腐殖酸钾不同追施时期对土壤钾素与烤烟含钾量的影响

杨军伟, 康 博, 曾庆宾*, 李 冰*, 王昌全, 陈 沛, 王宇森

(1.四川省烟草公司 攀枝花公司, 四川 攀枝花 617000; 2.四川农业大学 资源学院, 四川 成都 611130)

0 引言

【研究意义】土壤钾素与烟草的生长发育、抗旱抗病性以及烟叶燃烧性、口吃味等密切相关,烤烟烟叶含钾量是评价烟叶品质的重要指标之一[1-3]。一般而言,优质烟叶的钾含量应大于3%[4]。攀枝花作为西南地区典型的烤烟生产基地,当地主栽烤烟品种云烟85、云烟87的烟叶含钾量较低,严重限制当地烟叶的品质提升和特色烟叶生产[5-6]。当地烤烟栽培重基轻追,一次追施硫酸钾的施肥习惯与烤烟钾吸收规律不匹配,可能是导致烟叶含钾量较低的重要原因[7]。因此,研究烤烟生产中合理施钾措施对提高地区烟叶含钾量具有重要现实意义。【前人研究进展】烤烟对钾素的吸收积累在移栽后40～60 d快速增加,打顶后钾吸收缓慢并出现负增长趋势,这是由于烟株打顶后体内钾素存在根部外排现象[8]。而通过打顶后追施一定量的钾肥可提高烤后烟叶含钾量[9]。腐殖酸钾肥是以具有特殊功能的腐殖酸为原料制成的高分子有机钾肥[10-11]。盖亚波等[12]研究表明,施用腐殖酸钾烟叶的钾含量分别较施用硝酸钾、硫酸钾的高14.56%、25.24%;匡岗等[13]研究发现,随腐殖酸钾施用量增加,烤后烟叶钾含量呈增加趋势,且在降低烟叶烟碱含量和促进烟叶主要化学成分的比例协调方面具有明显效果。【研究切入点】腐殖酸钾在土壤改良和烤烟提质增产方面的效果研究已得到证实和应用推广,但有关腐殖酸钾不同施肥时期对土壤钾素和烟叶钾含量的影响研究鲜有报道。【拟解决关键问题】以云烟85为试验材料,探究腐殖酸钾肥替代2/3硫酸钾不同追施时期对土壤钾素和烟叶钾吸收积累的影响,旨在为烤烟生产合理施用钾肥提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验在四川省攀枝花市米易县普威镇新农村进行,海拔1 725 mm,年均气温14～16 ℃,年均降雨量1 850 mm,光照充足,属典型亚热带半湿润气候。供试土壤为红壤性水稻土,土壤pH 6.05,有机质20.90 g/kg,全氮1.30 g/kg,碱解氮91.20 mg/kg,速效磷15.88 mg/kg,速效钾104.12 mg/kg。

1.2 试验材料

1.2.1 烤烟 供试烤烟品种为云烟85,由攀枝花市烟草公司提供。

1.2.2 肥料 烟草专用复合肥(N∶P2O5∶K2O=10∶15∶25)、硝酸钾(N∶P2O5∶K2O=14∶0∶44)、过磷酸钙(含P2O512%)、硫酸钾(含K2O 50%)、腐殖酸钾(含K2O 25%,腐殖酸≥55%,pH 9.0～10.0)均购自四川金叶化肥有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 试验设计 田间试验采用随机区组排列,设4个处理:CK,烤烟移栽后30 d一次性追施硫酸钾225 kg/hm2;在烤烟移栽后30 d、50 d和70 d各施1/3硫酸钾基础上,将剩下2/3硫酸钾以腐殖酸钾(150 kg/hm2)形式分别于移栽后30 d(T1)、50 d(T2)和70 d(T3)追施。每处理3次重复,共12个小区,每小区栽烟60株,小区面积50 m2,行株距为1.2 m×0.6 m。

所有处理养分总投入量一致,为当地常规肥料施用量,N 105.3 kg/hm2、P2O5137.25 kg/hm2、K2O 400.05 kg/hm2。除追肥外,其他肥料施用方式及施用量为:基肥环施复合肥450 kg/hm2、过磷酸钙300 kg/hm2;追肥兑水浇施,为移栽后10～15 d追施硝酸钾270 kg/hm2,移栽后30 d追施复合肥225 kg/hm2。其他烤烟生产田间管理按当地优质烟叶生产技术进行。

1.3.2 调查项目及方法

1) 土壤钾含量测定。分别于烤烟团棵期(移栽后30 d)、旺长期(移栽后60 d)、成熟初期(移栽后90 d)、成熟后期(移栽后120 d)采集0～20 cm土层土壤样品,其中烤烟团棵期和成熟初期的土壤样品均在施腐殖酸钾肥前采样,土样自然条件下风干后拣去杂物,分别过1 mm和0.149 mm筛后装入密封袋,待测。土壤速效钾和缓效钾含量分别采用1 mol/L NH4OAc(pH7.0)溶液浸提法和1 mol/L热HNO3浸提法测定[14]。

2) 烟叶钾含量测定。烟叶样品采集分生育期和烤后烟叶2次进行。生育期于烤烟团棵期、旺长期和成熟初期进行采样,移栽后30 d采集整株烟叶混样,移栽后60 d和90 d分别采集上、中、下部烟叶,每小区随机采集3株混合样为1个样品,每处理3次重复。烟叶青样洗净后用吸水纸擦干,装纸袋于105 ℃下杀青30 min后降温至75 ℃烘干至恒重,粉碎后装入密封袋,待测;采烤后烟叶样品按常规烟叶采收、烘烤后,分上、中、下部叶采集,移栽后120 d所有烟叶样品采烤结束,以移栽后120 d表示采烤后烟叶样品。每小区取各部位烟叶混合样3份为1个样品,每处理3次重复,制样后粉碎,装入密封袋,待测。烟叶钾含量采用H2SO4-H2O2消煮-火焰光度计法测定[14]。

1.4 数据统计与分析

采用Excel 2010 和SPSS 20.0对试验数据进行统计分析与绘图。

2 结果与分析

2.1 土壤钾素的变化特征

从表1和表2看出,不同处理土壤的速效钾和缓效钾含量存在差异。速效钾:烤烟移栽后30 d、60 d、90 d和120 d土壤速效钾含量分别为197.56～203.53 mg/kg、257.49～283.06 mg/kg、187.22～270.18 mg/kg和178.25～200.73 mg/kg,除T3外,其他处理均以移栽后60 d达最高。在移栽后90 d和120 d施用腐殖酸钾处理较CK分别增加3.43%～44.31%和3.93%～12.61%,其中,在移栽后90 d,T3处理显著高于其他处理。缓效钾:烤烟移栽后30 d、60 d、90 d和120 d土壤缓效钾含量分别为182.96～204.44 mg/kg、290.96～340.44 mg/kg、295.66～314.57 mg/kg和275.10～290.74 mg/kg,除T3外,其他处理的土壤缓效钾含量均随烤烟移栽时间呈先升后降趋势,烤烟移栽后60 d各处理较移栽后30 d提高49.10%～82.20%;移栽后90～120 d,各处理缓效钾含量呈下降趋势。与移栽后60 d比,移栽后120 d各处理土壤缓效钾含量降幅为2.59%～19.19%,以CK处理降幅最大,T3降幅最小。总体看,腐殖酸钾处理均提高移栽60 d后土壤钾素含量,可有效维持后期烤烟生长的钾素供应。

表1 不同处理烤烟移栽不同时间后土壤的速效钾含量

表2 不同处理烤烟移栽不同时间后土壤的缓效钾含量

2.2 烟叶含钾量的变化特征

由图1可知,烤烟不同部位烟叶含钾量随生育进程表现的特征差异较大。上部叶:烤烟移栽后30 d、60 d、90 d和120 d上部叶钾含量分别为2.22%～2.24%、2.86%～3.41%、1.50%～2.69%和1.87%～2.19%,除T3外,烟叶钾含量随烤烟生育进程呈先升后降趋势。移栽后120 d,CK、T1和T2上部叶钾含量较移栽后90 d降低18.28%、4.35%和18.22%,T3提高46.07%,此时T2和T3烟叶含钾量均为2.19%。中部叶:烤烟移栽后30 d、60 d、90 d和120 d中部叶钾含量分别为2.22%～2.24%、2.99%～4.19%、1.57%～2.43%和2.01%～2.74%,移栽后60 d中部叶含钾量以T1最大,较其他处理增加26.20%～40.27%,且差异显著。CK、T2和T3处理对前期中部叶含钾量的提升效果较弱,但推迟施钾(T2和T3)表现二次上升特点。与移栽后90 d比,移栽后120 d T2和T3的中部叶钾含量增幅分别达33.66%和50.32%。下部叶:烤烟移栽后30 d、60 d、90 d和120 d下部叶钾含量分别为2.22%～2.24%、3.14%～3.75%、2.47%～3.64%和2.16%～2.80%,其中,移栽后60 d和90 d T2下部叶的持续供钾效果最好,2个时期的烟叶含钾量均>3.5%,分别较CK增加5.07%和显著增加31.05%。从整株烟叶平均含钾量看,烤烟移栽后30 d、60 d、90 d和120 d分别为2.22%～2.24%、3.20%～3.50%、1.88%～2.79%和2.03%～2.58%,各处理均在移栽后60 d达最高。与CK比,施用腐殖酸钾处理明显提升采烤后整株烟叶的平均含钾量,采烤后(移栽后120 d)以T2增幅最大,较CK显著提高26.98%。

注:不同小写字母表示差异达显著水平(P<0.05)。

总体看,除T1的上部叶外,各处理采烤后不同烟叶部位含钾量表现为施用腐殖酸钾处理烟叶>CK。其中,T1仅下部叶含钾量显著高于CK,其余部位和整株烟叶平均含钾量均与CK差异不显著;T2的中、下部位和整株烟叶平均含钾量均显著高于CK,上部叶含钾量与CK差异不显著;T3的上、中、下部位和整株烟叶平均含钾量虽较CK高,但差异均不显著。表明,过早施钾(T1)和过迟施钾(T3)均难以均衡维持采烤后各部位钾素供应,适当推迟(T2)追施时期可将腐殖酸钾追施效果最大化,有效提升各部位烟叶的钾含量。

2.3 土壤钾素与烟叶含钾量的相关性

由表3看出,移栽后30 d整株烟叶含钾量与土壤速效钾呈显著正相关(0.609),与缓效钾呈极显著正相关(0.729);移栽后60 d整株烟叶含钾量与移栽后30 d土壤缓效钾呈极显著正相关(0.909);移栽后90 d整株烟叶含钾量与移栽后60 d土壤速效钾、缓效钾均呈极显著正相关(0.843、0.909),与移栽后90 d土壤缓效钾呈显著正相关(0.609);移栽后120 d整株烟叶含钾量与土壤速效钾呈显著正相关(0.691),与缓效钾呈极显著正相关(0.949),与移栽后30 d土壤速效钾呈显著正相关(0.658)。上部叶:移栽后60 d烟叶含钾量与移栽后30 d土壤缓效钾呈显著正相关(0.660);移栽后90 d烟叶含钾量与移栽后60 d土壤速效钾、缓效钾均呈极显著正相关(0.827、0.911),与移栽后90 d土壤速效钾呈显著负相关(-0.604);移栽后120 d烟叶含钾量与移栽后30 d土壤速效钾呈极显著正相关(0.906),与移栽后90 d土壤速效钾呈显著正相关(0.614),与移栽后120 d土壤速效钾、缓效钾均呈极显著正相关(0.828、0.847)。中部叶:移栽后60 d烟叶含钾量与移栽后30 d土壤缓效钾呈显著正相关(0.708);移栽后90 d烟叶含钾量与移栽后60 d土壤速效钾、缓效钾均呈极显著正相关(0.729、0.903),与移栽后90 d土壤速效钾呈极显著负相关(-0.740),与土壤缓效钾呈极显著正相关(0.749);移栽后120 d烟叶含钾量与移栽后30 d土壤速效钾呈显著正相关(0.616),与移栽后120 d土壤缓效钾呈极显著正相关(0.867)。下部叶:移栽后60 d烟叶含钾量与移栽后30 d土壤速效钾呈显著正相关(0.613),与移栽后60 d土壤速效钾呈极显著正相关(0.743);移栽后90 d烟叶含钾量与移栽后60 d土壤速效钾呈显著正相关(0.613);移栽后120 d烟叶含钾量与土壤缓效钾呈极显著正相关(0.865)。

表3 土壤钾素含量与烟叶含钾量的相关系数

3 讨论

3.1 腐殖酸钾不同追施时期对土壤钾素的影响

土壤对烟株持续供应钾是提高烟叶含钾量的关键,钾肥种类及施用方式可使土壤中各种形态钾发生转化并产生新的平衡,改变土壤钾素含量[15-16]。适时追施钾肥可维持土壤较高的供钾强度,相比一次性基施钾肥,移栽后追施钾肥可提升土壤速效钾和缓效钾含量[17]。研究表明,不同施钾处理移栽后60 d土壤钾素含量较移栽后30 d明显增加,且表现为常规追钾处理>追施腐殖酸钾处理;但随着钾肥快速释放,土壤钾素含量随烤烟生育进程逐渐下降;追施腐殖酸钾处理均不同程度提高烤烟移栽后90～120 d的土壤速效钾含量,且土壤缓效钾降幅远低于常规追钾处理,与王振振等[18]的研究结论一致。腐殖酸作为一种具有高反应活性和较强吸附性能的有机物质,其活性功能团通过吸附或络合作用使得腐殖酸钾肥料具有一定的缓释性能[19-20]。研究结果显示,在等量钾素条件下,移栽后30 d追施腐殖酸钾处理烤烟在移栽后60 d土壤速效钾和缓效钾较移栽后30 d分别增长31.72%和56.62%,常规追钾处理分别增长42.48%和72.27%。研究表明,追施腐殖酸钾处理移栽后120 d土壤的速效钾和缓效钾含量降幅均较常规追钾处理低,与杜振宇等[21]的研究结论,即施用腐殖酸钾肥可减少土壤晶格对钾离子固定,释放一部分非交换性钾,并提高外源钾在土壤中有效性相吻合。

3.2 腐殖酸钾不同追施时期对烟叶含钾量的影响

烤烟整株、不同部位和不同叶位叶片对钾的积累和分配特征存在一定差异,不同施钾方式会直接影响烤烟生长需钾关键期的钾含量[15]。研究表明,烤烟随着生育进程其钾素吸收呈现“慢-快-慢”规律。烤烟吸收钾素高峰期大致集中在移栽后40～70 d[22-23]。杨铁钊等[24]认为,这段时间烟株对钾的积累量达全生育期的70%～80%。本研究也表明烤烟各部位含钾量均在移栽后60 d达高峰。而在烤烟打顶后,烟株前期吸收的大量钾离子由根系回流到土壤中,烟叶含钾量快速下降,钾素外溢现象导致采烤后烟叶含钾量较低。林鸾芳等[25]研究表明,移栽后60 d、70 d、90 d追施不同量钾肥处理均能促进烟株对钾的吸收,提高烟叶含钾量;研究表明,适当推迟(移栽后50 d追施腐殖酸钾)追施时期可将腐殖酸钾追施效果最大化,有效提升各部位烟叶的钾含量。李静等[9]研究表明,在烤烟移栽后55 d和80 d追施部分钾肥烟叶钾积累量降低比例比常规一次性追钾减少在15%以上,可有效利用中部叶成熟的第二次钾积累高峰期,减少烟叶钾素外溢,从而提高中、上部烟叶含钾量。本研究中,移栽后70 d追施腐殖酸钾处理烤烟的中部叶和上部叶含钾量也出现第二个含钾量峰值,其上部叶含钾量明显较常规追钾处理高。此外,李孟霞等[26]针对影响云南清香型烟叶化学品质的13个土壤因子分析表明,胡敏酸含量是影响烟叶化学品质的主要指标之一。施用腐殖酸钾肥可直接补充土壤腐殖酸,而随腐殖酸用量增加,烟叶钾含量呈递增趋势,尤其后期钾营养供给效果显著[27-28]。因此,在烤烟对钾的积累高峰期(移栽后50～60 d)追施钾肥,即适当推迟钾肥追施比例和时间,增加腐殖酸钾肥投入,有利于提高采烤后各部位烟叶含钾量。

3.3 土壤钾素与烟叶含钾量的相关关系

土壤钾素供应状况是影响烤烟含钾量的重要因素[29-30]。研究表明,不同生育期各部位烟叶含钾量与土壤速效钾、缓效钾含量呈极显著或显著相关关系。但烟叶含钾量与前一时期土壤钾素含量的相关性比同一个时期更显著,如移栽后60 d各部位烟叶含钾量均与移栽后30 d土壤钾素含量呈显著或极显著正相关关系;移栽后90 d上部叶、中部叶含钾量与移栽后60 d土壤速效钾、缓效钾含量均呈极显著正相关关系,下部叶含钾与移栽后60 d土壤速效钾含量呈显著正相关关系。说明从钾肥投入到钾素释放,再到被烟叶吸收是一个时间动态过程。同时腐殖酸可通过对钾素的吸附作用获得缓释效果[18,31],从而产生土壤钾素与烟叶含钾量错生育期相关的规律。此外,移栽后90 d各部位烟叶钾含量与移栽后90 d土壤速效钾含量呈负相关关系,且移栽后70 d追施腐殖酸钾处理烤烟移栽后90 d土壤速效钾含量显著高于其他处理,但其移栽后90 d中、上部位烟叶含钾量最低,而采烤后烟叶出现二次高峰,这为钾肥追施时期后移提供了有效的数据支撑,通过追施时期后移带来的钾素释放滞后来匹配烤烟吸钾的第二次高峰,且腐殖酸钾较低的释放速率可能会提升成熟期烟叶含钾量。

4 结论

腐殖酸钾不同追施时期土壤钾素和烟叶含钾量的变化特征差异较大。腐殖酸钾代替2/3硫酸钾追施处理烤烟移栽后90 d和120 d土壤速效钾含量较CK分别增加3.43%～44.31%和3.93%～12.61%,移栽后120 d土壤缓效钾含量较移栽后90 d的降幅均<5%,而常规施肥处理降幅达12.55%。烤烟生育期不同部位烟叶含钾量均呈先升后降趋势,均在移栽后60 d达高峰。与常规追钾处理比,移栽后30 d追施腐殖酸钾处理采烤后下部叶含钾量提高27.31%,移栽后50 d追施腐殖酸钾和70 d追施腐殖酸钾处理采烤后各部位烟叶含钾量分别提高14.06%～36.32%和14.06%～17.59%。不同生育期各部位烟叶含钾量与土壤速效钾、缓效钾含量呈显著或极显著相关关系,且烟叶含钾量与前一时期土壤钾素含量的相关性比同一个时期更显著。综合表明,烤烟移栽后50 d用腐殖酸钾代替2/3硫酸钾追施效果最佳,可满足烟株整个生育期土壤钾素的供应,有效维持土壤钾素平衡和提高成熟期烟叶含钾量,从而改善烟叶品质。