李耀鑫 李静静 琚联营 王静 许仪 云菲 徐敏 薛立新 符云鹏
关键词：烤烟；
钾肥；
碳氮代谢；
品质
烟草是喜钾作物，在氮、磷、钾三要素中，烤烟对钾素的需求量最大。钾与烟叶的颜色、燃烧性、香吃味及烟制品的安全性密切相关，是公认的烟叶“品质元素”。美国、津巴布韦等国优质烤烟钾含量多在2.5%以上，我国优质烤烟钾含量要求在2.0%以上。李强等研究报道，我国烤烟钾含量普遍偏低，其中河南烟区90%以上的烟叶钾含量在2.0%以下，钾含量低已成为影响河南烤烟品质进一步提高的限制因子。因此，提高烟叶钾含量成为河南烟区迫切需要解决的问题。许多研究表明，提高钾肥用量可以提高烟叶钾含量，改善烟叶品质；
但也有研究认为过多增施钾肥对烟叶钾含量的提升作用并不十分显著。有研究表明，基肥加分次追肥的施钾方法可以提高钾肥利用率和烟叶钾含量．但介晓磊等认为增加钾肥施用次数对烟叶钾含量的提升效果有限。近年来，科研工作者开始关注不同钾肥品种对烤烟生理代谢及品质影响的研究。符云鹏等研究认为，在氮、磷、钾用量相同情况下，硝酸钾肥部分替代硫酸钾，可以降低香料烟硫含量，显著提高香料烟钾含量和阴燃持火力，明显改善香料烟品质。周硕野等报道，在豫南烟区，以生物包膜缓释钾肥和碳酸钾肥代替常规硫酸钾肥能显著提高烟叶的产量、产值和钾含量。朱丽研究表明，在钾用量相同的情况下，与施用硫酸钾相比，施用适量黄腐酸钾可以增加土壤速效钾含量，提高烟叶钾含量及中性香味物质含量。张明乾等研究认为，在氮磷钾用量相同情况下，与追施硝酸钾相比，追施硫酸钾、柠檬酸钾有利于烟叶落黄成熟，且烟叶钾含量高于追施硝酸钾处理，以追施柠檬酸钾处理烟叶有机钾含量最高。
目前，烟区常用的钾肥主要是硫酸钾。单纯采取增施硫酸钾用量并不能有效提高烟叶钾含量，反而会造成钾资源的浪费：过度施用硫酸钾也会导致土壤养分不平衡及土壤板结等问题：烟叶中积累过量的硫元素会使烟叶色泽暗淡、燃烧性变差，影响其质量。而黄腐酸钾不仅能够调节植物生长、增强植株抗逆性，还具有缓解生理干旱、促根发生等优点；
柠檬酸钾能够提高烟叶还原糖、有机钾含量，使烟叶化学成分更加协调。因此，本研究探讨施用不同类型钾肥对烤烟钾含量和品质的影响，旨在为河南烟区合理施用钾肥、进一步提高烟叶品质提供科学依据。
1材料与方法
1.1试验地概况及材料
试验于2021年在河南省济源市下冶镇进行。供试烤烟品种为当地主栽品种云烟87。试验地为砂砾质壤土，耕层土壤碱解氮含量41.65mg/kg、速效磷6.13mg/kg、速效钾85.67mg/kg、有机质11.35g/kg，pH值7.74。试验用硫酸钾（K2050%）、黄腐酸钾（K2012%）购于山西雷利丰生物科技有限公司，柠檬酸钾（K2036%）购于大自然生物集团有限公司。
1.2试验设计及方法
试验共设4个处理，随机区组排列，重复3次，小区面积72m2。试验处理如下：CK，不施钾肥；
T1，常规施肥+追施硫酸钾（108kg/hm2）；
T2，常规施肥+追施黄腐酸钾（450kg/hm2）；
T3，常规施肥+追施柠檬酸钾（150kg/hm2）。常规施肥无机氮用量为60kg/hm2，氮、磷、钾比例为1：1.5：3.75，T1、T2、T3处理氮、磷、钾用量相同；
CK氮、磷用量同其他处理。
T1处理所用肥料为烟草专用肥（10-12-18）600kg/hm2、重过磷酸钙（P20545%） 40kg/hm2、硫酸钾（K2050%） 342kg/hm2，其中全部的烟草专用肥、重过磷酸钙及硫酸钾234kg/hm2混匀做基肥，起垄时条施，剩余108kg/hm2硫酸钾于移栽后30d溶于水后沟施人烟田，然后培土；
T2、T3处理基肥种类、用量及施用方法同T1，追肥分别用黄腐酸钾、柠檬酸钾替代硫酸钾，追施方法同T1。CK氮、磷肥分别由硝酸铵钙、重过磷酸钙提供，全部做基肥于起垄时条施。5月20日移栽，植烟行距1.20m，株距0.55m，田间管理按规范化栽培措施进行。
1.3测定项目及方法
1.3.1土壤速效钾含量
于烤烟现蕾期、圆顶期、成熟期（對应上部叶叶龄10、30、50 d，下同）采集各小区0～10、10～20cm土层土样，风干后过20目筛，用于测定土壤速效钾含量。土壤速效钾采用醋酸铵法提取，火焰光度法测定。
1.3.2烟叶钾含量
于上部叶叶龄10、30、50d时，每处理取3株代表性烟株的上部叶，105cjC杀青30min，60℃烘干至恒重，粉碎后过60目筛，用盐酸浸提、活性炭脱色，火焰光度法测定烟叶钾含量。
1.3.3烟叶生理指标分别于上部叶叶龄10、30、50d时，每处理选取3株有代表性烟株，利用英国ADC公司生产的LC Pro-SD便携式光合仪，于上午9：00-11：00测定各处理植株上部叶的净光合速率。在同一位置取鲜样，剪成大小一致的碎片，放人液氮中速冻后于-80℃冰箱保存，用于蔗糖转化酶、谷氨酰胺合成酶活性测定。两种酶活性均采用试剂盒法测定，所用试剂盒购自苏州科铭生物技术有限公司。
1.3.4烤后烟叶化学成分
分别取各处理烤后烟叶B2F样品1.0kg，于烘箱中50℃烘干后磨碎过60目筛备用。按照YC/T161-2002、YC/T468-2013、YC/T159-2019、YC/T217-2007、YC/T162-2011标准方法测定烟叶总氮、烟碱、总糖、还原糖、钾和氯离子含量（质量分数）。采用AA3型流动分析仪（德国BRAN+LUEBBE公司）进行测定。
1.3.5中性香味物质采取同时蒸馏萃取（SDE）、GC/MS测定烤后上部烟叶中性香味物质含量（质量分数），NIST库检索定性。所用仪器为气质联用仪（HP5890211-5972，美国Agilent公司）
1.3.6烤后烟经济性状
各小区烟叶成熟采收后挂牌编竿，同炕烘烤。烤后烟叶按照GB2635-92烤烟进行分级．统计烤后烟叶产量、各等级烟叶比例，并按照当年烟叶收购价格计算均价和产值。
1.4数据处理与分析
试验数据使用Microsoft Excel 2010整理及作图，使用SPSS22.0软件进行统计分析，多重比较采用Duncan"s法，相关性分析采用Pearson法。
2结果与分析
2.1不同钾肥处理对烤烟生长后期土壤速效钾含量的影响
由表1可以看出，随着烤烟生育期的推进，各处理土壤速效钾含量均呈下降趋势，除现蕾期对照外，0～10cm土层土壤速效钾含量均高于10～20cm土层，CK土壤速效钾含量显著低于其他处理。现蕾期、圆顶期0～10cm土层土壤速效钾含量均表现为T3>T2>T1，且处理间差异显著；
成熟期T3处理0～10cm土层土壤速效钾含量显著高于T2和T1。3个测定时期10～20cm土层土壤速效钾含量均表现为T3 >T2>T1，其中T3显著高于T1。说明黄腐酸钾能显著提高现蕾期至圆顶期0～10cm土层土壤速效钾含量，柠檬酸钾对烤烟生长后期0～20cm土层土壤速效钾含量提高效果最好。
2.2不同钾肥处理对不同生育时期上部叶钾含量的影响
由图1可知，随生育期进程，各处理烟株上部叶钾含量逐渐降低。各测定时期，烤烟上部叶钾含量均表现为T3 >T2>T1>CK，其中追施柠檬酸钾的T3处理显著高于其他处理，追施黄腐酸钾的T2处理与常规追施硫酸钾的T1处理差异不显著，但显著高于CK，T1与CK差异不显著。说明追施柠檬酸钾有利于提高烤烟上部叶钾含量。
2.3土壤速效钾含量与叶片钾含量相关性分析
通过对各测定时期土壤速效钾含量与叶片钾含量的相关性分析发现（表2），烤烟各生育时期0～10、10～20cm土壤速效钾含量与叶片钾含量均呈极显著正相关．0～10cm土层土壤速效钾含量与上部叶钾含量的相关系数均大于10～20cm土层。说明0～10、10～20cm土层土壤速效钾含量均对上部叶钾含量有显著影响，且受0～10cm土層速效钾含量的影响更大。
2.4不同钾肥处理对烟株生理特性的影响
2.4.1净光合速率（Pn）
随着生育期的推进，CK、T1、T2处理上部叶Pn表现为先升高后降低趋势：T3处理在叶龄10d时上部叶Pn最高，之后随生育进程呈持续降低趋势。烤烟各生育时期CK上部叶Pn均显著低于各施钾处理。叶龄10～30d．各施钾处理上部叶Pn表现为T3 >T2>T1，且处理间差异显著：叶龄50d各施钾处理上部叶Pn差异不显著。
2.4.2蔗糖转化酶（INV）活性
由图3可以看出，CK烟叶INV活性呈持续降低趋势，各施钾处理的烟叶INV活性表现为先上升后下降趋势。叶龄30、50d各处理均表现为T3>T2>T1>CK，且处理间差异显著。说明不施钾会造成叶片INV活性降低，施用黄腐酸钾或柠檬酸钾都能显著提高叶片生长后期的INV活性。
2.4.3谷氨酰胺合成酶（GS）活性
由图4看出，叶龄10d之后，随生育进程，各处理烟株叶片GS活性均表现为逐渐降低趋势。各测定时期，GS活性均表现为T3>T2>T1>CK，其中叶龄10d和30d各处理间GS活性差异显著，叶龄50d各处理间GS活性差异不显著。
2.5不同钾肥处理对烤后烟叶化学成分含量的影响
由表3看出，烤后烟叶总糖、还原糖和钾含量均表现为T3>T2>T1>CK，处理间差异显著，其中T2、T3处理上部叶钾含量较T1分别提高12.39%、20.35%。与T1相比，T2、T3处理上部叶总氮及烟碱含量显著下降。说明施用黄腐酸钾或柠檬酸钾可以提高烤后烟叶总糖、还原糖及钾离子含量，降低总氮、烟碱含量。CK烟叶氯离子含量显著高于T1、T2、T3，说明不施钾肥会造成烤后烟叶氯离子含量增高。
2.6不同钾肥处理对烤后烟叶中性香味物质含量的影响
由表4可知，不同处理烤后烟叶中性香味物质总量表现为T3>T2>T1>CK，T2、T3较T1分别增加2.23%、25.49%，CK较T1减少7.51%。色素降解产物包括类胡萝卜素和叶绿素降解产物，其中含量最高的新植二烯为叶绿素降解产物。色素降解产物以T3处理最高，为1132.80g/g，CK最低，为800.44g/g。说明柠檬酸钾可以明显提高烟叶色素降解产物含量。烟叶非酶棕色化降解产物、苯丙氨酸类降解产物均以T2处理最高，说明施黄腐酸钾对这两类物质含量的影响较大。
2.7不同钾肥处理对烤后烟叶经济性状的影响
从表5可以看出，与CK相比，施钾显著提高烤烟的产量、上等烟比例、均价和产值。不同类型钾肥处理比较，T3产量、产值和上等烟比例较T1分别显著提高5.19%、5.31%和13.64%；
T2产量、产值较T1分别显著提高4.17%、3.92%。说明追施柠檬酸钾更有利于提高烤烟种植的经济效益。
3讨论与结论
3.1不同类型钾肥对土壤速效钾和烟叶钾含量的影响
一般而言，烟叶钾含量与土壤速效钾含量密切相关。本研究在钾肥用量相同的情况下，施用不同类型钾肥，土壤速效钾含量和烟叶钾含量明显不同，施用黄腐酸钾和柠檬酸钾处理土壤速效钾含量均高于施用硫酸钾。这可能与黄腐酸钾和柠檬酸钾对钾素的络合作用有关，该过程减少了土壤对钾素的固定，同时有机酸对土壤中矿物钾起到活化作用，进而提高土壤速效钾含量。另一方面，武恒燕、张小全等均发现富钾烤烟品种农大202根系具有分泌有机酸总量较大的特点，能够持续活化土壤矿质钾，这导致土壤中非交换性钾含量减少，根际速效钾含量增加，其机制可能为有机酸主要通过增加可变电荷土壤表面的净负电荷来增加土壤对K+的吸附量，这与本研究中增加土壤有机酸钾导致有机酸阴离子含量增加，进而使土壤速效钾含量增加的结果相似。本研究还发现，施用柠檬酸钾处理的烟叶钾离子含量较黄腐酸钾处理的更高，可能是两者相伴阴离子不同，对肥料钾的络合能力及对土壤矿物钾的活化能力不同所致。郇威威等的研究表明，土壤速效钾含量与烟叶钾含量呈较好的线性相关，土壤速效钾含量每增加100mg/kg，可以使上、中和下部烟叶钾含量分别提升2.2、2.0g/kg和2.7g/kg。本研究结果也表明，大田生长后期烟叶钾含量与土壤速效钾含量呈极显著正相关。
3.2不同类型钾肥对烤烟碳氮代谢及化学成分的影响
钾作为品质因素对协调烟叶碳氮代谢和改善品质有重要作用。与硫酸钾处理相比，施用黄腐酸钾与柠檬酸钾提高了烤后烟总糖、还原糖等含碳化合物的含量，这可能与黄腐酸钾与柠檬酸钾促进叶片生长前期的光合作用和提高叶片INV活性有关。无机碳在叶绿体中通过光合作用的卡尔文循环固定成有机碳，INV将蔗糖转化为单糖，促进叶绿体内磷酸丙糖向外转运，产生能量进一步使光合碳固定加强。碳的固定和转化在叶片生长盛期最强，之后逐渐减弱，所以叶片生长盛期是决定烤后烟含碳化合物含量的关键时期。本研究中施用柠檬酸钾处理的叶片光合作用在叶龄10～30d时较早达到较高水平，且INV具有较强活性，含碳化合物积累较多，因此烤后烟总糖、还原糖含量较高。而还原糖为美拉德反应提供底物，且与评吸质量呈正相关，故而施用柠檬酸钾的烤后烟品质较好。GS可将植物吸收的无机态氮转变成有机态的谷氨酰胺和谷氨酸，是处于氮代谢中心的多功能酶。本试验条件下，施用黄腐酸钾与柠檬酸钾处理提高了叶片生长前期的谷氨酰胺合成酶活性，有利于氮素的同化，而后期酶活性降低，促进了叶片由氮代谢为主向碳代谢为主的转变。施用柠檬酸钾处理的烤后烟总氮、烟碱含量显著降低，有利于上部叶品质的提升，这与沈方科等的研究结果一致。
3.3不同类型钾肥对烟叶中性香味物质及经济性状的影响
钾素参与烤烟叶片光合作用、呼吸作用以及糖类、脂肪、蛋白质的代谢等多种生理代谢活动，故与烟叶的香味物质形成关系密切。代晓燕等研究表明，与不施有机酸对照相比，钾肥配施有机酸提高了烤烟中性香味物质含量，提高效果依次为柠檬酸>黄腐酸>乳酸。本研究表明，施用黄腐酸钾和柠檬酸钾均能明显提高烤烟中性香味物质总量，且以施用柠檬酸钾提高效果最好，这与代晓燕等的研究结果相似。本研究中施用柠檬酸钾较大幅度提高了新植二烯的含量，原因是施用柠檬酸钾可以增加烟草叶片叶绿素含量，而新植二烯是叶绿素的降解产物。另外，代晓燕等的研究表明，钾肥配施柠檬酸相比配施黄腐酸钾，各类致香物质含量均以前者最高，与本研究中施用柠檬酸钾对色素降解产物、西柏烷类降解产物含量提高幅度较大，而黄腐酸钾对非酶棕色化降解产物、苯丙氨酸降解产物含量提高较多略有不同，产生差异的原因可能是品种与施肥方法的不同。
施用黄腐酸钾或柠檬酸钾相比硫酸钾处理，通过增强上部叶片生长前期光合作用，使叶片内含物质增加，因此提高了烟叶产量：有机酸根阴离子和钾离子通过协调烟叶的碳氮代谢使烟叶香味物质含量丰富、化学成分协调，故而烤后烟品质较优，上等烟比例增加，产值随之增加，這与刘世亮等研究结果一致。
综上所述，与施用硫酸钾相比，施用黄腐酸钾或柠檬酸钾通过增加0～10、10～20cm土层土壤速效钾含量，促进了烟株对钾的吸收，使烤后烟叶钾含量有所提升：通过提高上部烟叶生长盛期的Pn和INV活性，增强碳固定，增加叶片中含碳化合物的积累，因此烤后烟糖含量有所提升，叶片生长后期氮代谢适时减弱，总氮和烟碱含量有所降低，使烤后烟化学成分更加协调。黄腐酸钾有利于中性香味物质中非酶棕色化降解产物、苯丙氨酸降解产物含量的增加，柠檬酸钾对新植二烯含量提高较多，提高了烤后烟香气质量。另外，光合碳固定和碳转化的增强丰富了叶片内含物质，外在表现为产量的增加，内在化学成分较好促进了外观质量的提升，因此产量、产值均有增加。整体来看，施用柠檬酸钾对烟叶品质提升最佳。
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