施鉀量對不同生態(tài)區(qū)烤煙生長和鉀肥利用率的影響

季 璇，陳熙卓，宋文靜，李 哲,4，楊 波,5，王文楷，李錫錦，叢 萍，董建新*

（1.中國農業(yè)科學院煙草研究所，青島 266101；2.中國農業(yè)科學院研究生院，北京 100081；3.福建省煙草公司三明市公司，福建 三明 365000；4.山東中煙工業(yè)有限責任公司濟南卷煙廠，濟南 250104；5.江西省煙草公司贛州市公司，江西 贛州 341000；6.曲靖市煙草公司羅平分公司，云南 羅平 655800)

鉀是與煙草品質關系最為密切的礦質元素之一，當煙葉鉀含量≥2%時，其燃燒性、焦油產生量、香氣質、香氣量和陰燃持火力顯著改善[1-2]。與國際優(yōu)質煙葉相比，目前我國煙葉鉀含量總體偏低，且呈南高北低的趨勢[3]。土壤供鉀水平和鉀肥吸收利用效率是制約煙葉鉀含量提高的關鍵因素，土壤中全鉀含量約1%～3%，其中有效鉀一般不超過全鉀的2%[4]，尚難以滿足烤煙對鉀的需求，因此烤煙生產中常需投入大量鉀肥。有數據表明我國煙草種植面積僅占耕地總面積的1%，但卻消耗了5.9%的全國耕地鉀肥用量[5]。

硫酸鉀是我國烤煙常用鉀肥，然其長期大量施用雖能在一定程度上提高煙葉干物質積累量和鉀積累量，但也會導致鉀肥當季利用率顯著下降[6]。鉀肥施用量需因地制宜，適宜鉀肥施用量一直是我國烤煙生產關注的關鍵問題之一。已有研究發(fā)現，不同地區(qū)、不同的施鉀量對煙葉生長及土壤質量等影響不同：江西煙區(qū)烤煙煙葉產量和品質隨施鉀量的增加而增加，但施鉀量超過315 kg/hm2后，煙葉產量和品質明顯下降[7]。四川涼山煙區(qū)施鉀量在0～360 kg/hm2范圍內，隨施鉀量增加煙葉產量和鉀積累量呈先增后降的趨勢，當施鉀量為158 kg/hm2時煙葉產量（2239.1 kg/hm2）和鉀積累量（53.4 kg/hm2）接近最高[8]。山東煙區(qū)施鉀量在0～248 kg/hm2范圍內，隨施鉀量增加，烤煙煙葉生物量和鉀含量提高，但同時土壤也出現酸化，連續(xù)8 年在烤煙生產季施鉀247.57 kg/hm2，土壤pH 由初始的5.56 降到5.11[9]。我國現有烤煙鉀肥施用量的研究主要集中在某一煙區(qū)[10-13]，對不同生態(tài)區(qū)缺乏系統(tǒng)的研究。山東省即墨縣與云南省羅平縣是氣候和土壤差異極為顯著的烤煙產區(qū)，分屬于沂蒙丘陵生態(tài)區(qū)-蜜甜焦香型和西南高原生態(tài)區(qū)-清甜香型[14]，兩地鉀肥投入對烤煙生產的影響異同如何尚有待研究，為此，本研究在這兩個地區(qū)開展了不同施鉀水平的田間試驗，探究硫酸鉀肥用量對烤煙鉀素吸收、鉀肥利用率和土壤鉀素平衡的影響，為不同生態(tài)區(qū)優(yōu)質煙葉生產的鉀肥運籌提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

即墨試驗田位于山東省即墨市龍泉街道辦事處中國農業(yè)科學院煙草研究所試驗基地（120°34′E，36°26′N），海拔75 m，溫帶季風氣候，年均日照時數2726 h，氣溫12 ℃，降水量750 mm，無霜期介于196～234 d，種植模式為烤煙-冬閑，砂壤，低肥力棕壤，0～20 cm 土壤pH 5.17，有機質10.9 g/kg，全氮0.57 g/kg，堿解氮109.2 mg/kg，全磷0.30 g/kg，有效磷17.8 mg/kg，全鉀18.3 g/kg，速效鉀62.4 mg/kg。

羅平試驗田位于云南省羅平縣羅雄鎮(zhèn)（104°19′E，24°48′N），海拔1503 m，亞熱帶高原季風氣候，年均日照時數1685 h，氣溫15.1 ℃，降水量1700 mm，無霜期280 d，種植模式為烤煙-油菜輪作，粘壤質高肥力山地黃壤，0～20 cm 土壤pH 5.90，有機質36.8 g/kg，全氮1.97 g/kg，堿解氮167.4 mg/kg，全磷1.61 g/kg，有效磷35.4 mg/kg，全鉀12.9 g/kg，速效鉀265.6 mg/kg。

1.2 試驗設計

2013 年在即墨、羅平開展田間試驗。試驗設計采用“3414”試驗的單因素試驗方案[15]。隨機區(qū)組法劃分小區(qū)，3 次重復，試驗設計與施肥量見表1。即墨烤煙品種為NC89，6 月3 日移栽，小區(qū)面積為12 m2，株行距為50 cm×110 cm，所有肥料烤煙移栽前一次性基施。羅平烤煙品種為K326，小區(qū)面積為30 m2，5 月11 日移栽，株行距為60 cm×120 cm，烤煙移栽前基施部分鉀肥（T1 對應的施肥量），T2、T3 剩余鉀肥于烤煙移栽25 d 后追施。

表1 試驗設計與養(yǎng)分投入量Table 1 Test design and nutrient input

1.3 試驗方法

樣品采集：煙打頂后一周，各小區(qū)采集5 株代表性煙株，洗凈晾干后分根、莖、葉于105 ℃殺青30 min，75 ℃烘至恒重，測定質量。

樣品分析：粉碎過篩（0.25 mm），采用H2SO4-H2O2消煮-火焰光度計法測烤煙各部分鉀（K2O）含量[16]。

相關參數計算方法[8,17-18]：

煙葉產量（kg/hm2）=單株煙葉干物質量（kg）×株數（株/hm2）；

鉀（K2O）積累量（kg/hm2）=烤煙根莖葉干物質量（kg/hm2）×鉀（K2O）含量（%）；

鉀肥表觀利用率（RE,%）=（施鉀區(qū)烤煙鉀積累量-缺鉀區(qū)烤煙鉀積累量）/施鉀量×100%；

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鉀肥農學效率（AE,kg/kg）=（施鉀區(qū)煙葉產量-缺鉀區(qū)煙葉產量）/施鉀量；

鉀肥偏生產力（PEP,kg/kg）=施鉀區(qū)煙葉產量/施鉀量；

鉀肥表觀平衡（NA,kg/hm2）=鉀肥投入總量-烤煙鉀積累總量。

施鉀區(qū)：T1、T2 和T3，缺鉀區(qū)：CK。

1.4 數據處理

采用Microsoft Excel 2016 整理數據，繪制表格。使用SAS 9.4 進行數理統(tǒng)計和差異顯著性分析（p＜0.05），Origin 9.0 繪圖。

2 結果

2.1 施鉀量對烤煙生物量和鉀素吸收的影響

由表2 可知，烤煙打頂后，即墨T1 煙葉生物量和總生物量較CK 顯著提高；T2 和T3 烤煙根和葉的生物量及總生物量較CK 顯著提高，但T2 和T3 處理間差異不顯著；T1、T2、T3 較CK 顯著提高莖的生物量，增幅分別為14.37%、21.12%和15.36%，處理間差異不顯著。總生物量的大小關系為T2＞T3＞T1＞CK，其中T1、T2、T3 分別顯著高于CK 8.78%、24.52%和22.23%，T2 和T3 顯著高于T1 14.47%和12.37%。

表2 不同鉀素水平下烤煙生物量的差異Table 2 Biomass of different organs of flue-cured tobacco under different potassium levels kg/hm2

羅平烤煙根的生物量關系為T3＞T2＞T1＞CK，莖的生物量關系為T2＞T3＞CK＞T1，處理間差異均不顯著。T1、T2、T3 煙葉生物量較CK 分別顯著提高12.41%、19.52%和13.11%；總生物量大小關系為T2＞T3＞T1＞CK，其中T1、T2 和T3 分別高于CK 7.39%、16.76%和12.04%，僅T2 顯著高于CK。

同一施鉀水平下，羅平烤煙根、莖、葉生物量明顯高于即墨，其總生物量約是即墨的2～3 倍。

由表3 可知，即墨烤煙根和莖的鉀積累量均表現為T2＞T3＞T1＞CK，T1、T2、T3 根鉀積累量分別較CK 顯著提高95.45%、181.82%、140.91%；莖鉀積累量分別較CK 顯著提高29.17%、48.81%、36.31%。各處理煙葉鉀積累量差異顯著，大小關系為T3＞T2＞T1＞CK，較CK 增加18.21%～178.15%；各處理鉀總積累量差異顯著，其中以T3 最高，較CK 顯著增加115.16%。

羅平T2 和T3 較CK 分別顯著提高烤煙根和莖的鉀積累量，其中T2 和T3 烤煙根的鉀積累量分別顯著高于CK 17.22%和21.16%；T2 和T3 烤煙莖的鉀積累量分別顯著高于CK 31.21%和21.16%。T1和T2 煙葉鉀積累量較CK 分別顯著提高33.27%和39.65%，T3 煙葉鉀積累量較CK 提高不顯著。各處理鉀總積累量的顯著性水平表現為T2 最高，T1 與T3 次之，CK 最低，其中T2 顯著高于CK 33.82%。同一施鉀水平下，即墨烤煙不同器官鉀積累量和鉀總積累量明顯低于羅平。

表3 不同鉀素水平下烤煙各器官鉀（K2O）積累量的差異Table 3 Potassium (K2O) accumulation in different organs of flue-cured tobacco under different potassium levels kg/hm2

2.2 施鉀量與煙葉產量、煙葉鉀含量和烤煙鉀總積累量之間的相關性分析

由圖1（A、B、C）可知，即墨施鉀量與煙葉產量、煙葉鉀含量和烤煙鉀總積累量之間呈極顯著正相關關系，表明煙葉產量、煙葉鉀含量和烤煙鉀總積累量隨施鉀量增加而增加。

圖1 施鉀量與煙葉產量、煙葉鉀（K2O）含量和烤煙鉀（K2O）總積累量的關系Fig.1 The relationship between potassium application rate and tobacco leaf yield,potassium (K2O) content and total potassium(K2O) accumulation

由圖1（D、E、F）可知，羅平施鉀量與煙葉產量、煙葉鉀含量和烤煙鉀總積累量之間的關系符合一元二次方程曲線，煙葉產量、煙葉鉀含量和烤煙鉀總積累量隨施鉀量增加表現為先上升后下降，呈明顯的報酬遞減規(guī)律。當施鉀量為135 kg/hm2時，煙葉產量、煙葉鉀含量和烤煙鉀總積累量與最大煙葉產量6579 kg/hm2、最高煙葉鉀含量2.19%和最大鉀總積累量230 kg/hm2接近。

同一施鉀水平下，羅平煙葉產量和鉀總積累量明顯高于即墨，但羅平施鉀肥處理的煙葉鉀含量在2%左右，而即墨煙葉鉀含量高達3.64%。

2.3 施鉀量對土壤鉀素平衡和鉀肥利用率的影響

由表4 可知，即墨T1、T2、T3 土壤鉀素顯著盈余，盈余程度為T3＞T2＞T1；羅平T1、T2、T3土壤鉀素顯著虧缺，虧缺程度T1＞T2＞T3。兩地CK 土壤鉀素均表現虧缺，羅平試驗田的虧缺程度大于即墨。

由表5 可知，即墨T2 和T3 較T1 顯著提高鉀肥表觀利用率，兩處理鉀肥表觀利用率均低于30%，差異不顯著。T1、T2、T3 鉀肥農學效率關系為T2＞T3＞T1。各處理鉀肥偏生產力差異顯著，T1 較T2 和T3 分別顯著提高66.24%和145.58%，T2 較T3 顯著提高47.72%。

表4 不同鉀用量對土壤鉀素平衡的影響Table 4 Effects of soil nutrient balance under different potassium fertilizer application

羅平T1 和T2 鉀肥表觀利用率顯著高于T3，兩處理鉀肥表觀利用率均在45%以上，差異不顯著。T1、T2、T3 鉀肥農學效率關系為T1＞T2＞T3。各處理的鉀肥偏生產力差異顯著，T1 較T2 和T3 分別顯著提高80.10%和198.14%，T2 較T3 顯著提高58.50%。

同一施鉀水平下，即墨鉀肥利用率的各項指標遠低于羅平。

表5 不同鉀用量對鉀肥利用率的影響Table 5 Effects of utilization rate of potassium fertilizer under different potassium fertilizer application

3 討 論

在土壤肥力水平較低的即墨試驗田，施鉀肥顯著增加烤煙總生物量，鉀2 水平處理和鉀3 水平處理烤煙根、葉的生物量和總生物量較鉀1 水平處理顯著增加（表2），由此可見總生物量的增加主要由烤煙根和葉生物量的增加引起，增施鉀肥促進根系的生長發(fā)育，強壯的根系加強對養(yǎng)分的吸收，并不斷為地上部尤其是葉片生長發(fā)育提供養(yǎng)分，促進煙葉生長[1]。施鉀肥顯著增加即墨烤煙根莖葉的鉀積累量，鉀2 水平處理根和莖的鉀積累量明顯高于鉀3 水平處理，而葉片鉀積累量和鉀總積累量顯著低于鉀3 水平處理（表3），說明鉀2 水平處理根部吸收的鉀多貯存在根部和莖部，未能充分轉運到葉片中。即墨烤煙施鉀量與煙葉產量和煙葉鉀含量呈極顯著正相關關系，增施鉀肥提高煙葉產量的同時顯著提高煙葉鉀含量；同時也表明在肥力較低的田塊繼續(xù)增施鉀肥，煙葉產量和含鉀量仍可以繼續(xù)得到提升。在土壤肥力水平較高的羅平試驗田，相較于對烤煙根和莖生物量的影響而言，施鉀肥更易顯著增加烤煙煙葉生物量，表明施鉀肥主要促進煙葉生長，煙葉生物量的增加是總生物量增加的主要原因。本研究中羅平煙葉產量、煙葉鉀含量和鉀總積累量均隨施鉀量的增加呈先增加后降低的趨勢，表現出明顯的報酬遞減的規(guī)律，與李靜等[8]研究結果相同。當施鉀量為鉀2 水平（135 kg/hm2）時，羅平煙葉產量、煙葉鉀含量和烤煙鉀總積累量接近最大值?？梢姡瑢α_平而言，鉀2 水平施鉀量是提高煙葉產量，改善煙葉品質的適宜用量。

頂端不僅是煙株的生長中心和物質交換中心，也是生長素合成的主要部位，生長素調節(jié)煙株體內同化物及礦質養(yǎng)分的運輸和分配[19]。研究表明打頂導致煙株鉀含量下降，煙堿含量大幅增加[20-21]。本試驗中，兩地均在烤煙打頂后一周取樣，用此時的生物量代表產量，同時測定煙葉鉀含量。煙田其他煙株上部葉繼續(xù)生長，生長素合成不足，使煙株對鉀素的吸收減少，因此本試驗結果的產量較實際略低，而煙葉鉀含量較實際偏高。

不施鉀肥處理的土壤表觀平衡的數值能夠反應土壤本身的供鉀能力[22]，即墨和羅平的土壤供鉀水平分別為70.44 和180.92 kg/hm2，可見羅平土壤供鉀水平明顯高于即墨；即墨試驗地選用的NC89是鉀高效基因型品種，耐低鉀脅迫；而羅平試驗地選用的K326 是鉀低效基因型品種，不耐低鉀脅迫[23]，由此可見土壤自身供肥能力不同是導致兩地烤煙長勢懸殊的主要原因。鉀肥表觀利用率反映烤煙對投入土壤的鉀肥的回收效率，鉀肥農學效率反映單位鉀肥的增產效應，鉀肥偏生產力反映單位鉀肥生產的煙葉產量[24]。當施鉀量較低時，土壤的緩效鉀轉化為易被烤煙吸收的速效鉀[25]，促進烤煙生長，尤其煙葉生長，煙葉產量增加，因而兩地鉀1 水平處理鉀肥偏生產力顯著增加。即墨施鉀量在鉀2 水平上繼續(xù)增加時，過量鉀肥打破土壤中不同形態(tài)的鉀的平衡，土壤速效鉀含量增加的同時，被固定轉化為緩效鉀的量增加，鉀的有效性降低，鉀肥利用率降低，土壤鉀素盈余嚴重，存在潛在環(huán)境風險[26]。羅平鉀肥表觀利用率隨施鉀量增加先略有增加后顯著降低，其鉀肥農學效率和鉀肥偏生產力均隨施鉀量的增加而降低，這是由于烤煙生長季（5～10 月）正值當地降雨集中期，尤其烤煙旺長的7、8 月份多大雨、暴雨，鉀被雨水淋溶流失嚴重，可供烤煙吸收利用的鉀少，烤煙不斷從土壤中汲取鉀營養(yǎng)，繼而使土壤鉀素虧缺嚴重[25,27]。羅平試驗田位于羅雄壩區(qū)，烤煙-油菜的種植模式已超過10 年，雖然煙草季鉀素虧缺，但是由于油菜季大量施用鉀肥且油菜秸稈連年還田彌補了煙草季鉀素的虧缺，因此土壤肥力一直維持在較高水平。由此可見，在一定范圍內，施鉀量是限制即墨烤煙鉀肥利用率提高的關鍵因子，施鉀量超過一定量后不利于即墨鉀肥利用率的提升。增施鉀肥對羅平烤煙鉀肥利用率的積極影響較小，且多為負作用。由此推斷：施鉀量不是限制羅平烤煙鉀肥利用率提高的關鍵因子，施鉀方式可能是限制當地鉀肥利用率提高的重要因素，于烤煙吸鉀的高峰前追施鉀肥可能是提高羅平烤煙鉀肥利用率的有效措施[28]。

4 結 論

施鉀量對兩地烤煙生長、鉀素吸收和鉀肥利用率的影響不盡相同。當施鉀量為247.5 kg/hm2時，即墨烤煙產質量增加，鉀肥利用率提高，土壤鉀素盈余嚴重，存在潛在環(huán)境風險。當施鉀量為135 kg/hm2時，羅平烤煙產質量和鉀肥利用率高，煙草季土壤鉀素虧缺嚴重。綜上，鉀2 水平施鉀量在提高煙葉產質量、平衡土壤鉀素盈虧以及提高鉀肥利用率方面具有顯著效果，可作為山東即墨和云南羅平烤煙生產的適宜施鉀量。此外，當前施鉀量下需改善施鉀方式，基施加追施尤其是在烤煙需鉀高峰前追施鉀肥是進一步提高兩地鉀肥利用率的有效措施。