連續多年施用硫酸鉀肥對煙田土壤及煙株硫素含量的影響

張繼光，梁洪波，申國明，董建新*，張清明，陳向東，吳元華，查 婷，于海容

（1.農業部煙草生物學與加工重點實驗室，中國農業科學院青島煙草資源與環境野外科學觀測試驗站，中國農業科學院煙草研究所，青島 266101；2.土壤與農業可持續發展國家重點實驗室，中國科學院南京土壤研究所，南京 210008；3.福建省煙草公司三明市公司，福建 三明 365000；4.貴州中煙工業有限責任公司，貴陽 550001）

硫作為植株吸收的第四大營養元素，在植物體內發揮著重要的生理作用，硫也是土壤中的主要元素之一[1]，隨著土壤風化及土壤的形成，硫酸鹽能不斷從土壤中釋放出來，從而被植物根系吸收變成植株內的有機硫及微生物組織[2]。土壤硫素對烤煙生長發育和品質形成具有重要意義，硫缺乏和過量均不利于煙草正常生長。當土壤中的有效硫缺乏時，煙草上部葉片失綠黃化，下部葉片早衰，生長停滯，烤后煙葉的可溶性蛋白質含量降低；當土壤有效硫含量過高時，烤煙的產量降低，煙葉品質下降，煙葉化學成分的協調性差，煙葉的燃燒性、香氣質、香氣量和吃味均受到不同程度的影響[3]。

在煙草農業生產上，由于施用的肥料多是含硫肥料及煙草的選擇性吸收，缺硫對煙草生長及煙葉品質的影響在目前生產中尚不多見[4]。相反，伴隨著人們對鉀肥重要性認識的提高及其他鉀肥資源的限制，硫酸鉀施用量越來越高，這容易給土壤帶入過量硫素，加之過磷酸鈣和有機肥中也含有一定量的硫，此外干濕沉降也會帶入部分硫，這使得土壤及煙葉中硫含量不斷提高。一些研究認為煙葉中的硫與其燃燒性和香吃味具有顯著的負相關關系，過量的硫素營養將會降低煙葉的可用性，使煙葉色澤黯淡，燃燒性變差，導致煙葉品質下降[5-6]。目前硫過量問題已經引起了煙草業界的普遍關注，美國等煙草先進生產國已規定煙葉中硫的最高含量是0.7%[7]，我國也將煙葉中的硫含量作為煙葉品質的重要評價指標之一。

鑒于硫元素豐缺對煙草生長發育及煙葉產、質量的重要性，以及煙田存在大量施用硫酸鉀肥提升煙葉含鉀量的現實情況，開展煙田土壤及植株硫素營養及其調控研究顯得十分重要。近年來，關于土壤硫素的形態、轉化和利用等方面的研究報道較多[4,8-11]，但對煙草根際有效硫的動態及硫素積累分配的關注較少，研究連續使用硫酸鉀后土壤硫素的時空變化特征及其在煙草不同部位的積累分配規律，為指導煙田合理施用含硫肥料，實現煙田土壤的定向培育和煙葉質量提升具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

硫酸鉀肥定位試驗設置在中國農業科學院青島煙草資源與環境野外科學觀測試驗站（118.011o～120.033oE，36.007o～ 36.057oN）內。該試驗站位于青島即墨市龍泉鎮石門村，屬暖溫帶半濕潤季風氣候區，光熱資源充足，年平均氣溫12.7 ℃，無霜期年均190 d，年均降水量750 mm，土壤類型為棕壤，具有良好的區域代表性，適宜各種類型的煙草種植。試前土壤的基本理化性質為pH（H2O，1∶2.5）6.0，有機C含量9.39 g/kg，有效硫含量34.43 mg/kg，全N、全P及全K分別為0.98、1.42 和15.83 g/kg，堿解N、有效P（Olsen-P）及速效K（NH4OAc-K）分別為60.3、12.9和102 mg/kg。

1.2 試驗設計

該定位試驗始于2009年，試驗設4個處理（對照、低S、中S和高S），每個處理3次重復，隨機區組排列。每個重復小區面積為22 m2，栽煙40株，行距1.1 m，株距0.5 m，品種為NC89，種植制度采用煙草-冬閑制。

試驗用肥料為煙草專用復合肥（含N、P2O5、K2O及S分別為15%、15%、15%、12%）和硫酸鉀（含K2O及S分別為50%、18%），按不同的氮磷鉀比率進行配施，全部肥料在起壟時條施，作基肥一次性施入，具體試驗處理及施肥量見表1。

表1 各試驗處理的養分施用量Table1 N, P2O5, K2O and S rates of each treatment

1.3 樣品采集與測定

1.3.1 土壤樣品 2011年在烤煙生長的3個主要生育期，即旺長期（2011-07-15）、現蕾期（2011-08-19）和成熟期（2011-09-20）分別采樣。每個小區每次取帶土煙株3棵，采用抖根法采集煙草根際土，同時取壟體上兩顆煙之間的0～20 cm耕層土樣作為煙草根外土，各生育期的根際土及根外土帶回實驗室，風干過篩后測定土壤有效硫，并取烤煙成熟期的煙草根際土和根外土測定土壤全硫含量。土壤有效硫及全硫含量的測定均采用硫酸鋇比濁法[12]。

1.3.2 煙株樣品 在烤煙的旺長期，取樣煙株分 3個部位（根、莖、葉），在成熟期，分6個部位（根、莖、下部葉、中部葉、上部葉和花序）制樣，樣品經105 ℃殺青30 min，65 ℃恒溫烘干稱重，計算煙株各部分生物量，粉碎過100 目篩后測定其全硫含量。煙株樣品的全硫含量測定采用濃硫酸-雙氧水消化法[12]。

1.4 數據處理

數據的統計分析采用SPSS 13.5軟件進行，不同處理間的差異顯著性水平采用LSD法進行檢驗。

2 結 果

2.1 煙草根際及根外土有效硫的動態

煙草根際及根外土有效硫的動態如圖1所示，總體上根際土有效硫含量隨生育期變化不大。在烤煙旺長期（07-15），根際土有效硫以CK處理最高（39.02 mg/kg），其他3個施硫處理間的差異不大；其原因可能是CK與其他處理相比，煙草根系的硫輸出遠低于從土壤獲得的硫補給。在現蕾期（08-19），根際土的有效硫含量在各處理間無顯著差異；在成熟期（09-20），根際土有效硫含量隨硫酸鉀用量增加呈增加趨勢，高S處理的有效硫含量與低S處理相比差異顯著，但與CK無顯著差異。

根外土有效硫含量隨生育期的變化主要受前期施肥的影響，即均隨著硫酸鉀用量的增加而增加，具體表現為：高 S＞中 S＞低 S＞CK。施硫酸鉀肥處理的有效硫含量均在旺長期時最高，其中高S處理的含量最高為201.29 mg/kg，CK處理最低僅為29.21 mg/kg。在現蕾期和成熟期，硫酸鉀肥施用對根外土有效硫的影響減弱，表現為硫酸鉀肥處理的根外土有效硫含量與CK處理間的差值在減小。其原因可能是旺長期之后，土壤中硫的輸入量減少，同時煙草對硫的吸收量迅速增加，而且該時期降水量較大，容易造成土壤有效硫的嚴重淋失[13]。在整個生育期中，CK處理的有效硫含量變化不大，說明該處理在煙草生育過程中的硫素輸入、輸出基本保持平衡。

2.2 成熟期烤煙根際及根外土全硫含量的差異

在烤煙成熟期，從各處理根際及根外土的土壤全硫含量變化可以看出（圖2），土壤全硫含量受根系及施肥量的顯著影響。在根際土及根外土中，土壤全硫含量均隨硫酸鉀肥施用量的增加而顯著增加。根際土及根外土中全硫含量均以高S處理最高，其含量分別是0.08和0.171 g/kg，中S處理次之。除CK外，其他3個處理均表現為根外土中的全硫含量高于根際土，特別是中S和高S處理的烤煙根外土全硫含量顯著高于根際土。

圖1 不同處理煙草根際土及根外土有效硫動態Fig.1 Dynamics of soil available S content in and out rhizosphere of different treatments

2.3 旺長期煙株全硫狀況

圖3顯示了旺長期煙株各部位全硫的質量分數及其累積量。從圖中可以看出，煙株各部位全硫的質量分數整體上以葉部最高，其次是煙莖，煙根最低，但CK處理的根部全硫質量分數稍高于莖部。在試驗各處理中，高S處理的葉部含硫量最高，為0.59%；低 S處理的根部含硫量最低，為0.28%。基于煙株各部位的生物量，計算出各部位的全硫積累量也具有類似趨勢，其全硫積累量順序為：葉部 ＞ 莖部 ＞ 根部，特別是葉部的硫積累量隨硫酸鉀用量的增加而顯著增加。

圖2 不同處理煙草根際土及根外土全硫含量差異Fig.2 Soil total S content difference in and out rhizosphere in different treatment

圖3 旺長期煙株各部位全硫的質量分數及其硫素累積量Fig.3 The content and accumulation of total S in different parts of tobacco plant at vigorous growth stage

2.4 成熟期煙株全硫狀況

成熟期各處理煙株不同部位的全硫質量分數如表2所示，總體上，除根部外煙株其他部位的全硫含量均隨硫酸鉀肥用量的增加而增加，其中莖的全硫含量受施肥的影響相對較小。各部位全硫質量分數的總體順序為：下部葉＞中部葉＞上部葉＞花序＞莖＞根。其中高 S處理的下部葉全硫質量分數最高為1.01%，其次是中部葉，全硫質量分數也達0.82%。且各施硫處理葉部的全硫質量分數較旺長期時有明顯增加。

圖4為成熟期不同處理煙株各部位的硫素積累量及其分配率。從圖中可以看出，低S和中S處理的中部葉及上部葉的全硫積累量，均與莖部積累量相當；而CK和高S處理的全硫積累量則顯著高于莖部。從煙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%，莖部是13.2%～22.1%，葉部是 59.0%～77.5%，其中下部葉是12.2%～15.7%，中部葉是22.3%～35.7%，上部葉是21.0%～32.2%，花序僅占0.01%～0.07%，且各部位的全硫分配率受施肥量影響較小。

表2 各處理煙株不同部位的全硫質量分數 %Table2 The content of total S in different parts of tobacco plants %

圖4 成熟期煙株各部位的硫素積累量及其分配率Fig.4 The accumulation and distribution of total S in different parts of tobacco plants at mature stage

3 討 論

作物對硫的吸收主要由根系從土壤中吸收，一般占植物吸硫總量的 2/3[14]，主要是在根毛區以SO42-的形式從土壤溶液中吸收。此外，作物冠層及其氣孔也能從大氣沉降中吸收硫元素，從大氣中吸收的量取決于土壤供硫量和大氣中硫化物的濃度。當土壤供硫不足時，大氣中低濃度的SO2和H2S也能為煙草地上部吸收以提供部分硫營養[8]。有研究表明，肥料硫施入土壤后，土壤硫濃度會明顯增加，但幾個月后，由于植株吸收、流失或同化為有機質而降低，并且發現植株的硫含量與土壤初始硫存在顯著相關性（r = 0.72）[15]。本研究結果也顯示，在施肥后的旺長期，各施肥處理根外土的有效硫含量最高，但在隨后的現蕾期和成熟期，其含量迅速降低并保持平穩狀態，這與煙株的吸收及淋流失損失等造成的輸入輸出變化有關。

一般煙葉全硫含量在0.2%～0.7%范圍內，硫元素在根、莖、葉、頂杈的含量分布為頂杈＞葉＞根＞莖[16]，這與本研究結果稍有不同。本試驗各處理均顯示葉部全硫含量最高，其次是花序，根莖含量差別不大。硫素的運轉取決于該部位細胞組織的硫素供應以及其他部位對硫素的需求狀況，一般情況下，硫素不發生移動，在代謝加強或者是硫脅迫時才會出現硫的轉移[17]。另外，煙草體內硫元素含量的變化分布是不均一的，與部位密切相關。由于煙株上不同部位煙葉營養條件不同，硫元素含量也有很大差異，本研究中不同葉位間全硫含量表現為下部葉＞中部葉＞上部葉，這與劉勤等[18]在紅壤和潮土上盆栽試驗的研究結果一致。

在影響煙葉含硫量的因素中，除土壤硫含量為重要因素外，硫肥施用量的影響也十分顯著。隨施硫量增加，根際土及根外土中的有效硫含量明顯上升，由于在根區有充足可利用硫，煙葉硫含量會顯著升高，甚至超過通常認為的最高臨界值0.7%[19]。本研究中，成熟期高S處理的下部葉及中部葉的全硫含量分別是1.01%和0.82%，已經超過臨界值，將會嚴重影響煙葉的品質。但 Marchand等[20]的研究認為即使施用800 kg/hm2硫酸鉀，也只使煙葉硫的最大濃度達到0.49%，尚保持在臨界值以下。結果不一致的原因可能與各研究點的土壤全硫量及其有效性有關，也與硫酸鉀的利用率及淋流失等損失有關。因此，在不同地區的煙葉生產中，要因地制宜施用含硫肥料，特別根據土壤及煙葉中硫元素的含量情況，合理調控含硫肥料（如硫酸鉀、過磷酸鈣及含硫復合肥等）的施用，防止因施入土壤硫素過量而帶來煙葉品質的負面影響。

4 結 論

（1）在山東棕壤煙田進行的連續 3年硫酸鉀肥定位試驗顯示，根際土的有效硫含量隨烤煙生育期及施肥量的變化不大，但根外土與此不同，其有效硫含量隨施肥量的增加而增加，且各生育期中以旺長期最高，隨后急劇下降。

（2）土壤全硫含量受根系及施肥量的顯著影響，在煙草根際土及根外土中，土壤全硫含量均隨硫鉀肥施用量的增加而顯著增加。

（3）硫酸鉀肥的施用顯著增加了葉部的全硫含量及其積累量，對莖部硫含量及積累量的影響次之，對根部影響最小。各處理中全硫的分配率均為葉部＞莖部＞根部，且葉部以中部及上部葉為主。

（4）連續3年施用含硫為125.4 kg/hm2的肥料后，烤煙不同葉位的硫含量均達到0.7%臨界值及以上。因此，應根據土壤及煙葉中硫含量的情況，合理規范硫酸鉀類肥料在煙草生產中的施用量。

[1]王慶仁，林葆.植物硫營養研究現狀與展望[J].土壤肥料，1996，29（3）：16-19.

[2]Aguilera M, Mora, M L, Borie G, et al.Balance and distribution of sulphur in volcanic ash-derived soils in Chile[J].Soil Biology & Biochemistry, 2002, 34(9)∶1355-1361.

[3]許自成，王林，肖漢乾，等.湖南煙區烤煙硫含量與土壤有效硫含量的分布特點[J].應用生態學報，2007，18（11）：2507-2511

[4]王照林，張曉海，王平華，等.烤煙對硫素的田間吸收利用規律研究[J].云南農業大學學報，2004，19（1）：105-109.

[5]張曉海，王紹坤.利用35S研究烤煙對S的吸收分配與再分配[J].云南農業大學學報，2001，16（2）：64-69.

[6]鄧小華，周冀衡，趙松義，等.湖南烤煙硫含量的區域特征及其對煙葉評吸質量的影響[J].應用生態學報，2007，18（12）：2853-2859.

[7]曹志洪.優質烤煙生產的鉀素與微肥[M].北京：中國農業科技出版社，1995：36-46.

[8]劉勤，曹志洪.煙草硫素營養與煙葉品質研究進展[J].土壤，1998，30（6）：320-323，327.

[9]胡正義，曹志洪.我國南方地區典型土壤有機硫礦化速率及供硫潛力研究[J].中國農業科學，1999，32（6）：69-74

[10]劉勤，賴輝比，曹志洪.不同供硫水平下煙草硫營養及對N、P、Cl等元素吸收的影響[J].植物營養與肥料學報，2000，6（l）：63-68

[11]Eriksen J.Gross sulphur mineralisation–immobilisation turnover in soil amended with plant residues[J].Soil Biology & Biochemistry, 2005, 37(12)∶ 2216-2224.

[12]魯如坤.土壤農業化學分析方法[M].北京：中國農業科技出版社，2000.

[13]劉寶存，吳 靜，孫明德.京郊小麥-玉米輪作土壤有效硫的動態變化[J].植物營養與肥料學報，2000，6（1）：58-62

[14]朱英華.烤煙硫營養特性及其調控技術研究[D].長沙：湖南農業大學，2008.

[15]Eriksen J.Sulphur cycling in Danish agriculture soils：inorganic sulphate and plant uptake[J].Soil Biology &Biochemistry, 1997, 2(9-10)∶ 1379-1385.

[16]賓柯，周清明，楊虹琦，等.煙草硫素營養研究現狀與展望[J].作物研究，2007，21（5）：719-721.

[17]邵惠芳，任曉紅，喬寧，等.煙草硫素營養研究進展[J].中國農學通報，2007，23（3）：304-307.

[18]劉勤，張新，賴輝比，等.土壤烤煙系統硫素營養研究[J].中國煙草學報，2000，6（3）：14-17.

[19]Tso T C.Production, Physiology and Biochemistry of Tobacco Plant[M].IDEALS, Inc.Beltsville, Maryland USA, 1990∶ 341-342.

[20]Marchand M.不同鉀肥品種對煙草產量與化學成分的影響研究[J].中國煙草科學，1997（2）：6-11.