云南曲靖烟区优质烤烟的适宜土壤有效硫和烟叶硫含量研究

王小东，许自成，解 燕，刘 领，樊献玲，张欣惠

（1 河南科技大学农学院，河南洛阳 471023；2 河南农业大学烟草学院，河南郑州 450002；3 云南省烟草公司曲靖市公司，云南曲靖 655000；4 曲靖市烟草公司沾益县分公司，云南曲靖 655331）

烟草是一种以叶片为收获对象的嗜好性经济作物，对品质要求较为严格，其中钾是烟草重要的品质元素，对其燃吸品质有重要影响，烟叶的含钾量越高其燃烧性越好，而改善其燃烧性又是减害降焦的重要技术手段，因此提高烟叶含钾量对烟草生产有重要意义。目前我国烤烟含钾量整体不高，烤烟生产中，追施硫酸钾为最直接有效的提高烟叶含钾量的措施。然而，长期追施钾肥 (K2SO4) 导致土壤中硫含量积累，还提高了烟叶中硫的含量[1–5]。烟叶中的硫和氯是重要性仅次于钾的两个品质元素，也都是烟草生长发育所必需的营养元素[7–8]。理想的烟叶燃烧性需要较高的烟叶含钾量，并保持适宜的氯含量水平。影响烟草对硫、钾、氯吸收和积累的因素很多[9–11]，其中硫素的供应水平对烟草叶片硫、钾、氯积累以及有机钾含量产生重要影响[12]。SO42–和 Cl–的吸收又存在一定的竞争抑制[11]，需要在硫、钾、氯供应和吸收积累之间找到一个硫素平衡阀值。目前，有关硫与烟草品质的研究较少，硫与烟叶中钾、氯的关系也缺乏系统研究[13–15]。曲靖土壤硫素淋溶较为严重，土壤有效硫含量丰缺不均[6]。本文以该地区土壤和烟叶为对象，研究硫素对烟草钾、氯吸收和有机钾含量的影响，以期为烤烟施肥和烟叶硫、钾、氯素调控提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 样品采集

于2009—2011年在曲靖市所辖的9个植烟县区采用GPS定位技术，在选定区域确定取样地点，采集土壤样品3507个，并于当年在对应植烟地块上采集烤后烟叶样品 (等级为C3F) 1.5 kg (共3507份)。

曲靖烟区植烟土壤广泛分布于山地、丘陵、平坝、河槽等地形地貌，且土壤类型丰富，以红壤、黄壤、紫色土、新积土、水稻土、石灰岩土六种土壤类型为主，集中分布于海拔1800～2100 m，处于较适宜烤烟生长的海拔高度。其中红壤所占比例较大，为48.9%；紫色土、水稻土、新积土、黄壤和石灰岩土分别占16.7%、15.9%、12.1%、5.8%和0.5%。

取样点确定与取样方法：以植烟村为基本取样单元，在植烟村内选取有代表性的某一农户的典型地块 (地形、成土母质/母岩、土壤类型、烟株常年长势等)，地块要求肥力中等、面积大于1亩 (666.7 m2)、生产水平和烟叶质量偏上。在典型地块内，采用梅花形5点取样法，每个分样点去掉2—4 cm的表土后，垂直取耕层 (约20 cm深) 2.0 kg，然后将5个分样土壤充分混合，四分法留取约2.0 kg土样，放在布袋里，附上土样标签，并用铅笔填写相关信息。烟叶取样为对应植烟地块，取样等级为C3F (中橘三)。

1.2 测定指标和方法

土样经风干、去杂、研磨、过筛后制成待测样。烟叶样烘干粉碎后过孔径0.3 mm筛后制成待测样。土壤有效硫 (SAS) 含量和烟叶硫含量采用硫酸钡比浊法测定[16–17]，烟叶钾含量采用火焰光度法测定[18]，烟叶水溶性氯含量采用硝酸银电位滴定法测定[19]。

烟叶有机钾指数 (%) 的计算公式为：

式中，K+、Cl–和 SO42–均指烟叶中的 K+、Cl–和具体测定方法同上。

土壤有效硫含量测定工作由中国农科院青州烟草研究所和云南省农科院农业环境资源所共同协助完成，烟叶硫含量测定由广东中烟工业有限公司技术中心完成，烟叶钾含量和氯含量由云南中烟工业有限公司技术中心负责完成。

1.3 数据分析与处理

采用IBM Statistics SPSS 17.0和Microsoft Excel 2013统计软件对试验数据进行描述统计分析、相关和回归分析等，其中对土壤有效硫含量进行了以10为底的对数 (即lgSAS) 转换，对其进行归一化处理。

2 结果与分析

2.1 土壤有效硫含量和烟草硫、钾、氯含量的描述统计分析

由表1可知，曲靖烟区土壤有效硫含量和烟叶氯含量差异较大。其中土壤有效硫含量平均值为44.03 mg/kg，变异幅度最大，变异系数达157.4%；其次为烟叶氯含量，其变异系数也达118.6%；烟叶硫含量和钾含量水平相对稳定，其变异系数分别为44.0%和23.2%；烟叶有机钾指数平均为1.4%，其变异系数为36.8%。

在曲靖烟区所取的3507份土壤样品和烟叶样品中，按照刘崇群等[21]对南方土壤有效硫含量的划分标准，土壤有效硫含量 (硫) ≤ 16.0 mg/kg的样本数为567个 (占16.17%)，16～30 mg/kg之间的样本数为1593个 (占45.42%)，＞ 30 mg/kg的样本数为1347个(占38.41%)；烟叶硫含量 ≤ 0.2%的样本数为939个(占26.78%)，0.2%～0.6%之间的样本数为2473个(占70.52%)，＞ 0.6%的样本数为95个 (占2.71%)；烟叶钾含量 ≤ 1.5%的样本数为1278个 (占36.44%)，大于1.5%的样本数为2229个 (占63.56%)；烟叶氯含量 ≤ 0.2%的样本数为2146个 (占61.19%)，0.2%～0.8%之间的样本数为1107个 (占31.57%)，＞0.8%的样本数为254个 (占7.24%)；而烟叶有机钾指数 ＞ 1.5% 的样本数为 1470个 (占 41.92%)，而 ≤1.5%的样本数为2037个 (占58.08%)。

表 1 曲靖地区土壤有效硫含量和烟叶硫、钾和氯含量状况Table 1 Soil available sulfur content and sulfur, potassium and chlorine contents in tobacco leaves

2.2 土壤有效硫对烟草硫吸收的影响

图 1 土壤有效硫含量的对数值 (lgSAS) 与烟草叶片硫含量的关系Fig. 1 Relationship between logarithmic value of soil available S content and S content in tobacco leaves

由图1相关分析可知，随着土壤有效硫含量的增加，烟草叶片中硫含量也逐渐增加，两者之间呈极显著正相关 (相关系数r分别为0.967 (SAS) 和0.857 (lgSAS)，且P＜ 0.01)，其中土壤有效硫含量的对数值和烟叶硫含量的关系可以用回归方程=0.0274x3– 0.0557x2+ 0.0317x + 0.257 (R2= 0.069，为烟叶硫含量，x为土壤有效硫含量的lg值) 拟合。土壤有效硫含量、土壤有效硫含量对数值与烟叶硫含量的相关系数分别为0.967和0.857，均达到极显著水平。

2.3 烟叶硫含量对烟叶钾吸收的影响

根据所采集烟草叶片硫含量的范围，采用等组距法对烟叶硫含量进行了区间划分，组距为0.1%，对应区间内烟叶样品钾含量的平均值作为该区间的钾含量水平，共划分为10个硫含量区间，同时也对应10个钾含量水平，烟叶硫含量与其钾含量的关系见图2。随着烟叶硫含量的增加，叶片钾含量先逐渐增加到最大值 (1.78%)，而后逐渐下降，两者之间的关系可用方程式= –0.0137x2+ 0.1729x + 1.2369描述 (方程式R2= 0.9377，其中为烟叶钾含量，x为烟叶硫含量)。曲靖烟区烤烟平均钾含量为1.65%，按照不低于其平均钾含量的标准，由方程曲线可以得出曲靖烟区烟叶硫含量在0.3%～0.9%范围时，烟叶钾含量处于较高水平。

图 2 烟叶硫含量与烟叶钾含量的关系Fig. 2 Relationship between sulfur and potassium contents in tobacco leaves

2.4 烟叶硫含量对烟叶氯吸收的影响

采用2.3所述的方法，也对其相应区间烟叶的氯含量进行平均运算，对应区间内烟叶样品氯含量的平均值作为该区间的氯含量水平，共划分为10个氯含量水平。由烟叶硫含量与其氯含量的关系 (图3)可知，随着烟叶硫含量的增加，烟草叶片中氯含量逐渐下降，烟叶硫含量与其氯含量呈极显著负相关(相关系数r= –0.808，P＜ 0.01)，其拟合方程式为= 0.0073x2– 0.122x + 0.6374 (为烟叶氯含量，x为烟叶硫含量，R2=0.8305)。优质烟叶对其氯含量也有一定要求，一般认为优质烤烟氯含量在0.2%～0.8%之间是适宜的[22]，按此要求由方程曲线可得出烟叶硫含量范围在 ≤ 0.7%是合适的。

图 3 烟叶硫含量与烟叶氯含量的关系Fig. 3 Relationship between sulfur content and watersoluble chlorine content in tobacco leaves

2.5 烟叶硫含量对烟叶钾氯比的影响

采用2.3所述的方法，先求出其相应区间烟叶平均钾含量和平均氯含量，然后再计算出9个对应区间内烟叶样品钾氯比值，此9个比值分别代表了9个硫含量区间内烟叶的钾氯比值整体状况。由图4可知，随着烟叶硫含量的增加，烟草叶片的钾氯比逐渐增加，烟叶硫含量与其钾氯比呈极显著正相关 (相关系数r= 0.908，P＜ 0.01)，其方程为=0.0878x3– 1.6508x2+ 9.8861x – 2.4591 (为烟叶钾氯比，x为烟叶硫含量，R2=0.975)。一般认为优质烟叶的钾氯比 ≥ 4.0，按此要求由拟合方程曲线可得出烟叶硫含量范围应在 ≥ 0.1%是合适的。

图 4 烟叶硫含量与烟叶钾氯比的关系Fig. 4 Relationship between leaf sulfur content and the ratio of potassium to chloride in tobacco leaf

2.6 烟叶硫含量对烟叶有机钾指数的影响

烟叶的有机钾指数与其燃烧性密切相关，较高的有机钾指数有利于烟叶燃烧性的提高。采用2.3所述的方法，也对其相应区间烟叶的有机钾指数进行平均运算，对应区间内烟叶样品有机钾指数的平均值作为该区间的有机钾含量水平，共划分为10个有机钾含量水平。由烟叶硫含量与其有机钾指数的关系 (图5) 可知，随着烟叶硫含量的增加，其有机钾指数表现为先升后降的抛物线的变化趋势 (相关系数r= –0.635，P＜ 0.05)，且烟叶硫含量与其有机钾指数之间的拟合方程为= 0.0028x3– 0.0655x2+0.3857x + 0.7891 (为烟叶有机钾指数，x为烟叶硫含量，R2= 0.9545)。一般认为烟叶的有机钾指数越高越好，要保持相对较高且稳定的有机钾指数，其烟叶硫含量存在一个适宜的区间范围，综合考虑曲靖烤烟有机钾指数的整体分布，张俊[23]研究认为烟叶有机钾指数 ≥ 1.0%其燃烧性较好，由拟合曲线可知曲靖烟叶硫含量在0.2%～0.6%之间是适宜的，其有机钾指数相对较高。

图 5 烟叶硫含量与烟叶有机钾指数的关系Fig. 5 Relationship between S content in tobacco leaves and organic K index of tobacco leaves

3 讨论

烟草是对品质要求较高的经济作物。曲靖烟区属西南烟区，由于生产上长期追施硫酸钾和大气沉降硫 (酸雨) 输入的共同作用，导致土壤有效硫含量不同程度地提高[2–3]，而烟株体内硫素吸收和积累主要来自于土壤和施肥，在低硫土壤上植物也从大气中吸收少量SO2和H2S，从而多种途径影响了烟叶硫含量水平。土壤有效硫含量也有其临界值[21,24]，土壤有效硫含量水平对产出的烟叶硫含量和氯含量有重要影响[6,10–11]，随着土壤有效硫含量的增加导致烟叶氯含量降低，可能与SO42–和 Cl–之间存在离子竞争抑制有关[11]。烟叶硫含量对烟叶的燃烧性也产生不同程度的影响[7–8,13]，而烟叶的钾、氯含量及其比值 (钾氯比值) 和有机钾指数又是衡量烟叶燃烧性的重要指标，施硫可促进烟株对钾的吸收，提高烟叶含钾量[25]，而对于土壤有效硫对烟株钾吸收的影响机制尚缺乏系统研究。

曲靖烟区土壤有效硫含量整体适宜，平均为44.03 mg/kg，变异幅度较大 (变异系数为157.42%)，部分土壤样品有效硫含量偏低。土壤有效硫含量与烟叶硫含量呈极显著正相关 (r= 0.967**，且P＜0.01)，烟叶硫含量与其钾含量呈极显著正相关 (r=0.482**，且P＜ 0.01)，而与其氯含量呈极显著负相关(r= –0.808**，且P＜ 0.01)，这与前人研究结果一致[7,10–12,14]。烟叶硫含量与其有机钾指数呈显著负相关(r= –0.635*，且P＜ 0.05)，且呈现抛物线趋势，说明烟叶要保持一定的燃烧性存在一个适宜的硫含量区间。

初晓鹏等[8]认为福建烟叶硫含量在0.4%～0.7%是适宜的，烟叶质量较好。廖堃等[26]认为江西烟叶硫含量在0.5%～0.7%之间时其中性香味物质含量最高。综合考虑，曲靖烟叶硫含量在0.3%～0.6%是适宜的，对其燃烧性最为有利，也与Tso等[27]的研究结果 (烟叶硫含量为0.2%～0.7%) 基本一致，前人就烟叶硫含量的适宜区间也都限于已有共识的烤烟燃吸品质指标的适宜范围来进行界定，本文基于曲靖烤烟硫含量与影响燃烧性的几个品质元素进行分析。而对于土壤–烤烟系统硫素输入与其钾、氯吸收积累的机制尚需进一步研究[28–30]。

在烟草生产上，施肥调控是保持烟叶硫、钾、氯含量及有机钾含量在适宜水平的最直接有效的手段之一，要保持烟叶硫含量在0.3%～0.6%之间，则土壤有效硫应该在3.84～48.53 mg/kg之间，依此判断目前曲靖有78.93%的烟田在这一范围，有0.2%烟田低于这一范围，这些烟田可以适当增施硫酸钾或其他含硫肥料；有20.87%烟田已高于这一范围，这些烟田可以减少硫酸钾或者含硫肥料施用量。土壤有效硫含量的适宜区间是相对的，受地域和耕作制度等因素影响，林葆等研究认为土壤有效硫含量大于40 mg/kg甚至在94 mg/kg时，施用硫肥对作物仍具有增产作用[24]。综合看来，本文针对曲靖烟区所界定的土壤有效硫含量适宜范围是合适的。

4 结论

曲靖烟区植烟土壤有效硫含量和烟叶氯含量变异较大，土壤有效硫含量和烟叶硫含量呈极显著正相关；随着烟叶硫含量的增加，烟叶钾含量和有机钾指数均呈现先增后减的变化趋势，而烟叶氯含量呈现先降低后增加的变化趋势。对曲靖烟区而言，适宜的土壤有效硫含量范围为3.84～48.53 mg/kg，对应的适宜烟叶硫含量范围为0.3%～0.6%。

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