土壤速效磷對煙草生長發(fā)育及干物質(zhì)積累與分配的影響

孟 凡 羅建新 蔡 葉 余 穎 楊 磊 周萬春

（1湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，410128，湖南長沙；2湖南中煙工業(yè)有限責任公司，410014，湖南長沙）

磷元素是煙草生長發(fā)育所必需的三大營養(yǎng)元素之一，在煙草的生長發(fā)育及代謝過程中具有重要的生理作用[1]。煙草生長所需要的磷主要來源于土壤，土壤磷的供給狀況不僅影響煙草的干物質(zhì)積累與分配，還直接影響煙草的產(chǎn)量和煙葉品質(zhì)[2-4]。土壤磷含量過多，煙株有暴長的勢態(tài)，葉片變老變厚，主脈變粗，組織粗糙，易破損，煙草成熟過早導(dǎo)致減產(chǎn)[5]。而土壤磷含量過低也會影響煙株根系生長發(fā)育，并使煙葉不能正常落黃成熟，葉面積小，煙葉化學(xué)成分協(xié)調(diào)性差[6]。當植物缺磷時，光合產(chǎn)物將優(yōu)先分配運輸?shù)礁?，保證根對養(yǎng)分的吸收，維持其正常生長，而地上部則生長較慢，成熟期推遲[7-9]，葉色暗綠，葉形細長狹窄[10]，煙葉長寬比與煙葉開片度和平衡含水率呈顯著負相關(guān)，長寬比增大也會影響烤煙香氣和余味的舒適性，同時煙葉中煙堿含量顯著增加，總糖和還原糖含量顯著降低[11-13]。土壤磷含量適宜時，煙株根系發(fā)達，生長健壯，落黃好，煙葉易烘烤，同時，適宜的磷素營養(yǎng)對煙株氮和鉀的吸收與利用都有一定的促進作用，從而提高煙葉的質(zhì)量和產(chǎn)量[14]。土壤速效磷含量在一定程度上能較好地反映土壤磷素水平[15-16]，湖南省第2次植煙土壤普查的結(jié)果[17]表明，植煙土壤速效磷含量普遍偏高，湘南、湘東和湘西北煙區(qū)土壤速效磷的平均含量分別為35.2、36.5和40.9mg/kg，整體含量比較豐富。速效磷含量處于適宜水平的土壤所占比例分別為16.8%、18.5%和18.1%，處于低或極低水平的土壤比例分別僅為3.44%、8.15%和12.92%，70%～80%的土壤速效磷含量處于高或極高水平。但在煙草生產(chǎn)中仍然會施用120～150kg/hm2的磷，這勢必會導(dǎo)致植煙土壤磷的逐年積累。如果土壤磷豐富，磷肥的施用量又較大，不僅造成磷肥資源的浪費，還會造成環(huán)境污染[18]。為此，本研究于2017年在湖南省主產(chǎn)煙區(qū)采集8個不同速效磷含量的代表性植煙土壤（速效磷含量為 35～135mg/kg），并于2018-2020年在不施磷肥的基礎(chǔ)上進行4茬煙草的土壤磷耗減盆栽試驗，本文以2020年第4茬盆栽煙草的試驗結(jié)果為依據(jù)，研究連續(xù)種植耗減的土壤速效磷變化和由此對煙草生長發(fā)育及干物質(zhì)積累與分配產(chǎn)生的影響，為湖南煙草生產(chǎn)中磷肥的合理施用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以2017年分別在湖南省瀏陽市（永安鎮(zhèn)）、江永縣（夏層鋪鎮(zhèn)）、永定區(qū)（謝家埡鄉(xiāng)）和龍山縣（大安鎮(zhèn)和茨巖塘鎮(zhèn)）4個煙葉主產(chǎn)縣（市/區(qū)）采集的8個代表性植煙土壤為基礎(chǔ)試驗材料。

1.2 試驗設(shè)計

將8個代表性植煙土壤設(shè)為8個處理，在不施磷肥的基礎(chǔ)上施足氮和鉀肥，重復(fù)12次。試驗處理分別為瀏陽永安Ⅰ（T1）、瀏陽永安Ⅱ（T2）、江永夏層鋪Ⅰ（T3）、江永夏層鋪Ⅱ（T4）、永定謝家埡Ⅰ（T5）、永定謝家埡Ⅱ（T6）、龍山大安（T7）和龍山茨巖（T8）。于2018-2019年在不施磷肥的基礎(chǔ)上進行種植3茬煙草的磷耗減盆栽試驗，本試驗以磷耗減后的土壤作為供試土壤，并通過種植第4茬煙草繼續(xù)對土壤磷進行耗減。供試土壤磷耗減過程的速效磷含量變化及土壤的主要農(nóng)化性狀分別見表1和表2。

表1 供試土壤磷耗減過程中速效磷含量變化Table 1 Changes of available phosphorus contents in the process of phosphorus depletion in the tested soils mg/kg

表2 供試土壤的主要農(nóng)化性狀Table 2 Main agrochemical properties of the tested soils

1.3 試驗實施

每盆裝土6.0kg，施煙草專用肥（N:P2O5:K2O=10:0:32）4.0g。肥料與土壤充分混勻后裝盆，之后移栽煙草。

選一致的煙苗于2020年3月7日移栽，6月5日收獲，全生育期90d。煙苗移栽后每10d觀察記錄其生長發(fā)育狀況，并于移栽后 30、45、60、75和90d分別取土壤樣和煙株樣（分根、莖、葉），并對土壤速效磷和煙株干物質(zhì)積累與分配情況進行測定。

1.4 觀察記錄與取樣

1.4.1 觀察記錄 煙苗移栽后每10d觀察記錄1次，包括苗高、有效葉數(shù)、最大葉長和最大葉寬，并計算出最大葉面積（葉面積=長×寬×0.6345）和煙葉的長寬比。

1.4.2 煙株取樣 在煙苗移栽后30、45、60、75和90d分別取2次重復(fù)的煙株樣，將煙株沿土面處切斷，剝下全部葉片，將莖分成約20cm的小段，將其劈成兩半。在整盆土壤倒出后，小心剝離土壤，盡可能完整地取出根系，并小心沖洗干凈。根、莖、葉經(jīng)烘干后粉碎制樣、備用。

1.4.3 土壤取樣 在煙苗移栽后的30、45、60、75和90d分別取土壤樣品2次重復(fù)，將整盆土壤倒出，在取完煙株根系后，將土壤充分混勻，鋪平呈四方塊，采取棋盤格多點取樣法取新鮮濕土約500g，經(jīng)自然風(fēng)干、磨細過篩后備用。

1.5 測定指標與方法

1.5.1 煙株干物質(zhì)量 將烘干后的煙株根、莖和葉分別稱重，得到各時期根、莖和葉的干物質(zhì)量，并計算出煙株干物質(zhì)的積累情況與在各器官（根、莖和葉）中的分配比例等。

1.5.2 土壤常規(guī)指標 采用重鉻酸鉀容量法―外加熱法測定供試土壤有機質(zhì)，采用開氏法測定土壤全氮，采用NaOH熔融―鉬銻抗比色法測定土壤全磷，采用pH計法測定pH（水:土=2.5:1）[19]。

1.5.3 土壤速效磷含量（雙酸法） 稱取過20目篩的風(fēng)干土樣5.00g于塑料瓶中，加入HCl（0.05mol/L）-1/2 H2SO4（0.025mol/L）25mL，振蕩 5min，過濾后吸取濾液2mL，加入工作溶液48mL，搖勻，放置30min后比色測定[19]。

1.6 數(shù)據(jù)處理

采用Origin 2018和 Excel軟件進行數(shù)據(jù)處理和作圖。采用SPSS 22.0軟件進行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 植煙土壤速效磷含量的變化

在第 4茬煙草生長發(fā)育期間，土壤速效磷含量的變化見圖1。T1、T2、T3、T7和T8處理的初始土壤速效磷含量均在 50mg/kg以上，處于高磷含量水平，而T4和T5處理土壤速效磷含量小于30mg/kg，處于較低水平，T6處理土壤速效磷含量小于16mg/kg，處于極低水平。在不施磷肥的情況下，煙草生長發(fā)育期間的土壤速效磷含量整體下降，且速效磷含量高的土壤（T1、T2、T3、T7和T8）下降幅度明顯，下降8.0～12.9mg/kg，而速效磷含量低的土壤（T4、T5和T6）下降幅度則較小，為2.9～4.7mg/kg。由此可見，在煙草生長發(fā)育期間，速效磷含量低的土壤可能有更好的供磷韌性。而在煙草生長發(fā)育的不同時期，由于土壤速效磷含量不同，煙草吸收磷的強度也不同，土壤速效磷含量也會出現(xiàn)波動。

圖1 煙草生育期間土壤速效磷含量變化Fig.1 Changes of soil available phosphorus content during tobacco growth

2.2 植煙土壤速效磷對煙草生長發(fā)育的影響

由圖2可知，移栽后30d內(nèi)各處理煙株的有效葉片數(shù)、苗高、最大葉面積和煙葉的長寬比等均無明顯差異，而到煙草移栽后60d，速效磷含量高的土壤（T1、T2、T3和T8）煙株的有效葉片數(shù)、苗高和最大葉面積都明顯大于其他處理，速效磷含量低的土壤（T4、T5和T6）煙草各農(nóng)藝性狀均明顯小于其他處理，特別是土壤速效磷含量很低的T6處理，其煙株的有效葉片數(shù)、苗高和最大葉面積都不及高速效磷含量土壤的40%，最大葉面積約有20%，因此，土壤速效磷含量低會嚴重影響煙草移栽后 31～60d的生長發(fā)育，導(dǎo)致煙株矮小，有效葉片數(shù)少且小，進而嚴重影響煙葉的產(chǎn)量和品質(zhì)。到煙草移栽后 90d（收獲）時，雖然各處理煙株的有效葉片數(shù)和苗高仍然隨土壤速效磷含量的降低而減小，且速效磷含量高的處理（T1、T2、T3、T7和T8）煙草生長發(fā)育相對較好，而速效磷含量較低的處理（T4、T5和T6）煙草生長發(fā)育仍然相對較差，但速效磷含量低的土壤，煙株的生長發(fā)育狀況有改善的趨勢。試驗還發(fā)現(xiàn)，土壤速效磷含量的高低還會影響煙葉的長和寬，速效磷含量低的處理可以明顯地影響葉寬，從而導(dǎo)致煙葉的長寬比變大。并且，土壤速效磷含量過高（＞100mg/kg）或過低（＜16mg/kg）都不利于煙草生長發(fā)育，并會使煙葉的長寬比明顯變大，煙葉呈狹長形。

圖2 不同速效磷含量對煙草農(nóng)藝性狀的影響Fig.2 Effects of different available phosphorus contents on agronomic characteristics of tobacco

2.3 植煙土壤速效磷對煙草干物質(zhì)積累的影響

植煙土壤速效磷含量的高低在影響煙草生長發(fā)育的同時，還會影響煙株干物質(zhì)的積累。由圖3可知，煙草移栽后30d內(nèi)，由于前期煙株的干物質(zhì)積累少，并有煙苗和育苗基質(zhì)磷營養(yǎng)的支撐，所以土壤速效磷含量的高低對煙草干物質(zhì)積累的影響很小，但移栽45d后，差異逐漸變大，直到煙葉成熟收獲。土壤速效磷含量高（58～87.4mg/kg）的處理（T1、T2、T3和 T8）全生育期煙株干物質(zhì)的總積累量為48.38～56.47g/株，而速效磷含量較低（23.7～29.8mg/kg）的處理（T4和T5）以及速效磷含量很高（103.8mg/kg）的處理（T7）煙株干物質(zhì)的總積累量為39.00～41.12g/株，干物質(zhì)的積累量較速效磷含量較高的處理下降了 20%～36%，而速效磷含量很低（14.9mg/kg）的處理（T6），全生育期干物質(zhì)的積累量很小，僅為2.02g/株，由于煙株磷素營養(yǎng)嚴重不足，即便煙株有新葉長出，老葉也會早衰枯黃，甚至在煙苗移栽后的61～75d，煙株干物質(zhì)的積累量出現(xiàn)了負增長的現(xiàn)象。因此，充足的土壤速效磷有利于煙草的生長發(fā)育和干物質(zhì)積累，如果土壤速效磷含量不足則會對煙草的干物質(zhì)積累產(chǎn)生較大影響，進而影響煙葉的產(chǎn)量和品質(zhì)。

圖3 煙草不同生長時期的干物質(zhì)量Fig.3 Dry matter mass of tobacco at different growth stages

土壤速效磷含量的高低在影響煙草干物質(zhì)積累的同時，還會影響煙草不同生長時期干物質(zhì)積累的比例。表3結(jié)果表明，煙草移栽后45d內(nèi)的干物質(zhì)積累量很少，但土壤速效磷含量很低的T6處理，由于其全生育期干物質(zhì)積累的絕對量很小，其比例則相對較大，占全生育期的65.4%，而其他處理干物質(zhì)的積累比例僅為2.3%～6.3%，差異較小。隨著生育期的推進，煙株干物質(zhì)量積累逐漸加快，并受土壤速效磷含量高低的影響加大。煙草移栽后46～60d，磷含量較低的處理（T4和T5）干物質(zhì)積累比例為 6.1%和 7.9%，明顯小于其他處理（19.3%～25.6%），到移栽后76～90d，磷含量低的處理（T4、T5和T6）干物質(zhì)積累比例達到了69.2%、55.2%和65.4%，而其他處理則小于47%?？梢姡寥浪傩Я缀康蜁篃熤昵捌谏L緩慢，干物質(zhì)積累明顯延后。

表3 煙草不同生長時期干物質(zhì)積累量和積累比例Table 3 Dry matter accumulation and accumulation ratio of tobacco at different growth stages

煙草干物質(zhì)的積累強度也與土壤速效磷含量有關(guān)，由表4可知，煙草移栽后的31～75d，干物質(zhì)的積累強度受土壤速效磷含量的影響很大。其中，煙草移栽后 31～45d，T6和 T7處理的干物質(zhì)積累強度只有 0.03和 0.06g/(株·d)，而 T1、T2、T3和T8則達到了0.13～0.15g/(株·d)。特別是到煙草移栽后的46～60d，土壤速效磷含量對煙草干物質(zhì)積累強度的影響最大，T4、T5和T6處理的干物質(zhì)積累強度分別只有 0.17、0.21 和 0.03g/(株·d)，而 T1、T2、T3和T8則達到了0.66～0.82g/(株·d)，是T4和T5處理的近4倍，是T6處理的22～27倍。所以，土壤速效磷含量低會明顯地影響煙草移栽后46～60d的干物質(zhì)積累強度，制約煙草的旺長期。因此，煙草生產(chǎn)必須確保旺長期的磷素營養(yǎng)供應(yīng)充足，這是實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)適產(chǎn)生產(chǎn)目標的重要條件。

表4 煙草不同生長時期的干物質(zhì)積累強度Table 4 Dry matter accumulation intensity of tobacco at different growth stages g/(株·d) g/(plant·d)

2.4 植煙土壤速效磷對煙株干物質(zhì)分配的影響

土壤速效磷含量的高低不僅影響煙草干物質(zhì)的積累，還會影響煙草干物質(zhì)在根、莖和葉中的分配。由圖4可知，土壤速效磷含量很低的T6處理煙草移栽后75d內(nèi)干物質(zhì)在根、莖、葉中的分配比例表現(xiàn)為葉＞根＞莖，移栽后90d為葉＞莖＞根，煙草生長后期煙葉干物質(zhì)積累量增加，根所占百分比則下降，莖所占百分比基本不變。其他處理煙草移栽后45d內(nèi)，干物質(zhì)在根、莖和葉中的分配比例表現(xiàn)為葉＞根＞莖，45d之后表現(xiàn)為葉＞莖＞根。這一結(jié)果表明，煙草移栽后45d內(nèi)是以葉和根的生長為主，移栽45d后會轉(zhuǎn)換成以葉和莖生長為主。同時，土壤速效磷含量不同也會改變干物質(zhì)在根、莖和葉中的分配比例，速效磷含量高的土壤（T1、T2、T3、T7和T8），煙草收獲時的干物質(zhì)在根、莖和葉的分配比例分別為 10.8%～13.4%、26.0%～32.2%和 57.0%～60.8%，而速效磷含量低的土壤（T4和T5），煙草收獲時根、莖和葉干物質(zhì)量所占比例分別為10.4%～12.6%、27.3%～28.4%和50.2%～61.2%，速效磷含量很低的土壤（T6）煙草收獲時干物質(zhì)在根、莖和葉中的分配比例分別為9.1%、13.7%和77.2%，低磷土壤煙草根所占比例略低于高磷土壤，莖所占比例明顯低于高磷土壤，說明土壤速效磷含量低對煙株后期莖的生長發(fā)育影響較大。T6處理煙草移栽后31～75d根所占比例為11.8%～22.0%，明顯高于其他處理，表明土壤速效磷含量很低時，煙草會優(yōu)先生長根系，以保證有足夠的根系數(shù)量完成對磷素養(yǎng)分的吸收。

圖4 煙草干物質(zhì)在各器官中的分配比例Fig.4 Distribution proportion of tobacco dry matter in each organ

3 討論

由于受煙草吸收、氣溫、灌溉、煙草根系活動和上一茬煙草收獲后的干土效應(yīng)等因素的綜合影響，煙草生長發(fā)育期間土壤速效磷含量整體下降，且速效磷含量高的土壤（＞50mg/kg）下降幅度大，而速效磷含量低（＜30mg/kg）和很低（＜16mg/kg）的土壤下降幅度較小，由此可見，速效磷含量低的土壤可能有更好的供磷韌性。因為當土壤速效磷含量較高時，土壤有足夠的速效磷滿足煙草生長發(fā)育的需要，無需啟動土壤磷庫的轉(zhuǎn)化，因此，煙草對土壤速效磷進行了直接的耗減，從而導(dǎo)致其有較大幅度的下降。而當土壤速效磷含量較低，甚至很低時，煙草生長發(fā)育期間磷的供應(yīng)可能需要啟動土壤磷庫的轉(zhuǎn)化，即在煙草消耗土壤速效磷的同時，還會促使土壤部分緩效磷轉(zhuǎn)化為速效磷，以確保土壤磷的供應(yīng)強度，從而彌補土壤速效磷的下降，所以土壤速效磷的下降幅度就比較小，這與顏曉等[20]的研究結(jié)果基本一致。因為用化學(xué)方法測定土壤速效磷是土壤磷轉(zhuǎn)化與煙草磷吸收之間動態(tài)平衡的結(jié)果，所以在煙草生長發(fā)育的不同時期，由于土壤速效磷含量不同，煙草吸收磷的強度也不同，啟動土壤磷庫的有效化強度也不一樣，土壤速效磷含量會有所波動。

土壤速效磷含量過高或過低都不利于煙草生長發(fā)育，并會使煙葉的長寬比增大，煙葉呈狹長形。因此，當土壤速效磷充足時，煙草的生長發(fā)育良好，如果土壤的速效磷含量低，則會嚴重影響煙草前期的生長發(fā)育[21]，導(dǎo)致煙株矮小，有效葉片數(shù)少且小，并對煙葉后期的長寬生長影響較大，導(dǎo)致煙葉的長寬比增大，葉片呈狹長形。有研究[22-23]表明，葉片細長不利于烤煙香氣提升及余味的舒適性增加，葉片長度與煙葉總糖、還原糖和評吸總分呈顯著負相關(guān)，葉片寬度與煙葉鉀、總氮、總糖和還原糖含量呈顯著正相關(guān)，說明葉片細長會極大地影響煙草質(zhì)量及其經(jīng)濟價值。

與速效磷含量高的土壤相比，含量低的土壤煙株干物質(zhì)積累總量減少了 14%～30%，速效磷含量很低的土壤煙株干物質(zhì)積累量甚至減少了96%，可見，土壤速效磷充足有利于煙草的生長發(fā)育和干物質(zhì)積累，如果土壤速效磷含量不足，會明顯影響煙草的干物質(zhì)積累，特別是對煙草移栽后46～60d的干物質(zhì)積累量和積累強度的影響最大，嚴重限制了煙株旺長期的生長，因此，煙草生產(chǎn)必須確保旺長期的磷素營養(yǎng)充足供應(yīng)，這是實現(xiàn)煙草優(yōu)質(zhì)適產(chǎn)生產(chǎn)目標的重要條件。移栽后76～90d是煙株干物質(zhì)積累的高峰期，但速效磷含量較低的處理，煙草前期和中期的生長緩慢，后期的干物質(zhì)積累比例明顯高于速效磷含量高的處理。可見，土壤速效磷含量越豐富，越有利于煙草前期的早生快發(fā)，而土壤速效磷含量低會使煙株前期生長緩慢，干物質(zhì)積累滯后。土壤速效磷含量的高低也會影響煙草干物質(zhì)在根、莖和葉中的分配。煙苗移栽后45d內(nèi)，干物質(zhì)在根、莖和葉中的分配比例為葉＞根＞莖，45d之后則表現(xiàn)為葉＞莖＞根，煙草根和莖的生長是互補的，速效磷含量低對煙草莖的生長影響最大。煙草旺長期前，營養(yǎng)生長占優(yōu)勢，新葉和新根的生長必須加強，特別是新根的生長和根系數(shù)量的增加，可確保有足夠的根系吸收面積和能力，實現(xiàn)對磷素養(yǎng)分和其他養(yǎng)分的吸收[24]，促進煙株的早生快發(fā)。煙草旺長期以后，莖葉生長占優(yōu)勢，特別是莖的生長得以加強，以確保有足夠的能力支撐煙葉的生長和發(fā)育，實現(xiàn)煙草優(yōu)質(zhì)適產(chǎn)的生產(chǎn)目標。

4 結(jié)論

土壤速效磷含量的高低會對煙草生長發(fā)育和干物質(zhì)積累與分配產(chǎn)生較大影響，當速效磷含量充足時煙草生長良好，速效磷含量小于30mg/kg時則明顯影響了煙草的生長發(fā)育，表現(xiàn)為煙株矮小，有效葉片數(shù)減少，干物質(zhì)量明顯降低。尤其是土壤速效磷含量小于16mg/kg時，煙株的干物質(zhì)積累量僅為速效磷含量高的土壤煙株干物積累量的3.6%，同時也極大地限制了煙草莖和葉的生長，使煙葉的長寬比由2.2明顯增大到2.7，煙葉呈狹長形。煙草移栽后76～90d是煙株干物質(zhì)積累最快的時期，但土壤速效磷含量低會限制煙株旺長期的生長，使煙株干物質(zhì)積累明顯滯后。因此，在煙草生產(chǎn)中確保旺長期的磷素營養(yǎng)充足供應(yīng)，有利于實現(xiàn)煙草優(yōu)質(zhì)適產(chǎn)的生產(chǎn)目標。