根区施用杂卤石对昆明烤烟产质量及养分吸收的影响

王一柳，李冬雪，卢殿君，徐兴阳，陈小琴，赵正雄，王火焰*，范晓辉，Robert Meakin

（1.云南农业大学资源与环境学院，云南 昆明 650201；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，江苏 南京 210008；3.云南省烟草公司昆明市公司，云南 昆明 650051；4.Sirius Minerals Plc，Scarborough YO11 3ZB，United Kingdom）

烤烟作为我国重要的经济作物之一，面积和产量都居世界首位［1］。钾、钙、镁是烤烟生长发育必不可少的营养元素，其产量和品质受其供应水平的影响［2-3］。烤烟是典型的喜钾作物，对钾需求量较高，其钾肥施用量通常是氮肥施用量的2～4倍［4］，烟叶含钾量是评价烤烟品质的重要指标之一。优质烟叶含钾量应在2.5%以上，我国烟叶含钾量仅2%左右［5-6］。研究表明，含钾量高于2%的烟叶色泽、燃烧性和吸湿性等性能均明显优于含钾量低于2%的烟叶［7］。钙是烤烟吸收养分中仅次于钾的元素，作为植物细胞壁胞间层中果胶酸的成分，缺钙会导致细胞分裂不能进行或不能完成，其适宜含量为1.7%～3.4%［8］。镁元素通过影响光合作用来影响烤烟的生长发育［9］，其适宜含量为0.5%～0.9%［10］。有研究表明烟叶钙、镁含量与钾含量之间呈现明显的互作关系，在较低的养分供应水平下这几种元素呈一定的促进作用，在较高供应水平下则呈现显著的拮抗作用［11-12］。但如何因不同烟区土壤特点调控土壤钾、钙、镁的供应水平，使烟叶体内钾、钙、镁含量和比例维持在适宜的范围内，一直是烟叶生产实践中不易解决的问题。

多年以来烟草施用的钾肥主要以硫酸钾和硝酸钾为主［13］，且投入的钾肥用量日益增加。我国钾肥资源有限，也不可再生，寻求新的钾肥资源以替代传统钾肥来缓解我国钾肥的供需矛盾已迫在眉睫。杂卤石［K2MgCa2（SO4）4·2H2O］是一种富含钾、钙、镁及硫的天然矿物，其养分含量分别为14%K2O、17%CaO、6%MgO 和19%S。杂卤石在我国分布较为广泛，四川、青海、湖北、山东等地均有大量储藏，其中仅四川盆地杂卤石资源储量折合K2O 在百亿t 以上［14］。关于杂卤石对作物的影响，黄宣镇［15］通过大田试验得出杂卤石作钾肥较氯化钾处理使小麦增产15%；也有研究表明，与氯化钾、硫酸钾、硫酸钾镁比较，施用杂卤石可使花生产量提高2.42%～12.3%，玉米产量提高22.2%～29.5%［16-17］。目前关于杂卤石在烤烟上的应用效果尚未见到相关文献。根区施肥作为一种可高效提升肥料利用率的施肥方式［18］，能有效提高烤烟产量、钾含量与钾肥利用效率，达到优质高产的目标［19］。本研究的目的是在根区施肥方式的基础上，探讨杂卤石在云南烤烟上的应用效果，并比较其与传统钾肥的差异，以期为杂卤石在烤烟作物上的推广应用提供理论支持。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验地点分别位于云南省昆明市晋宁区、寻甸区、宜良区，属亚热带高原季风气候，年平均气温15℃，年均降水量1035 mm，试验于2018 年4 月布置并种植烟叶，8 月收获。晋宁、寻甸烟叶品种为红花大金元，宜良为K326。3 个试验点供试土壤基本理化性质见表1，土壤养分丰缺标准见表2［20］。

表1 供试土壤基本理化性质

表2 植烟土壤评价指标丰缺标准（mg/kg）

1.2 试验设计

基于杂卤石中钾钙镁的含量、比例及当前价格，可以初步判断杂卤石不能完全替代常规钾肥用于烟叶生产，只能在补充烟叶钙镁供应的基础上部分替代常规钾肥。因而本研究在3 个试验点分别设置了以下3 个处理：当地农民常规施肥，施用当地推荐的烟草专用复合肥和硫酸钾（T1）、杂卤石替代部分硫酸钾基施（T2）和杂卤石替代部分硫酸钾追施（T3）。其中T2 和T3 杂卤石用量相当于75 kg/hm2的K2O，其余钾肥用硫酸钾补到与T1 同等水平。在宜良、寻甸设置了以上3 个处理，在晋宁加设杂卤石全部替代硫酸钾肥并一次基施的处理（T4）。以上各处理3 次重复，完全随机区组设计，小区面积为36 m2，行株距1.2 m×0.5 m。供试肥料种类为烟草专用复合肥（N∶P2O5∶K2O=12∶8∶24）、硫酸钾（K2O 50%）和杂卤石（14% K2O-17%CaO-6%MgO）。3 个试验点肥料用量依当地推荐施肥量进行，具体养分用量如表3 所示。基肥根区施用是将所有基肥施入预先挖好的穴（直径约30 cm，深度约20 cm）中，并与部分土壤混匀，烟苗移栽在穴的正中，追肥是在移栽后50 d 环施在烟株周围，结合进行培土和浇水。田间管理措施按照优质烟叶生产方案统一进行。

表3 试验点养分用量 （kg/hm2）

1.3 样品采集及测定方法

采用C/T 142-1998 烟草农艺性状调查方法，在烟株打顶前每个小区选择有代表性的烟株10 株，测量株高、茎粗、有效叶片数、最大叶面积等农艺性状。采收期各小区烟叶单独采收、烘烤、记产、分级，每个小区选择有代表性的烟株，每片烟叶进行挂牌，正常烘烤后单独收集，用于后期各种指标的测定。挂牌烟株样品于75℃烘干至恒重，分下部叶、中部叶和上部叶。烟叶磨碎后，经H2SO4-H2O2消煮法消解，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。烟碱和还原糖只测定了中部烟叶的含量，测定方法为5%乙酸溶液提取，连续流动分析仪测定。

各处理上、中、下不同叶位的养分含量规律比较一致，文中采用质量加权法，取其平均值，该值相当于烟株全部烟叶混合后的测定均值。所有数据均采用Excel 2016、SPSS 20.0 软件进行统计分析，用Duncan 新复极差法进行显著性检验（P＜0.05），并采用SigmaPlot 12.5 软件作图。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对烟株农艺性状的影响

杂卤石替代部分硫酸钾对3 个不同试验点的烤烟长势均有一定的影响，且不同试验点效果存在差异（表4）。在土壤有效钾、钙、镁含量都不高的晋宁试验点，部分替代硫酸钾的杂卤石处理无论是基施（T2）还是追施（T3）都较常规施肥处理（T1）显著提升了烤叶的株高、最大叶面积、茎围和有效叶片数，但追施与基施处理各指标的差异较小。采用杂卤石全部替代常规钾肥（T4）在晋宁试验点的效果与杂卤石部分替代处理效果类似，除株高增长较小外，其它指标均处于最佳水平。说明在钙镁含量较低的土壤上，不考虑价格因素的情况下，杂卤石全部替代常规钾肥也是可行的。在土壤有效钾、钙、镁含量都显著高于晋宁的宜良试验点，杂卤石处理的烤烟各生长指标均优于常规施肥处理，杂卤石追施最大叶面积和有效叶片数略好于基施处理。且土壤有效钾、钙含量与宜良接近，但镁含量介于3 个试验点中间水平的寻甸试验点，杂卤石处理的烤烟各生长指标整体也优于常规施肥处理，但杂卤石基施的效果总体上要好于追施。

表4 不同施肥处理对烤烟农艺性状的影响

2.2 不同施肥处理对烤烟产量和经济效益的影响

烤烟农艺性状反应的只是烟株长势的部分参数，不同施肥处理的最终效果还是要通过烤烟的产量和经济效益来反应。表5 结果表明，晋宁试验点，3 个杂卤石处理较常规施肥提升了烤烟产量、产值，产量提升范围为6.6%～9.6%，产值提升了7.9%～13.6%，其中以杂卤石部分替代硫酸钾追施（T3）的效果最好，其次是杂卤石部分替代硫酸钾基施处理（T2）。而杂卤石全部替代硫酸钾基施的效果不及杂卤石部分替代处理，由于杂卤石价格较高，且比常规钾肥含钾量低，全部替代常规钾肥时用量较大，因而其最终经济效益比常规处理反而低。在晋宁，杂卤石部分替代硫酸钾追施和基施处理较常规施肥处理经济效益分别提升了10.40%和6.44%，追施效果好于基施。

表5 不同施肥处理对烤烟产量和经济效益的影响

在宜良和寻甸，杂卤石部分替代硫酸钾基施和追施都较常规施肥提高了烤烟产量、产值和经济效益（表5）。两地都表现为杂卤石追施增产效果较小，仅2%～3%，而基施则可提升产量约6%。经济效益则表现为杂卤石追施在宜良与常规施肥相同，在寻甸仅增加3.22%，而杂卤石基施在两地分别较常规施肥提升了5.79%和6.45%。在3个试验点，总体表现为，晋宁：杂卤石追施＞基施＞常规施肥，宜良和寻甸：杂卤石基施＞追施＞常规施肥。以上结果说明，除土壤有效钾、钙、镁含量都不太高的晋宁追施杂卤石效果更好以外，3个试验点杂卤石替代75 kg/hm2的钾肥基施都可以有效提升烤烟产量和经济效益。

2.3 不同施肥处理对烟叶矿质养分含量的影响

杂卤石含有钾钙镁3 种对烟叶都很重要的阳离子养分，其对烟叶生长的影响与烟叶对这3 种元素的吸收必然有密切的关系。不同施肥处理对不同试验点烟叶钾、钙、镁含量的结果如图1 所示。3 个试验点烟叶基础钾含量与土壤有效钙、镁含量呈显著负相关（图2），即土壤有效钙、镁含量都不高的晋宁试验点烟叶中钾含量最高，而土壤有效钙、镁最高的宜良试验点烟叶中钾含量最低，寻甸则居中。除寻甸一个点追施杂卤石未能提高烟叶钾含量外，其它杂卤石处理较常规施肥烟叶钾含量均提升，且提升了9.53%～26.2%，杂卤石并没有因其含有更多的钙镁而降低烟叶对钾的吸收，反而对钾的吸收有较好的提升作用。3 个试验点烟叶钙含量与土壤有效钙含量密切相关（表1，图1），在土壤有效钙最低的晋宁，烟叶钙含量仅为10 g/kg左右，在土壤有效钙高于晋宁3 倍的宜良和寻甸，烟叶钙含量达到了16～19 g/kg。3 个试验点，不同杂卤石处理较常规施肥使烟叶钙含量提升了13.4%～25.2%，与对烟叶钾含量的提升作用相似。值得注意的是，在较为缺钙的晋宁土壤上，当前杂卤石用量还不足以使烟叶中的钙得到大幅度地提升，即使是杂卤石加大用量的T4 处理，还远未达到宜良与寻甸烟叶中的钙含量，也未达到优质烟叶中钙含量的水平［10］，这说明烟叶适量施用杂卤石，不会导致烟叶钙吸收的大幅度上升，也不会对钾吸收带来负面作用。3 个试验点烟叶镁含量也受土壤有效镁含量直接影响（表1，图1），土壤有效镁含量最高的宜良烟叶镁含量最高，为2.8 g/kg，有效镁含量居中的寻甸烟叶镁含量最低，仅有1.2 g/kg，而有效镁含量最低的晋宁烟叶镁含量为1.8 g/kg。寻甸土壤有效镁含量高于晋宁，但烟叶中镁含量却低于晋宁，可能与寻甸烟叶产量高出晋宁50%有关，即高产带来的稀释效应降低了烟叶中镁的含量。3 个试验点施用杂卤石均显著提升了烟叶镁的含量，提升幅度为25%～104%，而且表现为常规烟叶镁含量越低提升幅度越大，加大杂卤石的用量（晋宁T4）也能进一步显著提升烟叶镁的含量。从以上结果可以看出，施用杂卤石可有效提升烟叶钾、钙、镁的含量，但提升烟叶镁的效果要好于钾和钙。

2.4 不同施肥处理对烟叶重要化学指标的影响

烟碱和还原糖含量是决定烟叶评吸质量和风味的重要化学指标。3 个试验点中部烟叶烟碱的含量总体偏低，但不同试验点差异明显，表现为寻甸＞晋宁＞宜良（图3）。除晋宁大量施用杂卤石（T4）可显著提升烟碱含量外，其它施用杂卤石处理对烟碱含量的影响都不显著。烟叶还原糖含量在一定范围内与烟叶的品质成正相关［21］，施用杂卤石对中部烟叶还原糖含量有一定的影响，但影响效应因试验点而异，不同试验处理在晋宁表现为T3＞T1＞T2＞T4，在宜良表现为T2＞T1＞T3，而寻甸的3 个处理间差异不显著。总体上看，施用杂卤石对还原糖影响规律比较复杂，但可以看出，杂卤石对烟叶生长和经济效益起明显正效应的晋宁T3 和宜良T2 处理烟叶还原糖含量得到了有效提升。说明杂卤石施用得当的情况下，对烟叶还原糖含量有一定的提升作用。

2.5 烟叶养分含量与产量、品质之间的相关性分析

从表6 可以看出，烟叶养分含量与产量之间的关系表明，在土壤有效钾、钙、镁含量较低的晋宁试验点，钾、镁含量与产量呈显著正相关关系，而土壤有效钾、钙、镁含量较高的宜良、寻甸试验点，养分含量对产量的影响相关性未达显著水平。不同养分含量、品质之间，晋宁试验点，钾含量与钙含量呈显著正相关关系，烟碱与还原糖呈显著负相关关系；寻甸试验点，烟碱与还原糖呈显著正相关关系。总体来说，土壤有效钾钙镁较低的晋宁试验点，养分含量对产量的影响效果要高于土壤有效钾钙镁较高的宜良、寻甸试验点。

3 讨论与结论

钾元素作为烟草重要的品质元素，严重制约着烟叶原料品质的整体提升，而我国烟叶的钾含量普遍偏低，因而如何提升烟叶钾含量在我国烟叶种植技术研发和生产实践中都倍受关注。尽管钙与镁也是烟叶生长过程中需求量较大的营养元素，但烟叶钙镁营养远未受到应有的重视。长期以来，我国烟叶钾含量不高的一个重要原因是一些土壤如北方黄淮烟区潮土、其它烟区的石灰性土壤和碱性紫色土钙镁含量过高［22-24］，这些土壤上高含量的钙镁的确会抑制烟叶对土壤钾的吸收［11］。高含量钙镁对烟叶钾吸收的显著拮抗作用，使得人们对烟叶生产实践中钙镁肥的施用较为谨慎，绝大多数烟叶专用肥的推荐中基本未考虑钙镁肥的施用，这也导致目前我国很多烟区土壤，尤其是南方降雨较多、土壤阳基离子淋溶或流失较多的红黄壤中的钙镁含量普遍较低，缺镁的现象在一些烟区已经是比较突出的问题［25-28］。另外，在钾钙镁3 种元素中主要重视钾肥施用，长期使用石灰调节土壤酸度等措施也会加剧钾钙镁比例的失调，使烟叶缺镁更易发生，烟叶中镁含量也普遍低于优质烟中镁含量的标准［26-27］。

本研究选取的3 个试验点，尽管土壤有效钙、镁含量存在差异，但都属于供应不太充足的中下水平（表1、表2），这与昆明烟区土壤调查的结果比较吻合［28］。本研究的结果表明，尽管杂卤石中钾钙镁3 种元素的含量顺序是钙＞钾＞镁，但在供试的3 个试验点，合理施用杂卤石较常规施肥烟叶钾含量提高了9.53%～26.2%，钙含量提高了13.4%～25.2%，镁含量提高了25%～104%，其改善烟叶镁营养的效果要优于钾和钙，而且没有因为杂卤石中含量相对较高的钙镁而导致烟叶钾含量下降。这一结果预示钾钙镁之间的拮抗作用可能主要发生在含量较高的情况下，在供应浓度较低的情况下，是以协同作用为主。这一结论也可从前人众多的研究结果中得到验证：李娟等［12］的研究证实，烟叶钾钙镁之间的交互作用不是单一的拮抗作用，钾对钙镁的抑制作用较强，钙对镁有抑制作用，但对钾有促进作用。在营养液培养条件下也有类似的研究结果，较高钙镁有利于烟株钾的吸收，并减少根系钾的外排［29］，钾钙对镁的抑制作用较强，但镁在一定浓度范围内对钾钙起促进作用，只有极高浓度才会有拮抗作用［30］。也有研究证实，在有效钙镁含量很高，但钙镁比值也高的土壤上，施用镁肥也依然能促进烟叶镁钾钙的吸收积累［31］。这些研究总体上反应了多数情况下钾对烟叶钙镁吸收有抑制作用，而钙对钾的抑制作用不明显，甚至起促进作用，钙对镁有抑制作用，而多数情况下，镁对钾钙都起较好的促进作用。因而本研究施用杂卤石提高烟叶钾钙镁吸收的主要原因可能是镁的促进作用。

目前我国一些烟区土壤缺镁问题较为突出，而烟叶生产中也缺乏合适的镁肥供应，钙镁磷肥可以在一定程度上补充钙镁，但其用量主要基于烟叶对磷的需求来定。硫酸镁使用也不是很普遍，尤其让农民在施其它肥料之外加施镁肥也会影响镁肥推广效率。针对区域土壤中钙镁现状特点，在烟草专用肥中加入适量的钙镁对提升烟叶产量和质量可以起到非常好的效果。除了钙镁磷肥和镁肥外，杂卤石也是一个很好的选择。杂卤石是一种天然矿物，符合有机农业的使用要求，其钾钙镁的比例较为适中，在水中的溶解度不高，且不同离子的释放速率不同，钾释放最快，其次是镁，钙溶解释放最慢［14］。根区直接施用杂卤石不易造成盐害，也不易随水流失或淋溶损失。本研究的结果表明，杂卤石替代部分硫酸钾并做基肥一次施用，可以有效提升烤烟农学性状、矿质养分含量以及烟叶的产量和产值，具有很好的应用前景。但杂卤石在不同类型土壤上的适宜用量以及长期效应还需要作进一步调查研究。