鉀肥減量條件下配施PASP對土壤理化特性及烤煙鉀素吸收利用的影響

李淮源，杜曉輝，袁長才，周 誠，楊啟航，陳建軍，甘在德，周權堃，徐 瑋，鄧世媛*

1.華南農業(yè)大學基礎實驗與實踐訓練中心，廣州市天河區(qū)五山路483 號 510642

2.華南農業(yè)大學煙草研究室，廣州市天河區(qū)五山路483 號 510642

3.湖南省煙草公司永州市公司，湖南省永州市冷水灘區(qū)珍珠北路69 號 425000

4.深圳煙草工業(yè)有限責任公司，廣東省深圳市龍華區(qū)清寧路2 號 518109

5.廣東中煙工業(yè)有限責任公司，廣州市天河區(qū)林和西橫路186 號 510610

煙草是喜鉀作物，在生長發(fā)育過程中對鉀肥的需求量較大［1-3］。但我國鉀肥卻存在資源短缺問題，需要通過進口來保證國內的鉀肥供需平衡［4］。我國東南煙區(qū)煙草生產中的鉀肥用量高達400 kg·hm-2左右，遠高于其他農作物的鉀肥用量［5］，長期過量施用鉀肥也帶來煙葉煙堿含量降低、鉀肥利用率下降、土壤鉀素富積等問題［6-8］。減少肥料用量、保證作物產量并維持環(huán)境可持續(xù)性是綠色農業(yè)發(fā)展的必然要求。因此，如何降低鉀肥用量，或通過綠色環(huán)保的肥料增效劑與鉀肥配合施用以提高鉀肥利用率、降低鉀肥資源浪費、減少土壤鉀素盈余對于煙草生產上肥料減量增效具有重要意義。

聚天門冬氨酸（PASP）作為一種環(huán)境友好型肥料增效劑，是一種可生物降解的水溶性氨基酸聚合物［9］，利用其螯合離子的特性，可富集土壤中的氮磷鉀等營養(yǎng)元素［10］，為作物的生長發(fā)育、營養(yǎng)元素吸收提供高效途徑。在農業(yè)生產上，PASP可與農藥和化肥等結合使用，富集所需營養(yǎng)元素，促進作物吸收氮磷鉀［11］，輔助發(fā)揮肥效［10］。有研究發(fā)現(xiàn)，根施PASP可促使土壤速效鉀含量提高35.87%［12］，減鉀50%并配施PASP 可提高葡萄對鉀素的利用率［13］，PASP 與生根劑結合能夠促進玉米幼苗的生長［14］，與液體肥結合可提高玉米的生物量與氮磷鉀吸收量［15］，減氮配施PASP可提高玉米對氮素的利用率［16］，PASP與尿素配施能夠通過減緩尿素水解［17］、降低氮肥損失量，從而促進養(yǎng)分的吸收利用［18］，提高水稻產量，改善稻米品質［19-20］；減氮30%配施PASP 能夠增加烤煙生長所需的氮素供給量，有效提高烤煙對氮素的利用率［21］。可見，目前的研究多集中在肥料不減量或氮肥減量配施PASP方面，而對于鉀肥尤其是在鉀肥用量較大的煙草生產上目前在鉀肥減量條件下配施PASP 的效果還鮮見報道。為此，設置了減鉀條件下配施不同量PASP對植煙土壤及烤煙鉀素吸收利用的影響試驗，旨在為煙草生產上的鉀肥減量增效提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與土壤背景

供試烤煙品種為云煙87，聚天門冬氨酸（Polyaspartic acid，PASP）購于廣州市緣昌貿易有限公司。分子式為C4H6NO3（C4H5NO3）C4H6NO4，密度1.20 g·cm-3，褐色液體。

試驗于2019年12月至2020年12月在湖南省新田縣新圩鎮(zhèn)進行。試驗田前茬作物為水稻，土壤基本理化性質：pH 7.15、有機質58.40 g·kg-1、全氮3.19 g·kg-1、全 磷1.05 g·kg-1、全 鉀7.49 g·kg-1、堿 解 氮240.46 mg·kg-1、有 效 磷38.65 mg·kg-1和 速 效 鉀367.57 mg·kg-1。

1.2 試驗設計

以不施肥為空白對照（CK1）用于計算肥料利用率，以當?shù)爻Ｒ?guī)施鉀量為對照（CK2），在鉀肥減量10%基礎上設置4 個PASP 用量（鉀用量的0、2.5%、5.0%、7.5%）處理，共計6 個處理，見表1。采用隨機區(qū)組試驗設計，每處理3次重復，共15個小區(qū)。每小區(qū)植煙200 株，行株距1.2 m×0.5 m，種植密度1 100株·667 m-2，周邊設置雙保護行。CK2 施用氮磷鉀用量比例為1∶0.9∶2.6，即純氮（N）142.5 kg·hm-2、純磷（P2O5）129.0 kg·hm-2，純鉀（K2O）378.0 kg·hm-2，各處理保持氮磷肥料用量一致。鉀肥減量通過追肥時減少硫酸鉀來實現(xiàn)，PASP 施用時間與追施硫酸鉀同步，分兩次于移栽后38 d 和48 d 將PASP 兌水稀釋300 倍澆施于煙株根部。其他田間管理按照當?shù)乜緹熒a技術規(guī)范進行。

表1 試驗處理設置Tab.1 Experimental treatments （kg·hm-2）

1.3 測定方法

在鉀肥追施后25、50 和75 d，即在煙苗移栽后73、98 和123 d，在各小區(qū)按5 點法采集煙株根際15～20 cm 土壤樣品，混合風干后用于土壤養(yǎng)分和土壤酶活性測定。參照耿榮等［22］的方法測定全氮、全鉀、堿解氮和速效鉀含量。參照關松蔭［23］的方法測定土壤酶活性，用KMnO4滴定法測定過氧化氫酶活性，以1 h 后1 g 風干土壤消耗的0.1 mol·L-1KMnO4標準溶液的體積數(shù)表示（mL KMnO4·g-1·h-1）；脲酶活性以24 h 后1 g 土壤中NH3-N 的毫克數(shù)表示（mg·kg-1·24 h-1）；酸性磷酸酶活性以2 h 后100 g 土壤中P2O5的毫克數(shù)表示（mg·kg-1·2 h-1）。在移栽后63、73、83 和93 d，每處理取長勢均勻一致的代表性煙株3 株，每株分為根、莖、葉，105 ℃殺青15 min后，于80 ℃烘干至恒質量，測定干物質質量。取移栽后63、73、83 和93 d 鮮煙葉樣品和B2F、C3F、X2F煙葉樣品，采用原子吸收分光光度計法測定煙葉鉀含量［24］。各處理小區(qū)定株20株煙葉單獨采收編桿，分小區(qū)計算產量。

鉀素利用效率相關指標的計算公式［25-28］：

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2019 和SPSS 21.0 軟件統(tǒng)計數(shù)據(jù)，運用Duncan’s 法進行處理間的差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 減鉀條件下配施PASP對植煙土壤理化特性的影響

2.1.1 對土壤養(yǎng)分含量的影響

從表2 可以看出，除追施鉀肥后75 d 時KP0 處理的全氮略高于CK2 外，其余時期KP0 處理的土壤全氮、全鉀、堿解氮和速效鉀含量均顯著低于CK2，其中全氮和全鉀降低幅度較小，分別為3.08%～5.68%和4.55%～12.44%，而堿解氮和速效鉀降幅較大，最大降幅分別達22.11%和33.36%。減鉀條件下配施PASP 的各處理土壤養(yǎng)分在各時期均顯著高于不配施PASP 的KP0 處理，且全氮和速效鉀高于CK2。從PASP用量來看，全氮和全鉀均以KP2處理最高，速效鉀含量則以KP2 和KP3 處理較高，尤其是追施鉀肥后50 d時KP2處理的速效鉀含量增加顯著，比KP0 增加192.44%。堿解氮含量也以追鉀后50 d 時KP2 處理效果最顯著，比KP0 增加63.05%。其他時期則高于KP0但略低于CK2。

表2 減鉀條件下配施PASP對土壤養(yǎng)分含量的影響①Tab.2 Effects of potassium reduction combined with supplement application of PASP on soil nutrient contents

2.1.2 對土壤酶活性的影響

表3 結果顯示，與CK2 相比，KP0 土壤過氧化氫酶（Catalase，CAT）和脲酶（Urease，URE）活性均顯著下降，CAT活性降低4.14%～22.21%，URE活性下降6.81%～19.83%。但配施PASP 的3 個處理，其CAT和URE 活性均高于KP0，CAT 活性以KP2 增加最明顯，在各時期分別比KP0 增加31.21%、5.04%和20.21%，URE 活性在追施鉀肥后25 d 和75 d 以KP1最高，比KP0 提高15.67%～22.41%，而在追施鉀肥后50 d 時則以KP2 最高，比KP0 增加24.74%。土壤酸性磷酸酶（Acid phosphatase，ACP）活性處理間表現(xiàn)出不同的變化規(guī)律，減鉀處理的ACP 活性均高于CK2，而配施PASP 的處理較KP0 進一步提高，追施鉀肥后25 d 以KP1 最高，追施鉀肥后50 d 以KP2 最高，追施鉀肥后75 d則以KP3最高，分別比KP0提高33.38%、20.04%和22.52%。

表3 減鉀條件下配施PASP對土壤酶活性的影響Tab.3 Effects of potassium reduction combined with supplement application of PASP on soil enzyme activity

2.1.3 對土壤鉀素平衡的影響

表4 顯示，KP0 處理的鉀肥用量比CK2 減少10%，鉀總吸收量顯著下降21.68%，土壤鉀素盈余提高41.17 kg·hm-2，說明減少鉀肥投入可降低作物對鉀素的吸收。而配施PASP 的各處理，鉀總吸收量均大幅增加，顯著高于KP0，甚至高于CK2，KP2 處理增幅最大，較KP0 和CK2 分別提高47.56%和15.57%，KP1、KP2、KP3的鉀素盈余比KP0處理分別下降39.53%、60.30%和52.57%。鉀素表觀平衡系數(shù)和養(yǎng)分平衡率與鉀素盈余表現(xiàn)出相同的變化規(guī)律，KP0 處理平衡系數(shù)和鉀素平衡率顯著增加，比CK2提高22.60%和71.90%，而配施PASP 的3 個處理鉀素表觀平衡系數(shù)和平衡率均降低，與CK2 和KP0 差異均達到顯著水平，其中KP2處理降幅最大，比CK2分別下降17.12%和53.75%，比KP0 分別下降32.40%和73.09%，說明減鉀配施PASP 促進了煙株對鉀素的吸收。

表4 減鉀條件下配施PASP對植煙土壤鉀素平衡的影響Tab.4 Effects of potassium reduction combined with supplement application of PASP on potassium balance of tobacco-planting soil

2.2 減鉀條件下配施PASP對烤煙鉀素吸收利用的影響

2.2.1 對烤煙鉀素積累量的影響

由圖1 可以看出，隨追施鉀肥后的時間推移煙株鉀素積累量逐漸增加，不同部位間的鉀素積累量表現(xiàn)為葉＞莖＞根。處理間的鉀素積累量差異明顯。與CK2相比，KP0處理鉀素積累量顯著下降，而配施PASP 的處理與KP0 相比，鉀素積累量明顯增加。除追施鉀肥后25 d 時KP1 處理略低于CK2 之外，其他時期各配施PASP 處理的煙株鉀素積累量均顯著高于KP0，甚至高于CK2。從不同時期來看，追施鉀肥后15 d，KP1、KP2、KP3處理的鉀素積累量分別比KP0 提高16.53%、47.53%和24.87%；追施鉀肥后25 d 時處理間的差異相對較小；追施鉀肥后35 d 處理間差異增大，尤其是配施PASP 的各個處理與KP0處理間差異達到顯著水平；追施鉀肥后45 d，各配施PASP 處理的鉀素積累量與KP0 相比增加20.17%～37.55%，且各時期均以KP2 處理的鉀素積累量最高。

圖1 減鉀條件下配施PASP對煙株鉀素積累的影響Fig.1 Effects of potassium reduction combined with supplement application of PASP on potassium accumulation of tobacco plants

2.2.2 對烤煙鉀素積累速率的影響

煙株在大田生育期間的鉀素積累速率呈現(xiàn)明顯的單峰曲線（圖2），追施鉀肥后鉀素積累速率迅速增加，在追施鉀肥后15 d 達到積累高峰。追施鉀肥后15～25 d期間，鉀素積累速率有所下降，追施鉀肥后25 d 又略有上升，但升高幅度不大。從處理間來看，各時期鉀素積累速率均表現(xiàn)為KP2＞KP3＞KP1＞CK2＞KP0，追施鉀肥后15 d時處理間差異最大，KP2處理鉀素積累速率最高，比KP0 提高59.23%，比CK2 提高38.42%。說明減鉀10%不僅會影響煙株的鉀素積累量，也降低了大田各生育時期煙株的鉀素積累速率。

圖2 減鉀條件下配施PASP對煙株鉀素積累速率的影響Fig.2 Effects of potassium reduction combined with supplement application of PASP on potassium accumulation rate of tobacco plants

2.2.3 對烤煙鉀肥利用率的影響

從表5 可以看出，減鉀條件下配施PASP 對鉀肥利用率主要指標均有影響。與CK2 相比，KP0 處理鉀肥農學效率、偏生產力、當季回收利用率和經濟利用率等各指標明顯下降，下降幅度分別達13.11%、6.12%、27.34%和17.23%。但配施PASP的處理鉀肥利用率各指標與KP0 相比則顯著升高，且高于CK2。從PASP用量來看，鉀肥農學效率和偏生產力以KP2最高、KP1次之，KP2比KP0分別增加30.19%和16.64%，鉀肥當季回收率和經濟利用率則以KP2最高，KP3 次之，KP2 比KP0 分別提高82.98%和72.25%。表明鉀肥減量條件下通過配施PASP 對提高鉀肥利用率具有一定的促進作用。

表5 減鉀條件下配施PASP對烤煙鉀肥利用率的影響Tab.5 Effects of potassium reduction combined with supplement application of PASP on potassium utilization rate of flue-cured tobacco

2.3 減鉀條件下配施PASP對烤煙產量和煙葉鉀含量的影響

從表6 可知，減鉀10%嚴重影響烤煙產量。與CK2 相比，KP0 產量下降9.79%。但配施PASP 的處理煙葉產量比KP0 分別增加259.95 kg·hm-2、349.43 kg·hm-2和252.00 kg·hm-2。KP1 和KP3 處理與CK2間差異不顯著，但KP2 處理的煙葉產量比CK2 提高5.09%，差異達到顯著水平。從不同部位烤后煙葉鉀含量來看，KP0處理可明顯降低煙葉鉀含量，CK2上、中、下部葉鉀含量均在3%以上，但KP0處理除中部葉（C3F）高于2%以外，上部葉（B2F）和下部葉（X2F）均低于2%。但配施PASP 的處理不同部位煙葉鉀含量與KP0 相比均有顯著提高，上部葉（B2F）以KP2 處理較高，比KP0 提高36.10%，但仍低于CK2。中部葉（C3F）和下部葉（X2F）則以KP1 處理鉀含量最高，分別比KP0 增加28.01%和47.54%，略高于CK2。

表6 減鉀條件下配施PASP對煙葉產量和鉀含量的影響Tab.6 Effects of potassium reduction combined with supplement application of PASP on yield and potassium content of tobacco leaves

3 討論

鉀肥減量對土壤鉀素平衡具有潛在的負面影響［29］。本研究結果表明，減鉀10%不配施PASP 會導致土壤氮鉀養(yǎng)分含量下降，同時土壤過氧化氫酶和脲酶活性降低。脲酶和過氧化氫酶活性與全氮、堿解氮含量呈顯著正相關［30］，可能是由于鉀肥減量改變了土壤的還原環(huán)境［31］，使土壤過氧化氫酶和脲酶活性降低，進而導致土壤全氮和堿解氮含量下降。配施PASP 后土壤酶活性有所提高，且土壤養(yǎng)分含量在一定程度上有所增加，一方面可能是由于PASP的施用改善了土壤微環(huán)境，進而改變了土壤細菌群落結構，使土壤中微生物活動增強，促使了土壤酶活性的提高［32-33］；另一方面可能是由于PASP可以吸附土壤中的陽離子，抑制土壤中氨的揮發(fā)［10-11，17］，進而減少肥料的淋溶［18］，但其作用機理還有待進一步深入研究。

肥料減量條件下通過配施PASP 可顯著提高作物氮鉀積累量，減少土壤養(yǎng)分淋失［15-16，21，34］，可能是由于PASP 利用自身游離羧基和酰胺基的螯合與吸附性，作為肥料的吸收促進劑［35］而促進作物對養(yǎng)分的吸收［36］。本試驗中，減鉀10%條件下鉀肥利用率降低，而土壤鉀素盈余顯著提高，說明減鉀不利于烤煙對鉀素的吸收利用，但配施PASP 的處理鉀肥利用率明顯提高，證實了PASP 對養(yǎng)分吸收利用的促進作用。

有學者認為土壤供鉀水平并不是煙葉鉀含量的限制因子［8］，土壤特性對煙葉鉀含量的穩(wěn)定性干擾更大［37］。但本試驗中卻發(fā)現(xiàn)，減鉀10%條件下烤后煙葉鉀含量顯著降低，因此鉀素供應水平對煙葉鉀含量的影響仍是最直接的，但減鉀配施PASP 可提高煙葉鉀含量，可能是因為配施PASP 提高了土壤速效鉀含量因而增加了鉀素供應。減鉀條件下不同部位間煙葉鉀含量表現(xiàn)為下部葉較高而上部葉較低，與前人的研究結果一致［38］。有研究表明，干物質積累和鉀素吸收間存在一定的相關性［39］，煙株干物質積累量隨施鉀量增加而增大［40］，合理施用鉀肥可提高煙葉產量［41］，與本試驗結果一致。但施用PASP在促進植株干物質積累方面表現(xiàn)出一定效果［42-43］，本試驗結果也證實配施PASP 可顯著提高煙葉產量，這可能是因為PASP 的螯合和吸附作用促進了烤煙對養(yǎng)分的吸收利用，進而增加了干物質積累量并實現(xiàn)煙葉增產。在本試驗中未設置不同的減鉀梯度，有關不同減鉀程度對烤煙鉀素吸收利用的影響有待進一步研究。

4 結論

減鉀10%對烤煙鉀素吸收利用和植煙土壤鉀素平衡均會產生不利影響，通過配施PASP 可提高土壤氮和鉀含量，增強土壤酶活性，增加鉀素吸收量，提高鉀肥利用率和煙葉產量，并降低土壤鉀素盈余，維持土壤鉀素平衡。在本試驗條件下，以減鉀10%配施5%PASP 的效果最優(yōu)。因此，在烤煙大田生產中，可考慮在適當減少鉀肥用量的條件下，通過配施一定量PASP以輔助煙株充分利用鉀肥。