施肥位点调控对植烟土壤及烤烟钾含量的影响

李冬雪，王一柳，郇威威，冯文强，王火焰，陈小琴，卢殿君

（1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，南京 210008；2中国科学院大学现代农业科学学院，北京 100049；3四川省烟草科学研究所，成都 610041）

0 引言

烟草作为中国重要的财政收入来源及国民经济的重要组成部分[1]，其品质的高低严重制约着其发展，然而钾素作为影响烤烟品质最重要的元素之一，钾含量的高低决定着烤烟品质的进一步提升[2-3]。国际普遍认为，优质烟叶含钾量应在2.5%以上，而中国烟叶含钾量仅2%左右[4-5]，甚至部分地区烟叶含钾量低于2%[6-7]。烟叶钾含量偏低是中国烟叶与国际优质烟叶品质差异的重要原因之一[8]。含钾量高于2%的烟叶光合性能、同化产物的生成与运输及相关酶活性均明显优于含钾量低于2%的烟叶[9-10]。烟叶钾含量高对烟叶品质的影响不仅仅体现在烟叶的生理方面，还在其外观上有一定的差异，如烟叶色泽、燃烧性及吸湿性等[3]。而烟叶含钾量的提升不仅仅体现在土壤钾素的供应强度[11]，还受钾素供应方式的影响[12]。

钾素供应方式对烤烟钾含量的影响较大。结果表明[12]，通过改进施钾方法可显著提高烤烟生长中后期土壤的供钾强度，对于促进烟株对钾素的吸收、提高烟叶含钾量均有一定的积极作用。目前烟草施肥方式主要有2种：一次施肥和基追肥相结合。部分研究得出，采用基追肥等分次施肥方式可明显提高烟叶含钾量[13]，而穴施或条施与分层施肥相结合也可在一定程度上提高钾肥的利用率[14]。张晓海等[15]研究了烤烟分次施用硝酸钾的钾素营养效应表明，2次追施硝酸钾与全基肥施用相比，烤烟下部叶成熟期吸收硝酸钾中的钾素提高45.08%，吸收土壤中的钾素提高46.99%，烤烟干物质量提高23.11%，烟叶含钾量提高34.55%。汪邓民等[16]报道深栽培土结合根外追肥可以将烟叶含钾量提高26.7%～81.1%。

一次施肥主要为通过一次性把作物全生育期所需的肥料，结合一定的施肥方式全部施在作物根系附近[17-18]；该施肥方式可以使肥料集中，减少土壤的吸附与固定，有利于烟株根系的吸收，并且可提高烟叶含钾量。而根区施肥[19]作为一种可高效提升肥料利用率的施肥方式，能有效提高烤烟产量、含钾量与钾肥利用效率，达到优质高产的目标[20]。根区施肥作为可节约劳动力成本，减少肥料施用量和农田面源污染的施肥方式，现已在多种作物上应用，并且已取得成果，如：烤烟[21]、水稻[22]、玉米[23]等。马中仁[4]认为钾肥以深施和集中施用效果较好，可使烟叶含钾量比常规施肥方式提高了5%～23%。李海龙等[24]也得出相似的研究结论，一次环形施肥下的烟叶产质量、化学成分、感官评吸质量等最优。目前，四川作为中国烟叶生产大省，烟叶钾含量的提升仍为重要的研究内容，能否通过不同的施肥方式以进一步提升烟叶钾含量仍为亟待解决的问题。本文以四川攀枝花及凉山为试验点，研究施肥位点调控对植烟土壤及烤烟钾含量的影响，初步探讨施肥方式对烟叶钾含量提升的潜力，以期为实现四川烤烟钾含量的有效提升及未来一次施肥的大面积应用提供基础数据及理论支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

本试验布置4个试验点，分别位于四川省攀枝花市米易县坪山村（简称米易）（26°48'33"N；102°9'44"E；海拔1737.1 m）、攀枝花市仁和区平地镇（简称仁和）（26°11'42"N；101°48'35"E；海拔1917.7.1 m）和凉山州会理县河口乡（简称河口）（26°17'30"N；102°1'20"E；海拔1772.6 m）、凉山州会理县内东乡（简称内东）（26°70'03"N；102°39'33"E；海拔2182.5 m）。供试土壤基本理化性质见表1。

表1 供试土壤基本理化性状

1.2 供试材料

烤烟品种：‘云烟87’，由当地烟草公司提供。

供试肥料：尿素(N 46%)、磷一铵(N 12%，P2O561%)、磷二铵(N 18%，P2O546%)、硫酸钾(K2O 50%)，购买于当地市场。米易、河口、内东所用氮磷钾肥为尿素、磷二铵、硫酸钾，仁和所用肥料品种为尿素、磷一铵、硫酸钾。

1.3 试验设计

试验于2019年4—10月进行，4个试验点均设置4个不同施肥方式处理，分别为：CK不施钾、T1常规环施、T2底施、T3环施+洞施。常规环施以烟苗为中心，直径为20 cm的施肥圈；底施为距离穴底5 cm的位置，面积为15 cm×15 cm的施肥层；环施+洞施为在环施的基础上，在直径20 cm的施肥圈上以烟苗为中心挖两个深5 cm直径3 cm的施肥洞，环施与洞施各施一半肥料；不施钾处理仅施氮磷肥，施肥方式为环施+洞施。每个微区处理设置3次重复，完全随机区组排列，面积为3.6 m2。各试验点钾肥(K2O)用量均为375 kg/hm2。氮磷具体施肥用量：米易为75～75 kg/hm2（分别以N、P2O5计，下同），仁和为 105～105 kg/hm2，河口为 60～75 kg/hm2，内东为105-75 kg/hm2。所有氮磷钾肥按照试验设计一次性施入。试验栽培管理措施参照当地最优管理技术进行。

1.4 样品采集与测定方法

农艺性状调查：采用C/T142—1998烟草农艺性状调查方法，烤烟成熟期每个小区选择代表性烟株3株，用卷尺、游标卡尺测量株高、茎围、最大叶长、最大叶宽等农艺性状，计算最大叶面积（最大叶长×最大叶宽×0.6345）。

烟叶采集与测定：待烟叶成熟后，每个小区选一株代表性的烟株作为取样株并挂牌做标记。按照当地烟叶的成熟标准进行分批次采收和烘烤。参照当地叶位区分标准将每株烟叶分为上部叶、中部叶、下部叶。烘烤结束后，将烟叶带回实验室，于75℃烘干至恒重。烟叶钾测定方法为H2SO4-H2O2消煮，火焰光度计测定钾含量。

土壤样品采集：于2019年10月，待烤烟收获完成后，进行土壤垂直与水平取样。水平取30 cm距离，取样深度为5 cm，0～12 cm每4 cm一个层次，13～30 cm每6 cm一个层次；垂直取50 cm深度，取样宽度为5 cm，0～30 cm每5 cm一个层次，30～50 cm每10 cm一个层次，其中底施处理增加取样深度到70 cm，50～70 cm每10 cm一个层次。水平取样时以烟株为基点水平延伸取样，垂直取样时以土壤表面下5 cm作为基点垂直向下取样。

1.5 数据处理

不同施肥方式处理和试验地点对烤烟农艺性状、干物质量、钾含量、吸钾量的影响通过双因素方差分析(Two-way ANOVA)进行检验，均值两两比较显著性差异采用P在0.05水平上最小显著差异法(LSD)来确定。钾肥处理对土壤速效钾含量的影响通过单因素方差分析(One-way ANOVA)进行检验，均值两两比较显著性差异采用P在0.05水平上邓肯新复极差法(Duncan)来确定。所有统计均使用SPSS 26.0(SPSS,Chicago,IL,USA)软件进行分析，图采用Microsoft Office Excel 2017完成。

2 结果与分析

2.1 不同施肥方式对烤烟农艺性状的影响

由表2可知，米易地区，环施+洞施的烤烟叶长、叶宽及叶面积(83.5 cm，36.7 cm，1947 cm2)都显著高于其他施肥方式，且差异显著；虽然底施的株高、茎围最高，但与环施+洞施差异不显著。仁和、河口地区，环施+洞施的烤烟各项农艺性状均高于其他施肥方式，且部分差异显著；在这2个地区，常规环施、底施的施肥方式次之。内东地区，底施的烤烟各项农艺性状均高于其他施肥方式，且部分差异达显著水平。综合烤烟各项农艺性状，结果表明：环施+洞施施肥方式在米易、仁和、河口地区施肥效果最优，底施施肥方式在内东地区施肥效果最优。

表2 不同施肥方式对烤烟农艺性状的影响

续表2

2.2 不同施肥方式对烤烟产量、钾含量的影响

米易、仁和、河口地区，环施+洞施处理的烤烟产量最高，显著高于CK及常规环施处理，分别为1502、1916、2162 kg/hm2（表3），与常规环施对比，提升幅度达22%、9%、18%；内东地区，底施处理烤烟产量最高，为1683 kg/hm2，提升幅度达11%。米易地区，环施+洞施处理的烤烟上部叶和中部叶钾素含量均高于其他处理，分别为35.3、48.1 g/kg（表4）；常规环施和底施处理烤烟下部叶和叶脉钾素含量高于CK和环施+洞施处理。仁和地区，虽然常规环施处理烤烟中部叶钾素含量较高，但环施+洞施处理烤烟上部叶、下部叶及叶脉钾素含量均高于其他处理，且使得上中下烟叶钾含量更加协调。河口的环施+洞施、内东的底施处理的烟叶及叶脉钾含量均高于其他处理，且大部分差异达显著水平。综合不同施肥方式对烤烟产量及钾含量的影响，结果表明：米易、仁和、河口地区环施+洞施施肥方式的施肥效果最优，而底施的施肥方式在内东地区效果最优。

表3 不同施肥方式对烤烟产量的影响 kg/hm2

表4 不同施肥方式对烤烟地上部钾含量的影响 g/kg

2.3 不同施肥方式对烤烟吸钾量的影响

由表5可知，米易地区，环施+洞施处理的烟叶吸钾量(68 kg/hm2)显著高于CK和常规环施处理，不同施肥方式处理间烤烟茎杆吸钾量无显著差异，底施和环施+洞施处理烤烟地上部吸钾量（分别为185、182 kg/hm2）显著高于CK和常规环施处理。仁和、河口，环施+洞施处理烤烟烟叶、茎杆和地上部吸钾量均明显高于其他处理，仁和地区吸钾量分别为29、52、81 kg/hm2，河口地区吸钾量分别为40、62、102 kg/hm2。内东地区，底施处理烤烟烟叶、茎杆和地上部吸钾量均显著高于其他处理，分别为55、82、136 kg/hm2。与常规环施相比，米易、仁和及河口地区，环施+洞施可使烟叶吸钾量提高31%、7%、25%；内东地区，底施可使烟叶吸钾量提高6%。

表5 不同施肥方式对烤烟地上部钾吸收的影响 kg/hm2

2.4 不同施肥方式对土壤钾素分布的影响

2.4.1 不同施肥方式对土壤水平方向钾素含量的影响 不同施肥方式在土壤水平方向距烟株0～4 cm速效钾含量表现为：米易、仁和、河口地区，环施+洞施处理速效钾含量较高，内东地区底施处理速效钾含量较高（图1）。土壤水平方向速效钾含量与施肥方式密切相关。4个试验地点CK处理土壤速效钾含量在水平方向基本保持不变。底施处理土壤速效钾含量在水平方向呈现离烟株中心距离越远，速效钾含量越低的趋势，且4个地区的土壤速效钾含量最高值都出现在靠近烟株的位置，分别为548、324、360、661 mg/kg。而常规环施、环施+洞施处理土壤速效钾含量在水平方向呈现先增加后降低的趋势，这是环施的施肥方式导致的。常规环施处理土壤水平方向速效钾含量最大值在4个地区分别为1014、246、593、702 mg/kg，出现的位置分别距烟株中心位置15、6、10、10 cm。环施+洞施处理土壤水平方向速效钾含量最大值在4个地区分别为996、384、1125、774 mg/kg，出现的位置分别距烟株中心位置15、2、6、10 cm。与环施（10 cm）初始位置（距烟株20 cm）相比，常规环施、环施+洞施处理的土壤钾素都有向烟株中心位置移动的趋势。

图1 不同施肥方式对土壤水平方向速效钾含量的影响

2.4.2 不同施肥方式对土壤垂直方向钾素含量的影响 耕层(0～20 cm)土壤钾素含量对烤烟钾素的供应尤为重要，不同施肥方式在耕层土壤速效钾含量表现为：米易、仁和、河口地区环施+洞施处理速效钾含量较高，内东地区底施处理速效钾含量较高（图2）。4个试验地点CK处理土壤速效钾含量随土层深度的增加呈逐渐降低的趋势。随着土壤深度的增加，米易地区的CK处理土壤速效钾含量从458mg/kg下降到281mg/kg，仁和地区从151 mg/kg下降到40 mg/kg，河口地区从214 mg/kg下降到55 mg/kg，内东地区从203 mg/kg下降到135 mg/kg。除河口地区外，常规环施处理在其他3个试验点土壤速效钾含量随土壤深度增加呈先增加后降低的变化趋势。常规环施处理在土壤垂直方向速效钾含量最大值在米易、仁和、内东地区分别为1089、265、728mg/kg，土层位置分别处在10～15、5～10、5～10cm。而常规环施处理在河口地区随土壤深度增加呈逐渐降低的变化趋势，从0～5 cm土层到15～20 cm土层土壤速效钾含量从497 mg/kg快速下降到87 mg/kg，再往下随着土壤深度的增加速效钾含量趋于平稳。四个试验地点底施和环施+洞施处理土壤速效钾含量都随土层深度的增加呈先增加后降低的趋势。底施处理土壤垂直方向速效钾含量最大值在米易、仁和、河口、内东地区分别为1244、836、432、1216 mg/kg，土层位置都处在15～20 cm。环施+洞施处理土壤垂直方向速效钾含量最大值在4个地区分别为1013、511、1114、787 mg/kg，土层位置分别处在15～20、10～15、5～10、10～15 cm。

图2 不同施肥方式对土壤垂直方向速效钾含量的影响

3 结论

本研究表明，米易、仁和及河口地区，相同供钾水平条件下，与常规环施相比，环施+洞施处理可使烟叶吸钾量提高31%，7%和25%，使烤烟产量提升22%、9%、18%。环施+洞施是一种肥料集中施用的方式，避免了大面积施肥所导致的养分稀释效应、土壤固定作用及面源污染，提高了土壤速效钾含量，促进了烤烟钾素的吸收。即肥料集中供应，提高局部土体养分浓度有利于作物养分的吸收，并促进产量的增加[25]。在本研究区（米易，仁和及河口），环施+洞施的施肥效果较好，但操作繁琐，需简化一次施肥程序，进一步研发根区施肥机械仍需加强。

本研究中底施处理是肥料集中施用的另一种方式，但该施肥方式仅在内东地区效果良好，与常规环施相比，可使烟叶吸钾量、烤烟产量分别提高6%、11%。肥料集中施用的要点是提高局部土体养分浓度以促进作物养分吸收，而合理的施肥位点则决定着养分迁移距离和作物根系生长状况，并且不同的土壤类型、质地均影响着施肥位点的确定。故在本研究中，仅有内东地区的底施效果最好，可能与内东的土壤类型和质地为紫色壤土有关，该土壤的养分含量偏低且质地较为疏松，使得根系进一步向下生长以吸收养分。但底施在实际生产操作中较为繁琐，如何进一步研究以获得更好的施肥效果仍需加强。