保水劑對(duì)豫西南半濕潤區(qū)雪茄煙田耕層土壤理化性質(zhì)及煙株生長發(fā)育的影響

馬 宇，王碩立，趙 曦，侯冰清，薛子鐘，張 揚(yáng)，習(xí)紅昂，程玉淵，時(shí)向東，邢雪霞

（1.南陽市煙草公司，河南 南陽 473003；2.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 煙草行業(yè)煙草栽培重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450046；3.南陽市煙草公司西峽縣公司，河南 西峽 474599；4.山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，山東 濟(jì)南 250100；5.南陽市煙草公司鄧州市公司，河南 鄧州 474150；6.南陽市煙草公司內(nèi)鄉(xiāng)縣公司，河南 內(nèi)鄉(xiāng) 474350）

近年來，國產(chǎn)雪茄市場增長迅速，對(duì)雪茄原料的需求持續(xù)增加，但國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)雪茄原料供應(yīng)不足[1]。目前國產(chǎn)雪茄原料主產(chǎn)區(qū)主要有四川什邡、達(dá)州，海南光村、白沙、昌江，湖北來鳳等地區(qū)[2]，而河南南陽年均光照強(qiáng)度較高，光照時(shí)間較長，甚至高于四川和湖北等部分雪茄產(chǎn)區(qū)，其熱量資源充沛和陽光充足的特點(diǎn)有利于形成煙葉香氣濃郁的特征，適宜生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)雪茄原料。目前，國產(chǎn)雪茄煙產(chǎn)區(qū)平均年降水量多在1 500 mm 以上，而南陽市西峽縣平均年降水量僅在800 mm 左右，屬于半濕潤區(qū)[3]，且雨季的雨水難以有效儲(chǔ)存。對(duì)此，在充分利用自然光熱資源條件下，探究適宜在半濕潤區(qū)生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)雪茄原料的個(gè)性化種植方式，對(duì)開展特色化雪茄煙原料生產(chǎn)具有現(xiàn)實(shí)意義。保水劑是近年來應(yīng)用于農(nóng)業(yè)節(jié)水生產(chǎn)中的一種具有環(huán)境友好特征的高分子材料[4]，具有反復(fù)吸水和釋水的功能[5]，主要通過兩方面影響作物的生長發(fā)育：一方面通過自身分子鏈與水分子及土壤顆粒結(jié)合，改善土壤的理化性質(zhì)，以此影響作物生長；另一方面，通過改善作物根系和土壤界面的水分狀況，在根系根壓的作用下，直接將水分提供給作物[6]。此外，在不宜灌溉地區(qū)，相比于雨水供養(yǎng)土地，通過保水劑改善土壤水分狀況更能減少土壤氮淋失[7]。因此，探究保水劑對(duì)雪茄煙田耕層土壤理化性質(zhì)以及對(duì)雪茄煙生長發(fā)育的影響，對(duì)在半濕潤區(qū)種植雪茄煙，促進(jìn)國產(chǎn)雪茄原料發(fā)展具有重要意義。王方玲等[8]通過雪茄煙盆栽試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，施用保水劑能夠有效提高土壤含水率，對(duì)雪茄煙生長發(fā)育具有促進(jìn)作用，能夠提高雪茄煙葉片超氧化物歧化酶、過氧化物酶、過氧化氫酶活性和可溶性蛋白含量。王帥等[9]研究表明，施用適量的腐植酸保水劑能夠緩解玉米生長所導(dǎo)致的白漿土全氮消耗程度。張俊等[10]通過盆栽試驗(yàn)研究保水劑對(duì)花生生長發(fā)育及氮素積累的影響，結(jié)果表明，保水劑用量在45～60 kg/hm2時(shí)，土壤含水量可提高94.32%，并且對(duì)收獲期花生的葉面積、凈光合速率、籽仁含氮量、單株結(jié)果數(shù)和單株生產(chǎn)力均有較好的提升。以往關(guān)于保水劑在雪茄煙栽培上的研究多采用盆栽試驗(yàn)[8，11-12]，而在雪茄煙生產(chǎn)上的實(shí)際應(yīng)用效果及其對(duì)氮素積累分配、氮肥吸收效率的影響鮮有報(bào)道。鑒于此，通過雪茄煙栽培大田試驗(yàn)，探究不同保水劑用量對(duì)煙田耕層土壤理化性質(zhì)與雪茄煙生長發(fā)育、不同器官氮素積累分配及氮肥吸收效率的影響，為在半濕潤區(qū)種植雪茄煙提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料和方法

1.1 供試材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2022年在河南省南陽市西峽縣進(jìn)行，該地平均海拔高度226 m，經(jīng)緯度111°66'E、33°25'N。供試土壤質(zhì)地為砂土和黏土混合型，供試雪茄煙品種為哈伯納斯，于2022年4月20日移栽。試驗(yàn)地土壤基本理化性質(zhì)：土壤pH 值8.12，含有機(jī)質(zhì)9.64 g/kg、堿解氮44.46 mg/kg、速效磷4.97 mg/kg、速效鉀106.00 mg/kg。試驗(yàn)地氮、磷、鉀肥用量分別為N 150 kg/hm2、P2O5150 kg/hm2、K2O 450 kg/hm2?；?、追肥比例為6∶4，全部有機(jī)肥、磷肥和60%的氮肥及鉀肥在煙田起壟時(shí)作為基肥開溝條施，40%的氮肥和鉀肥作為追肥，分2次施入。保水劑（聚丙烯酸鉀）由武漢華翔科潔生物技術(shù)有限公司生產(chǎn)。保水劑施用方法：將保水劑與營養(yǎng)土混勻，移栽時(shí)施入移栽穴內(nèi)。

試驗(yàn)共設(shè)4 個(gè)處理：CK，不施保水劑；T1，保水劑用量為2 g/株；T2，保水劑用量為4 g/株；T3，保水劑用量為6 g/株。每處理設(shè)3 次重復(fù)，共12 個(gè)小區(qū)，小區(qū)隨機(jī)區(qū)組排列，行距120 cm，株距40 cm，每小區(qū)4行，每行25株。

1.2 測定指標(biāo)與方法

1.2.1 土壤體積含水率和電導(dǎo)率 采用TDR-150土壤水分測定儀（美國SPECTRUM 公司），分別于移栽后30、45、60、75、90 d 測定根系周圍地下0～5、5～10、10～15、15～20 cm土層土壤含水率和電導(dǎo)率。

1.2.2 土壤養(yǎng)分含量 于移栽后30、50、70 d 采用五點(diǎn)取樣法取壟體0～20 cm 土壤。土壤養(yǎng)分含量測定參照《土壤農(nóng)化分析》[13]，采用稀釋熱法測定有機(jī)質(zhì)含量，采用堿解擴(kuò)散法測定堿解氮含量，采用0.5 mol/L NaHCO3浸提—鉬銻抗分光光度法測定速效磷含量，采用NH4OAc 浸提—火焰光度法測定速效鉀含量。

1.2.3 農(nóng)藝性狀 于移栽后30、50、70 d，參照YC/T 142—2010 測定各處理煙株的株高、莖圍、最大葉長和最大葉寬等農(nóng)藝性狀指標(biāo)。葉面積計(jì)算方法為葉長×葉寬×0.634 5。

1.2.4 干物質(zhì)積累量和全氮含量 于移栽后30、50、70 d，在不同處理下選擇有代表性煙株3 株，分根、莖、葉后，105 ℃殺青30 min，80 ℃烘干至恒質(zhì)量進(jìn)行稱質(zhì)量。粉碎過0.25 mm 篩，采用凱氏定氮法測定全氮含量。

1.2.5 氮素積累與氮肥吸收效率 植株氮素積累總量（g/株）=根系干質(zhì)量×根系氮素含量+莖稈干質(zhì)量×莖稈氮素含量+葉片干質(zhì)量×葉片氮素含量，根系氮分配系數(shù)=單株根系氮積累量/單株氮素積累總量×100%，莖稈氮分配系數(shù)=單株莖稈氮累積量/單株氮素積累總量×100%，葉片氮分配系數(shù)=單株煙葉氮累積量/單株氮素積累總量×100%，氮肥吸收效率=成熟期植株氮素積累量/施氮量[14]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2019 和DPS 18.10 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析，采用Origin 2021 進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同用量保水劑對(duì)雪茄煙田耕層土壤體積含水率的影響

由圖1可知，隨著雪茄煙生育期的推進(jìn)，0～5 cm耕層土壤體積含水率呈先下降后上升的趨勢，5～20 cm 耕層土壤體積含水率均呈先上升后下降的趨勢。同一生育時(shí)期內(nèi)，不同耕層深度土壤體積含水率均表現(xiàn)為T3＞T2＞T1＞CK。如圖1a 所示，在0～5 cm耕層土壤中，移栽30、45 d時(shí)，T1、T2、T3處理土壤體積含水率均顯著（P＜0.05）高于CK，且T3 處理土壤體積含水率最高，相較于CK 分別增加10.69%、7.24%。如圖1b 所示，在5～10 cm 耕層土壤中，T1、T2 和T3 處理土壤體積含水率在各生育時(shí)期均高于CK，且在移栽后30、75 d 時(shí)增幅最大，為5.85%～11.44%。如圖1c 所示，在10～15 cm 耕層土壤中，移栽后30、75、90 d 時(shí)各處理間土壤體積含水率差異較大，其中T2 和T3 處理均顯著高于CK，且在移栽后90 d 增幅最大，分別為6.80%和9.27%。如圖1d所示，在15～20 cm 耕層土壤中，T2、T3 處理土壤體積含水率在各生育時(shí)期均顯著高于CK，其中T2 處理較CK 平均增幅15.42%，T3 處理平均增幅15.83%。

圖1 不同用量保水劑對(duì)雪茄煙田耕層土壤體積含水率的影響Fig.1 Effect of different dosage of water retaining agent on soil moisture in the cultivated layer of cigar tobacco field

2.2 不同用量保水劑對(duì)雪茄煙田耕層土壤電導(dǎo)率的影響

由圖2可知，隨著耕層土壤深度的增加，土壤電導(dǎo)率呈下降趨勢，各處理間均表現(xiàn)為CK＞T1＞T2＞T3。如圖2a 所示，在0～5 cm 耕層土壤中，雪茄煙移栽后45、60、75 d，各處理間土壤電導(dǎo)率差異較大，T1、T2 和T3 處理土壤電導(dǎo)率與CK 相比降幅分別為2.91%～8.52%、12.20%～19.60 和17.14%～25.18%。如圖2b 所示，在5～10 cm 耕層土壤中，雪茄煙移栽后45 d，各處理間土壤電導(dǎo)率差異最大，T1、T2和T3處理均顯著（P＜0.05）小于CK，與CK 相比分別下降17.11%、34.21%和35.21%。如圖2c 所示，在10～15 cm 土壤耕層中，雪茄煙移栽后30 d，各處理間土壤電導(dǎo)率差異最大，T2 和T3 處理顯著小于CK，與CK 相比分別下降34.71%和35.46%。在移栽后45 d，各處理土壤電導(dǎo)率間無顯著差異，45 d以后各處理間差異逐漸縮小，至90 d差異最小。如圖2d所示，在15～20 cm 土壤耕層中，雪茄煙生長至30、60、75、90 d 時(shí)，T2 和T3 處理土壤電導(dǎo)率均顯著低于CK，與CK 相比降幅區(qū)間分別在11.42%～32.28%和17.34%～31.02%。

圖2 不同用量保水劑對(duì)雪茄煙田耕層土壤電導(dǎo)率的影響Fig.2 Effect of different dosage of water retaining agent on the electrical conductivity of cultivated soil in cigar tobacco field

2.3 不同用量保水劑對(duì)雪茄煙田耕層土壤養(yǎng)分含量的影響

由圖3 可知，保水劑的施用增加了耕層土壤養(yǎng)分含量，其中有機(jī)質(zhì)、堿解氮和速效鉀含量隨著保水劑用量的升高呈增加趨勢，速效磷含量隨著保水劑用量的升高呈先增加后下降趨勢。

圖3 不同用量保水劑對(duì)耕層土壤養(yǎng)分含量的影響Fig.3 Effect of different dosage of water retaining agent on soil nutrient content in the cultivated layer of cigar tobacco field

如圖3a 所示，在雪茄煙不同生育時(shí)期，T2 和T3處理均較CK 顯著（P＜0.05）增加了耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量，分別增加7.56%～8.12%和8.37%～12.35%。如圖3b 所示，在雪茄煙移栽后50 d，不同保水劑處理土壤堿解氮含量均存在顯著差異，T1、T2 和T3 處理較CK 分別提高20.75%、32.45%和51.90%。如圖3c所示，雪茄煙不同生育時(shí)期均以T2處理速效磷含量最高，且顯著高于其他處理，較CK 增加17.03%～62.23%。在移栽后50 d 和70 d，T1 和T3 處理顯著高于CK，較CK 增加9.50%～23.03%。如圖3d 所示，在移栽30 d 和70 d，T1、T2 和T3 處理土壤速效鉀含量均顯著高于CK，而在移栽后50 d，T2和T3處理顯著高于T1和CK，T1與CK間無顯著差異。

2.4 不同用量保水劑對(duì)雪茄煙農(nóng)藝性狀的影響

由表1可知，在雪茄煙移栽后30、50、70 d時(shí)，不同處理下雪茄煙株高、莖圍、有效葉片數(shù)、最大葉長、最大葉寬以及最大葉面積總體上均表現(xiàn)為T2＞T3＞T1＞CK，變化趨勢相同。在移栽后30 d，T2 處理株高、莖圍、有效葉片數(shù)、最大葉長、最大葉寬和最大葉面積較CK 分別提升12.42%、6.05%、8.33%、7.64%、7.86%和15.68%。移栽后50 d，T1、T2 和T3處理間最大葉寬無顯著差異，株高、莖圍和最大葉面積差異明顯，其中T2 處理較CK 分別顯著提高7.34%、8.85%和11.05%。移栽后70 d，CK、T1 和T3處理間有效葉片數(shù)無顯著差異，株高、莖圍和葉寬間差異較明顯，其中T2 處理較CK 分別顯著提高5.89%、6.99%和7.14%。

表1 不同用量保水劑對(duì)雪茄煙農(nóng)藝性狀的影響Tab.1 Effects of different dosage of water retaining agent on the agronomic characters of cigar tobacco

2.5 不同用量保水劑對(duì)雪茄煙干物質(zhì)積累的影響

由表2 可知，不同保水劑用量對(duì)雪茄煙各個(gè)器官的生物量有不同影響，干質(zhì)量表現(xiàn)為T2＞T3＞T1＞CK。移栽后30 d，各處理間根干質(zhì)量差異最大，且T1、T2 和T3 處理均顯著高于CK，較CK 分別增加14.05%、32.79%和25.76%。移栽后50 d，各處理間根干質(zhì)量、莖干質(zhì)量、葉干質(zhì)量和總干質(zhì)量差異均較大，其中T2 處理較CK 分別增加35.69%、22.01%、31.73%、29.64%。移栽后70 d，各處理間葉干質(zhì)量和總干質(zhì)量差異較大，其中T1、T2和T3處理葉干質(zhì)量較CK 分別增加6.23%、25.82%和15.24%，總干質(zhì)量較CK分別增加7.04%、25.71%和19.22%。

表2 不同保水劑用量對(duì)雪茄煙干物質(zhì)積累的影響 g/株Tab.2 Effect of different dosage of water retaining agent on dry matter accumulation of cigar tobacco g/plant

2.6 不同用量保水劑對(duì)雪茄煙氮素吸收及分配的影響

由圖4 可知，不同處理下雪茄煙氮素吸收趨勢均表現(xiàn)為隨生育時(shí)期的推進(jìn)而呈上升趨勢。施用保水劑的T1、T2、T3處理較CK顯著（P＜0.05）提高了雪茄煙株的氮素累積量，其中在移栽后30 d 和50 d，提升幅度相對(duì)較大，與CK 相比，T1、T2、T3 處理增加幅度分別為7.69%～17.47%、31.59%～44.65%、22.31%～42.87%。在不同生育時(shí)期下，雪茄煙氮素累積量均以T2 處理最高，但與T3 處理無顯著差異。圖5為不同處理下雪茄煙株各器官的氮素分配結(jié)果，由圖5 可知，移栽后30 d，氮素主要分配到葉部，隨著生育時(shí)期的推進(jìn)，氮素從葉部逐漸向根部和莖部傳遞，到移栽后70 d，根、莖和葉之間氮素分配占比較為接近。移栽后各生育時(shí)期保水劑處理的煙葉氮素積累分配比較CK 提高2.46%～13.47%，且以T2 處理煙葉氮素積累分配占比最高，較CK 提高3.41%～13.47%。施用保水劑的處理根和莖部的氮素積累分配占比較CK 有所下降，降幅為1.13%～16.61%。

圖4 不同處理對(duì)雪茄煙氮素吸收的影響Fig.4 Effect of different treatments on nitrogen absorption of cigar tobacco

圖5 不同處理對(duì)雪茄煙各器官氮素分配的影響Fig.5 Effect of different treatments on nitrogen distribution in various organs of cigar tobacco

2.7 不同用量保水劑對(duì)雪茄煙氮肥吸收效率的影響

由圖6 可知，施用保水劑能提高雪茄煙的氮肥吸收效率，使氮肥吸收效率提高8.27%～30.45%。T2和T3處理雪茄煙氮肥吸收效率顯著（P＜0.05）高于T1處理和CK，但T2 與T3 處理差異不顯著。各處理間以T2處理雪茄煙氮肥吸收效率最高，為0.83 kg/kg。

圖6 不同處理對(duì)雪茄煙氮肥吸收效率的影響Fig.6 Effect of different treatments on nitrogen absorption efficiency of cigar tobacco

3 結(jié)論與討論

保水劑是一類遇水膨脹的高分子聚合物，攜帶大量的-COOH、-OH 和-NH2等親水性基團(tuán)，可以吸附比自身質(zhì)量多百千倍的水分[15]，并緩慢釋放[16]。施用保水劑可顯著提高土壤體積含水率，在其施入土壤后能有效阻隔水分向深層土壤中滲透[17]，在根系周圍形成一個(gè)蓄水球囊[18]，使較多的水分聚集在耕層土壤中，可以適當(dāng)緩解雪茄煙在生長過程中因降雨量不足或者灌溉條件不利帶來的影響。本研究結(jié)果表明，與CK 相比，施用保水劑處理的耕層土壤體積含水率在各生育時(shí)期均較高，但在雪茄煙生長后期，保水劑施用對(duì)0～5 cm 耕層土壤體積含水率的提升幅度較小，這可能與當(dāng)?shù)睾笃跉鉁剌^高，導(dǎo)致表層土壤水分蒸發(fā)較快有關(guān)。土壤電導(dǎo)率的高低在一定程度上可以反映土壤可溶性鹽的含量[19]。施用保水劑處理耕層土壤電導(dǎo)率有所下降，這反映出土壤鹽分會(huì)因保水劑的施用而有所降低，但在0～5 cm耕層土壤中的下降幅度與5～15 cm 耕層土壤相比較小，可能是由于太陽輻射導(dǎo)致表面土壤水分蒸發(fā)較快。本研究結(jié)果表明，施用保水劑能夠有效改善土壤養(yǎng)分狀況，提高土壤的保肥和供肥能力，這可能是由于保水劑自身“骨架”作為適度交聯(lián)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，能吸收土壤中的部分養(yǎng)分離子，通過自身膨脹將其包裹起來[20]，之后使這些養(yǎng)分能夠緩慢釋放到土壤之中[21]。與CK相比，施用保水劑能夠提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，這可能是因?yàn)楸Ｋ畡┑氖┯酶纳屏送寥澜Y(jié)構(gòu)，使得微生物數(shù)量和活性提高，促使土壤更多的有機(jī)碳被分解[22]，從而緩解因雪茄煙生長導(dǎo)致的土壤有機(jī)質(zhì)含量消耗[9]。在雪茄煙生長前中期，施用保水劑對(duì)土壤中堿解氮和速效鉀含量的提升較為明顯，這與保水劑對(duì)NO3-和K+具有較強(qiáng)的吸附作用有關(guān)[23]，減少了土壤堿解氮和速效鉀的流失量，間接提高了煙株對(duì)氮素和鉀素的吸收量。前人研究表明，磷在土壤中的遷移速率較慢[24]，本研究顯示，隨著保水劑用量的增加，耕層土壤速效磷含量呈先增加后下降的趨勢，這可能是因?yàn)楸Ｋ畡╇m能活化土壤中難溶性磷，但也降低了磷肥在土壤中的固定作用[20]，因此在保水劑量較多的情況下，土壤中的磷流失反而會(huì)有所增加。

保水劑可通過自身的吸水-釋水過程改善土壤理化性質(zhì)，改善作物生長環(huán)境，從而促進(jìn)作物的生長發(fā)育和物質(zhì)積累[25]。本研究結(jié)果表明，在常規(guī)施肥的基礎(chǔ)上增施4 g/株保水劑，可顯著改善雪茄煙株各項(xiàng)農(nóng)藝性狀指標(biāo)，且與施用6 g/株的處理較為接近。保水劑能促進(jìn)雪茄煙根系發(fā)育，使莖稈增粗，促進(jìn)后期煙葉開片，這與陳芳泉等[26]在烤煙上的研究結(jié)果相似。隨著保水劑用量的增加，雪茄煙各器官干物質(zhì)積累量呈先增加后降低的規(guī)律，這可能是由于保水劑用量過多會(huì)呈現(xiàn)凝膠狀，出現(xiàn)膨脹、固結(jié)現(xiàn)象，阻礙土壤的透氣效果[27]，容易造成土壤中的固、液、氣三相比失調(diào)，進(jìn)而影響雪茄煙的生長發(fā)育。因此，保水劑的施用量并非越多越好，過量施用或者低量施用均達(dá)不到最佳作用效果，施用適量的保水劑才能較好地改善土壤的理化性質(zhì)[28]。本研究結(jié)果表明，施用保水劑處理的煙株氮積累總量較不施用保水劑處理有明顯提升，一方面是由于保水劑的施用促進(jìn)了煙株的生長發(fā)育，增加了干物質(zhì)積累量，另一方面改善了土壤理化性質(zhì)，促進(jìn)煙株對(duì)氮素的吸收。另外，施用保水劑后，煙株葉片氮素分配系數(shù)增加，這有利于煙葉內(nèi)含物質(zhì)的積累，改善煙葉品質(zhì)。雪茄煙生長發(fā)育前期較強(qiáng)的氮素積累可促進(jìn)煙株的形態(tài)建成，增強(qiáng)抗性[29]，而葉片氮素積累的適當(dāng)增加能促進(jìn)雪茄煙葉內(nèi)含物增加，促進(jìn)部分風(fēng)味物質(zhì)形成，進(jìn)而提高雪茄煙葉品質(zhì)。李欣燕等[29]通過盆栽試驗(yàn)研究保水劑對(duì)雪茄煙葉碳氮代謝的影響，結(jié)果表明，施用保水劑可促進(jìn)雪茄煙葉前期的氮代謝能力，強(qiáng)化整個(gè)生育期的碳代謝能力，對(duì)提升雪茄煙葉生長前期肥料利用率有重要意義。而本研究表明，在施用保水劑后，雪茄煙株氮肥吸收效率也有明顯增加，這對(duì)在半濕潤區(qū)雪茄煙生產(chǎn)過程中提高氮肥利用率、降低環(huán)境污染具有重要意義。

綜上，與CK 相比，施用保水劑可以增加雪茄煙耕層土壤體積含水率，降低土壤電導(dǎo)率，提高土壤養(yǎng)分含量；增加煙株株高、莖圍、葉數(shù)、最大葉面積，提高根、莖、葉的干物質(zhì)積累量，同時(shí)會(huì)提升煙株的氮素積累量和煙葉氮素分配占比，提高雪茄煙氮肥吸收效率。綜合來看，本試驗(yàn)中保水劑施用量以4 g/株表現(xiàn)最優(yōu)。