腐殖酸鉀不同追施時期對土壤鉀素與烤煙含鉀量的影響

楊軍偉, 康 博, 曾慶賓*, 李 冰*, 王昌全, 陳 沛, 王宇森

(1.四川省煙草公司 攀枝花公司, 四川 攀枝花 617000; 2.四川農業大學 資源學院, 四川 成都 611130)

0 引言

【研究意義】土壤鉀素與煙草的生長發育、抗旱抗病性以及煙葉燃燒性、口吃味等密切相關,烤煙煙葉含鉀量是評價煙葉品質的重要指標之一[1-3]。一般而言,優質煙葉的鉀含量應大于3%[4]。攀枝花作為西南地區典型的烤煙生產基地,當地主栽烤煙品種云煙85、云煙87的煙葉含鉀量較低,嚴重限制當地煙葉的品質提升和特色煙葉生產[5-6]。當地烤煙栽培重基輕追,一次追施硫酸鉀的施肥習慣與烤煙鉀吸收規律不匹配,可能是導致煙葉含鉀量較低的重要原因[7]。因此,研究烤煙生產中合理施鉀措施對提高地區煙葉含鉀量具有重要現實意義。【前人研究進展】烤煙對鉀素的吸收積累在移栽后40～60 d快速增加,打頂后鉀吸收緩慢并出現負增長趨勢,這是由于煙株打頂后體內鉀素存在根部外排現象[8]。而通過打頂后追施一定量的鉀肥可提高烤后煙葉含鉀量[9]。腐殖酸鉀肥是以具有特殊功能的腐殖酸為原料制成的高分子有機鉀肥[10-11]。蓋亞波等[12]研究表明,施用腐殖酸鉀煙葉的鉀含量分別較施用硝酸鉀、硫酸鉀的高14.56%、25.24%;匡崗等[13]研究發現,隨腐殖酸鉀施用量增加,烤后煙葉鉀含量呈增加趨勢,且在降低煙葉煙堿含量和促進煙葉主要化學成分的比例協調方面具有明顯效果。【研究切入點】腐殖酸鉀在土壤改良和烤煙提質增產方面的效果研究已得到證實和應用推廣,但有關腐殖酸鉀不同施肥時期對土壤鉀素和煙葉鉀含量的影響研究鮮有報道。【擬解決關鍵問題】以云煙85為試驗材料,探究腐殖酸鉀肥替代2/3硫酸鉀不同追施時期對土壤鉀素和煙葉鉀吸收積累的影響,旨在為烤煙生產合理施用鉀肥提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在四川省攀枝花市米易縣普威鎮新農村進行,海拔1 725 mm,年均氣溫14～16 ℃,年均降雨量1 850 mm,光照充足,屬典型亞熱帶半濕潤氣候。供試土壤為紅壤性水稻土,土壤pH 6.05,有機質20.90 g/kg,全氮1.30 g/kg,堿解氮91.20 mg/kg,速效磷15.88 mg/kg,速效鉀104.12 mg/kg。

1.2 試驗材料

1.2.1 烤煙 供試烤煙品種為云煙85,由攀枝花市煙草公司提供。

1.2.2 肥料 煙草專用復合肥(N∶P2O5∶K2O=10∶15∶25)、硝酸鉀(N∶P2O5∶K2O=14∶0∶44)、過磷酸鈣(含P2O512%)、硫酸鉀(含K2O 50%)、腐殖酸鉀(含K2O 25%,腐殖酸≥55%,pH 9.0～10.0)均購自四川金葉化肥有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗設計 田間試驗采用隨機區組排列,設4個處理:CK,烤煙移栽后30 d一次性追施硫酸鉀225 kg/hm2;在烤煙移栽后30 d、50 d和70 d各施1/3硫酸鉀基礎上,將剩下2/3硫酸鉀以腐殖酸鉀(150 kg/hm2)形式分別于移栽后30 d(T1)、50 d(T2)和70 d(T3)追施。每處理3次重復,共12個小區,每小區栽煙60株,小區面積50 m2,行株距為1.2 m×0.6 m。

所有處理養分總投入量一致,為當地常規肥料施用量,N 105.3 kg/hm2、P2O5137.25 kg/hm2、K2O 400.05 kg/hm2。除追肥外,其他肥料施用方式及施用量為:基肥環施復合肥450 kg/hm2、過磷酸鈣300 kg/hm2;追肥兌水澆施,為移栽后10～15 d追施硝酸鉀270 kg/hm2,移栽后30 d追施復合肥225 kg/hm2。其他烤煙生產田間管理按當地優質煙葉生產技術進行。

1.3.2 調查項目及方法

1) 土壤鉀含量測定。分別于烤煙團棵期(移栽后30 d)、旺長期(移栽后60 d)、成熟初期(移栽后90 d)、成熟后期(移栽后120 d)采集0～20 cm土層土壤樣品,其中烤煙團棵期和成熟初期的土壤樣品均在施腐殖酸鉀肥前采樣,土樣自然條件下風干后揀去雜物,分別過1 mm和0.149 mm篩后裝入密封袋,待測。土壤速效鉀和緩效鉀含量分別采用1 mol/L NH4OAc(pH7.0)溶液浸提法和1 mol/L熱HNO3浸提法測定[14]。

2) 煙葉鉀含量測定。煙葉樣品采集分生育期和烤后煙葉2次進行。生育期于烤煙團棵期、旺長期和成熟初期進行采樣,移栽后30 d采集整株煙葉混樣,移栽后60 d和90 d分別采集上、中、下部煙葉,每小區隨機采集3株混合樣為1個樣品,每處理3次重復。煙葉青樣洗凈后用吸水紙擦干,裝紙袋于105 ℃下殺青30 min后降溫至75 ℃烘干至恒重,粉碎后裝入密封袋,待測;采烤后煙葉樣品按常規煙葉采收、烘烤后,分上、中、下部葉采集,移栽后120 d所有煙葉樣品采烤結束,以移栽后120 d表示采烤后煙葉樣品。每小區取各部位煙葉混合樣3份為1個樣品,每處理3次重復,制樣后粉碎,裝入密封袋,待測。煙葉鉀含量采用H2SO4-H2O2消煮-火焰光度計法測定[14]。

1.4 數據統計與分析

采用Excel 2010 和SPSS 20.0對試驗數據進行統計分析與繪圖。

2 結果與分析

2.1 土壤鉀素的變化特征

從表1和表2看出,不同處理土壤的速效鉀和緩效鉀含量存在差異。速效鉀:烤煙移栽后30 d、60 d、90 d和120 d土壤速效鉀含量分別為197.56～203.53 mg/kg、257.49～283.06 mg/kg、187.22～270.18 mg/kg和178.25～200.73 mg/kg,除T3外,其他處理均以移栽后60 d達最高。在移栽后90 d和120 d施用腐殖酸鉀處理較CK分別增加3.43%～44.31%和3.93%～12.61%,其中,在移栽后90 d,T3處理顯著高于其他處理。緩效鉀:烤煙移栽后30 d、60 d、90 d和120 d土壤緩效鉀含量分別為182.96～204.44 mg/kg、290.96～340.44 mg/kg、295.66～314.57 mg/kg和275.10～290.74 mg/kg,除T3外,其他處理的土壤緩效鉀含量均隨烤煙移栽時間呈先升后降趨勢,烤煙移栽后60 d各處理較移栽后30 d提高49.10%～82.20%;移栽后90～120 d,各處理緩效鉀含量呈下降趨勢。與移栽后60 d比,移栽后120 d各處理土壤緩效鉀含量降幅為2.59%～19.19%,以CK處理降幅最大,T3降幅最小。總體看,腐殖酸鉀處理均提高移栽60 d后土壤鉀素含量,可有效維持后期烤煙生長的鉀素供應。

表1 不同處理烤煙移栽不同時間后土壤的速效鉀含量

表2 不同處理烤煙移栽不同時間后土壤的緩效鉀含量

2.2 煙葉含鉀量的變化特征

由圖1可知,烤煙不同部位煙葉含鉀量隨生育進程表現的特征差異較大。上部葉:烤煙移栽后30 d、60 d、90 d和120 d上部葉鉀含量分別為2.22%～2.24%、2.86%～3.41%、1.50%～2.69%和1.87%～2.19%,除T3外,煙葉鉀含量隨烤煙生育進程呈先升后降趨勢。移栽后120 d,CK、T1和T2上部葉鉀含量較移栽后90 d降低18.28%、4.35%和18.22%,T3提高46.07%,此時T2和T3煙葉含鉀量均為2.19%。中部葉:烤煙移栽后30 d、60 d、90 d和120 d中部葉鉀含量分別為2.22%～2.24%、2.99%～4.19%、1.57%～2.43%和2.01%～2.74%,移栽后60 d中部葉含鉀量以T1最大,較其他處理增加26.20%～40.27%,且差異顯著。CK、T2和T3處理對前期中部葉含鉀量的提升效果較弱,但推遲施鉀(T2和T3)表現二次上升特點。與移栽后90 d比,移栽后120 d T2和T3的中部葉鉀含量增幅分別達33.66%和50.32%。下部葉:烤煙移栽后30 d、60 d、90 d和120 d下部葉鉀含量分別為2.22%～2.24%、3.14%～3.75%、2.47%～3.64%和2.16%～2.80%,其中,移栽后60 d和90 d T2下部葉的持續供鉀效果最好,2個時期的煙葉含鉀量均>3.5%,分別較CK增加5.07%和顯著增加31.05%。從整株煙葉平均含鉀量看,烤煙移栽后30 d、60 d、90 d和120 d分別為2.22%～2.24%、3.20%～3.50%、1.88%～2.79%和2.03%～2.58%,各處理均在移栽后60 d達最高。與CK比,施用腐殖酸鉀處理明顯提升采烤后整株煙葉的平均含鉀量,采烤后(移栽后120 d)以T2增幅最大,較CK顯著提高26.98%。

注:不同小寫字母表示差異達顯著水平(P<0.05)。

總體看,除T1的上部葉外,各處理采烤后不同煙葉部位含鉀量表現為施用腐殖酸鉀處理煙葉>CK。其中,T1僅下部葉含鉀量顯著高于CK,其余部位和整株煙葉平均含鉀量均與CK差異不顯著;T2的中、下部位和整株煙葉平均含鉀量均顯著高于CK,上部葉含鉀量與CK差異不顯著;T3的上、中、下部位和整株煙葉平均含鉀量雖較CK高,但差異均不顯著。表明,過早施鉀(T1)和過遲施鉀(T3)均難以均衡維持采烤后各部位鉀素供應,適當推遲(T2)追施時期可將腐殖酸鉀追施效果最大化,有效提升各部位煙葉的鉀含量。

2.3 土壤鉀素與煙葉含鉀量的相關性

由表3看出,移栽后30 d整株煙葉含鉀量與土壤速效鉀呈顯著正相關(0.609),與緩效鉀呈極顯著正相關(0.729);移栽后60 d整株煙葉含鉀量與移栽后30 d土壤緩效鉀呈極顯著正相關(0.909);移栽后90 d整株煙葉含鉀量與移栽后60 d土壤速效鉀、緩效鉀均呈極顯著正相關(0.843、0.909),與移栽后90 d土壤緩效鉀呈顯著正相關(0.609);移栽后120 d整株煙葉含鉀量與土壤速效鉀呈顯著正相關(0.691),與緩效鉀呈極顯著正相關(0.949),與移栽后30 d土壤速效鉀呈顯著正相關(0.658)。上部葉:移栽后60 d煙葉含鉀量與移栽后30 d土壤緩效鉀呈顯著正相關(0.660);移栽后90 d煙葉含鉀量與移栽后60 d土壤速效鉀、緩效鉀均呈極顯著正相關(0.827、0.911),與移栽后90 d土壤速效鉀呈顯著負相關(-0.604);移栽后120 d煙葉含鉀量與移栽后30 d土壤速效鉀呈極顯著正相關(0.906),與移栽后90 d土壤速效鉀呈顯著正相關(0.614),與移栽后120 d土壤速效鉀、緩效鉀均呈極顯著正相關(0.828、0.847)。中部葉:移栽后60 d煙葉含鉀量與移栽后30 d土壤緩效鉀呈顯著正相關(0.708);移栽后90 d煙葉含鉀量與移栽后60 d土壤速效鉀、緩效鉀均呈極顯著正相關(0.729、0.903),與移栽后90 d土壤速效鉀呈極顯著負相關(-0.740),與土壤緩效鉀呈極顯著正相關(0.749);移栽后120 d煙葉含鉀量與移栽后30 d土壤速效鉀呈顯著正相關(0.616),與移栽后120 d土壤緩效鉀呈極顯著正相關(0.867)。下部葉:移栽后60 d煙葉含鉀量與移栽后30 d土壤速效鉀呈顯著正相關(0.613),與移栽后60 d土壤速效鉀呈極顯著正相關(0.743);移栽后90 d煙葉含鉀量與移栽后60 d土壤速效鉀呈顯著正相關(0.613);移栽后120 d煙葉含鉀量與土壤緩效鉀呈極顯著正相關(0.865)。

表3 土壤鉀素含量與煙葉含鉀量的相關系數

3 討論

3.1 腐殖酸鉀不同追施時期對土壤鉀素的影響

土壤對煙株持續供應鉀是提高煙葉含鉀量的關鍵,鉀肥種類及施用方式可使土壤中各種形態鉀發生轉化并產生新的平衡,改變土壤鉀素含量[15-16]。適時追施鉀肥可維持土壤較高的供鉀強度,相比一次性基施鉀肥,移栽后追施鉀肥可提升土壤速效鉀和緩效鉀含量[17]。研究表明,不同施鉀處理移栽后60 d土壤鉀素含量較移栽后30 d明顯增加,且表現為常規追鉀處理>追施腐殖酸鉀處理;但隨著鉀肥快速釋放,土壤鉀素含量隨烤煙生育進程逐漸下降;追施腐殖酸鉀處理均不同程度提高烤煙移栽后90～120 d的土壤速效鉀含量,且土壤緩效鉀降幅遠低于常規追鉀處理,與王振振等[18]的研究結論一致。腐殖酸作為一種具有高反應活性和較強吸附性能的有機物質,其活性功能團通過吸附或絡合作用使得腐殖酸鉀肥料具有一定的緩釋性能[19-20]。研究結果顯示,在等量鉀素條件下,移栽后30 d追施腐殖酸鉀處理烤煙在移栽后60 d土壤速效鉀和緩效鉀較移栽后30 d分別增長31.72%和56.62%,常規追鉀處理分別增長42.48%和72.27%。研究表明,追施腐殖酸鉀處理移栽后120 d土壤的速效鉀和緩效鉀含量降幅均較常規追鉀處理低,與杜振宇等[21]的研究結論,即施用腐殖酸鉀肥可減少土壤晶格對鉀離子固定,釋放一部分非交換性鉀,并提高外源鉀在土壤中有效性相吻合。

3.2 腐殖酸鉀不同追施時期對煙葉含鉀量的影響

烤煙整株、不同部位和不同葉位葉片對鉀的積累和分配特征存在一定差異,不同施鉀方式會直接影響烤煙生長需鉀關鍵期的鉀含量[15]。研究表明,烤煙隨著生育進程其鉀素吸收呈現“慢-快-慢”規律。烤煙吸收鉀素高峰期大致集中在移栽后40～70 d[22-23]。楊鐵釗等[24]認為,這段時間煙株對鉀的積累量達全生育期的70%～80%。本研究也表明烤煙各部位含鉀量均在移栽后60 d達高峰。而在烤煙打頂后,煙株前期吸收的大量鉀離子由根系回流到土壤中,煙葉含鉀量快速下降,鉀素外溢現象導致采烤后煙葉含鉀量較低。林鸞芳等[25]研究表明,移栽后60 d、70 d、90 d追施不同量鉀肥處理均能促進煙株對鉀的吸收,提高煙葉含鉀量;研究表明,適當推遲(移栽后50 d追施腐殖酸鉀)追施時期可將腐殖酸鉀追施效果最大化,有效提升各部位煙葉的鉀含量。李靜等[9]研究表明,在烤煙移栽后55 d和80 d追施部分鉀肥煙葉鉀積累量降低比例比常規一次性追鉀減少在15%以上,可有效利用中部葉成熟的第二次鉀積累高峰期,減少煙葉鉀素外溢,從而提高中、上部煙葉含鉀量。本研究中,移栽后70 d追施腐殖酸鉀處理烤煙的中部葉和上部葉含鉀量也出現第二個含鉀量峰值,其上部葉含鉀量明顯較常規追鉀處理高。此外,李孟霞等[26]針對影響云南清香型煙葉化學品質的13個土壤因子分析表明,胡敏酸含量是影響煙葉化學品質的主要指標之一。施用腐殖酸鉀肥可直接補充土壤腐殖酸,而隨腐殖酸用量增加,煙葉鉀含量呈遞增趨勢,尤其后期鉀營養供給效果顯著[27-28]。因此,在烤煙對鉀的積累高峰期(移栽后50～60 d)追施鉀肥,即適當推遲鉀肥追施比例和時間,增加腐殖酸鉀肥投入,有利于提高采烤后各部位煙葉含鉀量。

3.3 土壤鉀素與煙葉含鉀量的相關關系

土壤鉀素供應狀況是影響烤煙含鉀量的重要因素[29-30]。研究表明,不同生育期各部位煙葉含鉀量與土壤速效鉀、緩效鉀含量呈極顯著或顯著相關關系。但煙葉含鉀量與前一時期土壤鉀素含量的相關性比同一個時期更顯著,如移栽后60 d各部位煙葉含鉀量均與移栽后30 d土壤鉀素含量呈顯著或極顯著正相關關系;移栽后90 d上部葉、中部葉含鉀量與移栽后60 d土壤速效鉀、緩效鉀含量均呈極顯著正相關關系,下部葉含鉀與移栽后60 d土壤速效鉀含量呈顯著正相關關系。說明從鉀肥投入到鉀素釋放,再到被煙葉吸收是一個時間動態過程。同時腐殖酸可通過對鉀素的吸附作用獲得緩釋效果[18,31],從而產生土壤鉀素與煙葉含鉀量錯生育期相關的規律。此外,移栽后90 d各部位煙葉鉀含量與移栽后90 d土壤速效鉀含量呈負相關關系,且移栽后70 d追施腐殖酸鉀處理烤煙移栽后90 d土壤速效鉀含量顯著高于其他處理,但其移栽后90 d中、上部位煙葉含鉀量最低,而采烤后煙葉出現二次高峰,這為鉀肥追施時期后移提供了有效的數據支撐,通過追施時期后移帶來的鉀素釋放滯后來匹配烤煙吸鉀的第二次高峰,且腐殖酸鉀較低的釋放速率可能會提升成熟期煙葉含鉀量。

4 結論

腐殖酸鉀不同追施時期土壤鉀素和煙葉含鉀量的變化特征差異較大。腐殖酸鉀代替2/3硫酸鉀追施處理烤煙移栽后90 d和120 d土壤速效鉀含量較CK分別增加3.43%～44.31%和3.93%～12.61%,移栽后120 d土壤緩效鉀含量較移栽后90 d的降幅均<5%,而常規施肥處理降幅達12.55%。烤煙生育期不同部位煙葉含鉀量均呈先升后降趨勢,均在移栽后60 d達高峰。與常規追鉀處理比,移栽后30 d追施腐殖酸鉀處理采烤后下部葉含鉀量提高27.31%,移栽后50 d追施腐殖酸鉀和70 d追施腐殖酸鉀處理采烤后各部位煙葉含鉀量分別提高14.06%～36.32%和14.06%～17.59%。不同生育期各部位煙葉含鉀量與土壤速效鉀、緩效鉀含量呈顯著或極顯著相關關系,且煙葉含鉀量與前一時期土壤鉀素含量的相關性比同一個時期更顯著。綜合表明,烤煙移栽后50 d用腐殖酸鉀代替2/3硫酸鉀追施效果最佳,可滿足煙株整個生育期土壤鉀素的供應,有效維持土壤鉀素平衡和提高成熟期煙葉含鉀量,從而改善煙葉品質。