丁亞會(huì)，肖海強(qiáng),2，王大海，管恩森，龍懷玉*

（1 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081；2 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)生物科技學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙 410128；3 山東濰坊煙草有限公司，山東濰坊 262200）

水鉀一體化對(duì)烤煙鉀素吸收及生長(zhǎng)的影響

丁亞會(huì)1，肖海強(qiáng)1,2，王大海3，管恩森3，龍懷玉1*

（1 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081；2 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)生物科技學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙 410128；3 山東濰坊煙草有限公司，山東濰坊 262200）

【目的】研究負(fù)壓灌溉下不同施鉀模式對(duì)煙株生長(zhǎng)發(fā)育、鉀素吸收速率及水肥利用等方面的影響，探索負(fù)壓灌溉下適合烤煙生長(zhǎng)發(fā)育的施鉀方式及施鉀量，為建立作物水肥高效技術(shù)提供參考依據(jù)?！痉椒ā窟x用烤煙NC55為供試品種，在溫室中進(jìn)行盆栽試驗(yàn)。采用–15 kPa負(fù)壓灌溉，施鉀方式包括隨水施鉀 (W) 和鉀肥一次性土壤基施 (S) 兩種；施鉀量以供試地區(qū)推薦施鉀量 230 kg/hm2為100%，設(shè)置該施鉀量的100% (K1)、75%(K2) 和50% (K3) 三個(gè)水平；以常規(guī)灌溉、不施鉀肥為CK，共設(shè)置SK1、SK2、SK3、WK2、WK3、CK六個(gè)處理。測(cè)定了煙草農(nóng)藝性狀、干物質(zhì)積累量、吸鉀速率、鉀肥利用率、水分利用效率等指標(biāo)?！窘Y(jié)果】團(tuán)棵期，SK2、SK3的株高、有效葉數(shù)、葉長(zhǎng)、葉寬、葉面積等農(nóng)藝性狀指標(biāo)均高于其他處理，但WK2、WK3、SK2、SK3的干物質(zhì)積累總量分別為31.16 、29.26 、29.92 和28.37g，根干重分別為12.40 、10.51 、11.91 和10.20 g，葉干重分別為 17.05 、17.01 、15.67 和 16.12 g，均表現(xiàn)為 WK2 ＞ SK2，WK3 ＞ SK3；旺長(zhǎng)期, WK2 的整株重、莖干重及葉干重均大于其他處理，分別為99.18 、19.18 和 61.29 g；成熟期, 烤煙整株重及葉干重均表現(xiàn)出WK2 ＞ WK3 ＞ SK1 ＞ SK2 ＞ SK3，這些處理的整株重依次為 139.27 、132.60 、124.50 、117.36 和 110.10 g，葉干重依次為 93.97 、87.35 、80.33 、78.56 和 74.80 g；全生育期的水分利用率同樣表現(xiàn)為 WK2 ＞ WK3 ＞ SK1 ＞SK2 ＞ SK3，分別為3.78 、3.54 、3.41 、3.28 和 3.22 g/kg，表明隨水施鉀的水分利用率要明顯高于常規(guī)土壤施鉀，相同施鉀方式下煙株水分利用效率隨施鉀量減少而降低；全生育期的鉀肥利用率表現(xiàn)為WK2 ＞ WK3 ＞ SK2 ＞SK1 ＞ SK3，分別為43.0%、42.6%、21.9%、20.0%和18.5%，其中WK2較SK2，WK3較SK3的鉀素吸收量分別增加53.85 kg/hm2、34.65 kg/hm2，表明隨水施鉀較常規(guī)土壤施鉀有利于煙草對(duì)鉀素的吸收；WK2、WK3較SK2分別高出21.1和20.7個(gè)百分點(diǎn)，表明負(fù)壓灌溉下隨水施鉀能顯著提高烤煙的鉀肥利用率；隨水施鉀模式下煙株整個(gè)生育期均能維持相對(duì)較高的鉀素吸收速率，其最大值出現(xiàn)在旺長(zhǎng)-平頂期，且顯著高于常規(guī)土壤施鉀。【結(jié)論】“水鉀一體”施鉀模式雖延緩了煙株團(tuán)棵期長(zhǎng)勢(shì)形成，但促進(jìn)了烤煙中后期生長(zhǎng)發(fā)育、干物質(zhì)積累和煙葉鉀素吸收；明顯地提高了水分利用效率和鉀肥利用率；在煙株全生育期內(nèi)均維持了較高的鉀素吸收速率，尤其中后期鉀素吸收速率明顯高于常規(guī)施鉀方式。

烤煙；負(fù)壓灌溉；施鉀方式；施鉀量；鉀素吸收

土壤中鉀素含量一般為1%～3%，雖顯著高于氮和磷，但絕大部分不能被當(dāng)季作物吸收利用，植物可吸收的有效鉀一般不超過全鉀量的2%[1–2]，加之農(nóng)作物高產(chǎn)品種推廣、復(fù)種指數(shù)不斷提高、長(zhǎng)期重施氮磷肥、少施或不施鉀肥等問題日益凸顯，勢(shì)必會(huì)引起土壤供鉀能力顯著下降和鉀肥利用率降低。因此，作物鉀素營養(yǎng)更應(yīng)值得重視[3–4]。鉀素是影響煙草生長(zhǎng)的關(guān)鍵因子之一，煙葉中鉀含量直接影響其燃燒性、焦油產(chǎn)生量、香氣質(zhì)、香氣量和陰燃持火力，是衡量煙葉品質(zhì)的重要指標(biāo)[5–11]，優(yōu)質(zhì)煙葉的含鉀量應(yīng)達(dá)2%以上[12]，而我國煙葉含鉀量一般在2%以下[13]，較低的含鉀量成為制約我國煙葉質(zhì)量進(jìn)一步提高的主要限制因素之一。近十多年以來，一種新型灌水技術(shù)—負(fù)壓灌溉技術(shù)正在逐步形成和成熟，負(fù)壓灌溉整個(gè)過程中土壤水分始終保持非飽和狀態(tài)，供水強(qiáng)度和水分流動(dòng)速度主要由植物蒸散活動(dòng)決定，借助負(fù)壓灌溉的水肥一體化施肥模式可同步滿足作物對(duì)水分、養(yǎng)分的需求，更重要的是能降低水肥損失，顯著提高水分及肥料利用率。因此，尋找負(fù)壓灌溉下的烤煙鉀肥高效施用模式，對(duì)提高煙葉鉀素含量、鉀肥利用率具有十分重要的意義。

關(guān)于煙草鉀肥施用已有較多的研究報(bào)道。例如，吳玉萍等[14]和Dunbar等[15]研究表明，鉀肥在烤煙吸鉀高峰前期施入為宜，鉀肥過量、過早施入會(huì)增多質(zhì)地較重的土壤對(duì)鉀的固定和質(zhì)地較輕的土壤遇強(qiáng)降雨的流失，導(dǎo)致鉀肥利用率降低；朱麗等[16]利用Logistic方程模擬不同時(shí)期及次數(shù)追施鉀肥條件下的煙株鉀素動(dòng)態(tài)積累，結(jié)果顯示煙株各部位鉀素積累量隨著鉀肥施用次數(shù)的增加而增大，且煙草全生育期在施用3次鉀肥后均處于良好的鉀環(huán)境，尤其為快速增長(zhǎng)期的鉀肥供應(yīng)提供了保障。與其他作物一樣，水肥在煙草上也存在明顯的耦合效應(yīng)，羅慧等[17]研究了低肥和高肥條件下3種溝灌方式對(duì)煙草生長(zhǎng)的影響，結(jié)果表明交替溝灌與低肥、高肥相結(jié)合下的煙葉產(chǎn)量分別提高7.8%和8.5%，單位肥料煙葉生產(chǎn)量分別提高7.9%和8.6%，且該處理下煙葉總糖、還原糖、氮、磷、鉀及粗蛋白含量均有不同程度提高；韋歆娜等[18]通過盆栽試驗(yàn)分析了氮肥、磷肥、鉀肥及灌水量對(duì)烤煙葉面積積累量的影響，并確立四種因素之間適宜的交互效應(yīng)使烤煙葉面積積累量達(dá)到理想值。負(fù)壓灌溉技術(shù)在煙草上已得到了初步應(yīng)用，劉學(xué)勇等[19]采用新型負(fù)壓灌水裝置研究了不同土水勢(shì)對(duì)烤煙干物質(zhì)積累、根系活力等影響，初步推斷烤煙全生育期最適水勢(shì)范圍約為–20～–12 kPa；肖海強(qiáng)等[20]探討了負(fù)壓灌溉對(duì)烤煙水肥利用率的影響，發(fā)現(xiàn)–20～–10 kPa范圍內(nèi)煙株干物質(zhì)量與耗水量隨供水壓力增大逐漸增加，水分利用率呈下降趨勢(shì)，氮、磷吸收總量及利用率則隨供水壓力降低表現(xiàn)為先增加后降低。為提高鉀肥和水分利用效率，我們研究了負(fù)壓灌溉條件下減少施鉀量對(duì)烤煙煙株生長(zhǎng)及水肥利用效率的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

盆栽試驗(yàn)于2014年5～9月在山東省諸城市洛莊煙草試驗(yàn)站日光溫室內(nèi)進(jìn)行，其溫度、相對(duì)濕度變化情況如圖1所示。可以看出，烤煙生育期內(nèi)溫室日平均溫度介于20.7～31.3℃，且在煙苗移栽后呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢(shì)，這表明溫室可基本滿足烤煙生長(zhǎng)對(duì)溫度的需求，有利于烤煙生長(zhǎng)發(fā)育。溫室內(nèi)日平均相對(duì)濕度變化較大，其變化范圍為47.6%～94.3%，這是因?yàn)槿斯ぜ訚窠禍卮胧┰龃罅瞬Ａ厥覂?nèi)相對(duì)濕度的變化幅度。

試驗(yàn)盆內(nèi)徑33.0 cm、高33.0 cm。供試土壤為當(dāng)?shù)剞r(nóng)田耕層土壤 (0—30 cm)，土壤類型為褐土，土壤質(zhì)地為粘壤土 (國際制)，砂粒含量為38.8%、粉粒29.1%、粘粒32.1%。供試土壤pH為6.52，有機(jī)質(zhì)7.44 g/kg、全氮0.53 g/kg、全鉀24.46 g/kg、速效鉀93.00 mg/kg、有效磷16.67 mg/kg。試驗(yàn)選用NC55烤煙品種。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與管理

圖1 試驗(yàn)溫室溫度和濕度變化情況Fig. 1 Changes of temperature and relative humidity in the greenhouse

烤煙不同生育期適宜水勢(shì)范圍約為–20～–10 kPa[19–20]，故本試驗(yàn)灌溉壓力設(shè)為–15 kPa，負(fù)壓灌溉裝置如圖2所示，包括五部分：儲(chǔ)水器 (a)、負(fù)壓滲水器 (b)、負(fù)壓調(diào)節(jié)裝置 (c)、導(dǎo)水管 (d) 及集氣排氣裝置 (e)[21]。負(fù)壓滲水器選用陶土滲水器，發(fā)泡點(diǎn)均超過50 kPa。滲水器埋深至土壤表層10 cm處，并保持連接導(dǎo)水管一側(cè)高于另一側(cè)1～2 cm，便于收集將從灌溉水中可能逸出的氣體，防止管道氣栓，保證負(fù)壓灌溉順利進(jìn)行。鉀肥用量參照山東諸城推薦的煙草鉀肥用量 230 kg/hm2(約合13.82 g/株)，設(shè)該施鉀量的100% (K1)、75% (K2)、50% (K3) 3個(gè)水平，以不施鉀作為對(duì)照 (CK)；施鉀方法有土壤一次性基施 (S) 和鉀水一體化 (W) 兩種。共設(shè)置SK1、SK2、SK3、WK2、WK3、CK 6個(gè)處理。鉀水一體化方法：將硝酸鉀配成0.05 mol/L的鉀肥溶液，從還苗期開始，鉀肥溶液隨負(fù)壓灌溉連續(xù)施入土壤，根據(jù)灌溉量計(jì)算出實(shí)際施鉀量，到設(shè)計(jì)施鉀量時(shí)停止鉀肥溶液灌溉，改為清水灌溉。負(fù)壓灌溉技術(shù)下土壤水分呈非飽和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，過多鉀肥施用可能會(huì)引起局部鉀離子濃度過高，導(dǎo)致燒苗，因此試驗(yàn)未設(shè)置隨水施鉀 + 100% 鉀處理。每個(gè)處理重復(fù)12次。氮肥、磷肥按照施氮量5.12 g/株、P2O57.17 g/株的標(biāo)準(zhǔn)，一次性均勻施入土壤。

圖2 負(fù)壓灌溉裝置示意圖Fig. 2 Schematic diagram of the negative pressure irrigation device

1.3 測(cè)試項(xiàng)目與方法

1.3.1 烤煙農(nóng)藝性狀 移栽后分別于團(tuán)棵期、旺長(zhǎng)期、成熟期等選取3株長(zhǎng)勢(shì)一致的煙株，測(cè)定其株高、有效葉數(shù)、最大葉長(zhǎng)及葉寬等，并計(jì)算最大葉面積 (S) = 長(zhǎng) × 寬 × 0.6345，具體方法參照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[22]。

1.3.2 干物質(zhì)積累量 采用殺青烘干稱重法，分別在團(tuán)棵期、旺長(zhǎng)期、成熟期進(jìn)行破壞性取樣，每個(gè)處理取3株長(zhǎng)勢(shì)一致的煙株，洗凈、收集斷根，并分根、莖、葉，將樣品分別放入烘箱105℃殺青30 min，在75℃下烘干至恒重，即為干物質(zhì)積累量 (g)。

1.3.3 干物質(zhì)氮磷鉀含量 分別于團(tuán)棵期、旺長(zhǎng)期及成熟期采集根、莖、葉，按照干物質(zhì)測(cè)定方法 (同上“煙株干物質(zhì)的測(cè)定”) 收集待測(cè)樣品。氮含量采用連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)定[24]，磷含量采用鉬銻抗比色法[7]，鉀含量采用火焰光度計(jì)法測(cè)定[7]。

1.3.4 鉀素吸收速率的計(jì)算 取移栽期整株煙草含鉀量為背景值，此后每隔一定時(shí)間取不同處理下煙草根、莖、葉測(cè)量相對(duì)含鉀量，并根據(jù)干物質(zhì)鉀含量和干物質(zhì)累積量計(jì)算整株鉀吸收量。參照Moustakasa等[23]將各時(shí)期煙株體內(nèi)鉀素吸收總量在Origin軟件中生成“S”形生長(zhǎng)曲線方程；根據(jù)曲線方程的一階導(dǎo)數(shù)計(jì)算該處理煙株鉀素的瞬時(shí)吸收速率。其中，生長(zhǎng)曲線方程為：

式中：f(t) 表示移栽后0～t d時(shí)煙株的吸收鉀量(kg/hm2)；A表示最大吸收量 (kg/hm2)；b表示初始吸收量 (kg/hm2)；c為常數(shù)；t為移栽后時(shí)間 (d)。

1.3.5 煙株耗水量計(jì)算 待負(fù)壓裝置安裝且穩(wěn)定運(yùn)行后，每日 17:00 從儲(chǔ)水桶直接讀取水位高度，與上一次記錄結(jié)果比較得到水位差值 (△h)，再乘以儲(chǔ)水桶橫截面面積 (S)，即可計(jì)算出灌溉水的體積。單株灌溉量即為單株耗水量 (ET)，用kg表示[25]。

1.3.6 水分利用效率計(jì)算 煙株消耗單位水量所積累的干物質(zhì)量為煙株水分利用效率 (WUE)，計(jì)算公式為：

式中：WUE為煙株水分利用效率 (g/kg)；Y為煙株干物質(zhì)量 (g)；ET為煙株耗水量 (kg)。

1.3.7 肥料利用率計(jì)算

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2010、SAS 8.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析，用Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn) (P＜ 0.05)，采用Origin8.5軟件對(duì)分析數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 施鉀方式對(duì)烤煙農(nóng)藝性狀的影響

從表1可以看出，團(tuán)棵期SK2、SK3烤煙農(nóng)藝性狀各項(xiàng)指標(biāo)均高于其他處理，說明常規(guī)土壤施鉀方式下適當(dāng)減少施鉀量能促進(jìn)團(tuán)棵期煙株生長(zhǎng)，同時(shí)表明常規(guī)土壤施鉀較隨水施鉀更有利于團(tuán)棵期煙株長(zhǎng)勢(shì)的形成，可能因?yàn)闊熤暝诖筇锷L(zhǎng)前期需水量少，導(dǎo)致隨水施鉀模式下進(jìn)入土壤中的鉀肥減少，致使煙株得不到足夠的鉀素供應(yīng)，從而影響了煙株生長(zhǎng)發(fā)育。旺長(zhǎng)期，SK3處理下的煙株最大葉寬及葉面積優(yōu)于其他處理，而有效葉數(shù)、莖圍、節(jié)距均以WK2表現(xiàn)最佳，表明常規(guī)土壤施鉀方式下旺長(zhǎng)期適當(dāng)減少施鉀量有利于最大葉面積的形成，總體上是隨水施鉀75% K最有利于煙株旺長(zhǎng)期生長(zhǎng)發(fā)育。成熟期，以WK2處理長(zhǎng)勢(shì)最好，株高、有效葉數(shù)、節(jié)距、莖圍、最大葉長(zhǎng)及葉面積均表現(xiàn)為最佳，表明隨水施鉀75% K促進(jìn)了煙株成熟期生長(zhǎng)發(fā)育。

表1 不同施鉀模式下烤煙的農(nóng)藝性狀Table 1 Agronomic traits of flue-cured tobacco under different treatments

2.2 不同施鉀模式對(duì)烤煙干物質(zhì)積累的影響

從表2可看出，在不同生育期煙株干物質(zhì)積累受不同施鉀模式的影響。團(tuán)棵期，煙株干物質(zhì)積累總量、根干重及葉干重均表現(xiàn)為WK2 ＞ SK2，WK3 ＞SK3，而莖干重表現(xiàn)相反，說明相同施鉀量下，隨水施鉀較常規(guī)土壤施鉀更有利于促進(jìn)煙株團(tuán)棵期干物質(zhì)的積累以及干物質(zhì)向根、葉分配；在兩種施鉀方式下，煙株干物質(zhì)積累量均隨施鉀量減少而下降，但各處理間葉干重差異性不顯著。旺長(zhǎng)期，各處理間根系干重?zé)o顯著差異，但WK2處理整株重、莖干重及葉干重均大于其他處理，分別為99.18、19.18和61.29 g，說明75%隨水施模式促進(jìn)了煙株生長(zhǎng)發(fā)育和干物質(zhì)由地下部向地上部的轉(zhuǎn)移；此外，常規(guī)土壤施鉀下烤煙整株重及葉干重隨施鉀量的減少而減少，表現(xiàn)為SK1 ＞ SK2 ＞ SK3，表明常規(guī)土壤施鉀方式下增加施鉀量有利于煙株旺長(zhǎng)期干物質(zhì)積累。成熟期，烤煙整株重及葉干重均表現(xiàn)出WK2 ＞ WK3 ＞SK1 ＞ SK2 ＞ SK3，說明在兩種施鉀方式下，減少施鉀量均不利于煙葉干物質(zhì)積累；比較不同施鉀方式下相同施鉀量處理可發(fā)現(xiàn)，隨水施鉀能有效促進(jìn)煙葉干物質(zhì)的積累。

表2 不同施鉀模式下煙株根莖葉干物質(zhì)積累及其在全株所占的百分比Table 2 Dry matter accumulation in root, leaf and stem of flue-cured tobacco and their percentage in total plant under different treatments

施鉀模式對(duì)煙株干物質(zhì)的分配亦有較大的影響。從表2中可以看出，根干重比 (占整株干重比例) 隨著煙株生長(zhǎng)發(fā)育不斷減小，葉干重比則呈現(xiàn)不斷增長(zhǎng)趨勢(shì)，而莖干重比由團(tuán)棵期至旺長(zhǎng)期明顯增大，但從旺長(zhǎng)期到成熟期略有下降，可見團(tuán)棵期煙株以地下部生長(zhǎng)為主，旺長(zhǎng)期、成熟期以地上部生長(zhǎng)為主。團(tuán)棵期SK1、SK2、WK2的根干重比在39.69%～39.82%范圍內(nèi)，SK3與WK3的根干重比分別為36.0%和35.9%，而葉干重比呈現(xiàn)相反趨勢(shì)，這表明在負(fù)壓灌溉下，無論是隨水施鉀還是常規(guī)土壤施鉀，當(dāng)施鉀量減少至50%K時(shí)，均不利于根系形態(tài)的建成，延緩根系伸長(zhǎng)，增大葉干重比，不利于中烤煙后期生長(zhǎng)發(fā)育；同時(shí)，隨水施鉀的團(tuán)棵期莖干重比均顯著低于常規(guī)土壤施鉀，說明隨水施鉀不利于煙株團(tuán)棵期莖的生長(zhǎng)。旺長(zhǎng)期，施鉀量相同時(shí)，隨水施鉀的煙株莖、葉比重均高于常規(guī)土壤施鉀，表明隨水施鉀促進(jìn)了莖和葉的干物質(zhì)積累。成熟期，SK1、SK2、SK3根比重分別為14.8%、15.8%和18.3%，表明常規(guī)土壤施鉀下減少施肥量有利于根比重的提高；相同施鉀量時(shí)，隨水施鉀模式下莖、葉干物質(zhì)量比重均高于常規(guī)土壤施鉀，說明采用隨水施鉀有利于煙株成熟期干物質(zhì)向地上部分配，有提高煙葉產(chǎn)量的潛力。

2.3 不同施鉀模式對(duì)烤煙水分和養(yǎng)分利用的影響

2.3.1 不同施鉀模式對(duì)烤煙水分利用的影響 由圖3可知，在烤煙全生育期內(nèi)，各處理單株耗水總量表現(xiàn)為 WK3 ＞ WK2 ＞ SK1 ＞ SK2 ＞ SK3，但無顯著差異。同一生育期單株耗水量在不同處理間表現(xiàn)不同，對(duì)于常規(guī)土壤施鉀，除耗水量最少的團(tuán)棵期外，其他兩個(gè)生育期煙株耗水量均表現(xiàn)出SK1 ＞ SK2 ＞SK3，表明在常規(guī)土壤施鉀下烤煙耗水量隨施鉀量的減少而減少；施鉀量相同時(shí)，煙株耗水量在團(tuán)棵期表現(xiàn)為 SK2 ＞ WK2，SK3 ＞ WK3，但旺長(zhǎng)期、成熟期則相反，為 WK2 ＞ SK2，WK3 ＞ SK3，這表明較常規(guī)土壤施鉀而言，隨水施鉀減少了煙株團(tuán)棵期耗水量，增加了旺長(zhǎng)期、成熟期的煙株耗水量，該耗水特性有利于煙株團(tuán)棵期根系伸長(zhǎng)和形態(tài)建成，也有利于旺長(zhǎng)期與成熟期吸水、吸鉀量的同步提升，有利于煙株產(chǎn)量和質(zhì)量的提高。

圖3 不同施鉀模式下烤煙單株耗水量的變化Fig. 3 Effects of different treatments on the water consumption of flue-cured tobacco

煙株水分利用效率 (WUE) 是衡量烤煙水分利用程度的重要指標(biāo)之一[24]。從表3可以看出，常規(guī)土壤施鉀下煙株干物質(zhì)增量隨施鉀量的降低而減小。施鉀量相同時(shí)，隨水施鉀的烤煙耗水量和干物質(zhì)增量均高于常規(guī)土壤施鉀；雖然WK2處理的耗水量低于WK3，但有更高的干物質(zhì)增量。煙株WUE表現(xiàn)為 WK2 ＞ WK3 ＞ SK1 ＞ SK2 ＞ SK3，可見在兩種施鉀方式下WUE均隨施鉀量的增加而增大，隨水施鉀的WUE要高于常規(guī)土壤施鉀，其中WK2的WUE較其他處理提高了6.8%～17.4%。WK2的WUE較SK2提高了0.50 g/kg，約提高15.2%，WK3的WUE較SK3處理提高了0.32 g/kg，約提高9.9%。

表3 不同施鉀模式對(duì)烤煙水分利用效率的影響Table 3 Water use efficiency of flue-cured tobacco as affected by different treatments

2.3.2 不同施鉀模式對(duì)烤煙養(yǎng)分吸收及鉀肥利用的影響 從表4可知，各處理烤煙氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收量受不同施鉀模式的影響較大。常規(guī)土壤施鉀下烤煙氮吸收總量、磷吸收總量及鉀吸收總量均隨施鉀量的減少而顯著減少。隨水施鉀下不同施鉀量處理的烤煙氮吸收總量沒有顯著差異，但磷吸收總量隨施鉀量的減少而顯著增加，鉀吸收總量隨施鉀量的減少而顯著降低。就不同施鉀方法而言，在施鉀量為50%～75%時(shí)，隨水施鉀的烤煙氮、鉀吸收總量總是顯著大于常規(guī)土壤施鉀，其中WK2較SK2、WK3較SK3的鉀素吸收量分別增加53.85 kg/hm2、34.65 kg/hm2，增加幅度分別達(dá)92.3%和82.3%。這表明在–15 kPa的負(fù)壓灌溉下，不論是隨水施鉀還是常規(guī)土壤施鉀，煙株對(duì)氮、鉀的吸收總量均隨施鉀量的減少而減少，隨水施鉀較常規(guī)土壤施鉀能顯著提高煙株對(duì)氮、鉀的吸收總量。肥料的吸收利用率是衡量施肥模式是否科學(xué)的指標(biāo)之一。從表5中可知，在常規(guī)土壤施鉀下的各處理鉀肥利用率在18.5%～21.9%之間，仍處于較低水平，說明負(fù)壓灌溉下的常規(guī)土壤施鉀不能明顯提高鉀肥利用率。隨水施鉀的WK2、WK3處理的鉀肥利用率得到有效提升，分別為43.0%和42.6%，較常規(guī)土壤施鉀處理中鉀肥利用率最大處理SK2分別增加了21.1和20.7個(gè)百分點(diǎn)，表明負(fù)壓灌溉下隨水施鉀方式能顯著提高烤煙對(duì)鉀肥的利用率。

表4 不同施鉀模式烤煙氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收量(kg/hm2)Table 4 Total absorption of N, P and K of flue-cured tobacco under different treatments

2.3.3 不同施鉀模式對(duì)烤煙養(yǎng)分吸收及鉀肥利用的影響 Moustakas等[23]研究發(fā)現(xiàn)煙株體內(nèi)鉀素的吸收積累變化呈現(xiàn)“S”型生長(zhǎng)曲線規(guī)律，可用Logistic方程來模擬。本試驗(yàn)取移栽期整株煙草含鉀量為背景值，此后每隔10天取不同處理下初始長(zhǎng)勢(shì)相同煙株的根、莖、葉測(cè)量相對(duì)含鉀量，并根據(jù)干物質(zhì)量計(jì)算整株吸鉀量，利用Origin8.5軟件生成“S”型生長(zhǎng)曲線，并以Logistic方程進(jìn)行模擬。表6為不同施鉀模式下鉀素吸收積累的曲線方程參數(shù)，可以看出各處理鉀素積累的曲線方程的決定系數(shù)R2均大于0.99，且在P＜ 0.01水平顯著相關(guān)，表明Logistic方程很好地?cái)M合了本試驗(yàn)中煙株體內(nèi)鉀素的吸收積累變化情況。

表5 不同施鉀模式下烤煙不同生育期對(duì)鉀肥的吸收量及鉀肥利用率Table 5 Potassium uptake and utilization by flue-cured tobacco at different stages under different treatments

圖4是煙株體內(nèi)鉀素積累吸收的“S”型曲線。從中可以看出，隨水施鉀下的煙株鉀素積累吸收量明顯高于常規(guī)土壤施鉀，說明隨水施鉀提高了烤煙對(duì)鉀肥的吸收，有效提高了鉀肥利用效率。相同施鉀方式下，煙株的鉀肥積累吸收量隨施鉀量的降低而減小，90天后常規(guī)土壤施鉀的烤煙鉀素積累吸收量基本保持不變，而隨水施鉀下仍有較多的增長(zhǎng)，這對(duì)提高烤煙煙葉含鉀量這一關(guān)鍵品質(zhì)具有十分重要的意義。

表6 Logistic方程各參數(shù)值Table 6 Parameters of the Logistic equation

圖4 不同施鉀模式下烤煙鉀素吸收量Fig. 4 K uptakes of flue-cured tobacco under different potassium treatments

生長(zhǎng)曲線的一階導(dǎo)數(shù)在數(shù)學(xué)意義上表示鉀素瞬時(shí)吸收速率。從圖5可以看出，常規(guī)土壤施鉀方式下，最大吸收速率相對(duì)應(yīng)的時(shí)間 (用移栽后的天數(shù)表示) 表現(xiàn)為 SK3 ＜ SK2 ＜ SK1，說明在常規(guī)土壤施鉀下煙株最大吸鉀速率相對(duì)應(yīng)的時(shí)間隨施鉀量的減少而提前；SK2、SK3處理煙株鉀素吸收速率在達(dá)到最大值后迅速降低，而此時(shí)煙株恰好處于旺長(zhǎng)期，對(duì)鉀素需求量較大。因此，常規(guī)土壤施鉀方式下減少施鉀量，不利于煙株后期鉀素的吸收和生長(zhǎng)。隨水施鉀下煙株鉀素最大吸收速率出現(xiàn)的時(shí)間較常規(guī)土壤施鉀明顯延后，且處在旺長(zhǎng)-平頂期，為煙株后期鉀素的吸收和生長(zhǎng)提供了有利基礎(chǔ)。從圖5還可以看出，相同施鉀方式下煙株對(duì)鉀素最大吸收速率總體表現(xiàn)為隨施鉀量的增加而增加 (但SK2比SK1略大)。隨水施鉀的煙株的最大吸鉀速率較常規(guī)土壤施鉀有明顯提高，且整個(gè)生育期內(nèi)均能維持相對(duì)較大的吸收速率。全生育期內(nèi)，WK2的煙株鉀素吸收速率均明顯大于其他處理，其最大值為93.0 kg/(hm2·d)，比SK2提高99.6%，WK3比SK3提高108.6%，SK2比SK1僅提高7.2%，WK2比 WK3提高72.6%，這均可以說明施鉀方式對(duì)最大鉀素吸收速率的影響明顯大于施鉀量的影響，施鉀量提高最大吸鉀速率的作用在隨水施鉀方式下更加明顯。

圖5 不同施鉀模式下烤煙鉀素吸收速率Fig. 5 K-uptake rates of flue-cured tobacco under different potassium treatments

3 討論

水肥是影響烤煙生長(zhǎng)發(fā)育的兩大主要因子，也是控制煙葉生產(chǎn)的有效手段。水分和養(yǎng)分對(duì)烤煙生長(zhǎng)的影響不是孤立的，而是相互影響的。在本研究中，常規(guī)土壤施鉀方式下適當(dāng)減少施鉀量能促進(jìn)煙株團(tuán)棵期的生長(zhǎng)和旺長(zhǎng)期最大葉面積的形成 (表1)，這可能是由于烤煙生長(zhǎng)初期需鉀量較少，試驗(yàn)中設(shè)置常規(guī)施鉀的鉀肥用量能夠滿足煙株的前期生長(zhǎng)發(fā)育需要，而較高的鉀肥濃度反而會(huì)抑制煙株的生長(zhǎng)發(fā)育。隨水施鉀模式下由于煙株生長(zhǎng)初期需水量較小引起進(jìn)入土壤中的鉀肥減少，導(dǎo)致土壤中鉀肥濃度過低，煙株得不到充足的鉀素供應(yīng)，不利于此時(shí)期煙株長(zhǎng)勢(shì)形成。移栽一個(gè)月后，煙株生長(zhǎng)進(jìn)入旺長(zhǎng)期，試驗(yàn)各處理下干物質(zhì)積累量、農(nóng)藝性狀均有較大提高，隨水施鉀模式下烤煙吸鉀量隨耗水量的增加顯著高于其他處理；移栽后兩個(gè)月煙株進(jìn)入成熟期至110天收獲，各處理下煙葉干物質(zhì)積累量占整株比重明顯提高，WK2處理下鉀肥吸收速率與煙葉干物質(zhì)量均顯著高于其他處理，表明隨水施鉀更有利于煙株中后期生長(zhǎng)和鉀素吸收。李靜等[27]通過適當(dāng)提高鉀肥在烤煙鉀積累高峰期的施用比例進(jìn)行優(yōu)化施肥，并與常規(guī)施肥方式進(jìn)行對(duì)比分析，研究發(fā)現(xiàn)在烤煙打頂后追施鉀肥總量的15%～20%能減少煙株鉀素外溢，并有效利用烤煙在中部葉成熟期出現(xiàn)的鉀積累高峰期，促進(jìn)烤煙中、后期生長(zhǎng)和對(duì)鉀的吸收，提高成熟煙葉產(chǎn)量及含鉀量。張翔等[28]研究表明，在施鉀量相同條件下，增加鉀肥的追施比例和追施次數(shù)，使耕層土壤 (0—20 cm) 維持較高水平的供鉀能力，減少鉀的流失、下移，為烤煙中、后期生長(zhǎng)發(fā)育提供了更為優(yōu)越的鉀營養(yǎng)環(huán)境，能提高鉀肥利用率，并顯著提高中部葉和上部葉的含鉀量?？梢?，本研究結(jié)果與李靜等、張翔等的研究結(jié)果相同。

水分是土壤營養(yǎng)供給、煙株?duì)I養(yǎng)吸收、煙葉物質(zhì)代謝的媒介，養(yǎng)分只有在良好的水分供應(yīng)條件下才能被煙株正常吸收和利用。借助負(fù)壓灌溉的隨水施鉀模式能較好地協(xié)調(diào)煙株水肥供應(yīng)與管理難題。綜合煙株耗水量與煙株水分利用效率等方面來看，在–15 kPa負(fù)壓灌溉條件下，減少常規(guī)土壤施鉀方式下的施鉀量雖然在一定程度上降低了煙株耗水量，但也降低了煙株水分利用效率，從而不利于煙株對(duì)水分的高效利用；相同施鉀量時(shí)，隨水施鉀的烤煙單株耗水量略高于常規(guī)施鉀方式，而煙株水分利用效率卻得到不同程度的提高，其中WK2較SK2提高15.2個(gè)百分點(diǎn)，WK3比SK3高9.9個(gè)百分點(diǎn)。本研究結(jié)果表明，–15 kPa的負(fù)壓灌溉條件下，隨水施鉀能有效促進(jìn)煙株旺長(zhǎng)期和成熟期對(duì)水分、鉀素的同步吸收，達(dá)到“以肥調(diào)水”的效果，從而提高水肥利用效率，增加了煙葉產(chǎn)質(zhì)量提升的潛力。

施鉀模式的不同，會(huì)引起煙株同化物形成的速率不同，導(dǎo)致煙株干物質(zhì)積累量也不相同，繼而影響煙葉的潛在產(chǎn)量。Wang等[29]通過研究發(fā)現(xiàn)，浙江東部地區(qū)煙株干物質(zhì)積累高峰期出現(xiàn)在移栽后35～65 d，在此時(shí)間范圍內(nèi)主要營養(yǎng)物質(zhì)積累的順序從高到低依次為 K ＞ Ca ＞ N ＞ S ＞ Cl ＞ Mg ＞ P，而此時(shí)期本試驗(yàn)中的WK2供鉀能力正處于快速上升并達(dá)到頂峰期，由此保證了烤煙在鉀素積累高峰期具有較高供鉀能力，促進(jìn)了干物質(zhì)積累，有利于烤煙產(chǎn)量和質(zhì)量的提高。張翔等[30]通過不同施肥處理烤煙氮磷鉀吸收分配規(guī)律研究發(fā)現(xiàn)，利用后期追施鉀肥技術(shù)保證后期鉀素營養(yǎng)供給，能達(dá)到提高煙葉干物質(zhì)積累和煙葉品質(zhì)提升的目的。在本試驗(yàn)研究中，雖然隨水施75%K的施鉀模式在團(tuán)棵期不利于煙株長(zhǎng)勢(shì)形成，烤煙株高、葉面積等均比常規(guī)土壤施鉀方式表現(xiàn)稍差，但生長(zhǎng)中、后期煙株吸水量與吸鉀量同步增加，對(duì)烤煙旺長(zhǎng)期、成熟期的生長(zhǎng)、葉片發(fā)育、最大葉的形成等均具有較大的促進(jìn)作用，煙葉干重占整株重比例由團(tuán)棵期的54.70%提升至67.47%，這表明在–15 kPa的負(fù)壓灌溉下，采用隨水施鉀方式、且施鉀量減少至75%K時(shí)，能促進(jìn)煙株干物質(zhì)積累，較大程度上提高了干物質(zhì)向收獲物目標(biāo)—葉器官轉(zhuǎn)移的比例，有利于烤煙潛在產(chǎn)量的提高 (表3)。

烤煙鉀素的高效利用對(duì)烤煙植株生長(zhǎng)發(fā)育及提高產(chǎn)量與產(chǎn)值，改善烤后煙葉品質(zhì)具有重要的影響。本試驗(yàn)中，無論在鉀素吸收速率還是持續(xù)吸鉀能力方面，隨水施鉀的各處理均高于常規(guī)土壤施鉀，究其原因，可能有以下兩點(diǎn)：一是隨水施鉀能夠減少前期施入土壤中的鉀而保證煙株生長(zhǎng)中后期鉀素的供應(yīng)，從而滿足煙草根系和煙葉需要在土壤鉀離子濃度較大時(shí)才會(huì)吸收和積累鉀素的要求；二是隨水施鉀的鉀肥跟隨灌溉水向根系持續(xù)定向流動(dòng)，促進(jìn)鉀素向根際土壤的聚集，提高水分供應(yīng)與鉀素供應(yīng)的同步性，同時(shí)減少了鉀肥在土壤中的停留時(shí)間、降低土壤中的鉀肥殘留量，提高了鉀肥吸收利用率，達(dá)到以水促肥的效果。肖海強(qiáng)等[20]研究發(fā)現(xiàn)，常規(guī)施鉀條件下，–10 kPa負(fù)壓灌水較普通灌水方式烤煙鉀肥吸收利用率提高11.54個(gè)百分點(diǎn)，并促進(jìn)磷肥利用率有效提升了1.8個(gè)百分點(diǎn)。黃松青等[31]通過控釋肥增加烤煙中、后期鉀素供應(yīng)，發(fā)現(xiàn)能改善相應(yīng)時(shí)期光合特性，提高葉片葉綠素含量，提高旺長(zhǎng)期煙葉凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度等，在施鉀180 kg/hm2和300 kg/hm2條件下鉀肥利用率分別提高9.4和8.6個(gè)百分點(diǎn)。本研究表明，隨水施鉀具有良好的“以水促肥”的作用，顯著提高鉀肥利用效率，隨水施鉀、施鉀水平為75%K和50%K條件下，鉀肥利用率分別為43.0%和42.6%，較常規(guī)施鉀處理SK2(該施鉀方式下鉀肥利用率最大處理) 分別增加了21.1和20.7個(gè)百分點(diǎn)，說明當(dāng)條件為隨水施鉀、75%K施鉀水平時(shí)，烤煙鉀肥利用率較高，有促進(jìn)光合作用、干物質(zhì)積累和提高煙葉產(chǎn)質(zhì)量的潛力。

4 結(jié)論

負(fù)壓灌溉下隨水施鉀能有效促進(jìn)烤煙植株對(duì)鉀素的吸收和積累，提高灌溉水和鉀肥利用效率，增加干物質(zhì)向煙葉器官的存儲(chǔ)比例，從而提高煙葉的產(chǎn)、質(zhì)量。本試驗(yàn)條件下 (烤煙品種為NC55，土壤質(zhì)地為粘壤土，灌溉負(fù)壓值為–15 kPa)，隨水施鉀，施鉀量從常規(guī)的230 kg/hm2減少至172.5 kg/hm2，為較優(yōu)鉀肥施用模式，具體表現(xiàn)為：

1) 隨水施鉀模式延緩了煙株團(tuán)棵期長(zhǎng)勢(shì)形成，但促進(jìn)了烤煙中后期生長(zhǎng)發(fā)育、干物質(zhì)積累、煙葉鉀素吸收；

2) 隨水施鉀模式明顯地提高了水分利用效率和鉀肥利用率。隨水施用常規(guī)鉀量的75%、50%較常規(guī)土壤施鉀的水分利用效率分別提高10.9%、3.8%，鉀肥利用率分別提高了23.0和22.6個(gè)百分點(diǎn)；

3) 隨水施鉀模式下全生育期煙株鉀素吸收速率均維持在較高水平，尤其在中后期鉀素吸收積累量顯著高于相同施鉀量的常規(guī)灌溉方式。

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Effect of potassium fertigation on potassium absorption and growth of flue-cured tobacco

DING Ya-hui1, XIAO Hai-qiang1,2, WANG Da-hai3, GUAN En-sen3, LONG Huai-yu1*
(1 Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, CAAS, Beijing 100081, China;2 College of Biological Science and Technology, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China;3 Shandong Weifang Tobacco Corporation, Weifang, Shandong 261205, China)

【Objectives】The objective of the experiment is to study effects of various potassium application models on growth, potassium absorption rate and water and fertilizer use efficiencies of flue-cured tobacco, to explore an optimum potassium application method and quantity under the negative pressure irrigation, and to provide some references for high efficient water and fertilizer utilization of flue-cured tobacco.【Methods】A potexperiment was conducted using NC55 as plant material. Taking the recommended potassium application rate of 230 kg/hm2as 100%, the K application rates of 100% (K1), 75% (K2) and 50% (K3) were set up, and the designed potassium was once basally applied into soil (S) or applied with irrigation under the negative pressure irrigation of –15 kPa respectively. The potassium application methods included fertigation (W) and conventional soil fertilization (S). Taking the optimum dosage of potassium 230 kg/hm2under the conventional irrigation as 100%, three levels of potassium dosage, named 100% (K1), 75% (K2) and 50% (K3), were set up.The conventional irrigation without fertilization was chosen as CK, six treatments (SK1, SK2, SK3, WK2, WK3 and CK) were set up. The agronomic traits of tobacco were observed, and dry matter accumulation, potassium absorption rate, utilization rate of potash and water use efficiency (WUE) were determined.【Results】At the rosette stage, the plant height, efficient leaf number, leaf length, leaf width, leaf area and other agronomic character indices of the SK2 and SK3 were higher than those of other treatments. But the total dry matter accumulation amounts of the WK2, WK3, SK2 and SK3 were 31.16, 29.26, 29.92 and 28.37 g respectively, the root dry weights were 12.40, 10.51, 11.91 and 10.20 g respectively, and the leaf dry weights were 17.05, 17.01,15.67 and 16.12 g respectively, all were in order of WK2 ＞ SK2, WK3 ＞ SK3. At the vigorous growing period,the plant weight, stem biomass and leaf dry weight of the WK2 were 99.18, 19.18 and 61.29 g respectively, which were higher than other treatments. At the mature stage, the whole plant weight and leaf dry weight were in order of WK2 ＞ WK3 ＞ SK1 ＞ SK2 ＞ SK3, the whole plant weights were 139.27, 132.60, 124.50, 117.36 and 110.10 g respectively, the leaf dry weights were 93.97, 87.35, 80.33, 78.56 and 74.80 g respectively. During the whole growth period, the WUE was in order of WK2 ＞ WK3 ＞ SK1 ＞ SK2 ＞ SK3, the WUEs were 3.78, 3.54, 3.41, 3.28 and 3.22 g/kg, respectively, indicating that the WUEs of potassium fertilization with water were higher than the conventional method, and the decrease of the dosages of potassium could reduce the WUEs of tobacco plants under the same method. During the whole growth period, the potash use rates were in order of WK2 ＞ WK3 ＞SK2 ＞ SK1 ＞ SK3, with the values of 43.0%, 42.6%, 21.9%, 20.0% and 18.5% respectively, the potassium uptake of WK2 was 53.85 kg/hm2higher than that of SK2, and the potassium uptake of WK3 was 34.65 kg/hm2higher than that of SK3, showing that potassium fertilization with water was more beneficial to potassium absorption.The potassium utilization rates of WK2 and WK3 were 21.1 and 20.7 percentage points higher than SK2 respectively, indicating that potassium fertilization with water could significantly enhance the potassium absorption and utilization rates under the negative pressure irrigation. The maximum potassium absorption rate was observed at the vigorous growing to top plate period, and the tobacco could maintain relatively larger absorption rate during the whole growth period.【Conclusions】Potassium fertilization with negative pressure irrigation has obvious priorities in: 1) Delaying agronomic traits of tobacco at rosette stage, but promoting the growth at the vigorous growing stage and mature stage, thus increasing accumulation of dry matter and potassium uptake; 2) Improving water use efficiency and potash utilization rate; 3) Maintaining high potassium uptake rate in the whole growth stages of flue-cured tobacco, especially in the middle and later periods.

flue-cured tobacco; negative pressure irrigation; potassium application pattern;potassium application amount; potassium absorption

2016–10–14 接受日期：2017–04–27

國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（2013AA102901）資助。

丁亞會(huì)（1990—），男，山東濟(jì)寧人，碩士研究生，主要從事農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)方面的研究。E-mail：dingyahui00@163.com

* 通信作者 E-mail：hylong@caas.ac.cn