根區(qū)施用鉀肥對烤煙產(chǎn)量、鉀含量及鉀素吸收的影響

嚴陶韜，王一柳，盧殿君，劉曉偉，張煥朝，王火焰*，楊國棟

(1.南京林業(yè)大學(xué)生物與環(huán)境學(xué)院，江蘇 南京 210037；2.中國科學(xué)院南京土壤研究所/土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點實驗室，江蘇 南京 210008)

煙葉鉀含量是評價煙葉外觀與內(nèi)在品質(zhì)的重要指標之一，鉀含量高可使煙葉色澤呈深桔黃色，香氣足，吃味好，同時燃燒性好，可減少有害物質(zhì)，提高安全性[1]。優(yōu)質(zhì)烤煙的鉀含量應(yīng)在2.5%以上，美國的煙葉鉀含量約在4%～ 6%，巴西大概在3%～ 4%，而我國煙葉鉀含量普遍低于國外，鉀含量僅在2%左右[2-3]。另外，已有研究表明我國煙葉鉀含量隨地域性差異變化顯著，南方酸性土壤上的煙葉鉀含量普遍高于北方，黃淮煙區(qū)石灰土煙葉鉀含量普遍僅在1.5%左右，使得該煙區(qū)烤煙的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)受到限制[4-5]。因此，如何提高黃淮煙區(qū)石灰土煙葉鉀含量和產(chǎn)量值得研究。

烤煙是喜鉀富鉀作物，合理的施用鉀肥可以提高土壤中有效鉀供應(yīng)水平[6-10]，提高煙葉鉀含量。同時，鉀肥施用方式對土壤中不同鉀庫與作物生長存在顯著影響[11-13]。黃淮煙區(qū)石灰土土壤溶液中與鉀拮抗的鈣、鎂離子含量較高，土壤固鉀能力較強等，會限制鉀肥吸收效果[3]。隨著我國農(nóng)業(yè)機械化的高速發(fā)展，根區(qū)一次性機械化施肥模式將是我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展趨勢。目前，根區(qū)施肥模式通過集中施用普通肥料于合理位點，對于移動性差且易被固定的養(yǎng)分，能實現(xiàn)根區(qū)養(yǎng)分的高濃度供應(yīng)，實現(xiàn)養(yǎng)分擴散與根系發(fā)育動態(tài)的匹配，減少養(yǎng)分損失，提高養(yǎng)分吸收利用效率[13-14]。

我國鉀肥需求量大且鉀肥資源貧乏，而非水溶性鉀礦資源豐富且有待進一步開發(fā)利用。枸溶性鉀肥是非水溶性富鉀礦石加工而得的新型礦物鉀肥，其特點是主要依靠作物根系分泌的檸檬酸進行溶解，養(yǎng)分釋放緩慢，保障鉀素長效供應(yīng)，可滿足不同生育期烤煙鉀素營養(yǎng)需求[15-16]。配合施用枸溶性鉀肥與水溶性鉀肥，可保證前期供鉀，并解決了中后期土壤鉀素營養(yǎng)缺乏的問題，從而可在一次施鉀的條件下，滿足烤煙整個生育期的需鉀要求。因此，本研究采用田間試驗，通過研究根區(qū)鉀肥用量與鉀肥形態(tài)配比對烤煙產(chǎn)量、鉀含量及鉀肥利用率的影響，以期明確石灰土提高煙葉鉀含量與產(chǎn)量的合理鉀肥用量與配比，為烤煙優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)、鉀肥高效利用與機械化根區(qū)一次施用以及枸溶性鉀肥開發(fā)利用提供理論支持與技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

試驗地點位于安徽省亳州市雙溝鎮(zhèn)(E 115°40′，N 33°39′)，供試土壤類型為石灰性潮土，土壤基本理化性質(zhì)：pH值8.37，有機質(zhì)含量13.0 g/kg，全氮含量0.83 g/kg，有效磷含量7.2 mg/kg，速效鉀含量276 mg/kg，緩效鉀含量1 371 mg/kg。

1.2 試驗設(shè)計

鉀肥：水溶性鉀肥硫酸鉀(K2O 54%)；枸溶性鉀肥(K2O 25%)；含50%水溶性鉀的枸溶性鉀肥；含75%水溶性鉀的枸溶性鉀肥。枸溶性鉀肥、含50%水溶性鉀的枸溶性鉀肥及含75%水溶性鉀的枸溶性鉀肥由山西某公司提供。枸溶性鉀肥經(jīng)2%檸檬酸浸提后測定其化學(xué)性質(zhì)[17]：有效鉀含量為K2O 25%，有效二氧化硅含量為20%，全鎂、全鈣含量為4%，pH值11。氮肥：尿素(N 46%)，磷肥：磷酸二銨(N 18%；P2O546%)及硫酸鉀由公司提供。

試驗設(shè)置9個處理(表1)。為保證烤煙正常生長，氮、磷肥用量均為60 kg/hm2(N 60 kg/hm2，P2O560 kg/hm2)，所有處理的氮、磷肥在整地前作為基肥一次性均勻撒施于土壤表面，深翻整地(深度30 cm)，將肥料充分混勻于耕層土壤。整地起壟，在壟上進行鉀肥施用操作(壟高30 cm)，鉀肥進行穴施，用自制施肥器在壟上打直徑3.5 cm、深12 cm的孔穴，將每株的鉀肥施入孔穴底部，填土覆蓋。于施肥點水平距離6 cm的位置移栽煙苗，移栽深度5 cm。每處理3次重復(fù)，小區(qū)面積設(shè)置為10 m2。

供試烤煙品種為中煙100，由安徽省亳州市煙草公司提供。2014年4月9日完成施肥后，次日移栽煙苗，株距為50 cm，行距為110 cm，種植密度為16 500株/hm2，9月2日采烤結(jié)束?？緹煼N植期間其它田間管理措施按當?shù)爻Ｒ?guī)方法進行。

1.3 樣品采集、處理與分析

在烤煙移栽后第35(團棵期)、65(現(xiàn)蕾期)、95 d(成熟期)分別在各小區(qū)采集生長狀況正常具有代表性的煙葉，在烘箱中105℃殺青后，70℃烘干至恒重，稱重計算煙葉干物質(zhì)量，將煙葉樣品磨碎，經(jīng)H2SO4+H2O2消煮后，用火焰光度計測定煙葉鉀含量。烤后煙葉為煙農(nóng)烘烤過后的成熟煙葉，無需殺青，處理同上。

表1 試驗設(shè)計

注：CK：對照，不施鉀；CP1：施用枸溶性鉀肥225 kg/hm2；CP2：施用枸溶性鉀肥300 kg/hm2；WP1：施用硫酸鉀225 kg/hm2；WP2：施用硫酸鉀300 kg/hm2；CW1-50%：施用含50%硫酸鉀的枸溶性鉀肥225 kg/hm2；CW2-50%：施用含50%硫酸鉀的枸溶性鉀肥300 kg/hm2；CW1-75%：施用含75%硫酸鉀的枸溶性鉀肥225 kg/hm2；CW2-75%：施用含75%硫酸鉀的枸溶性鉀肥300 kg/hm2。施鉀量225 kg/hm2為當?shù)責(zé)熮r(nóng)習(xí)慣鉀肥用量。

各小區(qū)單獨采烤，分區(qū)計產(chǎn)，通過統(tǒng)計小區(qū)煙葉產(chǎn)量折算每公頃煙葉產(chǎn)量。

在煙葉全部采收完成后，且在煙株未被拔、土體未被破壞前，于煙株周圍取20 cm深的耕層土樣，每小區(qū)3鉆，混成一個土樣。取樣完成后，進行土壤垂直與水平取樣，測定鉀素在土壤中的水平與垂直遷移，每4 cm一個層次，水平取樣時以施肥點為基點水平延伸取土樣，垂直取樣時沿壟頂部土壤表面垂直向下取土樣。土壤樣品經(jīng)乙酸銨溶液浸提后，用火焰光度計測定土壤速效鉀含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

煙葉產(chǎn)量(kg/hm2)=單位面積煙葉干物質(zhì)量(kg/m2)×10 000;

鉀積累量(kg/hm2)=單位面積干物質(zhì)量(kg/m2)×鉀含量×10 000;

鉀肥利用率(%)=(施鉀處理烤煙成熟期地上部鉀積累量-對照烤煙成熟期地上部鉀積累量)/施鉀量×100。

采用Excel 2016與SPSS 19軟件進行數(shù)據(jù)處理統(tǒng)計與差異顯著性分析，并用Origin 9.0作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對烤煙各時期煙葉鉀含量的影響

由表2可知，煙葉鉀含量隨生育期的推進呈下降趨勢，由35 d的3.11% ～ 5.38%下降到95 d的1.94% ～ 3.55%。不施鉀的CK處理，煙葉鉀含量隨時間推移顯著下降(P<0.05)，而CW2-75%處理的煙葉鉀含量在65 d時已趨于穩(wěn)定，與95 d相比無顯著差異(P>0.05)。

表2 煙葉鉀素含量動態(tài) (%)

注：同一列不同大寫字母表示同一時期不同處理煙葉鉀含量差異顯著(P<0.05)；同一行不同小寫字母表示同一處理不同時期煙葉鉀含量差異顯著(P<0.05)。

與CK相比，不同施鉀處理煙葉鉀含量均有所提高。其中，35 d時，各處理煙葉鉀含量顯著高于CK(P<0.05)，但不同施鉀處理之間無顯著差異；65 d時，CP2、WP2、CW2-50%與CW2-75%處理的煙葉鉀含量分別高于CP1、WP1、CW1-50%與CW1-75%處理，且顯著大于CK(P<0.05)；95 d時，WP2、CW2-50%與CW2-75%處理的煙葉鉀含量分別顯著高

于WP1、CW1-50%與CW1-75%處理(P<0.05)，而CP2與CP1處理差異不顯著(P>0.05)，WP2與CW2-75%處理的煙葉鉀含量顯著大于其余處理(P<0.05)。CK處理的煙葉鉀含量始終處于較低水平，顯著小于同時期的CP2、WP2、CW2-50%與CW2-75%處理(P<0.05)。

2.2 不同處理對土壤鉀素垂直水平遷移的影響

由圖1可知，對于根區(qū)施肥模式下土壤速效鉀的垂直遷移，施肥點(土層深度12 cm)土壤速效鉀含量最高，除CK與CP1外，其余處理施肥點土壤速效鉀含量均大于1 000 mg/kg，且WP2與CW2-75%高達3 000 mg/kg以上。離開施肥點，CP2、WP2與CW2-75%土壤速效鉀垂直向上與向下遷移的含量急劇降低，在土層深度8與16 cm處，CP2處理的土壤速效鉀含量由施肥點處的1 643 mg/kg分別降至586與696 mg/kg，降幅為64%與58%，WP2處理由施肥點處的3 245 mg/kg分別降至857與2 114 mg/kg，降幅為73%與35%，CW2-75%處理由施肥點處的3 030 mg/kg分別降至1 200與1 870 mg/kg，降幅為60%與38%。土壤速效鉀在離施肥點4 cm范圍內(nèi)驟減，且離施肥點越遠含量越低，4 cm外土壤速效鉀含量變化不大，同時由于淋溶作用，距施肥點相同距離的下部土壤速效鉀含量高于上部。WP2與CW2-75%處理在離施肥點8 cm(土層深度20 cm)處，速效鉀含量仍大于1 000 mg/kg，其余處理大于1 000 mg/kg的速效鉀主要分布在施肥點半徑4 cm以內(nèi)，可以看出，鉀素在石灰土中的垂直遷移距離較小。

由圖2可知，對于根區(qū)施肥模式下土壤速效鉀的水平遷移，距離施肥點越近，土壤速效鉀含量越高。除CK、CP1與CW1-50%外，其余處理水平4 cm處土壤速效鉀含量均大于1 000 mg/kg，且WP2與CW2-75%高達3 000 mg/kg以上。隨著距離變遠，土壤速效鉀含量急劇下降，除CK外，其余處理在16 cm處土壤速效鉀含量與4 cm處相比，降幅均達50%以上，盡管如此，CW2-75%與WP2處理土壤速效鉀含量仍在1 000 mg/kg以上，分別為1 175、1 040 mg/kg。除CK、WP2與CW2-75%外，其余處理大于1 000 mg/kg的速效鉀分布在距施肥點12 cm內(nèi)，且在施肥點水平距離16 cm后，所有處理土壤速效鉀含量均小于1 000 mg/kg，可以看出，鉀素在石灰土中的水平遷移距離較小。

圖1 不同處理下土壤速效鉀垂直遷移

注：A：施用枸溶性鉀肥，B：施用硫酸鉀，C：枸溶性鉀肥與硫酸鉀配施。

2.3 不同處理對烤后煙葉產(chǎn)量、鉀含量與土壤速效鉀含量的影響

由表3可知，與CK相比，CP1顯著提高了土壤速效鉀含量(P<0.05)，但對煙葉產(chǎn)量與鉀含量無顯著影響(P>0.05)；增加枸溶性鉀肥用量的CP2處理，與CK、CP1相比，顯著提高了土壤速效鉀含量、煙葉產(chǎn)量與鉀含量(P<0.05)。施用硫酸鉀的WP1處理與CK相比，對土壤速效鉀含量、煙葉產(chǎn)量及鉀含量的影響與CP1相同；增加硫酸鉀用量的WP2處理，與CK、CP1相比，顯著提高了土壤速效鉀含量、煙葉產(chǎn)量與鉀含量(P<0.05)，而與CP2相比，WP2顯著提高了煙葉鉀含量(P<0.05)，但未顯著提高土壤速效鉀、煙葉產(chǎn)量(P>0.05)，與WP1相比，WP2顯著提高了土壤速效鉀含量與煙葉鉀含量(P<0.05)，但未顯著提高煙葉產(chǎn)量(P>0.05)。

圖2 不同處理下土壤速效鉀水平遷移

注：A：施用枸溶性鉀肥，B：施用硫酸鉀，C：枸溶性鉀肥與硫酸鉀配施。

表3 煙葉產(chǎn)量、鉀含量與土壤速效鉀含量

注：同一列不同小寫字母表示各處理間差異顯著(P<0.05),下同。

枸溶性鉀肥與硫酸鉀配施條件下，CW1-50%處理與CK相比，在土壤速效鉀、煙葉產(chǎn)量與鉀含量上差異均不顯著(P>0.05)，且與鉀肥用量相同的CP1、WP1差異亦不顯著(P>0.05)；在配施比例相同的條件下增加用量，CW2-50%處理與CK、CP1相比顯著增加了土壤速效鉀含量、煙葉產(chǎn)量與鉀含量，但與CP2處理無顯著差異(P>0.05)，且煙葉鉀含量顯著小于WP2處理(P<0.05)。CW1-75%處理與CK相比，在煙葉產(chǎn)量上沒有顯著差異(P>0.05)，但CW1-75%處理的土壤速效鉀與煙葉鉀含量顯著大于CK(P<0.05)，且CW1-75%的煙葉鉀含量顯著大于鉀肥用量相同的CP1、WP1與

CW1-50%(P<0.05)；在配施比例相同的條件下增加用量，CW2-75%與CK、CP1相比顯著增加了土壤速效鉀含量、煙葉產(chǎn)量與鉀含量，且土壤速效鉀含量、煙葉鉀含量顯著大于CW1-75%處理(P<0.05)。在鉀肥用量相同的條件下，減少枸溶性鉀肥配施比例，CW1-75%與CW2-75%處理的煙葉鉀含量分別顯著大于CW1-50%與CW2-50%(P<0.05)，但在土壤速效鉀與煙葉產(chǎn)量上無顯著差異(P>0.05)。

2.4 不同處理對烤煙地上部鉀吸收利用的影響

從表4中可看出，與CK相比，CW2-50%處理顯著提高了煙稈鉀積累量(P<0.05)，其余處理均不顯著(P>0.05)。WP2、CW2-50%和CW2-75%處理的煙葉以及地上部鉀積累量較CK顯著增加(P<0.05)，但具體表現(xiàn)有所差異，煙葉鉀積累量為WP2>CW2-75%>CW2-50%>CK，地上部鉀積累量為CW2-75%>WP2>CW2-50%>CK，且CW2-75%與WP2之間在煙稈、煙葉以及地上部積累量上差異均不顯著(P>0.05)。

根區(qū)鉀肥用量與種類配比可以改變鉀肥利用率(表4)，CW2-75%鉀肥利用率最高，達到48.77%，而CP1最低，僅為9.32%。施鉀225 kg/hm2的CP1、WP1、CW1-50%、CW1-75%以及施鉀300 kg/hm2的CP2之間差異不顯著(P>0.05)，而施鉀300 kg/hm2的WP2、CW2-50%與CW2-75%鉀肥利用率顯著高于CP1、WP1、CW1-50%、CW1-75%與CP2(P<0.05)，且WP2、CW2-50%與CW2-75%處理之間無顯著差異(P>0.05)。

表4 烤煙地上部鉀吸收積累量

3 結(jié)論與討論

3.1 根區(qū)鉀肥施用對土壤速效鉀供應(yīng)的影響

土壤速效鉀對烤煙的供應(yīng)強度主要來源于3個方面：(1)施肥位點的準確性和根區(qū)速效鉀供應(yīng)強度；(2)當?shù)乜緹煼N植體系與鉀素平衡；(3)石灰土較強的鉀固定能力與拮抗作用。

對于根區(qū)速效鉀供應(yīng)強度，撒施或者條施是導(dǎo)致土壤速效鉀降低的直接原因，撒施與條施顯著增加了肥料與土壤的接觸面積，導(dǎo)致大部分肥料被固定，無法顯著提高根區(qū)速效鉀濃度[12]。而且，本研究發(fā)現(xiàn)在垂直與水平方向上，鉀素在土壤中的遷移距離都十分有限，進一步強調(diào)了根區(qū)集中施肥于恰當位點的重要性。馬中仁[2]研究表明鉀肥以深施和集中施用效果較好，集中深施的基肥應(yīng)占施鉀量的60%～70%，可使煙葉鉀含量比常規(guī)施用法提高5%～23%。

當?shù)乜緹煼N植體系與鉀素平衡方面，達到高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)烤煙情況下，本研究的WP2處理烤煙吸鉀量達到291 kg/hm2左右。考慮到當?shù)責(zé)煻挻蠖嗖贿€田，導(dǎo)致一定的鉀素?zé)o法歸還到土壤中，同時，下季作物冬小麥或紅薯等不施用鉀肥且秸稈不還田，春天烤煙移栽前施鉀225 kg/hm2難以維持土壤速效鉀的平衡，導(dǎo)致土壤鉀庫持續(xù)耗竭，只有施用高量鉀肥才能維持該體系的土壤鉀平衡。

土壤方面，石灰土中的2∶1型黏土礦物對鉀的固定能力較強，以及較高的拮抗作用[18]，同樣要求烤煙在實現(xiàn)煙葉高鉀含量目標下高的土壤鉀素供應(yīng)強度。比如，本研究中施鉀225 kg/hm2的CP1、WP1、CW1-50%與CW1-75%土壤速效鉀含量分別比CK增加107%、205%、67%與221%，施鉀300 kg/hm2的CP2、WP2、CW2-50%與CW2-75%土壤速效鉀含量分別比CP1、WP1、CW1-50%與CW1-75%又增加了115%、80%、205%與88%，表明施鉀225 kg/hm2的處理中一定比例的鉀肥被土壤固定形成了緩效態(tài)鉀，增施鉀肥可以顯著提高土壤速效鉀含量。

3.2 土壤速效鉀供應(yīng)與煙葉鉀含量、產(chǎn)量的關(guān)系

本研究中，施鉀量(K2O)225 kg/hm2的處理與不施鉀相比，并沒有顯著提高煙葉產(chǎn)量與鉀含量，這可能與石灰土緩效鉀含量高有關(guān)[19-20]。石灰土鉀含量較高，經(jīng)常導(dǎo)致作物施用鉀肥肥效反應(yīng)比施用氮、磷肥慢。對于烤煙這種喜鉀富鉀作物，當產(chǎn)量趨于穩(wěn)定時，再進一步提高煙葉中的鉀含量，理論上屬于煙葉對鉀的奢侈吸收范疇，因此，只有持續(xù)提高根區(qū)土壤速效鉀的供應(yīng)強度才能維持較高的煙葉鉀含量。本研究結(jié)果表明，當根區(qū)鉀肥用量(K2O)增加到300 kg/hm2時，煙葉的產(chǎn)量與鉀含量才能同步提高。在WP1處理下土壤速效鉀含量達到900 mg/kg時，煙葉鉀含量仍與CK無顯著差異，表明900 mg/kg仍未達到煙葉高鉀含量的土壤速效鉀臨界值，在WP2處理下，根區(qū)土壤速效鉀含量達到1 600 mg/kg時，煙葉鉀含量顯著增加甚至達到3%，表明該土壤速效鉀強度已實現(xiàn)或者超過所需臨界值。

3.3 根區(qū)鉀肥施用對煙葉鉀含量、產(chǎn)量的影響

本試驗表明，煙葉鉀含量隨生育期推進逐漸降低，這與曹志洪等[21]、許明祥等[22]的研究結(jié)果相似，主要是由于隨著生育期的推進，烤煙干物質(zhì)累積速度超過鉀吸收速度，進而引起鉀含量的“稀釋效應(yīng)”，以及土壤鉀素供應(yīng)能力的下降使煙葉鉀含量降低，而枸溶性鉀肥與硫酸鉀配施的CW2-75%處理在95 d的煙葉鉀含量與65 d無顯著差異，表明枸溶性鉀肥具有良好的緩釋效果，在烤煙生育后期仍能保證土壤鉀素的供應(yīng)。由于在鉀素釋放方面良好的緩釋效果，枸溶性鉀肥有效地降低了土壤速效鉀含量，比如本研究中CP1處理的土壤速效鉀含量顯著低于鉀肥用量相同的WP1，盡管如此，施用枸溶性鉀肥替代25%硫酸鉀，不僅對煙葉提鉀增產(chǎn)的效果優(yōu)于全部施用枸溶性鉀肥，而且與全部施用硫酸鉀效果相似。這為合理選擇鉀肥種類，解決黃淮煙區(qū)烤煙鉀肥品種單一，提高煙葉鉀含量與產(chǎn)量奠定了基礎(chǔ)。

綜上所述，根區(qū)鉀肥施用直接有效地增加了烤煙根區(qū)土壤速效鉀含量，從而提高了煙葉鉀含量。在根區(qū)施肥模式下，黃淮煙區(qū)石灰土上施鉀300 kg/hm2時，與煙農(nóng)習(xí)慣施鉀量225 kg/hm2相比，可顯著提高煙葉鉀含量；枸溶性鉀肥與水溶性鉀肥配施(配比為1∶3)可以實現(xiàn)煙葉鉀含量達到2.5%以上的理想目標。因此，根區(qū)施用含75%硫酸鉀的枸溶性鉀肥300 kg/hm2(CW2-75%處理)可有效改善黃淮煙區(qū)石灰土鉀素養(yǎng)分，提高該區(qū)烤煙產(chǎn)量、鉀含量以及鉀肥利用效率，達到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。