高鉀用量和根區(qū)施肥可提升皖南不同質地土壤煙葉鉀含量①

郇威威，王一柳，盧殿君，祖朝龍，王火焰*，孫 磊

高鉀用量和根區(qū)施肥可提升皖南不同質地土壤煙葉鉀含量①

郇威威1,2，王一柳2，盧殿君2，祖朝龍3，王火焰2*，孫 磊1*

(1東北農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院，哈爾濱 150030；2土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點試驗室(中國科學院南京土壤研究所)，南京 210008；3安徽省農(nóng)業(yè)科學院煙草研究所，合肥 230031)

鉀是煙葉的品質元素之一，提升煙葉鉀含量一直是我國煙草行業(yè)關注的重點之一。本文選取安徽烤煙主產(chǎn)區(qū)皖南宣城市砂土與黏土兩類典型土壤，以云煙97為試驗材料，研究田間條件下不同高鉀用量水平與施肥方式對煙葉鉀含量的影響。研究結果表明，在耕層土壤全層混施方式下，隨著施鉀量增加(0、300、600、900、1 200、1 800、2 400 mg/kg，以純K計)，兩種質地土壤煙葉鉀含量均顯著上升，呈先快速增加而后緩慢增加的趨勢。在鉀肥用量低于1 200 mg/kg時，每增加鉀肥用量100 mg/kg，砂土和黏土煙葉不同部位鉀含量分別平均增加2.4 g/kg和1.0 g/kg。更高鉀肥用量可使砂土煙葉鉀平均含量提升到44.0 g/kg，黏土則只能提升到26.2 g/kg。兩類土壤鉀肥效果差異極大的原因與土壤固鉀能力有關，土壤速效鉀含量與煙葉鉀含量呈線性相關，而黏土鉀肥固定率平均為71%，遠高于砂土的25%，這是兩種質地土壤鉀肥肥效差異的根本原因。在常規(guī)同等鉀肥用量條件下(K2O 25 kg/667m2)，氮磷鉀根區(qū)集中施用較常規(guī)條施顯著促進了煙葉對鉀的吸收，提升了煙葉鉀含量，而且砂土的效果要好于黏土，其原因也與根區(qū)施肥可顯著提升煙葉根區(qū)土壤速效鉀含量有關。以上結果表明，選擇固鉀能力弱的土壤，提高鉀肥用量并改進施肥方法可以有效提升皖南煙葉鉀的含量。

高鉀用量；根區(qū)施肥；鉀含量；煙葉；土壤質地；皖南

鉀是植物必需三大元素之一，是保證作物正常生長至關重要的營養(yǎng)元素[1-2]。鉀也是重要的品質元素，不僅能增強作物對病害與環(huán)境脅迫的抵抗力[3-4]，還能提高作物的品質和經(jīng)濟價值[5-6]。在煙草、棉花、果蔬等作物上，鉀肥的施用格外重要，其用量往往高于氮、磷肥[7-8]。煙草是一種喜鉀的經(jīng)濟作物，煙葉鉀含量高低是評價煙葉品質的重要指標之一[9-10]。國外優(yōu)質煙葉中含鉀量通常在3% 以上，而我國煙葉鉀含量普遍偏低，優(yōu)質煙葉鉀含量一般低于2%，平均在2% 以下[11-13]。具有獨特焦甜香風格的皖南煙區(qū)煙葉鉀含量總體偏低[14]，且近年來出現(xiàn)了逐漸降低的趨勢。作為中國優(yōu)質煙葉生產(chǎn)基地，如何提升煙葉鉀含量是亟待解決的問題。

目前提高煙葉鉀含量的途徑主要有為篩選鉀高效品種、優(yōu)化肥料配方、增加鉀肥施用量和優(yōu)化鉀肥施用方法等[15-19]。其中最常用的方法是增加鉀肥用量，但也有一些報道認為簡單增加鉀肥用量對煙葉鉀的提升作用并不是十分顯著[20]，其原因可能與供試土壤的特性有關。曹志洪等[21]認為不同質地土壤中煙葉鉀含量與土壤速效鉀和緩效鉀含量沒有多少關系，而與土壤對鉀的固定能力有關。也有一些研究認為將鉀肥分次施用，增加鉀肥的追肥次數(shù)可以提升煙葉的鉀含量[22-23]，但介曉磊等[24]認為增加鉀肥施用次數(shù)對煙葉鉀含量的提升效果有限。由此可知，我國煙葉鉀含量難以顯著提升的原因是多方面的。以增加鉀肥用量來提升煙葉鉀含量，一方面由于其效果不穩(wěn)定，另一方面會顯著增加生產(chǎn)成本，因而生產(chǎn)實踐受限；其他的一些措施，也因其效果不穩(wěn)定且增加了人工成本，多數(shù)也難以大面積推廣。

如何有效提高煙葉鉀的含量，使施入的鉀肥盡量被煙葉吸收利用，還需要在施肥技術方面開展更多的研究和進行技術創(chuàng)新。合適的肥料品種、施肥用量、施肥時間和施肥位點，即4R技術，是施肥技術的4大要素。王火焰和周健民[25]認為，養(yǎng)分供應濃度(強度)是影響作物養(yǎng)分吸收的另一個重要因素，而且4R技術中，施肥位置的重要性長期以來被忽視，只有根區(qū)施肥才能有效地提升作物對肥料養(yǎng)分的吸收利用，并大幅度減少養(yǎng)分的損失和浪費。這一理念和相應的技術在小麥[26]、水稻[27]等作物上取得了顯著的增產(chǎn)與節(jié)肥效果。皖北潮土煙葉鉀提升方面的研究結果表明，通過改進施肥技術，實現(xiàn)理想的根區(qū)施肥，就能使煙葉的鉀含量顯著提升[28]。目前安徽煙葉主產(chǎn)區(qū)僅限于皖南，能否通過施肥技術的改進，并最終實現(xiàn)根區(qū)施肥來提升皖南煙葉鉀含量是尚待明確的問題。本文針對皖南不同質地類型土壤，研究鉀肥用量和土壤供鉀強度與煙葉鉀含量的關系，并通過改變施肥方式，初步探討根區(qū)施肥提升煙葉鉀含量的潛力，為實現(xiàn)皖南煙葉鉀含量有效提升和未來根區(qū)施肥技術的大面積應用提供基礎數(shù)據(jù)和理論支撐。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在安徽省宣城市向陽鎮(zhèn)和寒亭鎮(zhèn)進行，試驗區(qū)均屬于溫帶半濕潤氣候，為河流沖積平原，種植方式為煙稻輪作，土壤類型均為水稻土(水耕人為土)。其中，向陽鎮(zhèn)為河流沖積物發(fā)育的砂質水稻土(簡稱砂土)，有機質25.1 g/kg，堿解氮113 mg/kg，有效磷27.4 mg/kg，速效鉀145 mg/kg，pH 5.2。寒亭鎮(zhèn)是由第四紀紅黏土發(fā)育而成的黏質水稻土(簡稱黏土)，有機質31.2 g/kg，堿解氮121 mg/kg，有效磷23.4 mg/kg，速效鉀114 mg/kg，pH 5.6。

1.2 試驗設計

為了研究不同鉀肥用量和土壤供鉀強度對煙葉鉀含量的影響，布置田間微區(qū)試驗，設置7個理論鉀肥供應水平，分別為0、300、600、900、1 200、1 800、2 400 mg/kg土(以純K計)。按照耕層土壤質量每畝(1畝=667m2)150 t計，實際鉀肥用量分別為K 0、45、90、135、180、270、360 kg/667 m2。每個微區(qū)2.7 m2，種煙5株，株距0.45 m，行距1.2 m。每個處理設4次重復，完全隨機排列。

具體實施措施如下：將每個小區(qū)的鉀肥(硫酸鉀粉劑，含K2O 500 g/kg)與相應面積的小區(qū)耕層土壤人工充分混勻。氮(以純N計)磷(以P2O5計)肥用量分別為7.5、10 kg/667m2，分別為尿素(含N 460 g/kg)和鈣鎂磷肥(含P2O5180 g/kg)，氮磷肥一次性基肥條施后起壟，后期不再施用任何肥料，試驗于2016年實施。

不同施肥方式的試驗設置以下3個處理：不施鉀肥對照、傳統(tǒng)條施鉀肥和根區(qū)施肥。不施鉀肥對照處理僅施氮磷肥，方式為傳統(tǒng)條施；傳統(tǒng)條施鉀肥處理中所有氮磷鉀肥一次性條施；根區(qū)施肥是將氮磷鉀肥的施肥位點都進行了優(yōu)化，也是一次性施入土壤中。施鉀處理中鉀肥用量均為25 kg/667m2。微區(qū)面積、試驗重復數(shù)和微區(qū)排列、氮磷肥用量與上述不同鉀肥用量試驗相同。肥料種類分別為尿素(含N 460 g/kg)、磷二銨(含N 180 g/kg，含P2O5460 g/kg)和硫酸鉀(含K2O 500 g/kg)。試驗于2016年、2017年實施了兩年。

皖南宣城煙葉在每年3月20日左右完成施肥(條施深度約13 cm)，起壟，覆膜，在4月初之前進行膜下移栽，移栽深度為12 cm。煙葉品種為云煙97，密度為1 233株/667m2。其他栽培管理措施均與當?shù)貎?yōu)質煙葉生產(chǎn)技術規(guī)范一致。

1.3 樣品采集及測定方法

煙葉成熟后，每個小區(qū)選一株代表性的煙株作為取樣株，該株每個葉片的葉柄上掛上處理標記。按照當?shù)責熑~的成熟標準進行分批次采收和烘烤。按當?shù)厝~位區(qū)分標準將每株煙葉分為上部葉、中部葉、下部葉。烘烤結束后，將煙葉帶回實驗室，于75 ℃烘干至恒重，磨樣前將主葉脈除去，制備獲得供分析用的樣品。煙葉樣品經(jīng)H2SO4-H2O2法消煮、定容后，用火焰光度計測定鉀含量。

田間煙葉收獲后，用土壤取樣鉆機(澳大利亞SD-1)采集土壤樣品，采樣深度為70 cm，土柱直徑為3.7 cm。將土柱由地表向下分成8層(0~5、5~10、10~15、15~20、20~25、25~30、30~50、50~70 cm) 取樣。不同鉀肥用量試驗中僅采用5~10 cm和10~15 cm土壤樣品。土壤樣品經(jīng)風干后過20目篩備用。土壤速效鉀用常規(guī)醋酸銨法提取，火焰光度計測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2016、IBM SPSS Statistics 20.0軟件進行數(shù)據(jù)整理和分析，用Duncan新復極差法進行顯著性檢驗(≤0.05)。

2 結果分析與討論

2.1 高鉀用量對兩種質地土壤煙葉生長和鉀吸收的影響

在兩種不同質地土壤上，不同鉀肥用量對煙葉產(chǎn)量的影響如圖1所示。在砂土上，施用鉀肥較不施鉀肥對照產(chǎn)量顯著上升，雖然各施鉀肥處理間產(chǎn)量差異不顯著，但也可看出，隨施鉀量增加，煙葉產(chǎn)量在供鉀600 ~ 900 mg/kg時達到最高值，其后隨鉀肥用量的增加有下降趨勢，這可能與砂土上高量鉀肥施用可能會產(chǎn)生一定的鹽害有關。在黏土上，不同施鉀處理與不施鉀處理煙葉產(chǎn)量均無顯著差異，隨施鉀量上升，產(chǎn)量呈不規(guī)則的波動趨勢。不施鉀時黏土與砂土煙葉產(chǎn)量無顯著差異，但施鉀條件下，黏土煙葉平均產(chǎn)量較砂土下降了21.6%。總體上看，不同施鉀量對煙葉的產(chǎn)量無顯著影響，這與許明祥等[29]的研究結果相一致。

(圖中不同小寫字母表示相同土壤各處理間的差異顯著(P≤0.05))

在兩種質地土壤上，不同鉀肥施用量對煙葉鉀含量有顯著的影響(圖2)。在同一土壤上，煙葉鉀含量都表現(xiàn)為下部葉>中部葉>上部葉。兩種質地土壤煙葉含鉀量差異極大，砂土中各施鉀處理煙葉鉀平均含量達35.4 g/kg，較不施鉀處理平均增加了2.5倍，而黏土煙葉鉀平均含量為21.8 g/kg，較不施鉀處理只增加了1.3倍。各施鉀處理上、中和下部煙葉鉀平均含量，砂土比黏土分別高出了65%、49% 和73%。兩種質地土壤煙葉各部位鉀含量均隨施鉀量增加而上升，施鉀量與煙葉鉀含量的關系曲線都基本符合二次函數(shù)關系(圖2)。這種關系也可以用兩段不同斜率的直線來描述，即在施鉀量0 ~ 1 200 mg/kg范圍內煙葉鉀含量的較快線性上升階段和在施鉀量1 200 mg/kg之后煙葉鉀含量的緩慢上升階段。計算較快上升階段的直線斜率，可以發(fā)現(xiàn)，每多施鉀100 mg/kg，可使砂土上、中、下部煙葉鉀含量分別上升2.1、2.2和2.9 g/kg (平均2.4 g/kg)，黏土中則分別上升0.9、1.0和1.2 g/kg(平均1.0 g/kg)。由此，即使在同樣施鉀量水平下，兩種質地土壤上煙葉鉀提升的效果和難度截然不同。本試驗采用的鉀肥用量極高，其最低用量相當于常規(guī)煙田鉀肥用量的2倍 ~ 3倍，這一結果表明多施鉀肥可以提高煙葉鉀含量，但在生產(chǎn)實踐中單純靠多施鉀肥來提高煙葉鉀含量，無論是成本還是效率有時很難讓人滿意。因而常規(guī)田間較低鉀肥用量條件下，施用的鉀肥能否顯著提升煙葉鉀的含量，更易受多種因素影響而效果不穩(wěn)定。

不同質地土壤中施用等量鉀肥提升煙葉鉀含量的效果為何會有如此大的差異？在試驗結束后，通過采集兩株正中間深度10 ~ 15 cm的土壤(受根系吸鉀、土表淋洗和向下淋溶影響相對較小)，分析速效鉀含量，將土壤速效鉀與不同質地土壤中煙葉鉀含量的關系作圖(圖3)，可以看出，煙葉不同部位的鉀含量都與土壤中的速效鉀含量呈較好的線性相關。從線性方程的斜率可以看出，土壤速效鉀含量每增加100 mg/kg，可以使上、中和下部煙葉鉀含量分別提升2.2、2.0和2.7 g/kg，下部葉相對于中上部葉的提升幅度更大、效果更好。土壤速效鉀含量與煙葉鉀含量較好的相關性，說明對于煙葉這種需要高強度鉀供應的作物而言，速效性是提高鉀有效性的關鍵，而土壤中被固定、釋放稍慢一些的非交換態(tài)鉀能起的作用非常有限。

圖2 鉀肥用量對烤煙葉片含鉀量的影響

圖3 土壤速效鉀與煙葉鉀含量的關系

不同質地土壤施鉀肥提升煙葉鉀含量的不同效果可以用土壤速效鉀含量的提升效果來解釋。即使施入了大量的鉀肥，黏土中速效鉀含量提升遠不及砂土。鉀肥施入土壤經(jīng)轉化后，醋酸銨法不能回收提取的鉀通常被認為是固定鉀，依據(jù)施入的鉀肥量和速效鉀含量可以計算出土壤對鉀的固定率(表1)。黏土對外源鉀的固定率高達63% ~ 79%，平均為71%，本研究中施入的鉀量遠高于常規(guī)田間用量，仍然大部分被土壤固定。而砂土中鉀的固定率處于8% ~ 40%，平均25%，最高施鉀量時較高的鉀固定率更可能是煙葉種植期間土壤鉀淋溶損失而導致的偏差。不同質地土壤上鉀肥的效果主要取決于土壤對鉀的固定能力，這與曹志洪等[21]提出的觀點相一致。

2.2 不同施肥方式對兩種質地土壤煙葉產(chǎn)量和鉀吸收的影響

不同鉀肥施用方式對烤煙產(chǎn)量的影響如圖4所示。與不施用鉀肥相比，施鉀肥處理兩年都可顯著提高兩種質地土壤上烤煙的產(chǎn)量，說明該區(qū)域鉀肥對煙株產(chǎn)量也有極其重要的作用。在同等鉀肥用量下，根區(qū)施肥在2016年與傳統(tǒng)施肥對煙葉產(chǎn)量的影響無顯著差異，但2017年較傳統(tǒng)施肥顯著增產(chǎn)，砂土和黏土分別增產(chǎn)了14% 和17%。根區(qū)施肥較傳統(tǒng)施肥方式增產(chǎn)的原因可能與氮磷鉀共同根區(qū)施用后，三者肥效都增加的協(xié)同作用有關。

表1 不同施鉀量條件下兩種質地土壤速效鉀含量與鉀的固定率

不同施鉀方式對兩種質地土壤煙葉鉀含量的影響因不同年份而有所不同。2016年無論是各葉位的鉀含量，還是煙葉鉀的總吸收量都表現(xiàn)為根區(qū)施肥處理顯著高于傳統(tǒng)施肥處理，又都顯著高于不施鉀處理(表2)，根區(qū)施肥處理煙葉鉀含量和煙葉總吸收量比常規(guī)施鉀處理分別增加了約12% 和11%。2017年根區(qū)施肥處理較傳統(tǒng)施肥處理顯著增加了兩種質地土壤煙葉鉀的總吸收量，增加比例約24%，但這兩種施肥方式下煙葉鉀含量的差異并不顯著，這主要與2017年兩種質地土壤根區(qū)施肥處理較傳統(tǒng)施肥處理顯著增加了煙葉產(chǎn)量有關，產(chǎn)量增加的稀釋效應導致鉀含量差異不大。兩年的結果表明，根區(qū)施肥處理較傳統(tǒng)施肥處理可以顯著促進煙葉對鉀的吸收，產(chǎn)量相同的年份，可顯著提高煙葉鉀含量。在根區(qū)施肥顯著增產(chǎn)的年份，如要提高煙葉鉀含量，可以減少根區(qū)施肥條件下的氮磷肥用量來限產(chǎn)，因而根區(qū)施肥處理較傳統(tǒng)施肥處理還有進一步減施氮磷肥的潛力。

圖4 不同施鉀方式對兩種質地土壤烤煙產(chǎn)量的影響

表2 不同施鉀方式對兩種質地土壤煙葉鉀含量和煙葉鉀吸收量的影響

注：表中不同小寫字母表示相同土壤各處理間的差異顯著(≤0.05)。

鉀肥不同施用方式顯著影響煙葉鉀吸收的原因與不同施肥方式下根區(qū)土壤速效鉀含量密切相關。不同施肥方式對土壤剖面中的速效鉀含量分布影響顯著(圖5)。兩年兩地的結果均表明，無論是傳統(tǒng)條施處理還是根區(qū)施肥處理，肥料鉀向上和向下的遷移距離多數(shù)都在10 ~ 15 cm以內，且因不同年份和不同試驗土壤而不同。但在鉀肥擴散的相應區(qū)域內，根區(qū)施肥土壤的速效鉀含量都顯著高于傳統(tǒng)施肥方式，尤其是在施肥層上下10 cm的根區(qū)土壤中，根區(qū)施肥處理土壤速效鉀含量較傳統(tǒng)施肥處理平均提高了約75%，兩種施肥方式下根區(qū)土壤速效鉀含量又都遠遠高于不施鉀肥處理。在同等鉀肥用量下，根區(qū)施肥處理提高根區(qū)土壤速效鉀含量的效果顯著好于傳統(tǒng)施肥處理，因而也能顯著促進煙葉對鉀的吸收，這與前面高土壤速效鉀含量有利于煙葉鉀含量提升的結論相一致。

3 結論

研究區(qū)煙葉鉀含量隨著施鉀量的增加，呈先增加較快而后增加緩慢的二次多項式曲線關系。不同質地土壤施鉀肥提升煙葉鉀含量的不同效果可以用土壤速效鉀含量的提升效果來解釋，肥料施入土壤后其固鉀能力越強，其有效鉀含量就越低，肥效反應就越弱，這是不同質地土壤類型鉀肥肥效差異的根本原因。根區(qū)施肥能顯著提高煙葉鉀含量，其原因是氮磷鉀根區(qū)集中施用后，相比于普通條施，養(yǎng)分濃度高度集中于根際，因而能促進煙葉鉀吸收。因此，選擇性能適宜質地較輕的砂壤土種植烤煙，提高鉀肥用量可有效提升皖南煙葉鉀的含量；改進施肥方法為根區(qū)施肥可進一步提高煙葉對鉀的吸收，提升煙葉鉀含量。

(A：2016砂土；B：2017砂土；C：2016黏土；D：2017黏土)

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Effects of High Potassium Rates and Root Zone Fertilization on Tobacco Potassium Contents in Different Soils of Southern Anhui Province

HUAN Weiwei1,2, WANG Yiliu2, LU Dianjun2, ZU Chaolong3, WANG Huoyan2*, SUN Lei1*

(1 College of Resources and Environment, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China; 2 State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture, Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China; 3 Tobacco Research Institute, Anhui Academy of Agricultural Sciences, Hefei 230031, China)

Potassium (K) is one of the quality elements of tobacco leaves. How to effectively increase K content in tobacco leaves has always been one of the focuses of tobacco study in China. In this study, the tobacco cultivar of Yunyan 97 and a sandy soil at Xiangyang and a clayey soil at Hanting of Xuancheng, southern Anhui Province were taken as experimental materials to investigate the effects of high K fertilizer rates and fertilization methods on K contents in tobacco leaves and the relationship between K contents in tobacco leaves and soil properties. Results showed that when K fertilizer was mixed evenly with plough layer soil, K contents in the tobacco leaves significantly increased as K fertilizer rate (0, 300, 600, 900, 1 200, 1 800, 2 400 mg/kg) increased at two sites, and K contents increased at a higher speed at first and then slowed down in quadratic polynomial curve. When K rate was below 1 200 mg/kg, K contents in tobacco leaves increased by 2.4 g/kg and 1.0 g/kg in sandy and clayey soils, respectively, with the increasement of K fertilizer per 100 mg/kg. A higher K application rate can increase the average K content in tobacco leaves to 44.0 g/kg in sandy soil, while only increase to 26.2 g/kg in clayey soil. The significant difference in the effect of K fertilizer on tobacco between the two texture soils was due to the different abilities of soil K fixation. The content of soil available K was linearly related to K content in tobacco leaves. The soil K-fixing rate was 71% at clayey soil, which was notably higher than that at sandy soil (25%). And this is the fundamental cause of the difference in K fertilizer performance between the two soils. With a K fertilizer rate equal to the conventional one (K2O 25 kg/667 m2), concentrated application of N, P and K in the root zone significantly promoted the absorption of K by tobacco leaves, increased K content in tobacco leaves, and the performance of K fertilizer was better in sandy soil than that in clayey soil. The reason may be that root zone fertilization can significantly increase the content of available potassium in the root zone of tobacco leaves. The results above indicate that increasing K application rate and improving fertilization method can effectively increase K content in tobacco leaves in soils with weak K-fixing abilities.

High potassium rates; Root zone fertilizer; Potassium content; Tobacco leaf; Soil texture; Southern Anhui

安徽省煙草公司科技重點項目(20150551009) 資助。

(hywang@issas.ac.cn; sunleilee@163.com)

郇威威(1991—)，男，河南蘭考人，碩士研究生，主要從事煙草養(yǎng)分管理方面研究。E-mail: 980168491@qq.com

S146

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10.13758/j.cnki.tr.2019.03.006