曲靖红壤烟区有效镁、速效钾交互作用对烤烟钾、镁、钙吸收及品质的影响

2018-03-20许自成卢秀萍刘志宏王竞巧

中国土壤与肥料 2018年1期

张森，王林，许自成*，卢秀萍，解燕，方秀，穆童，刘志宏，王竞巧

(1.河南农业大学烟草学院，河南郑州 450002；2.云南省烟草农业科学研究院，云南玉溪 653100；3.云南省烟草公司曲靖市公司，云南曲靖 655000)

烟草作为一种经济作物，其产量和品质受品种特性和环境的共同作用。在诸多环境因素中，土壤是烤烟生长的基础，土壤矿质元素供应能力不但影响元素自身丰缺指标，对其他元素的吸收也有很大影响[1]。钾和镁是烤烟生长成熟过程必需的营养元素，镁既是组成烤烟叶绿素的金属元素，又是光合作用中所必需的重要组分，对烤烟的生长发育、新陈代谢以及烤烟产量、质量的形成有重要意义[2]；钾是多种酶的活化剂，能促进烟株代谢，影响烟叶外观品质和内在质量，提高烟株抗逆性[3]。研究表明，迄今我国土壤钾肥自给率约40%，在常规作物生产中钾肥利用率小于45%，合理调控土壤养分使植物营养达到最优是优质烟叶生产的重要课题[4]。近年来，关于土壤有效镁、速效钾的报道已有很多：徐畅等[5]通过研究重庆市的土壤镁状况，发现施镁能提高总糖、还原糖含量，提高上等烟比例，但钾素含量却随着施镁的增加而降低。王雅妮等[6]发现，陇南土壤镁含量丰富，但烟叶却有轻度缺镁症状。郝浩浩等[7]发现，豫中土壤速效钾含量与烟叶钾含量、致香物质含量极显著相关。但Mg2+和K+是拮抗离子，关于两者互作对烤烟品质的影响鲜有报道。本文从曲靖中海拔红壤烟区有效镁、速效钾含量状况入手，分析了两者交互作用对烤烟钾、钙、镁吸收及烤烟品质的影响，以期为合理施用钾、镁肥提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 样品采集

采用GPS定位技术，连续两年在云南曲靖中海拔红壤烟区共9个县(区)进行相关取样工作，代表性烟田的选择综合考虑烤烟种植区划、地貌地形、成土母质、土壤类型、轮作方式、烤烟品种和常年长势等因素。为充分反映采样单元土壤样品的本底情况，采集避开雨季，赶在移栽前且未施用任何底肥。在烟田内用“S”型取样方式，共计采集0～20 cm耕层土壤样品729个，用土钻取同一采样单元土样10处并制成1.5 kg均匀混合样，经风干、去杂、研磨后过不同孔径筛装瓶待测定。

相应烟叶采用定叶位取样法，在代表性烟田相应取烤后烟叶样中橘三(C3F)3 kg，样品的等级由专职评级人员参照“GB 2635—92烤烟”标准划分，等级合格率达到85%以上。将烟样进行烘干、研磨粉碎后过0.25 mm筛，供烤烟钾、镁、钙及常规化学成分含量的测定。土壤样品及对应烤后烟样品采集点见表1。

表1 云南曲靖中海拔红壤烟区生态环境区域[8]

1.2 测定方法

1.2.1 烟叶样品

还原糖和总糖含量的测定采用3,5-二硝基水杨酸比色法(DNS)；总氮含量的测定采用浓硫酸-双氧水消化法；烟碱含量的测定采用紫外分光光度计；烤烟钾含量的测定采用火焰光度计；烤烟镁、钙含量的测定采用干灰化-原子吸收分光光度法；挥发酸和挥发碱含量的测定采用水蒸气蒸馏酸碱滴定法[9]。石油醚提取物含量的测定采用YC/T 176—2003的方法[10]。感官评吸参照YC/T 138—1998[11]和单料烟9分制评吸方法[12]对烟样的香气质等7项指标进行评定。

1.2.2 土壤样品

土壤速效钾含量的测定采用火焰光度法；土壤有效镁含量的测定采用原子吸收分光光度法[13]。

1.3 数据分析

数据处理与图表制作采用Excel 2013和SPSS 21.0完成。

2 结果与分析

2.1 土壤有效镁、速效钾含量分析

2.1.1 土壤有效镁、速效钾总体分布

曲靖中海拔红壤烟区土壤有效镁含量丰富，平均314.10 mg·kg-1，高于湖南[14](278.40 mg·kg-1)和四川[15](265.20 mg·kg-1)，略低于河南[16](335.20 mg·kg-1)。全市土壤有效镁整体变异较大，变异系数达65.60%。根据土壤有效镁含量丰缺指标将其分为5类[8]：<50 mg·kg-1为土壤严重缺镁；50～100 mg·kg-1为土壤轻度缺镁；100～200 mg·kg-1为适宜含量；200～400 mg·kg-1为含量丰富；>400 mg·kg-1为含量极丰富。由图1可知，全烟区土壤有效镁含量分布为右偏态，集中分布于适宜及丰富含量范围(100～400 mg·kg-1)。由表2可知，曲靖中海拔红壤地区有9.6%的土壤需要适当增施镁肥。

表2 土壤有效镁、速效钾含量状况

曲靖中海拔红壤烟区土壤速效钾平均含量197.95 mg·kg-1，高于河南[17](101.05 mg·kg-1)、湖南[18](91.81 mg·kg-1)和湖北[19](123.60 mg·kg-1)，明显低于四川[20](288.00 mg·kg-1)，处于适宜烟草生长范围。全市土壤速效钾含量差异大，变幅21.63～718.92 mg·kg-1。根据土壤速效钾含量丰缺指标将其分为5类[8]：<80 mg·kg-1为土壤严重缺钾；80～150 mg·kg-1为土壤轻度缺钾；150～220 mg·kg-1为适宜含量；220～350 mg·kg-1为含量丰富；>350 mg·kg-1为含量极丰富。从图2可知，全烟区土壤速效钾含量分布为右偏态，分布较均匀。有38.68%的土样严重或轻度缺钾，24.28%的土样速效钾处于适宜水平。

图1 土壤有效镁频数分布

图2 土壤速效钾频数分布

2.1.2 不同县(市)烟区土壤有效镁、速效钾含量的分布

通过分析不同县(市)烟区土壤有效镁含量(图3)，发现不同烟区土样有效镁含量差异明显。其中，陆良、马龙及沾益3个烟区的有效镁含量均处于适宜水平；富源、罗平、麒麟、宣威4个烟区有效镁达到丰富水平，富源烟区有效镁含量为360.65 mg·kg-1，与其他3个烟区间差异显著；会泽烟区有效镁含量高达711.25 mg·kg-1，显著高于其他烟区。针对适宜种植区，应综合考虑土壤养分状况及红壤特性，促进烟株镁素的正常利用；对于有效镁含量丰富及以上水平的烟区不宜增施镁肥，可利用元素间作用选择肥料。

不同县(市)烟区土壤速效钾含量(图3)表现为：宣威>师宗>罗平>富源>会泽>麒麟>沾益>马龙>陆良。其中，陆良烟区土样速效钾含量除与马龙烟区无差异外，与其他烟区间差异显著，且表现出不同程度的缺钾现象；富源、会泽、马龙、麒麟、沾益5个烟区土样速效钾含量适宜；罗平、师宗、宣威3个烟区土样速效钾含量略高。

图3 不同县(市)烟区土壤有效镁、速效钾含量注：图中不同小写字母表示差异达到0.05显著水平，下同。

2.2 土壤有效镁、速效钾及其互作对烤烟钾、镁、钙吸收的影响

2.2.1 土壤有效镁、速效钾对烤烟钾、镁、钙含量的影响

通过分析不同范围土壤有效镁对烤烟钾、钙、镁含量的影响(表3)，发现随着土壤有效镁的增加，烤烟钾含量呈现先升高后降低的趋势，但各组间差异不显著；烤烟镁含量随着土壤有效镁的增加呈现逐渐升高趋势，在土壤有效镁含量>200 mg·kg-1的两区组间差异不显著，但与其他各组间差异均达到5%显著水平；烤烟钙含量在土壤有效镁含量≤200 mg·kg-1的区组间呈增加趋势，之后降低，各组间差异不显著。随着土壤有效钾含量的增加，烤烟钾含量基本呈增加趋势；烤烟镁含量和钙含量则随速效钾含量的增加呈先降低后升高的趋势。

表3 土壤有效镁、速效钾分组下烤烟钾、镁、钙含量

注：表中不同小写字母表示差异达到0.05显著水平，下同。

2.2.2 土壤有效镁、速效钾互作对烤烟钾、镁、钙含量的影响

将土壤有效镁含量分为低(Mg1)、中(Mg2)、高(Mg3)3组，土壤速效钾含量分为缺钾(K1)、

不缺钾(K2)2组，分析两者交互作用对烤烟生长的影响。由表4可知，虽然土壤有效镁、速效钾含量丰富，但烟叶却表现出缺素症。烤烟钾、镁、钙含量及K/(Mg+Ca)在各区组间达到显著差异水平，各组中以K2Mg1整体表现较好。

表4 不同土壤钾、镁水平对烤烟钾、镁、钙含量的影响

2.3 土壤有效镁、速效钾互作对烤烟化学成分的影响

2.3.1 土壤有效镁、速效钾互作对常规化学成分的影响

通过方差分析(表5)，土壤有效镁、速效钾含量与还原糖和水溶性氯有一定关系，交互作用对还原糖、总氮、烟碱、水溶性氯影响更大。不同土壤钾、镁水平对常规化学成分的影响见表6，总糖与还原糖含量随着土壤镁水平的增加而降低，K1Mg1与K2Mg3水平下的还原糖含量差异显著；总氮与烟碱的变化规律基本相同，K2Mg1和K2Mg3的总氮、烟碱含量差异显著；水溶性氯K1Mg1与K2Mg1、K2Mg3差异显著；糖碱比和氮碱比在各组间差异不显著。

表5 土壤有效镁、速效钾及交互作用与烤烟常规化学成分的方差分析

注：*表示差异达到0.05的显著水平，**表示差异达到0.01的显著水平，下同。

表6 不同土壤钾、镁水平对烤烟常规化学成分含量的影响

2.3.2 土壤有效镁、速效钾互作对烤烟其他化学成分的影响

由表7可知，土壤有效镁对挥发性酸和石油醚提取物的影响达极显著水平；土壤速效钾对石油醚提取物的影响达显著水平；土壤速效钾与有效镁交互作用对挥发性酸和石油醚提取物的影响达极显著水平，对挥发性碱的影响达显著水平。表8得出，随着土壤有效镁的增加，挥发性酸先升高后降低；在土壤缺钾时，挥发性碱随着土壤有效镁的增加而降低，土壤不缺钾时，挥发性碱随着土壤有效镁的升高而升高；石油醚提取物则随着土壤有效镁的升高呈现降低趋势。

表7 土壤有效镁、速效钾及交互作用与烤烟挥发性酸、碱和石油醚提取物的方差分析

表8 不同土壤钾、镁水平对烤烟挥发性酸、碱和石油醚提取物含量的影响 (%)

2.4 土壤有效镁、速效钾互作对烤烟评吸指标的影响

表9可知，土壤有效镁对余味的影响达到显著水平，对燃烧性和灰色的影响达极显著水平；土壤速效钾对香气量的影响达显著水平，对灰色的影响极显著；两者互作对余味、燃烧性和灰色的影响均为极显著水平，对其他评吸指标的影响不大。余味和燃烧性均随着土壤有效镁水平的增加先升高后降低；灰色则在土壤缺钾时随着土壤有效镁的升高而升高，土壤不缺钾时，与余味和燃烧性变化趋势相同(表10)。

表9 土壤有效镁、速效钾及交互作用与烤烟评吸指标的方差分析

表10 不同土壤钾、镁水平对烤烟评吸指标的影响

3 讨论

红壤是曲靖市的主要植烟土壤，受成土母质及人为影响，其土壤有效镁含量丰富。通过分析不同县(市)烟区的土壤有效镁，发现个别县(市)的土壤养分含量分布不均，以会泽县土壤有效镁含量最高，这势必会影响烟株的营养均衡。李军等[21]认为，可通过人为施肥过程促进元素迁移，自然界中复杂的外源输入过程也可促进有效养分转化。曲靖烟区的土壤速效钾含量适宜，基本能满足烤烟生长需要，但在增施有机肥的过程中，应充分考虑到土壤有效镁和速效钾的相互作用，控制镁肥的施入，补充钾肥的用量，实行以钾定镁，采用不同的施肥措施，避免造成两者之间的拮抗作用，减小土壤养分含量的有效性，促进烟叶对钾、镁的吸收。

通过分析土壤有效镁、速效钾及互作对烤烟钾、钙、镁含量的影响，发现虽然土壤养分能满足烤烟本身所需，但烤烟却表现出缺素症状，烤烟钾、镁整体含量处于偏低水平。从土壤养分的相互作用来说，烤烟钾、钙、镁主要由土壤供给受其他因素间接影响。赵其国等[22]研究发现，曲靖位于云南东部，处于酸雨控制区范围，土壤酸化较严重，并且受其土壤母质因素影响，红壤区钙、镁等碱金属淋失严重，这可能是导致土壤钙、镁利用效率较低的原因。李强等[3]认为土壤钙钾比和镁钾比过高会导致烤烟缺钾，该区土壤有效钙含量丰富，这可能是导致烟叶缺钾的主要原因。本研究发现在土壤缺钾时，土壤有效镁能够促进烤烟钾的吸收，这与徐畅等[23]的研究相一致。因此，可通过根外调控钾镁比和喷施钾肥提高烟叶品质。

化学成分是衡量烤烟品质的重要指标，与烤烟的吸食品质息息相关[24]。本研究发现，土壤有效镁、速效钾交互作用显著或极显著影响烤烟的还原糖、总氮、烟碱、水溶性氯、挥发性酸、挥发性碱及石油醚提取物含量，这与符云鹏等[25]的研究结果相一致。张广富等[26]研究认为，土壤钾素营养有利于总氮、烟碱的积累，并能降低总糖及氯含量；张国等[2]认为，土壤镁素的增加会引起烟碱、还原糖和总氮含量的增加，但镁素供应过剩会造成负面影响。本研究发现，还原糖含量随着土壤供镁能力的增加呈现降低趋势，可能是因为土壤有效镁含量过高导致烟叶后期贪青，无法充分完成糖类的转化。在土壤缺钾时，烤烟总氮、烟碱的含量稍降低，说明Mg2+与K+虽互为拮抗作用，但钾素的缺乏促进了烤烟对镁的吸收；土壤不缺钾时，总氮与烟碱含量升高，可能是因为此时的土壤环境促进了钾素的吸收。胡皓月[27]认为，挥发性酸、碱受陈化和醇化影响大，并且与土壤因素有关，说明土壤有效镁和速效钾互作在一定程度上影响烤烟的挥发性酸、碱。陈海生等[28]发现，石油醚提取物与土壤有效镁呈极显著负相关，与土壤速效钾呈显著正相关，本文的研究发现，两者互作时，土壤有效镁对石油醚提取物的影响更显著。因此，合理调控土壤钾、镁营养对改善烤烟化学成分有重要意义。

曲靖红壤区种植的烤烟以清香型为主，烟气醇和，劲头适中，这不仅与土壤类型有关，与有效铁、有效镁、速效钾、碱解氮等也有较大关联[29]。通过分析发现香气质、香气量、杂气和刺激性对土壤钾、镁交互作用的响应并未达到显著水平，许自成等[29]认为这可能是受红壤较好的透水透气及疏松多空隙的特性影响较大。余味、燃烧性和灰色在土壤缺钾时表现出显著差异，以中镁水平表现最好。土壤速效钾、有效镁交互作用机理较为复杂，在中海拔红壤区的共性限制下，土壤pH值、有机质及栽培调制技术也影响着烟叶品质，该区的气候-土壤-烟叶整体规律有待近一步研究。

4 结论

曲靖中海拔红壤烟区土壤有效镁含量总体上丰富，陆良县土壤有效镁含量最低(146.20 mg·kg-1)，处于适宜水平，会泽烟区有效镁含量最高(711.25 mg·kg-1)，显著高于其他县(市)烟区；速效钾含量总体上适宜，除陆良县外，其他各县(市)土壤速效钾含量均处于中等偏上含量范围。

烤烟镁含量随土壤有效镁含量的升高而显著增加，烤烟钾含量随着土壤速效钾含量的升高先降低后显著增加，烤烟钙含量随两者变化不显著；土壤有效镁和速效钾的交互作用对烤烟钾、镁、钙含量及K/(Mg+Ca)影响较大，各区组间差异达到显著水平。

土壤有效镁、速效钾交互作用对烤烟品质影响较大，在土壤有效镁含量处于中、低水平(<100 mg·kg-1)，土壤速效钾含量处于适宜及以上水平(>150 mg·kg-1)时，烟叶品质总体上表现最好。

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