施肥位點(diǎn)調(diào)控對(duì)植煙土壤及烤煙鉀含量的影響

李冬雪，王一柳，郇威威，馮文強(qiáng)，王火焰，陳小琴，盧殿君

（1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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210008；2中國科學(xué)院大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)學(xué)院，北京 100049；3四川省煙草科學(xué)研究所，成都 610041）

0 引言

煙草作為中國重要的財(cái)政收入來源及國民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分[1]，其品質(zhì)的高低嚴(yán)重制約著其發(fā)展，然而鉀素作為影響烤煙品質(zhì)最重要的元素之一，鉀含量的高低決定著烤煙品質(zhì)的進(jìn)一步提升[2-3]。國際普遍認(rèn)為，優(yōu)質(zhì)煙葉含鉀量應(yīng)在2.5%以上，而中國煙葉含鉀量僅2%左右[4-5]，甚至部分地區(qū)煙葉含鉀量低于2%[6-7]。煙葉鉀含量偏低是中國煙葉與國際優(yōu)質(zhì)煙葉品質(zhì)差異的重要原因之一[8]。含鉀量高于2%的煙葉光合性能、同化產(chǎn)物的生成與運(yùn)輸及相關(guān)酶活性均明顯優(yōu)于含鉀量低于2%的煙葉[9-10]。煙葉鉀含量高對(duì)煙葉品質(zhì)的影響不僅僅體現(xiàn)在煙葉的生理方面，還在其外觀上有一定的差異，如煙葉色澤、燃燒性及吸濕性等[3]。而煙葉含鉀量的提升不僅僅體現(xiàn)在土壤鉀素的供應(yīng)強(qiáng)度[11]，還受鉀素供應(yīng)方式的影響[12]。

鉀素供應(yīng)方式對(duì)烤煙鉀含量的影響較大。結(jié)果表明[12]，通過改進(jìn)施鉀方法可顯著提高烤煙生長中后期土壤的供鉀強(qiáng)度，對(duì)于促進(jìn)煙株對(duì)鉀素的吸收、提高煙葉含鉀量均有一定的積極作用。目前煙草施肥方式主要有2種：一次施肥和基追肥相結(jié)合。部分研究得出，采用基追肥等分次施肥方式可明顯提高煙葉含鉀量[13]，而穴施或條施與分層施肥相結(jié)合也可在一定程度上提高鉀肥的利用率[14]。張曉海等[15]研究了烤煙分次施用硝酸鉀的鉀素營養(yǎng)效應(yīng)表明，2次追施硝酸鉀與全基肥施用相比，烤煙下部葉成熟期吸收硝酸鉀中的鉀素提高45.08%，吸收土壤中的鉀素提高46.99%，烤煙干物質(zhì)量提高23.11%，煙葉含鉀量提高34.55%。汪鄧民等[16]報(bào)道深栽培土結(jié)合根外追肥可以將煙葉含鉀量提高26.7%～81.1%。

一次施肥主要為通過一次性把作物全生育期所需的肥料，結(jié)合一定的施肥方式全部施在作物根系附近[17-18]；該施肥方式可以使肥料集中，減少土壤的吸附與固定，有利于煙株根系的吸收，并且可提高煙葉含鉀量。而根區(qū)施肥[19]作為一種可高效提升肥料利用率的施肥方式，能有效提高烤煙產(chǎn)量、含鉀量與鉀肥利用效率，達(dá)到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的目標(biāo)[20]。根區(qū)施肥作為可節(jié)約勞動(dòng)力成本，減少肥料施用量和農(nóng)田面源污染的施肥方式，現(xiàn)已在多種作物上應(yīng)用，并且已取得成果，如：烤煙[21]、水稻[22]、玉米[23]等。馬中仁[4]認(rèn)為鉀肥以深施和集中施用效果較好，可使煙葉含鉀量比常規(guī)施肥方式提高了5%～23%。李海龍等[24]也得出相似的研究結(jié)論，一次環(huán)形施肥下的煙葉產(chǎn)質(zhì)量、化學(xué)成分、感官評(píng)吸質(zhì)量等最優(yōu)。目前，四川作為中國煙葉生產(chǎn)大省，煙葉鉀含量的提升仍為重要的研究內(nèi)容，能否通過不同的施肥方式以進(jìn)一步提升煙葉鉀含量仍為亟待解決的問題。本文以四川攀枝花及涼山為試驗(yàn)點(diǎn)，研究施肥位點(diǎn)調(diào)控對(duì)植煙土壤及烤煙鉀含量的影響，初步探討施肥方式對(duì)煙葉鉀含量提升的潛力，以期為實(shí)現(xiàn)四川烤煙鉀含量的有效提升及未來一次施肥的大面積應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

本試驗(yàn)布置4個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，分別位于四川省攀枝花市米易縣坪山村（簡(jiǎn)稱米易）（26°48'33"N；102°9'44"E；海拔1737.1 m）、攀枝花市仁和區(qū)平地鎮(zhèn)（簡(jiǎn)稱仁和）（26°11'42"N；101°48'35"E；海拔1917.7.1 m）和涼山州會(huì)理縣河口鄉(xiāng)（簡(jiǎn)稱河口）（26°17'30"N；102°1'20"E；海拔1772.6 m）、涼山州會(huì)理縣內(nèi)東鄉(xiāng)（簡(jiǎn)稱內(nèi)東）（26°70'03"N；102°39'33"E；海拔2182.5 m）。供試土壤基本理化性質(zhì)見表1。

表1 供試土壤基本理化性狀

1.2 供試材料

烤煙品種：‘云煙87’，由當(dāng)?shù)責(zé)煵莨咎峁?/p>

供試肥料：尿素(N 46%)、磷一銨(N 12%，P2O561%)、磷二銨(N 18%，P2O546%)、硫酸鉀(K2O 50%)，購買于當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)。米易、河口、內(nèi)東所用氮磷鉀肥為尿素、磷二銨、硫酸鉀，仁和所用肥料品種為尿素、磷一銨、硫酸鉀。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2019年4—10月進(jìn)行，4個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)均設(shè)置4個(gè)不同施肥方式處理，分別為：CK不施鉀、T1常規(guī)環(huán)施、T2底施、T3環(huán)施+洞施。常規(guī)環(huán)施以煙苗為中心，直徑為20 cm的施肥圈；底施為距離穴底5 cm的位置，面積為15 cm×15 cm的施肥層；環(huán)施+洞施為在環(huán)施的基礎(chǔ)上，在直徑20 cm的施肥圈上以煙苗為中心挖兩個(gè)深5 cm直徑3 cm的施肥洞，環(huán)施與洞施各施一半肥料；不施鉀處理僅施氮磷肥，施肥方式為環(huán)施+洞施。每個(gè)微區(qū)處理設(shè)置3次重復(fù)，完全隨機(jī)區(qū)組排列，面積為3.6 m2。各試驗(yàn)點(diǎn)鉀肥(K2O)用量均為375 kg/hm2。氮磷具體施肥用量：米易為75～75 kg/hm2（分別以N、P2O5計(jì)，下同），仁和為 105～105 kg/hm2，河口為 60～75 kg/hm2，內(nèi)東為105-75 kg/hm2。所有氮磷鉀肥按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)一次性施入。試驗(yàn)栽培管理措施參照當(dāng)?shù)刈顑?yōu)管理技術(shù)進(jìn)行。

1.4 樣品采集與測(cè)定方法

農(nóng)藝性狀調(diào)查：采用C/T142—1998煙草農(nóng)藝性狀調(diào)查方法，烤煙成熟期每個(gè)小區(qū)選擇代表性煙株3株，用卷尺、游標(biāo)卡尺測(cè)量株高、莖圍、最大葉長、最大葉寬等農(nóng)藝性狀，計(jì)算最大葉面積（最大葉長×最大葉寬×0.6345）。

煙葉采集與測(cè)定：待煙葉成熟后，每個(gè)小區(qū)選一株代表性的煙株作為取樣株并掛牌做標(biāo)記。按照當(dāng)?shù)責(zé)熑~的成熟標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分批次采收和烘烤。參照當(dāng)?shù)厝~位區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)將每株煙葉分為上部葉、中部葉、下部葉。烘烤結(jié)束后，將煙葉帶回實(shí)驗(yàn)室，于75℃烘干至恒重。煙葉鉀測(cè)定方法為H2SO4-H2O2消煮，火焰光度計(jì)測(cè)定鉀含量。

土壤樣品采集：于2019年10月，待烤煙收獲完成后，進(jìn)行土壤垂直與水平取樣。水平取30 cm距離，取樣深度為5 cm，0～12 cm每4 cm一個(gè)層次，13～30 cm每6 cm一個(gè)層次；垂直取50 cm深度，取樣寬度為5 cm，0～30 cm每5 cm一個(gè)層次，30～50 cm每10 cm一個(gè)層次，其中底施處理增加取樣深度到70 cm，50～70 cm每10 cm一個(gè)層次。水平取樣時(shí)以煙株為基點(diǎn)水平延伸取樣，垂直取樣時(shí)以土壤表面下5 cm作為基點(diǎn)垂直向下取樣。

1.5 數(shù)據(jù)處理

不同施肥方式處理和試驗(yàn)地點(diǎn)對(duì)烤煙農(nóng)藝性狀、干物質(zhì)量、鉀含量、吸鉀量的影響通過雙因素方差分析(Two-way ANOVA)進(jìn)行檢驗(yàn)，均值兩兩比較顯著性差異采用P在0.05水平上最小顯著差異法(LSD)來確定。鉀肥處理對(duì)土壤速效鉀含量的影響通過單因素方差分析(One-way ANOVA)進(jìn)行檢驗(yàn)，均值兩兩比較顯著性差異采用P在0.05水平上鄧肯新復(fù)極差法(Duncan)來確定。所有統(tǒng)計(jì)均使用SPSS 26.0(SPSS,Chicago,IL,USA)軟件進(jìn)行分析，圖采用Microsoft Office Excel 2017完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥方式對(duì)烤煙農(nóng)藝性狀的影響

由表2可知，米易地區(qū)，環(huán)施+洞施的烤煙葉長、葉寬及葉面積(83.5 cm，36.7 cm，1947 cm2)都顯著高于其他施肥方式，且差異顯著；雖然底施的株高、莖圍最高，但與環(huán)施+洞施差異不顯著。仁和、河口地區(qū)，環(huán)施+洞施的烤煙各項(xiàng)農(nóng)藝性狀均高于其他施肥方式，且部分差異顯著；在這2個(gè)地區(qū)，常規(guī)環(huán)施、底施的施肥方式次之。內(nèi)東地區(qū)，底施的烤煙各項(xiàng)農(nóng)藝性狀均高于其他施肥方式，且部分差異達(dá)顯著水平。綜合烤煙各項(xiàng)農(nóng)藝性狀，結(jié)果表明：環(huán)施+洞施施肥方式在米易、仁和、河口地區(qū)施肥效果最優(yōu)，底施施肥方式在內(nèi)東地區(qū)施肥效果最優(yōu)。

表2 不同施肥方式對(duì)烤煙農(nóng)藝性狀的影響

續(xù)表2

2.2 不同施肥方式對(duì)烤煙產(chǎn)量、鉀含量的影響

米易、仁和、河口地區(qū)，環(huán)施+洞施處理的烤煙產(chǎn)量最高，顯著高于CK及常規(guī)環(huán)施處理，分別為1502、1916、2162 kg/hm2（表3），與常規(guī)環(huán)施對(duì)比，提升幅度達(dá)22%、9%、18%；內(nèi)東地區(qū)，底施處理烤煙產(chǎn)量最高，為1683 kg/hm2，提升幅度達(dá)11%。米易地區(qū)，環(huán)施+洞施處理的烤煙上部葉和中部葉鉀素含量均高于其他處理，分別為35.3、48.1 g/kg（表4）；常規(guī)環(huán)施和底施處理烤煙下部葉和葉脈鉀素含量高于CK和環(huán)施+洞施處理。仁和地區(qū)，雖然常規(guī)環(huán)施處理烤煙中部葉鉀素含量較高，但環(huán)施+洞施處理烤煙上部葉、下部葉及葉脈鉀素含量均高于其他處理，且使得上中下煙葉鉀含量更加協(xié)調(diào)。河口的環(huán)施+洞施、內(nèi)東的底施處理的煙葉及葉脈鉀含量均高于其他處理，且大部分差異達(dá)顯著水平。綜合不同施肥方式對(duì)烤煙產(chǎn)量及鉀含量的影響，結(jié)果表明：米易、仁和、河口地區(qū)環(huán)施+洞施施肥方式的施肥效果最優(yōu)，而底施的施肥方式在內(nèi)東地區(qū)效果最優(yōu)。

表3 不同施肥方式對(duì)烤煙產(chǎn)量的影響 kg/hm2

表4 不同施肥方式對(duì)烤煙地上部鉀含量的影響 g/kg

2.3 不同施肥方式對(duì)烤煙吸鉀量的影響

由表5可知，米易地區(qū)，環(huán)施+洞施處理的煙葉吸鉀量(68 kg/hm2)顯著高于CK和常規(guī)環(huán)施處理，不同施肥方式處理間烤煙莖桿吸鉀量無顯著差異，底施和環(huán)施+洞施處理烤煙地上部吸鉀量（分別為185、182 kg/hm2）顯著高于CK和常規(guī)環(huán)施處理。仁和、河口，環(huán)施+洞施處理烤煙煙葉、莖桿和地上部吸鉀量均明顯高于其他處理，仁和地區(qū)吸鉀量分別為29、52、81 kg/hm2，河口地區(qū)吸鉀量分別為40、62、102 kg/hm2。內(nèi)東地區(qū)，底施處理烤煙煙葉、莖桿和地上部吸鉀量均顯著高于其他處理，分別為55、82、136 kg/hm2。與常規(guī)環(huán)施相比，米易、仁和及河口地區(qū)，環(huán)施+洞施可使煙葉吸鉀量提高31%、7%、25%；內(nèi)東地區(qū)，底施可使煙葉吸鉀量提高6%。

表5 不同施肥方式對(duì)烤煙地上部鉀吸收的影響 kg/hm2

2.4 不同施肥方式對(duì)土壤鉀素分布的影響

2.4.1 不同施肥方式對(duì)土壤水平方向鉀素含量的影響 不同施肥方式在土壤水平方向距煙株0～4 cm速效鉀含量表現(xiàn)為：米易、仁和、河口地區(qū)，環(huán)施+洞施處理速效鉀含量較高，內(nèi)東地區(qū)底施處理速效鉀含量較高（圖1）。土壤水平方向速效鉀含量與施肥方式密切相關(guān)。4個(gè)試驗(yàn)地點(diǎn)CK處理土壤速效鉀含量在水平方向基本保持不變。底施處理土壤速效鉀含量在水平方向呈現(xiàn)離煙株中心距離越遠(yuǎn)，速效鉀含量越低的趨勢(shì)，且4個(gè)地區(qū)的土壤速效鉀含量最高值都出現(xiàn)在靠近煙株的位置，分別為548、324、360、661 mg/kg。而常規(guī)環(huán)施、環(huán)施+洞施處理土壤速效鉀含量在水平方向呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，這是環(huán)施的施肥方式導(dǎo)致的。常規(guī)環(huán)施處理土壤水平方向速效鉀含量最大值在4個(gè)地區(qū)分別為1014、246、593、702 mg/kg，出現(xiàn)的位置分別距煙株中心位置15、6、10、10 cm。環(huán)施+洞施處理土壤水平方向速效鉀含量最大值在4個(gè)地區(qū)分別為996、384、1125、774 mg/kg，出現(xiàn)的位置分別距煙株中心位置15、2、6、10 cm。與環(huán)施（10 cm）初始位置（距煙株20 cm）相比，常規(guī)環(huán)施、環(huán)施+洞施處理的土壤鉀素都有向煙株中心位置移動(dòng)的趨勢(shì)。

圖1 不同施肥方式對(duì)土壤水平方向速效鉀含量的影響

2.4.2 不同施肥方式對(duì)土壤垂直方向鉀素含量的影響 耕層(0～20 cm)土壤鉀素含量對(duì)烤煙鉀素的供應(yīng)尤為重要，不同施肥方式在耕層土壤速效鉀含量表現(xiàn)為：米易、仁和、河口地區(qū)環(huán)施+洞施處理速效鉀含量較高，內(nèi)東地區(qū)底施處理速效鉀含量較高（圖2）。4個(gè)試驗(yàn)地點(diǎn)CK處理土壤速效鉀含量隨土層深度的增加呈逐漸降低的趨勢(shì)。隨著土壤深度的增加，米易地區(qū)的CK處理土壤速效鉀含量從458mg/kg下降到281mg/kg，仁和地區(qū)從151 mg/kg下降到40 mg/kg，河口地區(qū)從214 mg/kg下降到55 mg/kg，內(nèi)東地區(qū)從203 mg/kg下降到135 mg/kg。除河口地區(qū)外，常規(guī)環(huán)施處理在其他3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)土壤速效鉀含量隨土壤深度增加呈先增加后降低的變化趨勢(shì)。常規(guī)環(huán)施處理在土壤垂直方向速效鉀含量最大值在米易、仁和、內(nèi)東地區(qū)分別為1089、265、728mg/kg，土層位置分別處在10～15、5～10、5～10cm。而常規(guī)環(huán)施處理在河口地區(qū)隨土壤深度增加呈逐漸降低的變化趨勢(shì)，從0～5 cm土層到15～20 cm土層土壤速效鉀含量從497 mg/kg快速下降到87 mg/kg，再往下隨著土壤深度的增加速效鉀含量趨于平穩(wěn)。四個(gè)試驗(yàn)地點(diǎn)底施和環(huán)施+洞施處理土壤速效鉀含量都隨土層深度的增加呈先增加后降低的趨勢(shì)。底施處理土壤垂直方向速效鉀含量最大值在米易、仁和、河口、內(nèi)東地區(qū)分別為1244、836、432、1216 mg/kg，土層位置都處在15～20 cm。環(huán)施+洞施處理土壤垂直方向速效鉀含量最大值在4個(gè)地區(qū)分別為1013、511、1114、787 mg/kg，土層位置分別處在15～20、10～15、5～10、10～15 cm。

圖2 不同施肥方式對(duì)土壤垂直方向速效鉀含量的影響

3 結(jié)論

本研究表明，米易、仁和及河口地區(qū)，相同供鉀水平條件下，與常規(guī)環(huán)施相比，環(huán)施+洞施處理可使煙葉吸鉀量提高31%，7%和25%，使烤煙產(chǎn)量提升22%、9%、18%。環(huán)施+洞施是一種肥料集中施用的方式，避免了大面積施肥所導(dǎo)致的養(yǎng)分稀釋效應(yīng)、土壤固定作用及面源污染，提高了土壤速效鉀含量，促進(jìn)了烤煙鉀素的吸收。即肥料集中供應(yīng)，提高局部土體養(yǎng)分濃度有利于作物養(yǎng)分的吸收，并促進(jìn)產(chǎn)量的增加[25]。在本研究區(qū)（米易，仁和及河口），環(huán)施+洞施的施肥效果較好，但操作繁瑣，需簡(jiǎn)化一次施肥程序，進(jìn)一步研發(fā)根區(qū)施肥機(jī)械仍需加強(qiáng)。

本研究中底施處理是肥料集中施用的另一種方式，但該施肥方式僅在內(nèi)東地區(qū)效果良好，與常規(guī)環(huán)施相比，可使煙葉吸鉀量、烤煙產(chǎn)量分別提高6%、11%。肥料集中施用的要點(diǎn)是提高局部土體養(yǎng)分濃度以促進(jìn)作物養(yǎng)分吸收，而合理的施肥位點(diǎn)則決定著養(yǎng)分遷移距離和作物根系生長狀況，并且不同的土壤類型、質(zhì)地均影響著施肥位點(diǎn)的確定。故在本研究中，僅有內(nèi)東地區(qū)的底施效果最好，可能與內(nèi)東的土壤類型和質(zhì)地為紫色壤土有關(guān)，該土壤的養(yǎng)分含量偏低且質(zhì)地較為疏松，使得根系進(jìn)一步向下生長以吸收養(yǎng)分。但底施在實(shí)際生產(chǎn)操作中較為繁瑣，如何進(jìn)一步研究以獲得更好的施肥效果仍需加強(qiáng)。