氮磷鉀減量配施鉀長(zhǎng)石土壤調(diào)理劑對(duì)烤煙產(chǎn)質(zhì)量及養(yǎng)分利用率的影響

張曉偉，龍 杰，張 軻，張冀武，孫浩巍，雷 蕾，余小芬，邱學(xué)禮，成 龍，楊樹明

(1.云南省煙草質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)站，昆明 650106；2.云南省煙草公司曲靖市公司，云南 麒麟 655000；3.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境資源研究所，昆明 650205)；4.云南高意匠科技有限公司，云南 麻栗坡 663600)

【研究意義】曲靖是西南高原生態(tài)區(qū)清甜香型烤煙風(fēng)格的核心基地[1]，對(duì)高端品牌卷煙原料供應(yīng)具有舉足輕重的作用。近年來，部分煙農(nóng)為追求周年較高的生產(chǎn)力，注重施用氮磷鉀肥，引起煙區(qū)土壤養(yǎng)分非均衡富集、土壤酸化和中微量元素有效性下降，煙葉品質(zhì)和烤煙肥料利用率降低等問題[2]。因此，如何通過合理的土壤調(diào)理，提高氮磷鉀肥料利用率，進(jìn)而減少化肥施用量，改善土壤質(zhì)量和煙葉品質(zhì)是實(shí)現(xiàn)烤煙提質(zhì)和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】氮磷鉀及鈣鎂等在烤煙中參與多種代謝活動(dòng)，合理施用可促進(jìn)煙株發(fā)育，提高煙葉產(chǎn)量、品質(zhì)[3]。氮素方面，在烤煙移栽35～56 d時(shí)，其氮素吸收量占總量95%[4]。適量氮肥可促進(jìn)煙株生長(zhǎng)及氮磷鉀吸收[5]，增加煙葉產(chǎn)量和品質(zhì)[6]；高施氮肥會(huì)增大煙株磷、硼協(xié)同負(fù)效應(yīng)，降低對(duì)磷、鉀和硼的吸收[6]。中磷或低磷土壤，施磷可提高煙葉香氣物質(zhì)總量，高磷土壤施磷則會(huì)降低煙葉總糖、還原糖含量[7]，適量磷素可促進(jìn)烤煙對(duì)磷、鉀、鈣、鎂的吸收，初烤煙葉色澤光亮、化學(xué)成分協(xié)調(diào)和香氣足[8]。在鉀素上，在烤煙栽后45～60 d，鉀吸收量占總量55%；煙葉成熟期，吸鉀速率下降[9]；適中或高施鉀量可促進(jìn)煙株葉片光合作用，提高卷煙香氣、吃味和燃燒性[10]；提高煙葉鉀含量及其肥料利用率主要依靠培育鉀高效品種，或者施用高鉀肥、根區(qū)施肥、多次追鉀肥等，但后者提鉀效果有限且不穩(wěn)定[11]。煙株過量施鈣會(huì)導(dǎo)致煙葉粗糙、增厚，雜氣重，鋅、鐵元素失調(diào)，煙株硼吸收率降低，煙葉品質(zhì)變劣[12]。鎂豐缺均會(huì)抑制煙株對(duì)氮、磷、鉀養(yǎng)分的吸收，初烤煙葉吸濕性增強(qiáng)，難儲(chǔ)存、醇化，適宜的鎂對(duì)煙灰有凝結(jié)作用[13]。也有研究發(fā)現(xiàn)，運(yùn)用土壤調(diào)理劑可減少肥料用量，有效改良酸化土壤，提高土壤鉀素庫容及供鉀能力、氮磷素吸收利用率及煙葉品質(zhì)[14-15]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】目前，關(guān)于氮、磷、鉀及鈣鎂施肥技術(shù)對(duì)烤煙產(chǎn)質(zhì)量和肥料利用率，以及土壤調(diào)理劑對(duì)改良酸化土壤研究的報(bào)道較多[3-13]，但在減肥基礎(chǔ)上配施富鉀鎂土壤調(diào)理劑的研究較少。鉀長(zhǎng)石(KAlSi3O8)土壤調(diào)理劑是一種富含鉀、硅、鈣、鎂等元素，具有土壤緩沖性能的堿性礦質(zhì)材料[16]，兼具礦質(zhì)養(yǎng)分供應(yīng)，調(diào)節(jié)土壤酸性、提高土壤膠體性能和離子交換能力、改善土壤結(jié)構(gòu)和微生態(tài)環(huán)境的作用[17]。目前，鉀長(zhǎng)石土壤調(diào)理劑在柑橘[18]、甘蔗[19]、水稻[20]等作物上有較好的增產(chǎn)增收效應(yīng)，但在煙草上的應(yīng)用研究還較少?！緮M解決的關(guān)鍵問題】在曲靖核心煙區(qū)的中高肥力土壤上，研究氮磷鉀減量配施鉀長(zhǎng)石土壤調(diào)理劑對(duì)烤煙產(chǎn)量、品質(zhì)及肥料利用率的影響，以期為云南山地?zé)熖锿寥辣Ｓ皽p肥增效提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

2021年4—9月在曲靖市羅平縣羅雄鎮(zhèn)圭山(103°57′E，24°46′N，海拔1480 m，烤煙大田期4—9月平均降雨量1045.7 mm)的中高肥力土壤上進(jìn)行。試驗(yàn)地土壤類型為黃壤，前茬為油菜，烤煙移栽前耕層(0～20 cm)土壤pH 5.76，有機(jī)質(zhì)33.48 g/kg，水解性氮118.36 mg/kg，有效磷35.21 mg/kg，速效鉀597.13 mg/kg，交換性鈣894.39 mg/kg，交換性鎂161.57 mg/kg，有效硼0.47 mg/kg，有效鋅2.27 mg/kg，水溶性氯離子(Cl-)17.41 mg/kg。

1.2 供試材料

烤煙品種K326。肥料：煙草專用復(fù)合肥[m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=15∶8∶25]、硝酸鉀(含N 13.5%，K2O 46.5%)、過磷酸鈣(含P2O516%)和硫酸鉀(含K2O 50%)。鉀長(zhǎng)石土壤調(diào)理劑(K2O 7%，SiO226%，F(xiàn)e2O32%，CaO 21.5%，MgO 5.0%，pH 7.5)由云南高意匠科技有限公司提供。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)置6個(gè)處理：處理T1(CK1)，煙農(nóng)常規(guī)施肥；處理T2，土壤調(diào)理劑+煙農(nóng)常規(guī)施肥；處理T3，土壤調(diào)理劑+減施氮磷鉀20%；處理T4，土壤調(diào)理劑+減施氮磷鉀40%；處理T5，土壤調(diào)理劑+不施任何肥料；處理T6(CK2)，不施任何肥料(CK2)。每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)，小區(qū)面積60 m2，各小區(qū)栽煙80株。煙苗選用漂浮育苗，于2021年5月9日移栽，株行距0.6 m×1.2 m，栽后覆膜，煙株團(tuán)棵期揭膜。煙株大田期N、P2O5、K2O施用量見表1。其中土壤調(diào)理劑、氮和磷肥全部基施；鉀肥70%基施，30%追施，分別在煙株第8、12片新葉長(zhǎng)出時(shí)對(duì)水澆施，其他管理與當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)煙生產(chǎn)相同。

表1 不同試驗(yàn)處理肥料施用量

1.4 樣品采集及測(cè)定

1.4.1 土壤 在烤煙采收結(jié)束，每小區(qū)用土鉆按“S”形5點(diǎn)取樣法，采集根際土樣(煙株莖周邊5～10 cm，0～20 cm耕層)。參照鮑士旦[21]的方法對(duì)土壤養(yǎng)分含量進(jìn)行測(cè)定。

1.4.2 烤煙農(nóng)藝指標(biāo) 在采烤前及烤煙移栽50 d，以小區(qū)為單元，選擇長(zhǎng)勢(shì)一致且具代表性烤煙8株，按YC/T142—2010方法[22]，測(cè)量株高、莖圍、葉片數(shù)、煙葉長(zhǎng)和寬，計(jì)算葉面積、葉面積系數(shù)。

1.4.3 產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)性狀 按小區(qū)分批次分別掛牌采收、編稈、烘烤，按GB 2635—92[23]標(biāo)準(zhǔn)分級(jí)，計(jì)算上等煙比例、產(chǎn)量、產(chǎn)值、產(chǎn)指和級(jí)指。

1.4.4 初烤煙葉化學(xué)成分測(cè)定及可用性指數(shù) 采集各小區(qū)B2F(上橘二)、C3F(中橘三)等級(jí)煙葉。采用AA3型連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)定總糖和還原糖(YC/T 159—2002)[24]、總氮(YC/T 161—2002)[25]、煙堿(YC/T 468—2013)[26]、鉀(YC/T 217—2007)[27]和水溶性氯含量(YC/T 162—2011)[28]。計(jì)算煙葉化學(xué)成分可用性指數(shù)(Chemical components usability index, CCUI)[29]。

1.4.5 煙株氮、磷和鉀 在烤煙采烤時(shí)，固定煙株6株/小區(qū)，分3次采收上、中、下部煙葉。最后1次一并采收根、莖、葉，清洗煙株，置于105 ℃殺青30 min，80 ℃烘干，稱重并粉碎混勻作待測(cè)樣。按NY/T 2017—2011[30]標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定煙株氮、磷、鉀。肥料表觀利用率和生理利用率，計(jì)算公式[29]如下。

肥料表觀利用率(%)=(施肥區(qū)烤煙養(yǎng)分吸收量-空白區(qū)烤煙養(yǎng)分吸收量)/肥料施用量×100

肥料生理利用率(%)=(施肥區(qū)煙葉產(chǎn)量-空白區(qū)煙葉產(chǎn)量)/(施肥區(qū)煙株吸收養(yǎng)分量-空白區(qū)煙株吸收養(yǎng)分量)×100

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用 Microsoft Excel 2010和SPSS 19.0 統(tǒng)計(jì)分析，用最小顯著差異(LSD)多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮磷鉀減量配施鉀長(zhǎng)石土壤調(diào)理劑對(duì)煙株根際土壤養(yǎng)分含量的影響

由表2可知，處理T1(CK1)和處理T6(CK2)的pH分別為6.01、5.92，土壤偏酸性，施土壤調(diào)理劑的處理T2、T3、T4和T5比處理T1(CK1)顯著提高0.37～0.61。與處理T1(CK1)相比，土壤有機(jī)質(zhì)含量處理T2、T3、T4和T5分別增加5.75%、3.07%、5.33%和1.73%；水解性氮含量處理T2、T3、T4顯著增加42.28%、31.79%和24.61%；土壤有效磷和速效鉀處理T2、T3分別顯著增加36.36%、25.14%和20.93%、10.71%；交換性鈣含量處理T2顯著增加9.65%，處理T3、T4差異不顯著；交換性鎂含量處理T2、T3、T4分別顯著增加28.81%、25.85%、11.06%，表明施用鉀長(zhǎng)石土壤調(diào)理劑能夠改良土壤pH和增加土壤的有效養(yǎng)分含量。

表2 處理煙田土壤有效養(yǎng)分含量的變化

2.2 氮磷鉀減量配施鉀長(zhǎng)石土壤調(diào)理劑對(duì)烤煙農(nóng)藝性狀的影響

由表3可知，不施肥處理煙株總體長(zhǎng)勢(shì)較差。烤煙移栽50 d，與處理T1(CK1)相比，株高、莖圍、葉片數(shù)、葉面積及葉面積系數(shù)處理T2、T3、T4、T5均差異不顯著?？緹煵煽厩?，株高、莖圍、葉片數(shù)、葉面積和葉面積系數(shù)處理T2、T3、T4與處理T1(CK1)差異不顯著，而顯著高于處理T5和6(CK2)。表明僅施土壤調(diào)理劑(處理T5)不能滿足煙株生長(zhǎng)所需營(yíng)養(yǎng)，煙株長(zhǎng)勢(shì)減弱，但在煙農(nóng)常規(guī)施肥的基礎(chǔ)上減氮磷鉀20%或40%，同時(shí)配施鉀長(zhǎng)石土壤調(diào)理劑可促進(jìn)烤煙生長(zhǎng)發(fā)育。

表3 不同處理對(duì)煙株農(nóng)藝性狀的影響

2.3 氮磷鉀減量配施鉀長(zhǎng)石土壤調(diào)理劑對(duì)烤煙經(jīng)濟(jì)性狀的影響

由表4可知，處理T5和T6(CK2)煙葉上等煙比例、產(chǎn)量、產(chǎn)值均較低。上等煙比例處理T2、T3、T4比處理T1(CK1)分別顯著增加6.25%、4.53%和5.37%。煙葉產(chǎn)量處理T2、T3比處理T1(CK1)顯著增加11.13%、17.13%，產(chǎn)值處理T2、T3比處理T1(CK1)分別增加32.91%和28.99%，處理T2、T3產(chǎn)指結(jié)果與產(chǎn)值相似，級(jí)指以處理T2、T6(CK2)最高。與處理T6(CK2)相比，處理T5的產(chǎn)量、產(chǎn)值分別顯著提高51.63%、48.70%。表明配施鉀長(zhǎng)石土壤調(diào)理劑與CK1等量或減少氮磷鉀肥20%，對(duì)增加煙葉產(chǎn)量、產(chǎn)值作用效果明顯。

表4 不同處理對(duì)烤煙經(jīng)濟(jì)性狀的影響

2.4 氮磷鉀減量配施鉀長(zhǎng)石土壤調(diào)理劑對(duì)煙葉化學(xué)成分的影響

從表5可以看出，不施肥處理T5和T6的上、中部煙葉總糖和還原糖含量均顯著高于其他處理。在施肥的4個(gè)處理中，上、中部煙葉總糖含量分別為30.19%～34.68%、25.46%～28.07%，均值分別為32.69%、26.84%，而煙葉還原糖分別為18.53%～20.91%、19.54%～22.19%，平均值分別為19.48%、20.58%。與處理T1(CK1)相比，上中部煙葉總糖和還原糖含量均隨氮磷鉀施用量的減少而增加。處理T1、T2、T3和T4上中部煙葉總氮含量分別為2.18%～2.45%、2.12%～2.57%，均值分別為2.28%、2.35%；煙葉煙堿含量分別為1.88%～2.26%、2.93%～3.24%，均值分別為2.03%、3.04%；上、中部煙葉總氮、煙堿含量處理T2、T3、T4、T5和T6(CK2)均顯著低于處理T1(CK1)。4個(gè)施肥處理上、中部煙葉鉀含量分別為1.82%～2.29%、2.47%～3.04%，均值分別為2.01%、2.73%，上部煙葉鉀含量以處理T2最高，比處理T1(CK1)顯著增加13.93%，處理T2、T3中部煙葉鉀含量比處理T1(CK1)分別顯著增加23.08%、11.74%。4個(gè)施肥處理上、中部煙葉水溶性氯含量分別為0.24%～0.34%、0.57%～0.71%，均值分別為0.30%、0.66%；其中，上部煙葉水溶性氯含量各處理差異不顯著，下部煙葉處理T5、T6(CK2)顯著低于處理T1(CK1)。從化學(xué)成分可用性指數(shù)(CCUI)來看，上部和中部煙葉CCUI均以處理T2、T3最高，且與處理T1(CK1)差異顯著，處理T5顯著高于處理T6(CK2)。表明施用鉀長(zhǎng)石土壤調(diào)理劑降低了煙葉總氮和煙堿含量，提高鉀含量，使煙葉化學(xué)成分更加協(xié)調(diào)。

表5 不同處理對(duì)上部和中部煙葉化學(xué)成分的影響

2.5 氮磷鉀減量配施鉀長(zhǎng)石土壤調(diào)理劑對(duì)烤煙肥料利用率的影響

從表6可知，處理T2、T3和T4的氮素表觀利用率和氮素生理利用率分別為33.43%～36.21%和31.49%～33.18%，比處理T1(CK1)分別顯著增加3.88%～12.52%和15.99%～22.21%，處理T5比處理T1(CK1)分別顯著減少14.48%、2.17%。處理T2、T3和T4的磷素表觀利用率在 6.13%～6.72%，比處理T1(CK1)分別顯著增加14.09%、6.62%和4.07%；而磷素生理利用率則比處理T1(CK1)分別顯著增加20.14%、13.58%和5.62%；處理T5的磷素表觀利用率和生理利用率比處理T1(CK1)分別顯著減少12.22%、12.88%。處理T2、T3和T4的鉀素表觀利用率為32.48%～34.53%，比處理T1(CK1)分別顯著增加10.53%、4.39%和3.97%；鉀素生理利用率為31.34%～33.52%，比處理T1(CK1)分別顯著增加9.94%、4.72%和2.79%；處理T5的鉀素表觀利用率和生理利用率比處理T1(CK1)分別顯著減少7.07%、9.22%。表明在施用氮磷鉀的基礎(chǔ)上配施鉀長(zhǎng)石土壤調(diào)理劑可顯著提高烤煙氮磷鉀肥料利用率。

表6 不同處理對(duì)烤煙氮磷鉀肥料利用率的影響

3 討 論

3.1 鉀長(zhǎng)石土壤調(diào)理劑對(duì)煙葉產(chǎn)質(zhì)量的影響

已有研究表明，土壤中施用鉀長(zhǎng)石土壤調(diào)理劑可補(bǔ)充土壤流失的礦質(zhì)元素，減少化肥用量，且可調(diào)節(jié)土壤酸堿性、提高土壤膠體性能和離子交換能力、改善土壤結(jié)構(gòu)和微生態(tài)環(huán)境[17]。本研究發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)施肥或不施肥相比，施土壤調(diào)理劑后土壤有機(jī)質(zhì)含量無顯著變化，土壤pH 可提高0.37～0.61，土壤水解性氮、有效磷、速效鉀、交換性鈣和鎂顯著增加，同沈延彬[16]、李榮[17]和蒙園園等[31]研究結(jié)果相一致，這與鉀長(zhǎng)石土壤調(diào)理劑具有獨(dú)特的多孔隙結(jié)構(gòu)和豐富的表面含氧極性管能團(tuán)，可減少土壤磷、鉀的流失，具有較高的離子交換能力和吸附性能，可提高交換性鉀、鈣、鎂等有關(guān)[16]。同時(shí)，本研究在施土壤調(diào)理劑900 kg/hm2的基礎(chǔ)上，減施氮磷鉀20%，仍能使煙葉等級(jí)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)量、產(chǎn)值顯著提高，說明土壤調(diào)理劑使土壤肥力得到提升，且其增產(chǎn)效果在柑橘[18]、甘蔗[19]、水稻[20]等作物上也得到印證。許多研究表明，增施鎂、鉀肥能促進(jìn)煙株葉片光合作用和新陳代謝，提高煙葉鉀、鎂含量，從而達(dá)到改善煙葉品質(zhì)的作用[10-13]。本研究表明，與單施化肥相比，施土壤調(diào)理劑增加煙葉總糖、還原糖和鉀含量，降低總氮、煙堿含量，使煙葉化學(xué)成分更協(xié)調(diào)，進(jìn)一步說明鉀能促進(jìn)煙株NO3-N的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)，改善氮磷鉀營(yíng)養(yǎng)，使氮素釋放速率與烤煙養(yǎng)分吸收規(guī)律較一致，從而提升煙葉品質(zhì)[32]。本研究，鉀長(zhǎng)石土壤調(diào)理劑對(duì)中部煙葉總氮和煙堿含量的影響大于上部煙葉，這可能是施用土壤調(diào)理劑后土壤有機(jī)氮增加，引起上部煙葉氮素積累速度高于中部葉，轉(zhuǎn)移速度小于中部所致[33]。

3.2 鉀長(zhǎng)石土壤調(diào)理劑對(duì)烤煙肥料利用率的影響

有研究表明，施用土壤調(diào)理劑可增加土壤鉀素庫容及供鉀能力、氮磷吸收利用率[14-15]。本研究中，與常規(guī)施肥相比，配施鉀長(zhǎng)石土壤調(diào)理劑可顯著提高氮磷鉀表觀利用率及生理利用率，促進(jìn)煙株氮、磷、鉀吸收，這與陶遠(yuǎn)征等[14]研究結(jié)果相似，原因可能是鉀長(zhǎng)石土壤調(diào)理劑富含鉀、硅、鈣、鎂等元素，其在維持煙株體內(nèi)養(yǎng)分平衡方面起著重要作用，從而促進(jìn)煙株對(duì)氮、磷、鉀養(yǎng)分的吸收[13]。另一方面，土壤調(diào)理劑中的高鈣高鎂提高了有益菌鞘脂單胞菌屬(Sphingomonas)的相對(duì)豐度及蔗糖酶、過氧化氫酶活性[34]，有助于改善土壤環(huán)境，從而促進(jìn)煙株根際吸收營(yíng)養(yǎng)。同時(shí)，解鉀細(xì)菌促進(jìn)土壤及鉀長(zhǎng)石中鉀素的吸附能力[35]。本研究采用根區(qū)施肥，促進(jìn)了肥料擴(kuò)展空間與根區(qū)空間的有效吻合，這對(duì)增加肥料利用率也發(fā)揮了一定的作用[36]。同時(shí)，關(guān)于土壤調(diào)理劑對(duì)不同土壤類型的效應(yīng)、施肥位點(diǎn)及年限、效應(yīng)持久性、根際微生物的影響，需進(jìn)一步深入研究。

4 結(jié) 論

施用鉀長(zhǎng)石土壤調(diào)理劑可以改良烤煙根區(qū)土壤酸化性狀，提高煙株根區(qū)土壤肥力。在云南省羅平縣酸化土壤上，以氮磷鉀施用量N 82.5 kg/hm2、P2O5123.75 kg/hm2、K2O 247.5 kg/hm2為基準(zhǔn)，等量或減施氮磷鉀20%并配施鉀長(zhǎng)石土壤調(diào)理劑可促進(jìn)煙株生長(zhǎng)，提高煙葉產(chǎn)量和品質(zhì)，促進(jìn)煙株對(duì)氮、磷、鉀肥的吸收和利用。