2023, Vol. 50文章信息
引用本文 |
基金项目
- 国家重点研发计划项目（2018YFD0201100）；四川省烟草公司广元市公司科技项目（201951080024041）
作者简介
- 张潇（1995—），男，硕士，助理研究员，研究方向为植物营养与施肥，E-mail: cccshaw@126.com.
通讯作者
- 顾会战（1978—），男，硕士，高级农艺师，研究方向为烟草栽培，E-mail: 39564259@qq.com.
文章历史
- 收稿日期：2023-06-13
2. 四川省烟草公司广元市公司，四川 广元 628000;
3. 四川农业大学农学院，四川 成都 611130
2. Guangyuan Company of Sichuan Provincial Tobacco Company, Guangyuan 628000, China;
3. College of Agronomy, Sichuan Agricultural University, Chengdu 611130, China
【研究意义】烟草是我国一种非常重要的经济作物，其在推动国民经济发展中发挥着重要作用。然而，我国烟叶质量与世界其他国家优质烟叶还存在一定差距。南美和非洲烤烟产区烟叶钾含量通常在2.5% 以上，我国烟叶平均钾含量低于优质烟叶标准2.0%，云南部分烤烟产区甚至低至1.59%[1-2]，提高我国烟叶含钾量已成为保障烟叶品质的关键因素之一，对优质烟叶可持续发展意义重大。【前人研究进展】国内外学者对提高烟叶钾含量开展了大量研究，张明乾等[3]研究认为，增施钾肥（75~300 kg/hm2）相比于不施钾肥可以提高烟叶产量9.98%~14.29%、增加烟叶产值7.8%~23.43%、提升中上等烟叶比例4.33%~8.92%，还可提高烟叶烟碱含量和钾氯比、促使烟叶化学成分更为协调。Xie等[4]指出，钾肥与硼肥配合施用能够影响烟叶产量和质量，提高烟叶钾含量，从多方面改善烟叶品质。张士荣等[5]的钾肥运筹试验结果也表明，当施钾量为240 kg/hm2且基追比为3︰7时，烤后上、中、下部烟叶钾含量较相同基追比下施钾量120 kg/hm2处理提高37.70%、33.52% 和19.14%，且能促进烟株对钾素的吸收、协调香气物质代谢，最终改善烤后中上部烟叶的品质。然而，烟农片面追求烟叶高产和经济收益，生产中过量施钾现象较为普遍。钾作为一种活性营养元素，一方面容易流失，另一方面容易被土壤固定。过量投入钾肥还会破坏土壤中钾的固定与释放平衡，容易造成植烟土壤供钾不足，导致烟株生长发育过程中缺钾，进而限制其增产效应[6-7]。科学合理施用钾肥才能提高钾肥利用率，满足优质烟叶生产中适产提质的要求。Subhashini等[8]研究表明，适宜施钾量可以增加烟株钾吸收量和烟叶的钾含量，提高钾肥利用率，改善烟叶品质。由于区域气候、地理环境、土壤类型及烟草品种的差异，不同烟区优质烟叶生产所需钾肥量有所差异。季璇等[9]研究表明，山东即墨烟区施钾量在123.75~371.25 kg/hm2之间时，烤烟产量、烟叶钾含量和钾总累积量与施钾量呈极显著正相关关系；当施钾量247.50 kg/hm2时，虽然能够提高烤烟产量和钾肥利用率，但土壤钾素盈余严重。宋晓培等[10]连续8年的长期定位试验表明，虽然烤烟烟叶生物量和钾含量随施钾量增加而增加，但由于硫酸钾肥的长期大量投入，土壤pH由最初的5.56下降至5.11，出现植烟土壤酸化现象。李静等[11]研究表明，四川凉山烟区施钾量在0~360 kg/hm2之间时，烤烟产量和钾积累量随施钾量增加先增加后减少；施钾量158 kg/hm2时，经济效益最佳，此时烟叶产量和钾积累量分别为2 238.37 kg/hm2和52.12 kg/hm2。由于施钾量对烤烟生长发育、产质量以及土壤质量的影响有所差异，钾肥需因地制宜科学合理施用。【本研究切入点】广元作为四川优质烟叶的主要产区之一，近些年主栽品种退化和缺少特色品种的问题日益突出，顾会战等[12]和代顺冬等[13]经过大量多点品种对比试验，发现‘川烟200’是适合广元烟区的潜力新品种，该品种于2023年通过四川省农作物品种审定。目前，尚无有关‘川烟200’合理施钾量的有关研究报道。【拟解决的关键问题】本研究依托大田试验，以烤烟新品种‘川烟200’为材料，探讨施钾量对烟株生长发育、烟叶产量、品质和钾素吸收利用效率的影响，旨在为钾肥合理施用提供科学依据。
1 材料与方法 1.1 试验材料本试验于2020年4—9月在四川省广元市剑阁县普安镇剑坪村（32°01′11″N、105°28′33″E）进行，该区为亚热带湿润季风气候，试验地为旱地，土壤母质为白垩系城墙岩群白龙组紫色砂岩发育的紫色土，基本理化性质如下：有机质14.17 g/kg，全氮1.09 g/kg，碱解氮77.98 mg/kg，全磷0.37 g/kg，有效磷8.96 mg/kg，全钾17.88 g/kg，速效钾81.18 mg/kg，pH 7.50。
供试烤烟品种为‘川烟200’，由四川省烟草科学研究所提供。采用漂浮育苗，待烟苗长至6~8叶1心时选择生长健壮的烟苗进行移栽。试验所用肥料种类包括烟草专用基肥（N 10%、P2O5 15%、K2O 25%）、烟草专用提苗肥（N 5%、P2O5 10%、K2O 35%）、硝铵磷（N 30%、P2O5 6%）、过磷酸钙（P2O512%）、硝酸钾（N 13.5%、K2O 46%）和硫酸钾（K2O 50%）。
1.2 试验设计试验设置0、240、285、315、345、390 kg/hm2共6个施钾量处理，分别记为K0（CK）、K240、K285、K315、K345和K390，3次重复，共18个小区，随机区组排列，小区面积40 m2，株行距为120 cm×55 cm，每小区种植烤烟60株。所有处理仅钾肥施用量不同外，氮、磷肥施用量保持一致，施氮量为75 kg/hm2，施磷量为90 kg/hm2。除无钾处理外，氮磷钾由烟草专用基肥和提苗肥提供，不足的氮、磷、钾分别用硝铵磷、过磷酸钙和硫酸钾补充，无钾处理氮磷由硝铵磷和过磷酸钙提供。50% 氮肥、60% 磷肥和45% 钾肥作为基肥，在烟苗移栽后环状施于距离烟株根部5~10 cm处；15% 氮肥和15% 钾肥于烟苗移栽后10~15 d兑水浇灌烟苗；剩余35% 氮肥、40% 磷肥和40% 钾肥于揭膜上厢时穴施，其他栽培管理及病虫害防治措施均参照当地优质烟叶生产技术规范进行。
1.3 测定项目及方法烤烟种植前对角线法采集0~15 cm混合基础土样，参照鲁如坤[14]的方法测定土壤样品pH、有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾。于移栽后41 d和72 d，分别在每个小区内随机选取5株长势一致的代表性烟株，参照《烟草农艺性状测定方法》（YC/T142-2010），测量株高、最大叶长、最大叶宽、茎围、有效叶片数等指标。烟叶成熟时各小区单独采收烘烤，按照当地烟站的收购标准分级称重，计算测量产值、均价和中上等烟比例。采集烘烤后各小区中桔三等级的烟叶样品1.5 kg，参照王瑞新[15]方法采用连续流动分析仪测定烟碱、总糖、还原糖、钾、氯含量等化学指标，采用全自动凯氏定氮仪测定总氮含量。于下部叶采收时预先在各小区选择代表性烟株3株挂牌，并按烟叶成熟情况分次采集烟叶，最后一次采收时将整棵植株连根挖出，清洗干净后分离烤烟根、茎，分别进行杀青、烘干、称重，测定样品钾含量。
1.4 数据处理及计算方法参考王彦亭等[16]的化学成分指标赋值法对不同施钾处理烤后中部烟叶的化学成分协调性进行综合得分评价。采用Excel 2016等比例取值指标范围和分值范围，如总氮含量2.50%~2.60% 对应分值为100~90，分别取指标值2.52%、2.54%、2.56%、2.58%、2.60%，对应分值100、98、96、94、92、90，将指标值和对应分值构建线性关系，将测定指标数据代入对应公式即得出分值，化学成分综合得分采用指数和法计算。参考张晶等[17]、王志勇等[18]和Montemurro等[19]的方法，计算钾肥利用效率和养分平衡参数。
钾肥表观利用率（%）=（施钾区烟株吸钾量－不施钾烟株吸钾量）/施钾量×100
钾分配比例（%）=各器官钾素积累量/植物整株钾素积累总量×100
钾肥农学效率（kg/kg）=（施钾区烤烟产量－无钾区烤烟产量）/施钾量
钾肥偏生产力（kg/kg）=烤烟产量/施钾量钾肥当季回收率（%）=（施钾区地上部吸钾量－无钾区地上部吸钾量）/施钾量×100
钾肥经济利用效率（%）=（施钾区烟叶吸钾量－无钾区烟叶吸钾量）/施钾量×100
钾肥生理利用率（%）=（施钾区烤烟产量－无钾区烤烟产量）/（施钾区地上部吸钾量－无钾区地上部吸钾量）×100
钾素表观盈余量=钾素投入量－作物钾素携出量
钾素表观平衡系数=钾素投入量/作物钾素携出量
养分平衡率（%）=（钾素投入量－作物钾素携出量）/作物钾素携出量×100
运用Excel 2016和SPSS 27.0进行数据处理，并采用新复极差法（Duncan）进行差异显著性检验（P＜0.05）。
2 结果与分析 2.1 施钾量对‘川烟200’生长发育与产质量的影响2.1.1 施钾量对‘川烟200’农艺性状的影响 由表 1可知，施钾量显著影响烤烟不同生育阶段主要农艺性状指标。团棵期株高、茎围、有效叶片数、最大叶面积和节距较K0（CK）显著增加41.67%~67.23%、11.94%~17.83%、1 1. 9 6 % ~ 2 0. 9 9 %、1 1. 8 8 % ~ 1 8. 2 6 % 和26.62%~50.65%，打顶期株高、茎围、有效叶片数、最大叶面积和节距较K0（CK）显著增加18.01%~26.89%、8.16%~14.04%、5.58%~9.51%、16.41%~33.82% 和11.05%~18.66%，表明施用钾肥能够促进烤烟生长发育。团棵期各施钾处理之间的差异主要表现在株高、有效叶片数和节距。施钾处理株高表现为K390＞K345＞K315＞K285＞K240，其中K390处理株高显著高于K285、K240处理，后两者之间无显著差异。K315处理有效叶片数最大（11.53片），显著高于K240、K345和K390处理。K390处理节距最高、为2.32 cm，显著高于K240处理，而与其他施钾处理间无显著差异。打顶期各施钾处理之间的差异主要体现在最大叶面积，施钾处理最大叶面积表现为K315＞K345＞K390＞K240＞K285，K315处理最大叶面积较K285处理高14.96%，而与K345和K390处理无显著差异。综合烤烟不同生长发育阶段的农艺性状指标发现，施用钾肥可促进烟株生长发育、改善农艺性状，以K315处理烟株长势较好、农艺性状综合表现最佳。
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2.1.2 施钾量对‘川烟200’经济性状的影响 由表 2可知，施钾量显著影响烤烟产量、产值、均价和烟叶等级比例。与K0（CK）相比，施钾处理提高了烤烟产量、产值和均价，提高幅度分别为19.02%~22.60%、24.65%~47.28% 和3.26%~20.33%。烟叶产值、均价和中上等烟比例均以K315处理最高，分别为46 530.49元/hm2、23.97元/kg和85.86%；施钾处理的烟叶产量、产值、均价和中上等烟比例均表现出随着施钾量的增加先升高后下降的变化趋势；K315处理的中上等烟叶比例最大、为85.86%，比K0（CK）提高5.5个百分点，表明施钾量315 kg/hm2时可以通过提高中上等烟比例来改善烟叶等级结构、提高烟叶均价，进而改善烟叶经济性状。综合烟叶产量、产值、均价、等级结构和经济性状指标，以施钾量为315 kg/hm2效果最佳。
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2.1.3 施钾量对‘川烟200’质量性状的影响 由表 3可知，不同施钾量显著影响中部烟叶主要化学成分含量。不同施钾处理烟叶总糖和还原糖含量分别介于27.71%~35.49% 和24.11%~27.96%，所有处理的总糖和还原糖含量均高于优质烟叶适宜范围，施钾处理的总糖显著高于K0（CK）、且呈现出随施钾量增加而增加的趋势。不同施钾处理烟叶总氮含量为1.55%~2.04%，所有处理的总氮含量均在优质烟叶适宜范围。与K0（CK）相比，施钾处理均显著提高了烟叶烟碱含量，但施钾处理间烟碱含量无显著差异，仅K315、K345和K390处理烟碱含量在优质烟叶适宜范围。不同施钾处理烟叶钾含量在1.46%~1.71%，除K0（CK）外，其他处理烟叶钾含量均在优质烟叶适宜范围，各施钾处理烟叶中钾含量表现为K390＞K345＞K315＞K285＞K240，K0（CK）和K240处理之间无显著差异，K285、K315、K345和K390处理之间无显著差异。不同施钾处理烟叶氯含量在0.68%~1.02%，K315处理最低且在适宜范围，其他均超过适宜范围。从糖碱比、总糖/还原糖、氮碱比及钾氯比来看，所有处理糖碱比均高于优质烟叶标准，总糖/还原糖和氮碱比较合适，而钾氯比低于优质烟叶标准，整体来看，K315和K345处理的烟叶内在化学成分更协调。
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由表 4可知，就单一化学成分指标得分来看，施用钾肥对烟叶总氮、烟碱、还原糖含量以及氮碱比的影响较大，而对钾含量、糖碱比和钾氯比影响较小。不同施钾量处理烟叶化学成分综合得分排名由高到低依次为K345、K315、K390、K285、K240和K0（CK），表明施用钾肥能够促进烟叶内在品质的协调性。可见，本试验条件下，钾肥施用量在315~345 kg/hm2之间更有利于协调烟叶化学成分。
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2.2 施钾量对‘川烟200’生物量与钾素累积的影响
2.2.1 施钾量对‘川烟200’不同器官生物量的影响 由表 5可知，施钾量显著影响打顶期烤烟不同器官生物量。各施钾处理烤烟根、茎、叶及整株生物量累积量较K0（CK）增幅分别为22.09%~57.10%、9.48%~59.58%、19.02%~22.60% 和18.84%~37.34%。施钾没有显著影响根系、叶片和整株生物量，但K285、K315和K390处理茎生物量显著高于K0（CK）和K240处理，而后两者之间无显著差异；随着钾肥施用量的增加，烟株根系、茎、叶片和整株生物量呈先增加后降低的变化趋势，表明过多钾肥不利于烟株生长发育。
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2.2.2 施钾量对‘川烟200’钾素累积与分配的影响 由表 6可知，施钾量显著影响钾素在烟株不同器官的分配。K345处理烟株根部钾素累积量最大，显著大于K0（CK）、增幅为93.02%，而与其他施钾处理无显著差异；施钾处理烤烟茎中钾素累积量较K0（CK）增加35.09%~166.36%，以K315处理茎钾素累积量最大，K285、K315和K390处理烤烟茎中钾素累积量显著高于K0（CK），而这3个处理间无显著差异；所有施钾处理烤烟叶片中钾素累积量均显著高于K0（CK）、较K0（CK）增幅介于54.27%~109.31%，K315处理叶片中钾素累积量最大、显著高于K240和K285处理，而与K345和K390处理无显著差异；K315处理整株钾素累积量最大、显著高于K0（CK）和K240处理，而与K285、K345和K390处理无显著差异，各施钾处理烤烟整株钾素累积量较K0（CK）增加47.26%~114.37%。表明施用钾肥显著增加了烤烟根、茎、叶以及整株中钾素累积量，且不同器官与整株的钾素累积量均随着施钾量的增加而先增加后下降，进一步表明过量施钾对促进烟株累积钾素的作用有限。就烤烟打顶期各器官钾素累积量分配比例看，不同处理根系、茎秆和叶片中钾素分配比例分别为11.76%~19.08%、27.58%~39.60% 和45.91%~54.60%，烤烟不同器官钾素分配特征表现为叶＞茎＞根，表明烟株吸收的钾素主要分配到叶片中。
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2.3 施钾量对‘川烟200’钾肥利用效率及养分平衡的影响
2.3.1 施钾量对‘川烟200’钾肥利用效率的影响 由表 7可知，施钾量显著影响钾肥利用效率。钾肥表观利用率、当季回收率及经济利用效率均表现出随施钾量增高呈先升高后下降的变化趋势，钾肥表观利用率、当季回收率和经济利用效率均以K315处理最大，分别为14.06%、13.15% 和7.01%；K315处理钾肥表观利用率、当季回收率及经济利用效率显著高于K240处理，分别比K240处理提高84.27%、109.73% 和53.73%，而K390处理钾肥表观利用率、当季回收率和经济利用效率相比K240处理分别下降8.26%、2.55% 和32.02%，表明适宜的施钾量才能促进烟株对钾肥的吸收利用，进而提高钾肥利用效率。钾肥农学效率、偏生产力和生理利用率均表现出随施钾量增多而下降，当钾肥施用量从240 kg/hm2增加到390 kg/hm2时，钾肥农学效率从1.52 kg/kg下降到1.11 kg/kg，偏生产力从9.48 kg/kg下降至6.01 kg/kg，生理利用率从24.40% 下降至12.27%。从钾肥利用率、成本和产出比考虑，钾肥利用效率表现最佳的施肥量为315 kg/hm2。
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2.3.2 施钾量对土壤养分平衡的影响 由表 8可知，施钾量显著影响钾素携出量与土壤钾素平衡状况。K315处理钾素携出量显著高于K0（CK）和K240处理，而与K285、K345和K390处理相比无显著差异，该处理较其他施钾处理钾素携出量增加18.85%~45.57%。就钾素表观盈余而言，K0（CK）由于没有钾素投入，土壤钾素亏缺量为32.14 kg/hm2，其他处理由于投入了钾素，而烟株携出量少于钾素投入量，引起土壤中有不同程度的钾素盈余，施钾处理土壤钾素盈余量为151.82~264.61 kg/hm2，呈现出随钾素施用量增加显著增加的变化趋势。从养分平衡来看，K390处理的土壤养分平衡系数和养分平衡率均显著高于K240、K285和K315处理，但与K345处理无显著差异；K315处理土壤养分平衡系数和养分平衡率均最小，其他施钾处理土壤养分平衡系数大于4，养分实际平衡率超出300%。随着施钾量的增加，各处理钾素盈余量、养分平衡系数和平衡率随之增加，表明过多施钾不利于促进烟株吸收更多钾素，反而易导致钾肥过多盈余在土壤中，过度减少或增加施钾量均不利于降低土壤养分平衡系数和实际平衡率。整体来看，施钾量为315 kg/hm2时，可降低土壤钾素平衡系数，也可保持土壤中盈余适量的钾素，有利于土壤可持续生产。
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3 讨论
钾是烤烟生长发育的必需营养元素之一，也是烟叶品质形成的重要元素。合理施用钾肥能够促进烤烟生长发育、养分吸收和改善农艺性状[20-21]。本试验条件下，不同施钾处理之间团棵期差异主要表现在株高、有效叶片数和节距，而打顶期各项农艺指标无显著差异。综合来看，以K315处理适量施用钾肥的烟株长势较好，农艺性状综合表现最佳，这与吴涛等[22]在云南省曲靖市的研究结果一致。适量增施钾肥后，土壤钾素供应充足，烟株充分吸收钾素，促进烤烟茎的生长，使烟株茎秆粗壮、高大[23]。钾肥施用也有利于提高烟叶碳氮代谢和相关酶活性，提升叶片光合强度，促进开片，从而增加叶面积，改善烤烟农艺性状[24]。随着施钾量的增加，烤烟的各项农艺性状逐渐得到改善，但过量施钾时对农艺性状的改善不明显，甚至会降低烟叶的品质；施用钾肥有助于提高烟叶产量、产值以及均价和中上等烟比例，随着施肥量的增加，烤烟的经济效益先升后降[3]，表明过量施钾不仅会增加生产投入成本，也会影响烤烟的经济性状，这与本研究结果一致。本研究发现，K315处理烟叶产量、产值、均价和中上等烟比例均最高，施钾量315 kg/hm2时，通过提高中上等烟比例来改善烟叶等级结构、提高烟叶均价，进而改善烟叶经济性状。本研究结果表明，随着钾肥用量的增加，烟叶总糖和还原糖含量总体表现出增加的趋势，其原因可能在于增施钾肥后烟株在生长发育过程中能吸收到更多的钾，钾离子通过活化碳代谢相关酶活性，促进了糖类物质的合成[25]。施用钾肥对烟叶总氮、烟碱、还原糖含量和氮碱比的影响较大，而对钾、糖碱比和钾氯比影响较小，这与汤宏等[26]研究结果相似。本试验条件下，钾肥施用量在315~345 kg/hm2之间更有利于协调烟叶化学成分。
相比较烤烟根和茎的生物量影响，施用钾肥明显增加烤烟烟叶生物量，烤烟不同器官钾素分配特征也表现为叶＞茎＞根，表明烟株吸收的钾素主要分配到叶片中。这与季璇等[9]的研究结果相似，可能与增施钾肥促进烟叶生长和钾素吸收利用有关。施用钾肥显著增加了烤烟根、茎、叶以及整株中钾素的累积量，且钾素累积量均随施钾量增加先增后降，这与严陶韬等[27]研究结果不一致。严陶韬等[27]研究认为，烟株钾积累量随施钾量的增加而持续增加，这可能是因为本研究中试验地土壤全钾含量偏高、速效钾含量偏低、钾有效供应水平低，过量的施钾不会再增加烟株钾素积累[28]。本研究中，钾肥表观利用率、当季回收率及经济利用效率均随施钾量增加呈先增加后下降，以K315处理最大。而钾肥农学效率、偏生产力和生理利用率均表现出随施钾量增加而下降，土壤钾素盈余量呈现出随钾肥施用量增加而显著增加的变化趋势，这主要是因为过量的钾投入破坏了土壤中各种形态钾的平衡，总体上钾的有效供应水平降低，从而降低了钾肥利用率[29]。
4 结论钾肥能够促进烟株前期（团棵期前）生长发育尤其是株高、有效叶片数和节距的生长，而对中期（团棵期到打顶期）生长影响较小；烟叶产量、产值和均价在施钾后分别提高19.02%~22.60%、24.65%~47.28%和3.26%~20.33%，表现为随着施钾量的增加，烟叶产量、产值和均价先增加后降低；适宜施钾可显著提高烟叶烟碱含量37.29%~66.10%，有助于协调烟叶化学成分，改善烟叶内在品质；钾肥对根系、叶片和整株生物量影响较小，但显著增加了根、茎、叶以及整株中钾素累积量，增幅分别为41.36%~93.02%、35.09%~166.36%、54.27%~109.31%、47.26%~114.37%，且其随着施钾量增加表现为先增加后减少；合理施钾有利于提高钾肥利用效率和改善土壤钾素平衡，但过高施用钾肥反而会降低钾肥利用率、增加土壤钾素盈余量，造成钾资源浪费。本研究结果表明，广元烟区烤烟新品种‘川烟200’合理的施钾量为315 kg/hm2。
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(责任编辑 张辉玲)