烤烟控水节肥育苗措施对水肥利用和烟苗素质的影响

高天, 王均宜, 陈亚茹, 李世琛, 赵正雄

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节水灌溉
节水灌溉 ›› 2021 ›› (8) : 42-46.

烤烟控水节肥育苗措施对水肥利用和烟苗素质的影响

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Effects of Water Control and Fertilizer Saving Methods on Water and Fertilizer Utilization and Flue-cured Tobacco Seedling Quality

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摘要

为探明有利于减少水肥投入和降低养分残留的烤烟育苗方法，在烤烟育苗环节以常规水肥管理（CM）为对照，设置了控水节肥模式一（OM1）和控水节肥模式二（OM2）两种控水节肥育苗措施，考察了两个试验点不同控水节肥措施下的水肥利用、肥料残留和烟苗生长状况。结果表明，与常规对照（CM）相比，控水节肥（OM）处理下烟株出苗率、茎高、全株生物量及水分利用效率均无显著差异（P＞0.05），试验点一和试验点二氮、磷、钾养分残留量分别平均减少52.7%和58.9%、47.8%和60.2%、45.1%和61.5%；与控水节肥模式一（OM1）相比，控水节肥模式二（OM2）耗水量和水分利用效率无显著差异（P＞0.05），试验点一和试验点二氮、磷、钾肥残留量分别减少48.6%和28.1%，42.9%和37.7%，36.3%和41.1%，烟苗茎围分别增加了1.8%和27.0%。控水节肥模式二（控制维持水层深度8 cm和初始氮素浓度50 mg/kg）能够在保障烟苗移栽素质的前提下，减少育苗氮肥投入47.7%，降低苗池水体氮、磷、钾养分残留量，是一种值得推荐的绿色高效育苗水肥管理措施。

Abstract

In order to find out the methods of flue-cured tobacco seedling raising which are beneficial to reduce water and fertilizer input and reduce nutrient residue， two water-control and fertilizer-saving seedling raising measures， namely water control and fertilizer saving mode I (OM1) and water control and fertilizer saving mode II (OM2)， were set in the flue-cured tobacco seedling raising process with conventional water and fertilizer management (CM) as the control. Water and fertilizer utilization， fertilizer residue and tobacco seedling growth were investigated under different water control and fertilizer saving measures. The results showed that compared with CM， there were no significant differences (P>0.05) in seedling emergence rate， stem height， whole plant biomass and water use efficiency under OM. The nitrogen， phosphorus and potassium nutrient residues at test site 1 and test site 2 were reduced by 52.7% and 58.9%， 47.8% and 60.2%， 45.1% and 61.5%， respectively. Compared with OM1， the water consumption and water use efficiency of OM2 had no significant difference (P>0.05). The residues of N， P and K at test site 1 and test site 2 were reduced by 48.6% and 28.1%， 42.9% and 37.7%， 36.3% and 41.1%， respectively， and the stem circumference of tobacco seedlings was increased by 1.8% and 27.0%， respectively. OM2 (control and maintain water layer depth of 8 cm and initial nitrogen concentration of 50 mg/kg) could reduce the input of nitrogen fertilizer for seedling raising by 47.7% and the residual nitrogen， phosphorus and potassium in the water of the seedling pool under the premise of guaranteeing the transplanting quality of tobacco seedlings. So it is a kind of recommended green and efficient water and fertilizer management measure for seedling breeding.

关键词

烤烟 / 水肥利用 / 烟苗素质 / 控水节肥 / 水肥管理 / 控制灌溉 / 水分利用效率

Key words

flue-cured tobacco / water and fertilizer utilization / tobacco seedling quality / water control and fertilizer saving / water and fertilizer management / controlled irrigation / water use efficiency

基金

云南省重点研发计划项目(2018530000241017)

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高天 , 王均宜 , 陈亚茹 , 李世琛 , 赵正雄. 烤烟控水节肥育苗措施对水肥利用和烟苗素质的影响[J].节水灌溉, 2021(8): 42-46
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0 引 言

作物育苗移栽具有缩短大田生育期，提高复种指数，人为提供适宜光温水肥条件等优点[1]。水肥管理是保障作物苗期移栽素质的重要措施，烤烟育苗过程中，水量一方面直接影响烟苗对水肥的吸收，另一方面通过调节水温间接影响烟苗生长；育苗时期肥料过多可能会降低移栽后烟株抗逆性，肥料过少则不利于烟苗生长。因此，良好的烟苗素质依赖于育苗期间合理的水肥管理措施。此外，科学的烤烟育苗水肥管理状况也有利于资源节约利用和生态环境维护[2, 3]。目前，关于作物水肥用量管理相关报道多集中于田间研究[4-6]，而作物育苗阶段水肥高效管理研究鲜见报道。尽管前人就烤烟育苗研究已有较多报道，但大多关注于育苗方式[7-9]、育苗盘规格[10, 11]、营养液浓度[12, 13]等对烟苗壮苗影响，或就烟苗基质适宜含水量[14]、施肥种类[15, 16]和适宜的施肥时期[17, 18]进行了相关探讨。近年来，农业生产中化肥过量施用不仅增加了环境污染风险，而且影响食品健康安全[19]。与此同时，水资源浪费和污染日趋严重加剧了水资源短缺问题[20]。因此，节约用水和节约用肥、提高水肥利用效率是当下农业领域必须面对和急需解决的问题。
烤烟漂浮育苗过程中，烟苗水肥来源主要依赖于苗池的水层和养分（氮）管理浓度（投入）。虽然相对于大田期烤烟育苗环节耗水用肥量相对较少，但高效育苗措施的控水节肥长期效应值得关注。此外，调查表明目前烤烟育苗环节肥料残留量达40%以上，这在一定程度上也增加了生态环境负荷。理论上，播种至出苗阶段养分需求不大，通过减少出苗前肥料用量进一步降低用肥量可能具有一定的可行性。然而，有关控水节肥措施对育苗环节水肥利用和烟苗生长的影响鲜见报道。对此，本文采用小区试验，以常规水肥管理为对照，研究了2种控水节肥措施对育苗环节水肥利用和烟苗生长发育的影响，旨在为烤烟育苗控水节肥技术提供科学理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验点与材料

试验于2019年3-5月分别在两个试验点进行。试验点一位于楚雄市子午镇以口村（24°90′N，101°53′E），试验点二位于云南省大理市弥渡县新街镇红大科技园 (25°39′N，100°41′E)。两试验点供试肥料均为烟草专用复合肥：其中试验点一的肥料配方为N-P2O5-K2O=12-10-12，试验点二为N-P2O5-K2O=15-11.4-15；两试验点均采用常规烟草专用漂浮育苗基质；苗池规格方面，试验点一为182 cm×70 cm，试验点二为110 cm×38 cm；育苗盘规格方面，两试验点均采用162孔育苗盘；供试烤烟品种：试验点一为K326，试验点二为红花大金元。

1.2 试验设计

根据前期调研，常规生产上苗池初始水深（播种-出苗阶段）一般在5 cm左右，这与指导性技术规程[21]参数值范围（5~10 cm）下限一致；维持水深（出苗-成苗阶段）水层控制深度一般在15 cm左右，显著高于指导性技术规程参数的下限（10 cm）。对此，为探讨不同控水程度的技术可行性，本研究中除对照常规维持水深（15 cm）外，另设两个维持水深梯度，分别为10 cm和8 cm；苗池营养液氮素浓度方面，常规生产中营养液氮素浓度与指导性技术规程参数值（100 mg/kg）基本一致。考虑到播种-出苗阶段对养分的需求量较少，本研究为探讨进一步减少肥料投入的技术可行性，将50 mg/kg设置为控水节肥模式的播种-出苗阶段氮素浓度。
综合上述分析，本试验控水节肥处理措施包含水层控制深度和营养液氮素浓度两因素。设置3个处理，分别为：常规管理模式（CM）、控水节肥模式一（OM1）和控水节肥模式二（OM2）。各处理水肥管理方式见表1，每个处理3个重复，每个重复162株，采用随机区组设计。
表1 各处理水肥管理方式

Tab.1 The water and fertilizer managements in each treatment

处理 水层控制深度/cm 施氮浓度/(mg·kg-1)
播种-出苗 出苗-成苗 播种-出苗 出苗-成苗
CM 5 15 100 100
OM1 5 10 50 100
OM2 5 8 50 100
根据试验水层深度和氮素浓度设置要求，各处理肥料具体用量如表2所示。
表2 各处理肥料具体施用情况 (mg/株)

Tab.2 The arrangement of fertilizer application in each treatment

处理 试验点一 试验点二
N P2O5 K2O N P2O5 K2O
CM 18.7 15.6 18.7 25.8 19.6 25.8
OM1 12.2 10.1 12.2 16.1 12.3 16.1
OM2 11.2 9.3 11.2 13.5 10.3 13.5

1.3 测定项目与方法

1.3.1 烟苗生长发育状况

于出苗期统计烟苗出苗情况并计算出苗率；于成苗期每个重复分别选择20株有代表性烟苗，测量茎高和茎围。

1.3.2 干物质积累量

采用杀青烘干称重法，于成苗期进行取样，每个重复分别选择20株有代表性烟苗，并分茎叶和根系两部分，将样品分别放入烘干箱105 ℃杀青30 min，在75 ℃下烘干至恒重，即为干物质积累量（g）。

1.3.3 氮磷钾吸收量

于成苗期每个重复分别采集20株有代表性烟苗，按照干物质测定方法（同上“干物质积累量”）收集待测样品，测定干物质氮磷钾含量。氮含量采用凯氏定氮仪测定[22]，磷含量采用紫外-可见光分光光度计测定[22]，钾含量采用火焰分光光度计法测定[22]。氮磷钾吸收量计算公式如下。
TA=K1 Y
式中：TA为氮磷钾吸收量，g/株；K 1为烟苗氮磷钾含量；Y为烟苗干物质积累量，g/株。

1.3.4 氮磷钾残留量

于成苗期收集育苗池水样品测定其氮磷钾含量。氮含量采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法[23]，磷含量采用钼酸铵分光光度法[24]，钾含量采用火焰原子吸收分光光度法[25]。氮磷钾残留量计算公式如下：
RN=K2 V/N
式中：RN为氮磷钾残留量，g/株；K 2为育苗池水中氮磷钾含量，g/L；V为育苗池剩余水量，L；N为育苗盘孔数。

1.3.5 育苗棚内温度及水温

育苗棚内以及水池中放置温度计，量程为0~100 ℃。分别于每日8∶00、14∶00和20∶00这3个时刻观测记录水温和育苗棚内棚温。

1.3.6 育苗耗水量计算

计算公式如下：
ET=H1-H2 L W/N
式中：ET为烟苗耗水量，kg/株；H 1为试验设定初始水深深度，cm；H 2为大十字期或成苗期时育苗池中残留水的深度，cm；L为育苗池长，cm；W为育苗池宽，cm；N为育苗盘孔数。

1.3.7 水分利用率计算

烟苗消耗单位水量所累积的干物质重量为烟株水分利用效率（WUE），计算公式如下：
WUE=Y/ET
式中：WUE为烟苗水分利用率，kg/m3；Y为烟苗干物质积累量，kg；ET为每株烟苗耗水量，m3。

1.4 数据分析

采用 Microsoft Excel 2010、SPSS 20软件进行数据统计与分析，用Duncan新复极差法进行显著性检验（P<0.05）。

2 结 果

2.1 育苗池棚温和水温

从图1可以看出，整个苗期过程中早间8∶00水温都高于棚温，基本维持在10.0~22.0 ℃，试验点一OM2的均温较CM和OM1分别高出1.0 ℃和1.1 ℃，试验点二各处理间的均温基本没有差异。中午14∶00水温较棚温低，基本维持在15.0~25.0 ℃，试验点一各处理间的均温没有较大差异，试验点二OM2的均温较CM和OM1分别高1.2 ℃和0.9 ℃。晚间20∶00水温略高于棚温，两试验点基本维持在16.0~24.0 ℃，其中试验点一和二OM2的均温较CM分别高出0.5 ℃和0.8 ℃，试验点一OM2较OM1高出1.0 ℃。
图1 不同处理苗期棚温水温季节变化

Fig. 1 The seasonal variation of house and water temperature in each treatment

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2.2 耗水量及水分利用效率

从表3可以看出，控水节肥处理耗水量与常规对照之间，以及不同控水节肥处理之间全育苗期育苗耗水量均无显著差异（P＞0.05）。不同处理中，以OM2处理育苗耗水量减少趋势最大。各处理水分利用率无显著差异（P＞0.05）。不同处理中，以OM2处理水分利用效率增加趋势最大。
表3 不同处理育苗耗水量及水分利用效率

Tab.3 The water consumption and WUE in each treatment

试验点 处理 耗水量/(kg·株-1) 水分利用效率/（kg·m-3）
播种-大十字期 大十字期-成苗期 全育苗期 全育苗期
试验点一 CM 0.222±0.023 a 0.218±0.010 a 0.440±0.013 a 1.666±0.093 a
OM1 0.172±0.047 a 0.206±0.040 a 0.378±0.087 a 1.518±0.089 a
OM2 0.174±0.009 a 0.190±0.019 a 0.364±0.017 a 1.941±0.717 a
试验点二 CM 0.067±0.014 a 0.089±0.008 a 0.156±0.022 a 2.364±0.504 a
OM1 0.069±0.013 a 0.076±0.001 b 0.145±0.012 a 2.366±0.272 a
OM2 0.067±0.002 a 0.068±0.003 b 0.136±0.014 a 2.429±0.055 a
注：表中不同小写字母表示在5 %水平上显著性差异，下同。

2.3 肥料吸收状况

从表4可以看出，试验点一各处理间氮、磷、钾养分吸收量无显著差异（P＞0.05）；就试验点二而言，除OM1处理磷吸收量与常规对照相比显著减少了26.7%（P<0.05）以外，控水节肥处理与常规对照之间氮、磷、钾养分吸收量无显著差异（P＞0.05）。
表4 不同处理烟苗氮、磷、钾吸收量 (mg/株)

Tab.4 The N， P and K uptake of tobacco seedling in each treatment

试验点 处理 氮素吸收量 磷素吸收量 钾素吸收量
试验点一 CM 15.87±1.23 a 3.26±0.86 a 18.36±2.88 a
OM1 13.27±0.72 a 2.54±0.14 a 14.11±1.52 a
OM2 12.59±2.10 a 3.08±0.62 a 18.34±3.65 a
试验点二 CM 14.22±1.19 a 1.91±0.10 a 18.17±2.44 a
OM1 10.57±0.59 a 1.40±0.18 b 13.65±1.36 a
OM2 12.08±0.88 a 1.59±0.15 ab 15.81±1.53 a

2.4 肥料残留状况

从表5可知，与CM相比，试验点一和试验点二OM1处理氮肥残留量分别减少了37.5%和52.2%，磷肥残留量分别减少了33.1%和50.9%，钾肥残留量分别减少了32.9 %和51.5%；试验点一和试验点二OM2处理氮肥残留量分别减少67.9%和65.6%（P<0.05），磷肥残留量分别减少了61.8%和69.5%，钾肥残留量分别减少了57.2%和71.5%（P<0.05）。与OM1相比，试验点一和试验点二OM2处理氮肥残留量分别减少了48.6%和28.1%，占肥料投入量比分别下降44.0%和39.7%，磷肥残留量分别减少了42.9%和37.7%（P<0.05），占肥料投入量比分别下降38.1%和48.0%，钾肥残留量分别减少了36.3%和41.1%（P<0.05），占肥料投入量比分别下降32.4%和50.5%。
表5 不同处理育苗池中氮、磷、钾残留量

Tab.5 The amount of N， P and K residues in each treatment

试验点 处理 氮/(mg·株-1) 占肥料投入量比/% 磷/(mg·株-1) 占肥料投入量比/% 钾/(mg·株-1) 占肥料投入量比/%
试验点一 CM 6.77±3.39 a 36.27±0.18 a 2.97±1.86 a 19.07±0.12 a 14.87±6.53 a 79.43±0.35 a
OM1 4.23±0.55 ab 34.70±0.05 a 2.00±0.10 a 19.70±0.01 a 10.00±0.78 ab 84.03±0.05 a
OM2 2.17±1.31 b 19.43±0.12 a 1.13±0.40 a 12.20±0.04 a 6.37±2.46 b 56.77±0.22 a
试验点二 CM 12.65±0.30 a 49.03±0.01 a 4.15±0.17 a 21.17±0.02 a 11.99±0.44 a 46.47±0.03 a
OM1 6.05±0.75 b 44.80±0.06 a 2.04±0.08 b 19.77±0.01 a 5.81±0.33 b 42.97±0.04 a
OM2 4.35±2.11 b 27.00±0.13 b 1.27±0.16 c 10.30±0.02 b 3.42±0.22 c 21.27±0.02 b

2.5 烟苗生长发育与生物量

由表6可知，除试验点一OM1茎围与CM相比显著减小20.6%（P＜0.05）以外，控水节肥处理与常规对照之间出苗率和苗高均无显著差异（P＞0.05）。除试验点一OM1根生物量与CM相比显著减小26.5%（P＜0.05）以及试验点二OM2根生物量与CM相比显著减小17.7%（P＜0.05）以外，控水节肥处理与常规对照之间茎叶和全株生物量均无显著差异（P＞0.05）
表6 不同处理烟苗生长发育参数与生物量

Tab.6 The quality status and biomass of tobacco seedlings in each treatment

试验点 处理 出苗率/% 茎高/cm 茎围/mm 生物量/(g·株-1)
茎叶干重 根干重 全株干重
试验点一 CM 77.7±4.4 a 8.54±0.67 a 6.45±0.48 a 0.64±0.06 a 0.098±0.005 a 0.73±0.06 a
OM1 82.7±1.4 a 7.31±0.40 a 5.12±0.20 b 0.48±0.02 a 0.072±0.003 b 0.55±0.03 a
OM2 81.6±3.5 a 8.42±0.74 a 6.50±0.30 a 0.61±0.11 a 0.089±0.012 ab 0.70±0.12 a
试验点二 CM 90.2±2.1 a 5.41±0.99 a 13.58±0.29 a 0.30±0.03 a 0.062±0.002 a 0.36±0.03 a
OM1 93.4±2.1 a 4.50±0.85 a 13.51±0.05 a 0.27±0.04 a 0.053±0.002 ab 0.32±0.05 a
OM2 93.7±1.5 a 4.57±1.18 a 13.75±0.79 a 0.30±0.03 a 0.051±0.007 b 0.35±0.03 a

3 讨 论

3.1 控水节肥措施对水肥利用的影响

一般而言，育苗环节的水分消耗主要包括烟苗耗水（生理需水和蒸腾需水）和苗池水自身的蒸发。控水节肥综合措施与常规水分管理相比，仅在水层维持深度上有所差异，并未本质性改变烟苗耗水和池水蒸发的耗水程度，因而两者间育苗耗水量差异不大。可见，通过苗池水层深度管理进一步减少育苗水分用量的技术可行性不高。此外，由于控水节肥综合措施下烟苗生物累积量基本保持一致，也使得控水节肥综合措施下水分利用效率未得到显著提升。烟苗的营养供应强度主要依靠调节苗池水的肥料浓度，有研究认为适度减少水分和肥料投入有利于增强根系对养分的吸收能力[26]，促进烟苗生长。在本试验中，控水节肥模式二下烟株养分吸收量高于控水节肥模式一，可能是因为较浅的水层厚度有利于增加育苗池水体的潜热通量[27]，较高的水体温度条件（提高了0.5~1.0 ℃）有利于提高作物根系活力[28]和增强根系截获养分的能力[29]，闫秋艳等[30]在黄瓜上的田间试验研究也表明，作物根区土壤温度的升高有利于养分的吸收利用。在育苗生产中，育苗池残留水往往被直接排弃，其中的肥料残留增加了对生态环境的污染风险[31, 32]。本研究中，通过控水节肥措施的实施，能够在减少肥料投入（降低氮肥40.1%~47.7%）的前提下维持烟苗对养分的吸收，从而减少苗池中养分残留，这对于降低育苗环节的环境负荷具有重要意义。

3.2 控水节肥措施对烟苗素质的影响

本研究中，控水节肥措施对烟苗生长发育的影响决定于水层深度管理和氮肥浓度管理之间的复合效应。一方面，降低出苗-成苗阶段水层厚度有利于增加苗池水体温度，有利于促进烟苗对养分的吸收能力；另一方面，减小播种-出苗阶段氮素养分浓度可能会在一定程度上影响幼苗的营养保障，从而不利于其后期的生长发育。结果表明，虽然控水节肥措施下烟苗根系生物量有一定程度下降，但仍然可以较好地保障烟株的出苗率、苗高和茎围等移栽素质。较低的水层深度使得控水节肥模式二苗池水温相对略高，从而提高了离子扩散动力[33]、根系活力[29]，以及增加了根系体积和吸收面积，继而促进植物地上部生长[34-36]。由此可见，通过水层深度和氮肥浓度管理来减少烤烟育苗过程中的氮肥投入具有一定的技术可行性。郑华斌等[37]田间研究结果也表明，节水减氮（减氮20%~24%）相较于常规水肥管理可以提高水分利用率和氮肥利用效率，同时不会显著降低水稻产量。值得注意的是，本研究中虽然控水节肥管理方式下烟苗仍具备较好的移栽素质，但其营养含量状况出现不同程度下降，有关不同营养含量状况烟苗移栽对烤烟大田期生长发育的影响有待于进一步研究。

4 结 论

本研究表明，控水节肥模式二（控制维持水层深度8 cm和初始氮素浓度50 mg/kg）能够减少育苗氮肥投入47.7%，同时保障烟苗移栽素质，且与控水节肥模式一（控制维持水层深度10 cm和初始氮素浓度50 mg/kg）相比，可一定程度降低苗池水体氮、磷、钾养分残留量，是一种技术可行性较高的烤烟绿色高效水肥管理措施。

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