烤煙鉀素吸收利用效率研究現狀與展望

李集勤，屠乃美,2,*，易鎮邪，王宇超，車安斌

(1 湖南農業大學農學院，長沙410128；2 中國煙草中南農業試驗站，湖南長沙 410128；3 六盤水市煙草公司，貴州 553000)

鉀是烤煙吸收量最多的營養元素 ，在提高光合速率、增強煙株的抗逆性、改善煙葉的燃燒質量等方面具有重要作用[1~4]，是煙葉品質的重要指標之一。然而我國的煙葉含鉀量較低，很少超過 2%，美國和津巴布韋的煙葉含鉀量卻多在 4%～6%[5]。鉀肥利用率低是導致煙葉含鉀量低的重要原因之一，目前南方煙區的肥料利用率一般為 20%～30%[6]，個別煙區甚至更低，如1992年湖南農學院在郴州煙區測得鉀肥利用率僅為 10%～20%[7]，這對于鉀資源貧乏、主要依靠進口的我國來說不僅造成了極大浪費，而且增加了煙農的生產成本。針對這一問題，煙草科技工作者通過改進施肥技術、研制新型鉀肥、篩選高鉀基因型品種等措施，在提高鉀素利用率方面做了大量的研究[8,9]，并且取得了積極進展。筆者就近些年烤煙鉀素吸收利用效率方面的研究進展情況進行綜述，探討進一步提高鉀素吸收利用效率和煙葉含鉀量的技術途徑。

1 烤煙鉀肥種類及其特點

在所有肥料中凡是能夠為烤煙提供鉀素營養的都可以稱為鉀肥。目前在烤煙生產上常使用的鉀肥種類主要有硫酸鉀、硝酸鉀、氯化鉀以及含鉀的復合肥等[10](表1)。

表1 烤煙常用鉀肥種類

據中國農科院煙科所對部分省份的煙草肥料使用情況調查，硫酸鉀在烤煙上的使用占絕大部分，硝酸鉀使用比例很小，但近些年來有所增加。而在美國、巴西、津巴布韋等先進產煙國則以硝酸鉀為主要鉀源。

由于不同鉀源伴有不同的陰離子，這可能會對煙株生長和煙葉品質產生一定影響。周冀衡[11]通過砂培試驗發現，當K2SO4的供鉀濃度在0~15 mmol/L時，煙株的根、莖、葉生長量隨供鉀濃度增加而增加，當濃度超過15 mmol/L時，煙株生長受到明顯抑制，這可能是SO42-毒害作用引起的。據報道，煙葉中的硫含量超過0.7%，煙葉的燃燒性會明顯減弱[12]，很多國家規定煙草肥料的硫酸根含量不得超過5%[13]。含氯鉀肥中的氯對煙葉燃燒性也有重要的影響，一般煙葉中含氯正常范圍為0.3%～0.5%，超過1%時，燃燒時會產生不愉快的氣味，很多國家規定煙草肥料中的含氯量不得超過3%[13]。但適量的氯化鉀對烤煙產量和產值有利，對煙葉的其它化學指標并無顯著影響，在適宜施氯的煙區，可嘗試用氯化鉀替代部分硫酸鉀作為烤煙的鉀源[14]，降低肥料的成本。韓錦峰等[4]用四種相伴陰離子鉀肥對烤煙進行試驗發現，在株高、葉綠素含量、氣孔導度、光合速率以及煙葉中含鉀量等指標上均表現為檸檬酸鉀>硝酸鉀>草酸鉀>硫酸鉀，其中檸檬酸鉀處理的煙葉化學成分相對較協調。生物鉀是近些年研發出來的新型硅酸鹽菌劑高效肥料，可作基肥施用，也可葉面噴施，具有無毒害、無污染的特點，同時還可減少烤煙的鉀肥用量，降低生產成本，提高烤煙質量和經濟效益[15~19]。此外，還有報道稱緩釋/控釋鉀肥能改善煙葉品質、提高煙葉的含鉀量[20,21]。

2 烤煙鉀素吸收利用效率相關評價指標體系

養分利用效率是指作物吸收單位養分生產的生物量或經濟產量，可用來反映作物吸收利用、分配和積累養分狀況。烤煙鉀素吸收利用效率可通過相關指標來評價[22](表2)，這對優化施鉀技術和提高烤煙鉀素營養具有重要指導意義。

表2 鉀素吸收利用效率相關評價指標

3 烤煙鉀素吸收利用機理和分配積累規律

3.1 烤煙對鉀素的吸收利用機理

鉀在土壤中一般以 K2SO4，KNO3，KCl 等鹽類形式存在，在水中解離成K+而被根系吸收[23]。當根表細胞膜外K+濃度較低時，K+在H+-ATP酶的作用下通過由一個或多個高親和力的 K+轉動子進行主動運輸，每2個H+-ATP酶泵出的H+中，就有一個同K+一道被K+轉動子運進細胞膜內，其運輸速率與ATP含量呈正相關，若根系遇到逆境條件如低溫冷害、通氣不暢時會嚴重影響呼吸作用，抑制ATP的生成，鉀的吸收速率會降低。當根表細胞膜外 K+濃度較高時，K+通過低親和力的K+內流通道或非選擇性的陽離子通道進行被動運輸，此過程不需消耗能量[24]。鉀在煙株體內屬可再利用元素，很容易從老化組織中轉移到幼嫩部分再利用。

3.2 鉀素在煙株體內的分配積累規律

在煙株細胞中，鉀一般以離子形態或吸附在原生質表面等方式存在，少部分鉀位于胞質膠體上，屬交換性；約1%鉀被線粒體所吸附，屬非交換性；大部分鉀存在于細胞液中，易被水所提取[24]。同一片煙葉中的含鉀量分布為葉脈>葉柄>葉肉>葉緣[25]。正常供鉀條件下，不同部位中鉀的分配規律為葉>莖>根；不同葉位分布表現為下部葉>中部葉>上部葉，當供鉀不足時上部葉的含鉀量可高于中下部葉[26]。

據相關報道[3,27]，烤煙在栽后前3周對鉀的吸收速率極低，從第4周開始，對鉀的吸收速率變快，并在第6至8周達到最大吸收速率，之后急劇下降，鉀的吸收和積累量在栽后7周內完成70%-80%，遠遠超過其它元素的積累速率，在11周時吸鉀量達到高峰，之后開始降低。楊鐵釗等[28]報道，在水培條件下，供鉀水平為0.1～50 mmol/L范圍內，煙葉中鉀積累呈現出快速-緩慢-快速-緩慢的交替變化，其中在鉀離子濃度為0.1～0.2 mmol/L和0.4～10 mmol/L范圍內，隨鉀濃度提高積累量快速提高。

現蕾期打頂是烤煙生產中一項重要的農藝措施，但這會改變煙株的源庫關系，鉀素在煙體內會發生“回流”現象，即從地上部往地下部流動。鄭憲濱等[29]通過水培試驗發現，烤煙在打頂后10天內，體內有大量K+沿韌皮部由地上部回流到根中，回流鉀量占由根向地上部運輸鉀量的50%以上，其原因有待深入研究。

4 烤煙鉀素吸收利用效率的影響因素

4.1 鉀肥種類

不同的鉀肥種類伴有不同的陰離子，當鉀肥施入土壤后，K+被根系大量吸收，而剩下的相伴陰離子卻富集在根系周圍，這必然會對根際環境和K+的吸收能力產生影響。比如NO3-就有利于根系對K+的吸收，而SO的作用卻不怎么明顯，因此，硝酸鉀在提高煙葉含鉀量的方面要優于硫酸鉀[30]。據周冀衡[11]報道，鉀肥肥效的發揮是K+與相伴陰離子共同作用的結果，SO42-對K+吸收的影響較大，高濃度的SO會產生明顯的抑制作用，Cl-對鉀的吸收和肥效的干擾較小。生物鉀肥能利用其中的鉀細菌分解土壤中難溶礦物態鉀，轉化土壤中被固定的無效鉀為有效鉀，提高土壤速效鉀含量[15,16]。可見，不同鉀源的供鉀特性具有明顯的差異性，對烤煙鉀素吸收利用效率有重要影響。

4.2 土壤環境

植煙土壤的理化性質以及養分狀況對烤煙鉀素的吸收利用有重要影響。眾多研究表明，土壤的質地、pH、供鉀能力、有機質含量、水分狀況等因子在一定程度上會影響烤煙對鉀素的吸收利用效率[32~38](表3)。 但也有研究認為，土壤速效鉀和緩效鉀含量與烤煙鉀素吸收關系不大，如潮土速效鉀和緩效鉀含量高于紅壤，但潮土上生產出來的煙葉含鉀量卻遠低于紅壤上生產的煙葉[39]。

表3 土壤環境對烤煙鉀素吸收利用效率的影響研究結果

4.3 氣候條件

Leymonie JP等[40]在不同降水量分布區對烤煙鉀素在土壤中的行為進行研究，發現煙株對鉀離子的吸收率與降水量的分布有明顯的相關性。在我國北方煙區，常遇干旱少雨天氣，施入土壤中的鉀肥固定速度快，施鉀一周后，其固定率高達72%～82%[41]，無論是增施基肥中的鉀用量還是分次追施鉀，其肥效都難以發揮，利用率低下。而在我國南方煙區，降雨量豐富，烤煙大田生長期降雨量可達800～1200 mm，由于煙株生育前期葉面積小，雨水大量沖刷地表，造成鉀素流失和下滲損失嚴重[42,43]。此外，溫度對煙株鉀的吸收也有影響，有人在人工氣候室做過試驗，發現低溫時煙株下部葉含鉀量最高，在較高溫時上部葉含鉀量最高[44]。光照對烤煙鉀的吸收利用率有無影響目前未見相關報道。

4.4 品種類型

不同基因型煙草品種吸鉀特性具有明顯差異性。周冀衡等[45]研究了三個煙草品種對鉀素的響應能力，發現在同一供鉀水平下NC82>NC89>K326。牛佩蘭等[9]在對26個不同基因型煙草品種鉀利用率差異性進行研究后，發現煙株鉀素含量在基因型間的變異系數達35.5%，鉀高效基因型鉀效率是鉀低效基因型的3倍多，并證實煙草吸鉀能力和煙葉含鉀量在基因型間存在明顯差異，且鉀積累效率可穩定遺傳。張喜琦等[46]在水培試驗條件下研究了4個典型基因型煙草品種的根系對鉀吸收的影響，吸收量結果為G-28>中煙98>G-140>TI245，并指出根系形態學和生理學上的優勢是煙草對土壤中鉀高效吸收和累積的基本保證。

4.5 施鉀技術

一般認為施鉀量與煙葉含鉀量存在密切關系，但煙葉含鉀率的增長與施鉀量的增長相比，增幅相對較小。黃貴萍等[47]報道，增加鉀肥用量可適當提高煙葉的鉀素含量，但增加幅度有限，鉀肥利用率極其低下。郭合營等[48]報道，施鉀量為225 kgK2O /hm2的煙葉含鉀量(1.48%)與不施鉀煙葉含鉀量(1.49%)基本無異。這說明單靠增施鉀量來提高煙葉鉀含量是行不通的，當然在不同的煙區，由于土壤、生態條件不一樣，鉀肥利用率情況可能會有所差異。

在施鉀方式上，采取“基肥+分次追肥”相結合施鉀方式對增加煙葉含鉀量、提高煙株鉀素的吸收利用率有明顯的效果[49]。馬中仁[50]報道，鉀肥以深施和集中施用效果較好，總供鉀量的60%～70%集中深施作基肥，深度在20 cm左右，剩余的30%～40%的鉀肥在移栽時穴施，這能使煙葉含鉀量比常規穴施提高5%～23%。羅建新等[51]研究發現，烤煙栽后30 d 施用總鉀量的40%，能使煙株生長中后期的土壤維持較高的供鉀能力，土壤速效鉀和緩效鉀含量比鉀肥一次性作基肥施用的處理提高了57.4%～60.9%和5.7%～6.2%，同時使煙株吸鉀總量提高了5%～15.5%，可見，施鉀方式對土壤的供鉀能力和烤煙鉀吸收有重要影響。

4.6 調控措施

烤煙現蕾后，通過打頂抹杈等措施可有效抑制頂端優勢，但同時造成大量的鉀素往地下部運輸，這對煙株中后期煙葉鉀的積累極為不利。眾多研究表明，打頂后通過物理或化學調控等措施可以改善鉀素在煙株體內的分配狀況，促進煙株對鉀的吸收利用，提高煙葉的含鉀量[52?59](表4)。

表4 調控措施對烤煙鉀素吸收利用效率的影響研究結果

5 展 望

綜上所述，影響烤煙鉀素吸收利用效率的因素眾多，雖然在很多方面取得了積極進展，但我國煙葉含鉀量在整體上仍未得到明顯提高，因此，仍需積極探索提高烤煙鉀素吸收利用效率與煙葉含鉀量的途徑。

(1)目前在生產上能推廣的鉀高效基因型品種不多，可利用營養性狀遺傳改良理論和基因工程技術，繼續開展篩選和培育鉀高效基因型優良品種的工作，同時從烤煙的生理生態特點出發，進一步開展烤煙品種生態適應性篩選，因地制宜，對品種進行合理布局。

(2)加大對生物鉀肥和控釋、緩釋鉀肥等新型鉀肥研制力度，利用其分解釋放特性，減少鉀的土壤固定，延長鉀肥供應時間，減少施用次數，提高鉀肥的利用率，同時這也可起到省時省力，降低成本的作用。

(3)綜合物理、生理和化學等調控措施優缺點，采取適當的調控措施，有效抑制打頂后鉀素“回流”現象，提高鉀素在煙葉中的分配比例，并形成相關配套技術措施，積極推廣應用。

(4)針對不同煙區的氣候特點，土壤理化性質及養分狀況，把握好烤煙臨界營養期和最大效率期兩個關鍵的施肥期，采取合適的施鉀技術，真正做到“看天、看地、看煙”施鉀，最大限度地發揮鉀肥的肥效。

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