连续多年施用硫酸钾肥对烟田土壤及烟株硫素含量的影响

张继光，梁洪波，申国明，董建新*，张清明，陈向东，吴元华，查 婷，于海容

（1.农业部烟草生物学与加工重点实验室，中国农业科学院青岛烟草资源与环境野外科学观测试验站，中国农业科学院烟草研究所，青岛 266101；2.土壤与农业可持续发展国家重点实验室，中国科学院南京土壤研究所，南京 210008；3.福建省烟草公司三明市公司，福建 三明 365000；4.贵州中烟工业有限责任公司，贵阳 550001）

硫作为植株吸收的第四大营养元素，在植物体内发挥着重要的生理作用，硫也是土壤中的主要元素之一[1]，随着土壤风化及土壤的形成，硫酸盐能不断从土壤中释放出来，从而被植物根系吸收变成植株内的有机硫及微生物组织[2]。土壤硫素对烤烟生长发育和品质形成具有重要意义，硫缺乏和过量均不利于烟草正常生长。当土壤中的有效硫缺乏时，烟草上部叶片失绿黄化，下部叶片早衰，生长停滞，烤后烟叶的可溶性蛋白质含量降低；当土壤有效硫含量过高时，烤烟的产量降低，烟叶品质下降，烟叶化学成分的协调性差，烟叶的燃烧性、香气质、香气量和吃味均受到不同程度的影响[3]。

在烟草农业生产上，由于施用的肥料多是含硫肥料及烟草的选择性吸收，缺硫对烟草生长及烟叶品质的影响在目前生产中尚不多见[4]。相反，伴随着人们对钾肥重要性认识的提高及其他钾肥资源的限制，硫酸钾施用量越来越高，这容易给土壤带入过量硫素，加之过磷酸钙和有机肥中也含有一定量的硫，此外干湿沉降也会带入部分硫，这使得土壤及烟叶中硫含量不断提高。一些研究认为烟叶中的硫与其燃烧性和香吃味具有显著的负相关关系，过量的硫素营养将会降低烟叶的可用性，使烟叶色泽黯淡，燃烧性变差，导致烟叶品质下降[5-6]。目前硫过量问题已经引起了烟草业界的普遍关注，美国等烟草先进生产国已规定烟叶中硫的最高含量是0.7%[7]，我国也将烟叶中的硫含量作为烟叶品质的重要评价指标之一。

鉴于硫元素丰缺对烟草生长发育及烟叶产、质量的重要性，以及烟田存在大量施用硫酸钾肥提升烟叶含钾量的现实情况，开展烟田土壤及植株硫素营养及其调控研究显得十分重要。近年来，关于土壤硫素的形态、转化和利用等方面的研究报道较多[4,8-11]，但对烟草根际有效硫的动态及硫素积累分配的关注较少，研究连续使用硫酸钾后土壤硫素的时空变化特征及其在烟草不同部位的积累分配规律，为指导烟田合理施用含硫肥料，实现烟田土壤的定向培育和烟叶质量提升具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

硫酸钾肥定位试验设置在中国农业科学院青岛烟草资源与环境野外科学观测试验站（118.011o～120.033oE，36.007o～ 36.057oN）内。该试验站位于青岛即墨市龙泉镇石门村，属暖温带半湿润季风气候区，光热资源充足，年平均气温12.7 ℃，无霜期年均190 d，年均降水量750 mm，土壤类型为棕壤，具有良好的区域代表性，适宜各种类型的烟草种植。试前土壤的基本理化性质为pH（H2O，1∶2.5）6.0，有机C含量9.39 g/kg，有效硫含量34.43 mg/kg，全N、全P及全K分别为0.98、1.42 和15.83 g/kg，碱解N、有效P（Olsen-P）及速效K（NH4OAc-K）分别为60.3、12.9和102 mg/kg。

1.2 试验设计

该定位试验始于2009年，试验设4个处理（对照、低S、中S和高S），每个处理3次重复，随机区组排列。每个重复小区面积为22 m2，栽烟40株，行距1.1 m，株距0.5 m，品种为NC89，种植制度采用烟草-冬闲制。

试验用肥料为烟草专用复合肥（含N、P2O5、K2O及S分别为15%、15%、15%、12%）和硫酸钾（含K2O及S分别为50%、18%），按不同的氮磷钾比率进行配施，全部肥料在起垄时条施，作基肥一次性施入，具体试验处理及施肥量见表1。

表1 各试验处理的养分施用量Table1 N, P2O5, K2O and S rates of each treatment

1.3 样品采集与测定

1.3.1 土壤样品 2011年在烤烟生长的3个主要生育期，即旺长期（2011-07-15）、现蕾期（2011-08-19）和成熟期（2011-09-20）分别采样。每个小区每次取带土烟株3棵，采用抖根法采集烟草根际土，同时取垄体上两颗烟之间的0～20 cm耕层土样作为烟草根外土，各生育期的根际土及根外土带回实验室，风干过筛后测定土壤有效硫，并取烤烟成熟期的烟草根际土和根外土测定土壤全硫含量。土壤有效硫及全硫含量的测定均采用硫酸钡比浊法[12]。

1.3.2 烟株样品 在烤烟的旺长期，取样烟株分 3个部位（根、茎、叶），在成熟期，分6个部位（根、茎、下部叶、中部叶、上部叶和花序）制样，样品经105 ℃杀青30 min，65 ℃恒温烘干称重，计算烟株各部分生物量，粉碎过100 目筛后测定其全硫含量。烟株样品的全硫含量测定采用浓硫酸-双氧水消化法[12]。

1.4 数据处理

数据的统计分析采用SPSS 13.5软件进行，不同处理间的差异显著性水平采用LSD法进行检验。

2 结 果

2.1 烟草根际及根外土有效硫的动态

烟草根际及根外土有效硫的动态如图1所示，总体上根际土有效硫含量随生育期变化不大。在烤烟旺长期（07-15），根际土有效硫以CK处理最高（39.02 mg/kg），其他3个施硫处理间的差异不大；其原因可能是CK与其他处理相比，烟草根系的硫输出远低于从土壤获得的硫补给。在现蕾期（08-19），根际土的有效硫含量在各处理间无显著差异；在成熟期（09-20），根际土有效硫含量随硫酸钾用量增加呈增加趋势，高S处理的有效硫含量与低S处理相比差异显著，但与CK无显著差异。

根外土有效硫含量随生育期的变化主要受前期施肥的影响，即均随着硫酸钾用量的增加而增加，具体表现为：高 S＞中 S＞低 S＞CK。施硫酸钾肥处理的有效硫含量均在旺长期时最高，其中高S处理的含量最高为201.29 mg/kg，CK处理最低仅为29.21 mg/kg。在现蕾期和成熟期，硫酸钾肥施用对根外土有效硫的影响减弱，表现为硫酸钾肥处理的根外土有效硫含量与CK处理间的差值在减小。其原因可能是旺长期之后，土壤中硫的输入量减少，同时烟草对硫的吸收量迅速增加，而且该时期降水量较大，容易造成土壤有效硫的严重淋失[13]。在整个生育期中，CK处理的有效硫含量变化不大，说明该处理在烟草生育过程中的硫素输入、输出基本保持平衡。

2.2 成熟期烤烟根际及根外土全硫含量的差异

在烤烟成熟期，从各处理根际及根外土的土壤全硫含量变化可以看出（图2），土壤全硫含量受根系及施肥量的显著影响。在根际土及根外土中，土壤全硫含量均随硫酸钾肥施用量的增加而显著增加。根际土及根外土中全硫含量均以高S处理最高，其含量分别是0.08和0.171 g/kg，中S处理次之。除CK外，其他3个处理均表现为根外土中的全硫含量高于根际土，特别是中S和高S处理的烤烟根外土全硫含量显著高于根际土。

图1 不同处理烟草根际土及根外土有效硫动态Fig.1 Dynamics of soil available S content in and out rhizosphere of different treatments

2.3 旺长期烟株全硫状况

图3显示了旺长期烟株各部位全硫的质量分数及其累积量。从图中可以看出，烟株各部位全硫的质量分数整体上以叶部最高，其次是烟茎，烟根最低，但CK处理的根部全硫质量分数稍高于茎部。在试验各处理中，高S处理的叶部含硫量最高，为0.59%；低 S处理的根部含硫量最低，为0.28%。基于烟株各部位的生物量，计算出各部位的全硫积累量也具有类似趋势，其全硫积累量顺序为：叶部 ＞ 茎部 ＞ 根部，特别是叶部的硫积累量随硫酸钾用量的增加而显著增加。

图2 不同处理烟草根际土及根外土全硫含量差异Fig.2 Soil total S content difference in and out rhizosphere in different treatment

图3 旺长期烟株各部位全硫的质量分数及其硫素累积量Fig.3 The content and accumulation of total S in different parts of tobacco plant at vigorous growth stage

2.4 成熟期烟株全硫状况

成熟期各处理烟株不同部位的全硫质量分数如表2所示，总体上，除根部外烟株其他部位的全硫含量均随硫酸钾肥用量的增加而增加，其中茎的全硫含量受施肥的影响相对较小。各部位全硫质量分数的总体顺序为：下部叶＞中部叶＞上部叶＞花序＞茎＞根。其中高 S处理的下部叶全硫质量分数最高为1.01%，其次是中部叶，全硫质量分数也达0.82%。且各施硫处理叶部的全硫质量分数较旺长期时有明显增加。

图4为成熟期不同处理烟株各部位的硫素积累量及其分配率。从图中可以看出，低S和中S处理的中部叶及上部叶的全硫积累量，均与茎部积累量相当；而CK和高S处理的全硫积累量则显著高于茎部。从烟草吸收的硫在各部位的分配率可以看出，根部全硫的分配率占 8.1%～11.6%，茎部是13.2%～22.1%，叶部是 59.0%～77.5%，其中下部叶是12.2%～15.7%，中部叶是22.3%～35.7%，上部叶是21.0%～32.2%，花序仅占0.01%～0.07%，且各部位的全硫分配率受施肥量影响较小。

表2 各处理烟株不同部位的全硫质量分数 %Table2 The content of total S in different parts of tobacco plants %

图4 成熟期烟株各部位的硫素积累量及其分配率Fig.4 The accumulation and distribution of total S in different parts of tobacco plants at mature stage

3 讨 论

作物对硫的吸收主要由根系从土壤中吸收，一般占植物吸硫总量的 2/3[14]，主要是在根毛区以SO42-的形式从土壤溶液中吸收。此外，作物冠层及其气孔也能从大气沉降中吸收硫元素，从大气中吸收的量取决于土壤供硫量和大气中硫化物的浓度。当土壤供硫不足时，大气中低浓度的SO2和H2S也能为烟草地上部吸收以提供部分硫营养[8]。有研究表明，肥料硫施入土壤后，土壤硫浓度会明显增加，但几个月后，由于植株吸收、流失或同化为有机质而降低，并且发现植株的硫含量与土壤初始硫存在显著相关性（r = 0.72）[15]。本研究结果也显示，在施肥后的旺长期，各施肥处理根外土的有效硫含量最高，但在随后的现蕾期和成熟期，其含量迅速降低并保持平稳状态，这与烟株的吸收及淋流失损失等造成的输入输出变化有关。

一般烟叶全硫含量在0.2%～0.7%范围内，硫元素在根、茎、叶、顶杈的含量分布为顶杈＞叶＞根＞茎[16]，这与本研究结果稍有不同。本试验各处理均显示叶部全硫含量最高，其次是花序，根茎含量差别不大。硫素的运转取决于该部位细胞组织的硫素供应以及其他部位对硫素的需求状况，一般情况下，硫素不发生移动，在代谢加强或者是硫胁迫时才会出现硫的转移[17]。另外，烟草体内硫元素含量的变化分布是不均一的，与部位密切相关。由于烟株上不同部位烟叶营养条件不同，硫元素含量也有很大差异，本研究中不同叶位间全硫含量表现为下部叶＞中部叶＞上部叶，这与刘勤等[18]在红壤和潮土上盆栽试验的研究结果一致。

在影响烟叶含硫量的因素中，除土壤硫含量为重要因素外，硫肥施用量的影响也十分显著。随施硫量增加，根际土及根外土中的有效硫含量明显上升，由于在根区有充足可利用硫，烟叶硫含量会显著升高，甚至超过通常认为的最高临界值0.7%[19]。本研究中，成熟期高S处理的下部叶及中部叶的全硫含量分别是1.01%和0.82%，已经超过临界值，将会严重影响烟叶的品质。但 Marchand等[20]的研究认为即使施用800 kg/hm2硫酸钾，也只使烟叶硫的最大浓度达到0.49%，尚保持在临界值以下。结果不一致的原因可能与各研究点的土壤全硫量及其有效性有关，也与硫酸钾的利用率及淋流失等损失有关。因此，在不同地区的烟叶生产中，要因地制宜施用含硫肥料，特别根据土壤及烟叶中硫元素的含量情况，合理调控含硫肥料（如硫酸钾、过磷酸钙及含硫复合肥等）的施用，防止因施入土壤硫素过量而带来烟叶品质的负面影响。

4 结 论

（1）在山东棕壤烟田进行的连续 3年硫酸钾肥定位试验显示，根际土的有效硫含量随烤烟生育期及施肥量的变化不大，但根外土与此不同，其有效硫含量随施肥量的增加而增加，且各生育期中以旺长期最高，随后急剧下降。

（2）土壤全硫含量受根系及施肥量的显著影响，在烟草根际土及根外土中，土壤全硫含量均随硫钾肥施用量的增加而显著增加。

（3）硫酸钾肥的施用显著增加了叶部的全硫含量及其积累量，对茎部硫含量及积累量的影响次之，对根部影响最小。各处理中全硫的分配率均为叶部＞茎部＞根部，且叶部以中部及上部叶为主。

（4）连续3年施用含硫为125.4 kg/hm2的肥料后，烤烟不同叶位的硫含量均达到0.7%临界值及以上。因此，应根据土壤及烟叶中硫含量的情况，合理规范硫酸钾类肥料在烟草生产中的施用量。

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