分次施用鉀肥及配套措施對烤煙生長發育及其產質量的影響

呂大樹, 李子紳, 郭澤, 張亞恒, 夏陽, 楊雨波, 徐瑋,陳向東, 王英鋒, 張力元, 代曉燕*

(1.貴州中煙工業有限責任公司, 貴陽 550003; 2.河南農業大學煙草學院, 煙草行業煙草栽培重點實驗室,鄭州 450002; 3.河南省煙草公司平頂山市公司, 河南 平頂山 467000)

煙草是一種嗜鉀作物，煙草中鉀含量決定煙草的品質，是評價烤煙外觀品質和內在質量的重要指標之一[1]。鉀能提高煙葉外觀和內在品質，其對烤煙品質的良好作用主要表現在鉀能夠改善煙葉的燃燒性，也與煙葉的煙堿含量、香氣量關系密切。含鉀量高的煙葉色澤呈深桔黃色，香氣足，吸味好，富有彈性和韌性，填充性強，阻燃持火力和燃燒性好[2]。煙葉中鉀含量受多種因素的影響，例如施鉀量、施鉀方法、施鉀時期、土壤特性、打頂及植物生長調節劑等均能影響到煙葉中鉀含量。我國約有1/3的耕地嚴重缺鉀，鉀礦資源又相對缺乏，因此，緩解鉀資源短缺的重要途徑就是合理利用鉀肥，提高作物對鉀肥的吸收利用效率。本研究針對當地土壤特性和施肥習慣制定合理的配套提鉀方案，對當地煙葉鉀含量和煙葉品質的改善具有重要意義。

目前在煙草生產中，鉀肥的施用方法以基肥+團棵期一次性追施最為普遍[3]。鄭憲濱等[4]研究認為,分三次施用鉀肥可以提高烤煙上等煙比例、產值和上部葉的含鉀量，降低烤煙下等煙比例；趙銘欽等[5]研究發現，分次施鉀可以提高煙葉鉀含量，協調烤后煙葉化學成分比例，使煙葉的產值、均價、上等煙比例均有不同程度的提高，并使煙葉中性致香物質總量增加；許自成等[6]研究表明施加外源生長素和根部灌施硫酸鉀能夠提高根系活力，增加干物質重量，有利于烤煙生長發育；郭芳軍等[7]研究發現打頂后噴施生長素吲哚乙酸(indoleacetic acid，IAA)能降低煙草根系活力，提高煙葉中鉀素含量，降低煙堿含量。一般烤煙對鉀素的吸收速率在移栽后50 d達到高峰，到生長后期則可能出現鉀元素虧缺現象[8]。已有研究表明烤煙鉀含量與土壤鉀素有關[9]，打頂后施用生長素有利于烤煙鉀素積累與分配[10-13]，改善烤煙鉀含量與物理性狀的關系[14]等。目前，關于土壤如何持續為煙株提供鉀素以及打頂后施用生長素對煙葉中鉀含量以及致香物質含量影響的綜合研究較少。因此，本研究針對豫中煙區煙葉含鉀量低的狀況，通過施鉀時期與植物生長調節劑的技術集合，分析了不同施鉀方案對烤煙產質量的影響，以期為優質煙葉生產提供理論依據和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

試驗于2017年在河南省平頂山市葉縣夏李鄉曹王村進行，地形屬于平原，土壤質地為砂壤土，土壤類型為砂質潮土，試驗地基礎肥力為有機質10.4 g·kg-1、全氮0.6 g·kg-1、速效磷24.4 mg·kg-1、速效鉀113.4 mg·kg-1、土壤pH 4.8。前作為烤煙。供試烤煙品種為豫煙6號。

1.2 試驗方法

采用田間小區試驗法，小區面積為45 m2，采用隨機區組試驗設計，試驗共設5個處理(表1)，每處理重復3次，共15個小區。其中當地施肥方法為：50%起壟條施+50%團棵期追施；分三次施用硫酸鉀方法為：1/3起壟條施、1/3團棵期施用、1/3旺長期追施。管理按照優質煙生產標準進行。氮、磷肥用量固定為當地最佳用量，硫酸鉀(含K2O 50 %)225 kg·hm-2。所使用的生長素為IAA，濃度為20 mg·kg-1，沿莖斷面涂抹(使用浸蘸IAA溶液的脫脂棉，以延長供給時間)[6]。施肥方法：農家肥在冬前起壟時撒施。4月15日將按鉀肥計算出的硫酸鉀用量和100%磷肥、復合肥以及發酵后的餅肥作基肥在起壟后雙側條，剩余鉀肥分別按照以上處理中的比例在團棵期(按比例將剩下復合肥和追加的氮肥)和旺長期分次施用；打頂后當天和一周后分別涂抹生長素2次，打頂時期均控制在初花期進行，打頂時每株煙留葉數21～22片。

1.3 測定項目及方法

①農藝性狀：參照YC/T 142-2010 煙草農藝性狀調查測量方法[15]，在烤煙生長的團棵期和成熟期調查各小區農藝性狀。每小區固定取15株煙草進行測量，主要測量株高、有效葉片數、最大葉長和葉寬等農藝性狀指標。

②煙葉物理特性和外觀指標：選取具有代表性的C3F煙葉。根據田茂成等[16]的方法測定煙葉開片度、含梗率、單葉質量、平衡含水率等指標。煙葉外觀質量鑒定參照王彥亭[17]的方法進行。

煙葉開片度=(葉長寬度/葉片長度)×100%

③煙葉化學成分：烤后煙葉中常規化學成分采用AAⅢ 型連續流動化學分析儀(德國 BRAN+ LUEBBE公司生產)測定[18]。

④中性致香成分：在500 mL圓底燒瓶中加入10.000 g煙樣(45 ℃烘干后磨碎，過100目篩)、1.0 g檸檬酸、500 μL內標(0.37 g·L-1硝基苯)，再加入350 mL蒸餾水。安裝蒸餾萃取裝置，從冷凝管上方加入40 mL 二氯甲烷于 250 mL燒瓶中，待開始沸騰時同時進行蒸餾萃取，出現分層開始計時。2.5 h后，收集250 mL燒瓶中的有機相，加入10 g無水硫酸鈉搖勻至溶液澄清，放置過夜，轉移有機相到雞心瓶，水浴濃縮有機相至1 mL左右，轉入色譜瓶中，用GC/MS鑒定結果和NIST庫檢索定性，待進樣分析。采用HP 5890II-5972氣質聯用儀(美國陶潤公司生產)對烤后煙葉樣品進行中性致香成分定性分析。

⑤產質量：分區掛牌烘烤，烤后將中上部葉按照烤煙分級標準[19]進行分級，并統計每個小區煙葉產量、均價、中上等煙和下等煙比例。

1.4 數據處理

采用SPSS20.0以及Excel 2016軟件對數據進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同處理對煙株農藝性狀的影響

由表2可知，分次施用鉀肥和葉面涂抹生長素對最大葉面積影響較大，T1處理在團棵期和成熟期時最大葉面積顯著高于CK，T3處理顯著高于T2處理，可見施用鉀肥可以有效促進煙葉的生長；成熟期時T4處理最大葉面積與T3處理相比增加了7.85%，且差異顯著，說明分三次施用鉀肥和涂抹生長素可顯著促進煙葉的生長。分次施用鉀肥和涂抹生長素對兩個關鍵時期的株高和有效葉片數都有影響。其中在團棵期時，T1～T4處理的株高顯著高于CK，T4處理的有效葉片數顯著高于CK；在成熟期時，T4處理的株高與CK相比增加了11.53%，進一步說明分三次施用鉀肥和涂抹生長素可以改善煙株農藝性狀的指標。

2.2 不同處理對烤煙產質量的影響

表3顯示，不同處理間烤煙產質量差異較大，T4處理產量最高，與其他處理間差異顯著，總體表現為T4>T3>T2>T1>CK。植煙土壤分次施用鉀肥處理(T3和T4)的煙葉產量、產值、均價和中上等煙比例顯著高于CK，可見分三次施用鉀肥可以顯著提高烤后煙葉的經濟產量。T2處理的產量和產值顯著高于T1處理，T4處理顯著高于T3處理，但均價和中上等煙比例差異不顯著。由此可見，無論是當地施鉀肥方法或分三次施用鉀肥，涂抹生長素處理均可以顯著提高烤后煙葉的產量和產值。

表3 不同處理對烤煙產質量的影響Table 3 Effect of different treatments on the yield and quality of flue-cured tobacco

2.3 不同處理對烤煙物理性狀的影響

由表4可知，不同處理之間烤煙物理性狀差異較大，T2和T4處理的開片度和平衡含水率顯著高于CK，而含梗率較CK降低了2.81%和10.44%，且差異顯著，可見分次施用鉀肥的基礎上，涂抹生長素處理可以明顯改善烤后煙葉物理性狀。就單葉重而言，T2處理顯著高于T1處理，T4處理顯著高于T3處理，說明生長素對烤后煙葉的單葉重起到明顯作用。整體而言，T4處理的開片度、單葉重、葉質重和平衡含水率明顯高于其他處理，含梗率卻低于其他處理。因此，分三次施用鉀肥配合涂抹生長素可以更有效地改善烤后煙葉物理性狀指標。

表4 不同處理對烤煙物理性狀的影響Table 4 Effect of different treatments on physical properties of flue-cured tobacco

2.4 不同處理對烤煙外觀質量的影響

表5顯示，T1和T3處理的外觀質量各指標評分均高于CK，可見分次施用鉀肥可以明顯提高烤后煙葉外觀質量評分。各處理之間評分表現為T4>T2>T3>T1>CK，說明在分次施用鉀肥的基礎上，施用生長素處理可以明顯改善煙葉外觀質量。整體而言，分三次施用鉀肥+施用生長素處理對烤后煙葉外觀質量的改善效果最為明顯。

表5 不同處理下烤煙外觀質量的評分Table 5 Appearance quality scoreof flue-cured tobacco under different treatments

2.5 不同處理對烤煙常規化學成分的影響

根據中國煙草種植區劃研究報告和上海煙草集團有限責任公司煙葉原料評級體系[17]中烤后煙葉中部葉主要化學成分適宜范圍的評價標準(煙堿2.0%～2.8%,總氮1.9%～2.5%，還原糖18.0%～24.0%，糖堿比8.0～10.0，鉀氯比>4，氮堿比0.95～1.05)，分析了試驗烤后煙葉的主要內在化學成分(表6)。植煙土壤分次施用鉀肥處理(T3和T4)的烤煙中部葉的鉀含量顯著高于CK，T1～T4處理的鉀含量與CK相比分別增加了17.65%、33.33%、40.20%和55.88%，其中T2處理鉀含量顯著高于T1處理，T4處理的鉀含量顯著高于T3處理；T4處理氯含量明顯低于其他處理；總氮含量T4處理顯著高于其他處理；從鉀氯比值看，T4處理的鉀氯比值最高且大于4，此時表現為T4>T3>T2>T1>CK。由此可以看出，分三次施用鉀肥和涂抹生長素可以顯著提高煙葉鉀的含量、降低氯的含量。

表6 不同處理對烤煙常規化學成分的影響Table 6 Effect of different treatments on conventional chemical composition of flue-cured tobacco

2.6 不同處理對烤煙中性致香物質的影響

由表7可知，T2、T3和T4處理的類胡蘿卜素降解產物、Maillard反應產物和芳香類氨基酸降解產物的含量均高于CK，其中T2處理的類胡蘿卜素降解產物、Maillard反應產物和新植二烯含量與CK相比分別增加了2.41%、0.62%和5.85%，而T4處理與T3處理相比分別增加了6.07%、8.39%和0.68%；T1處理的中性致香物質含量整體低于CK，T2、T3和T4處理的中性致香物質的總量較對CK分別增加了1.06、1.09和1.11倍，進一步說明植煙土壤分次三次施用鉀肥和涂抹生長素的處理可以提高烤后煙中部葉中性致香物質的含量，而按照當地施肥方法中性致香物質含量較不施鉀肥處理有所下降。

表7 不同處理對烤煙中性致香物質的影響Table 7 Effect of different treatments on neutral aromatic substances in flue-cured tobacco (ug·g-1)

2.7 鉀含量與中性致香物質的相關性分析

由表8可知，除芳香類氨基酸降解產物除外，烤后煙中部葉鉀含量與其余中性香氣成分含量均呈正相關，且鉀含量與類胡蘿卜素降解產物、Maillard反應產物和新植二烯成分呈顯著正相關性，由此可見提高烤后煙中部鉀素含量能夠提高中性致香物質含量。類胡蘿卜素降解產物與Maillard反應產物和新植二烯成分呈顯著或極顯著正相關性，進一步說明中性致香物質之間存在著部分轉化關系。

表8 鉀含量與中性致香物質的相關性分析Table 8 Correlation analysis between potassium content and neutral aromatic substance

3 討論

鉀是影響煙葉品質的重要元素之一，它與煙株的生長發育、抗逆性、煙葉品質密切相關[20]。煙葉中鉀含量較低一直制約著我國的煙草生產，如何提高鉀含量成為改善煙葉品質的主要限制因素之一。本研究通過分次施用鉀肥和涂抹植物生長調節劑結合的方式，進一步研究了施肥方式和植物生長調節劑對烤后煙葉鉀素含量的影響。本研究結果表明，分次施用鉀肥可以顯著提高烤后煙葉的經濟產量，這與鄭憲濱等[4]的研究結果一致；涂抹生長素處理的經濟性狀指標顯著高于未涂抹生長素處理，這與郭芳軍等[7]的研究結果一致，可見涂抹生長素可以使后期頂端優勢繼續保持，增強同化能力，提高煙葉的農藝性狀和經濟性狀指標。

已有研究表明，分次施用鉀肥有利于煙株均衡利用土壤養分，推遲鉀肥的施用期，煙葉中含鉀量有所提高，內部主要化學成分比例更加協調[21]。本研究發現，植煙土壤分三次施用鉀肥可以改善烤后煙葉物理性狀指標，提高烤后煙葉的外觀質量，且顯著提高烤后煙葉中鉀素含量，降低氯含量，提高煙葉的鉀氯比，這與前人研究結果類似[1-5,20-21]，其可能的原因是減少了土壤中鉀的固定和淋失，為打頂后根系吸收鉀素提供了較多的有效鉀，增加了烤后中部煙葉的可用性；外源生長素能夠有效抑制煙株地上部分的鉀含量向根部回流，同時還能抑制煙堿含量的升高[22]。運用各種方法提高鉀肥利用率是確保煙葉含有較高鉀素的一個重要措施。分次施用鉀肥可以明顯改善烤后煙葉內部的中性致香物質含量，涂抹生長素處理的效果最好，這與吳彥輝等[23]的研究結果一致。這是由于打頂后噴施生長素使煙株生長后期頂端優勢得以繼續保持，增強地上部對同化產物的競爭能力，減少根系有機物的供應，從而限制其對養分的吸收，有利于煙葉品質的提高。

已有研究認為高鉀含量的煙葉其新植二烯、類胡蘿卜素降解產物、美拉德反應產物總量均明顯高于中低鉀含量煙葉[24]。本研究發現，通過分析烤后煙葉鉀元素與中性致香物質相關性分析，鉀含量與類胡蘿卜素降解產物、Maillard反應產物和新植二烯成分呈顯著正相關性，可見鉀素含量直接影響著烤后煙葉中性致香物質的含量。這是由于鉀素參與煙株體內的多種酶反應，并且促進煙株體內許多代謝過程，如光合作用、呼吸作用、碳水化合物和蛋白質代謝等，而煙葉中致香物質都是由這些特定的前體物質降解轉化而來的[25]。

植煙土壤分三次施用鉀肥且生長素處理更好提高了煙株的農藝性狀指標和烤后煙產量品質，為進一步闡明改變鉀肥施用和涂抹生長素的方式提高煙葉鉀含量，科學改善煙葉品質提供理論依據。