不同類型鉀肥對烤煙上部葉鉀含量與碳氮代謝及品質(zhì)的影響

李耀鑫 李靜靜 琚聯(lián)營 王靜 許儀 云菲 徐敏 薛立新 符云鵬

關鍵詞：烤煙；鉀肥；碳氮代謝；品質(zhì)

煙草是喜鉀作物，在氮、磷、鉀三要素中，烤煙對鉀素的需求量最大。鉀與煙葉的顏色、燃燒性、香吃味及煙制品的安全性密切相關，是公認的煙葉“品質(zhì)元素”。美國、津巴布韋等國優(yōu)質(zhì)烤煙鉀含量多在2.5%以上，我國優(yōu)質(zhì)烤煙鉀含量要求在2.0%以上。李強等研究報道，我國烤煙鉀含量普遍偏低，其中河南煙區(qū)90%以上的煙葉鉀含量在2.0%以下，鉀含量低已成為影響河南烤煙品質(zhì)進一步提高的限制因子。因此，提高煙葉鉀含量成為河南煙區(qū)迫切需要解決的問題。許多研究表明，提高鉀肥用量可以提高煙葉鉀含量，改善煙葉品質(zhì)；但也有研究認為過多增施鉀肥對煙葉鉀含量的提升作用并不十分顯著。有研究表明，基肥加分次追肥的施鉀方法可以提高鉀肥利用率和煙葉鉀含量．但介曉磊等認為增加鉀肥施用次數(shù)對煙葉鉀含量的提升效果有限。近年來，科研工作者開始關注不同鉀肥品種對烤煙生理代謝及品質(zhì)影響的研究。符云鵬等研究認為，在氮、磷、鉀用量相同情況下，硝酸鉀肥部分替代硫酸鉀，可以降低香料煙硫含量，顯著提高香料煙鉀含量和陰燃持火力，明顯改善香料煙品質(zhì)。周碩野等報道，在豫南煙區(qū)，以生物包膜緩釋鉀肥和碳酸鉀肥代替常規(guī)硫酸鉀肥能顯著提高煙葉的產(chǎn)量、產(chǎn)值和鉀含量。朱麗研究表明，在鉀用量相同的情況下，與施用硫酸鉀相比，施用適量黃腐酸鉀可以增加土壤速效鉀含量，提高煙葉鉀含量及中性香味物質(zhì)含量。張明乾等研究認為，在氮磷鉀用量相同情況下，與追施硝酸鉀相比，追施硫酸鉀、檸檬酸鉀有利于煙葉落黃成熟，且煙葉鉀含量高于追施硝酸鉀處理，以追施檸檬酸鉀處理煙葉有機鉀含量最高。

目前，煙區(qū)常用的鉀肥主要是硫酸鉀。單純采取增施硫酸鉀用量并不能有效提高煙葉鉀含量，反而會造成鉀資源的浪費：過度施用硫酸鉀也會導致土壤養(yǎng)分不平衡及土壤板結等問題：煙葉中積累過量的硫元素會使煙葉色澤暗淡、燃燒性變差，影響其質(zhì)量。而黃腐酸鉀不僅能夠調(diào)節(jié)植物生長、增強植株抗逆性，還具有緩解生理干旱、促根發(fā)生等優(yōu)點；檸檬酸鉀能夠提高煙葉還原糖、有機鉀含量，使煙葉化學成分更加協(xié)調(diào)。因此，本研究探討施用不同類型鉀肥對烤煙鉀含量和品質(zhì)的影響，旨在為河南煙區(qū)合理施用鉀肥、進一步提高煙葉品質(zhì)提供科學依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗地概況及材料

試驗于2021年在河南省濟源市下冶鎮(zhèn)進行。供試烤煙品種為當?shù)刂髟云贩N云煙87。試驗地為砂礫質(zhì)壤土，耕層土壤堿解氮含量41.65mg/kg、速效磷6.13mg/kg、速效鉀85.67mg/kg、有機質(zhì)11.35g/kg，pH值7.74。試驗用硫酸鉀（K2050%）、黃腐酸鉀（K2012%）購于山西雷利豐生物科技有限公司，檸檬酸鉀（K2036%）購于大自然生物集團有限公司。

1.2試驗設計及方法

試驗共設4個處理，隨機區(qū)組排列，重復3次，小區(qū)面積72m2。試驗處理如下：CK，不施鉀肥；T1，常規(guī)施肥+追施硫酸鉀（108kg/hm2）；T2，常規(guī)施肥+追施黃腐酸鉀（450kg/hm2）；T3，常規(guī)施肥+追施檸檬酸鉀（150kg/hm2）。常規(guī)施肥無機氮用量為60kg/hm2，氮、磷、鉀比例為1：1.5：3.75，T1、T2、T3處理氮、磷、鉀用量相同；CK氮、磷用量同其他處理。

T1處理所用肥料為煙草專用肥（10-12-18）600kg/hm2、重過磷酸鈣（P20545%） 40kg/hm2、硫酸鉀（K2050%） 342kg/hm2，其中全部的煙草專用肥、重過磷酸鈣及硫酸鉀234kg/hm2混勻做基肥，起壟時條施，剩余108kg/hm2硫酸鉀于移栽后30d溶于水后溝施人煙田，然后培土；T2、T3處理基肥種類、用量及施用方法同T1，追肥分別用黃腐酸鉀、檸檬酸鉀替代硫酸鉀，追施方法同T1。CK氮、磷肥分別由硝酸銨鈣、重過磷酸鈣提供，全部做基肥于起壟時條施。5月20日移栽，植煙行距1.20m，株距0.55m，田間管理按規(guī)范化栽培措施進行。

1.3測定項目及方法

1.3.1土壤速效鉀含量

于烤煙現(xiàn)蕾期、圓頂期、成熟期（對應上部葉葉齡10、30、50 d，下同）采集各小區(qū)0～10、10～20cm土層土樣，風干后過20目篩，用于測定土壤速效鉀含量。土壤速效鉀采用醋酸銨法提取，火焰光度法測定。

1.3.2煙葉鉀含量

于上部葉葉齡10、30、50d時，每處理取3株代表性煙株的上部葉，105cjC殺青30min，60℃烘干至恒重，粉碎后過60目篩，用鹽酸浸提、活性炭脫色，火焰光度法測定煙葉鉀含量。

1.3.3煙葉生理指標分別于上部葉葉齡10、30、50d時，每處理選取3株有代表性煙株，利用英國ADC公司生產(chǎn)的LC Pro-SD便攜式光合儀，于上午9：00-11：00測定各處理植株上部葉的凈光合速率。在同一位置取鮮樣，剪成大小一致的碎片，放人液氮中速凍后于-80℃冰箱保存，用于蔗糖轉化酶、谷氨酰胺合成酶活性測定。兩種酶活性均采用試劑盒法測定，所用試劑盒購自蘇州科銘生物技術有限公司。

1.3.4烤后煙葉化學成分

分別取各處理烤后煙葉B2F樣品1.0kg，于烘箱中50℃烘干后磨碎過60目篩備用。按照YC/T161-2002、YC/T468-2013、YC/T159-2019、YC/T217-2007、YC/T162-2011標準方法測定煙葉總氮、煙堿、總糖、還原糖、鉀和氯離子含量（質(zhì)量分數(shù)）。采用AA3型流動分析儀（德國BRAN+LUEBBE公司）進行測定。

1.3.5中性香味物質(zhì)采取同時蒸餾萃?。⊿DE）、GC/MS測定烤后上部煙葉中性香味物質(zhì)含量（質(zhì)量分數(shù)），NIST庫檢索定性。所用儀器為氣質(zhì)聯(lián)用儀（HP5890211-5972，美國Agilent公司）

1.3.6烤后煙經(jīng)濟性狀

各小區(qū)煙葉成熟采收后掛牌編竿，同炕烘烤?？竞鬅熑~按照GB2635-92烤煙進行分級．統(tǒng)計烤后煙葉產(chǎn)量、各等級煙葉比例，并按照當年煙葉收購價格計算均價和產(chǎn)值。

1.4數(shù)據(jù)處理與分析

試驗數(shù)據(jù)使用Microsoft Excel 2010整理及作圖，使用SPSS22.0軟件進行統(tǒng)計分析，多重比較采用Duncan's法，相關性分析采用Pearson法。

2結果與分析

2.1不同鉀肥處理對烤煙生長后期土壤速效鉀含量的影響

由表1可以看出，隨著烤煙生育期的推進，各處理土壤速效鉀含量均呈下降趨勢，除現(xiàn)蕾期對照外，0～10cm土層土壤速效鉀含量均高于10～20cm土層，CK土壤速效鉀含量顯著低于其他處理?，F(xiàn)蕾期、圓頂期0～10cm土層土壤速效鉀含量均表現(xiàn)為T3>T2>T1，且處理間差異顯著；成熟期T3處理0～10cm土層土壤速效鉀含量顯著高于T2和T1。3個測定時期10～20cm土層土壤速效鉀含量均表現(xiàn)為T3 >T2>T1，其中T3顯著高于T1。說明黃腐酸鉀能顯著提高現(xiàn)蕾期至圓頂期0～10cm土層土壤速效鉀含量，檸檬酸鉀對烤煙生長后期0～20cm土層土壤速效鉀含量提高效果最好。

2.2不同鉀肥處理對不同生育時期上部葉鉀含量的影響

由圖1可知，隨生育期進程，各處理煙株上部葉鉀含量逐漸降低。各測定時期，烤煙上部葉鉀含量均表現(xiàn)為T3 >T2>T1>CK，其中追施檸檬酸鉀的T3處理顯著高于其他處理，追施黃腐酸鉀的T2處理與常規(guī)追施硫酸鉀的T1處理差異不顯著，但顯著高于CK，T1與CK差異不顯著。說明追施檸檬酸鉀有利于提高烤煙上部葉鉀含量。

2.3土壤速效鉀含量與葉片鉀含量相關性分析

通過對各測定時期土壤速效鉀含量與葉片鉀含量的相關性分析發(fā)現(xiàn)（表2），烤煙各生育時期0～10、10～20cm土壤速效鉀含量與葉片鉀含量均呈極顯著正相關．0～10cm土層土壤速效鉀含量與上部葉鉀含量的相關系數(shù)均大于10～20cm土層。說明0～10、10～20cm土層土壤速效鉀含量均對上部葉鉀含量有顯著影響，且受0～10cm土層速效鉀含量的影響更大。

2.4不同鉀肥處理對煙株生理特性的影響

2.4.1凈光合速率（Pn）

隨著生育期的推進，CK、T1、T2處理上部葉Pn表現(xiàn)為先升高后降低趨勢：T3處理在葉齡10d時上部葉Pn最高，之后隨生育進程呈持續(xù)降低趨勢。烤煙各生育時期CK上部葉Pn均顯著低于各施鉀處理。葉齡10～30d．各施鉀處理上部葉Pn表現(xiàn)為T3 >T2>T1，且處理間差異顯著：葉齡50d各施鉀處理上部葉Pn差異不顯著。

2.4.2蔗糖轉化酶（INV）活性

由圖3可以看出，CK煙葉INV活性呈持續(xù)降低趨勢，各施鉀處理的煙葉INV活性表現(xiàn)為先上升后下降趨勢。葉齡30、50d各處理均表現(xiàn)為T3>T2>T1>CK，且處理間差異顯著。說明不施鉀會造成葉片INV活性降低，施用黃腐酸鉀或檸檬酸鉀都能顯著提高葉片生長后期的INV活性。

2.4.3谷氨酰胺合成酶（GS）活性

由圖4看出，葉齡10d之后，隨生育進程，各處理煙株葉片GS活性均表現(xiàn)為逐漸降低趨勢。各測定時期，GS活性均表現(xiàn)為T3>T2>T1>CK，其中葉齡10d和30d各處理間GS活性差異顯著，葉齡50d各處理間GS活性差異不顯著。

2.5不同鉀肥處理對烤后煙葉化學成分含量的影響

由表3看出，烤后煙葉總糖、還原糖和鉀含量均表現(xiàn)為T3>T2>T1>CK，處理間差異顯著，其中T2、T3處理上部葉鉀含量較T1分別提高12.39%、20.35%。與T1相比，T2、T3處理上部葉總氮及煙堿含量顯著下降。說明施用黃腐酸鉀或檸檬酸鉀可以提高烤后煙葉總糖、還原糖及鉀離子含量，降低總氮、煙堿含量。CK煙葉氯離子含量顯著高于T1、T2、T3，說明不施鉀肥會造成烤后煙葉氯離子含量增高。

2.6不同鉀肥處理對烤后煙葉中性香味物質(zhì)含量的影響

由表4可知，不同處理烤后煙葉中性香味物質(zhì)總量表現(xiàn)為T3>T2>T1>CK，T2、T3較T1分別增加2.23%、25.49%，CK較T1減少7.51%。色素降解產(chǎn)物包括類胡蘿卜素和葉綠素降解產(chǎn)物，其中含量最高的新植二烯為葉綠素降解產(chǎn)物。色素降解產(chǎn)物以T3處理最高，為1132.80g/g，CK最低，為800.44g/g。說明檸檬酸鉀可以明顯提高煙葉色素降解產(chǎn)物含量。煙葉非酶棕色化降解產(chǎn)物、苯丙氨酸類降解產(chǎn)物均以T2處理最高，說明施黃腐酸鉀對這兩類物質(zhì)含量的影響較大。

2.7不同鉀肥處理對烤后煙葉經(jīng)濟性狀的影響

從表5可以看出，與CK相比，施鉀顯著提高烤煙的產(chǎn)量、上等煙比例、均價和產(chǎn)值。不同類型鉀肥處理比較，T3產(chǎn)量、產(chǎn)值和上等煙比例較T1分別顯著提高5.19%、5.31%和13.64%；T2產(chǎn)量、產(chǎn)值較T1分別顯著提高4.17%、3.92%。說明追施檸檬酸鉀更有利于提高烤煙種植的經(jīng)濟效益。

3討論與結論

3.1不同類型鉀肥對土壤速效鉀和煙葉鉀含量的影響

一般而言，煙葉鉀含量與土壤速效鉀含量密切相關。本研究在鉀肥用量相同的情況下，施用不同類型鉀肥，土壤速效鉀含量和煙葉鉀含量明顯不同，施用黃腐酸鉀和檸檬酸鉀處理土壤速效鉀含量均高于施用硫酸鉀。這可能與黃腐酸鉀和檸檬酸鉀對鉀素的絡合作用有關，該過程減少了土壤對鉀素的固定，同時有機酸對土壤中礦物鉀起到活化作用，進而提高土壤速效鉀含量。另一方面，武恒燕、張小全等均發(fā)現(xiàn)富鉀烤煙品種農(nóng)大202根系具有分泌有機酸總量較大的特點，能夠持續(xù)活化土壤礦質(zhì)鉀，這導致土壤中非交換性鉀含量減少，根際速效鉀含量增加，其機制可能為有機酸主要通過增加可變電荷土壤表面的凈負電荷來增加土壤對K+的吸附量，這與本研究中增加土壤有機酸鉀導致有機酸陰離子含量增加，進而使土壤速效鉀含量增加的結果相似。本研究還發(fā)現(xiàn)，施用檸檬酸鉀處理的煙葉鉀離子含量較黃腐酸鉀處理的更高，可能是兩者相伴陰離子不同，對肥料鉀的絡合能力及對土壤礦物鉀的活化能力不同所致。郇威威等的研究表明，土壤速效鉀含量與煙葉鉀含量呈較好的線性相關，土壤速效鉀含量每增加100mg/kg，可以使上、中和下部煙葉鉀含量分別提升2.2、2.0g/kg和2.7g/kg。本研究結果也表明，大田生長后期煙葉鉀含量與土壤速效鉀含量呈極顯著正相關。

3.2不同類型鉀肥對烤煙碳氮代謝及化學成分的影響

鉀作為品質(zhì)因素對協(xié)調(diào)煙葉碳氮代謝和改善品質(zhì)有重要作用。與硫酸鉀處理相比，施用黃腐酸鉀與檸檬酸鉀提高了烤后煙總糖、還原糖等含碳化合物的含量，這可能與黃腐酸鉀與檸檬酸鉀促進葉片生長前期的光合作用和提高葉片INV活性有關。無機碳在葉綠體中通過光合作用的卡爾文循環(huán)固定成有機碳，INV將蔗糖轉化為單糖，促進葉綠體內(nèi)磷酸丙糖向外轉運，產(chǎn)生能量進一步使光合碳固定加強。碳的固定和轉化在葉片生長盛期最強，之后逐漸減弱，所以葉片生長盛期是決定烤后煙含碳化合物含量的關鍵時期。本研究中施用檸檬酸鉀處理的葉片光合作用在葉齡10～30d時較早達到較高水平，且INV具有較強活性，含碳化合物積累較多，因此烤后煙總糖、還原糖含量較高。而還原糖為美拉德反應提供底物，且與評吸質(zhì)量呈正相關，故而施用檸檬酸鉀的烤后煙品質(zhì)較好。GS可將植物吸收的無機態(tài)氮轉變成有機態(tài)的谷氨酰胺和谷氨酸，是處于氮代謝中心的多功能酶。本試驗條件下，施用黃腐酸鉀與檸檬酸鉀處理提高了葉片生長前期的谷氨酰胺合成酶活性，有利于氮素的同化，而后期酶活性降低，促進了葉片由氮代謝為主向碳代謝為主的轉變。施用檸檬酸鉀處理的烤后煙總氮、煙堿含量顯著降低，有利于上部葉品質(zhì)的提升，這與沈方科等的研究結果一致。

3.3不同類型鉀肥對煙葉中性香味物質(zhì)及經(jīng)濟性狀的影響

鉀素參與烤煙葉片光合作用、呼吸作用以及糖類、脂肪、蛋白質(zhì)的代謝等多種生理代謝活動，故與煙葉的香味物質(zhì)形成關系密切。代曉燕等研究表明，與不施有機酸對照相比，鉀肥配施有機酸提高了烤煙中性香味物質(zhì)含量，提高效果依次為檸檬酸>黃腐酸>乳酸。本研究表明，施用黃腐酸鉀和檸檬酸鉀均能明顯提高烤煙中性香味物質(zhì)總量，且以施用檸檬酸鉀提高效果最好，這與代曉燕等的研究結果相似。本研究中施用檸檬酸鉀較大幅度提高了新植二烯的含量，原因是施用檸檬酸鉀可以增加煙草葉片葉綠素含量，而新植二烯是葉綠素的降解產(chǎn)物。另外，代曉燕等的研究表明，鉀肥配施檸檬酸相比配施黃腐酸鉀，各類致香物質(zhì)含量均以前者最高，與本研究中施用檸檬酸鉀對色素降解產(chǎn)物、西柏烷類降解產(chǎn)物含量提高幅度較大，而黃腐酸鉀對非酶棕色化降解產(chǎn)物、苯丙氨酸降解產(chǎn)物含量提高較多略有不同，產(chǎn)生差異的原因可能是品種與施肥方法的不同。

施用黃腐酸鉀或檸檬酸鉀相比硫酸鉀處理，通過增強上部葉片生長前期光合作用，使葉片內(nèi)含物質(zhì)增加，因此提高了煙葉產(chǎn)量：有機酸根陰離子和鉀離子通過協(xié)調(diào)煙葉的碳氮代謝使煙葉香味物質(zhì)含量豐富、化學成分協(xié)調(diào)，故而烤后煙品質(zhì)較優(yōu)，上等煙比例增加，產(chǎn)值隨之增加，這與劉世亮等研究結果一致。

綜上所述，與施用硫酸鉀相比，施用黃腐酸鉀或檸檬酸鉀通過增加0～10、10～20cm土層土壤速效鉀含量，促進了煙株對鉀的吸收，使烤后煙葉鉀含量有所提升：通過提高上部煙葉生長盛期的Pn和INV活性，增強碳固定，增加葉片中含碳化合物的積累，因此烤后煙糖含量有所提升，葉片生長后期氮代謝適時減弱，總氮和煙堿含量有所降低，使烤后煙化學成分更加協(xié)調(diào)。黃腐酸鉀有利于中性香味物質(zhì)中非酶棕色化降解產(chǎn)物、苯丙氨酸降解產(chǎn)物含量的增加，檸檬酸鉀對新植二烯含量提高較多，提高了烤后煙香氣質(zhì)量。另外，光合碳固定和碳轉化的增強豐富了葉片內(nèi)含物質(zhì)，外在表現(xiàn)為產(chǎn)量的增加，內(nèi)在化學成分較好促進了外觀質(zhì)量的提升，因此產(chǎn)量、產(chǎn)值均有增加。整體來看，施用檸檬酸鉀對煙葉品質(zhì)提升最佳。