分次施用钾肥及配套措施对烤烟生长发育及其产质量的影响

吕大树, 李子绅, 郭泽, 张亚恒, 夏阳, 杨雨波, 徐玮,陈向东, 王英锋, 张力元, 代晓燕*

(1.贵州中烟工业有限责任公司, 贵阳 550003; 2.河南农业大学烟草学院, 烟草行业烟草栽培重点实验室,郑州 450002; 3.河南省烟草公司平顶山市公司, 河南 平顶山 467000)

烟草是一种嗜钾作物，烟草中钾含量决定烟草的品质，是评价烤烟外观品质和内在质量的重要指标之一[1]。钾能提高烟叶外观和内在品质，其对烤烟品质的良好作用主要表现在钾能够改善烟叶的燃烧性，也与烟叶的烟碱含量、香气量关系密切。含钾量高的烟叶色泽呈深桔黄色，香气足，吸味好，富有弹性和韧性，填充性强，阻燃持火力和燃烧性好[2]。烟叶中钾含量受多种因素的影响，例如施钾量、施钾方法、施钾时期、土壤特性、打顶及植物生长调节剂等均能影响到烟叶中钾含量。我国约有1/3的耕地严重缺钾，钾矿资源又相对缺乏，因此，缓解钾资源短缺的重要途径就是合理利用钾肥，提高作物对钾肥的吸收利用效率。本研究针对当地土壤特性和施肥习惯制定合理的配套提钾方案，对当地烟叶钾含量和烟叶品质的改善具有重要意义。

目前在烟草生产中，钾肥的施用方法以基肥+团棵期一次性追施最为普遍[3]。郑宪滨等[4]研究认为,分三次施用钾肥可以提高烤烟上等烟比例、产值和上部叶的含钾量，降低烤烟下等烟比例；赵铭钦等[5]研究发现，分次施钾可以提高烟叶钾含量，协调烤后烟叶化学成分比例，使烟叶的产值、均价、上等烟比例均有不同程度的提高，并使烟叶中性致香物质总量增加；许自成等[6]研究表明施加外源生长素和根部灌施硫酸钾能够提高根系活力，增加干物质重量，有利于烤烟生长发育；郭芳军等[7]研究发现打顶后喷施生长素吲哚乙酸(indoleacetic acid，IAA)能降低烟草根系活力，提高烟叶中钾素含量，降低烟碱含量。一般烤烟对钾素的吸收速率在移栽后50 d达到高峰，到生长后期则可能出现钾元素亏缺现象[8]。已有研究表明烤烟钾含量与土壤钾素有关[9]，打顶后施用生长素有利于烤烟钾素积累与分配[10-13]，改善烤烟钾含量与物理性状的关系[14]等。目前，关于土壤如何持续为烟株提供钾素以及打顶后施用生长素对烟叶中钾含量以及致香物质含量影响的综合研究较少。因此，本研究针对豫中烟区烟叶含钾量低的状况，通过施钾时期与植物生长调节剂的技术集合，分析了不同施钾方案对烤烟产质量的影响，以期为优质烟叶生产提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验于2017年在河南省平顶山市叶县夏李乡曹王村进行，地形属于平原，土壤质地为砂壤土，土壤类型为砂质潮土，试验地基础肥力为有机质10.4 g·kg-1、全氮0.6 g·kg-1、速效磷24.4 mg·kg-1、速效钾113.4 mg·kg-1、土壤pH 4.8。前作为烤烟。供试烤烟品种为豫烟6号。

1.2 试验方法

采用田间小区试验法，小区面积为45 m2，采用随机区组试验设计，试验共设5个处理(表1)，每处理重复3次，共15个小区。其中当地施肥方法为：50%起垄条施+50%团棵期追施；分三次施用硫酸钾方法为：1/3起垄条施、1/3团棵期施用、1/3旺长期追施。管理按照优质烟生产标准进行。氮、磷肥用量固定为当地最佳用量，硫酸钾(含K2O 50 %)225 kg·hm-2。所使用的生长素为IAA，浓度为20 mg·kg-1，沿茎断面涂抹(使用浸蘸IAA溶液的脱脂棉，以延长供给时间)[6]。施肥方法：农家肥在冬前起垄时撒施。4月15日将按钾肥计算出的硫酸钾用量和100%磷肥、复合肥以及发酵后的饼肥作基肥在起垄后双侧条，剩余钾肥分别按照以上处理中的比例在团棵期(按比例将剩下复合肥和追加的氮肥)和旺长期分次施用；打顶后当天和一周后分别涂抹生长素2次，打顶时期均控制在初花期进行，打顶时每株烟留叶数21～22片。

1.3 测定项目及方法

①农艺性状：参照YC/T 142-2010 烟草农艺性状调查测量方法[15]，在烤烟生长的团棵期和成熟期调查各小区农艺性状。每小区固定取15株烟草进行测量，主要测量株高、有效叶片数、最大叶长和叶宽等农艺性状指标。

②烟叶物理特性和外观指标：选取具有代表性的C3F烟叶。根据田茂成等[16]的方法测定烟叶开片度、含梗率、单叶质量、平衡含水率等指标。烟叶外观质量鉴定参照王彦亭[17]的方法进行。

烟叶开片度=(叶长宽度/叶片长度)×100%

③烟叶化学成分：烤后烟叶中常规化学成分采用AAⅢ 型连续流动化学分析仪(德国 BRAN+ LUEBBE公司生产)测定[18]。

④中性致香成分：在500 mL圆底烧瓶中加入10.000 g烟样(45 ℃烘干后磨碎，过100目筛)、1.0 g柠檬酸、500 μL内标(0.37 g·L-1硝基苯)，再加入350 mL蒸馏水。安装蒸馏萃取装置，从冷凝管上方加入40 mL 二氯甲烷于 250 mL烧瓶中，待开始沸腾时同时进行蒸馏萃取，出现分层开始计时。2.5 h后，收集250 mL烧瓶中的有机相，加入10 g无水硫酸钠摇匀至溶液澄清，放置过夜，转移有机相到鸡心瓶，水浴浓缩有机相至1 mL左右，转入色谱瓶中，用GC/MS鉴定结果和NIST库检索定性，待进样分析。采用HP 5890II-5972气质联用仪(美国陶润公司生产)对烤后烟叶样品进行中性致香成分定性分析。

⑤产质量：分区挂牌烘烤，烤后将中上部叶按照烤烟分级标准[19]进行分级，并统计每个小区烟叶产量、均价、中上等烟和下等烟比例。

1.4 数据处理

采用SPSS20.0以及Excel 2016软件对数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对烟株农艺性状的影响

由表2可知，分次施用钾肥和叶面涂抹生长素对最大叶面积影响较大，T1处理在团棵期和成熟期时最大叶面积显著高于CK，T3处理显著高于T2处理，可见施用钾肥可以有效促进烟叶的生长；成熟期时T4处理最大叶面积与T3处理相比增加了7.85%，且差异显著，说明分三次施用钾肥和涂抹生长素可显著促进烟叶的生长。分次施用钾肥和涂抹生长素对两个关键时期的株高和有效叶片数都有影响。其中在团棵期时，T1～T4处理的株高显著高于CK，T4处理的有效叶片数显著高于CK；在成熟期时，T4处理的株高与CK相比增加了11.53%，进一步说明分三次施用钾肥和涂抹生长素可以改善烟株农艺性状的指标。

2.2 不同处理对烤烟产质量的影响

表3显示，不同处理间烤烟产质量差异较大，T4处理产量最高，与其他处理间差异显著，总体表现为T4>T3>T2>T1>CK。植烟土壤分次施用钾肥处理(T3和T4)的烟叶产量、产值、均价和中上等烟比例显著高于CK，可见分三次施用钾肥可以显著提高烤后烟叶的经济产量。T2处理的产量和产值显著高于T1处理，T4处理显著高于T3处理，但均价和中上等烟比例差异不显著。由此可见，无论是当地施钾肥方法或分三次施用钾肥，涂抹生长素处理均可以显著提高烤后烟叶的产量和产值。

表3 不同处理对烤烟产质量的影响Table 3 Effect of different treatments on the yield and quality of flue-cured tobacco

2.3 不同处理对烤烟物理性状的影响

由表4可知，不同处理之间烤烟物理性状差异较大，T2和T4处理的开片度和平衡含水率显著高于CK，而含梗率较CK降低了2.81%和10.44%，且差异显著，可见分次施用钾肥的基础上，涂抹生长素处理可以明显改善烤后烟叶物理性状。就单叶重而言，T2处理显著高于T1处理，T4处理显著高于T3处理，说明生长素对烤后烟叶的单叶重起到明显作用。整体而言，T4处理的开片度、单叶重、叶质重和平衡含水率明显高于其他处理，含梗率却低于其他处理。因此，分三次施用钾肥配合涂抹生长素可以更有效地改善烤后烟叶物理性状指标。

表4 不同处理对烤烟物理性状的影响Table 4 Effect of different treatments on physical properties of flue-cured tobacco

2.4 不同处理对烤烟外观质量的影响

表5显示，T1和T3处理的外观质量各指标评分均高于CK，可见分次施用钾肥可以明显提高烤后烟叶外观质量评分。各处理之间评分表现为T4>T2>T3>T1>CK，说明在分次施用钾肥的基础上，施用生长素处理可以明显改善烟叶外观质量。整体而言，分三次施用钾肥+施用生长素处理对烤后烟叶外观质量的改善效果最为明显。

表5 不同处理下烤烟外观质量的评分Table 5 Appearance quality scoreof flue-cured tobacco under different treatments

2.5 不同处理对烤烟常规化学成分的影响

根据中国烟草种植区划研究报告和上海烟草集团有限责任公司烟叶原料评级体系[17]中烤后烟叶中部叶主要化学成分适宜范围的评价标准(烟碱2.0%～2.8%,总氮1.9%～2.5%，还原糖18.0%～24.0%，糖碱比8.0～10.0，钾氯比>4，氮碱比0.95～1.05)，分析了试验烤后烟叶的主要内在化学成分(表6)。植烟土壤分次施用钾肥处理(T3和T4)的烤烟中部叶的钾含量显著高于CK，T1～T4处理的钾含量与CK相比分别增加了17.65%、33.33%、40.20%和55.88%，其中T2处理钾含量显著高于T1处理，T4处理的钾含量显著高于T3处理；T4处理氯含量明显低于其他处理；总氮含量T4处理显著高于其他处理；从钾氯比值看，T4处理的钾氯比值最高且大于4，此时表现为T4>T3>T2>T1>CK。由此可以看出，分三次施用钾肥和涂抹生长素可以显著提高烟叶钾的含量、降低氯的含量。

表6 不同处理对烤烟常规化学成分的影响Table 6 Effect of different treatments on conventional chemical composition of flue-cured tobacco

2.6 不同处理对烤烟中性致香物质的影响

由表7可知，T2、T3和T4处理的类胡萝卜素降解产物、Maillard反应产物和芳香类氨基酸降解产物的含量均高于CK，其中T2处理的类胡萝卜素降解产物、Maillard反应产物和新植二烯含量与CK相比分别增加了2.41%、0.62%和5.85%，而T4处理与T3处理相比分别增加了6.07%、8.39%和0.68%；T1处理的中性致香物质含量整体低于CK，T2、T3和T4处理的中性致香物质的总量较对CK分别增加了1.06、1.09和1.11倍，进一步说明植烟土壤分次三次施用钾肥和涂抹生长素的处理可以提高烤后烟中部叶中性致香物质的含量，而按照当地施肥方法中性致香物质含量较不施钾肥处理有所下降。

表7 不同处理对烤烟中性致香物质的影响Table 7 Effect of different treatments on neutral aromatic substances in flue-cured tobacco (ug·g-1)

2.7 钾含量与中性致香物质的相关性分析

由表8可知，除芳香类氨基酸降解产物除外，烤后烟中部叶钾含量与其余中性香气成分含量均呈正相关，且钾含量与类胡萝卜素降解产物、Maillard反应产物和新植二烯成分呈显著正相关性，由此可见提高烤后烟中部钾素含量能够提高中性致香物质含量。类胡萝卜素降解产物与Maillard反应产物和新植二烯成分呈显著或极显著正相关性，进一步说明中性致香物质之间存在着部分转化关系。

表8 钾含量与中性致香物质的相关性分析Table 8 Correlation analysis between potassium content and neutral aromatic substance

3 讨论

钾是影响烟叶品质的重要元素之一，它与烟株的生长发育、抗逆性、烟叶品质密切相关[20]。烟叶中钾含量较低一直制约着我国的烟草生产，如何提高钾含量成为改善烟叶品质的主要限制因素之一。本研究通过分次施用钾肥和涂抹植物生长调节剂结合的方式，进一步研究了施肥方式和植物生长调节剂对烤后烟叶钾素含量的影响。本研究结果表明，分次施用钾肥可以显著提高烤后烟叶的经济产量，这与郑宪滨等[4]的研究结果一致；涂抹生长素处理的经济性状指标显著高于未涂抹生长素处理，这与郭芳军等[7]的研究结果一致，可见涂抹生长素可以使后期顶端优势继续保持，增强同化能力，提高烟叶的农艺性状和经济性状指标。

已有研究表明，分次施用钾肥有利于烟株均衡利用土壤养分，推迟钾肥的施用期，烟叶中含钾量有所提高，内部主要化学成分比例更加协调[21]。本研究发现，植烟土壤分三次施用钾肥可以改善烤后烟叶物理性状指标，提高烤后烟叶的外观质量，且显著提高烤后烟叶中钾素含量，降低氯含量，提高烟叶的钾氯比，这与前人研究结果类似[1-5,20-21]，其可能的原因是减少了土壤中钾的固定和淋失，为打顶后根系吸收钾素提供了较多的有效钾，增加了烤后中部烟叶的可用性；外源生长素能够有效抑制烟株地上部分的钾含量向根部回流，同时还能抑制烟碱含量的升高[22]。运用各种方法提高钾肥利用率是确保烟叶含有较高钾素的一个重要措施。分次施用钾肥可以明显改善烤后烟叶内部的中性致香物质含量，涂抹生长素处理的效果最好，这与吴彦辉等[23]的研究结果一致。这是由于打顶后喷施生长素使烟株生长后期顶端优势得以继续保持，增强地上部对同化产物的竞争能力，减少根系有机物的供应，从而限制其对养分的吸收，有利于烟叶品质的提高。

已有研究认为高钾含量的烟叶其新植二烯、类胡萝卜素降解产物、美拉德反应产物总量均明显高于中低钾含量烟叶[24]。本研究发现，通过分析烤后烟叶钾元素与中性致香物质相关性分析，钾含量与类胡萝卜素降解产物、Maillard反应产物和新植二烯成分呈显著正相关性，可见钾素含量直接影响着烤后烟叶中性致香物质的含量。这是由于钾素参与烟株体内的多种酶反应，并且促进烟株体内许多代谢过程，如光合作用、呼吸作用、碳水化合物和蛋白质代谢等，而烟叶中致香物质都是由这些特定的前体物质降解转化而来的[25]。

植烟土壤分三次施用钾肥且生长素处理更好提高了烟株的农艺性状指标和烤后烟产量品质，为进一步阐明改变钾肥施用和涂抹生长素的方式提高烟叶钾含量，科学改善烟叶品质提供理论依据。