云 菲 ，畢浩東 ，劉 天 ，金 磊 ，李靜靜 ，薛立新 ，李富欣 ，許 儀 ，符云鵬

（1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院，河南鄭州450002；2.河南省煙草公司濟(jì)源市公司，河南濟(jì)源454650）

隨著全球變暖趨勢的日益加劇，干旱等極端氣候災(zāi)害在世界范圍內(nèi)頻發(fā)，使農(nóng)作物產(chǎn)量造成嚴(yán)重?fù)p失[1-3]。水分匱乏是我國煙草產(chǎn)量提高的限制因子之一，煙草在大田生長期對水分的需求量較高，干旱脅迫會造成煙株光合作用與呼吸作用運(yùn)轉(zhuǎn)失常，干物質(zhì)積累受阻[4-5]。濟(jì)源市隸屬豫西低山丘陵煙區(qū)，是典型的旱作農(nóng)業(yè)區(qū)，土層淺薄且蓄水保墑能力較差，烤煙團(tuán)棵期到現(xiàn)蕾期降雨量少且分布不均，易出現(xiàn)季節(jié)性干旱[6-7]。因此，提高煙田土壤水肥供應(yīng)效率及該地區(qū)旱作農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，是急需解決的重要問題。保水材料作為化學(xué)調(diào)控劑的一種，能夠在較短的時間內(nèi)吸收其自身質(zhì)量幾百倍的水分，在干旱情況下緩慢釋放供給植株利用，并能夠改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，提高土壤通透性及土壤水分和養(yǎng)分的利用效率，促進(jìn)作物生長[8-9]。

本試驗針對濟(jì)源煙區(qū)干旱缺水的生態(tài)條件，開展不同類型保水材料對烤煙生長、光合特性、干物質(zhì)積累、土壤保水特性的影響及其與煙葉經(jīng)濟(jì)學(xué)性狀的關(guān)系研究，旨在明確不同保水材料的保水效果，篩選適宜濟(jì)源煙區(qū)的高效保水材料，為旱作煙區(qū)土壤改良及煙葉增產(chǎn)增收提供理論參考，對優(yōu)化抗旱栽培技術(shù)體系、保障旱作煙區(qū)煙葉優(yōu)質(zhì)穩(wěn)產(chǎn)具有重要意義。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗于2020 年5—10 月在河南濟(jì)源市王屋鎮(zhèn)（北緯 35°14′，東經(jīng) 113°12′）進(jìn)行。該地位于河南省西北部，地形北高南低，屬暖溫帶季風(fēng)氣候；海拔617 m，年降水量94.4 mm，年均氣溫14～15 ℃；土壤類型為潮土，土壤質(zhì)地為沙壤土，pH 值為7.95，有機(jī)質(zhì)含量為12.48 g/kg，速效磷含量為7.72 mg/kg，速效鉀含量為124.66mg/kg，堿解氮含量為58.46mg/kg。

1.2 試驗材料

供試烤煙品種為云煙87。

保水材料聚丙烯酸鹽，購自科萊恩化工（中國）有限公司，分子量4 000 萬，含有聚丙烯酸銨（含氮100 mg/kg）和聚丙烯酸鉀（含鉀 210 mg/kg），各占50%；聚丙烯酰胺，購自河南路騰化工有限公司，有效成分99%，呈白色顆粒狀晶體，顆粒直徑0.85～2.00 mm；腐植酸，購自天津光復(fù)精細(xì)化工研究所，來源于風(fēng)干煤，樣品含碳量為41.12%，灰分含量占10%，水分含量＜8%；γ-PGA，購自山東福瑞達(dá)有限公司，物理性狀為淺黃色粉末，有效含量為32.2%，pH 值為6.5，重金屬含量＜20 mg/kg。

1.3 試驗設(shè)計

采用田間小區(qū)試驗，共設(shè)5 個處理，每個處理3 次重復(fù)，小區(qū)面積為66.7 m2。5 個處理分別為：CK.不施用保水劑；T1.75 kg/hm2聚丙烯酸鹽（PAA）；T2.75 kg/hm2聚丙烯酰胺（PAM）；T3.1 500 kg/hm2腐植酸（HA）；T4.30 kg/hm2γ- 聚谷氨酸（γ-PGA）。其中，PAA、PAM、HA 均在移栽前直接撒施，然后翻耕混入耕層土壤；γ-PGA 在移栽時對水灌根，用量為200 mg/L。煙草于2020 年5 月13 日移栽，管理方法同大田優(yōu)質(zhì)煙葉管理方法（GB/T 23221—2008）。

1.4 測定項目及方法

1.4.1 農(nóng)藝性狀的測定 按照《煙草農(nóng)藝性狀調(diào)查測量方法》（YC/T 142—2010）[10]，在烤煙生長的團(tuán)棵期、現(xiàn)蕾期和圓頂期選擇長勢均勻、代表性強(qiáng)的煙株，測定株高、莖圍、葉片數(shù)及葉片的長與寬，并計算葉面積，各處理選取3 株，取平均值進(jìn)行比較。

1.4.2 光合特征參數(shù)的測定 移栽后40 d 選擇受光方向一致、長勢均勻的中部功能葉片，采用CIRAS-2 便攜式光合作用測定儀（美國PP Systems公司）測定凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間 CO2濃度（Ci）等參數(shù)，每處理 3 次重復(fù)，取平均值。

1.4.3 煙株相對含水率及干物質(zhì)積累量的測定 從煙株移栽后40 d 開始，每隔10 d 取一次樣品，至移栽后80 d 結(jié)束。每處理隨機(jī)選取3 株，將根、莖、葉分開稱鮮質(zhì)量，計算煙株總鮮質(zhì)量，并于105 ℃殺青15 min，65 ℃恒溫烘干至恒質(zhì)量后稱干質(zhì)量，取平均值，計算煙株的相對含水率。烘干后煙株根、莖、葉的質(zhì)量總和即為干物質(zhì)積累量。

1.4.4 土壤含水率的測定 在團(tuán)棵期、現(xiàn)蕾期和圓頂期取 0～10、10～20、20～30 cm 的土樣，稱取土樣鮮質(zhì)量，烘干后稱取土樣干質(zhì)量，按照呂貽忠等[11]的方法計算土壤含水率。

1.4.5 經(jīng)濟(jì)性狀的測定 煙葉成熟采收調(diào)制后，稱質(zhì)量計產(chǎn)，烤煙分級后計算上等煙和中等煙比例，并計算各處理產(chǎn)值。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

利用Microsoft Excel 2019 繪制表格和作圖；使用SPSS 21.0 軟件進(jìn)行顯著性分析（P＜0.05）和相關(guān)性分析；多重比較差異采用LSD 法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同保水材料對烤煙農(nóng)藝性狀的影響

由圖1 可知，隨著生育期的推進(jìn)，烤煙的株高、莖圍、葉片數(shù)及葉面積均呈逐漸增大的趨勢。進(jìn)入現(xiàn)蕾期后各處理的株高增加幅度最大，施用保水劑處理的株高顯著高于 CK（P＜0.05），T1、T2、T3、T4 處理分別較CK 增加了7.29%、3.86%、1.27%、1.24%，以T1 處理增加最高。整個生育期內(nèi)，莖圍呈逐漸加粗的趨勢，現(xiàn)蕾期從大到小排序為T3＞T2＞T4＞T1，圓頂期則以T1、T2 處理的莖圍較大。團(tuán)棵期除T3、T4 處理葉片數(shù)低于CK 外，其他時期各處理葉片數(shù)均高于CK，圓頂期T2 處理的葉片數(shù)最多，說明施用聚丙烯酰胺（PAM）對于煙葉的促生效果較高。葉面積除T4 處理在團(tuán)棵期低于CK 外，T1、T2、T3 處理分別比 CK 增加 14.03%、26.93%、17.16%；現(xiàn)蕾期施用保水劑處理的葉面積均高于CK，增幅達(dá)到5.24%～17.99%；煙株的葉面積在圓頂期達(dá)到最大，4 種保水劑處理的葉面積增幅最高，較CK 增加了2.93%～23.67%。施用保水材料在一定程度上促進(jìn)了煙草葉面積的增大。

2.2 不同保水材料對烤煙光合特性的影響

由表1 可知，不同處理間凈光合速率（Pn）從大到小排序為T1＞T3＞T2＞T4＞CK，施用保水材料的 T1、T2、T3、T4 處理分別較 CK 增加 60.49%、23.54%、31.74%、12.77%，以T1 處理增加的幅度最高，說明聚丙烯酸鹽的施用能夠使葉片保持較強(qiáng)的光合能力；4 種保水劑處理的蒸騰速率（Tr）均顯著高于 CK（P＜0.05），氣孔導(dǎo)度（Gs）以 T1、T2 處理較高，T3、T4 處理次之，與 CK 相比，4 種保水劑處理的Gs 和Tr 分別增加了5.56%～66.67%和14.36%～44.89%；胞間 CO2濃度（Ci）的變化趨勢則與 Pn 相反，以T1 處理最低，較CK 顯著降低33.54%。相關(guān)分析結(jié)果表明，凈光合速率與氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率呈正相關(guān)關(guān)系（r＝0.87**，r＝0.75**）。

表1 不同保水材料對煙草光合特性的影響

2.3 不同保水材料對煙株相對含水率的影響

由圖2 可知，煙株生長前期葉片含水量較高，隨著生育期的推進(jìn)逐漸下降；從移栽后50 d 開始，施用保水劑處理的相對含水率顯著高于CK，不同保水劑間比較，移栽后 50、60、80 d 均以 T2 處理的相對含水率最高，分別較CK 增加了3.45%、3.05%和4.06%，且差異均達(dá)顯著水平（P＜0.05）?？梢姡鄬试黾拥谋壤S移栽天數(shù)的增加而降低。移栽后80 d，煙株相對含水率大體呈現(xiàn)出T2＞T3＞T1＞T4＞CK 的變化趨勢。

2.4 不同保水材料對不同土層土壤含水率的影響

由圖3 可知，不同時期土壤含水率的變化呈先降低后增加的趨勢，這可能與團(tuán)棵期至現(xiàn)蕾期煙株正值旺長階段，植株需水量較大有關(guān)；隨著生育期的推進(jìn)煙葉進(jìn)入成熟期，土壤含水率稍有增加，是由于成熟階段煙株需水量減少引起的土壤相對含水量增加；團(tuán)棵期施用保水劑后，不同土層間以0～10 cm 土層的含水率增加幅度最大，4 種保水劑處理土壤含水率較CK 增加2.28%～32.99%，除T4處理與CK 間差異不顯著外，其余處理均顯著高于CK（P＜0.05）；現(xiàn)蕾期 0～10、10～20 cm 土層只有T1、T2 處理的含水率顯著高于 CK（P＜0.05），20～30 cm 土層則表現(xiàn)為保水劑處理 T1、T2、T3、T4 分別比 CK 增加 23.85%、18.47%、3.94%、20.57%，以T1 處理增加比例最高；圓頂期時，施用保水劑對土壤含水率的影響在各個土層均表現(xiàn)為顯著效果，0～10 cm 土層增幅為 6.35%～27.38%，10～20 cm土層增幅為6.15%～17.82%，20～30 cm 土層增幅最高，達(dá)到10.44%～36.50%。綜合各土層及各生育時期情況來看，T1、T2 處理對土壤含水率的促進(jìn)效果較佳。

2.5 不同保水材料對煙株干物質(zhì)積累的影響

從圖4 可以看出，煙株的干物質(zhì)量積累量隨著移栽后天數(shù)的增加逐漸增大，生長前期施用保水劑對煙株干物質(zhì)的促進(jìn)效果并不明顯；移栽后60 d施用 4 種保水劑 T1、T2、T3、T4 處理的干物質(zhì)積累量分別比 CK 增加 54.13%、46.68%、30.01%、46.65%，以T1 處理干物質(zhì)積累增加最多，且顯著高于其他處理（P＜0.05）；保水劑處理與CK 差異達(dá)到顯著水平（P＜0.05）。整個生育期內(nèi)，施用保水劑處理的干物質(zhì)積累量在移栽后70 d 增幅最大，達(dá)到22.33%～67.16%，其中以 T1（67.16%）、T2（64.76%）處理的促進(jìn)效果較為顯著，但2 個處理間差異不顯著；移栽后80 d 各處理的干物質(zhì)積累量總體表現(xiàn)為T1＞T2＞T3＞T4＞CK，與CK 相比，施用保水劑處理的干物質(zhì)積累量增加了6.60%～16.05%，保水劑處理的生物量均顯著高于CK（P＜0.05），但4 種保水劑處理間的差異不顯著。整個生長階段，施用聚丙烯酸鹽和聚丙烯酰胺對煙株干物質(zhì)積累有較好的促進(jìn)作用。

2.6 不同保水材料對烤煙經(jīng)濟(jì)性狀的影響

從表2 可以看出，各處理烤煙上等煙比例為58.03%～64.05%，中等煙比例為29.75%～32.09%，產(chǎn)量達(dá)到1 830.21～2 055.07 kg/hm2，均價為24.30～24.63 元 /kg，產(chǎn)值在 44 475.15～50 616.75 元 /hm2。4 種保水劑處理的上等煙比例、中等煙比例、產(chǎn)量、產(chǎn)值及均價分別比 CK 增加 3.57%～10.37%、2.76%～7.87%、3.31%～12.29%、3.71%～13.81%、0.01%～1.36%，說明施用保水材料對提高上等煙比例的促進(jìn)效果較為顯著，并且能夠增加煙葉的產(chǎn)量及產(chǎn)值，在改善煙葉等級結(jié)構(gòu)的同時實現(xiàn)了煙農(nóng)增收。綜合來看，煙葉經(jīng)濟(jì)性狀總體上表現(xiàn)為T1＞T2＞T3＞T4＞CK，不同保水劑處理間以施用聚丙烯酸鹽和聚丙烯酰胺對上等煙比例的改善作用最佳，有利于促進(jìn)旱作煙區(qū)的煙葉達(dá)到豐產(chǎn)的效果。

表2 不同保水材料對烤煙經(jīng)濟(jì)性狀的影響

3 結(jié)論與討論

烤煙農(nóng)藝性狀上的差異可以直觀地反映出不同保水材料對煙株田間長勢的影響。汪耀富等[12]研究發(fā)現(xiàn)，在豫西旱區(qū)煙田施用聚丙烯酰胺后，煙葉的葉面積增大，產(chǎn)量、產(chǎn)值、均價和上等煙比例提高。左廣玲等[13]、彭菊等[14]研究表明，煙田施加保水劑后植株高大、莖圍增加，葉片數(shù)及單株葉面積等也都不同程度增加。本試驗研究發(fā)現(xiàn)，保水劑對煙株農(nóng)藝性狀的影響效果在團(tuán)棵期表現(xiàn)并不顯著，當(dāng)煙株進(jìn)入現(xiàn)蕾期后施用保水劑處理的株高增幅變大，現(xiàn)蕾期葉面積及葉片數(shù)均達(dá)到最大，分別以T1（聚丙烯酸鹽）、T2（聚丙烯酰胺）處理較高。這對以葉片為收獲對象的烤煙來說，是促進(jìn)產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)。植物的光合作用是受干旱脅迫影響最明顯的過程之一，烤煙光合生產(chǎn)能力是決定其生物量積累和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量形成的生理基礎(chǔ)[15-16]。趙銘欽等[17]研究結(jié)果表明，保水劑可以通過調(diào)節(jié)葉片的氣孔導(dǎo)度，進(jìn)而提升凈光合速率，最終促進(jìn)光合能力增強(qiáng)。陳芳泉等[18]研究表明，適宜的保水劑用量能夠促進(jìn)煙株凈光合速率、PSⅡ最大光化學(xué)量子產(chǎn)量（Fv/Fm）、光系統(tǒng)Ⅱ有效量子產(chǎn)量（ΦPSII）和光化學(xué)淬滅系數(shù)（qP）的增加，改善其光合特性，提高煙株在干旱條件下的自我保護(hù)能力。郭猛等[19]研究發(fā)現(xiàn)，施用γ- 聚谷氨酸可以提高丹參苗的凈光合速率。本研究發(fā)現(xiàn)，與對照相比，4 種保水劑處理Pn 增幅達(dá)到12.77%～60.49%，Tr 均顯著高于 CK，Gs 以 T1、T2 處理較高，T3、T4 處理次之，Ci 的變化趨勢則與 Pn 相反。這可能是由于在干旱脅迫下，通過施用保水劑，煙株吸收和運(yùn)輸水分的動力增強(qiáng)，葉肉細(xì)胞的光合活性及Pn 增強(qiáng)，對胞間CO2的利用能力更好，從而導(dǎo)致了Ci 降低。

保水劑能夠改善土壤理化性能、增強(qiáng)土壤保水性、改良土壤結(jié)構(gòu)。肇普興等[20]研究表明，聚丙烯酰胺保水材料有顯著的保水性能。史文娟等[21]研究表明，γ-PGA 具有良好的水溶性，對土壤水分的吸持作用可達(dá)到30～80 倍。腐植酸保水劑可使土壤中形成較多和較大的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，改善土壤的透水性和透氣性，有效提高土壤的蓄水能力，使土壤中的有效水分含量增加[22]。本研究中，煙株生長前期葉片含水量較高，隨著生育期的推進(jìn)逐漸下降，這與煙株逐漸衰老、葉片落黃、生理代謝減弱有關(guān)。移栽后50、60、80 d 均以T2 處理的相對含水率最高，分別比CK 顯著增加了3.45%、3.05%和4.06%?？梢?，聚丙烯酰胺具有高吸水和保水能力，對煙株水分利用的促進(jìn)效果最顯著，這與張蕊等[23]的研究結(jié)果一致。不同土層間保水劑對土壤含水率的影響存在一定差異，團(tuán)棵期以0～10 cm 土層的含水率增加幅度最大，現(xiàn)蕾期保水劑的促進(jìn)效果則隨土層深度增加而提高，圓頂期20～30 cm 土層施用保水劑處理的含水率增加比例最高，達(dá)到10.44%～36.50%。綜合各土層及各生育時期情況來看，T1（聚丙烯酸鹽）處理對土壤含水率的促進(jìn)效果最佳。值得注意的是，隨著生長時間的延長，部分保水材料可能阻塞了土壤孔隙，降低了土壤通透性，因而，至圓頂采收期保水劑對土壤含水率的影響效果會在一定程度上減弱。

不同土壤質(zhì)地，種植作物種類不同、所用保水劑的種類、用量不同等對提高產(chǎn)量、改善品質(zhì)的效果也存在很大差異[24-27]。劉迎超等[28]以烤煙品種云煙87 為研究對象，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，施用保水劑能夠顯著提升煙葉的產(chǎn)量、產(chǎn)值，同時提高均價和上等煙比例，改善了整株的經(jīng)濟(jì)性狀。王宗恒等[29]研究表明，保水劑施用量為180 kg/hm2時對云煙87 煙葉質(zhì)量提升效果較為明顯，烤后煙的質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益最好。楊蘋等[30]研究表明，保水劑處理后烤煙的產(chǎn)量和產(chǎn)值均明顯高于對照，具有明顯的提質(zhì)增產(chǎn)的效果，每公頃產(chǎn)量和產(chǎn)值分別增加7.68%和11.53%。本試驗中，移栽后80 d 各處理煙株的總干物質(zhì)量積累量大小表現(xiàn)為T1＞T2＞T3＞T4＞CK，施用保水劑處理的干物質(zhì)積累量比對照增加了6.60%～16.05%。4 種保水劑處理的烤后煙葉產(chǎn)量增加了3.31%～12.29%，這與施用保水材料提高煙株的抗旱性，促進(jìn)煙葉穩(wěn)健生長保持較旺盛的生理代謝，光合作用積累的含碳化合物增加有關(guān)。保水劑處理對提高煙葉經(jīng)濟(jì)性狀的促進(jìn)效果較為顯著，4 種保水劑處理的上等煙比例達(dá)到60.10%～64.05%，比對照增加了3.57%～10.37%，產(chǎn)值提高了3.71%～13.81%。保水劑的施用提高了土壤的保水能力，在干旱脅迫條件下能夠及時釋放為煙株提供水分和養(yǎng)分，有利于煙株中上部葉片擴(kuò)展，形成良好的株型結(jié)構(gòu)，因此，提高了上、中等煙葉的比例。整個生長階段，施用聚丙烯酸鹽和聚丙烯酰胺對煙株干物質(zhì)積累及產(chǎn)量形成具有較好的促進(jìn)作用。