曲靖紅壤煙區(qū)有效鎂、速效鉀交互作用對烤煙鉀、鎂、鈣吸收及品質(zhì)的影響

張 森，王 林，許自成*，盧秀萍，解 燕，方 秀，穆 童，劉志宏，王競巧

(1.河南農(nóng)業(yè)大學煙草學院，河南 鄭州 450002；2.云南省煙草農(nóng)業(yè)科學研究院，云南 玉溪 653100；3.云南省煙草公司曲靖市公司，云南 曲靖 655000)

煙草作為一種經(jīng)濟作物，其產(chǎn)量和品質(zhì)受品種特性和環(huán)境的共同作用。在諸多環(huán)境因素中，土壤是烤煙生長的基礎，土壤礦質(zhì)元素供應能力不但影響元素自身豐缺指標，對其他元素的吸收也有很大影響[1]。鉀和鎂是烤煙生長成熟過程必需的營養(yǎng)元素，鎂既是組成烤煙葉綠素的金屬元素，又是光合作用中所必需的重要組分，對烤煙的生長發(fā)育、新陳代謝以及烤煙產(chǎn)量、質(zhì)量的形成有重要意義[2]；鉀是多種酶的活化劑，能促進煙株代謝，影響煙葉外觀品質(zhì)和內(nèi)在質(zhì)量，提高煙株抗逆性[3]。研究表明，迄今我國土壤鉀肥自給率約40%，在常規(guī)作物生產(chǎn)中鉀肥利用率小于45%，合理調(diào)控土壤養(yǎng)分使植物營養(yǎng)達到最優(yōu)是優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)的重要課題[4]。近年來，關于土壤有效鎂、速效鉀的報道已有很多：徐暢等[5]通過研究重慶市的土壤鎂狀況，發(fā)現(xiàn)施鎂能提高總糖、還原糖含量，提高上等煙比例，但鉀素含量卻隨著施鎂的增加而降低。王雅妮等[6]發(fā)現(xiàn)，隴南土壤鎂含量豐富，但煙葉卻有輕度缺鎂癥狀。郝浩浩等[7]發(fā)現(xiàn)，豫中土壤速效鉀含量與煙葉鉀含量、致香物質(zhì)含量極顯著相關。但Mg2+和K+是拮抗離子，關于兩者互作對烤煙品質(zhì)的影響鮮有報道。本文從曲靖中海拔紅壤煙區(qū)有效鎂、速效鉀含量狀況入手，分析了兩者交互作用對烤煙鉀、鈣、鎂吸收及烤煙品質(zhì)的影響，以期為合理施用鉀、鎂肥提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

采用GPS定位技術，連續(xù)兩年在云南曲靖中海拔紅壤煙區(qū)共9個縣(區(qū))進行相關取樣工作，代表性煙田的選擇綜合考慮烤煙種植區(qū)劃、地貌地形、成土母質(zhì)、土壤類型、輪作方式、烤煙品種和常年長勢等因素。為充分反映采樣單元土壤樣品的本底情況，采集避開雨季，趕在移栽前且未施用任何底肥。在煙田內(nèi)用“S”型取樣方式，共計采集0～20 cm耕層土壤樣品729個，用土鉆取同一采樣單元土樣10處并制成1.5 kg均勻混合樣，經(jīng)風干、去雜、研磨后過不同孔徑篩裝瓶待測定。

相應煙葉采用定葉位取樣法，在代表性煙田相應取烤后煙葉樣中橘三(C3F)3 kg，樣品的等級由專職評級人員參照“GB 2635—92烤煙”標準劃分，等級合格率達到85%以上。將煙樣進行烘干、研磨粉碎后過0.25 mm篩，供烤煙鉀、鎂、鈣及常規(guī)化學成分含量的測定。土壤樣品及對應烤后煙樣品采集點見表1。

表1 云南曲靖中海拔紅壤煙區(qū)生態(tài)環(huán)境區(qū)域[8]

1.2 測定方法

1.2.1 煙葉樣品

還原糖和總糖含量的測定采用3,5-二硝基水楊酸比色法(DNS)；總氮含量的測定采用濃硫酸-雙氧水消化法；煙堿含量的測定采用紫外分光光度計；烤煙鉀含量的測定采用火焰光度計；烤煙鎂、鈣含量的測定采用干灰化-原子吸收分光光度法；揮發(fā)酸和揮發(fā)堿含量的測定采用水蒸氣蒸餾酸堿滴定法[9]。石油醚提取物含量的測定采用YC/T 176—2003的方法[10]。感官評吸參照YC/T 138—1998[11]和單料煙9分制評吸方法[12]對煙樣的香氣質(zhì)等7項指標進行評定。

1.2.2 土壤樣品

土壤速效鉀含量的測定采用火焰光度法；土壤有效鎂含量的測定采用原子吸收分光光度法[13]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)處理與圖表制作采用Excel 2013和SPSS 21.0完成。

2 結果與分析

2.1 土壤有效鎂、速效鉀含量分析

2.1.1 土壤有效鎂、速效鉀總體分布

曲靖中海拔紅壤煙區(qū)土壤有效鎂含量豐富，平均314.10 mg·kg-1，高于湖南[14](278.40 mg·kg-1)和四川[15](265.20 mg·kg-1)，略低于河南[16](335.20 mg·kg-1)。全市土壤有效鎂整體變異較大，變異系數(shù)達65.60%。根據(jù)土壤有效鎂含量豐缺指標將其分為5類[8]：<50 mg·kg-1為土壤嚴重缺鎂；50～100 mg·kg-1為土壤輕度缺鎂；100～200 mg·kg-1為適宜含量；200～400 mg·kg-1為含量豐富；>400 mg·kg-1為含量極豐富。由圖1可知，全煙區(qū)土壤有效鎂含量分布為右偏態(tài)，集中分布于適宜及豐富含量范圍(100～400 mg·kg-1)。由表2可知，曲靖中海拔紅壤地區(qū)有9.6%的土壤需要適當增施鎂肥。

表2 土壤有效鎂、速效鉀含量狀況

曲靖中海拔紅壤煙區(qū)土壤速效鉀平均含量197.95 mg·kg-1，高于河南[17](101.05 mg·kg-1)、湖南[18](91.81 mg·kg-1)和湖北[19](123.60 mg·kg-1)，明顯低于四川[20](288.00 mg·kg-1)，處于適宜煙草生長范圍。全市土壤速效鉀含量差異大，變幅21.63～718.92 mg·kg-1。根據(jù)土壤速效鉀含量豐缺指標將其分為5類[8]：<80 mg·kg-1為土壤嚴重缺鉀；80～150 mg·kg-1為土壤輕度缺鉀；150～220 mg·kg-1為適宜含量；220～350 mg·kg-1為含量豐富；>350 mg·kg-1為含量極豐富。從圖2可知，全煙區(qū)土壤速效鉀含量分布為右偏態(tài)，分布較均勻。有38.68%的土樣嚴重或輕度缺鉀，24.28%的土樣速效鉀處于適宜水平。

圖1 土壤有效鎂頻數(shù)分布

圖2 土壤速效鉀頻數(shù)分布

2.1.2 不同縣(市)煙區(qū)土壤有效鎂、速效鉀含量的分布

通過分析不同縣(市)煙區(qū)土壤有效鎂含量(圖3)，發(fā)現(xiàn)不同煙區(qū)土樣有效鎂含量差異明顯。其中，陸良、馬龍及沾益3個煙區(qū)的有效鎂含量均處于適宜水平；富源、羅平、麒麟、宣威4個煙區(qū)有效鎂達到豐富水平，富源煙區(qū)有效鎂含量為360.65 mg·kg-1，與其他3個煙區(qū)間差異顯著；會澤煙區(qū)有效鎂含量高達711.25 mg·kg-1，顯著高于其他煙區(qū)。針對適宜種植區(qū)，應綜合考慮土壤養(yǎng)分狀況及紅壤特性，促進煙株鎂素的正常利用；對于有效鎂含量豐富及以上水平的煙區(qū)不宜增施鎂肥，可利用元素間作用選擇肥料。

不同縣(市)煙區(qū)土壤速效鉀含量(圖3)表現(xiàn)為：宣威>師宗>羅平>富源>會澤>麒麟>沾益>馬龍>陸良。其中，陸良煙區(qū)土樣速效鉀含量除與馬龍煙區(qū)無差異外，與其他煙區(qū)間差異顯著，且表現(xiàn)出不同程度的缺鉀現(xiàn)象；富源、會澤、馬龍、麒麟、沾益5個煙區(qū)土樣速效鉀含量適宜；羅平、師宗、宣威3個煙區(qū)土樣速效鉀含量略高。

圖3 不同縣(市)煙區(qū)土壤有效鎂、速效鉀含量注：圖中不同小寫字母表示差異達到0.05顯著水平，下同。

2.2 土壤有效鎂、速效鉀及其互作對烤煙鉀、鎂、鈣吸收的影響

2.2.1 土壤有效鎂、速效鉀對烤煙鉀、鎂、鈣含量的影響

通過分析不同范圍土壤有效鎂對烤煙鉀、鈣、鎂含量的影響(表3)，發(fā)現(xiàn)隨著土壤有效鎂的增加，烤煙鉀含量呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，但各組間差異不顯著；烤煙鎂含量隨著土壤有效鎂的增加呈現(xiàn)逐漸升高趨勢，在土壤有效鎂含量>200 mg·kg-1的兩區(qū)組間差異不顯著，但與其他各組間差異均達到5%顯著水平；烤煙鈣含量在土壤有效鎂含量≤200 mg·kg-1的區(qū)組間呈增加趨勢，之后降低，各組間差異不顯著。隨著土壤有效鉀含量的增加，烤煙鉀含量基本呈增加趨勢；烤煙鎂含量和鈣含量則隨速效鉀含量的增加呈先降低后升高的趨勢。

表3 土壤有效鎂、速效鉀分組下烤煙鉀、鎂、鈣含量

注：表中不同小寫字母表示差異達到0.05顯著水平，下同。

2.2.2 土壤有效鎂、速效鉀互作對烤煙鉀、鎂、鈣含量的影響

將土壤有效鎂含量分為低(Mg1)、中(Mg2)、高(Mg3)3組，土壤速效鉀含量分為缺鉀(K1)、

不缺鉀(K2)2組，分析兩者交互作用對烤煙生長的影響。由表4可知，雖然土壤有效鎂、速效鉀含量豐富，但煙葉卻表現(xiàn)出缺素癥。烤煙鉀、鎂、鈣含量及K/(Mg+Ca)在各區(qū)組間達到顯著差異水平，各組中以K2Mg1整體表現(xiàn)較好。

表4 不同土壤鉀、鎂水平對烤煙鉀、鎂、鈣含量的影響

2.3 土壤有效鎂、速效鉀互作對烤煙化學成分的影響

2.3.1 土壤有效鎂、速效鉀互作對常規(guī)化學成分的影響

通過方差分析(表5)，土壤有效鎂、速效鉀含量與還原糖和水溶性氯有一定關系，交互作用對還原糖、總氮、煙堿、水溶性氯影響更大。不同土壤鉀、鎂水平對常規(guī)化學成分的影響見表6，總糖與還原糖含量隨著土壤鎂水平的增加而降低，K1Mg1與K2Mg3水平下的還原糖含量差異顯著；總氮與煙堿的變化規(guī)律基本相同，K2Mg1和K2Mg3的總氮、煙堿含量差異顯著；水溶性氯K1Mg1與K2Mg1、K2Mg3差異顯著；糖堿比和氮堿比在各組間差異不顯著。

表5 土壤有效鎂、速效鉀及交互作用與烤煙常規(guī)化學成分的方差分析

注：*表示差異達到0.05的顯著水平，**表示差異達到0.01的顯著水平，下同。

表6 不同土壤鉀、鎂水平對烤煙常規(guī)化學成分含量的影響

2.3.2 土壤有效鎂、速效鉀互作對烤煙其他化學成分的影響

由表7可知，土壤有效鎂對揮發(fā)性酸和石油醚提取物的影響達極顯著水平；土壤速效鉀對石油醚提取物的影響達顯著水平；土壤速效鉀與有效鎂交互作用對揮發(fā)性酸和石油醚提取物的影響達極顯著水平，對揮發(fā)性堿的影響達顯著水平。表8得出，隨著土壤有效鎂的增加，揮發(fā)性酸先升高后降低；在土壤缺鉀時，揮發(fā)性堿隨著土壤有效鎂的增加而降低，土壤不缺鉀時，揮發(fā)性堿隨著土壤有效鎂的升高而升高；石油醚提取物則隨著土壤有效鎂的升高呈現(xiàn)降低趨勢。

表7 土壤有效鎂、速效鉀及交互作用與烤煙揮發(fā)性酸、堿和石油醚提取物的方差分析

表8 不同土壤鉀、鎂水平對烤煙揮發(fā)性酸、堿和石油醚提取物含量的影響 (%)

2.4 土壤有效鎂、速效鉀互作對烤煙評吸指標的影響

表9可知，土壤有效鎂對余味的影響達到顯著水平，對燃燒性和灰色的影響達極顯著水平；土壤速效鉀對香氣量的影響達顯著水平，對灰色的影響極顯著；兩者互作對余味、燃燒性和灰色的影響均為極顯著水平，對其他評吸指標的影響不大。余味和燃燒性均隨著土壤有效鎂水平的增加先升高后降低；灰色則在土壤缺鉀時隨著土壤有效鎂的升高而升高，土壤不缺鉀時，與余味和燃燒性變化趨勢相同(表10)。

表9 土壤有效鎂、速效鉀及交互作用與烤煙評吸指標的方差分析

表10 不同土壤鉀、鎂水平對烤煙評吸指標的影響

3 討論

紅壤是曲靖市的主要植煙土壤，受成土母質(zhì)及人為影響，其土壤有效鎂含量豐富。通過分析不同縣(市)煙區(qū)的土壤有效鎂，發(fā)現(xiàn)個別縣(市)的土壤養(yǎng)分含量分布不均，以會澤縣土壤有效鎂含量最高，這勢必會影響煙株的營養(yǎng)均衡。李軍等[21]認為，可通過人為施肥過程促進元素遷移，自然界中復雜的外源輸入過程也可促進有效養(yǎng)分轉化。曲靖煙區(qū)的土壤速效鉀含量適宜，基本能滿足烤煙生長需要，但在增施有機肥的過程中，應充分考慮到土壤有效鎂和速效鉀的相互作用，控制鎂肥的施入，補充鉀肥的用量，實行以鉀定鎂，采用不同的施肥措施，避免造成兩者之間的拮抗作用，減小土壤養(yǎng)分含量的有效性，促進煙葉對鉀、鎂的吸收。

通過分析土壤有效鎂、速效鉀及互作對烤煙鉀、鈣、鎂含量的影響，發(fā)現(xiàn)雖然土壤養(yǎng)分能滿足烤煙本身所需，但烤煙卻表現(xiàn)出缺素癥狀，烤煙鉀、鎂整體含量處于偏低水平。從土壤養(yǎng)分的相互作用來說，烤煙鉀、鈣、鎂主要由土壤供給受其他因素間接影響。趙其國等[22]研究發(fā)現(xiàn)，曲靖位于云南東部，處于酸雨控制區(qū)范圍，土壤酸化較嚴重，并且受其土壤母質(zhì)因素影響，紅壤區(qū)鈣、鎂等堿金屬淋失嚴重，這可能是導致土壤鈣、鎂利用效率較低的原因。李強等[3]認為土壤鈣鉀比和鎂鉀比過高會導致烤煙缺鉀，該區(qū)土壤有效鈣含量豐富，這可能是導致煙葉缺鉀的主要原因。本研究發(fā)現(xiàn)在土壤缺鉀時，土壤有效鎂能夠促進烤煙鉀的吸收，這與徐暢等[23]的研究相一致。因此，可通過根外調(diào)控鉀鎂比和噴施鉀肥提高煙葉品質(zhì)。

化學成分是衡量烤煙品質(zhì)的重要指標，與烤煙的吸食品質(zhì)息息相關[24]。本研究發(fā)現(xiàn)，土壤有效鎂、速效鉀交互作用顯著或極顯著影響烤煙的還原糖、總氮、煙堿、水溶性氯、揮發(fā)性酸、揮發(fā)性堿及石油醚提取物含量，這與符云鵬等[25]的研究結果相一致。張廣富等[26]研究認為，土壤鉀素營養(yǎng)有利于總氮、煙堿的積累，并能降低總糖及氯含量；張國等[2]認為，土壤鎂素的增加會引起煙堿、還原糖和總氮含量的增加，但鎂素供應過剩會造成負面影響。本研究發(fā)現(xiàn)，還原糖含量隨著土壤供鎂能力的增加呈現(xiàn)降低趨勢，可能是因為土壤有效鎂含量過高導致煙葉后期貪青，無法充分完成糖類的轉化。在土壤缺鉀時，烤煙總氮、煙堿的含量稍降低，說明Mg2+與K+雖互為拮抗作用，但鉀素的缺乏促進了烤煙對鎂的吸收；土壤不缺鉀時，總氮與煙堿含量升高，可能是因為此時的土壤環(huán)境促進了鉀素的吸收。胡皓月[27]認為，揮發(fā)性酸、堿受陳化和醇化影響大，并且與土壤因素有關，說明土壤有效鎂和速效鉀互作在一定程度上影響烤煙的揮發(fā)性酸、堿。陳海生等[28]發(fā)現(xiàn)，石油醚提取物與土壤有效鎂呈極顯著負相關，與土壤速效鉀呈顯著正相關，本文的研究發(fā)現(xiàn)，兩者互作時，土壤有效鎂對石油醚提取物的影響更顯著。因此，合理調(diào)控土壤鉀、鎂營養(yǎng)對改善烤煙化學成分有重要意義。

曲靖紅壤區(qū)種植的烤煙以清香型為主，煙氣醇和，勁頭適中，這不僅與土壤類型有關，與有效鐵、有效鎂、速效鉀、堿解氮等也有較大關聯(lián)[29]。通過分析發(fā)現(xiàn)香氣質(zhì)、香氣量、雜氣和刺激性對土壤鉀、鎂交互作用的響應并未達到顯著水平，許自成等[29]認為這可能是受紅壤較好的透水透氣及疏松多空隙的特性影響較大。余味、燃燒性和灰色在土壤缺鉀時表現(xiàn)出顯著差異，以中鎂水平表現(xiàn)最好。土壤速效鉀、有效鎂交互作用機理較為復雜，在中海拔紅壤區(qū)的共性限制下，土壤pH值、有機質(zhì)及栽培調(diào)制技術也影響著煙葉品質(zhì)，該區(qū)的氣候-土壤-煙葉整體規(guī)律有待近一步研究。

4 結論

曲靖中海拔紅壤煙區(qū)土壤有效鎂含量總體上豐富，陸良縣土壤有效鎂含量最低(146.20 mg·kg-1)，處于適宜水平，會澤煙區(qū)有效鎂含量最高(711.25 mg·kg-1)，顯著高于其他縣(市)煙區(qū)；速效鉀含量總體上適宜，除陸良縣外，其他各縣(市)土壤速效鉀含量均處于中等偏上含量范圍。

烤煙鎂含量隨土壤有效鎂含量的升高而顯著增加，烤煙鉀含量隨著土壤速效鉀含量的升高先降低后顯著增加，烤煙鈣含量隨兩者變化不顯著；土壤有效鎂和速效鉀的交互作用對烤煙鉀、鎂、鈣含量及K/(Mg+Ca)影響較大，各區(qū)組間差異達到顯著水平。

土壤有效鎂、速效鉀交互作用對烤煙品質(zhì)影響較大，在土壤有效鎂含量處于中、低水平(<100 mg·kg-1)，土壤速效鉀含量處于適宜及以上水平(>150 mg·kg-1)時，煙葉品質(zhì)總體上表現(xiàn)最好。

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