施钾量对不同生态区烤烟生长和钾肥利用率的影响

2020-11-04陈熙卓宋文静王文楷李锡锦董建新

中国烟草科学 2020年5期

季璇，陈熙卓，宋文静，李哲,4，杨波,5，王文楷，李锡锦，丛萍，董建新*

（1.中国农业科学院烟草研究所，青岛 266101；2.中国农业科学院研究生院，北京 100081；3.福建省烟草公司三明市公司，福建三明 365000；4.山东中烟工业有限责任公司济南卷烟厂，济南 250104；5.江西省烟草公司赣州市公司，江西赣州 341000；6.曲靖市烟草公司罗平分公司，云南罗平 655800)

钾是与烟草品质关系最为密切的矿质元素之一，当烟叶钾含量≥2%时，其燃烧性、焦油产生量、香气质、香气量和阴燃持火力显著改善[1-2]。与国际优质烟叶相比，目前我国烟叶钾含量总体偏低，且呈南高北低的趋势[3]。土壤供钾水平和钾肥吸收利用效率是制约烟叶钾含量提高的关键因素，土壤中全钾含量约1%～3%，其中有效钾一般不超过全钾的2%[4]，尚难以满足烤烟对钾的需求，因此烤烟生产中常需投入大量钾肥。有数据表明我国烟草种植面积仅占耕地总面积的1%，但却消耗了5.9%的全国耕地钾肥用量[5]。

硫酸钾是我国烤烟常用钾肥，然其长期大量施用虽能在一定程度上提高烟叶干物质积累量和钾积累量，但也会导致钾肥当季利用率显著下降[6]。钾肥施用量需因地制宜，适宜钾肥施用量一直是我国烤烟生产关注的关键问题之一。已有研究发现，不同地区、不同的施钾量对烟叶生长及土壤质量等影响不同：江西烟区烤烟烟叶产量和品质随施钾量的增加而增加，但施钾量超过315 kg/hm2后，烟叶产量和品质明显下降[7]。四川凉山烟区施钾量在0～360 kg/hm2范围内，随施钾量增加烟叶产量和钾积累量呈先增后降的趋势，当施钾量为158 kg/hm2时烟叶产量（2239.1 kg/hm2）和钾积累量（53.4 kg/hm2）接近最高[8]。山东烟区施钾量在0～248 kg/hm2范围内，随施钾量增加，烤烟烟叶生物量和钾含量提高，但同时土壤也出现酸化，连续8 年在烤烟生产季施钾247.57 kg/hm2，土壤pH 由初始的5.56 降到5.11[9]。我国现有烤烟钾肥施用量的研究主要集中在某一烟区[10-13]，对不同生态区缺乏系统的研究。山东省即墨县与云南省罗平县是气候和土壤差异极为显著的烤烟产区，分属于沂蒙丘陵生态区-蜜甜焦香型和西南高原生态区-清甜香型[14]，两地钾肥投入对烤烟生产的影响异同如何尚有待研究，为此，本研究在这两个地区开展了不同施钾水平的田间试验，探究硫酸钾肥用量对烤烟钾素吸收、钾肥利用率和土壤钾素平衡的影响，为不同生态区优质烟叶生产的钾肥运筹提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

即墨试验田位于山东省即墨市龙泉街道办事处中国农业科学院烟草研究所试验基地（120°34′E，36°26′N），海拔75 m，温带季风气候，年均日照时数2726 h，气温12 ℃，降水量750 mm，无霜期介于196～234 d，种植模式为烤烟-冬闲，砂壤，低肥力棕壤，0～20 cm 土壤pH 5.17，有机质10.9 g/kg，全氮0.57 g/kg，碱解氮109.2 mg/kg，全磷0.30 g/kg，有效磷17.8 mg/kg，全钾18.3 g/kg，速效钾62.4 mg/kg。

罗平试验田位于云南省罗平县罗雄镇（104°19′E，24°48′N），海拔1503 m，亚热带高原季风气候，年均日照时数1685 h，气温15.1 ℃，降水量1700 mm，无霜期280 d，种植模式为烤烟-油菜轮作，粘壤质高肥力山地黄壤，0～20 cm 土壤pH 5.90，有机质36.8 g/kg，全氮1.97 g/kg，碱解氮167.4 mg/kg，全磷1.61 g/kg，有效磷35.4 mg/kg，全钾12.9 g/kg，速效钾265.6 mg/kg。

1.2 试验设计

2013 年在即墨、罗平开展田间试验。试验设计采用“3414”试验的单因素试验方案[15]。随机区组法划分小区，3 次重复，试验设计与施肥量见表1。即墨烤烟品种为NC89，6 月3 日移栽，小区面积为12 m2，株行距为50 cm×110 cm，所有肥料烤烟移栽前一次性基施。罗平烤烟品种为K326，小区面积为30 m2，5 月11 日移栽，株行距为60 cm×120 cm，烤烟移栽前基施部分钾肥（T1 对应的施肥量），T2、T3 剩余钾肥于烤烟移栽25 d 后追施。

表1 试验设计与养分投入量Table 1 Test design and nutrient input

1.3 试验方法

样品采集：烟打顶后一周，各小区采集5 株代表性烟株，洗净晾干后分根、茎、叶于105 ℃杀青30 min，75 ℃烘至恒重，测定质量。

样品分析：粉碎过筛（0.25 mm），采用H2SO4-H2O2消煮-火焰光度计法测烤烟各部分钾（K2O）含量[16]。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2016 整理数据，绘制表格。使用SAS 9.4 进行数理统计和差异显著性分析（p＜0.05），Origin 9.0 绘图。

2 结果

2.1 施钾量对烤烟生物量和钾素吸收的影响

由表2 可知，烤烟打顶后，即墨T1 烟叶生物量和总生物量较CK 显著提高；T2 和T3 烤烟根和叶的生物量及总生物量较CK 显著提高，但T2 和T3 处理间差异不显著；T1、T2、T3 较CK 显著提高茎的生物量，增幅分别为14.37%、21.12%和15.36%，处理间差异不显著。总生物量的大小关系为T2＞T3＞T1＞CK，其中T1、T2、T3 分别显著高于CK 8.78%、24.52%和22.23%，T2 和T3 显著高于T1 14.47%和12.37%。

表2 不同钾素水平下烤烟生物量的差异Table 2 Biomass of different organs of flue-cured tobacco under different potassium levels kg/hm2

罗平烤烟根的生物量关系为T3＞T2＞T1＞CK，茎的生物量关系为T2＞T3＞CK＞T1，处理间差异均不显著。T1、T2、T3 烟叶生物量较CK 分别显著提高12.41%、19.52%和13.11%；总生物量大小关系为T2＞T3＞T1＞CK，其中T1、T2 和T3 分别高于CK 7.39%、16.76%和12.04%，仅T2 显著高于CK。

同一施钾水平下，罗平烤烟根、茎、叶生物量明显高于即墨，其总生物量约是即墨的2～3 倍。

由表3 可知，即墨烤烟根和茎的钾积累量均表现为T2＞T3＞T1＞CK，T1、T2、T3 根钾积累量分别较CK 显著提高95.45%、181.82%、140.91%；茎钾积累量分别较CK 显著提高29.17%、48.81%、36.31%。各处理烟叶钾积累量差异显著，大小关系为T3＞T2＞T1＞CK，较CK 增加18.21%～178.15%；各处理钾总积累量差异显著，其中以T3 最高，较CK 显著增加115.16%。

罗平T2 和T3 较CK 分别显著提高烤烟根和茎的钾积累量，其中T2 和T3 烤烟根的钾积累量分别显著高于CK 17.22%和21.16%；T2 和T3 烤烟茎的钾积累量分别显著高于CK 31.21%和21.16%。T1和T2 烟叶钾积累量较CK 分别显著提高33.27%和39.65%，T3 烟叶钾积累量较CK 提高不显著。各处理钾总积累量的显著性水平表现为T2 最高，T1 与T3 次之，CK 最低，其中T2 显著高于CK 33.82%。同一施钾水平下，即墨烤烟不同器官钾积累量和钾总积累量明显低于罗平。

表3 不同钾素水平下烤烟各器官钾（K2O）积累量的差异Table 3 Potassium (K2O) accumulation in different organs of flue-cured tobacco under different potassium levels kg/hm2

2.2 施钾量与烟叶产量、烟叶钾含量和烤烟钾总积累量之间的相关性分析

由图1（A、B、C）可知，即墨施钾量与烟叶产量、烟叶钾含量和烤烟钾总积累量之间呈极显著正相关关系，表明烟叶产量、烟叶钾含量和烤烟钾总积累量随施钾量增加而增加。

图1 施钾量与烟叶产量、烟叶钾（K2O）含量和烤烟钾（K2O）总积累量的关系Fig.1 The relationship between potassium application rate and tobacco leaf yield,potassium (K2O) content and total potassium(K2O) accumulation

由图1（D、E、F）可知，罗平施钾量与烟叶产量、烟叶钾含量和烤烟钾总积累量之间的关系符合一元二次方程曲线，烟叶产量、烟叶钾含量和烤烟钾总积累量随施钾量增加表现为先上升后下降，呈明显的报酬递减规律。当施钾量为135 kg/hm2时，烟叶产量、烟叶钾含量和烤烟钾总积累量与最大烟叶产量6579 kg/hm2、最高烟叶钾含量2.19%和最大钾总积累量230 kg/hm2接近。

同一施钾水平下，罗平烟叶产量和钾总积累量明显高于即墨，但罗平施钾肥处理的烟叶钾含量在2%左右，而即墨烟叶钾含量高达3.64%。

2.3 施钾量对土壤钾素平衡和钾肥利用率的影响

由表4 可知，即墨T1、T2、T3 土壤钾素显著盈余，盈余程度为T3＞T2＞T1；罗平T1、T2、T3土壤钾素显著亏缺，亏缺程度T1＞T2＞T3。两地CK 土壤钾素均表现亏缺，罗平试验田的亏缺程度大于即墨。

由表5 可知，即墨T2 和T3 较T1 显著提高钾肥表观利用率，两处理钾肥表观利用率均低于30%，差异不显著。T1、T2、T3 钾肥农学效率关系为T2＞T3＞T1。各处理钾肥偏生产力差异显著，T1 较T2 和T3 分别显著提高66.24%和145.58%，T2 较T3 显著提高47.72%。

表4 不同钾用量对土壤钾素平衡的影响Table 4 Effects of soil nutrient balance under different potassium fertilizer application

罗平T1 和T2 钾肥表观利用率显著高于T3，两处理钾肥表观利用率均在45%以上，差异不显著。T1、T2、T3 钾肥农学效率关系为T1＞T2＞T3。各处理的钾肥偏生产力差异显著，T1 较T2 和T3 分别显著提高80.10%和198.14%，T2 较T3 显著提高58.50%。

同一施钾水平下，即墨钾肥利用率的各项指标远低于罗平。

表5 不同钾用量对钾肥利用率的影响Table 5 Effects of utilization rate of potassium fertilizer under different potassium fertilizer application

3 讨论

在土壤肥力水平较低的即墨试验田，施钾肥显著增加烤烟总生物量，钾2 水平处理和钾3 水平处理烤烟根、叶的生物量和总生物量较钾1 水平处理显著增加（表2），由此可见总生物量的增加主要由烤烟根和叶生物量的增加引起，增施钾肥促进根系的生长发育，强壮的根系加强对养分的吸收，并不断为地上部尤其是叶片生长发育提供养分，促进烟叶生长[1]。施钾肥显著增加即墨烤烟根茎叶的钾积累量，钾2 水平处理根和茎的钾积累量明显高于钾3 水平处理，而叶片钾积累量和钾总积累量显著低于钾3 水平处理（表3），说明钾2 水平处理根部吸收的钾多贮存在根部和茎部，未能充分转运到叶片中。即墨烤烟施钾量与烟叶产量和烟叶钾含量呈极显著正相关关系，增施钾肥提高烟叶产量的同时显著提高烟叶钾含量；同时也表明在肥力较低的田块继续增施钾肥，烟叶产量和含钾量仍可以继续得到提升。在土壤肥力水平较高的罗平试验田，相较于对烤烟根和茎生物量的影响而言，施钾肥更易显著增加烤烟烟叶生物量，表明施钾肥主要促进烟叶生长，烟叶生物量的增加是总生物量增加的主要原因。本研究中罗平烟叶产量、烟叶钾含量和钾总积累量均随施钾量的增加呈先增加后降低的趋势，表现出明显的报酬递减的规律，与李静等[8]研究结果相同。当施钾量为钾2 水平（135 kg/hm2）时，罗平烟叶产量、烟叶钾含量和烤烟钾总积累量接近最大值。可见，对罗平而言，钾2 水平施钾量是提高烟叶产量，改善烟叶品质的适宜用量。

顶端不仅是烟株的生长中心和物质交换中心，也是生长素合成的主要部位，生长素调节烟株体内同化物及矿质养分的运输和分配[19]。研究表明打顶导致烟株钾含量下降，烟碱含量大幅增加[20-21]。本试验中，两地均在烤烟打顶后一周取样，用此时的生物量代表产量，同时测定烟叶钾含量。烟田其他烟株上部叶继续生长，生长素合成不足，使烟株对钾素的吸收减少，因此本试验结果的产量较实际略低，而烟叶钾含量较实际偏高。

不施钾肥处理的土壤表观平衡的数值能够反应土壤本身的供钾能力[22]，即墨和罗平的土壤供钾水平分别为70.44 和180.92 kg/hm2，可见罗平土壤供钾水平明显高于即墨；即墨试验地选用的NC89是钾高效基因型品种，耐低钾胁迫；而罗平试验地选用的K326 是钾低效基因型品种，不耐低钾胁迫[23]，由此可见土壤自身供肥能力不同是导致两地烤烟长势悬殊的主要原因。钾肥表观利用率反映烤烟对投入土壤的钾肥的回收效率，钾肥农学效率反映单位钾肥的增产效应，钾肥偏生产力反映单位钾肥生产的烟叶产量[24]。当施钾量较低时，土壤的缓效钾转化为易被烤烟吸收的速效钾[25]，促进烤烟生长，尤其烟叶生长，烟叶产量增加，因而两地钾1 水平处理钾肥偏生产力显著增加。即墨施钾量在钾2 水平上继续增加时，过量钾肥打破土壤中不同形态的钾的平衡，土壤速效钾含量增加的同时，被固定转化为缓效钾的量增加，钾的有效性降低，钾肥利用率降低，土壤钾素盈余严重，存在潜在环境风险[26]。罗平钾肥表观利用率随施钾量增加先略有增加后显著降低，其钾肥农学效率和钾肥偏生产力均随施钾量的增加而降低，这是由于烤烟生长季（5～10 月）正值当地降雨集中期，尤其烤烟旺长的7、8 月份多大雨、暴雨，钾被雨水淋溶流失严重，可供烤烟吸收利用的钾少，烤烟不断从土壤中汲取钾营养，继而使土壤钾素亏缺严重[25,27]。罗平试验田位于罗雄坝区，烤烟-油菜的种植模式已超过10 年，虽然烟草季钾素亏缺，但是由于油菜季大量施用钾肥且油菜秸秆连年还田弥补了烟草季钾素的亏缺，因此土壤肥力一直维持在较高水平。由此可见，在一定范围内，施钾量是限制即墨烤烟钾肥利用率提高的关键因子，施钾量超过一定量后不利于即墨钾肥利用率的提升。增施钾肥对罗平烤烟钾肥利用率的积极影响较小，且多为负作用。由此推断：施钾量不是限制罗平烤烟钾肥利用率提高的关键因子，施钾方式可能是限制当地钾肥利用率提高的重要因素，于烤烟吸钾的高峰前追施钾肥可能是提高罗平烤烟钾肥利用率的有效措施[28]。

4 结论

施钾量对两地烤烟生长、钾素吸收和钾肥利用率的影响不尽相同。当施钾量为247.5 kg/hm2时，即墨烤烟产质量增加，钾肥利用率提高，土壤钾素盈余严重，存在潜在环境风险。当施钾量为135 kg/hm2时，罗平烤烟产质量和钾肥利用率高，烟草季土壤钾素亏缺严重。综上，钾2 水平施钾量在提高烟叶产质量、平衡土壤钾素盈亏以及提高钾肥利用率方面具有显著效果，可作为山东即墨和云南罗平烤烟生产的适宜施钾量。此外，当前施钾量下需改善施钾方式，基施加追施尤其是在烤烟需钾高峰前追施钾肥是进一步提高两地钾肥利用率的有效措施。