氮鉀肥用量對皖南烤煙生長發育及養分吸收的影響

張 碩，沈 晗，裴洲洋，湯潮起，陳油鴻，張繼光，王曉琳，張 爽，丁效東，閆慧峰

(1.農業農村部煙草生物學與加工重點實驗室，中國農業科學院 煙草研究所，山東 青島 266101；2.青島農業大學，山東 青島 266109；3.上海煙草集團有限責任公司，上海 200082；4.安徽皖南煙葉有限責任公司，安徽 宣城 242000)

氮和鉀是決定烤煙品質特性的2個關鍵營養元素。適宜的氮肥施用量和鉀肥施用量是獲得作物高產、養分高效和較低環境代價的基礎[1]。增施氮肥可以促進煙株對鉀的吸收積累[2]，但不能改變煙葉中鉀含量的分布規律[3]。過量氮肥的使用會降低鉀肥利用率[4]。施用鉀肥增加了作物葉片中的碳酸酐酶和硝酸還原酶的活性、葉片的凈光合速率和干物質積累量[5]，缺鉀后作物會將更多的碳水化合物積累于地上部以保證光合能力的正常進行[6]。高鉀供應促進葉片中NO3-的吸收同化速率，促進有機態含氮化合物向果實中轉移[7]；施用鉀肥可以降低由施用氮肥引起的葉片中硝酸鹽含量增加[8]。氮鉀配合施用產量的增加量大于單獨施用氮肥帶來的產量增加量[9]，鉀肥施用顯著增加了氮肥的農學利用效率[10]。合理調節氮肥和鉀肥的用量是提高煙葉產量和品質的重要手段，本研究通過分別設置氮肥和鉀肥用量的試驗，分析不同氮肥和鉀肥施用量條件下皖南煙區煙草生長發育和氮鉀吸收積累特點，為皖南煙區煙葉生產合理施肥提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗地點與材料

試驗于2016年在安徽宣城黃渡鎮進行，烤煙品種為云煙97，土壤類型為潮土，質地為壤土。試驗田土壤基礎地力為pH值6.69、有機質含量15.3 g/kg、全氮含量12.9 g/kg、全磷含量0.6 g/kg、全鉀含量12.3 g/kg、堿解氮含量122.50 mg/kg、有效磷含量47.56 mg/kg、速效鉀含量195.16 mg/kg。

1.2 試驗設計

試驗為小區試驗，共設置4個氮肥水平(N0：0 kg/hm2、N1：84.45 kg/hm2、N2：112.50 kg/hm2、N3：140.70 kg/hm2)和4個鉀肥水平(K0：0 kg/hm2、K1：168.75 kg/hm2、K2：225.00 kg/hm2、K3：281.25 kg/hm2)。其中N2和K2水平為農戶常規施肥水平。試驗共設7個處理，即T1(N0K2)、T2(N1K2)、T3(N2K2)、T4(N2K0)、T5(N2K1)、T6(N2K3)、T7(N3K2)，每個處理3次重復，每個小區面積為21.6 m2。試驗各處理磷肥用量均為225 kg/hm2。氮肥施用硝酸銨鈣，磷肥施用鈣鎂磷肥，鉀肥施用硫酸鉀。栽煙密度為：行距1.2 m，株距0.45 m。其他農藝操作同當地生產。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 農藝性狀測定 根據YC/T 142-2010，自團棵期(移栽后42 d)開始，每個小區固定5株，每隔7 d測量1次株高和葉片數；現蕾期后每個小區隨機選5株代表性煙株，測定上、中、下部葉的葉長、葉寬等農藝性狀。

1.3.2 干物質積累量和養分積累量測定 成熟期內每個小區選取2株固定植株，分3次采收葉片，分別對應上、中、下部葉。最后1次采收同時采集莖和根系，各器官分開后在105 ℃下殺青30 min，80 ℃烘干分別測定干質量。樣品經粉碎機粉碎，采用H2SO4-H2O2法消煮，分別采用凱氏定氮法和火焰光度法測定含氮量和含鉀量。

1.4 數據分析

氮肥/鉀肥利用率(Nitrogen use efficiency/NUE，Potassium use efficiency/KUE)=(植株總氮/總鉀積累量-不施氮肥/鉀肥處理的植株總氮/總鉀積累量)÷氮肥/鉀肥施用量。

氮肥/鉀肥農學效率(Nitrogen agronomic efficiency/AN，Potassium agronomic efficiency/AK)=(葉片干物質積累量-不施氮肥/鉀肥處理的葉片干物質積累量)÷氮肥/鉀肥施用量。

氮肥/鉀肥偏生產力(Partial factor productivity of applied nitrogen/NPFP，Partial factor productivity of applied potassium/KPFP)= 葉片干物質積累量÷氮肥/鉀肥施用量。

采用Microsoft Excel 2010和SAS 9.0進行數據統計分析，處理間差異顯著性均采用LSD法進行多重比較檢驗。

2 結果與分析

2.1 不同氮鉀肥施用量對烤煙農藝性狀的影響

農藝性狀是烤煙發育特征的直觀表征指標。如圖1所示，旺長后期株高和葉片數均以T4處理的為最大，T1處理為最小，葉片數表現出隨著氮肥用量的增加而增加的趨勢，與鉀肥用量關系不大。整個旺長期，T1、T2、T3和T7處理的葉片數分別增加了1.6，1.8，2.0，2.1倍；株高分別增加了4.2，6.2，5.8，6.8倍。移栽后66 d，T7處理葉片數較T1處理和T2處理分別增加了5.4，1.6片，株高分別增加了54.8，15.8 cm。

不同字母表示在0.05水平上差異顯著。Different letter means significant difference at P<0.05.

現蕾期時各部位葉片的葉長與葉寬的差異如表1所示。除了T1處理以外，不同處理間下部葉、中部葉和上部葉的葉長無顯著差異。下部葉葉寬以T7處理為最大，T1處理為最小；中部葉的葉寬和上部葉的葉寬均隨著氮肥用量的增加而增加，與鉀肥用量關系不大。

氮肥和鉀肥的施用量和現蕾期農藝性狀各指標的相關性如表2所示。氮肥用量和烤煙株高、葉片數、各部位葉片的葉長和葉寬均表現為極顯著正相關，鉀肥用量和烤煙株高、葉片數表現為顯著負相關，與各部位葉片的葉長和葉寬無顯著相關性。說明氮肥用量顯著影響了烤煙發育，隨著氮肥用量的增加，株高變高，葉片數增加，葉片變長變寬；鉀肥用量對烤煙發育影響不大，隨著鉀肥用量的增加，僅株高和葉片數表現出降低的趨勢。

2.2 不同氮鉀肥施用量對烤煙干物質積累的影響

不同氮肥和鉀肥的施用量對成熟期烤煙各器官干物質積累量的影響如表3所示。隨著氮肥用量的增加，烤煙莖、根系和葉片的干物質積累量逐步增加，氮肥用量最大的T7處理莖、根系和葉片的干物質積累量分別是不施氮肥處理的7.1，19.5，14.4倍；整株生物量同樣表現出隨著氮肥用量增加而增加的趨勢。不同鉀肥用量下，莖和根系的干物質積累量均以T4處理為最大，葉片的干物質積累量以T3處理為最大，整株生物量以T4處理為最大。不同氮肥用量下，烤煙根冠比隨著氮肥用量的增加先上升后下降，以T3處理為最大；不同鉀肥用量下，烤煙根冠比同樣隨著鉀肥用量的增加先上升后下降，以T3處理為最大。氮肥用量和各器官干物質積累量的相關性分析結果顯示，氮肥用量和莖、根系和葉片的干物質積累量的相關系數分別為0.708，0.647，0.818，均達到極顯著正相關，而鉀肥用量和莖、根系和葉片的干物質積累量的相關系數分別為0.024，-0.321，-0.256，沒有顯著相關性。這說明氮肥用量顯著影響了烤煙各器官干物質的積累而鉀肥用量影響不大。

表1 不同處理對烤煙現蕾期農藝性狀的影響

Tab.1 Effects of different treatments on agronomic characters of flue-cured tobacco at budding stage cm

注：同一列內不同字母表示在0.05水平上差異顯著。表3-5，7同。

Note：Different letter in the same column means significant difference atP<0.05.The same as Tab.3-5，7.

表2 氮鉀肥用量與烤煙農藝性狀各指標的相關性分析Tab.2 Correlation analysis of nitrogen/potassium fertilizer application rate and agronomical characters of flue-cured tobacco

注：**.極顯著相關(P<0.01)；*.顯著相關(P<0.05)。表6同。

Note：**.Significant correlation atP<0.01；*. Significant correlation atP<0.05.The same as Tab.6.

表3 烤煙各處理不同部位干物質積累量Tab.3 Dry matter accumulation in various parts of tobacco among different treatments

2.3 不同氮鉀肥施用量對烤煙養分吸收的影響

不同氮肥和鉀肥的施用量對成熟期烤煙各器官氮含量和鉀含量的影響如表4所示。隨著氮肥施用量的增加，莖中氮含量先上升后下降，以T3處理為最大；根系含氮量隨著氮肥施用量的增加而降低，而葉片含氮量隨著施氮量的增加而增加；不同氮肥用量下，莖中的鉀含量以T2處理為最大，其他處理間無顯著差異；葉片中的鉀含量以T3處理為最小，其他處理間無顯著差異。隨著鉀肥施用量的增加，莖和根系的氮含量表現為先上升后下降的趨勢，均以T3處理為最大；不同鉀肥施用量間葉片含氮量沒有顯著差異；不同鉀肥用量間，莖和葉片中的鉀含量均以T4處理為最小，T6處理為最大；各處理間根系中的鉀含量沒有顯著差異，不受氮肥用量和鉀肥用量的影響。

表4 烤煙各處理不同部位養分含量Tab.4 Nutrition concentration in various parts of different treatments g/kg

不同氮肥和鉀肥的施用量對成熟期烤煙各器官氮積累量和鉀積累量的影響如表5所示。除莖中氮積累量外，不同氮肥用量處理間各器官氮積累量和鉀積累量均存在顯著差異，隨著氮肥施用量的增加，莖、根系和葉片中氮積累量和鉀積累量顯著增加。不同鉀肥用量處理間，莖中氮積累量沒有顯著差異，根系和葉片氮積累量以T5處理為最大，葉片鉀積累量以T6處理為最大。

表5 烤煙各處理不同部位養分積累量Tab.5 Nutrition accumulation in various parts of different treatments mg/株

氮肥和鉀肥的施用量和成熟期烤煙整株養分含量及積累量的相關性如表6所示。氮肥用量和烤煙整株氮含量表現為顯著相關，和烤煙整株鉀含量沒有相關性，和烤煙整株氮積累量和鉀積累量表現為極顯著正相關；鉀肥用量與整株鉀含量表現為極顯著正相關，與整株氮積累量、整株鉀積累量沒有相關性。

表6 氮鉀肥用量與整株養分吸收積累量的相關性分析

表7 烤煙不同處理間肥料利用率差異Tab.7 Different fertilizer use efficiency among different treatments

注：T1和T4處理分別為不施氮肥和不施鉀肥的處理，不計算肥料利用率。

Note：T1 and T4 were treatments without nitrogen and potassium fertilizers respectively，and the fertilizer utilization rate was not calculated.

2.4 不同氮鉀肥施用量對烤煙肥料利用效率的影響

不同氮肥和鉀肥的施用量對肥料利用率的影響如表7所示。隨著氮肥用量的增加，氮肥利用率沒有顯著變化，而氮肥農學效率和氮肥偏生產力顯著增加，T7處理較T2處理氮肥農學效率和氮肥偏生產力分別增加30%和11%。與氮肥利用率相比，各處理間鉀肥利用率相對較低，其中T3處理與不施鉀肥的T4處理相比，施用鉀肥后整株鉀積累量并沒有增加，鉀肥利用率無法通過差減法進行計算；不同鉀肥用量間，以T5處理的鉀肥利用率、鉀肥農學效率和鉀肥偏生產力為最高。

3 結論與討論

試驗結果表明，葉片數、株高、葉長和葉寬等農藝性狀指標隨著氮肥用量的增加而增加，各器官干物質的積累量也與氮肥用量呈極顯著正相關的關系，這說明施用氮肥與烤煙的發育密切相關，這與之前的研究結果相一致[11-12]，在一定氮肥用量范圍內，隨著氮用量的增加，葉片光合能力增加[13]，有利于光合產物的積累，進而形成較大的干物質積累量[14]。增施氮肥顯著增加了烤煙的氮素和鉀素積累量，但烤煙的鉀含量與氮肥用量沒有顯著相關關系，烤煙的氮含量與氮肥用量相關性也不高，這說明氮肥對烤煙養分吸收的影響主要是通過增加干物質積累[15-16]，形成較大的庫以吸收更多的養分，而對烤煙本身養分吸收和轉運能力的影響不大[17]。在本試驗中，農藝性狀指標和烤煙各器官干物質積累量與鉀肥用量間沒有顯著相關關系，這說明使用鉀肥可能與烤煙發育的關系并不密切[18-21]，這可能與本試驗地塊的土壤速效鉀含量較高有關[22]。增施鉀肥后，除葉片和莖中的鉀積累量以外，其他各器官的氮積累量和鉀積累量沒有顯著變化，但烤煙的氮含量與鉀肥用量存在相關關系，烤煙的鉀含量與鉀肥用量存在極顯著的相關關系，這說明在本試驗中，鉀肥更多的影響了烤煙養分吸收和轉運能力。

在本試驗中，隨著氮肥用量的增加，氮肥利用率增加，這可能與該地塊土壤基礎供氮能力不足有關[23]，該地塊施用氮肥增產效果較明顯，在現有常規氮肥用量基礎上仍有增產空間；但過高的施氮量會引起烤煙品質的下降，因此，在確定皖南煙區適宜氮肥用量時需進一步結合化學成分及感官質量評價的結果。與氮肥利用率相比，烤煙的鉀肥利用率相對較低，這主要因為煙草作為一種工業生產原料，對品質特別是煙葉鉀含量的要求高于對產量的要求[24-25]，因此，存在鉀肥過量使用的現象，結合煙葉鉀含量和鉀肥利用率的結果，皖南煙區適宜鉀肥用量存在下降的空間。