氮鉀肥用量對皖南烤煙生長發(fā)育及養(yǎng)分吸收的影響

張 碩，沈 晗，裴洲洋，湯潮起，陳油鴻，張繼光，王曉琳，張 爽，丁效東，閆慧峰

(1.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部煙草生物學(xué)與加工重點實驗室，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 煙草研究所，山東 青島 266101；2.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)，山東 青島 266109；3.上海煙草集團(tuán)有限責(zé)任公司，上海 200082；4.安徽皖南煙葉有限責(zé)任公司，安徽 宣城 242000)

氮和鉀是決定烤煙品質(zhì)特性的2個關(guān)鍵營養(yǎng)元素。適宜的氮肥施用量和鉀肥施用量是獲得作物高產(chǎn)、養(yǎng)分高效和較低環(huán)境代價的基礎(chǔ)[1]。增施氮肥可以促進(jìn)煙株對鉀的吸收積累[2]，但不能改變煙葉中鉀含量的分布規(guī)律[3]。過量氮肥的使用會降低鉀肥利用率[4]。施用鉀肥增加了作物葉片中的碳酸酐酶和硝酸還原酶的活性、葉片的凈光合速率和干物質(zhì)積累量[5]，缺鉀后作物會將更多的碳水化合物積累于地上部以保證光合能力的正常進(jìn)行[6]。高鉀供應(yīng)促進(jìn)葉片中NO3-的吸收同化速率，促進(jìn)有機態(tài)含氮化合物向果實中轉(zhuǎn)移[7]；施用鉀肥可以降低由施用氮肥引起的葉片中硝酸鹽含量增加[8]。氮鉀配合施用產(chǎn)量的增加量大于單獨施用氮肥帶來的產(chǎn)量增加量[9]，鉀肥施用顯著增加了氮肥的農(nóng)學(xué)利用效率[10]。合理調(diào)節(jié)氮肥和鉀肥的用量是提高煙葉產(chǎn)量和品質(zhì)的重要手段，本研究通過分別設(shè)置氮肥和鉀肥用量的試驗，分析不同氮肥和鉀肥施用量條件下皖南煙區(qū)煙草生長發(fā)育和氮鉀吸收積累特點，為皖南煙區(qū)煙葉生產(chǎn)合理施肥提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗地點與材料

試驗于2016年在安徽宣城黃渡鎮(zhèn)進(jìn)行，烤煙品種為云煙97，土壤類型為潮土，質(zhì)地為壤土。試驗田土壤基礎(chǔ)地力為pH值6.69、有機質(zhì)含量15.3 g/kg、全氮含量12.9 g/kg、全磷含量0.6 g/kg、全鉀含量12.3 g/kg、堿解氮含量122.50 mg/kg、有效磷含量47.56 mg/kg、速效鉀含量195.16 mg/kg。

1.2 試驗設(shè)計

試驗為小區(qū)試驗，共設(shè)置4個氮肥水平(N0：0 kg/hm2、N1：84.45 kg/hm2、N2：112.50 kg/hm2、N3：140.70 kg/hm2)和4個鉀肥水平(K0：0 kg/hm2、K1：168.75 kg/hm2、K2：225.00 kg/hm2、K3：281.25 kg/hm2)。其中N2和K2水平為農(nóng)戶常規(guī)施肥水平。試驗共設(shè)7個處理，即T1(N0K2)、T2(N1K2)、T3(N2K2)、T4(N2K0)、T5(N2K1)、T6(N2K3)、T7(N3K2)，每個處理3次重復(fù)，每個小區(qū)面積為21.6 m2。試驗各處理磷肥用量均為225 kg/hm2。氮肥施用硝酸銨鈣，磷肥施用鈣鎂磷肥，鉀肥施用硫酸鉀。栽煙密度為：行距1.2 m，株距0.45 m。其他農(nóng)藝操作同當(dāng)?shù)厣a(chǎn)。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 農(nóng)藝性狀測定 根據(jù)YC/T 142-2010，自團(tuán)棵期(移栽后42 d)開始，每個小區(qū)固定5株，每隔7 d測量1次株高和葉片數(shù)；現(xiàn)蕾期后每個小區(qū)隨機選5株代表性煙株，測定上、中、下部葉的葉長、葉寬等農(nóng)藝性狀。

1.3.2 干物質(zhì)積累量和養(yǎng)分積累量測定 成熟期內(nèi)每個小區(qū)選取2株固定植株，分3次采收葉片，分別對應(yīng)上、中、下部葉。最后1次采收同時采集莖和根系，各器官分開后在105 ℃下殺青30 min，80 ℃烘干分別測定干質(zhì)量。樣品經(jīng)粉碎機粉碎，采用H2SO4-H2O2法消煮，分別采用凱氏定氮法和火焰光度法測定含氮量和含鉀量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

氮肥/鉀肥利用率(Nitrogen use efficiency/NUE，Potassium use efficiency/KUE)=(植株總氮/總鉀積累量-不施氮肥/鉀肥處理的植株總氮/總鉀積累量)÷氮肥/鉀肥施用量。

氮肥/鉀肥農(nóng)學(xué)效率(Nitrogen agronomic efficiency/AN，Potassium agronomic efficiency/AK)=(葉片干物質(zhì)積累量-不施氮肥/鉀肥處理的葉片干物質(zhì)積累量)÷氮肥/鉀肥施用量。

氮肥/鉀肥偏生產(chǎn)力(Partial factor productivity of applied nitrogen/NPFP，Partial factor productivity of applied potassium/KPFP)= 葉片干物質(zhì)積累量÷氮肥/鉀肥施用量。

采用Microsoft Excel 2010和SAS 9.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，處理間差異顯著性均采用LSD法進(jìn)行多重比較檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氮鉀肥施用量對烤煙農(nóng)藝性狀的影響

農(nóng)藝性狀是烤煙發(fā)育特征的直觀表征指標(biāo)。如圖1所示，旺長后期株高和葉片數(shù)均以T4處理的為最大，T1處理為最小，葉片數(shù)表現(xiàn)出隨著氮肥用量的增加而增加的趨勢，與鉀肥用量關(guān)系不大。整個旺長期，T1、T2、T3和T7處理的葉片數(shù)分別增加了1.6，1.8，2.0，2.1倍；株高分別增加了4.2，6.2，5.8，6.8倍。移栽后66 d，T7處理葉片數(shù)較T1處理和T2處理分別增加了5.4，1.6片，株高分別增加了54.8，15.8 cm。

不同字母表示在0.05水平上差異顯著。Different letter means significant difference at P<0.05.

現(xiàn)蕾期時各部位葉片的葉長與葉寬的差異如表1所示。除了T1處理以外，不同處理間下部葉、中部葉和上部葉的葉長無顯著差異。下部葉葉寬以T7處理為最大，T1處理為最小；中部葉的葉寬和上部葉的葉寬均隨著氮肥用量的增加而增加，與鉀肥用量關(guān)系不大。

氮肥和鉀肥的施用量和現(xiàn)蕾期農(nóng)藝性狀各指標(biāo)的相關(guān)性如表2所示。氮肥用量和烤煙株高、葉片數(shù)、各部位葉片的葉長和葉寬均表現(xiàn)為極顯著正相關(guān)，鉀肥用量和烤煙株高、葉片數(shù)表現(xiàn)為顯著負(fù)相關(guān)，與各部位葉片的葉長和葉寬無顯著相關(guān)性。說明氮肥用量顯著影響了烤煙發(fā)育，隨著氮肥用量的增加，株高變高，葉片數(shù)增加，葉片變長變寬；鉀肥用量對烤煙發(fā)育影響不大，隨著鉀肥用量的增加，僅株高和葉片數(shù)表現(xiàn)出降低的趨勢。

2.2 不同氮鉀肥施用量對烤煙干物質(zhì)積累的影響

不同氮肥和鉀肥的施用量對成熟期烤煙各器官干物質(zhì)積累量的影響如表3所示。隨著氮肥用量的增加，烤煙莖、根系和葉片的干物質(zhì)積累量逐步增加，氮肥用量最大的T7處理莖、根系和葉片的干物質(zhì)積累量分別是不施氮肥處理的7.1，19.5，14.4倍；整株生物量同樣表現(xiàn)出隨著氮肥用量增加而增加的趨勢。不同鉀肥用量下，莖和根系的干物質(zhì)積累量均以T4處理為最大，葉片的干物質(zhì)積累量以T3處理為最大，整株生物量以T4處理為最大。不同氮肥用量下，烤煙根冠比隨著氮肥用量的增加先上升后下降，以T3處理為最大；不同鉀肥用量下，烤煙根冠比同樣隨著鉀肥用量的增加先上升后下降，以T3處理為最大。氮肥用量和各器官干物質(zhì)積累量的相關(guān)性分析結(jié)果顯示，氮肥用量和莖、根系和葉片的干物質(zhì)積累量的相關(guān)系數(shù)分別為0.708，0.647，0.818，均達(dá)到極顯著正相關(guān)，而鉀肥用量和莖、根系和葉片的干物質(zhì)積累量的相關(guān)系數(shù)分別為0.024，-0.321，-0.256，沒有顯著相關(guān)性。這說明氮肥用量顯著影響了烤煙各器官干物質(zhì)的積累而鉀肥用量影響不大。

表1 不同處理對烤煙現(xiàn)蕾期農(nóng)藝性狀的影響

Tab.1 Effects of different treatments on agronomic characters of flue-cured tobacco at budding stage cm

注：同一列內(nèi)不同字母表示在0.05水平上差異顯著。表3-5，7同。

Note：Different letter in the same column means significant difference atP<0.05.The same as Tab.3-5，7.

表2 氮鉀肥用量與烤煙農(nóng)藝性狀各指標(biāo)的相關(guān)性分析Tab.2 Correlation analysis of nitrogen/potassium fertilizer application rate and agronomical characters of flue-cured tobacco

注：**.極顯著相關(guān)(P<0.01)；*.顯著相關(guān)(P<0.05)。表6同。

Note：**.Significant correlation atP<0.01；*. Significant correlation atP<0.05.The same as Tab.6.

表3 烤煙各處理不同部位干物質(zhì)積累量Tab.3 Dry matter accumulation in various parts of tobacco among different treatments

2.3 不同氮鉀肥施用量對烤煙養(yǎng)分吸收的影響

不同氮肥和鉀肥的施用量對成熟期烤煙各器官氮含量和鉀含量的影響如表4所示。隨著氮肥施用量的增加，莖中氮含量先上升后下降，以T3處理為最大；根系含氮量隨著氮肥施用量的增加而降低，而葉片含氮量隨著施氮量的增加而增加；不同氮肥用量下，莖中的鉀含量以T2處理為最大，其他處理間無顯著差異；葉片中的鉀含量以T3處理為最小，其他處理間無顯著差異。隨著鉀肥施用量的增加，莖和根系的氮含量表現(xiàn)為先上升后下降的趨勢，均以T3處理為最大；不同鉀肥施用量間葉片含氮量沒有顯著差異；不同鉀肥用量間，莖和葉片中的鉀含量均以T4處理為最小，T6處理為最大；各處理間根系中的鉀含量沒有顯著差異，不受氮肥用量和鉀肥用量的影響。

表4 烤煙各處理不同部位養(yǎng)分含量Tab.4 Nutrition concentration in various parts of different treatments g/kg

不同氮肥和鉀肥的施用量對成熟期烤煙各器官氮積累量和鉀積累量的影響如表5所示。除莖中氮積累量外，不同氮肥用量處理間各器官氮積累量和鉀積累量均存在顯著差異，隨著氮肥施用量的增加，莖、根系和葉片中氮積累量和鉀積累量顯著增加。不同鉀肥用量處理間，莖中氮積累量沒有顯著差異，根系和葉片氮積累量以T5處理為最大，葉片鉀積累量以T6處理為最大。

表5 烤煙各處理不同部位養(yǎng)分積累量Tab.5 Nutrition accumulation in various parts of different treatments mg/株

氮肥和鉀肥的施用量和成熟期烤煙整株養(yǎng)分含量及積累量的相關(guān)性如表6所示。氮肥用量和烤煙整株氮含量表現(xiàn)為顯著相關(guān)，和烤煙整株鉀含量沒有相關(guān)性，和烤煙整株氮積累量和鉀積累量表現(xiàn)為極顯著正相關(guān)；鉀肥用量與整株鉀含量表現(xiàn)為極顯著正相關(guān)，與整株氮積累量、整株鉀積累量沒有相關(guān)性。

表6 氮鉀肥用量與整株養(yǎng)分吸收積累量的相關(guān)性分析

表7 烤煙不同處理間肥料利用率差異Tab.7 Different fertilizer use efficiency among different treatments

注：T1和T4處理分別為不施氮肥和不施鉀肥的處理，不計算肥料利用率。

Note：T1 and T4 were treatments without nitrogen and potassium fertilizers respectively，and the fertilizer utilization rate was not calculated.

2.4 不同氮鉀肥施用量對烤煙肥料利用效率的影響

不同氮肥和鉀肥的施用量對肥料利用率的影響如表7所示。隨著氮肥用量的增加，氮肥利用率沒有顯著變化，而氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮肥偏生產(chǎn)力顯著增加，T7處理較T2處理氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮肥偏生產(chǎn)力分別增加30%和11%。與氮肥利用率相比，各處理間鉀肥利用率相對較低，其中T3處理與不施鉀肥的T4處理相比，施用鉀肥后整株鉀積累量并沒有增加，鉀肥利用率無法通過差減法進(jìn)行計算；不同鉀肥用量間，以T5處理的鉀肥利用率、鉀肥農(nóng)學(xué)效率和鉀肥偏生產(chǎn)力為最高。

3 結(jié)論與討論

試驗結(jié)果表明，葉片數(shù)、株高、葉長和葉寬等農(nóng)藝性狀指標(biāo)隨著氮肥用量的增加而增加，各器官干物質(zhì)的積累量也與氮肥用量呈極顯著正相關(guān)的關(guān)系，這說明施用氮肥與烤煙的發(fā)育密切相關(guān)，這與之前的研究結(jié)果相一致[11-12]，在一定氮肥用量范圍內(nèi)，隨著氮用量的增加，葉片光合能力增加[13]，有利于光合產(chǎn)物的積累，進(jìn)而形成較大的干物質(zhì)積累量[14]。增施氮肥顯著增加了烤煙的氮素和鉀素積累量，但烤煙的鉀含量與氮肥用量沒有顯著相關(guān)關(guān)系，烤煙的氮含量與氮肥用量相關(guān)性也不高，這說明氮肥對烤煙養(yǎng)分吸收的影響主要是通過增加干物質(zhì)積累[15-16]，形成較大的庫以吸收更多的養(yǎng)分，而對烤煙本身養(yǎng)分吸收和轉(zhuǎn)運能力的影響不大[17]。在本試驗中，農(nóng)藝性狀指標(biāo)和烤煙各器官干物質(zhì)積累量與鉀肥用量間沒有顯著相關(guān)關(guān)系，這說明使用鉀肥可能與烤煙發(fā)育的關(guān)系并不密切[18-21]，這可能與本試驗地塊的土壤速效鉀含量較高有關(guān)[22]。增施鉀肥后，除葉片和莖中的鉀積累量以外，其他各器官的氮積累量和鉀積累量沒有顯著變化，但烤煙的氮含量與鉀肥用量存在相關(guān)關(guān)系，烤煙的鉀含量與鉀肥用量存在極顯著的相關(guān)關(guān)系，這說明在本試驗中，鉀肥更多的影響了烤煙養(yǎng)分吸收和轉(zhuǎn)運能力。

在本試驗中，隨著氮肥用量的增加，氮肥利用率增加，這可能與該地塊土壤基礎(chǔ)供氮能力不足有關(guān)[23]，該地塊施用氮肥增產(chǎn)效果較明顯，在現(xiàn)有常規(guī)氮肥用量基礎(chǔ)上仍有增產(chǎn)空間；但過高的施氮量會引起烤煙品質(zhì)的下降，因此，在確定皖南煙區(qū)適宜氮肥用量時需進(jìn)一步結(jié)合化學(xué)成分及感官質(zhì)量評價的結(jié)果。與氮肥利用率相比，烤煙的鉀肥利用率相對較低，這主要因為煙草作為一種工業(yè)生產(chǎn)原料，對品質(zhì)特別是煙葉鉀含量的要求高于對產(chǎn)量的要求[24-25]，因此，存在鉀肥過量使用的現(xiàn)象，結(jié)合煙葉鉀含量和鉀肥利用率的結(jié)果，皖南煙區(qū)適宜鉀肥用量存在下降的空間。