枸溶性钾肥对玉溪烟叶及根区土壤养分含量的影响

李冬雪，王一柳，郇威威，卜令铎，王睿智，刘 浩，卢殿君，王火焰，陈小琴

（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云南省烟草公司玉溪市公司，云南 玉溪 653100；4深圳前海大地矿物科技有限公司，广东 深圳 518066）

0 引言

中国大部分钾肥依赖于进口，2017年国内钾肥总进口量为753.0万t（折KCl量，下同）[1]，2018年为748.5万 t[2]，2019年激增到 920.8 万 t[3]，与 2017年相比，增加幅度约为22.28%。烟草作为典型的喜钾忌氯作物，每年需施入大量的硫酸钾于农田[4]。并且随着国家对烟叶品质要求的提升，越来越多的钾肥用于烟田以提升烟叶含钾量[5]，但国内的钾肥资源有限，迫切需要新型钾肥代替进口传统钾肥[6-7]。近来，有关于新型钾肥的研究颇多，多数集中在对烟叶品质、烟叶含钾量等的研究，其结果大致类似[8-12]。因研究所用新型钾肥不同导致结果略有差异，所得结果为杂卤石或枸溶性钾肥配施硫酸钾可增加烟叶干物质量、钾含量等，并提高耕层土壤速效钾含量[8]；研究表明，50%～75%枸溶性钾与水溶性钾配施所得的烟叶品质仍优于农民常规处理[9-10]；施用1125～1500 kg/hm2的硅钙钾镁肥对土壤养分、烟叶产质量及烟草根系发育显著提升[11-12]。虽然上述研究所得结果颇丰，但却缺乏新型钾肥施用对土壤理化性质、其他速效养分变化的影响。

烟叶钾含量是评价烟叶品质高低的重要指标[13]。近年来，围绕着提升烟叶钾含量的研究越来越多，同时烟叶钾钙镁之间关系、土壤速效钾钙镁之间关系的研究也颇多。研究表明，调节土壤pH、有机质、全氮、全磷和全钾含量对作物钙镁养分的平衡有重要影响[14]。烟叶钙含量与土壤pH、交换性钙和镁含量呈极显著正相关，烟叶镁含量与土壤pH和交换性镁含量呈显著正相关[15]。随着土壤交换性钙、镁比的增大，下部叶钙含量依次增大，而烟叶镁含量依次减小[16]。针对烟叶内部，镁对钾、钙是拮抗的，钙对镁是拮抗、对钾则是促进，钾对钙、镁是拮抗的[17]。相关研究表明，植株或土壤中钾与钙镁的比值(A)是反映钾素与钙镁之间平衡关系的一种指标，烟草移栽后55天土壤中A值为19.5，或移栽后70天烟叶中A值为0.72时，烟草吸钾最多，产质量最高，可以作为烟草钾与钙镁平衡关系的参考指标[18]。

传统化学肥料施用过多可能导致农田土壤性质恶化，土壤酸化加剧[19]；且该施肥方式可能会导致土壤养分不均一，烟草出现缺素症状而影响品质[20]。提升烟叶养分含量的重要手段之一就是提升土壤有效养分含量[21-22]。玉溪拥有“云烟之乡”的美称，其独特的生态环境条件使得烟叶品质优于其他地区[23]。但研究表明，玉溪烟叶镁含量低于正常值，补充一定量的钙镁磷肥，烟叶镁含量得到显著提升[24]。新型枸溶性钾肥，作为富含钾钙镁硅等营养元素的肥料，不仅可为烟草提供养分，还可缓解土壤酸化、改善土壤性质。目前，大多数研究关注土壤速效氮磷钾含量的变化，很少研究关注土壤中其他速效养分（如钙镁等）在耕层土壤中的迁移变化趋势[25-26]。本研究以枸溶性钾肥为材料、以烟草为模式作物，在对烟草品质影响的基础上，研究枸溶性钾肥施用对烟草产质量、根区土壤速效养分含量变化及迁移的影响，以期为烟草品质的提升及土壤养分迁移提供方法。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验布置2个试验点，分别位于云南省玉溪市峨山塔甸镇（简称塔甸，102°6′42″E，24°17′6″N，海拔1884.98 m）和玉溪市新平小马塘镇（简称新平，101°57′3″E，23°59′8″N，海拔1885.72 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

烤烟品种分别为‘云烟87’、‘KRK26’，由当地烟草公司提供。2个试验田的供试肥料均为尿素(N 46%)、钙镁磷肥(P2O517%)、硫酸钾(K2O 50%)，购买于当地市场，枸溶性钾肥(K2O 20%)由深圳前海大地矿物科技有限公司提供。

1.3 试验设计

试验于2020年4—10月进行，在2个试验点均设置5个等钾量钾肥处理，分别为农民常规(T1)、无钾(T2)、硫酸钾(T3)、枸溶性钾肥代替1/4 K2O(T4)、枸溶性钾肥代替1/2 K2O(T5)。每个处理设置3次重复，完全随机区组排列，每个处理面积为30 m2，整个小区面积为450 m2。塔甸与新平氮(N)-磷(P2O5)-钾(K2O)施用量分别为75-60-300、30-60-300 kg/hm2。供试肥料种类见1.2，以农民常规(T1)为对照处理。所有氮磷钾肥都作为基肥一次性施入。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

于收获期按照当地烘烤习惯，分批采收烟叶，每个处理采收30株，按照面积计算产量。

待烟叶成熟后，每个小区选4株代表性的烟株作为取样株，每个烟叶挂牌做标记。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。烟叶测定方法为H2SO4-H2O2消煮，用火焰光度计测定钾含量，电感耦合等离子发射光谱仪测定钙镁含量(Optima 8000)；烟叶硫含量HNO3-HClO4-HCl消煮，SmartChem全自动间断化学分析仪测定。

于2020年10月，待烤烟采烤结束后进行土壤取样，采取烟株根际周围直径25 cm、深0～20 cm土样。取样时以土壤表面下5 cm作为基点垂直向下取样，取样深度35 cm，取样宽度为5 cm，每个层次取样距离分别为0～5、5～15、15～25、25～35 cm，重复3次。所有土样充分混匀，取部分装袋带回实验室风干过20目筛子，用醋酸铵法提取，火焰光度计测定土壤速效钾，电感耦合等离子发射光谱仪测定钙镁含量(Optima 8000)；用磷酸二氢钙-乙酸溶液提取，SmartChem全自动间断化学分析仪测定硫含量。

1.5 数据处理

烟叶总的吸钾量为挂牌株中部烟叶质量与烟叶含钾量的乘积，烟叶吸钙量、吸镁量、吸硫量等同上。钾肥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软件进行分析。

2 结果与分析

2.1 新型钾肥施用对烤烟干物质量的影响

由表2可知，塔甸地区T4处理的干物质量最高，为2575.5 kg/hm2，比T1处理高3.43%，T3和T5处理与T1处理相差不大。新平地区T3、T4和T5处理的干物质量均高于T1处理，分别为1861.2、2245.5和2416.8 kg/hm2，比T1处理高24.1%、49.7%和61.1%。

表2 施肥处理烤烟干物质量kg/hm2

2.2 新型钾肥施用对烤烟矿质养分含量、烤烟养分吸收量的影响

由表3可知，塔甸地区 T3、T4、T5处理的烟叶含钾量、含钙量、含镁量高于T1处理，且部分差异达显著水平，其中烟叶含钾量的提升幅度为34.38%、18.75%、21.88%；T3处理的烟叶含硫量显著低于T1处理，降低了35.71%，且K/(Ca+Mg)的值为1.4，使得烟叶钾钙镁含量更加协调。新平地区，T3、T4、T5处理的烟叶含钾量显著高于T（1农民常规）处理；T4、T5处理的烟叶含钙量、含镁量与T1相比差异不显著，但烟叶含硫量显著低于T1，降低幅度为29.51%、39.34%，且K/(Ca+Mg)的值分别为1.1、1.0，明显使烟叶钾钙镁含量更加协调，利于品质的提升。施用新型肥料（枸溶性钾肥）可有效提升烤烟矿质养分含量，使烟叶钾钙镁含量的比例更加协调，且在一定范围内可显著降低烟叶含硫量。

表3 施肥处理对烤烟中部烟叶矿质养分含量的影响

由表4可知，塔甸地区 T3、T4、T5处理的烟叶吸钾量、吸钙量、吸镁量明显高于T1处理，且差异达显著水平；其中T3、T4处理的烟叶吸硫量显著低于T1处理，降低幅度为32.61%、28.26%。新平地区T3处理的烟叶吸钾量、吸硫量最高，分别高于T1处理63.38%、13.33%，而烟叶吸钙量、吸镁量却低于T1处理。

表4 施肥处理对烤烟中部烟叶养分吸收量的影响g/株

2.3 新型钾肥施用对根区土壤速效养分的影响

向土壤中施加矿质养分，可在一定程度上提升农作物品质和土壤养分含量。由图1可知，塔甸地区收获期的土壤速效钾含量以T5处理最高，T4处理次之，分别高于T1处理13.2%、4.3%。而新平地区却以T3处理的土壤速效钾含量最高，显著高于其他处理，与T1处理相比可提升126.5%的土壤速效钾含量。施用含有钙镁的枸溶性钾肥，可显著提升塔甸地区的土壤有效钙含量，以T4、T5处理最优，与T1相比提升幅度为37.6%、36.5%；虽然差异不显著，但新平地区的T4处理仍高于T1处理31.8%。施用含有钙镁的枸溶性钾肥，可显著提升塔甸、新平地区的土壤有效镁含量，其中以T5处理最优，与T1相比提升幅度为112.1%、46.4%。针对土壤有效硫含量，除T2处理最低外，塔甸、新平地区均以T5最低，与T1相比降低幅度分别为17.6%、36.9%。

图1 施肥处理对根区土壤速效养分的影响

2.4 不同施肥处理对植烟土壤垂直方向养分迁移的影响

耕层土壤速效养分含量的高低决定着所种植作物产量与品质的高低。由图2可得，塔甸地区0～15 cm耕层范围内的土壤速效钾含量以T1、T4处理最高，分别为704.2、715.9 mg/kg，且随着深度的增加所有处理的土壤速效钾含量均呈现降低的趋势；而新平地区耕层土壤速效钾含量显著低于塔甸，0～15 cm范围内以T3、T4处理的土壤速效钾含量最高，可达473.3、449.8 mg/kg。2个地区的土壤有效钙含量，在35 cm左右深度的范围内，无显著降低或增加趋势，但塔甸地区相应处理的土壤有效钙含量明显高于新平地区。2个地区的耕层土壤有效镁含量均在100 mg/kg左右，且T4、T5处理的土壤有效镁含量随深度的增加而增加，T1～T3处理的土壤有效镁含量变化趋势与土壤有效钙变化趋势相似，上下土壤层次之间无明显变化。2个地区所有处理的土壤有效硫含量均随深度的增加而增加，且塔甸地区T5处理的4个层次土壤有效硫含量甚至低于T2处理，而新平地区却与之相反，4个层次的土壤有效硫含量最高。

图2 施肥处理对根区土壤垂直方向速效养分的影响

3 结论与讨论

枸溶性钾肥是一种新型钾肥，易溶于柠檬酸等弱酸、不易溶于水，可长效持久地供给作物养分以吸收利用，但其目前的应用潜力还未充分开发，如枸溶性钾肥的养分释放动力学趋势、养分释放条件、施用条件等；同时其价格可能高于传统硫酸钾，提升制造工艺、减工降本，才可赢得市场、获得认可。在本试验条件下，以烤烟产量为例，塔甸地区的T4处理产量最高；而新平地区，施用枸溶性钾肥的T4、T5处理效果较好，可使烟叶产量提升49.7%、61.1%，但考虑到肥料成本，以枸溶性钾肥替代1/4个钾的处理(T4)最佳，可实现成本与收入最优。

塔甸、新平地区T4处理的K/(Ca+Mg)的值分别为1.4、1.0，明显使烟叶钾钙镁含量更加协调，利于提升品质。表明施用枸溶性钾肥可有效提升烤烟矿质养分含量，使烟叶钾钙镁含量的比例更加协调，且在一定范围内，可显著降低烟叶含硫量。但新平地区的T4、T5处理烟叶吸钾量、吸钙量较低，且部分低于T1处理，是由于T4、T5处理的产量较高，其在一定程度上稀释了养分含量。塔甸地区的T5烟叶吸硫量高于T4，可能与土壤有效硫背景值较高有关，导致烟叶吸硫量较高。综上所述，塔甸与新平地区，枸溶性钾肥配施硫酸钾1:3（T4处理）可显著改善烟叶钾钙镁养分之间的平衡，提升烟叶镁含量，降低烟叶硫含量，以进一步提升烟叶品质。

新平地区土壤速效钾含量低于塔甸，可能是由于土壤质地的原因，当向土壤中加入相同含量的钾，新平地区的土壤可能使较多的速效钾转化为缓效钾，而塔甸地区的土壤速效钾在烟草整个生育期都可持续供给烟叶持续吸收利用，故导致塔甸的烟叶产量及钾含量均优于新平地区。从土壤有效钙镁含量上可得出，向土壤中施加含有钙镁养分的肥料，可显著提升耕层土壤有效钙镁含量，且2个地区的T4处理有效硫含量显著低于其他处理（除无钾处理外）。

耕层土壤速效钾仍然为向下迁移的趋势，与以往其他研究所得结果类似。2个地区的土壤有效钙在35 cm耕层范围内无明显变化，可能是施用的枸溶性钾肥所含有的速效钙养分，用乙酸铵无法准确提取出来；又或者所加入土壤的速效钙养分含量仅占土壤有效钙背景值的5%左右，上下变化不明显，误差可能就覆盖住土壤有效钙的自身变化。如确认土壤有效钙是否在耕层35 cm范围内呈现变化趋势，需控制住所加入的有效钙是否会被背景值的变化所影响。根区土壤有效硫、有效镁的向下迁移，是否可认为是这2种阴阳离子协同向下迁移的趋势，不施用含硫肥料，是否会减少镁的向下迁移，这需在下一步研究充分探讨；虽然可在一定程度上表明，镁在红壤中有向下迁移的趋势，这可能是玉溪地区烟叶镁含量低于正常值的原因，但其深度较低，代表性不强，需进一步深入研究。