施钾量对烤烟钾积累与分配的影响

2013-05-25张锡洲李廷轩郑子成

中国烟草科学 2013年6期

李静，王勇，张锡洲*，李廷轩，郑子成，戢林

（1.四川农业大学资源环境学院，成都 611130；2.四川省烟草公司凉山州公司，四川西昌 615000）

烟叶含钾量的高低与烟叶品质密切相关，是衡量烤烟品质优劣的一个重要指标。与国际优质烟相比，我国烟叶含钾量普遍偏低，此已成为限制我国烟叶品质提升的因素之一[1-3]。要想提高烟叶的含钾量，须充分考虑烤烟品种对钾的吸收、积累和分配特性。据报道，烤烟对钾的吸收高峰出现在移栽后40～60 d，特别是移栽后7周内，对钾的积累量可达到全生育期的70～80%[4-6]。而在成熟期对钾积累减缓甚至下降，且烟叶中的钾分配率降低，在其他非经济器官中的分配率高[7-9]。有研究指出，烟叶含钾量的突变是在打顶期，成熟期钾积累减缓的原因之一为烟株打顶后体内的钾素存在着由根系外排的现象[10-11]。因此，找到有效的措施减少烟株打顶后体内钾素的外排，有望提高烤后烟叶的含钾量。

凉山作为全国重要的战略性优质烟叶基地，具有得天独厚的自然条件，是烤烟生产最适宜区之一，主产烟区植烟土壤钾素含量丰富，速效钾含量在 160～887 mg/kg[12-13]。但其烟叶含钾量则普遍偏低，低于优质烟叶含钾量≥2%的标准，严重限制了当地烟叶品质的进一步提高[14-15]。据调查，凉山烤烟种植钾肥用量一般为225 kg/hm2左右，追施钾肥大部分是在移栽后30 d内完成。有关研究报道，钾肥宜在烤烟对钾的吸收高峰期前施入，钾肥过量、过早施入，质地较重的土壤对钾固定增多，而质地较轻的土壤遇强降雨，会导致钾的流失，降低钾肥利用率[16-18]。因此当地烟叶含钾量低可能是由于钾肥施用量和施用方式不够合理所造成。目前有关凉山烟区烤烟对钾的积累和分配特征还鲜见报道。为此，本研究以当地主栽烤烟品种云烟 85为材料，弄清不同施钾量下其对钾的积累与分配特征，为当地合理施用钾肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试品种：云烟85。

供试土壤：土培试验采用近代河流冲积物上发育的潮土，其基本性质为：pH 6.82，有机质 18.90 g/kg，全氮0.39 g/kg，碱解氮 22.60 mg/kg，速效磷5.40 mg/kg，速效钾 78.60 mg/kg，缓效钾 123.30 mg/kg；大田试验的土壤类型为黄棕壤，试验田土壤基本性质为：pH 5.76，有机质17.71 g/kg，全氮1.41 g/kg，碱解氮 215.92 mg/kg，速效磷 16.00 mg/kg，速效钾 238.11 mg/kg，缓效钾 387.28 mg/kg。

供试肥料：土培试验的氮、磷、钾肥分别为硝酸铵（含N 35%）、磷酸二氢钠（含P2O559%）和硫酸钾（含K2O 54%），均为分析纯试剂；大田试验的氮、磷、钾肥分别为硝磷铵（含N 30% 、P2O56%）、过磷酸钙（含P2O512%）、硫酸钾（含K2O 50%），均为商品肥料。

1.2 试验设计与处理

土培试验设置4个钾处理（K2O）：0（PK0）、90 mg/kg（PK90）、180 mg/kg（PK180）和 270 mg/kg（PK270），其中 180～270 mg/kg相当于大田用量180～270 kg/hm2，为凉山州当地常规钾肥施用量。每个处理重复3次，氮、磷肥用量按每千克土施入N 90 mg、P2O590 mg 。试验于2011年在四川农业大学教学科研农场有防雨设施的网室内进行。将土壤风干后混匀，装入10 L塑料桶，每桶装土15 kg，移栽前一周将全部的磷肥、70%的氮肥和70%的钾肥作基肥以水溶液的形式混入土壤，剩余氮、钾肥在15 d和25 d分别追施15%。选择长势一致的烟苗移栽至盆中，每盆种1株，共120盆。按行株距120 cm×50 cm的方式随机排列，移栽后栽培管理按大田常规进行。分别于旺长期（移栽后 40 d）、现蕾期（90 d）、下部叶成熟期（110 d）、中部叶成熟期（120 d）和上部叶成熟期（130 d）进行采样，整株采取，将根、茎、叶分开，每次采3个重复。

大田试验设置5个钾处理（K2O）：0（FK0）、90 kg/hm2（FK90）、180 kg/hm2（FK180）、270 kg/hm2（FK270）和360 kg/hm2（FK360），每个处理重复3次，氮、磷肥施用量分别为N 90 kg/hm2、P2O590 kg/hm2。小区面积为40 m2，共15个小区，随机区组排列。试验于 2012年在凉山州烟草公司烟叶生产技术推广应用中心试验基地进行。选择长势一致的烟苗50株移栽至每个小区（行株距为120 cm×50 cm），采用高垄单行栽培，试验田四周设保护行。移栽时将全部的磷肥、70%的氮肥和70%的钾肥作为基肥环施于烟苗周围，剩余氮、钾肥在30 d之内追施。其他栽培管理措施均按照当地一般大田进行。样品的采集按两种方式进行：①分别于旺长期（移栽后50 d）、现蕾期（65 d）、下部叶成熟期（85 d）、中部叶成熟期（95 d）和上部叶成熟期（105d）进行采样，整株采取，将根、茎、叶分开，每个小区取4株混合样为1次重复；②按照常规大田采样方式采取，最后1次采样时将茎和根一并采收，将根、茎、上部叶、中部叶和下部叶分开，每个小区取4株混合样为1次重复。

样品采集后先用自来水冲洗干净，再用蒸馏水润洗，然后用吸水纸擦干，装入纸袋，在105 ℃下杀青0.5 h，再将温度降至75 ℃烘干至恒重并粉碎装袋待测。

1.3 测定项目与方法

植株全钾含量采用 H2SO4－H2O2消化—火焰光度计法进行测定[19]。

1.4 数据处理与分析

钾积累量＝生物量×含钾量；钾分配率＝（各部位钾积累量÷整株钾积累量）×100；钾积累速率＝钾积累量÷移栽后天数；阶段钾积累速率＝阶段钾积累量÷阶段时间。统计分析用 DPS 11.0进行，多重比较选择LSD法。文中数据的拟合均选择一元二次模型，方程为：y = ax2+bx+c，式中，y为产量或钾积累量，x为钾肥用量，c为截距，b为一次回归系数，a为二次回归系数。

2 结果

2.1 钾的吸收和积累特征

2.1.1 钾积累量从图1可以看出，土培试验条件下，随钾肥用量的增加，烤烟的钾积累量逐渐增大，不同处理间差异显著。随移栽后天数的延长，烤烟的钾积累量在不同钾肥用量下表现出相同的变化趋势，均是在移栽后90 d（现蕾）和120 d（中部叶成熟）出现相对较高的钾积累量。大田试验条件下，烤烟的钾积累量随钾肥用量的增加先增大后减小，过量施用钾肥，对烤烟的生长和钾素积累均有一定的抑制作用。烤烟移栽95 d内，钾积累量随移栽后天数的延长逐渐增加，在95 d（中部叶成熟）时达到最大。结合2年的试验来看，现蕾打顶后，烤烟对钾的积累先减缓甚至降低，因此下部叶成熟时（土培和大田试验分别为移栽后110 d和85 d）的钾积累量较低，而中部叶成熟时（土培和大田试验分别为移栽后120 d和95 d）的钾积累量均较高，说明云烟 85在生长后期可能仍具有较强的钾积累能力。

2.1.2 钾积累速率从图2来看，土培和大田试验条件下，烤烟对钾的积累均出现两个高峰期，分别为旺长后期和中部叶成熟期。土培试验条件下，烤烟中部叶成熟期的钾积累速率虽然有所增大，但与旺长后期相比仍然较低，说明其对钾的积累主要还是在打顶之前。而在大田试验条件下，烤烟旺长后期和中部叶成熟期的钾积累速率均较高，且相差不大，说明云烟 85在生长后期仍具有较强的钾积累能力。因此，进一步对烤烟不同生长阶段的钾积累速率进行分析，由图3可知，云烟85对钾的积累主要在中部烟叶成熟之前（土培和大田试验分别为移栽后120 d和95 d之前）。由于土培试验条件对烤烟的生长有一定的限制作用，因此在移栽后90～110 d期间（下部叶成熟期），烟株钾素的外排速率大于积累速率，烤烟的钾积累量降低，但在移栽后110～120 d期间（中部叶成熟期），PK180处理下的钾积累速率高于其他生长阶段。而大田试验条件下，现蕾打顶后，烟株的钾积累速率大于外排速率，因此烤烟在移栽后65～95 d期间均具有一定的钾积累速率，且在85～95 d期间，FK180和FK270处理下的钾积累速率高于其他生长阶段。说明，适宜的钾肥用量可以使云烟 85在中部叶成熟期具有一个相对较高的钾积累速率。

2.2 施钾量对钾积累分配的影响

2.2.1 不同器官钾的分配由于烤烟钾素积累的突变是在打顶期，因此本研究将云烟 85在现蕾期和成熟期（常规采样）对钾的积累与分配特征进行对比分析。由表1可知，施钾量对现蕾期烤烟的钾积累量影响较小，烟茎的钾积累量在施钾 90～270 kg/hm2差异不显著，烟叶的钾积累量在施钾90～360 kg/hm2也无显著差异。而成熟期烤烟根、茎、叶的钾积累量均随钾肥用量的增加先增大后减小，FK180处理下的烟叶钾积累量显著高于其他处理。从分配率来看，烤烟体内的钾主要积累于烟叶中，茎中次之，根中最少。随钾肥用量的增加，现蕾期根和茎的钾分配率逐渐降低，烟叶的钾分配率逐渐增加，说明提高钾肥用量能使现蕾期烤烟体内的钾素更多的分配于烟叶中。但进入成熟期后，烤烟根和茎的钾分配率增大，烟叶的钾分配率降低。随钾肥用量的增加，烟叶的钾分配率先增大后减小，而茎呈现与之相反的变化趋势。FK180处理下，烟叶的钾分配率高于其他处理，茎的钾分配率低于其他处理，说明适宜的钾肥用量可促使烤烟体内的钾素更多的分配于烟叶中。

图1 不同施钾量下烤烟的钾积累量Fig.1 K accumulation of tobacco under different K application rates

图2 不同施钾量下烤烟钾积累速率Fig.2 K accumulation rate of tobacco under different K application rate

图3 不同施钾量下烤烟的阶段钾积累速率Fig.3 K accumulation rate in different stage of tobacco under different K application rate

表1 施钾量对烤烟不同器官钾积累量和钾分配率的影响（2012年）Table1 Influence of K rates on tobacco K contents and K distribution (2012)

2.2.2 不同部位烟叶钾的分配从表2可以看出，成熟期（常规采样）烟叶中的钾主要积累分配于中、下部烟叶，上部烟叶相对较少。烤烟中、下部烟叶的含钾量和钾积累量随钾肥用量的增加先增加后降低，FK180处理下显著高于其他处理。而上部烟叶的含钾量和钾积累量受钾肥用量的影响相对较小，只在钾肥用量高于270 kg/hm2时才有所提高，但仍然低于中、下部烟叶。从分配率来看，FK0处理下，钾素主要分配于中部烟叶，上、下部烟叶的钾分配率相对较低。而随着钾肥用量的增加，上、下部烟叶的钾分配率逐渐增加，中部烟叶的钾分配率逐渐降低，说明增施钾肥能使钾素在不同部位的烟叶中均匀分配。

2.3 烤烟钾肥推荐施肥

2.3.1 钾肥用量的确定烤烟生产中，烟叶产量对烟农的收入起着决定性的作用，而钾肥用量对烟叶产量有着重要的影响。烟叶的产量随钾肥用量的增加先增加后降低，将烟叶产量（x1）和钾肥用量（y1）进行拟合，结果见图4-A（F检验为极显著）。以x1为变量，对方程（1）两边求导，得到方程： dy1/dx1=3.0717-0.0184x1，可计算得到最高产量施钾量为167 kg/hm2，对应的产量为2239.1 kg/hm2。根据边际收益等于边际成本，即dy1·yp=dx1·xp 计算最佳经济效益施钾量，可得到方程：3.0717-0.0184 x1=xp/yp，式中，xp为K2O价格3.4元/kg，yp为烟叶均价20元/kg，代入上述方程，解方程即可得到最佳经济效益施钾量为158 kg/hm2，此时的产量为2238.4 kg/hm2。烟叶的价格与其品质密切相关，施钾量通过影响烟叶含钾量来影响烟叶品质。烤烟整株和烟叶的钾积累量随钾肥用量的变化趋势与产量一致，均是先增加后降低，将烤烟整株钾积累量（y2）和烟叶钾积累量（y3）分别与钾肥用量（x2、x3）进行拟合，结果见图 4-B（F检验为极显著和显著）。以x2、x3为变量，对方程（2）和方程（3）两边求导，分别得到方程：dy2/dx2=0.2346-0.0012x2和dy3/dx3=0.1722-0.0008x3可计算得到最高整株钾积累量施钾量和最高烟叶钾积累量施钾量分别为196 kg/hm2和215 kg/hm2，对应的整株钾积累量和烟叶钾积累量分别为 100.13 kg/hm2和 53.47 kg/hm2。

2.3.2 不同钾肥用量下烤烟钾的积累与分配特征由表3可以看出，以不同标准计算得到的不同钾肥用量下，烟叶产量、钾积累量、烟叶含钾量和钾分配率均较高，且相差不大。而从钾肥用量来看，最佳经济效益时的钾肥用量相对较低，与当地的常规用量相比，减少了1/4左右，说明该钾肥用量在保证烟叶产量和含钾量的同时，还能降低经济投入，增加收益。因此，可确定本试验条件下的最佳钾肥用量为158 kg/hm2。

3 讨论

烤烟对钾的积累特征因烤烟品种和植烟区域的不同而存在一定的差异。相关研究指出，烤烟对钾的吸收高峰出现在移栽后 40～60 d，特别是移栽后 7周内，对钾的积累量可达到全生育期的70%～80%[4]。也有报道指出，烤烟前期对钾的吸收很少，30 d后吸收强度加大，45～60 d为钾素吸收高峰期，60 d后吸收量减少，75 d后迅速下降[5-6]。本研究表明，云烟 85对钾的积累高峰主要分为两个阶段，分别是旺长后期和中部叶成熟期，具体的天数因种植条件的不同而有所差异。有研究指出，烤烟打顶期之后，体内有大量的钾离子由地上部回流到根中，存在钾素外溢的现象，因此，烤烟成熟期对钾的积累较少[10-11]。而在本研究中，盆栽和大田种植结果均表明，云烟 85在下部烟叶成熟之后对钾的积累速率有一个急剧上升的趋势，中部烟叶成熟时的钾积累量较高。特别是在大田种植条件下，打顶后烤烟的钾积累速率虽然有所降低，但烟株的钾积累量仍然在增加，说明尽管此时烤烟体内的钾素存在着外排的现象，但其对钾的积累速率大于外排速率，且进入中部叶成熟期后，对钾的积累速率更大。而凉山烟区传统的追施钾肥大部分是在移栽后30 d内完成，钾肥的肥效是很快的，宜在其对钾的吸收高峰期前施入。因此，在后期的研究中，可考虑改变钾肥施用方式，增加后期的钾肥追施比例，在烤烟对钾的积累高峰期前追施钾肥，有望提高云烟85在后期的钾积累量。

表2 施钾量对不同部位烟叶含钾量、钾积累量和钾分配率的影响（2012年）Table2 Influence of K content, K accumulation and K distribution rate in various positions of leaves under various K rates (2012)

图4 施钾量与产量（A）和钾积累量（B）的关系（2012年）Fig.4 Relationship of K application rate with yield (A) and K accumulation (B) (2012)

钾在烤烟体内的分配情况影响着烟叶含钾量的高低，烤烟体内的钾主要分配于烟叶中，茎中次之，根中最少。相关研究指出，钾在烟叶中的分配率较低，在其他非经济器官中的分配率较高，且随着生长时期的推进，烟叶中的钾分配率逐渐降低[20-21]。钟晓兰等[8]认为，施钾量对烤烟体内的钾分配率影响不大。郑宪滨等[11]研究表明，增施一定量的钾肥，烟叶中的钾分配率有所增加，而当施钾量进一步的提高，烟叶中的钾分配率增加较少，且有降低的趋势。本研究表明，打顶之前，随钾肥用量的增加，烟叶的钾分配率逐渐增加；而打顶之后，不同钾处理下的烟叶钾分配率均逐渐降低，当钾肥用量为180 kg/hm2左右时可保证成熟期的烟叶具有一个相对较高的钾积累量和钾分配率。据报道，烟叶的含钾量因叶位的不同而有所差异，大量的研究还表明，烤烟烟叶的含钾量随叶位由下至上逐渐降低[20,22-23]。也有学者指出，供钾充足时，由下至上烟叶含钾量逐渐降低；供钾不足时，会引起下部烟叶的钾往上运输，含钾量随叶位的上升而增大[24]。因此在本研究中，FK0处理下云烟85的中部烟叶含钾量和钾分配率高于下部烟叶。当钾肥用量为180 kg/hm2左右时可保证中、下部烟叶具有一个相对较高的含钾量和钾积累量，而上部烟叶的含钾量则需要进一步的增加施钾量才能有所提高。

近年来，关于施钾量与烟叶含钾量关系的研究已有相关报道，适宜的钾肥用量不但能保证烟叶产量，还有利于提高烟叶含钾量[8,25]。郑宪滨等[11]指出，只要持续有效的给烤烟供应充足的钾素，就能使烟叶的含钾量保持在一个相当高的水平，钟晓兰等[8]则认为，一定范围内，随着施钾量的增加，烟叶的含钾量显著增加，但是当施钾量超过一定量后，含钾量增加缓慢，最后趋于平缓。烤烟对钾的吸收因品种和地区的不同存在一定的差异。杨铁钊等[6]利用指数方程将烤烟生长天数与钾积累量进行拟合，计算得到了烤烟最大钾积累速率的生长阶段。因此，本研究采用了一元二次模型将烟叶产量、烟叶钾积累量和整株钾积累量分别与钾肥用量进行拟合，烟叶钾积累量与钾肥用量的相关性达显著，烟叶产量和烤烟整株钾积累量与钾肥用量的相关性达到了极显著。通过对比分析，以最佳经济效益计算得到的钾肥用量不仅能保证烟叶的产量和含钾量，其用量也仅为当地常规用量的3/4左右。因此，可确定在本试验条件下，种植云烟 85的最佳钾肥用量为158 kg/hm2。

4 结论

云烟 85的钾积累高峰在旺长后期和中部叶成熟期。烟叶产量、含钾量、钾积累量和钾分配率均随钾肥用量的增加先增大后减小，含钾量和钾积累量差异显著。本试验条件下，种植云烟 85的最佳钾肥用量为158 kg/hm2。

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