連續(xù)多年施用硫酸鉀肥對煙田土壤及煙株硫素含量的影響

張繼光，梁洪波，申國明，董建新*，張清明，陳向東，吳元華，查 婷，于海容

（1.農(nóng)業(yè)部煙草生物學(xué)與加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院青島煙草資源與環(huán)境野外科學(xué)觀測試驗(yàn)站，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所，青島 266101；2.土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國科學(xué)院南京土壤研究所，南京 210008；3.福建省煙草公司三明市公司，福建 三明 365000；4.貴州中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，貴陽 550001）

硫作為植株吸收的第四大營養(yǎng)元素，在植物體內(nèi)發(fā)揮著重要的生理作用，硫也是土壤中的主要元素之一[1]，隨著土壤風(fēng)化及土壤的形成，硫酸鹽能不斷從土壤中釋放出來，從而被植物根系吸收變成植株內(nèi)的有機(jī)硫及微生物組織[2]。土壤硫素對烤煙生長發(fā)育和品質(zhì)形成具有重要意義，硫缺乏和過量均不利于煙草正常生長。當(dāng)土壤中的有效硫缺乏時(shí)，煙草上部葉片失綠黃化，下部葉片早衰，生長停滯，烤后煙葉的可溶性蛋白質(zhì)含量降低；當(dāng)土壤有效硫含量過高時(shí)，烤煙的產(chǎn)量降低，煙葉品質(zhì)下降，煙葉化學(xué)成分的協(xié)調(diào)性差，煙葉的燃燒性、香氣質(zhì)、香氣量和吃味均受到不同程度的影響[3]。

在煙草農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，由于施用的肥料多是含硫肥料及煙草的選擇性吸收，缺硫?qū)煵萆L及煙葉品質(zhì)的影響在目前生產(chǎn)中尚不多見[4]。相反，伴隨著人們對鉀肥重要性認(rèn)識的提高及其他鉀肥資源的限制，硫酸鉀施用量越來越高，這容易給土壤帶入過量硫素，加之過磷酸鈣和有機(jī)肥中也含有一定量的硫，此外干濕沉降也會(huì)帶入部分硫，這使得土壤及煙葉中硫含量不斷提高。一些研究認(rèn)為煙葉中的硫與其燃燒性和香吃味具有顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，過量的硫素營養(yǎng)將會(huì)降低煙葉的可用性，使煙葉色澤黯淡，燃燒性變差，導(dǎo)致煙葉品質(zhì)下降[5-6]。目前硫過量問題已經(jīng)引起了煙草業(yè)界的普遍關(guān)注，美國等煙草先進(jìn)生產(chǎn)國已規(guī)定煙葉中硫的最高含量是0.7%[7]，我國也將煙葉中的硫含量作為煙葉品質(zhì)的重要評價(jià)指標(biāo)之一。

鑒于硫元素豐缺對煙草生長發(fā)育及煙葉產(chǎn)、質(zhì)量的重要性，以及煙田存在大量施用硫酸鉀肥提升煙葉含鉀量的現(xiàn)實(shí)情況，開展煙田土壤及植株硫素營養(yǎng)及其調(diào)控研究顯得十分重要。近年來，關(guān)于土壤硫素的形態(tài)、轉(zhuǎn)化和利用等方面的研究報(bào)道較多[4,8-11]，但對煙草根際有效硫的動(dòng)態(tài)及硫素積累分配的關(guān)注較少，研究連續(xù)使用硫酸鉀后土壤硫素的時(shí)空變化特征及其在煙草不同部位的積累分配規(guī)律，為指導(dǎo)煙田合理施用含硫肥料，實(shí)現(xiàn)煙田土壤的定向培育和煙葉質(zhì)量提升具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

硫酸鉀肥定位試驗(yàn)設(shè)置在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院青島煙草資源與環(huán)境野外科學(xué)觀測試驗(yàn)站（118.011o～120.033oE，36.007o～ 36.057oN）內(nèi)。該試驗(yàn)站位于青島即墨市龍泉鎮(zhèn)石門村，屬暖溫帶半濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，光熱資源充足，年平均氣溫12.7 ℃，無霜期年均190 d，年均降水量750 mm，土壤類型為棕壤，具有良好的區(qū)域代表性，適宜各種類型的煙草種植。試前土壤的基本理化性質(zhì)為pH（H2O，1∶2.5）6.0，有機(jī)C含量9.39 g/kg，有效硫含量34.43 mg/kg，全N、全P及全K分別為0.98、1.42 和15.83 g/kg，堿解N、有效P（Olsen-P）及速效K（NH4OAc-K）分別為60.3、12.9和102 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

該定位試驗(yàn)始于2009年，試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理（對照、低S、中S和高S），每個(gè)處理3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列。每個(gè)重復(fù)小區(qū)面積為22 m2，栽煙40株，行距1.1 m，株距0.5 m，品種為NC89，種植制度采用煙草-冬閑制。

試驗(yàn)用肥料為煙草專用復(fù)合肥（含N、P2O5、K2O及S分別為15%、15%、15%、12%）和硫酸鉀（含K2O及S分別為50%、18%），按不同的氮磷鉀比率進(jìn)行配施，全部肥料在起壟時(shí)條施，作基肥一次性施入，具體試驗(yàn)處理及施肥量見表1。

表1 各試驗(yàn)處理的養(yǎng)分施用量Table1 N, P2O5, K2O and S rates of each treatment

1.3 樣品采集與測定

1.3.1 土壤樣品 2011年在烤煙生長的3個(gè)主要生育期，即旺長期（2011-07-15）、現(xiàn)蕾期（2011-08-19）和成熟期（2011-09-20）分別采樣。每個(gè)小區(qū)每次取帶土煙株3棵，采用抖根法采集煙草根際土，同時(shí)取壟體上兩顆煙之間的0～20 cm耕層土樣作為煙草根外土，各生育期的根際土及根外土帶回實(shí)驗(yàn)室，風(fēng)干過篩后測定土壤有效硫，并取烤煙成熟期的煙草根際土和根外土測定土壤全硫含量。土壤有效硫及全硫含量的測定均采用硫酸鋇比濁法[12]。

1.3.2 煙株樣品 在烤煙的旺長期，取樣煙株分 3個(gè)部位（根、莖、葉），在成熟期，分6個(gè)部位（根、莖、下部葉、中部葉、上部葉和花序）制樣，樣品經(jīng)105 ℃殺青30 min，65 ℃恒溫烘干稱重，計(jì)算煙株各部分生物量，粉碎過100 目篩后測定其全硫含量。煙株樣品的全硫含量測定采用濃硫酸-雙氧水消化法[12]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 13.5軟件進(jìn)行，不同處理間的差異顯著性水平采用LSD法進(jìn)行檢驗(yàn)。

2 結(jié) 果

2.1 煙草根際及根外土有效硫的動(dòng)態(tài)

煙草根際及根外土有效硫的動(dòng)態(tài)如圖1所示，總體上根際土有效硫含量隨生育期變化不大。在烤煙旺長期（07-15），根際土有效硫以CK處理最高（39.02 mg/kg），其他3個(gè)施硫處理間的差異不大；其原因可能是CK與其他處理相比，煙草根系的硫輸出遠(yuǎn)低于從土壤獲得的硫補(bǔ)給。在現(xiàn)蕾期（08-19），根際土的有效硫含量在各處理間無顯著差異；在成熟期（09-20），根際土有效硫含量隨硫酸鉀用量增加呈增加趨勢，高S處理的有效硫含量與低S處理相比差異顯著，但與CK無顯著差異。

根外土有效硫含量隨生育期的變化主要受前期施肥的影響，即均隨著硫酸鉀用量的增加而增加，具體表現(xiàn)為：高 S＞中 S＞低 S＞CK。施硫酸鉀肥處理的有效硫含量均在旺長期時(shí)最高，其中高S處理的含量最高為201.29 mg/kg，CK處理最低僅為29.21 mg/kg。在現(xiàn)蕾期和成熟期，硫酸鉀肥施用對根外土有效硫的影響減弱，表現(xiàn)為硫酸鉀肥處理的根外土有效硫含量與CK處理間的差值在減小。其原因可能是旺長期之后，土壤中硫的輸入量減少，同時(shí)煙草對硫的吸收量迅速增加，而且該時(shí)期降水量較大，容易造成土壤有效硫的嚴(yán)重淋失[13]。在整個(gè)生育期中，CK處理的有效硫含量變化不大，說明該處理在煙草生育過程中的硫素輸入、輸出基本保持平衡。

2.2 成熟期烤煙根際及根外土全硫含量的差異

在烤煙成熟期，從各處理根際及根外土的土壤全硫含量變化可以看出（圖2），土壤全硫含量受根系及施肥量的顯著影響。在根際土及根外土中，土壤全硫含量均隨硫酸鉀肥施用量的增加而顯著增加。根際土及根外土中全硫含量均以高S處理最高，其含量分別是0.08和0.171 g/kg，中S處理次之。除CK外，其他3個(gè)處理均表現(xiàn)為根外土中的全硫含量高于根際土，特別是中S和高S處理的烤煙根外土全硫含量顯著高于根際土。

圖1 不同處理煙草根際土及根外土有效硫動(dòng)態(tài)Fig.1 Dynamics of soil available S content in and out rhizosphere of different treatments

2.3 旺長期煙株全硫狀況

圖3顯示了旺長期煙株各部位全硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)及其累積量。從圖中可以看出，煙株各部位全硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)整體上以葉部最高，其次是煙莖，煙根最低，但CK處理的根部全硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)稍高于莖部。在試驗(yàn)各處理中，高S處理的葉部含硫量最高，為0.59%；低 S處理的根部含硫量最低，為0.28%?；跓熤旮鞑课坏纳锪?，計(jì)算出各部位的全硫積累量也具有類似趨勢，其全硫積累量順序?yàn)椋喝~部 ＞ 莖部 ＞ 根部，特別是葉部的硫積累量隨硫酸鉀用量的增加而顯著增加。

圖2 不同處理煙草根際土及根外土全硫含量差異Fig.2 Soil total S content difference in and out rhizosphere in different treatment

圖3 旺長期煙株各部位全硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)及其硫素累積量Fig.3 The content and accumulation of total S in different parts of tobacco plant at vigorous growth stage

2.4 成熟期煙株全硫狀況

成熟期各處理煙株不同部位的全硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)如表2所示，總體上，除根部外煙株其他部位的全硫含量均隨硫酸鉀肥用量的增加而增加，其中莖的全硫含量受施肥的影響相對較小。各部位全硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)的總體順序?yàn)椋合虏咳~＞中部葉＞上部葉＞花序＞莖＞根。其中高 S處理的下部葉全硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高為1.01%，其次是中部葉，全硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)也達(dá)0.82%。且各施硫處理葉部的全硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)較旺長期時(shí)有明顯增加。

圖4為成熟期不同處理煙株各部位的硫素積累量及其分配率。從圖中可以看出，低S和中S處理的中部葉及上部葉的全硫積累量，均與莖部積累量相當(dāng)；而CK和高S處理的全硫積累量則顯著高于莖部。從煙草吸收的硫在各部位的分配率可以看出，根部全硫的分配率占 8.1%～11.6%，莖部是13.2%～22.1%，葉部是 59.0%～77.5%，其中下部葉是12.2%～15.7%，中部葉是22.3%～35.7%，上部葉是21.0%～32.2%，花序僅占0.01%～0.07%，且各部位的全硫分配率受施肥量影響較小。

表2 各處理煙株不同部位的全硫質(zhì)量分?jǐn)?shù) %Table2 The content of total S in different parts of tobacco plants %

圖4 成熟期煙株各部位的硫素積累量及其分配率Fig.4 The accumulation and distribution of total S in different parts of tobacco plants at mature stage

3 討 論

作物對硫的吸收主要由根系從土壤中吸收，一般占植物吸硫總量的 2/3[14]，主要是在根毛區(qū)以SO42-的形式從土壤溶液中吸收。此外，作物冠層及其氣孔也能從大氣沉降中吸收硫元素，從大氣中吸收的量取決于土壤供硫量和大氣中硫化物的濃度。當(dāng)土壤供硫不足時(shí)，大氣中低濃度的SO2和H2S也能為煙草地上部吸收以提供部分硫營養(yǎng)[8]。有研究表明，肥料硫施入土壤后，土壤硫濃度會(huì)明顯增加，但幾個(gè)月后，由于植株吸收、流失或同化為有機(jī)質(zhì)而降低，并且發(fā)現(xiàn)植株的硫含量與土壤初始硫存在顯著相關(guān)性（r = 0.72）[15]。本研究結(jié)果也顯示，在施肥后的旺長期，各施肥處理根外土的有效硫含量最高，但在隨后的現(xiàn)蕾期和成熟期，其含量迅速降低并保持平穩(wěn)狀態(tài)，這與煙株的吸收及淋流失損失等造成的輸入輸出變化有關(guān)。

一般煙葉全硫含量在0.2%～0.7%范圍內(nèi)，硫元素在根、莖、葉、頂杈的含量分布為頂杈＞葉＞根＞莖[16]，這與本研究結(jié)果稍有不同。本試驗(yàn)各處理均顯示葉部全硫含量最高，其次是花序，根莖含量差別不大。硫素的運(yùn)轉(zhuǎn)取決于該部位細(xì)胞組織的硫素供應(yīng)以及其他部位對硫素的需求狀況，一般情況下，硫素不發(fā)生移動(dòng)，在代謝加強(qiáng)或者是硫脅迫時(shí)才會(huì)出現(xiàn)硫的轉(zhuǎn)移[17]。另外，煙草體內(nèi)硫元素含量的變化分布是不均一的，與部位密切相關(guān)。由于煙株上不同部位煙葉營養(yǎng)條件不同，硫元素含量也有很大差異，本研究中不同葉位間全硫含量表現(xiàn)為下部葉＞中部葉＞上部葉，這與劉勤等[18]在紅壤和潮土上盆栽試驗(yàn)的研究結(jié)果一致。

在影響煙葉含硫量的因素中，除土壤硫含量為重要因素外，硫肥施用量的影響也十分顯著。隨施硫量增加，根際土及根外土中的有效硫含量明顯上升，由于在根區(qū)有充足可利用硫，煙葉硫含量會(huì)顯著升高，甚至超過通常認(rèn)為的最高臨界值0.7%[19]。本研究中，成熟期高S處理的下部葉及中部葉的全硫含量分別是1.01%和0.82%，已經(jīng)超過臨界值，將會(huì)嚴(yán)重影響煙葉的品質(zhì)。但 Marchand等[20]的研究認(rèn)為即使施用800 kg/hm2硫酸鉀，也只使煙葉硫的最大濃度達(dá)到0.49%，尚保持在臨界值以下。結(jié)果不一致的原因可能與各研究點(diǎn)的土壤全硫量及其有效性有關(guān)，也與硫酸鉀的利用率及淋流失等損失有關(guān)。因此，在不同地區(qū)的煙葉生產(chǎn)中，要因地制宜施用含硫肥料，特別根據(jù)土壤及煙葉中硫元素的含量情況，合理調(diào)控含硫肥料（如硫酸鉀、過磷酸鈣及含硫復(fù)合肥等）的施用，防止因施入土壤硫素過量而帶來煙葉品質(zhì)的負(fù)面影響。

4 結(jié) 論

（1）在山東棕壤煙田進(jìn)行的連續(xù) 3年硫酸鉀肥定位試驗(yàn)顯示，根際土的有效硫含量隨烤煙生育期及施肥量的變化不大，但根外土與此不同，其有效硫含量隨施肥量的增加而增加，且各生育期中以旺長期最高，隨后急劇下降。

（2）土壤全硫含量受根系及施肥量的顯著影響，在煙草根際土及根外土中，土壤全硫含量均隨硫鉀肥施用量的增加而顯著增加。

（3）硫酸鉀肥的施用顯著增加了葉部的全硫含量及其積累量，對莖部硫含量及積累量的影響次之，對根部影響最小。各處理中全硫的分配率均為葉部＞莖部＞根部，且葉部以中部及上部葉為主。

（4）連續(xù)3年施用含硫?yàn)?25.4 kg/hm2的肥料后，烤煙不同葉位的硫含量均達(dá)到0.7%臨界值及以上。因此，應(yīng)根據(jù)土壤及煙葉中硫含量的情況，合理規(guī)范硫酸鉀類肥料在煙草生產(chǎn)中的施用量。

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