根区施用钾肥对烤烟产量、钾含量及钾素吸收的影响

严陶韬，王一柳，卢殿君，刘晓伟，张焕朝，王火焰*，杨国栋

(1.南京林业大学生物与环境学院，江苏 南京 210037；2.中国科学院南京土壤研究所/土壤与农业可持续发展国家重点实验室，江苏 南京 210008)

烟叶钾含量是评价烟叶外观与内在品质的重要指标之一，钾含量高可使烟叶色泽呈深桔黄色，香气足，吃味好，同时燃烧性好，可减少有害物质，提高安全性[1]。优质烤烟的钾含量应在2.5%以上，美国的烟叶钾含量约在4%～ 6%，巴西大概在3%～ 4%，而我国烟叶钾含量普遍低于国外，钾含量仅在2%左右[2-3]。另外，已有研究表明我国烟叶钾含量随地域性差异变化显著，南方酸性土壤上的烟叶钾含量普遍高于北方，黄淮烟区石灰土烟叶钾含量普遍仅在1.5%左右，使得该烟区烤烟的优质高产受到限制[4-5]。因此，如何提高黄淮烟区石灰土烟叶钾含量和产量值得研究。

烤烟是喜钾富钾作物，合理的施用钾肥可以提高土壤中有效钾供应水平[6-10]，提高烟叶钾含量。同时，钾肥施用方式对土壤中不同钾库与作物生长存在显著影响[11-13]。黄淮烟区石灰土土壤溶液中与钾拮抗的钙、镁离子含量较高，土壤固钾能力较强等，会限制钾肥吸收效果[3]。随着我国农业机械化的高速发展，根区一次性机械化施肥模式将是我国农业的发展趋势。目前，根区施肥模式通过集中施用普通肥料于合理位点，对于移动性差且易被固定的养分，能实现根区养分的高浓度供应，实现养分扩散与根系发育动态的匹配，减少养分损失，提高养分吸收利用效率[13-14]。

我国钾肥需求量大且钾肥资源贫乏，而非水溶性钾矿资源丰富且有待进一步开发利用。枸溶性钾肥是非水溶性富钾矿石加工而得的新型矿物钾肥，其特点是主要依靠作物根系分泌的柠檬酸进行溶解，养分释放缓慢，保障钾素长效供应，可满足不同生育期烤烟钾素营养需求[15-16]。配合施用枸溶性钾肥与水溶性钾肥，可保证前期供钾，并解决了中后期土壤钾素营养缺乏的问题，从而可在一次施钾的条件下，满足烤烟整个生育期的需钾要求。因此，本研究采用田间试验，通过研究根区钾肥用量与钾肥形态配比对烤烟产量、钾含量及钾肥利用率的影响，以期明确石灰土提高烟叶钾含量与产量的合理钾肥用量与配比，为烤烟优质高产、钾肥高效利用与机械化根区一次施用以及枸溶性钾肥开发利用提供理论支持与技术依据。

1 材料与方法

1.1 供试土壤

试验地点位于安徽省亳州市双沟镇(E 115°40′，N 33°39′)，供试土壤类型为石灰性潮土，土壤基本理化性质：pH值8.37，有机质含量13.0 g/kg，全氮含量0.83 g/kg，有效磷含量7.2 mg/kg，速效钾含量276 mg/kg，缓效钾含量1 371 mg/kg。

1.2 试验设计

钾肥：水溶性钾肥硫酸钾(K2O 54%)；枸溶性钾肥(K2O 25%)；含50%水溶性钾的枸溶性钾肥；含75%水溶性钾的枸溶性钾肥。枸溶性钾肥、含50%水溶性钾的枸溶性钾肥及含75%水溶性钾的枸溶性钾肥由山西某公司提供。枸溶性钾肥经2%柠檬酸浸提后测定其化学性质[17]：有效钾含量为K2O 25%，有效二氧化硅含量为20%，全镁、全钙含量为4%，pH值11。氮肥：尿素(N 46%)，磷肥：磷酸二铵(N 18%；P2O546%)及硫酸钾由公司提供。

试验设置9个处理(表1)。为保证烤烟正常生长，氮、磷肥用量均为60 kg/hm2(N 60 kg/hm2，P2O560 kg/hm2)，所有处理的氮、磷肥在整地前作为基肥一次性均匀撒施于土壤表面，深翻整地(深度30 cm)，将肥料充分混匀于耕层土壤。整地起垄，在垄上进行钾肥施用操作(垄高30 cm)，钾肥进行穴施，用自制施肥器在垄上打直径3.5 cm、深12 cm的孔穴，将每株的钾肥施入孔穴底部，填土覆盖。于施肥点水平距离6 cm的位置移栽烟苗，移栽深度5 cm。每处理3次重复，小区面积设置为10 m2。

供试烤烟品种为中烟100，由安徽省亳州市烟草公司提供。2014年4月9日完成施肥后，次日移栽烟苗，株距为50 cm，行距为110 cm，种植密度为16 500株/hm2，9月2日采烤结束。烤烟种植期间其它田间管理措施按当地常规方法进行。

1.3 样品采集、处理与分析

在烤烟移栽后第35(团棵期)、65(现蕾期)、95 d(成熟期)分别在各小区采集生长状况正常具有代表性的烟叶，在烘箱中105℃杀青后，70℃烘干至恒重，称重计算烟叶干物质量，将烟叶样品磨碎，经H2SO4+H2O2消煮后，用火焰光度计测定烟叶钾含量。烤后烟叶为烟农烘烤过后的成熟烟叶，无需杀青，处理同上。

表1 试验设计

注：CK：对照，不施钾；CP1：施用枸溶性钾肥225 kg/hm2；CP2：施用枸溶性钾肥300 kg/hm2；WP1：施用硫酸钾225 kg/hm2；WP2：施用硫酸钾300 kg/hm2；CW1-50%：施用含50%硫酸钾的枸溶性钾肥225 kg/hm2；CW2-50%：施用含50%硫酸钾的枸溶性钾肥300 kg/hm2；CW1-75%：施用含75%硫酸钾的枸溶性钾肥225 kg/hm2；CW2-75%：施用含75%硫酸钾的枸溶性钾肥300 kg/hm2。施钾量225 kg/hm2为当地烟农习惯钾肥用量。

各小区单独采烤，分区计产，通过统计小区烟叶产量折算每公顷烟叶产量。

在烟叶全部采收完成后，且在烟株未被拔、土体未被破坏前，于烟株周围取20 cm深的耕层土样，每小区3钻，混成一个土样。取样完成后，进行土壤垂直与水平取样，测定钾素在土壤中的水平与垂直迁移，每4 cm一个层次，水平取样时以施肥点为基点水平延伸取土样，垂直取样时沿垄顶部土壤表面垂直向下取土样。土壤样品经乙酸铵溶液浸提后，用火焰光度计测定土壤速效钾含量。

1.4 数据处理

烟叶产量(kg/hm2)=单位面积烟叶干物质量(kg/m2)×10 000;

钾积累量(kg/hm2)=单位面积干物质量(kg/m2)×钾含量×10 000;

钾肥利用率(%)=(施钾处理烤烟成熟期地上部钾积累量-对照烤烟成熟期地上部钾积累量)/施钾量×100。

采用Excel 2016与SPSS 19软件进行数据处理统计与差异显著性分析，并用Origin 9.0作图。

2 结果与分析

2.1 不同处理对烤烟各时期烟叶钾含量的影响

由表2可知，烟叶钾含量随生育期的推进呈下降趋势，由35 d的3.11% ～ 5.38%下降到95 d的1.94% ～ 3.55%。不施钾的CK处理，烟叶钾含量随时间推移显著下降(P<0.05)，而CW2-75%处理的烟叶钾含量在65 d时已趋于稳定，与95 d相比无显著差异(P>0.05)。

表2 烟叶钾素含量动态 (%)

注：同一列不同大写字母表示同一时期不同处理烟叶钾含量差异显著(P<0.05)；同一行不同小写字母表示同一处理不同时期烟叶钾含量差异显著(P<0.05)。

与CK相比，不同施钾处理烟叶钾含量均有所提高。其中，35 d时，各处理烟叶钾含量显著高于CK(P<0.05)，但不同施钾处理之间无显著差异；65 d时，CP2、WP2、CW2-50%与CW2-75%处理的烟叶钾含量分别高于CP1、WP1、CW1-50%与CW1-75%处理，且显著大于CK(P<0.05)；95 d时，WP2、CW2-50%与CW2-75%处理的烟叶钾含量分别显著高

于WP1、CW1-50%与CW1-75%处理(P<0.05)，而CP2与CP1处理差异不显著(P>0.05)，WP2与CW2-75%处理的烟叶钾含量显著大于其余处理(P<0.05)。CK处理的烟叶钾含量始终处于较低水平，显著小于同时期的CP2、WP2、CW2-50%与CW2-75%处理(P<0.05)。

2.2 不同处理对土壤钾素垂直水平迁移的影响

由图1可知，对于根区施肥模式下土壤速效钾的垂直迁移，施肥点(土层深度12 cm)土壤速效钾含量最高，除CK与CP1外，其余处理施肥点土壤速效钾含量均大于1 000 mg/kg，且WP2与CW2-75%高达3 000 mg/kg以上。离开施肥点，CP2、WP2与CW2-75%土壤速效钾垂直向上与向下迁移的含量急剧降低，在土层深度8与16 cm处，CP2处理的土壤速效钾含量由施肥点处的1 643 mg/kg分别降至586与696 mg/kg，降幅为64%与58%，WP2处理由施肥点处的3 245 mg/kg分别降至857与2 114 mg/kg，降幅为73%与35%，CW2-75%处理由施肥点处的3 030 mg/kg分别降至1 200与1 870 mg/kg，降幅为60%与38%。土壤速效钾在离施肥点4 cm范围内骤减，且离施肥点越远含量越低，4 cm外土壤速效钾含量变化不大，同时由于淋溶作用，距施肥点相同距离的下部土壤速效钾含量高于上部。WP2与CW2-75%处理在离施肥点8 cm(土层深度20 cm)处，速效钾含量仍大于1 000 mg/kg，其余处理大于1 000 mg/kg的速效钾主要分布在施肥点半径4 cm以内，可以看出，钾素在石灰土中的垂直迁移距离较小。

由图2可知，对于根区施肥模式下土壤速效钾的水平迁移，距离施肥点越近，土壤速效钾含量越高。除CK、CP1与CW1-50%外，其余处理水平4 cm处土壤速效钾含量均大于1 000 mg/kg，且WP2与CW2-75%高达3 000 mg/kg以上。随着距离变远，土壤速效钾含量急剧下降，除CK外，其余处理在16 cm处土壤速效钾含量与4 cm处相比，降幅均达50%以上，尽管如此，CW2-75%与WP2处理土壤速效钾含量仍在1 000 mg/kg以上，分别为1 175、1 040 mg/kg。除CK、WP2与CW2-75%外，其余处理大于1 000 mg/kg的速效钾分布在距施肥点12 cm内，且在施肥点水平距离16 cm后，所有处理土壤速效钾含量均小于1 000 mg/kg，可以看出，钾素在石灰土中的水平迁移距离较小。

图1 不同处理下土壤速效钾垂直迁移

注：A：施用枸溶性钾肥，B：施用硫酸钾，C：枸溶性钾肥与硫酸钾配施。

2.3 不同处理对烤后烟叶产量、钾含量与土壤速效钾含量的影响

由表3可知，与CK相比，CP1显著提高了土壤速效钾含量(P<0.05)，但对烟叶产量与钾含量无显著影响(P>0.05)；增加枸溶性钾肥用量的CP2处理，与CK、CP1相比，显著提高了土壤速效钾含量、烟叶产量与钾含量(P<0.05)。施用硫酸钾的WP1处理与CK相比，对土壤速效钾含量、烟叶产量及钾含量的影响与CP1相同；增加硫酸钾用量的WP2处理，与CK、CP1相比，显著提高了土壤速效钾含量、烟叶产量与钾含量(P<0.05)，而与CP2相比，WP2显著提高了烟叶钾含量(P<0.05)，但未显著提高土壤速效钾、烟叶产量(P>0.05)，与WP1相比，WP2显著提高了土壤速效钾含量与烟叶钾含量(P<0.05)，但未显著提高烟叶产量(P>0.05)。

图2 不同处理下土壤速效钾水平迁移

注：A：施用枸溶性钾肥，B：施用硫酸钾，C：枸溶性钾肥与硫酸钾配施。

表3 烟叶产量、钾含量与土壤速效钾含量

注：同一列不同小写字母表示各处理间差异显著(P<0.05),下同。

枸溶性钾肥与硫酸钾配施条件下，CW1-50%处理与CK相比，在土壤速效钾、烟叶产量与钾含量上差异均不显著(P>0.05)，且与钾肥用量相同的CP1、WP1差异亦不显著(P>0.05)；在配施比例相同的条件下增加用量，CW2-50%处理与CK、CP1相比显著增加了土壤速效钾含量、烟叶产量与钾含量，但与CP2处理无显著差异(P>0.05)，且烟叶钾含量显著小于WP2处理(P<0.05)。CW1-75%处理与CK相比，在烟叶产量上没有显著差异(P>0.05)，但CW1-75%处理的土壤速效钾与烟叶钾含量显著大于CK(P<0.05)，且CW1-75%的烟叶钾含量显著大于钾肥用量相同的CP1、WP1与

CW1-50%(P<0.05)；在配施比例相同的条件下增加用量，CW2-75%与CK、CP1相比显著增加了土壤速效钾含量、烟叶产量与钾含量，且土壤速效钾含量、烟叶钾含量显著大于CW1-75%处理(P<0.05)。在钾肥用量相同的条件下，减少枸溶性钾肥配施比例，CW1-75%与CW2-75%处理的烟叶钾含量分别显著大于CW1-50%与CW2-50%(P<0.05)，但在土壤速效钾与烟叶产量上无显著差异(P>0.05)。

2.4 不同处理对烤烟地上部钾吸收利用的影响

从表4中可看出，与CK相比，CW2-50%处理显著提高了烟秆钾积累量(P<0.05)，其余处理均不显著(P>0.05)。WP2、CW2-50%和CW2-75%处理的烟叶以及地上部钾积累量较CK显著增加(P<0.05)，但具体表现有所差异，烟叶钾积累量为WP2>CW2-75%>CW2-50%>CK，地上部钾积累量为CW2-75%>WP2>CW2-50%>CK，且CW2-75%与WP2之间在烟秆、烟叶以及地上部积累量上差异均不显著(P>0.05)。

根区钾肥用量与种类配比可以改变钾肥利用率(表4)，CW2-75%钾肥利用率最高，达到48.77%，而CP1最低，仅为9.32%。施钾225 kg/hm2的CP1、WP1、CW1-50%、CW1-75%以及施钾300 kg/hm2的CP2之间差异不显著(P>0.05)，而施钾300 kg/hm2的WP2、CW2-50%与CW2-75%钾肥利用率显著高于CP1、WP1、CW1-50%、CW1-75%与CP2(P<0.05)，且WP2、CW2-50%与CW2-75%处理之间无显著差异(P>0.05)。

表4 烤烟地上部钾吸收积累量

3 结论与讨论

3.1 根区钾肥施用对土壤速效钾供应的影响

土壤速效钾对烤烟的供应强度主要来源于3个方面：(1)施肥位点的准确性和根区速效钾供应强度；(2)当地烤烟种植体系与钾素平衡；(3)石灰土较强的钾固定能力与拮抗作用。

对于根区速效钾供应强度，撒施或者条施是导致土壤速效钾降低的直接原因，撒施与条施显著增加了肥料与土壤的接触面积，导致大部分肥料被固定，无法显著提高根区速效钾浓度[12]。而且，本研究发现在垂直与水平方向上，钾素在土壤中的迁移距离都十分有限，进一步强调了根区集中施肥于恰当位点的重要性。马中仁[2]研究表明钾肥以深施和集中施用效果较好，集中深施的基肥应占施钾量的60%～70%，可使烟叶钾含量比常规施用法提高5%～23%。

当地烤烟种植体系与钾素平衡方面，达到高产优质烤烟情况下，本研究的WP2处理烤烟吸钾量达到291 kg/hm2左右。考虑到当地烟秆大多不还田，导致一定的钾素无法归还到土壤中，同时，下季作物冬小麦或红薯等不施用钾肥且秸秆不还田，春天烤烟移栽前施钾225 kg/hm2难以维持土壤速效钾的平衡，导致土壤钾库持续耗竭，只有施用高量钾肥才能维持该体系的土壤钾平衡。

土壤方面，石灰土中的2∶1型黏土矿物对钾的固定能力较强，以及较高的拮抗作用[18]，同样要求烤烟在实现烟叶高钾含量目标下高的土壤钾素供应强度。比如，本研究中施钾225 kg/hm2的CP1、WP1、CW1-50%与CW1-75%土壤速效钾含量分别比CK增加107%、205%、67%与221%，施钾300 kg/hm2的CP2、WP2、CW2-50%与CW2-75%土壤速效钾含量分别比CP1、WP1、CW1-50%与CW1-75%又增加了115%、80%、205%与88%，表明施钾225 kg/hm2的处理中一定比例的钾肥被土壤固定形成了缓效态钾，增施钾肥可以显著提高土壤速效钾含量。

3.2 土壤速效钾供应与烟叶钾含量、产量的关系

本研究中，施钾量(K2O)225 kg/hm2的处理与不施钾相比，并没有显著提高烟叶产量与钾含量，这可能与石灰土缓效钾含量高有关[19-20]。石灰土钾含量较高，经常导致作物施用钾肥肥效反应比施用氮、磷肥慢。对于烤烟这种喜钾富钾作物，当产量趋于稳定时，再进一步提高烟叶中的钾含量，理论上属于烟叶对钾的奢侈吸收范畴，因此，只有持续提高根区土壤速效钾的供应强度才能维持较高的烟叶钾含量。本研究结果表明，当根区钾肥用量(K2O)增加到300 kg/hm2时，烟叶的产量与钾含量才能同步提高。在WP1处理下土壤速效钾含量达到900 mg/kg时，烟叶钾含量仍与CK无显著差异，表明900 mg/kg仍未达到烟叶高钾含量的土壤速效钾临界值，在WP2处理下，根区土壤速效钾含量达到1 600 mg/kg时，烟叶钾含量显著增加甚至达到3%，表明该土壤速效钾强度已实现或者超过所需临界值。

3.3 根区钾肥施用对烟叶钾含量、产量的影响

本试验表明，烟叶钾含量随生育期推进逐渐降低，这与曹志洪等[21]、许明祥等[22]的研究结果相似，主要是由于随着生育期的推进，烤烟干物质累积速度超过钾吸收速度，进而引起钾含量的“稀释效应”，以及土壤钾素供应能力的下降使烟叶钾含量降低，而枸溶性钾肥与硫酸钾配施的CW2-75%处理在95 d的烟叶钾含量与65 d无显著差异，表明枸溶性钾肥具有良好的缓释效果，在烤烟生育后期仍能保证土壤钾素的供应。由于在钾素释放方面良好的缓释效果，枸溶性钾肥有效地降低了土壤速效钾含量，比如本研究中CP1处理的土壤速效钾含量显著低于钾肥用量相同的WP1，尽管如此，施用枸溶性钾肥替代25%硫酸钾，不仅对烟叶提钾增产的效果优于全部施用枸溶性钾肥，而且与全部施用硫酸钾效果相似。这为合理选择钾肥种类，解决黄淮烟区烤烟钾肥品种单一，提高烟叶钾含量与产量奠定了基础。

综上所述，根区钾肥施用直接有效地增加了烤烟根区土壤速效钾含量，从而提高了烟叶钾含量。在根区施肥模式下，黄淮烟区石灰土上施钾300 kg/hm2时，与烟农习惯施钾量225 kg/hm2相比，可显著提高烟叶钾含量；枸溶性钾肥与水溶性钾肥配施(配比为1∶3)可以实现烟叶钾含量达到2.5%以上的理想目标。因此，根区施用含75%硫酸钾的枸溶性钾肥300 kg/hm2(CW2-75%处理)可有效改善黄淮烟区石灰土钾素养分，提高该区烤烟产量、钾含量以及钾肥利用效率，达到优质高产。