鉀對烤煙品質的影響及提升途徑研究進展

侯戰高， 楊煥文， 楊應明， 羅華元， 董石飛， 胡 靖， 陳興位， 閆 輝， 陳月舞

(1.云南農業大學煙草學院，云南昆明 650102；2.紅云紅河煙草(集團)有限責任公司，云南昆明 650231；3.云南省農業科學院農業環境資源研究所，云南昆明 650205；4.云南瑞升煙草技術(集團)有限公司，云南昆明 650106)

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鉀對烤煙品質的影響及提升途徑研究進展

侯戰高1,2， 楊煥文1， 楊應明2， 羅華元2， 董石飛2， 胡 靖3， 陳興位3， 閆 輝3， 陳月舞4*

(1.云南農業大學煙草學院，云南昆明 650102；2.紅云紅河煙草(集團)有限責任公司，云南昆明 650231；3.云南省農業科學院農業環境資源研究所，云南昆明 650205；4.云南瑞升煙草技術(集團)有限公司，云南昆明 650106)

主要從近年來我國烤煙鉀素營養研究進展入手，分析了我國煙葉含鉀量低的原因及影響鉀含量的主要因素，在此基礎上探討了提高我國煙葉鉀含量的途徑及措施，并提出了今后的研究方向。

鉀；烤煙；品質；技術途徑

煙草是我國主要的經濟作物之一，面積和總產量都居世界前列[1]。煙草是兼顧產量和品質的嗜好類作物，但卷煙屬吸食性消費，因此需要在保證產量的基礎上提高品質。而煙葉質量受土壤、品種、栽培技術、氣候和烘烤技術等諸多因素的影響，其中煙葉含鉀量是評價煙葉內在品質高低的一項重要指標[2]。鉀是煙草生長和發育必不可少的大量元素之一，并且煙葉鉀含量的高低與煙葉質量、安全性密切相關[3]。與國際上的高品質煙葉相比，我國煙葉的鉀含量明顯較低，尤其是我國北方煙區[4]。一般國際優質煙葉含鉀量應不低于2.5%，美國和津巴布韋的煙葉含鉀量多在4%～6%，而我國煙葉含鉀量很少超過2%[5]。較低的煙葉含鉀量一直困擾著我國煙草生產，近年來許多專家學者和煙草生產工作者就如何提高煙葉鉀含量做了大量研究工作，并取得了一定進展。為此，筆者從近年我國煙草鉀營養的研究進展進行了分析，并探討了有效提高煙葉含鉀量的技術途徑及措施，旨在為提高煙葉品質提供參考。

1 鉀對烤煙生長發育及品質的影響

1.1 鉀在土壤中的存在形式目前關于土壤鉀素形態的劃分，國內外有不同的劃分方法，根據鉀對植物的有效性，Sparks將土壤鉀分為結構鉀、固定態鉀、交換性鉀和水溶性鉀[6]。而我國過去一直將土壤鉀素按化學形態分為水溶性鉀、交換性鉀、非交換性鉀和結構鉀，或按其對植物的有效性分為速效鉀(水溶性鉀+交換性鉀)、緩效性鉀(非交換性鉀)和相對無效鉀(礦物鉀)。近些年金繼運對土壤交換性鉀按位置和有效性作了進一步分級[7]，把交換性鉀分為活性不同的非特殊吸附鉀和特殊吸附鉀2種形態。該分級又推進了土壤鉀素形態分級研究。

1.2 鉀的生理功能鉀在煙株體內主要以離子形態存在，是植物體內光合成酶類、氧化還原酶類和轉移酶類等的活化劑[8-9]；參與糖、蛋白質與核酸等物質代謝過程以及光合作用、能量代謝、煙株體內的物質合成和轉運以及調控煙株生長[10-11]；促進煙草的光合、同化產物的合成與運輸，促進煙株光合作用[12]；提高煙株的呼吸效率，減少體內物質和能量的消耗；提高煙草的根系活力與養分吸收、運輸效率；調節細胞膨壓和滲透壓，增強煙草的保水和吸水能力；調節氣孔的開閉，控制煙株的蒸騰作用，調節煙株體內的水分平衡[13-14]。

1.3 鉀與煙草的抗逆性諸多研究報道，鉀對延緩部分煙草病害的發生及提高煙株抗逆能力具有一定的作用。周冀衡等[15-16]研究發現，施鉀可提高高感TMV、CMV煙葉中過氧化物酶(POX)、過氧化物岐化酶(SOD)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)和過氧化氫酶(CAT)等內源保護酶活性，有效控制煙葉細胞內丙二醛(MDA)積累和細胞膜透性增大，從而增強煙草細胞膜的穩定性和降低病毒侵染后對細胞膜脂的過氧化傷害，減輕感病程度。王紹坤等[17-19]研究也證實，施鉀能增強煙株對煙草赤星病和野火病的抗性，減輕赤星病和野火病的發病程度。還有研究者發現，施鉀對提高煙株抗逆境脅迫能力有良好的作用。在寒冷脅迫條件下，施鉀能促進煙株體內碳水化合物的代謝，增加可溶性糖的含量，提高細胞滲透勢，從而增強烤煙的抗寒性。而在干旱脅迫條件下，適當施鉀有助于細胞膜、類囊體膜的穩定以及葉綠素的合成，并且鉀作為細胞主要滲透調節物質，可增加細胞的吸水能力，增強葉片的保水力，降低失水和蒸騰速率，維持干旱下葉片正常的生理代謝[20-21]。此外，鉀還能增強煙株的SOD活性，減輕自由基對細胞膜的損傷，保持細胞膜的完整性，增強煙株的抗旱能力。

1.4 鉀對煙葉品質的影響

1.4.1鉀對煙葉外觀和物理性狀的影響。鉀的供應狀況對煙葉外觀和物理性狀有著不同程度的影響。充足的鉀供應能使煙葉組織細致，葉薄，葉面平展，落黃好，烤后鮮亮呈金黃色，均一有光澤，更有彈性和柔韌性，具有更好的填充性和吸收能力[22]。而當供鉀不足時，煙株表現生長緩慢，株莖矮小瘦弱，嚴重時煙葉邊緣或葉尖出現淡綠色或雜色的斑點，進一步發展呈棕褐色或燒焦狀，有時甚至雜色連成一片，組織死亡。

1.4.2鉀對煙葉內在品質的影響。含鉀量高的煙葉，葉色深橘黃，香氣足，吃味好，富有彈性和韌性，填充性強，陰燃持火力和燃燒性好[23]。而鉀對煙葉內在品質的改善主要體現在葉片α-氨基酸、蛋白質、易揮發堿基氮總量(TVBN)和鈣濃度的降低，煙霧微粒物質總量、煙堿和氰化物含量的降低，可燃性和燃燒性的提高以及色澤的改善等[24]。煙葉含鉀量的提高不僅可降低煙堿含量[25-26]，而且也可降低Ca、Mg含量及提高K/(Ca+Mg)比值[25,27]。此外，鉀還通過影響其他化學成分的合成與分解而影響烴類、醇類、脂類和酯類、糖-氨基酸縮合物等煙葉香氣前體物而影響煙葉香吃味[23,28]。

1.4.3鉀對煙葉安全性的影響。有研究者發現，煙葉含鉀量與含氮化合物(尼古丁、總顆粒物質和氰化物)含量[29]、煙葉燃燒溫度[30]均呈負相關關系，其中煙葉燃燒溫度的降低可顯著改變煙草熱分解產物的種類和數量，減少有害物質的產生，從而有利于煙葉安全性的提高。因此，煙葉鉀含量的提高可減少煙氣對人體健康的危害程度。此外，汪波等[31]在煙葉中加入鉀鹽發現煙草燃燒產生的能量分批釋放，降低了燃燒溫度，同時測得煙氣中的CO含量也有所降低。因此，鉀在一定程度上能減少煙草燃燒產生的有害物質，提高煙葉制品安全性。

2 我國煙葉鉀含量低的原因分析

目前，國內有關煙葉鉀含量低的原因分析主要有以下3種假說。

2.1 鉀稀釋說在我國，無論南方煙區還是北方煙區，烤煙成熟期干物質的積累速度均大于鉀的吸收積累速度[32-33]，而美國烤煙成熟期干物質的積累速度卻低于鉀的吸收積累速度[34]，因此有研究者將我國煙葉鉀含量較外國煙葉低的原因歸之為成熟期烤煙干物質積累量超過鉀積累而造成的稀釋效應[35-36]。但也有人對這一說法持不同意見，楊鐵釗等[37]通過研究5個煙草基因型對煙葉鉀積累和干物質積累特性發現，成熟期煙葉干物質積累的增長量平均為21.91%，而煙葉相對鉀含量的下降率平均為41.83%，顯然干物質積累的“稀釋效應”不能完全解釋煙葉鉀含量下降的原因。

2.2 鉀流失說鉀流失說是指煙株打頂后通過根和葉片外排鉀的現象[38]。目前已有不少研究者通過試驗驗證了煙株打頂后根系外泄鉀的現象。鄭憲濱[39]通過液體培養試驗證明，煙株在打頂后10 d內占地上部50.0%～73.9%的鉀沿韌皮部回流到根中；楊宇虹等[40]通過營養土培86Rb示蹤法研究發現，煙株在現蕾期和成熟期通過根系流失的鉀可達86Rb放射性活度積累的12.7%～13.2%；洪麗芳等[41]通過86Rb示蹤大田試驗結果發現，煙株打頂后5～35 d內，根系外泄的K+增加和葉片分配的86Rb減少，并隨著生育期的推進，根系K+外流量增大，尤其是在不良栽培條件下[40-42]；煙葉成熟期的大量降水也會使打頂后煙株鉀含量及土壤中水溶性鉀造成一定程度的淋失，進而影響煙株對鉀的吸收積累[43-44]。因此認為，煙株打頂后通過根系外泄鉀可能是一種不可避免的生理現象，同時還可能是成熟煙葉鉀含量低的一個重要原因[38]。

2.3 鉀不合理分配說鄭憲濱等[39]通過86Rb示蹤試驗發現，打頂后86Rb在葉片中的分配比例下降，而在根莖中的分配比例增加；解文貴等[45]研究發現，低鉀和高鉀條件下鉀向葉片分配下降的轉折點分別是打頂期，并且當進入煙葉成熟期后，鉀從根、莖向葉分配的能力大大減弱。而通過生長素處理卻可使葉片中的鉀分配比例增加，根、莖分配的比例下降[41]。因此，成熟期煙葉的經濟器官和非經濟器官中鉀的不合理分配現象也可能造成煙葉鉀含量低的重要原因之一[46]。

3 影響煙葉鉀含量的因素

我國煙葉鉀含量較國際優質煙葉低，為深入了解我國烤煙鉀含量的區域特征和分布情況，李強等[47]2003～2006年連續4年在全國主要煙區進行調查取樣，在調查的2 712份烤煙樣品中，結果顯示我國烤煙鉀含量普遍偏低，鉀含量1.0%～2.0%的樣品高達57.08%，鉀含量小于1.0%的樣品占2.36%，鉀含量≥2.0%的樣品僅為樣品總量的40.56%。而影響煙葉鉀含量的主要因素有以下幾個方面。

3.1 煙草基因型不同基因型的煙草在吸收鉀能力與含量方面存在顯著差異[48]。牛佩蘭等[49]研究分析了26個煙草基因型間鉀積累效率的差異及遺傳表現，發現鉀高效基因型的吸鉀效率是鉀低效基因型的3倍多。周冀衡等[50]報道，我國3個主栽品種對鉀的響應能力表現為NC82>NC89>K326，張喜琦等[51]報道4個煙草基因型的鉀含量依次為G-28>中煙98>G-140>T1245，并且影響根系吸收的部分形態學特征和生理參數也存在較大差異。此外值得一提的是，我國烤煙生產上所用的品種多為葉片含鉀量不低的品種，但我國煙葉鉀含量還是比較低，同時吳成林等[52]研究表明，高鉀品系的抗病性差跟鉀含量高的關聯程度不大，可見，我國煙葉鉀含量低并不完全是煙草基因型問題。

3.2 氣候條件溫度、光照、水分和海拔是影響作物生長發育、產量和品質的主要氣候因子，各地不同的自然生態條件對煙葉鉀含量的影響也不同。溫度對煙葉生長發育及品質的影響與光照之間存在緊密聯系[53]，而胡國松等指出，光照和溫度升高有利于鉀的吸收，而溫度的降低和黑暗條件不利于鉀的吸收[29]。水分不僅影響烤煙的生長發育，而且影響土壤溶液中鉀素等營養元素的運輸能力。降雨量過大會造成土壤中鉀的大量淋失，降低煙株對土壤中鉀的利用，進而影響煙葉鉀含量[54]。有關海拔對煙葉鉀含量的影響，陳傳孟等[55]認為，不同海拔煙葉品質的變化主要是因為氣象因子的影響，而不是土壤農化性狀及類型的影響。而胡國松等[56]研究表明，煙葉鉀含量不僅受海拔高度的影響，而且還隨海拔高度的升高而增加。

3.3 植煙土壤特性

3.3.1土壤供鉀水平及土壤質地。土壤供鉀水平是指土壤中水溶性鉀和交換性鉀的含量以及緩效性鉀的儲備量，反映了土壤的供鉀能力及水平。但不同土壤的供鉀水平、煙株對鉀的吸收利用率以及不同類型土壤所產烤煙的鉀含量差異很大。鄭勁民等[57]研究河南煙區土壤供鉀特性后指出，煙葉鉀含量與根際土壤速效鉀含量之間存在極顯著正相關，而與非根際土壤速效鉀無顯著正相關性。此外，土壤的供鉀能力與土壤質地關系密切。在施鉀量相同的前提下，輕質土壤上鉀肥效應好，煙葉鉀含量高，反之，粘重土壤上鉀肥效應差，煙葉鉀含量低。而郝葳等[58]通過研究認為，質地為砂壤土至中壤土的土壤是適宜生產高品質煙葉，其中以砂礫質壤土最好。

3.3.2土壤酸堿度。在pH為3.5～9.0的范圍內，烤煙均能正常生長，但從煙葉品質出發，適宜的土壤pH有利于煙葉品質的提高，一般烤煙的最適生長pH范圍為5.5～7.0[29]。黎成厚等[59]研究認為，當土壤平均pH為5.33時，煙葉吸鉀量及施鉀效果最佳，pH低于5.0及高于6.1對煙株的鉀素營養都有不同程度的負面影響。

3.4 施用鉀肥的種類、方式與總量目前煙葉生產中使用的化學鉀肥種類主要有氯化鉀、硫酸鉀、碳酸鉀和硝酸鉀，其中氯化鉀需要在專家指導下使用，而過多施用硫酸鉀會造成煙草根際局部土壤酸化，反而不利于煙葉品質提高，因此，施用磷酸二氫鉀和硝酸鉀效果較好。

鉀肥的施用量在一定范圍內與煙葉全鉀含量存在極顯著正相關關系[60]，葉佳偉等[61]經過田間試驗研究表明，施用氮磷量固定的情況下，在氧化鉀施用量240～480 kg/hm2范圍內，烤煙莖圍、莖重、根重及葉面積等性狀隨著施鉀量的增加而上升，但超過360 kg/hm2時這些現象變化不再明顯。此外，煙苗移栽后增加鉀肥追肥次數[62]，可在一定程度上提高煙葉鉀含量。

4 提高煙葉鉀含量的途徑及措施

4.1 結合傳統技術和現代生物技術篩選培育富鉀基因型煙草品種且我國鉀資源相對稀缺，增加鉀肥用量從經濟效益角度和環境角度都不可取，因此，選育烤煙高鉀基因型將是解決烤煙鉀含量的關鍵途徑之一[63-64]。培育富鉀型煙草是根據煙葉鉀含量的遺傳特性和含鉀高效基因型煙草形態及生理上的特征，結合傳統的育種技術和現代生物技術如細胞培養、轉基因技術等培育富鉀基因型煙草品種[65]。施衛明等[66]通過農桿菌介導法已成功地將鉀離子通道基因KAT1和AKT1導入擬南芥和野生煙草，并獲得轉基因植株及其純合株系，并發現某些株系的含鉀量和吸鉀速率或傷流量中的鉀均有明顯增加。茅野充男等[67]通過分子生物學技術將擬南芥的鉀離子通道基因轉移到煙草中，煙草的吸鉀能力明顯提高，并使煙草地上部分的含鉀量提高18%～22%。

4.2 物理及化學調控措施諸多研究發現，通過物理及化學等調控措施可在一定程度上提高煙葉鉀含量。洪麗芳等[68-69]研究發現，現蕾打頂后生長素處理打頂莖斷面，有利于不同部位葉片鉀含量的提高。阮龍等[70]通過不同劑量的氮離子束間斷脈沖或輻射處理不同煙草品種，發現不同品種間對劑量的反應不同，并得出了能明顯提高煙葉鉀含量的不同品種的最佳劑量。洪麗芳等[71]研究發現地膜覆蓋有利于中前期葉片含鉀量的積累，打頂后揭膜有利于后期葉片含鉀量的提高，并且打頂時在距莖20 cm處一面斷根有利于煙葉含鉀量的提高，但斷根不能太重，否則反而降低煙葉鉀含量。

4.3 施肥技術以無機化學鉀肥為主，綜合使用生物鉀肥、有機鉀肥以及富鉀綠肥，提高煙株鉀肥利用率及煙葉鉀含量。此外，還可通過施肥技術及方法的改進在一定程度上提高煙葉鉀含量。楊俊等[72]報道鉀肥在不同時期施用對不同部位煙葉的鉀含量有一定影響，全部作基肥時有利于下部煙葉鉀積累，部分或全部作追肥有利于中上部煙葉鉀的吸收和積累。王同朝等[73]和羅建新等[74]研究認為，分期施用鉀肥有利于煙株均衡利用土壤養分，提高煙葉鉀含量。韓錦峰等[38]認為可通過分上、下2層施用基肥鉀以及分次施鉀(土壤基施鉀肥，土壤追施鉀肥和葉面噴施鉀肥)等來提高煙葉鉀含量。張黎明等[75]研究表明，在硫酸鉀施用總量相同(300 kg/hm2)的基礎上，(25%作基肥，75%作追肥，在移栽后25、35 d 分2 次追施，2次施用量相同，各占50%)在產量、產值、上中等煙比例等方面表現最好，抗赤星病較強。閆芳芳等[76]等認為，攀枝花地區增施硫酸鉀或氯化鉀對提高煙葉產質量、培肥煙田土壤具有良好效果。

4.4 栽培技術根是煙株吸收土壤中鉀的主要營養器官，可通過增加煙株的根系數量及活力來增強煙株對鉀的吸收能力，從而提高煙葉鉀含量。李曉等[77]提出，移栽時切斷煙苗根系的主根，并采用一些生物學生根方法可增加根系的吸收面積。煙苗移栽時先采用低壟移栽后追肥、培土，可提高吸肥、吸水、抗旱能力。周冀衡等[78]通過深栽(5 cm)、高培土、分次、分層的綜合培根試驗發現，增加煙株的總根量及具有較強吸收活性的不定根量，可提高煙株對鉀的吸收效率，從而提高了煙葉含鉀量。此外，通過平衡施肥以及運用水肥調控技術也能在一定程度上提高煙葉鉀含量[30]。

4.5 新型生物肥料的使用目前，國內外有關新型生物肥料的研究已成為熱點。而新型生物肥料在煙草農業生產上的應用，除了生物鉀肥外，其他類型的新型肥料也能在一定程度上提高煙葉鉀含量。介曉磊等[79]研究發現，增施生物有機肥不僅增加烤煙煙葉中鉀含量和降低煙堿含量，而且還能減少煙葉中氯含量。董艷等[80]研究表明，微生物肥料的施用不僅有利于煙葉鉀含量的提高，而且還能不同程度地減輕烤煙野火病、炭疽病和赤星病的發病率和病情指數。李登武等[81]也研究發現叢枝菌根真菌能提高鉀在煙葉中的分配比例。

5 問題與展望

煙葉鉀含量是衡量煙葉品質的一個重要指標，并受煙草品種、生態條件、土壤特性、栽培措施(施肥方式、種類)等諸多因素的影響。近年來，為了提高我國煙葉鉀含量，諸多科學研究者已開展大量的研究工作，并已取得一定成果。但總的來說，國內在研究提高煙葉鉀含量技術途徑及方法的力度、深度上還有待加大，具體為：利用分子生物技術從煙草遺傳角度提高煙葉鉀含量未取得比較大的進展；我國煙葉鉀含量低是多個因素綜合引起的，因此研究單個因子對煙葉含鉀量的影響意義不大；對新型鉀肥影響煙葉含鉀量的研究比較單一，研究力度不大。對云南烤煙主栽品種煙葉鉀含量的研究不多，力度不大，不全面。

要從根本上解決我國煙葉鉀含量低的問題，應從以下幾個方面來加大研究力度：影響煙葉鉀含量的各個因素的綜合效應；抑制煙葉鉀含量提高的障礙因素及機制；從育種、土壤、栽培管理和施肥等方面摸索提高煙葉鉀含量的方法、技術及措施;對云南烤煙主栽品種煙葉鉀含量進行全面系統研究。

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Effects of Potassium on the Quality of Flue-cured Tobacco and the Pathway for Raising K Content

HOU Zhan-gao1,2, YANG Huan-wen1, YANG Ying-ming2, CHEN Yue-wu4*et al

(1.College of Tobacco Science, Yunnan Agricultural University, Kunming, Yunnan 650201; 2. Hongyun-Honghe Tobacco(Group) Co. Ltd, Kunming, Yunnan 650231; 4. Yunnan Reascend Tobacco Technology(Group)Co. Ltd, Kunming, Yunnan 650106)

This paper gives a brief review on the research progress of K nutrition, reasons and influencing factors of low-K content in flue-cured tobacco leaf. On the basis of all, techniques for increasing K content in flue-cured tobacco and the further research direction are proposed.

Potassium; Flue-cured tobacco; Quality; Technical measures

紅云紅河集團科技項目(HYHH2013YL02)。

侯戰高(1984- )，男，云南昆明人，農藝師，從事煙草栽培研究。*通訊作者，碩士，從事煙草栽培研究。

2014-11-28

S 572

A

0517-6611(2015)02-036-05