烤煙緩/控釋鉀肥研究進展

韓 丹, 劉 金, 黎妍妍, 涂書新, 黃五星, 郝三輝, 許自成*

1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院, 鄭州 450002; 2.青島和協(xié)生物技術(shù)有限公司, 山東 青島 266010; 3.湖北省煙草科學(xué)研究院, 武漢 430030; 4.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院, 武漢 430070

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烤煙緩/控釋鉀肥研究進展

韓 丹1, 劉 金2, 黎妍妍3, 涂書新4, 黃五星1, 郝三輝1, 許自成1*

1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院, 鄭州 450002; 2.青島和協(xié)生物技術(shù)有限公司, 山東 青島 266010; 3.湖北省煙草科學(xué)研究院, 武漢 430030; 4.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院, 武漢 430070

發(fā)展烤煙緩/控釋鉀肥對于保護生態(tài)環(huán)境及降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本具有重要的意義。總結(jié)了國內(nèi)外有關(guān)緩/控釋鉀肥在烤煙上的相關(guān)研究和應(yīng)用進展，介紹了緩/控釋鉀肥的基本概念，就緩/控釋鉀肥對烤煙生長發(fā)育、煙葉鉀含量及品質(zhì)性狀、經(jīng)濟性狀、土壤鉀含量的影響作了綜述，并且提出了當(dāng)前研究中的一些問題。緩/控釋鉀肥能夠促進烤煙的生長，提高土壤鉀含量，進而提高煙葉鉀含量，改善煙葉品質(zhì)，增加產(chǎn)量產(chǎn)值，但也存在控釋鉀肥包膜材料和機理研究不足、與普通肥配施研究較少等問題，因此有必要就緩/控釋鉀肥在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀、前景、存在問題及對策予以討論，以期為我國緩/控釋鉀肥產(chǎn)業(yè)化提供理論依據(jù)。

緩/控釋鉀肥；烤煙

煙草是我國主要的經(jīng)濟作物之一，其產(chǎn)量和種植面積均位于世界前列。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，在2014年，我國煙葉種植總面積達146.3萬hm2，煙葉總產(chǎn)量299.4萬t，煙草行業(yè)工商利稅達到9 110.3億元，占當(dāng)年國家財政收入的6.49%[1]。但是我國煙葉整體質(zhì)量不高，主要原因是我國煙葉鉀含量相對較低，多在1%～2%，而優(yōu)質(zhì)煙葉鉀含量多在2.5%以上[2,3]?？緹熓窍测浗?jīng)濟作物，生產(chǎn)100 kg干煙葉需從土壤中吸收鉀元素9.88 kg[4]。煙葉生產(chǎn)中為提高煙葉鉀含量主要采取提高鉀肥施用量[5]、更換鉀肥品種[6]和改變鉀肥追肥次數(shù)和時期[7,8]等方法，但未取得較好的效果。如何提高烤煙的鉀肥利用率、減少肥料鉀對烤煙土壤的不利影響和降低施肥勞動量是發(fā)展烤煙高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效生產(chǎn)的主要任務(wù)。與普通鉀肥相比，緩/控釋鉀肥在作物整個生長發(fā)育時期均可以滿足其生長的需要，這主要是因為緩/控釋鉀肥具有養(yǎng)分釋放速率相對緩慢、釋放期相對較長和養(yǎng)分利用率相對較高等[9～11]優(yōu)勢，為提高烤煙的鉀含量提供了一種新的有效途徑?？緹煂Φ外涴B(yǎng)分的需肥特征在整個生育期并不一致，特別是成熟期養(yǎng)分需求有“低氮高鉀”的特點，因此，單質(zhì)的緩/控釋鉀肥較緩/控釋復(fù)合肥對烤煙生產(chǎn)有更強的現(xiàn)實意義。本文就緩/控釋鉀肥對烤煙生長發(fā)育、煙葉鉀含量與品質(zhì)及經(jīng)濟性狀、土壤鉀含量等方面進行了綜述，并指出了緩控釋鉀肥在烤煙生產(chǎn)應(yīng)用中的發(fā)展方向，以期為煙草品質(zhì)育種研究提供參考。

1 緩/控釋肥基本概念和釋放機理

1.1 緩/控釋肥的概念

國際上對緩釋肥料與控釋肥料的概念至今仍沒有系統(tǒng)區(qū)分，美國作物營養(yǎng)協(xié)會(Association of American Plant Food Control Officials,AAPFCO)的官方用語和定義中兩者也同時使用[12]。但實際上，控釋肥與緩釋肥的要求并不一致，因此，有專家認(rèn)為，應(yīng)將緩釋肥料和控釋肥料的概念嚴(yán)格區(qū)分開來。有文獻指出，緩釋肥(SRFs)又叫做長效肥料，與普通肥料相比，緩釋肥在施入土壤后可轉(zhuǎn)變?yōu)樽魑锬軌蛭绽玫挠行юB(yǎng)分，速率相對緩慢。并且，它的釋放速率和持續(xù)時間不能很好地控制，施肥方式的不同和環(huán)境條件的變化均會對其產(chǎn)生較大的影響。然而，控釋肥料則不同，其釋放速率和持續(xù)時間均已知，并能夠較好的控制[13,14]。筆者認(rèn)為有必要對緩釋肥料和控釋肥料作嚴(yán)格的區(qū)分，特別是控釋肥料需明確標(biāo)明肥料養(yǎng)分釋放規(guī)律和肥料適用的作物和適用地區(qū)等條件，這將有利于緩/控釋肥料行業(yè)的發(fā)展。另外，作物不同生育期對氮和鉀養(yǎng)分的需求規(guī)律并不一致，因此有必要研究單質(zhì)的緩控釋氮肥和緩控釋鉀肥，以利于作物更好的吸收養(yǎng)分，從而提高肥料的利用效率。

1.2 緩/控釋肥的分類及釋放機理

根據(jù)養(yǎng)分緩/控釋的機理不同可以把緩控釋肥分為化學(xué)合成緩溶型、生化抑制型和包膜型等3種[12,15,16]。

1.2.1 化學(xué)合成緩溶性肥料 緩溶性肥料使用微溶于水的化學(xué)營養(yǎng)物質(zhì)合成，利用營養(yǎng)成分分子結(jié)構(gòu)緩慢溶解的特性，達到持續(xù)施肥效果。同時，按照化學(xué)物質(zhì)的不同，可以分為兩種：一是以脲醛肥料為代表的有機氮化合物；二是以酸化磷礦為代表的微水溶性或檸檬酸溶性的無機肥料[17]。

1.2.2 生化抑制型緩釋肥 合成緩溶性肥料的緩釋效果來源于肥料中加入的生化抑制劑。這些抑制劑(如：硝化抑制劑、胺穩(wěn)定劑等)是通過抑制緩解硝化-反硝化作用而減緩肥力供應(yīng)，達到氮素緩釋、提高氮肥利用率的目的[13]。

1.2.3 包膜型肥料 包膜型肥料達到緩釋目的的方法是物理阻隔，即使用不同的材料對肥料顆粒進行包裹，控制供養(yǎng)過程。這種肥料根據(jù)使用的材料不同，目前可以分為兩種：一種是硫包膜尿素[18,19]；另一種是有機高聚物包膜控釋肥料[20]。

2 烤煙緩/控釋鉀肥研究進展

2.1 緩/控釋鉀肥對烤煙生長和生理特性的影響

大量研究表明，緩/控釋鉀肥不僅能夠促進作物的生長，而且能有效提高作物的抗逆性，對作物的各項生理指標(biāo)也存在較大的影響。有研究表明，與普通鉀肥相比，緩/控釋鉀肥可以不同程度的促進煙株的生長發(fā)育，不同生育期有效葉片數(shù)、葉長、葉寬、最大葉面積均有增加[21,22]。緩釋肥料制備方式不同，對作物的生長影響較大。王少先等[23]研究表明，混合成囊法制造的緩釋肥料對作物生長的影響較大，并且隨著生育期的延長，處理之間的差異也越來越顯著。緩/控釋鉀肥不僅在烤煙上有這樣的作用，在其他作物上也效果顯著，例如在玉米上施用全降級緩釋肥、硫包衣緩釋肥和普通緩釋肥不僅促進了玉米株高、莖粗、穗長和穗粗等指標(biāo)的增加，顯著提高了玉米的產(chǎn)量，并且全降級緩釋肥和硫包衣緩釋肥的處理中玉米的產(chǎn)量顯著高于普通緩釋肥處理[24]。緩/控釋鉀肥對烤煙生理指標(biāo)方面的影響報道很少，但控施肥對烤煙生理指標(biāo)的影響顯著。控釋肥料的添加能夠提高烤煙的根系活力和煙株熵流量，增加煙株對水分和養(yǎng)分的吸收，降低K+與Ca2+、Mg2+的拮抗作用[25]。馬松[26,27]研究結(jié)果顯示，與不施肥相比，施用普通復(fù)合肥和控釋復(fù)合肥均能有效改善烤煙株高、莖圍、葉長、葉寬以及有效葉數(shù)。同樣，增加控釋復(fù)合肥的用量能顯著提高烤煙葉片生育期的葉綠素、類胡蘿卜素、抗壞血酸含量、超氧化物歧化酶活性和過氧化物酶活性，同時，烤煙葉片氮、磷、鉀含量也呈現(xiàn)上升趨勢；相反，增施控釋復(fù)合肥顯著降低了烤煙葉片類胡蘿卜素、丙二醛、抗壞血酸、谷胱甘肽含量和超氧陰離子自由基的產(chǎn)生速率。曹升[28]在木薯上的研究結(jié)果也類似，與完全施用常規(guī)肥相比，配施不同比例的控釋肥不僅提高了硝酸還原酶的活性，增加了葉片中可溶性蛋白和可溶性糖的含量，增強了木薯中后期抗衰老的特性，而且在塊根形成期至塊根膨大后期，不同比例配施控釋肥能夠不同程度的增粗木薯的莖稈。

2.2 緩/控釋鉀肥對烤煙體內(nèi)鉀含量的影響

煙草是代表性的喜鉀作物之一，提高煙葉中鉀的含量對改善煙葉品質(zhì)有重要的意義。相比普通鉀肥，緩/控釋鉀肥在提高煙葉體內(nèi)鉀含量的效果極為顯著。由于緩/控釋鉀肥具有養(yǎng)分釋放特征與烤煙生育期養(yǎng)分需求的規(guī)律一致的特點。與普通鉀肥相比，有機聚合物包膜硫酸鉀肥、硫包膜硫酸鉀肥、有機聚合物包膜復(fù)合鉀肥3種控釋鉀肥的添加使得烤后煙葉中鉀含量增加了0.80%～1.15%[29]。張翔等[30]得到類似的研究結(jié)果，較普通肥處理，生物包膜控釋鉀肥的使用使煙葉鉀含量提高了10.30%～12.90%。另外，緩/控釋鉀肥的施用不僅能夠顯著提高煙葉中的鉀含量，而且常規(guī)鉀肥與控釋鉀肥的配施顯著降低了施肥成本，硫酸鉀與控釋肥分別于50 d與90 d配合施用最大可使煙葉中鉀含量增加35.17%[31]。同樣，劉金[32]通過盆栽和大田試驗研究了包膜硝酸鉀、腐殖酸氯化鉀和包膜腐殖酸氯化鉀等3種緩釋肥料對烤煙鉀含量的影響，結(jié)果表明，相對于普通鉀肥處理，使用包膜緩/控釋鉀肥處理的煙葉鉀含量提高了9%～38%。并且，經(jīng)緩釋肥處理的烤后煙葉中鉀含量均高于2.5 %，達到優(yōu)質(zhì)煙葉的標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 緩/控釋鉀肥對煙葉品質(zhì)的影響

緩/控釋鉀肥改善煙葉品質(zhì)，這主要是通過協(xié)調(diào)煙葉常規(guī)化學(xué)成分的平衡來實現(xiàn)的。緩釋鉀肥提高了烤后煙葉的鉀含量，不同程度的提高了石油醚提取物的含量，促進各項常規(guī)化學(xué)成分的協(xié)調(diào)，改善煙葉的品質(zhì)[21]；張翔等[30]的試驗結(jié)果表明，包膜控釋鉀肥處理煙葉與對照處理相比，在香氣質(zhì)、香氣量和余味上評吸得分有提高；包膜控釋鉀肥可以使煙葉總糖、還原糖含量和糖堿比等煙葉化學(xué)成分更加協(xié)調(diào)，進而明顯改善煙葉品質(zhì)。張雪芹和彭克勤[33]在研究烤煙緩釋肥料對烤煙的影響方面得出一致的結(jié)論。同樣，緩/控釋肥對其他作物的品質(zhì)也有很好的改善作用。Tang等[34]通過盆栽試驗，研究了緩控釋肥料對辣椒生長及養(yǎng)分利用效率的影響。結(jié)果表明，與常規(guī)施肥相比，聚合物包膜控釋肥料的使用能夠提高單果質(zhì)量和Vc含量，提高根系活力，使產(chǎn)量增加了8.4%，而NH4MgPO4包膜控釋肥的使用使可溶性糖含量提高了5.67%，但對單果質(zhì)量和Vc含量的影響較小。邱現(xiàn)奎等[35]對白菜上的研究得到了類似的結(jié)果，與普通復(fù)合肥相比，包膜緩釋肥的添加增加了白菜維生素C、可溶性糖含量和糖酸比，降低了有機酸的含量。

2.4 緩/控釋鉀肥對烤煙經(jīng)濟性狀的影響

多數(shù)研究結(jié)果表明，緩/控釋鉀肥的使用能夠在一定程度上影響煙葉的產(chǎn)量和產(chǎn)值，其影響作用主要表現(xiàn)在提高煙葉中鉀含量和改善煙葉品質(zhì)上。王鵬等[36]研究結(jié)果表明，與普通施肥處理相比，包膜硝酸鉀肥在控釋期為60 d時產(chǎn)量和產(chǎn)值達到最大值，產(chǎn)量為1 825 kg/hm2，增加了3.77%，產(chǎn)值達29 994元/hm2，增加了6.36%，上等煙葉率也最高，達到48.37%。王少先等[23]也得到了類似的研究結(jié)果，烤煙專用的包膜控釋鉀肥的施肥量在750 kg/hm2時，可以使上等煙葉率達到46.50%，煙葉產(chǎn)量也提高了15.30%。他們還發(fā)現(xiàn)在保證煙葉內(nèi)在質(zhì)量基礎(chǔ)上，要獲得常規(guī)施肥處理水平的煙葉產(chǎn)量和經(jīng)濟效益，可以采用減少20%的烤煙專用控釋鉀肥用量，從而節(jié)約了成本，另外特別指出，這種烤煙專用的包膜鉀肥是以硫酸鉀為肥芯采用混合成囊法制作而成。然而，也有研究結(jié)果顯示，硫酸鉀用量不同和包膜肥料的緩釋期不同，配合施用這兩種肥料對煙葉產(chǎn)量的影響也有差別[31]。劉金[32]研究表明，包膜硝酸鉀、腐殖酸氯化鉀和包膜腐殖酸氯化鉀3種緩/控釋鉀肥可提高烤煙產(chǎn)量2.1%～6.8%。并且以包膜硝酸鉀肥效果最好，其產(chǎn)值可增加12 000元/hm2?？傊?，緩/控釋肥不僅可以促進煙葉的生長，增加煙葉的產(chǎn)量，而且還可以改善煙葉品質(zhì)，增加烤煙上等煙葉率，提高煙葉的平均單價，從而達到提高效益的目的。上等煙葉率不高一直是限制我國烤煙質(zhì)量的重要因素，我國烤煙種植業(yè)的重點已從提高烤煙產(chǎn)量向提高烤煙質(zhì)量的方向發(fā)展，緩/控釋肥為提高煙葉質(zhì)量提供了更多的選擇。

2.5 緩/控釋鉀肥對植煙土壤鉀含量的影響

緩/控釋鉀肥可以改善烤煙土壤中鉀的營養(yǎng)狀況，成熟期土壤速效鉀含量有明顯增加。杜志勇等[37]以常規(guī)鉀肥和不施鉀肥作對照，對烤煙近根區(qū)土壤和非根區(qū)土壤速效鉀含量做了研究。結(jié)果表明，常規(guī)鉀肥處理近根區(qū)的土壤速效鉀含量均低于非根區(qū)土壤，控釋鉀肥處理根區(qū)土壤速效鉀含量高于非根區(qū)土壤，有烤煙根區(qū)鉀素的富集現(xiàn)象。陳劍秋等[29]通過控釋鉀肥養(yǎng)分釋放試驗和大田試驗對控釋鉀肥中植煙土壤供鉀特性做了研究，施用控釋肥能夠明顯提高土壤速效鉀含量，以包膜硫酸鉀最為顯著。陳宏坤等[25]通過控釋肥養(yǎng)分釋放試驗和盆栽試驗，研究了控釋肥料對植煙土壤的影響，結(jié)果表明，施用控釋肥提高了土壤鉀含量及其空間有效性；提高了土壤真溶液中的鉀含量，常規(guī)肥處理土壤真溶液的鉀含量為30.8 mg/kg，控釋肥處理真溶液鉀含量達61.5 mg/kg，在烤煙生長后期土壤真溶液鉀含量的提高對于最終提高煙葉鉀含量具有重要意義。

3 展望

為促進緩/控釋肥技術(shù)的推廣創(chuàng)新與肥料行業(yè)的發(fā)展，國家給予了巨大的支持，先后在一系列文件中提出了緩/控釋肥的發(fā)展要求，并在2013年將其列入中央一號文件，同年，農(nóng)業(yè)部將緩釋肥列入農(nóng)業(yè)支持項目中，在很大程度上促進了行業(yè)發(fā)展和研究的深入開展。

烤煙鉀含量影響烤煙品質(zhì)，開發(fā)烤煙專用的緩/控釋鉀肥，在生產(chǎn)中有重要意義。緩/釋鉀肥近年來已成為研究熱點，取得了很大的進步，但同時也存在許多問題，如緩/控釋肥料價格偏高、工業(yè)化生產(chǎn)難、養(yǎng)分釋放與作物需求不一致、農(nóng)民認(rèn)知程度低等[38]，今后的緩/控釋鉀肥的發(fā)展可重點考慮下述幾個方面：①過去采用的緩/控釋鉀肥多是緩釋氮磷鉀復(fù)合肥，實際使用中主要以氮磷肥為主，很少有緩釋的鉀肥。發(fā)展包括氮磷鉀及微量元素在內(nèi)的緩控釋復(fù)合肥無疑具有重要意義。② 開發(fā)專用的緩控釋鉀肥。由于烤煙類作物是喜鉀作物，緩/控釋鉀肥對提高烤煙作物的品質(zhì)和產(chǎn)量有非常重要的作用，應(yīng)該根據(jù)具體情況大力發(fā)展不同作物的專用緩控釋鉀肥。③開發(fā)控釋鉀肥新型包膜材料。目前，生產(chǎn)緩/控釋鉀肥，如硫酸鉀等肥料存在技術(shù)障礙，這可能與鉀肥易溶于水、包膜材料不易選擇、控釋期不易控制有關(guān)。因此需開發(fā)出適合生產(chǎn)儲存且價格低廉的新型包膜材料，另外還要結(jié)合烤煙的需肥規(guī)律和當(dāng)?shù)氐耐寥琅c氣候條件，結(jié)合測土配方施肥，改善配套的農(nóng)藝措施，實現(xiàn)個性化的研究與定制生產(chǎn)。④研究控釋鉀肥與普通化學(xué)肥料配施效果、配施技術(shù)和機制。單獨施用控釋鉀肥增加了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，因此有必要研究不同緩釋期的緩/控釋鉀肥和普通化學(xué)肥料的配合施用，并明確其機制。

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Progress of Slow/controlled Release K Fertilizers in Flue-cured Tobacco

HAN Dan1, LIU Jin2, LI Yanyan3, TU Shuxin4, HUANG Wuxing1, HAO Sanhui1, XU Zicheng1*

1.CollegeofTobaccoScience,HenanAgriculturalUniversity,Zhengzhou450002,China; 2.QingdaoHexieBiotechnologyCo.Ltd.,ShandongQingdao266010,China; 3.TobaccoResearchInstituteofHubeiProvince,Wuhan430030,China; 4.CollegeofResourceandEnvironment,HuazhongAgriculturalUniversity,Wuhan430070,China

Developing the slow/controlled release fertilizers (SRFs) of flue-cured tobacco has great significance in protecting ecological environment and reducing agricultural production costs. In this paper, the internal and external research and application literatures of SRFs were summarized. The SRFs’ concept and characteristics were introduced firstly, and then the effects of SRFs on the growth, K content, quality and economic traits of flue cured tobacco were reviewed, and some problems in current research were pointed out. The SRFs was beneficial to the growth of tobacco, increase of K content in soil and leaves, improvement of quality and enhancing the yield and output value of flue-cured tobacco. But it also had insufficient research in the coated material of SRFs and mechanism, and had poor study about the SRFs mixed with the ordinary fertilizer applications. Therefore，it is necessary to discuss the development of present situation, prospects, problems and countermeasures about the SRFs at home and abroad, so as to provide theoretical basis for industrialization of the SRFs in our country.

slow/controlled release K fertilizers; flue-cured tobacco

2016-10-07; 接受日期：2017-02-09

中國煙草總公司河南省公司重點科技攻關(guān)項目(HYKJ 201405);湖北省煙草公司科技項目(027Y2016-007)資助。

韓丹，講師，博士，研究方向煙草品質(zhì)生態(tài)與煙草營養(yǎng)。E-mail:handan1987happy@126.com。*通信作者：許自成，教授，研究方向煙草品質(zhì)生態(tài)與煙草營養(yǎng)。E-mail：zichengxu@126.com

10.19586/j.2095-2341.2016.0118