钾肥减量条件下配施PASP对土壤理化特性及烤烟钾素吸收利用的影响

李淮源，杜晓辉，袁长才，周 诚，杨启航，陈建军，甘在德，周权堃，徐 玮，邓世媛*

1.华南农业大学基础实验与实践训练中心，广州市天河区五山路483 号 510642

2.华南农业大学烟草研究室，广州市天河区五山路483 号 510642

3.湖南省烟草公司永州市公司，湖南省永州市冷水滩区珍珠北路69 号 425000

4.深圳烟草工业有限责任公司，广东省深圳市龙华区清宁路2 号 518109

5.广东中烟工业有限责任公司，广州市天河区林和西横路186 号 510610

烟草是喜钾作物，在生长发育过程中对钾肥的需求量较大［1-3］。但我国钾肥却存在资源短缺问题，需要通过进口来保证国内的钾肥供需平衡［4］。我国东南烟区烟草生产中的钾肥用量高达400 kg·hm-2左右，远高于其他农作物的钾肥用量［5］，长期过量施用钾肥也带来烟叶烟碱含量降低、钾肥利用率下降、土壤钾素富积等问题［6-8］。减少肥料用量、保证作物产量并维持环境可持续性是绿色农业发展的必然要求。因此，如何降低钾肥用量，或通过绿色环保的肥料增效剂与钾肥配合施用以提高钾肥利用率、降低钾肥资源浪费、减少土壤钾素盈余对于烟草生产上肥料减量增效具有重要意义。

聚天门冬氨酸（PASP）作为一种环境友好型肥料增效剂，是一种可生物降解的水溶性氨基酸聚合物［9］，利用其螯合离子的特性，可富集土壤中的氮磷钾等营养元素［10］，为作物的生长发育、营养元素吸收提供高效途径。在农业生产上，PASP可与农药和化肥等结合使用，富集所需营养元素，促进作物吸收氮磷钾［11］，辅助发挥肥效［10］。有研究发现，根施PASP可促使土壤速效钾含量提高35.87%［12］，减钾50%并配施PASP 可提高葡萄对钾素的利用率［13］，PASP 与生根剂结合能够促进玉米幼苗的生长［14］，与液体肥结合可提高玉米的生物量与氮磷钾吸收量［15］，减氮配施PASP可提高玉米对氮素的利用率［16］，PASP与尿素配施能够通过减缓尿素水解［17］、降低氮肥损失量，从而促进养分的吸收利用［18］，提高水稻产量，改善稻米品质［19-20］；减氮30%配施PASP 能够增加烤烟生长所需的氮素供给量，有效提高烤烟对氮素的利用率［21］。可见，目前的研究多集中在肥料不减量或氮肥减量配施PASP方面，而对于钾肥尤其是在钾肥用量较大的烟草生产上目前在钾肥减量条件下配施PASP 的效果还鲜见报道。为此，设置了减钾条件下配施不同量PASP对植烟土壤及烤烟钾素吸收利用的影响试验，旨在为烟草生产上的钾肥减量增效提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与土壤背景

供试烤烟品种为云烟87，聚天门冬氨酸（Polyaspartic acid，PASP）购于广州市缘昌贸易有限公司。分子式为C4H6NO3（C4H5NO3）C4H6NO4，密度1.20 g·cm-3，褐色液体。

试验于2019年12月至2020年12月在湖南省新田县新圩镇进行。试验田前茬作物为水稻，土壤基本理化性质：pH 7.15、有机质58.40 g·kg-1、全氮3.19 g·kg-1、全 磷1.05 g·kg-1、全 钾7.49 g·kg-1、碱 解 氮240.46 mg·kg-1、有 效 磷38.65 mg·kg-1和 速 效 钾367.57 mg·kg-1。

1.2 试验设计

以不施肥为空白对照（CK1）用于计算肥料利用率，以当地常规施钾量为对照（CK2），在钾肥减量10%基础上设置4 个PASP 用量（钾用量的0、2.5%、5.0%、7.5%）处理，共计6 个处理，见表1。采用随机区组试验设计，每处理3次重复，共15个小区。每小区植烟200 株，行株距1.2 m×0.5 m，种植密度1 100株·667 m-2，周边设置双保护行。CK2 施用氮磷钾用量比例为1∶0.9∶2.6，即纯氮（N）142.5 kg·hm-2、纯磷（P2O5）129.0 kg·hm-2，纯钾（K2O）378.0 kg·hm-2，各处理保持氮磷肥料用量一致。钾肥减量通过追肥时减少硫酸钾来实现，PASP 施用时间与追施硫酸钾同步，分两次于移栽后38 d 和48 d 将PASP 兑水稀释300 倍浇施于烟株根部。其他田间管理按照当地烤烟生产技术规范进行。

表1 试验处理设置Tab.1 Experimental treatments （kg·hm-2）

1.3 测定方法

在钾肥追施后25、50 和75 d，即在烟苗移栽后73、98 和123 d，在各小区按5 点法采集烟株根际15～20 cm 土壤样品，混合风干后用于土壤养分和土壤酶活性测定。参照耿荣等［22］的方法测定全氮、全钾、碱解氮和速效钾含量。参照关松荫［23］的方法测定土壤酶活性，用KMnO4滴定法测定过氧化氢酶活性，以1 h 后1 g 风干土壤消耗的0.1 mol·L-1KMnO4标准溶液的体积数表示（mL KMnO4·g-1·h-1）；脲酶活性以24 h 后1 g 土壤中NH3-N 的毫克数表示（mg·kg-1·24 h-1）；酸性磷酸酶活性以2 h 后100 g 土壤中P2O5的毫克数表示（mg·kg-1·2 h-1）。在移栽后63、73、83 和93 d，每处理取长势均匀一致的代表性烟株3 株，每株分为根、茎、叶，105 ℃杀青15 min后，于80 ℃烘干至恒质量，测定干物质质量。取移栽后63、73、83 和93 d 鲜烟叶样品和B2F、C3F、X2F烟叶样品，采用原子吸收分光光度计法测定烟叶钾含量［24］。各处理小区定株20株烟叶单独采收编杆，分小区计算产量。

钾素利用效率相关指标的计算公式［25-28］：

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2019 和SPSS 21.0 软件统计数据，运用Duncan’s 法进行处理间的差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 减钾条件下配施PASP对植烟土壤理化特性的影响

2.1.1 对土壤养分含量的影响

从表2 可以看出，除追施钾肥后75 d 时KP0 处理的全氮略高于CK2 外，其余时期KP0 处理的土壤全氮、全钾、碱解氮和速效钾含量均显著低于CK2，其中全氮和全钾降低幅度较小，分别为3.08%～5.68%和4.55%～12.44%，而碱解氮和速效钾降幅较大，最大降幅分别达22.11%和33.36%。减钾条件下配施PASP 的各处理土壤养分在各时期均显著高于不配施PASP 的KP0 处理，且全氮和速效钾高于CK2。从PASP用量来看，全氮和全钾均以KP2处理最高，速效钾含量则以KP2 和KP3 处理较高，尤其是追施钾肥后50 d时KP2处理的速效钾含量增加显著，比KP0 增加192.44%。碱解氮含量也以追钾后50 d 时KP2 处理效果最显著，比KP0 增加63.05%。其他时期则高于KP0但略低于CK2。

表2 减钾条件下配施PASP对土壤养分含量的影响①Tab.2 Effects of potassium reduction combined with supplement application of PASP on soil nutrient contents

2.1.2 对土壤酶活性的影响

表3 结果显示，与CK2 相比，KP0 土壤过氧化氢酶（Catalase，CAT）和脲酶（Urease，URE）活性均显著下降，CAT活性降低4.14%～22.21%，URE活性下降6.81%～19.83%。但配施PASP 的3 个处理，其CAT和URE 活性均高于KP0，CAT 活性以KP2 增加最明显，在各时期分别比KP0 增加31.21%、5.04%和20.21%，URE 活性在追施钾肥后25 d 和75 d 以KP1最高，比KP0 提高15.67%～22.41%，而在追施钾肥后50 d 时则以KP2 最高，比KP0 增加24.74%。土壤酸性磷酸酶（Acid phosphatase，ACP）活性处理间表现出不同的变化规律，减钾处理的ACP 活性均高于CK2，而配施PASP 的处理较KP0 进一步提高，追施钾肥后25 d 以KP1 最高，追施钾肥后50 d 以KP2 最高，追施钾肥后75 d则以KP3最高，分别比KP0提高33.38%、20.04%和22.52%。

表3 减钾条件下配施PASP对土壤酶活性的影响Tab.3 Effects of potassium reduction combined with supplement application of PASP on soil enzyme activity

2.1.3 对土壤钾素平衡的影响

表4 显示，KP0 处理的钾肥用量比CK2 减少10%，钾总吸收量显著下降21.68%，土壤钾素盈余提高41.17 kg·hm-2，说明减少钾肥投入可降低作物对钾素的吸收。而配施PASP 的各处理，钾总吸收量均大幅增加，显著高于KP0，甚至高于CK2，KP2 处理增幅最大，较KP0 和CK2 分别提高47.56%和15.57%，KP1、KP2、KP3的钾素盈余比KP0处理分别下降39.53%、60.30%和52.57%。钾素表观平衡系数和养分平衡率与钾素盈余表现出相同的变化规律，KP0 处理平衡系数和钾素平衡率显著增加，比CK2提高22.60%和71.90%，而配施PASP 的3 个处理钾素表观平衡系数和平衡率均降低，与CK2 和KP0 差异均达到显著水平，其中KP2处理降幅最大，比CK2分别下降17.12%和53.75%，比KP0 分别下降32.40%和73.09%，说明减钾配施PASP 促进了烟株对钾素的吸收。

表4 减钾条件下配施PASP对植烟土壤钾素平衡的影响Tab.4 Effects of potassium reduction combined with supplement application of PASP on potassium balance of tobacco-planting soil

2.2 减钾条件下配施PASP对烤烟钾素吸收利用的影响

2.2.1 对烤烟钾素积累量的影响

由图1 可以看出，随追施钾肥后的时间推移烟株钾素积累量逐渐增加，不同部位间的钾素积累量表现为叶＞茎＞根。处理间的钾素积累量差异明显。与CK2相比，KP0处理钾素积累量显著下降，而配施PASP 的处理与KP0 相比，钾素积累量明显增加。除追施钾肥后25 d 时KP1 处理略低于CK2 之外，其他时期各配施PASP 处理的烟株钾素积累量均显著高于KP0，甚至高于CK2。从不同时期来看，追施钾肥后15 d，KP1、KP2、KP3处理的钾素积累量分别比KP0 提高16.53%、47.53%和24.87%；追施钾肥后25 d 时处理间的差异相对较小；追施钾肥后35 d 处理间差异增大，尤其是配施PASP 的各个处理与KP0处理间差异达到显著水平；追施钾肥后45 d，各配施PASP 处理的钾素积累量与KP0 相比增加20.17%～37.55%，且各时期均以KP2 处理的钾素积累量最高。

图1 减钾条件下配施PASP对烟株钾素积累的影响Fig.1 Effects of potassium reduction combined with supplement application of PASP on potassium accumulation of tobacco plants

2.2.2 对烤烟钾素积累速率的影响

烟株在大田生育期间的钾素积累速率呈现明显的单峰曲线（图2），追施钾肥后钾素积累速率迅速增加，在追施钾肥后15 d 达到积累高峰。追施钾肥后15～25 d期间，钾素积累速率有所下降，追施钾肥后25 d 又略有上升，但升高幅度不大。从处理间来看，各时期钾素积累速率均表现为KP2＞KP3＞KP1＞CK2＞KP0，追施钾肥后15 d时处理间差异最大，KP2处理钾素积累速率最高，比KP0 提高59.23%，比CK2 提高38.42%。说明减钾10%不仅会影响烟株的钾素积累量，也降低了大田各生育时期烟株的钾素积累速率。

图2 减钾条件下配施PASP对烟株钾素积累速率的影响Fig.2 Effects of potassium reduction combined with supplement application of PASP on potassium accumulation rate of tobacco plants

2.2.3 对烤烟钾肥利用率的影响

从表5 可以看出，减钾条件下配施PASP 对钾肥利用率主要指标均有影响。与CK2 相比，KP0 处理钾肥农学效率、偏生产力、当季回收利用率和经济利用率等各指标明显下降，下降幅度分别达13.11%、6.12%、27.34%和17.23%。但配施PASP的处理钾肥利用率各指标与KP0 相比则显著升高，且高于CK2。从PASP用量来看，钾肥农学效率和偏生产力以KP2最高、KP1次之，KP2比KP0分别增加30.19%和16.64%，钾肥当季回收率和经济利用率则以KP2最高，KP3 次之，KP2 比KP0 分别提高82.98%和72.25%。表明钾肥减量条件下通过配施PASP 对提高钾肥利用率具有一定的促进作用。

表5 减钾条件下配施PASP对烤烟钾肥利用率的影响Tab.5 Effects of potassium reduction combined with supplement application of PASP on potassium utilization rate of flue-cured tobacco

2.3 减钾条件下配施PASP对烤烟产量和烟叶钾含量的影响

从表6 可知，减钾10%严重影响烤烟产量。与CK2 相比，KP0 产量下降9.79%。但配施PASP 的处理烟叶产量比KP0 分别增加259.95 kg·hm-2、349.43 kg·hm-2和252.00 kg·hm-2。KP1 和KP3 处理与CK2间差异不显著，但KP2 处理的烟叶产量比CK2 提高5.09%，差异达到显著水平。从不同部位烤后烟叶钾含量来看，KP0处理可明显降低烟叶钾含量，CK2上、中、下部叶钾含量均在3%以上，但KP0处理除中部叶（C3F）高于2%以外，上部叶（B2F）和下部叶（X2F）均低于2%。但配施PASP 的处理不同部位烟叶钾含量与KP0 相比均有显著提高，上部叶（B2F）以KP2 处理较高，比KP0 提高36.10%，但仍低于CK2。中部叶（C3F）和下部叶（X2F）则以KP1 处理钾含量最高，分别比KP0 增加28.01%和47.54%，略高于CK2。

表6 减钾条件下配施PASP对烟叶产量和钾含量的影响Tab.6 Effects of potassium reduction combined with supplement application of PASP on yield and potassium content of tobacco leaves

3 讨论

钾肥减量对土壤钾素平衡具有潜在的负面影响［29］。本研究结果表明，减钾10%不配施PASP 会导致土壤氮钾养分含量下降，同时土壤过氧化氢酶和脲酶活性降低。脲酶和过氧化氢酶活性与全氮、碱解氮含量呈显著正相关［30］，可能是由于钾肥减量改变了土壤的还原环境［31］，使土壤过氧化氢酶和脲酶活性降低，进而导致土壤全氮和碱解氮含量下降。配施PASP 后土壤酶活性有所提高，且土壤养分含量在一定程度上有所增加，一方面可能是由于PASP的施用改善了土壤微环境，进而改变了土壤细菌群落结构，使土壤中微生物活动增强，促使了土壤酶活性的提高［32-33］；另一方面可能是由于PASP可以吸附土壤中的阳离子，抑制土壤中氨的挥发［10-11，17］，进而减少肥料的淋溶［18］，但其作用机理还有待进一步深入研究。

肥料减量条件下通过配施PASP 可显著提高作物氮钾积累量，减少土壤养分淋失［15-16，21，34］，可能是由于PASP 利用自身游离羧基和酰胺基的螯合与吸附性，作为肥料的吸收促进剂［35］而促进作物对养分的吸收［36］。本试验中，减钾10%条件下钾肥利用率降低，而土壤钾素盈余显著提高，说明减钾不利于烤烟对钾素的吸收利用，但配施PASP 的处理钾肥利用率明显提高，证实了PASP 对养分吸收利用的促进作用。

有学者认为土壤供钾水平并不是烟叶钾含量的限制因子［8］，土壤特性对烟叶钾含量的稳定性干扰更大［37］。但本试验中却发现，减钾10%条件下烤后烟叶钾含量显著降低，因此钾素供应水平对烟叶钾含量的影响仍是最直接的，但减钾配施PASP 可提高烟叶钾含量，可能是因为配施PASP 提高了土壤速效钾含量因而增加了钾素供应。减钾条件下不同部位间烟叶钾含量表现为下部叶较高而上部叶较低，与前人的研究结果一致［38］。有研究表明，干物质积累和钾素吸收间存在一定的相关性［39］，烟株干物质积累量随施钾量增加而增大［40］，合理施用钾肥可提高烟叶产量［41］，与本试验结果一致。但施用PASP在促进植株干物质积累方面表现出一定效果［42-43］，本试验结果也证实配施PASP 可显著提高烟叶产量，这可能是因为PASP 的螯合和吸附作用促进了烤烟对养分的吸收利用，进而增加了干物质积累量并实现烟叶增产。在本试验中未设置不同的减钾梯度，有关不同减钾程度对烤烟钾素吸收利用的影响有待进一步研究。

4 结论

减钾10%对烤烟钾素吸收利用和植烟土壤钾素平衡均会产生不利影响，通过配施PASP 可提高土壤氮和钾含量，增强土壤酶活性，增加钾素吸收量，提高钾肥利用率和烟叶产量，并降低土壤钾素盈余，维持土壤钾素平衡。在本试验条件下，以减钾10%配施5%PASP 的效果最优。因此，在烤烟大田生产中，可考虑在适当减少钾肥用量的条件下，通过配施一定量PASP以辅助烟株充分利用钾肥。