李冬雪，王一柳，郇威威，卜令鐸，王睿智，劉 浩，盧殿君，王火焰，陳小琴

（1中國科學院南京土壤研究所/土壤與農業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點實驗室，南京 210008；2中國科學院大學現(xiàn)代農業(yè)科學學院，北京 100049；3云南省煙草公司玉溪市公司，云南 玉溪 653100；4深圳前海大地礦物科技有限公司，廣東 深圳 518066）

0 引言

中國大部分鉀肥依賴于進口，2017年國內鉀肥總進口量為753.0萬t（折KCl量，下同）[1]，2018年為748.5萬 t[2]，2019年激增到 920.8 萬 t[3]，與 2017年相比，增加幅度約為22.28%。煙草作為典型的喜鉀忌氯作物，每年需施入大量的硫酸鉀于農田[4]。并且隨著國家對煙葉品質要求的提升，越來越多的鉀肥用于煙田以提升煙葉含鉀量[5]，但國內的鉀肥資源有限，迫切需要新型鉀肥代替進口傳統(tǒng)鉀肥[6-7]。近來，有關于新型鉀肥的研究頗多，多數集中在對煙葉品質、煙葉含鉀量等的研究，其結果大致類似[8-12]。因研究所用新型鉀肥不同導致結果略有差異，所得結果為雜鹵石或枸溶性鉀肥配施硫酸鉀可增加煙葉干物質量、鉀含量等，并提高耕層土壤速效鉀含量[8]；研究表明，50%～75%枸溶性鉀與水溶性鉀配施所得的煙葉品質仍優(yōu)于農民常規(guī)處理[9-10]；施用1125～1500 kg/hm2的硅鈣鉀鎂肥對土壤養(yǎng)分、煙葉產質量及煙草根系發(fā)育顯著提升[11-12]。雖然上述研究所得結果頗豐，但卻缺乏新型鉀肥施用對土壤理化性質、其他速效養(yǎng)分變化的影響。

煙葉鉀含量是評價煙葉品質高低的重要指標[13]。近年來，圍繞著提升煙葉鉀含量的研究越來越多，同時煙葉鉀鈣鎂之間關系、土壤速效鉀鈣鎂之間關系的研究也頗多。研究表明，調節(jié)土壤pH、有機質、全氮、全磷和全鉀含量對作物鈣鎂養(yǎng)分的平衡有重要影響[14]。煙葉鈣含量與土壤pH、交換性鈣和鎂含量呈極顯著正相關，煙葉鎂含量與土壤pH和交換性鎂含量呈顯著正相關[15]。隨著土壤交換性鈣、鎂比的增大，下部葉鈣含量依次增大，而煙葉鎂含量依次減小[16]。針對煙葉內部，鎂對鉀、鈣是拮抗的，鈣對鎂是拮抗、對鉀則是促進，鉀對鈣、鎂是拮抗的[17]。相關研究表明，植株或土壤中鉀與鈣鎂的比值(A)是反映鉀素與鈣鎂之間平衡關系的一種指標，煙草移栽后55天土壤中A值為19.5，或移栽后70天煙葉中A值為0.72時，煙草吸鉀最多，產質量最高，可以作為煙草鉀與鈣鎂平衡關系的參考指標[18]。

傳統(tǒng)化學肥料施用過多可能導致農田土壤性質惡化，土壤酸化加劇[19]；且該施肥方式可能會導致土壤養(yǎng)分不均一，煙草出現(xiàn)缺素癥狀而影響品質[20]。提升煙葉養(yǎng)分含量的重要手段之一就是提升土壤有效養(yǎng)分含量[21-22]。玉溪擁有“云煙之鄉(xiāng)”的美稱，其獨特的生態(tài)環(huán)境條件使得煙葉品質優(yōu)于其他地區(qū)[23]。但研究表明，玉溪煙葉鎂含量低于正常值，補充一定量的鈣鎂磷肥，煙葉鎂含量得到顯著提升[24]。新型枸溶性鉀肥，作為富含鉀鈣鎂硅等營養(yǎng)元素的肥料，不僅可為煙草提供養(yǎng)分，還可緩解土壤酸化、改善土壤性質。目前，大多數研究關注土壤速效氮磷鉀含量的變化，很少研究關注土壤中其他速效養(yǎng)分（如鈣鎂等）在耕層土壤中的遷移變化趨勢[25-26]。本研究以枸溶性鉀肥為材料、以煙草為模式作物，在對煙草品質影響的基礎上，研究枸溶性鉀肥施用對煙草產質量、根區(qū)土壤速效養(yǎng)分含量變化及遷移的影響，以期為煙草品質的提升及土壤養(yǎng)分遷移提供方法。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗布置2個試驗點，分別位于云南省玉溪市峨山塔甸鎮(zhèn)（簡稱塔甸，102°6′42″E，24°17′6″N，海拔1884.98 m）和玉溪市新平小馬塘鎮(zhèn)（簡稱新平，101°57′3″E，23°59′8″N，海拔1885.72 m）。供試土壤基本理化性質見表1。

表1 供試土壤基本理化性狀

1.2 供試材料

烤煙品種分別為‘云煙87’、‘KRK26’，由當地煙草公司提供。2個試驗田的供試肥料均為尿素(N 46%)、鈣鎂磷肥(P2O517%)、硫酸鉀(K2O 50%)，購買于當地市場，枸溶性鉀肥(K2O 20%)由深圳前海大地礦物科技有限公司提供。

1.3 試驗設計

試驗于2020年4—10月進行，在2個試驗點均設置5個等鉀量鉀肥處理，分別為農民常規(guī)(T1)、無鉀(T2)、硫酸鉀(T3)、枸溶性鉀肥代替1/4 K2O(T4)、枸溶性鉀肥代替1/2 K2O(T5)。每個處理設置3次重復，完全隨機區(qū)組排列，每個處理面積為30 m2，整個小區(qū)面積為450 m2。塔甸與新平氮(N)-磷(P2O5)-鉀(K2O)施用量分別為75-60-300、30-60-300 kg/hm2。供試肥料種類見1.2，以農民常規(guī)(T1)為對照處理。所有氮磷鉀肥都作為基肥一次性施入。試驗栽培管理措施參照當地最優(yōu)管理技術進行。

1.4 樣品采集與測定方法

于收獲期按照當地烘烤習慣，分批采收煙葉，每個處理采收30株，按照面積計算產量。

待煙葉成熟后，每個小區(qū)選4株代表性的煙株作為取樣株，每個煙葉掛牌做標記。按照當地煙葉的成熟標準進行分批次采收和烘烤。參照當地葉位區(qū)分標準將每株煙葉分為上部葉、中部葉、下部葉。烘烤結束后，將煙葉帶回實驗室，于75℃烘干至恒重。煙葉測定方法為H2SO4-H2O2消煮，用火焰光度計測定鉀含量，電感耦合等離子發(fā)射光譜儀測定鈣鎂含量(Optima 8000)；煙葉硫含量HNO3-HClO4-HCl消煮，SmartChem全自動間斷化學分析儀測定。

于2020年10月，待烤煙采烤結束后進行土壤取樣，采取煙株根際周圍直徑25 cm、深0～20 cm土樣。取樣時以土壤表面下5 cm作為基點垂直向下取樣，取樣深度35 cm，取樣寬度為5 cm，每個層次取樣距離分別為0～5、5～15、15～25、25～35 cm，重復3次。所有土樣充分混勻，取部分裝袋帶回實驗室風干過20目篩子，用醋酸銨法提取，火焰光度計測定土壤速效鉀，電感耦合等離子發(fā)射光譜儀測定鈣鎂含量(Optima 8000)；用磷酸二氫鈣-乙酸溶液提取，SmartChem全自動間斷化學分析儀測定硫含量。

1.5 數據處理

煙葉總的吸鉀量為掛牌株中部煙葉質量與煙葉含鉀量的乘積，煙葉吸鈣量、吸鎂量、吸硫量等同上。鉀肥處理和試驗地點對烤煙農藝性狀、干物質量、鉀含量、吸鉀量的影響通過雙因素方差分析(two-way ANOVA)進行檢驗，均值兩兩比較顯著性差異采用P在0.05水平上最小顯著差異法(LSD)來確定。鉀肥處理對土壤速效鉀含量的影響通過單因素方差分析(one-way ANOVA)進行檢驗，均值兩兩比較顯著性差異采用P在0.05水平上鄧肯新復極差法(Duncan)來確定。所有統(tǒng)計均使用SPSS 26.0軟件進行分析。

2 結果與分析

2.1 新型鉀肥施用對烤煙干物質量的影響

由表2可知，塔甸地區(qū)T4處理的干物質量最高，為2575.5 kg/hm2，比T1處理高3.43%，T3和T5處理與T1處理相差不大。新平地區(qū)T3、T4和T5處理的干物質量均高于T1處理，分別為1861.2、2245.5和2416.8 kg/hm2，比T1處理高24.1%、49.7%和61.1%。

表2 施肥處理烤煙干物質量kg/hm2

2.2 新型鉀肥施用對烤煙礦質養(yǎng)分含量、烤煙養(yǎng)分吸收量的影響

由表3可知，塔甸地區(qū) T3、T4、T5處理的煙葉含鉀量、含鈣量、含鎂量高于T1處理，且部分差異達顯著水平，其中煙葉含鉀量的提升幅度為34.38%、18.75%、21.88%；T3處理的煙葉含硫量顯著低于T1處理，降低了35.71%，且K/(Ca+Mg)的值為1.4，使得煙葉鉀鈣鎂含量更加協(xié)調。新平地區(qū)，T3、T4、T5處理的煙葉含鉀量顯著高于T（1農民常規(guī)）處理；T4、T5處理的煙葉含鈣量、含鎂量與T1相比差異不顯著，但煙葉含硫量顯著低于T1，降低幅度為29.51%、39.34%，且K/(Ca+Mg)的值分別為1.1、1.0，明顯使煙葉鉀鈣鎂含量更加協(xié)調，利于品質的提升。施用新型肥料（枸溶性鉀肥）可有效提升烤煙礦質養(yǎng)分含量，使煙葉鉀鈣鎂含量的比例更加協(xié)調，且在一定范圍內可顯著降低煙葉含硫量。

表3 施肥處理對烤煙中部煙葉礦質養(yǎng)分含量的影響

由表4可知，塔甸地區(qū) T3、T4、T5處理的煙葉吸鉀量、吸鈣量、吸鎂量明顯高于T1處理，且差異達顯著水平；其中T3、T4處理的煙葉吸硫量顯著低于T1處理，降低幅度為32.61%、28.26%。新平地區(qū)T3處理的煙葉吸鉀量、吸硫量最高，分別高于T1處理63.38%、13.33%，而煙葉吸鈣量、吸鎂量卻低于T1處理。

表4 施肥處理對烤煙中部煙葉養(yǎng)分吸收量的影響g/株

2.3 新型鉀肥施用對根區(qū)土壤速效養(yǎng)分的影響

向土壤中施加礦質養(yǎng)分，可在一定程度上提升農作物品質和土壤養(yǎng)分含量。由圖1可知，塔甸地區(qū)收獲期的土壤速效鉀含量以T5處理最高，T4處理次之，分別高于T1處理13.2%、4.3%。而新平地區(qū)卻以T3處理的土壤速效鉀含量最高，顯著高于其他處理，與T1處理相比可提升126.5%的土壤速效鉀含量。施用含有鈣鎂的枸溶性鉀肥，可顯著提升塔甸地區(qū)的土壤有效鈣含量，以T4、T5處理最優(yōu)，與T1相比提升幅度為37.6%、36.5%；雖然差異不顯著，但新平地區(qū)的T4處理仍高于T1處理31.8%。施用含有鈣鎂的枸溶性鉀肥，可顯著提升塔甸、新平地區(qū)的土壤有效鎂含量，其中以T5處理最優(yōu)，與T1相比提升幅度為112.1%、46.4%。針對土壤有效硫含量，除T2處理最低外，塔甸、新平地區(qū)均以T5最低，與T1相比降低幅度分別為17.6%、36.9%。

圖1 施肥處理對根區(qū)土壤速效養(yǎng)分的影響

2.4 不同施肥處理對植煙土壤垂直方向養(yǎng)分遷移的影響

耕層土壤速效養(yǎng)分含量的高低決定著所種植作物產量與品質的高低。由圖2可得，塔甸地區(qū)0～15 cm耕層范圍內的土壤速效鉀含量以T1、T4處理最高，分別為704.2、715.9 mg/kg，且隨著深度的增加所有處理的土壤速效鉀含量均呈現(xiàn)降低的趨勢；而新平地區(qū)耕層土壤速效鉀含量顯著低于塔甸，0～15 cm范圍內以T3、T4處理的土壤速效鉀含量最高，可達473.3、449.8 mg/kg。2個地區(qū)的土壤有效鈣含量，在35 cm左右深度的范圍內，無顯著降低或增加趨勢，但塔甸地區(qū)相應處理的土壤有效鈣含量明顯高于新平地區(qū)。2個地區(qū)的耕層土壤有效鎂含量均在100 mg/kg左右，且T4、T5處理的土壤有效鎂含量隨深度的增加而增加，T1～T3處理的土壤有效鎂含量變化趨勢與土壤有效鈣變化趨勢相似，上下土壤層次之間無明顯變化。2個地區(qū)所有處理的土壤有效硫含量均隨深度的增加而增加，且塔甸地區(qū)T5處理的4個層次土壤有效硫含量甚至低于T2處理，而新平地區(qū)卻與之相反，4個層次的土壤有效硫含量最高。

圖2 施肥處理對根區(qū)土壤垂直方向速效養(yǎng)分的影響

3 結論與討論

枸溶性鉀肥是一種新型鉀肥，易溶于檸檬酸等弱酸、不易溶于水，可長效持久地供給作物養(yǎng)分以吸收利用，但其目前的應用潛力還未充分開發(fā)，如枸溶性鉀肥的養(yǎng)分釋放動力學趨勢、養(yǎng)分釋放條件、施用條件等；同時其價格可能高于傳統(tǒng)硫酸鉀，提升制造工藝、減工降本，才可贏得市場、獲得認可。在本試驗條件下，以烤煙產量為例，塔甸地區(qū)的T4處理產量最高；而新平地區(qū)，施用枸溶性鉀肥的T4、T5處理效果較好，可使煙葉產量提升49.7%、61.1%，但考慮到肥料成本，以枸溶性鉀肥替代1/4個鉀的處理(T4)最佳，可實現(xiàn)成本與收入最優(yōu)。

塔甸、新平地區(qū)T4處理的K/(Ca+Mg)的值分別為1.4、1.0，明顯使煙葉鉀鈣鎂含量更加協(xié)調，利于提升品質。表明施用枸溶性鉀肥可有效提升烤煙礦質養(yǎng)分含量，使煙葉鉀鈣鎂含量的比例更加協(xié)調，且在一定范圍內，可顯著降低煙葉含硫量。但新平地區(qū)的T4、T5處理煙葉吸鉀量、吸鈣量較低，且部分低于T1處理，是由于T4、T5處理的產量較高，其在一定程度上稀釋了養(yǎng)分含量。塔甸地區(qū)的T5煙葉吸硫量高于T4，可能與土壤有效硫背景值較高有關，導致煙葉吸硫量較高。綜上所述，塔甸與新平地區(qū)，枸溶性鉀肥配施硫酸鉀1:3（T4處理）可顯著改善煙葉鉀鈣鎂養(yǎng)分之間的平衡，提升煙葉鎂含量，降低煙葉硫含量，以進一步提升煙葉品質。

新平地區(qū)土壤速效鉀含量低于塔甸，可能是由于土壤質地的原因，當向土壤中加入相同含量的鉀，新平地區(qū)的土壤可能使較多的速效鉀轉化為緩效鉀，而塔甸地區(qū)的土壤速效鉀在煙草整個生育期都可持續(xù)供給煙葉持續(xù)吸收利用，故導致塔甸的煙葉產量及鉀含量均優(yōu)于新平地區(qū)。從土壤有效鈣鎂含量上可得出，向土壤中施加含有鈣鎂養(yǎng)分的肥料，可顯著提升耕層土壤有效鈣鎂含量，且2個地區(qū)的T4處理有效硫含量顯著低于其他處理（除無鉀處理外）。

耕層土壤速效鉀仍然為向下遷移的趨勢，與以往其他研究所得結果類似。2個地區(qū)的土壤有效鈣在35 cm耕層范圍內無明顯變化，可能是施用的枸溶性鉀肥所含有的速效鈣養(yǎng)分，用乙酸銨無法準確提取出來；又或者所加入土壤的速效鈣養(yǎng)分含量僅占土壤有效鈣背景值的5%左右，上下變化不明顯，誤差可能就覆蓋住土壤有效鈣的自身變化。如確認土壤有效鈣是否在耕層35 cm范圍內呈現(xiàn)變化趨勢，需控制住所加入的有效鈣是否會被背景值的變化所影響。根區(qū)土壤有效硫、有效鎂的向下遷移，是否可認為是這2種陰陽離子協(xié)同向下遷移的趨勢，不施用含硫肥料，是否會減少鎂的向下遷移，這需在下一步研究充分探討；雖然可在一定程度上表明，鎂在紅壤中有向下遷移的趨勢，這可能是玉溪地區(qū)煙葉鎂含量低于正常值的原因，但其深度較低，代表性不強，需進一步深入研究。