施鉀對煙葉成熟度影響的研究進展

溫心怡 ，馬曉寒 ，陳 彪 ，張 杰 ，郝浩浩 ，楊立均 ，黃海棠 ，許自成

（1.河南農業大學煙草學院，河南鄭州450002；2.河南省煙草公司駐馬店市公司，河南駐馬店463000）

成熟度是影響煙葉質量尤其是香氣質和香氣量的重要因素，貫穿于煙葉生產與加工的全過程[1]。成熟度作為烤煙國家標準中的首要品質因素，是煙葉生產和質量的核心[2]。我國現行國家標準中將煙葉成熟度劃分為欠熟、尚熟、假熟、成熟、完熟5個檔次[3]。生產實踐表明，充分成熟的煙葉外觀質量好、內含物質豐富、化學成分協調、香氣質佳、香氣量足、刺激性雜氣較小，更利于烘烤[4-5]。煙葉成熟度不佳是我國與國際優質煙葉品質差異的重要原因之一。

鉀是高等植物生長發育的必需營養元素之一，是三大酶類（合成酶、氧化還原酶、轉移酶）的活化劑，參與植物的核酸代謝、糖代謝、蛋白質代謝等主要代謝過程[6-8]，可提高抵抗逆境的能力和作物品質[9]。鉀含量高的煙葉田間成熟度佳，葉色呈深橘黃，還原糖含量較高，總氮含量較低，香氣量足，富有彈性和韌性[10]；施用鉀肥可以促進煙草生長發育，提高植物的光合效率和抗逆性，促進煙葉正常成熟，顯著改善煙葉燃燒性，對提高煙葉可用性具有重要意義[11]。有研究表明，通過ABA信號誘導的K+通道基因FaKAT1可促進植物對鉀的吸收積累，調節草莓果實的成熟著色[12]。

通過調控鉀肥施用，促進煙葉正常成熟，對提高煙葉使用價值和經濟效益具有重要意義。近年來，關于成熟度對煙葉品質影響的報道很多，但有關鉀肥對烤煙成熟度的研究卻較少。

筆者綜述了鉀肥用量、鉀肥運籌、鉀肥種類及葉面鉀肥對煙葉成熟度影響的研究進展，旨在為進一步提高我國煙葉生產中的產質量提供一定的理論基礎。

1 鉀肥用量對煙葉成熟度的影響

煙葉鉀含量較低是限制我國煙葉質量的重要因子之一，煙葉含鉀量普遍在1.5%左右，明顯低于優質煙葉鉀素含量2.0%～3.5%的要求[10]。我國煙葉鉀含量過低的原因主要是由于土壤對鉀素的固定[13]，土壤鉀的淋濾作用[14]，烤煙生長后期鉀素外排[15]，土壤鉀素供應與烤煙鉀素吸收不同期[16]，成熟期仍有大量氮素釋放，煙葉貪青晚熟等[17]。

MARCHARLD[18]研究認為，鉀肥施用量和煙草的鉀肥利用率存在直接關系。一般而言，優質煙葉生產中施鉀量需達到正常烤煙需鉀量的2～3倍。

鉀供應充足的煙葉組織細致，葉面平展，烤后煙葉鮮亮呈金黃色，柔韌性和彈性均較好，煙株落黃一致，經濟效益較高[11]。汪鄧民等[19]利用盆栽試驗研究鉀素營養水平對烤煙成熟度及成熟期煙葉生理生化變化的影響，認為鉀素營養水平對烤煙成熟過程的影響十分顯著，表現為隨著鉀肥施用量的增加，煙葉成熟日期提前，衰老速度放緩，耐熟性增強，干物質含量增加，煙葉內部化學成分轉化更加完全，下部葉片假熟比例下降，上部葉片達到充分成熟；在進入適熟期后，烤煙上中下各部位葉片隨著施鉀量的增加，成熟時間可提前3～5 d。李榮興等[20]研究也認為，增施鉀肥可以促進鮮煙分層落黃，有利于優質煙葉的形成。

張一揚等[21]研究得出，在煙草不同生育期內，煙葉全鉀含量與供鉀量呈極顯著正相關，相關方程為y＝1.372＋0.007 14y，相關系數為0.923 0**（n＝5，r0.05＝0.754，r0.01＝0.874），不施鉀肥的植株伸根期就出現缺鉀癥狀，表現為植株矮小，新葉畸形、生長緩慢，葉色發黃，葉綠素含量僅為0.25 mg/g。

有研究表明，煙葉鉀含量與土壤速效鉀、緩效鉀關系不大，因此，單純利用增施鉀肥提高煙葉含鉀量是不可取的[22]。需要注意的是，大量硫酸鉀施入土壤后，一部分離子態的鉀會被土壤黍粒中2∶1型礦物固定為非交換性鉀。合理施用硫酸鉀可以提高煙草光系統Ⅱ（PSⅡ）反應中心的活性，提高葉綠素含量。周冀衡[23]研究認為，硫酸鉀的供鉀濃度超過15 mmol/L時，煙株生長受到明顯的抑制，可能是SO42-的富集對烤煙產生了毒害作用。

2 鉀肥運籌對煙葉成熟度的影響

我國土壤含鉀量相對豐富，但能被作物吸收利用的很少，外源性鉀肥的施入是作物吸收鉀素的重要途徑。鉀肥運籌是調控煙葉含鉀量的關鍵環節，因此，相關的研究如供鉀方式、基追比、追鉀次數、追鉀時期等有很多。在我國絕大部分煙區，鉀肥是作為基肥集中施用還是基肥＋團棵期追施少量鉀肥，二者的優劣目前并沒有定論，但更多研究傾向于基追比配合施用。

比較國內外鉀吸收曲線與干物質積累曲線可知，北方煙區在移栽第63天（南方煙區在移栽后第70天）出現干物質積累曲線大幅度超過鉀吸收曲線，而美國煙葉在整個生育期鉀吸收曲線始終高于干物質積累曲線[24]，這可能是我國煙葉成熟期鉀含量偏低的主要原因。郭麗琢[25]通過不同時期鉀營養試驗及成熟期追施鉀肥試驗得出，煙株成熟期對鉀的吸收占總鉀量的50%左右，中后期充足的鉀肥供應對提高烤煙中上部煙葉質量效果顯著。

有關煙株對鉀最大吸收速率時期的研究較多，根據資料，將近年來有關煙株鉀素最大積累高峰時期的研究總結列于表1。

表1 煙株對鉀最大吸收速率時間研究

由表1可知，煙株對鉀最大積累速率時間多位于生育期中后期。我國煙葉生產中多施用硫酸鉀等速效性鉀肥，速效鉀在土壤中釋放多集中在旺長前期，而煙葉對鉀肥的需求高峰是在旺長期之后，造成了我國煙葉需鉀規律與土壤供鉀規律不一致[33]。

有研究表明，打頂后追施一定量的鉀肥，可以提高成熟期煙葉的含鉀量[35]。楊鐵釗等[32]研究指出，煙株打頂后和煙葉集中成熟階段均出現鉀下降高峰，鉀積累率達到最高峰的時間越晚，煙葉成熟期相對鉀含量越高。羅建新等[36]研究認為，推遲補鉀時期可使整株煙成熟時期緊湊，成熟完成時間比前期集中施肥縮短2～4 d。李靜等[33]控制鉀肥總量不變，在烤煙進入2次鉀積累高峰期前，發現追施鉀肥占施肥總量的15%～20%時，鉀肥利用率比常規施肥高出12%～18%。這與鄭憲濱等[37]的研究結果一致，說明“基肥+分次施肥”可以明顯提高鉀素利用效率，其中，追施時期后移能有效解決我國烤煙需鉀規律與土壤供鉀規律不一致的問題。

煙葉成熟期總糖含量與土壤速效鉀含量呈顯著相關性，回歸方程為y＝333.08-6.26x＋0.31x2（n＝4），煙株成熟期補充鉀素可抑制煙株鉀素回流，保證糖的運輸及合理分配，可為煙葉變黃提供條件[38]。細胞水平上，時向東等[39]通過觀察香料煙不同生育時期細胞超微結構的變化指出，葉齡23 d之前，煙葉以N代謝為主，葉齡19 d之后以C代謝為主，前期宜施足肥料，后期應適當延長變黃期，以使葉片內淀粉降解更加充分，糖含量增加，煙葉變黃更加均勻。

趙銘欽等[40]研究認為，分次追施鉀肥可以明顯提高煙葉中鉀含量，煙葉烤后化學成分比例趨于協調。穴施或條施與分層施肥也可以在一定程度上提高鉀肥的利用率，提高煙葉鉀含量。

3 葉面施用鉀肥對煙葉成熟度的影響

葉面肥以其針對性強、吸收快、效果好、利用率高、污染風險小等優點，在農業生產中已得到了廣泛應用。

胡文智等[41]研究認為，葉面鉀肥與化肥聯合施用效果最好，烤煙的鉀素含量可持續顯著增加。孫虎[42]研究認為，噴施鉀肥可以提高煙葉含鉀量，改善煙葉香吃味。胡國松[43]研究認為，噴施葉面鉀肥，將會使煙葉更耐成熟，品質更佳。

王小兵[44]研究認為，在“打頂期+現蕾期”噴施葉面肥，煙株前期早發快長，后期成熟落黃好；歐清華[45]指出在烤煙成熟期噴施2%硫酸鉀可促進煙葉分層落黃，改善葉色、油分，成熟日期可提前2～3 d；在其他作物上噴施葉面鉀肥有相似效果，ANEES等[46]研究指出，玉米葉面噴施鉀肥后，加快了其從營養生長階段轉變為生殖階段，花粉脫落和吐絲時間提前，灌漿期延長，玉米籽粒數目提高，玉米產量得到提高。葉面肥還可調控烤煙根系的活動，尤其是可以增加一級側根的數量。陳莉華等[47]研究了不同葉面肥處理煙株后土壤理化性狀的差異，指出不同葉面肥處理能增加土壤有效鉀含量，說明噴施葉面肥對烤煙吸收土壤有效鉀有促進作用。可能是由于葉面追施鉀肥不僅可為烤煙生長的中后期提供直接的鉀素來源，而且促進了烤煙側根的發育。

葉面肥與農藥、植物生長調節劑及其他活性物質混合施用，可達到精準施肥。曹娜等[48]研究指出，早稻噴施磷酸二氫鉀和草木灰可有效抵御低溫脅迫，葉片溫度高于對照，保證作物光合作用速率和超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）的活性。

4 鉀肥種類對煙葉成熟度的影響

鉀肥及其種類是影響烤煙生長發育的關鍵栽培因素。目前，在烤煙生產上常用的鉀肥以速效鉀和無機鉀肥為主，生物鉀肥、有機鉀肥和緩釋性鉀肥也逐漸被推廣應用。

4.1 有機鉀肥

蔣長春等[49]研究認為，施用有機鉀肥可顯著提高煙葉含鉀量，且內在化學成分更加協調，經濟效益明顯提升，這可能與增施有機鉀后，土壤生物菌的固氮、降磷、結鉀作用有關。葉協鋒等[50]研究認為，有機鉀肥和生物鉀肥均可提高煙株硝酸還原酶（NR）、超氧化物酶（SOD）、蔗糖酶（INV）、根系 ATP酶活性，增強烤煙生長后期根系活力。張翔等[51]研究認為，有機鉀肥和鉀硅礦物肥配合施用，可延緩葉片衰老，保證煙葉有充分時間成熟。

4.2 生物鉀肥

生物鉀可將土壤中被固定的無效鉀轉化為有效鉀，尤其是在作物根際可以像豆科植物的根瘤菌一樣產生生物活性物質，促進根系的生長，從而提高作物對鉀肥的利用率。蔡永占等[52]研究認為，施用生物鉀肥可改善煙株根際微生態環境，促進煙株主根生長和側根的數量，有利于根系對養分的吸收。

陳曉東等[53]研究指出，生物鉀施入土壤后，作物對鉀肥的利用率可達到60%～70%，保證煙株的正常落黃，改善煙葉成熟度和內在品質。袁寶生等[54]總結了7個煙草省份施用生物鉀肥的試驗示范結果，發現施用生物鉀肥的煙株分層落黃好，層次分明，陜西蒲城施用生物鉀肥的煙株較對照提前7～10 d開始采收烘烤，施用生物鉀肥的煙株整株落黃時，對照煙株下二棚才開始落黃。

4.3 新型緩（控）釋鉀肥

4.3.1 枸溶性鉀肥 枸溶性鉀肥是含鉀量較高的堿性鉀肥，其緩效性良好有助于防止土壤板結。王偉等[55]研究認為，枸溶性鉀肥對當季稻麥作用不明顯，后季作物產量、鉀積累量、土壤速效鉀含量均較對照有所提高，證明枸溶性鉀肥緩釋性能良好。

王曉等[56]研究認為，枸溶性鉀肥緩釋性能在烤煙生長后期表現良好，與硫酸鉀配施顯著提高煙草鉀吸收量和生物量，以75%枸溶性鉀肥＋25%硫酸鉀配施比例較好。李鑫等[57]研究認為，枸溶性鉀肥與解鉀菌液配施可以促進烤煙對鉀素的吸收，有利于煙株早發快長，中上等煙葉比例提高，這可能是因為解鉀菌液具有的解鉀能力將不能被植物直接吸收利用的緩效態鉀轉化成可被植物直接吸收利用的有效態鉀。

4.3.2 腐植酸鉀 腐植酸鉀是以腐植酸為基礎原料配制的綠色長效有機肥料，含鉀量一般在8%～12%，緩釋性能良好，可調控緩釋和促釋速度，提高土壤和肥料中鉀素的有效性。腐植酸鉀良好的土壤修復和改良作用可調節土壤水肥狀態，促進作物生長和成熟，增產增效，在生姜、甘薯、大豆、煙草等作物上的良好施用效果已被證實[58-59]。張波等[60]研究表明，腐植酸鉀能夠增加煙葉產質量，內部化學成分更加協調，外觀較其他形態鉀肥均呈現不同程度的優勢。腐植酸對植物根系具有類似生長素的刺激作用，段佳麗等[61]研究指出，放線菌和腐植酸鉀配施對調節丹參根域微生態環境平衡效果顯著。

4.3.3 生物質炭鉀肥 生物質炭豐富的空隙、巨大的比表面積和大量的電荷可以吸附和儲存肥料養分，減緩肥料的養分流失。李繼福等[62]研究認為，秸稈還田產生的生物質炭鉀素可一定程度下替代化學鉀肥，進入農田生態系統進行良性循環。金明清[63]利用秸稈炭作為鉀肥的緩釋載體，認為烤煙含鉀量明顯提高，生理性狀顯著優于硫酸鉀施肥，以油菜秸稈緩釋鉀肥的緩釋效果最好。

4.3.4 礦物鉀肥 在長期種植煙草的土壤中，含鉀礦物如含鉀云母和鉀長石明顯減少，說明礦物鉀緩慢釋放鉀素為煙草生長提供緩效鉀[64]。礦物鉀肥在煙草、甘薯、油菜等作物領域，增產效果顯著[65-66]。

礦物鉀肥具有改善土壤酸化，提高土壤供鉀能力的作用。劉浩[67]研究認為，石灰和礦物鉀肥（煅燒法）對改良土壤酸性效果最好。

4.3.5 控釋鉀肥 控釋鉀肥是利用包膜、造粒等技術手段加工而成的可控制鉀元素釋放速率和含量的新型鉀肥。杜志勇等[68]以普通硫酸鉀粉末為材料造粒，設計控釋期約90 d，指出施用控釋鉀肥的煙葉在生長后期含鉀量有不同程度的提高，煙株近根區出現鉀素顯著富集現象，說明根際土壤的速效鉀含量增加。耿計彪等[69]將包膜控釋鉀肥釋放高峰期控制在棉花需鉀高峰期（出苗后80，110 d），棉花產量品質提高，鉀肥利用率高于普通化肥。這可能是因為控釋鉀肥養分的釋放時期與植物生長需鉀期相同步，后期仍有充足的鉀素供應給棉花，保證了供鉀充足。

毛家偉等[70]研究認為，生物包膜控釋鉀肥和碳酸鉀肥對土壤鉀含量和煙葉各部位煙葉鉀含量均有大幅提高，其中與對照硫酸鉀相比，控釋鉀肥處理提高的鉀素利用率（16.81%）幾乎是碳酸鉀（7.93%）的二倍，可以考慮在農業生產中推廣替代硫酸鉀等昂貴鉀肥。

還有研究表明[71]，煙草專用控釋肥可提高煙葉對煙草花葉病毒（TMV）和黃瓜花葉病毒（CMV）、野火病、氣候斑的抗病性，對改善煙葉香吃味和燃燒性有一定幫助。

5 小結與展望

5.1 鉀素對烤煙成熟度的調控可指導優質煙葉生產

煙葉成熟度是煙葉顏色、結構、油分、色度及身份等分級因素的綜合表現，煙草含鉀量是衡量煙草品質的直觀尺度。研究鉀素對烤煙成熟度的影響對我國優質煙葉生產具有指導意義。烤煙生長中后期供鉀充足，煙葉成熟期提前，耐熟性好，可延緩葉片衰老，延長完熟期，煙葉在成熟過程有相對較長時間進行后期完熟作用，內含物轉化充分，煙葉變黃均勻，采收的煙葉更加符合工業生產卷煙的要求。

5.2 鉀素對煙葉成熟時期的調控可提高經濟價值

我國烤煙成熟度普遍低于國外優質煙葉的標準，這是限制我國煙葉等級優化的首要問題。研究鉀素對烤煙成熟時期的影響，對提高煙葉經濟價值具有重要意義。一方面，研究證實，鉀對煙株抵抗非生物逆境脅迫有良好的作用，能增強煙草的抗逆能力；另一方面，烤煙成熟期適當提前，有利于規避生長后期天氣自然災害（如冰雹、大風、連續降雨等）和病害（如赤星病、野火病等）的風險。此外，在煙稻輪作地區，烤煙提前成熟采收有效解決了煙農因搶種而采青烘烤的現象，保證了烤煙成熟度的一致性，尤其是上部葉的成熟度。

5.3 鉀素對烤煙成熟度的調控需結合復雜生產環境制定相應施肥方案

土壤-植物系統中，通過調控鉀素來影響烤煙成熟期生理生化變化及成熟度之間關系的相關研究還不夠深入，值得注意的是，鉀肥施用需結合特定的煙草品種類型、氣候和土壤營養條件制定相應的最佳施肥方案；生產上增施鉀肥時需綜合考慮氮、磷、鉀三要素的平衡，大量元素與微量元素平衡，基肥與追肥比例的平衡，煙草對養分分配的平衡。

5.4 加強鉀素調控煙葉成熟期品質的分子水平研究

隨著煙草基因組測序完成，功能基因組學在煙草領域的重要性逐漸凸顯出來。弄清楚鉀素調控煙草成熟度的機理以及成熟期鉀離子流失嚴重的原因十分有必要。可利用基因工程、基因標記、分子輔助育種等分子生物學技術探尋解決問題新思路，著力提升烤煙吸鉀和貯鉀能力，提高鉀肥利用率。目前，利用分子生物技術研究鉀素營養的較少，遺傳育種方面未取得重大突破，有關分子方面的研究仍需進一步深入。

5.5 提高鉀肥利用率，實現農業可持續發展

我國鉀肥資源十分匱乏，農業生產中絕大多數鉀肥依賴進口，施用新型鉀肥、提高鉀利用率（KUE）是當前我國農業領域擺脫鉀肥依賴進口的有效途徑。我國對新型鉀肥的研究比較單一，力度不大，今后研究重點應放在如何利用新型鉀肥代替傳統化肥，提高鉀肥利用率，加強新型鉀肥研究和推廣應用工作。