氮磷钾减量配施钾长石土壤调理剂对烤烟产质量及养分利用率的影响

张晓伟，龙 杰，张 轲，张冀武，孙浩巍，雷 蕾，余小芬，邱学礼，成 龙，杨树明

(1.云南省烟草质量监督检测站，昆明 650106；2.云南省烟草公司曲靖市公司，云南 麒麟 655000；3.云南省农业科学院农业环境资源研究所，昆明 650205)；4.云南高意匠科技有限公司，云南 麻栗坡 663600)

【研究意义】曲靖是西南高原生态区清甜香型烤烟风格的核心基地[1]，对高端品牌卷烟原料供应具有举足轻重的作用。近年来，部分烟农为追求周年较高的生产力，注重施用氮磷钾肥，引起烟区土壤养分非均衡富集、土壤酸化和中微量元素有效性下降，烟叶品质和烤烟肥料利用率降低等问题[2]。因此，如何通过合理的土壤调理，提高氮磷钾肥料利用率，进而减少化肥施用量，改善土壤质量和烟叶品质是实现烤烟提质和环境可持续发展的关键。【前人研究进展】氮磷钾及钙镁等在烤烟中参与多种代谢活动，合理施用可促进烟株发育，提高烟叶产量、品质[3]。氮素方面，在烤烟移栽35～56 d时，其氮素吸收量占总量95%[4]。适量氮肥可促进烟株生长及氮磷钾吸收[5]，增加烟叶产量和品质[6]；高施氮肥会增大烟株磷、硼协同负效应，降低对磷、钾和硼的吸收[6]。中磷或低磷土壤，施磷可提高烟叶香气物质总量，高磷土壤施磷则会降低烟叶总糖、还原糖含量[7]，适量磷素可促进烤烟对磷、钾、钙、镁的吸收，初烤烟叶色泽光亮、化学成分协调和香气足[8]。在钾素上，在烤烟栽后45～60 d，钾吸收量占总量55%；烟叶成熟期，吸钾速率下降[9]；适中或高施钾量可促进烟株叶片光合作用，提高卷烟香气、吃味和燃烧性[10]；提高烟叶钾含量及其肥料利用率主要依靠培育钾高效品种，或者施用高钾肥、根区施肥、多次追钾肥等，但后者提钾效果有限且不稳定[11]。烟株过量施钙会导致烟叶粗糙、增厚，杂气重，锌、铁元素失调，烟株硼吸收率降低，烟叶品质变劣[12]。镁丰缺均会抑制烟株对氮、磷、钾养分的吸收，初烤烟叶吸湿性增强，难储存、醇化，适宜的镁对烟灰有凝结作用[13]。也有研究发现，运用土壤调理剂可减少肥料用量，有效改良酸化土壤，提高土壤钾素库容及供钾能力、氮磷素吸收利用率及烟叶品质[14-15]。【本研究切入点】目前，关于氮、磷、钾及钙镁施肥技术对烤烟产质量和肥料利用率，以及土壤调理剂对改良酸化土壤研究的报道较多[3-13]，但在减肥基础上配施富钾镁土壤调理剂的研究较少。钾长石(KAlSi3O8)土壤调理剂是一种富含钾、硅、钙、镁等元素，具有土壤缓冲性能的碱性矿质材料[16]，兼具矿质养分供应，调节土壤酸性、提高土壤胶体性能和离子交换能力、改善土壤结构和微生态环境的作用[17]。目前，钾长石土壤调理剂在柑橘[18]、甘蔗[19]、水稻[20]等作物上有较好的增产增收效应，但在烟草上的应用研究还较少。【拟解决的关键问题】在曲靖核心烟区的中高肥力土壤上，研究氮磷钾减量配施钾长石土壤调理剂对烤烟产量、品质及肥料利用率的影响，以期为云南山地烟田土壤保育及减肥增效提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

2021年4—9月在曲靖市罗平县罗雄镇圭山(103°57′E，24°46′N，海拔1480 m，烤烟大田期4—9月平均降雨量1045.7 mm)的中高肥力土壤上进行。试验地土壤类型为黄壤，前茬为油菜，烤烟移栽前耕层(0～20 cm)土壤pH 5.76，有机质33.48 g/kg，水解性氮118.36 mg/kg，有效磷35.21 mg/kg，速效钾597.13 mg/kg，交换性钙894.39 mg/kg，交换性镁161.57 mg/kg，有效硼0.47 mg/kg，有效锌2.27 mg/kg，水溶性氯离子(Cl-)17.41 mg/kg。

1.2 供试材料

烤烟品种K326。肥料：烟草专用复合肥[m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=15∶8∶25]、硝酸钾(含N 13.5%，K2O 46.5%)、过磷酸钙(含P2O516%)和硫酸钾(含K2O 50%)。钾长石土壤调理剂(K2O 7%，SiO226%，Fe2O32%，CaO 21.5%，MgO 5.0%，pH 7.5)由云南高意匠科技有限公司提供。

1.3 试验设计

采用随机区组设计，设置6个处理：处理T1(CK1)，烟农常规施肥；处理T2，土壤调理剂+烟农常规施肥；处理T3，土壤调理剂+减施氮磷钾20%；处理T4，土壤调理剂+减施氮磷钾40%；处理T5，土壤调理剂+不施任何肥料；处理T6(CK2)，不施任何肥料(CK2)。每个处理设3次重复，小区面积60 m2，各小区栽烟80株。烟苗选用漂浮育苗，于2021年5月9日移栽，株行距0.6 m×1.2 m，栽后覆膜，烟株团棵期揭膜。烟株大田期N、P2O5、K2O施用量见表1。其中土壤调理剂、氮和磷肥全部基施；钾肥70%基施，30%追施，分别在烟株第8、12片新叶长出时对水浇施，其他管理与当地优质烟生产相同。

表1 不同试验处理肥料施用量

1.4 样品采集及测定

1.4.1 土壤 在烤烟采收结束，每小区用土钻按“S”形5点取样法，采集根际土样(烟株茎周边5～10 cm，0～20 cm耕层)。参照鲍士旦[21]的方法对土壤养分含量进行测定。

1.4.2 烤烟农艺指标 在采烤前及烤烟移栽50 d，以小区为单元，选择长势一致且具代表性烤烟8株，按YC/T142—2010方法[22]，测量株高、茎围、叶片数、烟叶长和宽，计算叶面积、叶面积系数。

1.4.3 产量及经济性状 按小区分批次分别挂牌采收、编秆、烘烤，按GB 2635—92[23]标准分级，计算上等烟比例、产量、产值、产指和级指。

1.4.4 初烤烟叶化学成分测定及可用性指数 采集各小区B2F(上橘二)、C3F(中橘三)等级烟叶。采用AA3型连续流动分析仪测定总糖和还原糖(YC/T 159—2002)[24]、总氮(YC/T 161—2002)[25]、烟碱(YC/T 468—2013)[26]、钾(YC/T 217—2007)[27]和水溶性氯含量(YC/T 162—2011)[28]。计算烟叶化学成分可用性指数(Chemical components usability index, CCUI)[29]。

1.4.5 烟株氮、磷和钾 在烤烟采烤时，固定烟株6株/小区，分3次采收上、中、下部烟叶。最后1次一并采收根、茎、叶，清洗烟株，置于105 ℃杀青30 min，80 ℃烘干，称重并粉碎混匀作待测样。按NY/T 2017—2011[30]标准测定烟株氮、磷、钾。肥料表观利用率和生理利用率，计算公式[29]如下。

肥料表观利用率(%)=(施肥区烤烟养分吸收量-空白区烤烟养分吸收量)/肥料施用量×100

肥料生理利用率(%)=(施肥区烟叶产量-空白区烟叶产量)/(施肥区烟株吸收养分量-空白区烟株吸收养分量)×100

1.5 数据处理

采用 Microsoft Excel 2010和SPSS 19.0 统计分析，用最小显著差异(LSD)多重比较。

2 结果与分析

2.1 氮磷钾减量配施钾长石土壤调理剂对烟株根际土壤养分含量的影响

由表2可知，处理T1(CK1)和处理T6(CK2)的pH分别为6.01、5.92，土壤偏酸性，施土壤调理剂的处理T2、T3、T4和T5比处理T1(CK1)显著提高0.37～0.61。与处理T1(CK1)相比，土壤有机质含量处理T2、T3、T4和T5分别增加5.75%、3.07%、5.33%和1.73%；水解性氮含量处理T2、T3、T4显著增加42.28%、31.79%和24.61%；土壤有效磷和速效钾处理T2、T3分别显著增加36.36%、25.14%和20.93%、10.71%；交换性钙含量处理T2显著增加9.65%，处理T3、T4差异不显著；交换性镁含量处理T2、T3、T4分别显著增加28.81%、25.85%、11.06%，表明施用钾长石土壤调理剂能够改良土壤pH和增加土壤的有效养分含量。

表2 处理烟田土壤有效养分含量的变化

2.2 氮磷钾减量配施钾长石土壤调理剂对烤烟农艺性状的影响

由表3可知，不施肥处理烟株总体长势较差。烤烟移栽50 d，与处理T1(CK1)相比，株高、茎围、叶片数、叶面积及叶面积系数处理T2、T3、T4、T5均差异不显著。烤烟采烤前，株高、茎围、叶片数、叶面积和叶面积系数处理T2、T3、T4与处理T1(CK1)差异不显著，而显著高于处理T5和6(CK2)。表明仅施土壤调理剂(处理T5)不能满足烟株生长所需营养，烟株长势减弱，但在烟农常规施肥的基础上减氮磷钾20%或40%，同时配施钾长石土壤调理剂可促进烤烟生长发育。

表3 不同处理对烟株农艺性状的影响

2.3 氮磷钾减量配施钾长石土壤调理剂对烤烟经济性状的影响

由表4可知，处理T5和T6(CK2)烟叶上等烟比例、产量、产值均较低。上等烟比例处理T2、T3、T4比处理T1(CK1)分别显著增加6.25%、4.53%和5.37%。烟叶产量处理T2、T3比处理T1(CK1)显著增加11.13%、17.13%，产值处理T2、T3比处理T1(CK1)分别增加32.91%和28.99%，处理T2、T3产指结果与产值相似，级指以处理T2、T6(CK2)最高。与处理T6(CK2)相比，处理T5的产量、产值分别显著提高51.63%、48.70%。表明配施钾长石土壤调理剂与CK1等量或减少氮磷钾肥20%，对增加烟叶产量、产值作用效果明显。

表4 不同处理对烤烟经济性状的影响

2.4 氮磷钾减量配施钾长石土壤调理剂对烟叶化学成分的影响

从表5可以看出，不施肥处理T5和T6的上、中部烟叶总糖和还原糖含量均显著高于其他处理。在施肥的4个处理中，上、中部烟叶总糖含量分别为30.19%～34.68%、25.46%～28.07%，均值分别为32.69%、26.84%，而烟叶还原糖分别为18.53%～20.91%、19.54%～22.19%，平均值分别为19.48%、20.58%。与处理T1(CK1)相比，上中部烟叶总糖和还原糖含量均随氮磷钾施用量的减少而增加。处理T1、T2、T3和T4上中部烟叶总氮含量分别为2.18%～2.45%、2.12%～2.57%，均值分别为2.28%、2.35%；烟叶烟碱含量分别为1.88%～2.26%、2.93%～3.24%，均值分别为2.03%、3.04%；上、中部烟叶总氮、烟碱含量处理T2、T3、T4、T5和T6(CK2)均显著低于处理T1(CK1)。4个施肥处理上、中部烟叶钾含量分别为1.82%～2.29%、2.47%～3.04%，均值分别为2.01%、2.73%，上部烟叶钾含量以处理T2最高，比处理T1(CK1)显著增加13.93%，处理T2、T3中部烟叶钾含量比处理T1(CK1)分别显著增加23.08%、11.74%。4个施肥处理上、中部烟叶水溶性氯含量分别为0.24%～0.34%、0.57%～0.71%，均值分别为0.30%、0.66%；其中，上部烟叶水溶性氯含量各处理差异不显著，下部烟叶处理T5、T6(CK2)显著低于处理T1(CK1)。从化学成分可用性指数(CCUI)来看，上部和中部烟叶CCUI均以处理T2、T3最高，且与处理T1(CK1)差异显著，处理T5显著高于处理T6(CK2)。表明施用钾长石土壤调理剂降低了烟叶总氮和烟碱含量，提高钾含量，使烟叶化学成分更加协调。

表5 不同处理对上部和中部烟叶化学成分的影响

2.5 氮磷钾减量配施钾长石土壤调理剂对烤烟肥料利用率的影响

从表6可知，处理T2、T3和T4的氮素表观利用率和氮素生理利用率分别为33.43%～36.21%和31.49%～33.18%，比处理T1(CK1)分别显著增加3.88%～12.52%和15.99%～22.21%，处理T5比处理T1(CK1)分别显著减少14.48%、2.17%。处理T2、T3和T4的磷素表观利用率在 6.13%～6.72%，比处理T1(CK1)分别显著增加14.09%、6.62%和4.07%；而磷素生理利用率则比处理T1(CK1)分别显著增加20.14%、13.58%和5.62%；处理T5的磷素表观利用率和生理利用率比处理T1(CK1)分别显著减少12.22%、12.88%。处理T2、T3和T4的钾素表观利用率为32.48%～34.53%，比处理T1(CK1)分别显著增加10.53%、4.39%和3.97%；钾素生理利用率为31.34%～33.52%，比处理T1(CK1)分别显著增加9.94%、4.72%和2.79%；处理T5的钾素表观利用率和生理利用率比处理T1(CK1)分别显著减少7.07%、9.22%。表明在施用氮磷钾的基础上配施钾长石土壤调理剂可显著提高烤烟氮磷钾肥料利用率。

表6 不同处理对烤烟氮磷钾肥料利用率的影响

3 讨 论

3.1 钾长石土壤调理剂对烟叶产质量的影响

已有研究表明，土壤中施用钾长石土壤调理剂可补充土壤流失的矿质元素，减少化肥用量，且可调节土壤酸碱性、提高土壤胶体性能和离子交换能力、改善土壤结构和微生态环境[17]。本研究发现，与常规施肥或不施肥相比，施土壤调理剂后土壤有机质含量无显著变化，土壤pH 可提高0.37～0.61，土壤水解性氮、有效磷、速效钾、交换性钙和镁显著增加，同沈延彬[16]、李荣[17]和蒙园园等[31]研究结果相一致，这与钾长石土壤调理剂具有独特的多孔隙结构和丰富的表面含氧极性管能团，可减少土壤磷、钾的流失，具有较高的离子交换能力和吸附性能，可提高交换性钾、钙、镁等有关[16]。同时，本研究在施土壤调理剂900 kg/hm2的基础上，减施氮磷钾20%，仍能使烟叶等级结构、产量、产值显著提高，说明土壤调理剂使土壤肥力得到提升，且其增产效果在柑橘[18]、甘蔗[19]、水稻[20]等作物上也得到印证。许多研究表明，增施镁、钾肥能促进烟株叶片光合作用和新陈代谢，提高烟叶钾、镁含量，从而达到改善烟叶品质的作用[10-13]。本研究表明，与单施化肥相比，施土壤调理剂增加烟叶总糖、还原糖和钾含量，降低总氮、烟碱含量，使烟叶化学成分更协调，进一步说明钾能促进烟株NO3-N的吸收和转运，改善氮磷钾营养，使氮素释放速率与烤烟养分吸收规律较一致，从而提升烟叶品质[32]。本研究，钾长石土壤调理剂对中部烟叶总氮和烟碱含量的影响大于上部烟叶，这可能是施用土壤调理剂后土壤有机氮增加，引起上部烟叶氮素积累速度高于中部叶，转移速度小于中部所致[33]。

3.2 钾长石土壤调理剂对烤烟肥料利用率的影响

有研究表明，施用土壤调理剂可增加土壤钾素库容及供钾能力、氮磷吸收利用率[14-15]。本研究中，与常规施肥相比，配施钾长石土壤调理剂可显著提高氮磷钾表观利用率及生理利用率，促进烟株氮、磷、钾吸收，这与陶远征等[14]研究结果相似，原因可能是钾长石土壤调理剂富含钾、硅、钙、镁等元素，其在维持烟株体内养分平衡方面起着重要作用，从而促进烟株对氮、磷、钾养分的吸收[13]。另一方面，土壤调理剂中的高钙高镁提高了有益菌鞘脂单胞菌属(Sphingomonas)的相对丰度及蔗糖酶、过氧化氢酶活性[34]，有助于改善土壤环境，从而促进烟株根际吸收营养。同时，解钾细菌促进土壤及钾长石中钾素的吸附能力[35]。本研究采用根区施肥，促进了肥料扩展空间与根区空间的有效吻合，这对增加肥料利用率也发挥了一定的作用[36]。同时，关于土壤调理剂对不同土壤类型的效应、施肥位点及年限、效应持久性、根际微生物的影响，需进一步深入研究。

4 结 论

施用钾长石土壤调理剂可以改良烤烟根区土壤酸化性状，提高烟株根区土壤肥力。在云南省罗平县酸化土壤上，以氮磷钾施用量N 82.5 kg/hm2、P2O5123.75 kg/hm2、K2O 247.5 kg/hm2为基准，等量或减施氮磷钾20%并配施钾长石土壤调理剂可促进烟株生长，提高烟叶产量和品质，促进烟株对氮、磷、钾肥的吸收和利用。