烤烟钾素吸收利用效率研究现状与展望

李集勤，屠乃美,2,*，易镇邪，王宇超，车安斌

(1 湖南农业大学农学院，长沙410128；2 中国烟草中南农业试验站，湖南长沙 410128；3 六盘水市烟草公司，贵州 553000)

钾是烤烟吸收量最多的营养元素 ，在提高光合速率、增强烟株的抗逆性、改善烟叶的燃烧质量等方面具有重要作用[1~4]，是烟叶品质的重要指标之一。然而我国的烟叶含钾量较低，很少超过 2%，美国和津巴布韦的烟叶含钾量却多在 4%～6%[5]。钾肥利用率低是导致烟叶含钾量低的重要原因之一，目前南方烟区的肥料利用率一般为 20%～30%[6]，个别烟区甚至更低，如1992年湖南农学院在郴州烟区测得钾肥利用率仅为 10%～20%[7]，这对于钾资源贫乏、主要依靠进口的我国来说不仅造成了极大浪费，而且增加了烟农的生产成本。针对这一问题，烟草科技工作者通过改进施肥技术、研制新型钾肥、筛选高钾基因型品种等措施，在提高钾素利用率方面做了大量的研究[8,9]，并且取得了积极进展。笔者就近些年烤烟钾素吸收利用效率方面的研究进展情况进行综述，探讨进一步提高钾素吸收利用效率和烟叶含钾量的技术途径。

1 烤烟钾肥种类及其特点

在所有肥料中凡是能够为烤烟提供钾素营养的都可以称为钾肥。目前在烤烟生产上常使用的钾肥种类主要有硫酸钾、硝酸钾、氯化钾以及含钾的复合肥等[10](表1)。

表1 烤烟常用钾肥种类

据中国农科院烟科所对部分省份的烟草肥料使用情况调查，硫酸钾在烤烟上的使用占绝大部分，硝酸钾使用比例很小，但近些年来有所增加。而在美国、巴西、津巴布韦等先进产烟国则以硝酸钾为主要钾源。

由于不同钾源伴有不同的阴离子，这可能会对烟株生长和烟叶品质产生一定影响。周冀衡[11]通过砂培试验发现，当K2SO4的供钾浓度在0~15 mmol/L时，烟株的根、茎、叶生长量随供钾浓度增加而增加，当浓度超过15 mmol/L时，烟株生长受到明显抑制，这可能是SO42-毒害作用引起的。据报道，烟叶中的硫含量超过0.7%，烟叶的燃烧性会明显减弱[12]，很多国家规定烟草肥料的硫酸根含量不得超过5%[13]。含氯钾肥中的氯对烟叶燃烧性也有重要的影响，一般烟叶中含氯正常范围为0.3%～0.5%，超过1%时，燃烧时会产生不愉快的气味，很多国家规定烟草肥料中的含氯量不得超过3%[13]。但适量的氯化钾对烤烟产量和产值有利，对烟叶的其它化学指标并无显著影响，在适宜施氯的烟区，可尝试用氯化钾替代部分硫酸钾作为烤烟的钾源[14]，降低肥料的成本。韩锦峰等[4]用四种相伴阴离子钾肥对烤烟进行试验发现，在株高、叶绿素含量、气孔导度、光合速率以及烟叶中含钾量等指标上均表现为柠檬酸钾>硝酸钾>草酸钾>硫酸钾，其中柠檬酸钾处理的烟叶化学成分相对较协调。生物钾是近些年研发出来的新型硅酸盐菌剂高效肥料，可作基肥施用，也可叶面喷施，具有无毒害、无污染的特点，同时还可减少烤烟的钾肥用量，降低生产成本，提高烤烟质量和经济效益[15~19]。此外，还有报道称缓释/控释钾肥能改善烟叶品质、提高烟叶的含钾量[20,21]。

2 烤烟钾素吸收利用效率相关评价指标体系

养分利用效率是指作物吸收单位养分生产的生物量或经济产量，可用来反映作物吸收利用、分配和积累养分状况。烤烟钾素吸收利用效率可通过相关指标来评价[22](表2)，这对优化施钾技术和提高烤烟钾素营养具有重要指导意义。

表2 钾素吸收利用效率相关评价指标

3 烤烟钾素吸收利用机理和分配积累规律

3.1 烤烟对钾素的吸收利用机理

钾在土壤中一般以 K2SO4，KNO3，KCl 等盐类形式存在，在水中解离成K+而被根系吸收[23]。当根表细胞膜外K+浓度较低时，K+在H+-ATP酶的作用下通过由一个或多个高亲和力的 K+转动子进行主动运输，每2个H+-ATP酶泵出的H+中，就有一个同K+一道被K+转动子运进细胞膜内，其运输速率与ATP含量呈正相关，若根系遇到逆境条件如低温冷害、通气不畅时会严重影响呼吸作用，抑制ATP的生成，钾的吸收速率会降低。当根表细胞膜外 K+浓度较高时，K+通过低亲和力的K+内流通道或非选择性的阳离子通道进行被动运输，此过程不需消耗能量[24]。钾在烟株体内属可再利用元素，很容易从老化组织中转移到幼嫩部分再利用。

3.2 钾素在烟株体内的分配积累规律

在烟株细胞中，钾一般以离子形态或吸附在原生质表面等方式存在，少部分钾位于胞质胶体上，属交换性；约1%钾被线粒体所吸附，属非交换性；大部分钾存在于细胞液中，易被水所提取[24]。同一片烟叶中的含钾量分布为叶脉>叶柄>叶肉>叶缘[25]。正常供钾条件下，不同部位中钾的分配规律为叶>茎>根；不同叶位分布表现为下部叶>中部叶>上部叶，当供钾不足时上部叶的含钾量可高于中下部叶[26]。

据相关报道[3,27]，烤烟在栽后前3周对钾的吸收速率极低，从第4周开始，对钾的吸收速率变快，并在第6至8周达到最大吸收速率，之后急剧下降，钾的吸收和积累量在栽后7周内完成70%-80%，远远超过其它元素的积累速率，在11周时吸钾量达到高峰，之后开始降低。杨铁钊等[28]报道，在水培条件下，供钾水平为0.1～50 mmol/L范围内，烟叶中钾积累呈现出快速-缓慢-快速-缓慢的交替变化，其中在钾离子浓度为0.1～0.2 mmol/L和0.4～10 mmol/L范围内，随钾浓度提高积累量快速提高。

现蕾期打顶是烤烟生产中一项重要的农艺措施，但这会改变烟株的源库关系，钾素在烟体内会发生“回流”现象，即从地上部往地下部流动。郑宪滨等[29]通过水培试验发现，烤烟在打顶后10天内，体内有大量K+沿韧皮部由地上部回流到根中，回流钾量占由根向地上部运输钾量的50%以上，其原因有待深入研究。

4 烤烟钾素吸收利用效率的影响因素

4.1 钾肥种类

不同的钾肥种类伴有不同的阴离子，当钾肥施入土壤后，K+被根系大量吸收，而剩下的相伴阴离子却富集在根系周围，这必然会对根际环境和K+的吸收能力产生影响。比如NO3-就有利于根系对K+的吸收，而SO的作用却不怎么明显，因此，硝酸钾在提高烟叶含钾量的方面要优于硫酸钾[30]。据周冀衡[11]报道，钾肥肥效的发挥是K+与相伴阴离子共同作用的结果，SO42-对K+吸收的影响较大，高浓度的SO会产生明显的抑制作用，Cl-对钾的吸收和肥效的干扰较小。生物钾肥能利用其中的钾细菌分解土壤中难溶矿物态钾，转化土壤中被固定的无效钾为有效钾，提高土壤速效钾含量[15,16]。可见，不同钾源的供钾特性具有明显的差异性，对烤烟钾素吸收利用效率有重要影响。

4.2 土壤环境

植烟土壤的理化性质以及养分状况对烤烟钾素的吸收利用有重要影响。众多研究表明，土壤的质地、pH、供钾能力、有机质含量、水分状况等因子在一定程度上会影响烤烟对钾素的吸收利用效率[32~38](表3)。 但也有研究认为，土壤速效钾和缓效钾含量与烤烟钾素吸收关系不大，如潮土速效钾和缓效钾含量高于红壤，但潮土上生产出来的烟叶含钾量却远低于红壤上生产的烟叶[39]。

表3 土壤环境对烤烟钾素吸收利用效率的影响研究结果

4.3 气候条件

Leymonie JP等[40]在不同降水量分布区对烤烟钾素在土壤中的行为进行研究，发现烟株对钾离子的吸收率与降水量的分布有明显的相关性。在我国北方烟区，常遇干旱少雨天气，施入土壤中的钾肥固定速度快，施钾一周后，其固定率高达72%～82%[41]，无论是增施基肥中的钾用量还是分次追施钾，其肥效都难以发挥，利用率低下。而在我国南方烟区，降雨量丰富，烤烟大田生长期降雨量可达800～1200 mm，由于烟株生育前期叶面积小，雨水大量冲刷地表，造成钾素流失和下渗损失严重[42,43]。此外，温度对烟株钾的吸收也有影响，有人在人工气候室做过试验，发现低温时烟株下部叶含钾量最高，在较高温时上部叶含钾量最高[44]。光照对烤烟钾的吸收利用率有无影响目前未见相关报道。

4.4 品种类型

不同基因型烟草品种吸钾特性具有明显差异性。周冀衡等[45]研究了三个烟草品种对钾素的响应能力，发现在同一供钾水平下NC82>NC89>K326。牛佩兰等[9]在对26个不同基因型烟草品种钾利用率差异性进行研究后，发现烟株钾素含量在基因型间的变异系数达35.5%，钾高效基因型钾效率是钾低效基因型的3倍多，并证实烟草吸钾能力和烟叶含钾量在基因型间存在明显差异，且钾积累效率可稳定遗传。张喜琦等[46]在水培试验条件下研究了4个典型基因型烟草品种的根系对钾吸收的影响，吸收量结果为G-28>中烟98>G-140>TI245，并指出根系形态学和生理学上的优势是烟草对土壤中钾高效吸收和累积的基本保证。

4.5 施钾技术

一般认为施钾量与烟叶含钾量存在密切关系，但烟叶含钾率的增长与施钾量的增长相比，增幅相对较小。黄贵萍等[47]报道，增加钾肥用量可适当提高烟叶的钾素含量，但增加幅度有限，钾肥利用率极其低下。郭合营等[48]报道，施钾量为225 kgK2O /hm2的烟叶含钾量(1.48%)与不施钾烟叶含钾量(1.49%)基本无异。这说明单靠增施钾量来提高烟叶钾含量是行不通的，当然在不同的烟区，由于土壤、生态条件不一样，钾肥利用率情况可能会有所差异。

在施钾方式上，采取“基肥+分次追肥”相结合施钾方式对增加烟叶含钾量、提高烟株钾素的吸收利用率有明显的效果[49]。马中仁[50]报道，钾肥以深施和集中施用效果较好，总供钾量的60%～70%集中深施作基肥，深度在20 cm左右，剩余的30%～40%的钾肥在移栽时穴施，这能使烟叶含钾量比常规穴施提高5%～23%。罗建新等[51]研究发现，烤烟栽后30 d 施用总钾量的40%，能使烟株生长中后期的土壤维持较高的供钾能力，土壤速效钾和缓效钾含量比钾肥一次性作基肥施用的处理提高了57.4%～60.9%和5.7%～6.2%，同时使烟株吸钾总量提高了5%～15.5%，可见，施钾方式对土壤的供钾能力和烤烟钾吸收有重要影响。

4.6 调控措施

烤烟现蕾后，通过打顶抹杈等措施可有效抑制顶端优势，但同时造成大量的钾素往地下部运输，这对烟株中后期烟叶钾的积累极为不利。众多研究表明，打顶后通过物理或化学调控等措施可以改善钾素在烟株体内的分配状况，促进烟株对钾的吸收利用，提高烟叶的含钾量[52−59](表4)。

表4 调控措施对烤烟钾素吸收利用效率的影响研究结果

5 展 望

综上所述，影响烤烟钾素吸收利用效率的因素众多，虽然在很多方面取得了积极进展，但我国烟叶含钾量在整体上仍未得到明显提高，因此，仍需积极探索提高烤烟钾素吸收利用效率与烟叶含钾量的途径。

(1)目前在生产上能推广的钾高效基因型品种不多，可利用营养性状遗传改良理论和基因工程技术，继续开展筛选和培育钾高效基因型优良品种的工作，同时从烤烟的生理生态特点出发，进一步开展烤烟品种生态适应性筛选，因地制宜，对品种进行合理布局。

(2)加大对生物钾肥和控释、缓释钾肥等新型钾肥研制力度，利用其分解释放特性，减少钾的土壤固定，延长钾肥供应时间，减少施用次数，提高钾肥的利用率，同时这也可起到省时省力，降低成本的作用。

(3)综合物理、生理和化学等调控措施优缺点，采取适当的调控措施，有效抑制打顶后钾素“回流”现象，提高钾素在烟叶中的分配比例，并形成相关配套技术措施，积极推广应用。

(4)针对不同烟区的气候特点，土壤理化性质及养分状况，把握好烤烟临界营养期和最大效率期两个关键的施肥期，采取合适的施钾技术，真正做到“看天、看地、看烟”施钾，最大限度地发挥钾肥的肥效。

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