水肥一体化技术在山地丘陵烟区烤烟生产中的应用提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与土壤性状

试验于2018 年在安徽省宣城市宣州区杨柳镇新龙村“沪皖现代烟草农业高科技示范园”（海拔64.0 m，经度118.61°，纬度30.77°）进行。该地区属亚热带湿润季风气候，年平均日照时数2 075.5 h，年平均温度15.8 ℃，年平均无霜期228 d，年平均降雨量1 324.8 mm。供试烤烟品种云烟97。供试肥料为复合肥（N∶P2O5∶K2O=6.7∶11.4∶22.9）、硝酸钾和磷酸二铵由安徽皖南烟叶有限责任公司提供，烤烟专用基肥（N∶P2O5∶K2O=6.5∶8.5∶18.5）及水溶根施肥（配方A 为N：P2O5∶K2O=22∶14∶10、配方 B 为 N∶P2O5∶K2O=10.9∶15.5∶28.7）由贵州省烟草科学研究院提供。供试土壤类型为黄棕壤，质地为壤土，种植制度为一年两熟（烤烟-晚稻），土壤基本理化性状见表1。

1.2 试验设计

试验共设置5 个处理。CK1：不施肥处理。CK2：当地习惯施肥处理，以复合肥为基肥，在烤烟移栽前 3 d 施用，施用量为 1 390.5 kg·hm-2，条施；第一次追肥采用磷酸二铵，在烤烟移栽当天施用，肥料与水按照1∶100 的比例溶解，采用灌根的方式每株烤烟施用325 mL；第二次追肥采用硝酸钾在烤烟移栽后10 d 施用，施用量为75 kg·hm-2，穴施，施肥深度10 cm。该处理氮肥（N）、磷肥（P2O5）、钾肥（K2O）施用量分别为 112.5、184.5 和352.5 kg·hm-2。T1～T3 处理：均以复合肥为基肥，施用量为600 kg·hm-2，施用时间和施用方式与CK2 相同；第一次施肥采用水溶根施肥配方A，施用时间和肥料溶解比例与CK2 相同，采用灌根的方式每株烤烟施用200 mL；其后的追肥均采用水溶根施肥配方B，其中T1 处理的第2、第3 次追肥分别于烤烟移栽后20 和40 d 施用，每次施用231 kg·hm-2，肥料与水按照 1∶5 的比例溶解，采用施肥枪在最大叶的叶尖处垄体上施肥，施肥深度为15 cm，每株烤烟每次施用62 mL，T2 处理的第2、第3、第 4 次追肥分别于烤烟移栽后 13、27 和 40 d 施用，每次施用154 kg·hm-2，肥料溶解比例与施用方式与T1 处理相同，每株烤烟每次施用42 mL，T3处理的第2、第3、第4、第5 次追肥分别于烤烟移栽后10、20、30和40 d施用，每次施用115.5 kg·hm-2，肥料溶解比例与施用方式与T1 处理相同，每株烤烟每次施用 31 mL。T1～T3 处理氮肥（N）、磷肥（P2O5）、钾肥（K2O）施用量较 CK2 均分别减少10%、30%和30%。每处理3 次重复，共15 个小区，随机区组排列，每小区种植4 行，行距1.2 m，株距0.45 m，行长9.4 m。其他农事操作均按照当地优质烟叶生产技术规范进行。

表1 供试土壤基本理化性状Tab.1 Basic physicochemical properties of tested soils

1.3 样品采集与测定

1.3.1 烤烟农艺性状

烤烟移栽后85 d 时，选择各小区典型代表烟株 5 株，依据 YC/T142—2010［35］方法测量株高、茎围、有效叶片数、最大叶长和宽、打顶端向下第3片有效叶（倒三叶）的长和宽。

1.3.2 土壤养分

施肥前按照“S”形取样法采集基础土壤样品1 kg，避光风干、研磨、过0.85 mm 筛；取过筛后的样品200 g，再研磨过0.25 mm 筛，分别置于自封袋中保存备用。烤烟采收结束后，按照五点取样法在两株烤烟中间垄体上采集混合土样500 g，经前处理后备用。采用文献［36］中的方法测定土壤全氮、全磷、全钾、pH、有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量（质量分数）。

1.3.3 烤烟养分累积量

烟株成熟期（移栽后120 d 左右）时，选取代表各小区长势一致的烟株2 株，分根系、茎、叶、花杈4 个部位。依据 NY/T 2017─2011［37］的方法测定各部位全氮、全磷和全钾含量（质量分数）。

1.3.4 土壤养分表观利用率

氮肥、磷肥和钾肥的表观利用率：

表观利用率=［m（施肥小区地上部养分吸收量）-m（不施肥小区地上部养分吸收量）］/［A×m（养分投入量）］×100%

式中：A表示小区面积，单位hm2；m表示某一养分，氮肥以氮元素（N）计，磷肥以五氧化二磷（P2O5）计，钾肥以氧化钾（K2O）计，单位均为kg·hm-2。

1.3.5 烟叶主要经济性状指标

依据 GB 2635─1992［38］对各试验小区烤后烟叶进行分级，并计算各小区烟叶产量和产值。

1.3.6 烟叶化学成分与感官品质评价

每处理选取C3F 样品1 kg，样品沿主脉一分为二，去梗。一部分样品用于测定烟碱、还原糖、钾、总氮、总糖、氯含量［39-44］，各项指标的赋值、权重以及烟叶主要化学成分总分计算参照文献［45］；另一部分样品制成单料烟，由上海烟草集团有限责任公司技术中心组织7 位具有行业评吸资质的专家对烟叶香气质、香气量、吃味、杂气、刺激性等指标进行感官品质鉴定，评价指标赋值依据YC/T138─1998 中 9 分制［46］计算，评价指标权重分配和评价总分计算参照文献［45］。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2013 和SAS 9.1 软件进行数据处理和方差分析，并采用Duncan’s 法进行差异显著性检验。

2 结果与讨论

2.1 不同处理对烤烟农艺性状的影响

增加追肥次数能够补偿化肥减施对成熟期烤烟农艺性状造成的不良影响，结果见表2 示。T1与T2 处理的株高较CK2 显著提高，茎围、有效叶片数、最大叶面积和倒三叶叶面积与CK2 间差异未达到显著水平。说明氮、磷、钾肥分别减施10%、30%和30%的条件下，增加施肥次数有利于促进化肥减施条件下的烤烟生长。T1～T3 处理间相比，随着追肥次数的增加，烤烟农艺性状变化规律不明显，这与谢慧玲等［30］的研究结果一致。

表2 不同处理烤烟成熟期农艺性状比较①Tab.2 Effects of different treatments on agronomic traits of flue-cured tobacco at maturity stage

2.2 不同处理对烤烟氮、磷和钾吸收利用率的影响

不同处理对烤烟各器官氮素累积的影响见图1。在化学氮肥减量10%的条件下，T1 处理烟株氮素积累较 CK2 显著减少 16.5 kg·hm-2，T2 与 CK2处理间差异不显著，T3 处理的氮素累积量增加9.1 kg·hm-2，T1～T3 处理间相比氮素累积量差异达到显著水平。说明化学氮肥减施10%能够明显降低烤烟的氮素积累，当追肥次数达到5 次时，烤烟因氮肥减施而造成的养分累积不足情况得到缓解，氮素累积量较CK2 增加8.0%。由于氮肥在烟叶生产中主要以硝态氮和铵态氮两种形式施用，其中硝态氮在土壤中更易于损失［47］，因此采用多次追肥即使在低氮条件下也能够有效避免氮肥的淋溶损失，促进烤烟对氮肥的吸收利用。

在磷肥减施30%的条件下，增加追肥次数能够满足烤烟正常生长的磷素需求。与CK2 相比，T1 处理的磷素累积量减少3.2 kg·hm-2，说明磷肥减施30%时则抑制了烤烟磷素累积；T2 与T3 处理与CK2 相比，磷素累积量差异均未达到显著水平，说明追肥次数达到4 次以上时，在磷肥减量条件下能够保证正常的烤烟磷素累积，满足烤烟对磷素的需求。T1～T3 处理间相比，T2 与 T3 处理的磷素累积量分别较T1 处理增加3.8 kg·hm-2和5.7 kg·hm-2，但 T2 与 T3 处理间差异不显著，说明追肥次数对烤烟磷素累积的影响呈“报酬递减”关系。由于磷在土壤中的迁移损失与氮不同，磷酸根易被土壤中的钙离子固定，所以磷仅能在施肥点向外移动1～3 cm，避免了淋溶损失，但降低了其生物有效性［48-49］。而采用多次追肥后，不断向土壤中加入磷肥，可保证土壤中烤烟可吸收磷的含量处在较高水平，因此促进了烤烟对磷的吸收利用。

在钾肥减施30%的条件下，增加追肥次数能够维持烤烟正常生长的钾肥供给。与CK2 处理相比，T1 和T2 处理的钾素累积量分别减少44.1 kg·hm-2和 12.4 kg·hm-2，即在钾肥减施 30%条件下，追肥次数低于4 次时，烤烟钾素供给亏缺。说明钾肥溶解后施入土壤增加其被吸附、淋溶的风险，在追肥次数过低的条件下，反而不利于烤烟对钾的吸收利用；T3 处理的烤烟钾素累积量较CK2差异未达到显著水平，说明钾肥减施条件下追肥次数达到5 次时能够满足烤烟正常的钾素需求。T1～T3 处理间相比，随着追肥次数的增加烤烟钾素累积量逐渐增加，各处理间差异达到显著水平，说明追肥次数与钾肥施用量在烤烟钾素累积方面具有明显的互补作用。

图1 不同处理对烤烟成熟期氮、磷、钾累积的影响Fig.1 Effects of different treatments on nitrogen，phosphorus and potassium accumulations in flue-cured tobacco at maturity stage

不同处理对皖南烤烟大量元素的表观利用率的影响见表3。CK2 的氮肥、磷肥、钾肥表观利用率分别为43.4%、4.3%和41.8%，与常规烟叶生产的养分利用效率相吻合。在氮肥、磷肥和钾肥分别减量10%、30%和30%并配合水溶性根部施肥的条件下，氮肥表观利用率以T3 处理最高；磷肥表观利用率以T2 处理表现最优；钾肥表观利用率以T3 处理最高，但与T2 处理间差异不显著，即氮肥、磷肥和钾肥并未在相同追肥次数下达到最大表观利用率，这一现象主要是由于养分的迁移和损失特性不同造成的。因此，在化肥减施条件下，采用水溶性根部施肥同时进行5 次追肥，可明显提高烤烟对氮肥的利用效率，进行4 次追肥则可以明显提高烤烟对磷肥和钾肥的利用效率。

表3 不同处理烤烟对氮、磷和钾肥的表观利用率比较Tab.3 Effects of different treatments on apparent utilization efficiencies of nitrogen，phosphorus and potassium of flue-cured tobacco （%）

2.3 不同处理对烤烟经济性状的影响

不同处理对烤烟经济性状的影响见表4。T1～T3 处理的上中等烟率、产量、产值和均价较CK2 差异均不显著，说明皖南烟叶生产过程中，氮肥、磷肥、钾肥较常规施肥分别减量10%、30%和30%，对烤烟的主要经济性状影响不显著；随着追肥次数由3 次（T1 处理）增加至5 次（T3 处理），烤烟的上中等烟率逐渐降低，产量和产值逐渐升高，但T1～T3 处理除上等烟率外的其他经济性状指标差异均不显著，说明在试验减肥水平下，增加追肥次数对提高烤烟经济性状无明显效果。

表4 不同处理烤烟经济性状指标比较Tab.4 Effects of different treatments on economic traits of flue-cured tobacco

2.4 不同处理对烤烟品质性状的影响

皖南烤烟的化学肥料减量有利于提高中部叶感官品质，但追肥次数过多会降低烟叶的感官品质，结果见表5。与CK2 相比，T1 处理的感官评吸总分提高2.2 分，T2 和T3 处理的总分均降低3.4分；T1～T3 处理中随着追肥次数的增加，香气质、香气量、杂气、刺激性和余味的得分均逐渐降低，感官品质显著下降。说明化学氮肥、磷肥、钾肥在常规施肥的基础上分别减量10%、30%和30%时，在适当的追肥次数条件下才能明显改善中部叶感官品质。烤烟叶面积、干物质量与施肥次数的相关关系不明显，但与烟叶品质指标密切相关，这与刘本坤等［50］的研究结果一致。

表5 不同处理烤烟中部叶感官品质指标比较Tab.5 Effects of different treatments on sensory quality indexes of flue-cured tobacco middle leaves （分）

不同处理对中部叶主要化学成分的影响与对其感官品质的影响规律基本一致，结果见表6。T1 处理与CK2 相比，中部叶钾含量提高0.3 百分点，氮碱比与糖碱比更趋于协调，总分提高2.3 分，说明改善中部叶的化学品质可通过化肥减量实现；随着追肥次数由3 次（T1 处理）增加至5 次（T3处理），中部叶烟碱、总氮含量降低，糖碱比、氮碱比提高，与李佳文［31］的研究结果一致。其中烟碱含量的降低是导致化学成分协调性下降的主要因素，只有当追肥次数达到3 次时才能在氮肥减量10%、磷肥和钾肥均减量30%的条件下稳定烟叶的烟碱含量，改善烤烟品质。

氮素在烤烟生长发育过程中与烟碱的关系最为密切。景延秋等［32］研究认为，随着追肥次数的增加，烟叶总氮、烟碱呈现增加趋势，与本研究中的烟碱变化规律不一致，因此烟碱含量对施肥次数的响应机理仍需进一步研究。氮肥形态对烟碱含量的影响主要表现在酰胺态氮肥对烟碱的合成促进作用最为明显，其次为硝铵态氮肥，以硝酸钾最低［33］，本研究中所用水溶根施肥中55.3%的氮肥由硝酸钾提供，对烟碱合成的促进作用相对较小，由此导致了中部叶烟碱含量偏低。

表6 不同处理烤烟中部叶主要化学成分比较Tab.6 Effects of different treatments on major chemical components in middle flue-cured tobacco leaves

3 结论

在氮、磷、钾肥减施条件下，与常规施肥相比，追肥3 次时烤烟氮、磷、钾肥的累积量降低，磷、钾肥表观利用效率与常规施肥差异不显著，烟叶品质显著提高；追肥4 次时能够保证烤烟正常生长发育所需的氮、磷、钾肥供给，提高磷、钾肥的表观利用率，烟叶品质比追肥3 次处理显著降低；追肥5 次时可以显著促进烤烟对氮素的吸收利用，提高氮、磷、钾肥表观利用率，养分利用方面表现最佳，但烟叶品质偏低，即随着追肥次数的增加，烟碱含量降低导致了烟叶品质降低，造成养分利用与烟叶品质两者间不协调。因此，在氮肥减施10%、磷和钾肥各减施30%的条件下，适当提高水溶根施肥中铵态氮比例，采用水溶根施肥追肥5 次可提高烤烟养分利用效率并改善烟叶品质。