根區施用雜鹵石對昆明烤煙產質量及養分吸收的影響

王一柳，李冬雪，盧殿君，徐興陽，陳小琴，趙正雄，王火焰*，范曉輝，Robert Meakin

（1.云南農業大學資源與環境學院，云南 昆明 650201；2.土壤與農業可持續發展國家重點實驗室，中國科學院南京土壤研究所，江蘇 南京 210008；3.云南省煙草公司昆明市公司，云南 昆明 650051；4.Sirius Minerals Plc，Scarborough YO11 3ZB，United Kingdom）

烤煙作為我國重要的經濟作物之一，面積和產量都居世界首位［1］。鉀、鈣、鎂是烤煙生長發育必不可少的營養元素，其產量和品質受其供應水平的影響［2-3］。烤煙是典型的喜鉀作物，對鉀需求量較高，其鉀肥施用量通常是氮肥施用量的2～4倍［4］，煙葉含鉀量是評價烤煙品質的重要指標之一。優質煙葉含鉀量應在2.5%以上，我國煙葉含鉀量僅2%左右［5-6］。研究表明，含鉀量高于2%的煙葉色澤、燃燒性和吸濕性等性能均明顯優于含鉀量低于2%的煙葉［7］。鈣是烤煙吸收養分中僅次于鉀的元素，作為植物細胞壁胞間層中果膠酸的成分，缺鈣會導致細胞分裂不能進行或不能完成，其適宜含量為1.7%～3.4%［8］。鎂元素通過影響光合作用來影響烤煙的生長發育［9］，其適宜含量為0.5%～0.9%［10］。有研究表明煙葉鈣、鎂含量與鉀含量之間呈現明顯的互作關系，在較低的養分供應水平下這幾種元素呈一定的促進作用，在較高供應水平下則呈現顯著的拮抗作用［11-12］。但如何因不同煙區土壤特點調控土壤鉀、鈣、鎂的供應水平，使煙葉體內鉀、鈣、鎂含量和比例維持在適宜的范圍內，一直是煙葉生產實踐中不易解決的問題。

多年以來煙草施用的鉀肥主要以硫酸鉀和硝酸鉀為主［13］，且投入的鉀肥用量日益增加。我國鉀肥資源有限，也不可再生，尋求新的鉀肥資源以替代傳統鉀肥來緩解我國鉀肥的供需矛盾已迫在眉睫。雜鹵石［K2MgCa2（SO4）4·2H2O］是一種富含鉀、鈣、鎂及硫的天然礦物，其養分含量分別為14%K2O、17%CaO、6%MgO 和19%S。雜鹵石在我國分布較為廣泛，四川、青海、湖北、山東等地均有大量儲藏，其中僅四川盆地雜鹵石資源儲量折合K2O 在百億t 以上［14］。關于雜鹵石對作物的影響，黃宣鎮［15］通過大田試驗得出雜鹵石作鉀肥較氯化鉀處理使小麥增產15%；也有研究表明，與氯化鉀、硫酸鉀、硫酸鉀鎂比較，施用雜鹵石可使花生產量提高2.42%～12.3%，玉米產量提高22.2%～29.5%［16-17］。目前關于雜鹵石在烤煙上的應用效果尚未見到相關文獻。根區施肥作為一種可高效提升肥料利用率的施肥方式［18］，能有效提高烤煙產量、鉀含量與鉀肥利用效率，達到優質高產的目標［19］。本研究的目的是在根區施肥方式的基礎上，探討雜鹵石在云南烤煙上的應用效果，并比較其與傳統鉀肥的差異，以期為雜鹵石在烤煙作物上的推廣應用提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗地點分別位于云南省昆明市晉寧區、尋甸區、宜良區，屬亞熱帶高原季風氣候，年平均氣溫15℃，年均降水量1035 mm，試驗于2018 年4 月布置并種植煙葉，8 月收獲。晉寧、尋甸煙葉品種為紅花大金元，宜良為K326。3 個試驗點供試土壤基本理化性質見表1，土壤養分豐缺標準見表2［20］。

表1 供試土壤基本理化性質

表2 植煙土壤評價指標豐缺標準（mg/kg）

1.2 試驗設計

基于雜鹵石中鉀鈣鎂的含量、比例及當前價格，可以初步判斷雜鹵石不能完全替代常規鉀肥用于煙葉生產，只能在補充煙葉鈣鎂供應的基礎上部分替代常規鉀肥。因而本研究在3 個試驗點分別設置了以下3 個處理：當地農民常規施肥，施用當地推薦的煙草專用復合肥和硫酸鉀（T1）、雜鹵石替代部分硫酸鉀基施（T2）和雜鹵石替代部分硫酸鉀追施（T3）。其中T2 和T3 雜鹵石用量相當于75 kg/hm2的K2O，其余鉀肥用硫酸鉀補到與T1 同等水平。在宜良、尋甸設置了以上3 個處理，在晉寧加設雜鹵石全部替代硫酸鉀肥并一次基施的處理（T4）。以上各處理3 次重復，完全隨機區組設計，小區面積為36 m2，行株距1.2 m×0.5 m。供試肥料種類為煙草專用復合肥（N∶P2O5∶K2O=12∶8∶24）、硫酸鉀（K2O 50%）和雜鹵石（14% K2O-17%CaO-6%MgO）。3 個試驗點肥料用量依當地推薦施肥量進行，具體養分用量如表3 所示。基肥根區施用是將所有基肥施入預先挖好的穴（直徑約30 cm，深度約20 cm）中，并與部分土壤混勻，煙苗移栽在穴的正中，追肥是在移栽后50 d 環施在煙株周圍，結合進行培土和澆水。田間管理措施按照優質煙葉生產方案統一進行。

表3 試驗點養分用量 （kg/hm2）

1.3 樣品采集及測定方法

采用C/T 142-1998 煙草農藝性狀調查方法，在煙株打頂前每個小區選擇有代表性的煙株10 株，測量株高、莖粗、有效葉片數、最大葉面積等農藝性狀。采收期各小區煙葉單獨采收、烘烤、記產、分級，每個小區選擇有代表性的煙株，每片煙葉進行掛牌，正常烘烤后單獨收集，用于后期各種指標的測定。掛牌煙株樣品于75℃烘干至恒重，分下部葉、中部葉和上部葉。煙葉磨碎后，經H2SO4-H2O2消煮法消解，用火焰光度計測定鉀含量，電感耦合等離子發射光譜儀測定鈣鎂含量。煙堿和還原糖只測定了中部煙葉的含量，測定方法為5%乙酸溶液提取，連續流動分析儀測定。

各處理上、中、下不同葉位的養分含量規律比較一致，文中采用質量加權法，取其平均值，該值相當于煙株全部煙葉混合后的測定均值。所有數據均采用Excel 2016、SPSS 20.0 軟件進行統計分析，用Duncan 新復極差法進行顯著性檢驗（P＜0.05），并采用SigmaPlot 12.5 軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對煙株農藝性狀的影響

雜鹵石替代部分硫酸鉀對3 個不同試驗點的烤煙長勢均有一定的影響，且不同試驗點效果存在差異（表4）。在土壤有效鉀、鈣、鎂含量都不高的晉寧試驗點，部分替代硫酸鉀的雜鹵石處理無論是基施（T2）還是追施（T3）都較常規施肥處理（T1）顯著提升了烤葉的株高、最大葉面積、莖圍和有效葉片數，但追施與基施處理各指標的差異較小。采用雜鹵石全部替代常規鉀肥（T4）在晉寧試驗點的效果與雜鹵石部分替代處理效果類似，除株高增長較小外，其它指標均處于最佳水平。說明在鈣鎂含量較低的土壤上，不考慮價格因素的情況下，雜鹵石全部替代常規鉀肥也是可行的。在土壤有效鉀、鈣、鎂含量都顯著高于晉寧的宜良試驗點，雜鹵石處理的烤煙各生長指標均優于常規施肥處理，雜鹵石追施最大葉面積和有效葉片數略好于基施處理。且土壤有效鉀、鈣含量與宜良接近，但鎂含量介于3 個試驗點中間水平的尋甸試驗點，雜鹵石處理的烤煙各生長指標整體也優于常規施肥處理，但雜鹵石基施的效果總體上要好于追施。

表4 不同施肥處理對烤煙農藝性狀的影響

2.2 不同施肥處理對烤煙產量和經濟效益的影響

烤煙農藝性狀反應的只是煙株長勢的部分參數，不同施肥處理的最終效果還是要通過烤煙的產量和經濟效益來反應。表5 結果表明，晉寧試驗點，3 個雜鹵石處理較常規施肥提升了烤煙產量、產值，產量提升范圍為6.6%～9.6%，產值提升了7.9%～13.6%，其中以雜鹵石部分替代硫酸鉀追施（T3）的效果最好，其次是雜鹵石部分替代硫酸鉀基施處理（T2）。而雜鹵石全部替代硫酸鉀基施的效果不及雜鹵石部分替代處理，由于雜鹵石價格較高，且比常規鉀肥含鉀量低，全部替代常規鉀肥時用量較大，因而其最終經濟效益比常規處理反而低。在晉寧，雜鹵石部分替代硫酸鉀追施和基施處理較常規施肥處理經濟效益分別提升了10.40%和6.44%，追施效果好于基施。

表5 不同施肥處理對烤煙產量和經濟效益的影響

在宜良和尋甸，雜鹵石部分替代硫酸鉀基施和追施都較常規施肥提高了烤煙產量、產值和經濟效益（表5）。兩地都表現為雜鹵石追施增產效果較小，僅2%～3%，而基施則可提升產量約6%。經濟效益則表現為雜鹵石追施在宜良與常規施肥相同，在尋甸僅增加3.22%，而雜鹵石基施在兩地分別較常規施肥提升了5.79%和6.45%。在3個試驗點，總體表現為，晉寧：雜鹵石追施＞基施＞常規施肥，宜良和尋甸：雜鹵石基施＞追施＞常規施肥。以上結果說明，除土壤有效鉀、鈣、鎂含量都不太高的晉寧追施雜鹵石效果更好以外，3個試驗點雜鹵石替代75 kg/hm2的鉀肥基施都可以有效提升烤煙產量和經濟效益。

2.3 不同施肥處理對煙葉礦質養分含量的影響

雜鹵石含有鉀鈣鎂3 種對煙葉都很重要的陽離子養分，其對煙葉生長的影響與煙葉對這3 種元素的吸收必然有密切的關系。不同施肥處理對不同試驗點煙葉鉀、鈣、鎂含量的結果如圖1 所示。3 個試驗點煙葉基礎鉀含量與土壤有效鈣、鎂含量呈顯著負相關（圖2），即土壤有效鈣、鎂含量都不高的晉寧試驗點煙葉中鉀含量最高，而土壤有效鈣、鎂最高的宜良試驗點煙葉中鉀含量最低，尋甸則居中。除尋甸一個點追施雜鹵石未能提高煙葉鉀含量外，其它雜鹵石處理較常規施肥煙葉鉀含量均提升，且提升了9.53%～26.2%，雜鹵石并沒有因其含有更多的鈣鎂而降低煙葉對鉀的吸收，反而對鉀的吸收有較好的提升作用。3 個試驗點煙葉鈣含量與土壤有效鈣含量密切相關（表1，圖1），在土壤有效鈣最低的晉寧，煙葉鈣含量僅為10 g/kg左右，在土壤有效鈣高于晉寧3 倍的宜良和尋甸，煙葉鈣含量達到了16～19 g/kg。3 個試驗點，不同雜鹵石處理較常規施肥使煙葉鈣含量提升了13.4%～25.2%，與對煙葉鉀含量的提升作用相似。值得注意的是，在較為缺鈣的晉寧土壤上，當前雜鹵石用量還不足以使煙葉中的鈣得到大幅度地提升，即使是雜鹵石加大用量的T4 處理，還遠未達到宜良與尋甸煙葉中的鈣含量，也未達到優質煙葉中鈣含量的水平［10］，這說明煙葉適量施用雜鹵石，不會導致煙葉鈣吸收的大幅度上升，也不會對鉀吸收帶來負面作用。3 個試驗點煙葉鎂含量也受土壤有效鎂含量直接影響（表1，圖1），土壤有效鎂含量最高的宜良煙葉鎂含量最高，為2.8 g/kg，有效鎂含量居中的尋甸煙葉鎂含量最低，僅有1.2 g/kg，而有效鎂含量最低的晉寧煙葉鎂含量為1.8 g/kg。尋甸土壤有效鎂含量高于晉寧，但煙葉中鎂含量卻低于晉寧，可能與尋甸煙葉產量高出晉寧50%有關，即高產帶來的稀釋效應降低了煙葉中鎂的含量。3 個試驗點施用雜鹵石均顯著提升了煙葉鎂的含量，提升幅度為25%～104%，而且表現為常規煙葉鎂含量越低提升幅度越大，加大雜鹵石的用量（晉寧T4）也能進一步顯著提升煙葉鎂的含量。從以上結果可以看出，施用雜鹵石可有效提升煙葉鉀、鈣、鎂的含量，但提升煙葉鎂的效果要好于鉀和鈣。

2.4 不同施肥處理對煙葉重要化學指標的影響

煙堿和還原糖含量是決定煙葉評吸質量和風味的重要化學指標。3 個試驗點中部煙葉煙堿的含量總體偏低，但不同試驗點差異明顯，表現為尋甸＞晉寧＞宜良（圖3）。除晉寧大量施用雜鹵石（T4）可顯著提升煙堿含量外，其它施用雜鹵石處理對煙堿含量的影響都不顯著。煙葉還原糖含量在一定范圍內與煙葉的品質成正相關［21］，施用雜鹵石對中部煙葉還原糖含量有一定的影響，但影響效應因試驗點而異，不同試驗處理在晉寧表現為T3＞T1＞T2＞T4，在宜良表現為T2＞T1＞T3，而尋甸的3 個處理間差異不顯著。總體上看，施用雜鹵石對還原糖影響規律比較復雜，但可以看出，雜鹵石對煙葉生長和經濟效益起明顯正效應的晉寧T3 和宜良T2 處理煙葉還原糖含量得到了有效提升。說明雜鹵石施用得當的情況下，對煙葉還原糖含量有一定的提升作用。

2.5 煙葉養分含量與產量、品質之間的相關性分析

從表6 可以看出，煙葉養分含量與產量之間的關系表明，在土壤有效鉀、鈣、鎂含量較低的晉寧試驗點，鉀、鎂含量與產量呈顯著正相關關系，而土壤有效鉀、鈣、鎂含量較高的宜良、尋甸試驗點，養分含量對產量的影響相關性未達顯著水平。不同養分含量、品質之間，晉寧試驗點，鉀含量與鈣含量呈顯著正相關關系，煙堿與還原糖呈顯著負相關關系；尋甸試驗點，煙堿與還原糖呈顯著正相關關系。總體來說，土壤有效鉀鈣鎂較低的晉寧試驗點，養分含量對產量的影響效果要高于土壤有效鉀鈣鎂較高的宜良、尋甸試驗點。

3 討論與結論

鉀元素作為煙草重要的品質元素，嚴重制約著煙葉原料品質的整體提升，而我國煙葉的鉀含量普遍偏低，因而如何提升煙葉鉀含量在我國煙葉種植技術研發和生產實踐中都倍受關注。盡管鈣與鎂也是煙葉生長過程中需求量較大的營養元素，但煙葉鈣鎂營養遠未受到應有的重視。長期以來，我國煙葉鉀含量不高的一個重要原因是一些土壤如北方黃淮煙區潮土、其它煙區的石灰性土壤和堿性紫色土鈣鎂含量過高［22-24］，這些土壤上高含量的鈣鎂的確會抑制煙葉對土壤鉀的吸收［11］。高含量鈣鎂對煙葉鉀吸收的顯著拮抗作用，使得人們對煙葉生產實踐中鈣鎂肥的施用較為謹慎，絕大多數煙葉專用肥的推薦中基本未考慮鈣鎂肥的施用，這也導致目前我國很多煙區土壤，尤其是南方降雨較多、土壤陽基離子淋溶或流失較多的紅黃壤中的鈣鎂含量普遍較低，缺鎂的現象在一些煙區已經是比較突出的問題［25-28］。另外，在鉀鈣鎂3 種元素中主要重視鉀肥施用，長期使用石灰調節土壤酸度等措施也會加劇鉀鈣鎂比例的失調，使煙葉缺鎂更易發生，煙葉中鎂含量也普遍低于優質煙中鎂含量的標準［26-27］。

本研究選取的3 個試驗點，盡管土壤有效鈣、鎂含量存在差異，但都屬于供應不太充足的中下水平（表1、表2），這與昆明煙區土壤調查的結果比較吻合［28］。本研究的結果表明，盡管雜鹵石中鉀鈣鎂3 種元素的含量順序是鈣＞鉀＞鎂，但在供試的3 個試驗點，合理施用雜鹵石較常規施肥煙葉鉀含量提高了9.53%～26.2%，鈣含量提高了13.4%～25.2%，鎂含量提高了25%～104%，其改善煙葉鎂營養的效果要優于鉀和鈣，而且沒有因為雜鹵石中含量相對較高的鈣鎂而導致煙葉鉀含量下降。這一結果預示鉀鈣鎂之間的拮抗作用可能主要發生在含量較高的情況下，在供應濃度較低的情況下，是以協同作用為主。這一結論也可從前人眾多的研究結果中得到驗證：李娟等［12］的研究證實，煙葉鉀鈣鎂之間的交互作用不是單一的拮抗作用，鉀對鈣鎂的抑制作用較強，鈣對鎂有抑制作用，但對鉀有促進作用。在營養液培養條件下也有類似的研究結果，較高鈣鎂有利于煙株鉀的吸收，并減少根系鉀的外排［29］，鉀鈣對鎂的抑制作用較強，但鎂在一定濃度范圍內對鉀鈣起促進作用，只有極高濃度才會有拮抗作用［30］。也有研究證實，在有效鈣鎂含量很高，但鈣鎂比值也高的土壤上，施用鎂肥也依然能促進煙葉鎂鉀鈣的吸收積累［31］。這些研究總體上反應了多數情況下鉀對煙葉鈣鎂吸收有抑制作用，而鈣對鉀的抑制作用不明顯，甚至起促進作用，鈣對鎂有抑制作用，而多數情況下，鎂對鉀鈣都起較好的促進作用。因而本研究施用雜鹵石提高煙葉鉀鈣鎂吸收的主要原因可能是鎂的促進作用。

目前我國一些煙區土壤缺鎂問題較為突出，而煙葉生產中也缺乏合適的鎂肥供應，鈣鎂磷肥可以在一定程度上補充鈣鎂，但其用量主要基于煙葉對磷的需求來定。硫酸鎂使用也不是很普遍，尤其讓農民在施其它肥料之外加施鎂肥也會影響鎂肥推廣效率。針對區域土壤中鈣鎂現狀特點，在煙草專用肥中加入適量的鈣鎂對提升煙葉產量和質量可以起到非常好的效果。除了鈣鎂磷肥和鎂肥外，雜鹵石也是一個很好的選擇。雜鹵石是一種天然礦物，符合有機農業的使用要求，其鉀鈣鎂的比例較為適中，在水中的溶解度不高，且不同離子的釋放速率不同，鉀釋放最快，其次是鎂，鈣溶解釋放最慢［14］。根區直接施用雜鹵石不易造成鹽害，也不易隨水流失或淋溶損失。本研究的結果表明，雜鹵石替代部分硫酸鉀并做基肥一次施用，可以有效提升烤煙農學性狀、礦質養分含量以及煙葉的產量和產值，具有很好的應用前景。但雜鹵石在不同類型土壤上的適宜用量以及長期效應還需要作進一步調查研究。