施鉀量對烤煙品質及鉀吸收利用的影響

湯 宏，李向陽*，王建偉*，鄧 潔，劉倫沛，嚴紅光，曾掌權

(1.凱里學院 大健康學院，貴州 凱里 556011；2.湖南省林業(yè)科學院/湖南衡山森林生態(tài)系統(tǒng)定位觀測研究站，湖南 長沙 410004)

鉀是烤煙必需的三大營養(yǎng)元素之一，烤煙是需鉀量較大的作物，對其生長發(fā)育產生極其重要的影響，而且是煙葉主要的品質指標，是公認的煙草品質元素[1]。煙葉的焦油產生量、燃燒性、陰燃持火力、香氣質和香氣量均直接決定于其中鉀含量的高低[2-3]。國外優(yōu)質煙葉的含鉀量都在2%以上[4]，而我國大部分地區(qū)煙葉的含鉀量一般都在2%以下[5]，較低的煙葉含鉀量成為我國烤煙生產中亟待解決的技術問題，是制約我國煙葉質量進一步提升的主要限制因子之一。長期以來，我國煙草生產中普遍存在鉀肥施用不合理的現(xiàn)象，存在鉀肥施用方式和時期不能滿足烤煙生長發(fā)育的需要，施用量不足或過多等問題。鉀肥的不合理施用打破了土壤中原有鉀固定與釋放的平衡，致使土壤固鉀量增加，導致土壤供鉀量不足，鉀肥的利用率降低[6-7]。適宜的鉀肥施用量不僅有利于提高煙葉的含鉀量，協(xié)調煙葉化學成分，提升煙葉的品質，而且有利于提高鉀肥利用效率[2-3]。調查發(fā)現(xiàn)，烤煙是貴州省黔東南州最主要的經濟作物之一，是當?shù)氐闹匾洕е?，烤煙生產在促進農民增收和脫貧致富中起著舉足輕重的作用。但在目前的烤煙生產中，煙農片面追求高的煙葉產量和經濟效益，亦普遍存在鉀肥施用不合理的現(xiàn)象，非但沒有提高烤煙的經濟效益，反而降低了凈收益。在當?shù)乜緹煼N植區(qū)有關不同施鉀量對烤煙品質及鉀吸收利用效率方面的研究鮮有報道。因此，在當?shù)亻_展有關煙草鉀素營養(yǎng)的試驗研究很有必要且緊迫，探討不同鉀肥施用量對烤煙品質及鉀吸收利用效率的影響，以期為當?shù)乜緹熒a合理施用鉀肥提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗地點位于貴州省黔東南州麻江縣東南部的龍山鎮(zhèn)大塘村，地處云貴高原向湘桂丘陵過渡的斜坡地帶，海拔885 m，26°27′ N，107°43′ E，年平均氣溫15.8 ℃，年降雨量1300 mm，相對濕度80%左右，無霜期長達298 d，屬典型亞熱帶季風濕潤氣候區(qū)，冬無嚴寒、夏無酷暑、雨量充沛、四季分明。大塘村主要以種植水稻、玉米等糧食作物和種植烤煙等經濟作物為主，是龍山鎮(zhèn)烤煙種植示范村，并有多個優(yōu)質煙示范點，是該鎮(zhèn)烤煙主要種植區(qū)。

1.2 試驗材料

供試煙草品種：云煙87，由貴州省黔東南州麻江縣煙草專賣局(煙草公司)提供。

供試肥料：尿素(含N 46.00%)、過磷酸鈣(含P2O512.00%)和硫酸鉀(含K2O 50.00%)，均購自當?shù)剞r資公司，有機肥料為菜枯(用M表示)，購自當?shù)卣ビ蛷S，菜枯的氮、磷、鉀含量分別為4.50%、1.88%、1.04%(N∶P2O5∶K2O=4.50∶1.88∶1.04)。

供試土壤：試驗田土壤類型為中壤質黃壤，試驗開始時耕層土壤有機質21.90 g/kg、全氮1.40 g/kg、堿解氮120.00 mg/kg、全磷0.62 g/kg、有效磷20.60 mg/kg、全鉀11.10 g/kg、速效鉀95.00 mg/kg、pH值7.01、陽離子交換量14.00 cmol/kg。

1.3 試驗設計

試驗于2016年夏秋季在貴州省黔東南州麻江縣龍山鎮(zhèn)大塘村進行，試驗前茬種植作物為夏玉米，冬季休閑。試驗田的土壤肥力均勻，田間的排灌條件良好。采用田間小區(qū)試驗，設置MNPKi(i=0,1,2,3)4個不同施肥處理，3次重復，共12個小區(qū)，隨機區(qū)組排列，小區(qū)面積為36 m2，并設置保護行，植煙行距為120 cm，株距為50 cm。本試驗中各處理的化學鉀肥施用量不同，化學氮肥和磷肥的施用量一致(表1)。各處理均按當?shù)赜袡C肥(菜枯，用M表示)施用習慣和平均施用水平施用，將有機肥在翻耕整地時作基肥一次性施用，并保證各小區(qū)有機肥施用品種、方法和施用量完全一致。各處理化學肥料的施用量按表1中所列的量施用。磷肥在翻耕整地時作基肥一次性施用，鉀肥和氮肥分基肥和追肥施用，鉀肥和氮肥的基追比分別為4∶6和6∶4。作基肥的鉀肥和氮肥在翻地時一次性施用，追肥分別在煙草移栽后的還苗期和旺長期分2次施用，第1次追施量均為追肥的15%，于煙草的還苗期內追施，剩余的追肥在煙草的旺長期內一次性追施，追施方法均為灌施。試驗煙苗由黔東南州麻江縣煙草公司統(tǒng)一提供，于4月17日移栽，其田間栽培管理措施均與當?shù)貎?yōu)質烤煙生產采用的管理措施完全一致。

1.4 測定項目及方法

1.4.1 煙株鮮質量、干質量及各器官全鉀含量的測定 煙苗移栽后，每小區(qū)選取長勢中等且基本一致的烤煙5株掛牌標記。在烤煙成熟期采收時，用土鏟挖取每小區(qū)掛牌標記的5株烤煙，包括煙株整個根系，根據(jù)煙株根系實際再延伸挖坑的大小，盡量做到不傷根，并在土壤中撿盡肉眼可見的根系。將煙株樣品帶回實驗室后，用自來水沖洗干凈后再用吸水紙吸干水分，然后用剪刀將煙株根系、莖、煙葉分開。用電子天平分別稱重得到其鮮質量，然后分別放入已烘干并已稱重和編好號的牛皮紙袋內，再放入105 ℃烘箱中殺青30 min后，將溫度降至70 ℃下烘干至恒重，用電子天平稱重即為煙葉、莖和根的干質量。烘干后的煙葉、莖和根分別用植物粉碎機磨碎后過0.5 mm塑料篩用于測定各自全鉀含量。煙葉、莖和根的全鉀含量及基礎土樣基本理化性質的測定參照《土壤農業(yè)化學分析方法》[8]一書中所列的方法。

表1 試驗處理設置及其施肥量

1.4.2 煙葉化學成分分析和感官品質鑒定 各小區(qū)煙葉單獨采收、編竿、烘烤、分級和計產，并分炕次按烤煙國家分級標準《烤煙(GB 2635─1992)》定級，記錄每次采收各等級煙葉產量，并計算單位面積產量。抽取各小區(qū)上桔二(B2F)、中桔三(C3F)和下桔二(X2F)等級煙葉樣品各500 g，再用植物粉碎機磨碎制備成分析樣，用于檢測其主要化學成分。煙葉總糖和還原糖的測定參考YC/T 159─2002所列的方法(還原糖采用沸水浸提-銅還原-直接滴定法，總糖采用銅還原-直接滴定法)。煙堿、鉀和氯分別按照YC/T 160─2002、YC/T 173─2003和YC/T 162─2011中所列標準方法測定,并計算兩糖比(還原糖/總糖)、兩糖差(總糖-還原糖)、糖堿比(還原糖/煙堿)、氮堿比(總氮/煙堿)和鉀氯比(鉀/氯)。按照農業(yè)農村部煙草產品質量監(jiān)督檢驗測試中心備案的方法標準NY/YCT 008─2002和YC/T 138─1998對各小區(qū)樣品進行煙葉感官評吸指標鑒定，按香氣質(0.15)、香氣量(0.20)、余味(0.25)、雜氣(0.18)、刺激性(0.12)、燃燒性(0.05)和灰分(0.05)7項指標及相應權重計算評吸總分。

1.4.3 計算參數(shù)及方法[9-10]鉀素積累量(AAK)/(kg/hm2)=煙葉鉀素積累量+莖鉀素積累量+根鉀素積累量=煙葉含鉀量×煙葉干質量+煙莖含鉀量×煙莖干質量+煙根含鉀量×煙根干質量

鉀肥吸收利用率(UEK)/%=(施鉀區(qū)煙株鉀素積累量-未施鉀區(qū)煙株鉀素積累量)/施鉀量×100%

鉀肥農學利用率(AEK)/(kg/kg)=(施鉀區(qū)煙葉產量-未施鉀區(qū)煙葉產量)/施鉀量

鉀肥偏生產力(PFPK)/(kg/kg)=施鉀區(qū)煙葉產量/施鉀量

鉀肥生理利用率(PEK)/%=(施鉀區(qū)煙葉產量-未施鉀區(qū)煙葉產量)/(施鉀區(qū)地上部分含鉀量-未施鉀區(qū)地上部分含鉀量)

鉀素吸收速率(URK)/[kg/(hm2·d)]=煙株鉀素累積量/天數(shù)

鉀收獲指數(shù)(HIK)/%=煙葉鉀積累量/煙株總鉀積累量

1.5 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)經Excel 2010軟件整理后，應用SPSS 23.0統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。方差分析多重比較采用最小顯著差異法(LSD法)。

2 結果與分析

2.1 不同處理煙葉的化學成分

由表2可知，各處理煙葉隨施鉀量增加，總糖、還原糖和鉀的含量整體呈增加的變化趨勢，總糖和還原糖以MNPK3處理最高，鉀以MNPK2處理最高。煙葉中煙堿、蛋白質、總氮和氯的含量隨施鉀量的增加整體呈降低的變化趨勢，且以MNPK0處理最高。煙葉糖堿比、糖氮比和鉀氯比均以MNPK2處理最高，氮堿比和兩糖比均以MNPK0處理最高，兩糖差以MNPK3處理最高。相對于MNPK0處理，MNPK2處理的煙葉中總糖、還原糖、鉀、糖堿比、糖氮比、兩糖差和鉀氯比分別增加了13.22%、7.37%、33.76%、18.32%、21.15%、52.69%和212.02%，煙葉中煙堿、蛋白質、總氮、氯、氮堿比和兩糖比分別降低了9.25%、21.81%、11.37%、46.51%、2.34%和5.17%；MNPK3與MNPK0處理相比，煙葉中總糖、還原糖、鉀、糖堿比、糖氮比、兩糖差和鉀氯比分別增加了14.35%、8.64%、33.17%、17.00%、20.42%、52.82%和203.85%，煙葉中煙堿、蛋白質、總氮、氯、氮堿比和兩糖比分別降低了7.15%、23.40%、9.79%、45.20%、2.84%和4.99%。

表2 不同處理煙葉的主要化學成分

注:同列數(shù)字后不同小寫字母表示處理間在0.05水平差異顯著。*表示差異顯著(P<0.05)；**表示差異極顯著(P<0.01)；ns表示差異不顯著。下同。

2.2 不同處理煙葉的評吸質量

對烘烤后不同處理煙葉的評吸品質品鑒表明(表3)，評吸品質隨施鉀量的增加基本呈逐漸向好的變化趨勢，MNPKi(i=1,2,3)處理的評吸品質明顯優(yōu)于MNPK0處理；所有處理中，評吸品質最好的是MNPK2處理，其次是MNPK3處理，它們的得分分別為86.35和85.62分；評吸品質最差的是MNPK0處理，稍差的是MNPK1處理，它們的得分分別為74.83和79.57分。

表3 不同施肥處理煙葉的評吸品質 分

注:香氣質：15～13為好，12～10為較好，9～7為中等，<7為較差；香氣量：18～20為足，15～17為較足，12～14為尚足，9～11為有，<9為較少；余味：22～25為舒適，18～21較舒適，14～17尚舒適，10～13欠適，<10差；雜氣：16～18微有，13～15較輕，10～12有，7～9略重，<7重；刺激性：11～12為輕，9～10為微有、有，7～8有，5～6略大，<5大；燃燒性：5為強，4較強，3中等，2較差，0熄滅；灰分：5為白色，3為灰白，<2為黑灰。

2.3 不同處理煙株鉀素積累量及鉀素利用率

從煙株的鉀素吸收量來看，隨著施鉀量的增加，各處理煙株總吸鉀量逐漸增加(表4)。MNPKi(i=1,2,3)各處理煙株的總吸鉀量和根莖葉各器官的吸鉀量均顯著高于MNPK0處理(P<0.05)，MNPK3處理吸鉀量最高，為155.72 kg/hm2，MNPK0處理總吸鉀量最低，為69.05 kg/hm2，MNPK1、MNPK2和MNPK3處理煙株的總吸鉀量分別為MNPK0處理的1.45、1.96和2.26倍；根、莖、葉各器官的吸鉀量均以MNPK3處理最高，MNPK0處理最低。施鉀量不僅影響煙株根莖葉各器官對鉀素的吸收量，同時也影響鉀素在各器官中的分配，各處理煙葉吸鉀量明顯高于莖和根，鉀素在根、莖、葉中分配率差異明顯，表現(xiàn)為葉>莖>根。

表4 不同處理煙株不同器官鉀素的吸收與分配

煙株鉀肥利用率隨施鉀量的增加呈先增后降的變化趨勢(表5)，MNPK2處理煙株的鉀素利用率顯著高于MNPK1和MNPK3處理(P<0.05)，分別高出MNPK1和MNPK3處理3.25和2.46個百分點。烤煙鉀素積累量、鉀肥農學利用率、鉀肥生理利用率和鉀素吸收速率均隨施鉀量的增加而增加，MNPK2和MNPK3處理均顯著高于MNPK1處理(P<0.05)。鉀肥偏生產力隨施鉀量的增加而顯著下降，MNPK1處理鉀肥偏生產力分別為MNPK2和MNPK3的1.71和2.25倍。各處理鉀收獲指數(shù)隨施鉀量的增加先增后降，其差異沒有統(tǒng)計學意義上的差異。

表5 不同處理肥料鉀的表觀利用率

3 討論

3.1 施鉀量對烤煙品質的影響

煙葉品質包括外觀質量、物理性質、內在化學成分、感官評吸質量等。煙葉內在化學成分的協(xié)調性是衡量煙葉品質優(yōu)劣的重要因素，每種化學成分含量的高低影響煙葉的品質，但煙葉的品質并不在于某種或某幾種化學成分絕對含量的多少，而在于一系列有關物質的相對比例及彼此間的協(xié)調關系[11]?？偺鞘菬熑~烘烤后含量最高,對品質影響影響較大的化學成分之一。在一定的范圍內，一般在20%～24%較好[12]，總糖含量越高，煙葉品質越好，總糖含量太低，會破壞煙葉化學成分平衡性，吃味刺嗆，而太高則會導致煙氣的酸性過強[13]。還原糖能夠消除蛋白質燃燒時產生的不良氣味，有平衡煙葉質量的作用，含量一般在16%～22%之間為宜，總糖含量一般在20%～24%之間為宜[12]。研究表明，在一定范圍內隨著鉀肥施用量的增加，烤后煙葉中總糖和還原糖的含量都有增高的變化趨勢[14-15]，鉀營養(yǎng)有利于烤煙碳水化合物的合成和積累，本研究也有相似的結果。其原因可能是隨著施鉀量的增加，在煙株生長的中后期，煙株能吸收到更多的鉀，鉀離子可以活化煙株體內碳代謝關鍵酶活性，促進成熟期單糖合成蔗糖和淀粉，發(fā)生由主要的氮代謝活動向主要的碳代謝活動的轉變，滿足在煙株生長的中后期大量碳骨架的需要[16]。如果煙株鉀供應不足，會降低碳氮代謝關鍵酶的活性，煙株的光合作用受到抑制，碳氮代謝作用受阻[17-18]。煙葉中煙堿含量過高則勁頭大、刺激性強、辛辣味足，過低則勁頭小、吸味平淡，均不利于良好品質的形成；蛋白質含量的高低影響煙葉的抽吸質量。本研究中，隨施鉀量的增加，煙葉中氮代謝主要產物和氮的含量呈降低的變化趨勢，可能是因為隨著施鉀量的增加和生育期的后移，降低硝酸還原酶的活性，碳代謝增強，氮代謝減弱，導致煙堿、蛋白質和氮含量下降[17-18]；也有可能是施鉀增加促進干物質增長產生的稀釋效應[19]及鉀與銨態(tài)氮競爭從而降低了對氮素的吸收[20]。鉀是煙葉的品質元素，其含量高低直接影響煙葉的外觀質量、化學成分和燃燒性[21]。研究表明，煙葉含鉀量隨鉀肥施用量增加而提高[22]，氯含量降低，鉀氯比值增大[23]。本研究中，煙葉含鉀量隨施鉀量增加而呈增加的變化趨勢，氯含量呈降低的變化趨勢，鉀氯比值增大；同時，煙葉的糖堿比、氮堿比和糖氮比處于適宜范圍，煙葉的評吸品質隨施鉀量增加而提高(表3、表4)；但本研究結果還顯示，綜合來看，施鉀可明顯改善煙葉品質，但并沒有隨施鉀量增加而進一步提高，MNPK2處理煙葉的品質還略優(yōu)于MNPK3，其原因可能是發(fā)生了鉀元素的“奢侈消耗”[24]，出現(xiàn)鉀元素使用的不經濟和無效。

3.2 施鉀量對烤煙鉀吸收利用的影響

研究表明，一定范圍內，煙葉含鉀量隨施鉀量的增加而增加，但超過此范圍后，含鉀量增加緩慢，最后趨于平緩甚至略微降低[25]，煙株鉀積累量則隨施鉀量的增加而增加。鉀在烤煙體內主要分配于煙葉中，其次是莖，根中最少[26]。本研究中，各處理煙株的葉、莖和根各器官鉀素吸收量的大小關系均表現(xiàn)為葉>莖>根，鉀素在葉、莖和根各器官中的分配率大小關系均為葉>莖>根，但過量施用鉀肥對提高煙葉含鉀量的作用不大。MNPKi(i=1,2,3)各處理煙株鉀素吸收總量顯著高MNPK0(P<0.05)，以MNPK3處理最高。

肥料鉀素利用率主要受肥料種類、供鉀水平、土壤條件和田間管理等因素的影響。合理施肥能夠提高肥料鉀的利用效率，降低鉀的損失，對提高和保持土壤肥力具有產生重要作用。研究表明,土壤速效鉀的含量隨施鉀量的提高而增加[28]，同時被雨水淋溶損失和土壤膠體吸附轉化為緩效鉀的量也多，當土壤鉀供量不足時，緩效鉀轉化為速效鉀，被煙株吸收利用[28-29]?？梢?，適宜的鉀肥施用量不但有利于提高煙葉鉀含量，而且有利于提高鉀肥利用率。本研究中，鉀肥利用率隨施鉀量增加先升高再降低，MNPK2處理烤煙鉀肥的利用率最高，而隨著施鉀量的進一步提高，鉀肥利用率反而降低，其原因可能是存在于土壤中各種形態(tài)鉀之間的動態(tài)平衡被施入的外源鉀破壞，土壤固定的鉀增多，致使鉀肥利用率降低[29-30]。本試驗研究表明，適宜的鉀肥施用量可提高鉀肥利用率。

4 結論

施鉀使煙葉內在化學成分更為協(xié)調、改善煙葉評吸質量，提高煙葉品質和煙株對鉀的吸收利用，各處理中以MNPK2和MNPK3處理表現(xiàn)較好，黔東南煙草種植區(qū)推薦鉀肥施用量為240～360 kg/hm2。建議在本煙區(qū)推廣應用，同時可為鄰近地區(qū)煙草施肥提供參考。