不同施肥方式烤烟叶片矿质元素含量变化及其与干物质积累的关系

霍昭光,孙志浩,邢雪霞,李晓辉,武恒燕,席奇亮,薛 刚,徐世晓,杨铁钊

(河南农业大学烟草学院，河南 郑州 450002)

烤烟是我国重要的经济作物之一，关于不同施肥方式下烤烟的氮磷钾等元素的吸收积累分配规律，国内外学者进行了大量的研究[1-5]，从而在很大程度上改善了烤烟施肥措施。研究结果表明，烟叶产量会随着施肥量的增加而提高，但过量施肥会降低烟叶品质[6]。特别是近年来，长期不合理的连年耕作和化学肥料的过度施用造成土壤物理性状恶化，土壤肥力障碍加剧，直接影响烤烟生长和烟叶品质，这已成为烤烟发展面临的严峻问题之一[7]。因此，通过改变传统的施肥方式，提高烤烟产量和品质是有效解决烤烟可持续发展的重要手段之一。

烤烟产量和品质主要受叶片矿质元素的影响，由于叶片相对于根茎等其他器官来讲较为敏感，其矿质元素水平能直接反映烟株对土壤矿质元素的吸收利用状况，因此利用叶片矿质营养状况可以对烟株潜在的营养状况进行有效的诊断，改善烟田施肥方式，使施肥方式更加科学化。为此，前人对烤烟矿质营养的吸收及分配展开了一系列的研究[8-9]，认为烤烟不同叶位的矿质养分含量不仅取决于其生长的气候、土壤等相关的生态环境，还与其施肥、灌溉等生产管理措施关系密切[10-11]，因此施肥方式是改变矿质营养元素吸收的重要手段之一。目前涉及叶片矿质营养研究多集中在经济类树种，如核桃[12]、枣[13-14]等，而对烤烟矿质元素的研究大部分集中在氮、磷、钾等元素[15-18],对于烤烟叶片矿质元素吸收积累及其与干物质积累相关性的研究鲜见报道。当下烤烟施肥的研究较多，但合理施肥必须综合考虑作物、土壤、气候等区域生态条件。为此，本研究于2015～2016年连续2年以南阳市当地主栽烤烟品种云烟87为试材进行了田间对比试验，对3种不同施肥方式下整个生育期内不同时期叶片中N、P、K、Ca、Mg、B、Cu、Fe、Mn、Zn 10种矿质元素进行了测定，以明确各矿质元素在不同时期的含量变化；各矿质元素间的相关性；各矿质元素含量与干物质间的相关关系，以期为烤烟的科学施肥提供相应理论依据。

1 材料与方法

1.1 基本情况

试验于2015～2016年在河南省方城县清河乡进行。供试土壤为黄褐土，土壤肥力均匀、地面平整，水利设施良好。耕层土壤基础理化性质为：pH值7.55，有机质14.34 g/kg，碱解氮74.67 mg/kg，有效磷13.29 mg/kg，速效钾85.25 mg/kg。

根据2014年不同黄腐酸钾(含黄腐酸 50.0%，K2O 10.0%)施用量的田间试验结果，黄腐酸钾适宜用量为150 kg/hm2。

试验设3个处理，T1：沟灌常规施肥，T2：水肥一体化，T3：水肥一体化+黄腐酸钾，采用大区种植，每个处理0.33 hm2，3次重复，共计3 hm2，田间行距×株距为110 cm×55 cm，在移栽后65 d时打顶。3个处理的氮、磷和钾肥用量固定，N∶P2O5∶K2O = 1∶1∶3，分别为52.5、52.5和157.5 kg/hm2，芝麻饼肥450 kg/hm2、过磷酸钙87.5 kg/hm2作为基肥在移栽前施入。T1处理：烟草专用复合肥(10-10-20)420 kg/hm2作为基肥在移栽前进行条施，硝酸钾75 kg/hm2、硫酸钾78 kg/hm2在团棵期作为追肥进行穴施，采用沟灌浇水。T2处理：采用本课题组研制的烟草专用液体肥料(含氮、磷、钾素)在移栽后0、20、30、40和50 d时进行滴灌追肥，共施入氮、磷和钾肥分别为52.5、42.5和82.5 kg/hm2，在60、70 d时共追施硫酸钾150 kg/hm2。T3处理：采用本课题组研制的烟草专用液体肥料(含氮、磷、钾素和黄腐酸钾)在移栽后0、20、30、40和50 d时进行滴灌追肥，共施入氮、磷和钾肥分别为52.5、42.5和97.5 kg/hm2，在60、70 d时共追施硫酸钾120 kg/hm2。烟草专用液体肥包括还苗生根肥(20-10-10)75 kg/hm2、旺长肥(15-5-10)150 kg/hm2、落黃成熟肥(0-0-40)150 kg/hm2,黄腐酸钾总用量为150 kg/hm2。3个处理在整个生育期间的田间灌水总量保持一致，其他生产措施保持一致。

1.2 测定项目与方法

干物质积累量：分别于移栽后20、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120 d，每个处理选取5株烟。将叶片在105℃条件下杀青15 min，60℃烘干至恒重，做好试验记录，每个处理重复3次，取平均值。

矿质元素测定：把烟叶杀青样粉碎，过0.25 mm筛，用于矿质元素测定。P、K、Ca、Mg、B、Cu、Fe、Mn、Zn 采用干灰化法[19]，ICP分析仪测定。总N含量采用凯氏定氮法[20]测定。

1.3 数据分析

试验数据采用SPSS 13.0、Excel 2010和Sigmplot 12.5软件进行统计分析和图表制作。

2 结果与分析

2.1 不同施肥方式对烟叶矿质元素平均含量的影响

3种不同施肥方式下烤烟叶片矿质元素的含量变化如图1所示。从图1可知，大、中量元素的含量为N>Ca>K>P>Mg，微量元素的含量为Mn>Fe>Zn>B>Cu，3个处理的变化规律相近。总体来看T3>T2>T1,其中K、Mg、B、Cu、Fe、Mn、Zn这7种元素在3个处理之间表现出显著性差异；在元素N、P和Ca方面，T1和T3之间的差异达到显著性水平，T2和T3间差异均不显著。在3个处理中叶片N、P、K、Ca、Mg、B、Cu、Fe、Mn、Zn 10种矿质元素含量，T3处理比T1处理的平均值分别增加了6.88%、20.72%、31.74%、27.99%、42.31%、37.60%、16.35%、31.67%、38.96%、29.18%；T2处理比T1处理的平均值分别增加了5.03%、12.55%、14.29%、21.46%、19.23%、20.98%、10.02%、18.96%、26.09%、17.06%。由此可见，T3处理很大程度上能促进烟株对土壤中元素的吸收、转运和积累，能有效促进烟株的生长。

图1 叶片矿质元素在不同施肥条件下的变化

2.2 不同施肥方式下烟株叶片中矿质元素含量的变化

3个处理在整个生育期内不同取样时期叶片中各元素的含量变化趋势见图2。从图2可以得知，叶片中10种矿质元素含量的变化趋势总体表现为以下3种类型。

1)在整个生育期内，烟株叶片内N、Ca、Mn、Zn含量的变化趋势相似，均表现为先上升后下降，含量的高峰期出现在60～80 d，其中N含量在90～100 d有一小幅度上升，可能是因为当时有降雨的原因而造成不同程度的返青，但整体上呈现前低后高的趋势。

2)K、Cu、Fe含量在整个生育期内变化总体呈逐渐下降的趋势，即在整个生育期前期K、Cu、Fe含量均出现最大值，随着烟株的迅速生长，含量大幅度下降。其中，叶片中K、Cu含量在90 d之前下降幅度较大，90 d之后，叶片中K、Cu含量变化平稳；叶片中Fe含量在60 d之前下降量大，60 d之后下降幅度较小，3个处理间叶片K、Cu、Fe含量变化水平相似。Mg元素含量在整个生育期内表现为先下降后上升，在50 d左右含量最低。

3)叶片中B、P在整个生育期内的含量上下浮动呈波浪状变化，两者整体变化趋势相似，变化量不大，表现比较平稳，但不同处理间有一定差别。高峰期均出现在40～50 d左右，其中P含量在末期含量均小于前期，3个处理的变化基本一致。

由图2中10种矿质元素在整个生育期内的变化来看，在元素N方面，80 d之前的含量表现为T3>T2>T1，在80 d之后的含量表现为T3T2>T1，表明水肥一体化能有效促进烟株对于矿质元素的吸收、利用。

图2 不同施肥条件下烟株叶片10种矿质元素含量的动态变化

2.3 不同施肥方式下烟株叶片中不同矿质元素间的相关分析

不同处理烤烟叶片中矿质元素含量间的相关分析见表1。从表中可以看出，烟叶中N、P、K含量之间均呈极显著正相关；而N、P两种元素均与Mg、Mn、Zn元素含量达到极显著的正相关；Ca、Mg、B与Mn、Zn含量的变化呈极显著正相关；K、B与Cu、Fe、Zn含量的变化呈极显著正相关，其中Cu与Fe、Zn含量的变化呈极显著的正相关；Ca与Mg、Mn、Zn含量的变化呈极显著的正相关，其中Mn与Zn呈极显著正相关；Fe与N、Ca、Mg、Mn 4种元素含量变化呈极显著的负相关，其中K与Ca呈极显著负相关；Cu与N、Ca、Mn之间的相关性均不显著。因此可以认为N、P、K彼此间存在增效作用，而Fe与N、Ca、Mg、Mn间存在一定的拮抗作用。

表1 不同施肥方式烟株叶片中的矿质元素相互间的相关性

注：*表示P<0.05，**表示P<0.01。下同。

2.4 不同施肥方式下烟株叶片内矿质元素含量与干物质积累的相关分析

3种不同施肥方式下烟株干物质积累量分别为504.51、598.35、676.46 g/株。通过对烟株整个生育期内叶片的矿质元素含量的分析，分别求得3个处理在生育期内叶片元素含量与干物质积累量的相关系数，结果见表2，可以看出,烟叶中P、K 2种元素的含量仅在30 d之前与干物质积累相关性不显著，40 d之后均存在显著和极显著正相关；叶片中N含量与干物质积累在20 d时相关性不显著，30～70 d之间的正相关性均达到显著和极显著水平，相关系数分别为0.654 1、0.942 9、0.841 5、0.975 9和0.673 1，但在90 d之后存在着极显著负相关；Ca、Mg、B、Cu、Fe 5种元素含量与干物质积累在20 d时相关性均达到极显著负相关，40 d之后的正相关性均达到显著和极显著水平；Mn、Zn含量与干物质积累量在30 d之前相关性不显著，30 d之后元素含量与干物质积累的正相关性均达到极显著水平。

表2 整个生育期内叶片矿质元素含量与干物质积累的相关系数

3 讨论

烟株叶片中矿质元素的累积量在整个生育期不断变化，且各元素含量在不同时期的动态变化与烤烟生物量关系密切[21]。本试验对不同施肥方式下烟株叶片中N、P、K、Ca、Mg、B、Cu、Fe、Mn、Zn 10种矿质元素含量的变化及其与干物质的相关性进行了研究，结果表明，不同施肥方式下烟株叶片中10种矿质元素含量在生育期内的吸收积累有各自的特点且呈一定的规律性变化，烟株叶片的10种矿质元素含量与干物质积累量也有不同程度的相关性。

烟株叶片中矿质元素含量在其不同的生长发育期均存在差异[22-23]，这与在核桃[12]、山楂[24]上的研究结果相似。烤烟进入旺长期后，N含量快速积累，进入成熟期又迅速下降，主要原因是烤烟在旺长期的生长比较快，各个器官的发育需要消耗大量营养，后期成熟落黄需要N营养很少，因此应注重N素的供应时期和供应方式[25]，满足以等量的氮素营养生产出高产、优质的烤烟。通过不同处理间N素的吸收及积累规律可以发现，T2和T3处理在60 d时出现积累高峰，较T1提前10 d左右，表明水肥一体化能显著提高N素在叶片中的转运率，可以根据烤烟需肥情况进行精准施肥；钟晓兰等[26]研究发现钾素积累量增加显著提高了烟叶产量，改善烟叶品质，本试验通过对K素研究发现，T3处理在生育前期K素积累量显著高于其他两个处理，随着生育期的推进烟叶K素积累逐渐下降，各时期的烟叶K含量均以T3处理最高，且整株叶片的K素积累总量也为最高，这与李高坡[27]的研究基本一致，表明在水肥一体条件下配施黄腐酸钾可以显著提高烟叶的K含量。整体上来看，其他8种矿质元素含量在整个生育内基本表现为T3>T2>T1，表明T3处理能有效促进元素在整个生育期内的吸收、转运和积累，因此水肥一体化配施黄腐酸钾能显著改善作物生长发育。

前人对烤烟叶片元素含量研究多数集中在氮、磷、钾3种大量元素，而对于烟株叶片中大、中、微量营养元素与干物质间的相关性报道较少[21,28-29]。本试验通过对烤烟不同取样时期叶片中各矿质元素含量间及与干物质量的相关性进行分析，研究结果表明，N、P、K这3种矿质营养元素彼此间均存在增效作用，而Fe与N、Ca、Mg、Mn间均存在一定的拮抗作用，这与冀爱青等[12]对核桃叶片中的矿质元素研究相一致。叶片中N含量与干物质量在20 d时相关性不显著，30～70 d均存在着显著和极显著正相关，但在90 d之后存在着极显著负相关；烟叶中P、K 2种元素的含量在30 d之后存在显著和极显著正相关。因此烤烟旺长期的叶片中N、P、K含量均可作为营养诊断的重要指标，同时也是烤烟评估产量的重要参考指标。考虑到2015～2016年两年试验地的产量T3和T2处理均高于T1处理，并且显著高于当地整体水平，但与当地不同品种间的产量水平有所差异。因此在进行叶片矿质元素含量与干物质积累量关系的分析时，还要综合考虑不同烤烟品种间差异等因素。既要考虑叶片矿质元素与单株干物质量的相关情况，又要结合烤烟不同发育阶段的特性，其他栽培管理措施(是否及时打杈、烟田管理的标准化程度等)等因素来综合分析烤烟的养分状况与干物质的关系，为合理施肥提供理论依据，进而保证烤烟优质丰产。

4 结论

本试验研究结果表明，水肥一体化处理(T2)烟叶中各矿质元素平均含量较常规处理(T1)增加了5.03%～21.46%，水肥一体化+黄腐酸钾(T3)烟叶中各矿质元素平均含量较常规处理(T1)增加了6.88%～38.96%，说明水肥一体化+黄腐酸钾能够促进烟株发育，提高肥料利用率。通过对不同施肥方式间烟株整个生育期内的各矿质元素含量变化规律发现，除N素外，总体表现为T3>T2>T1，表明水肥一体化能够有效提高烟株对矿质元素的吸收和积累。通过对不同施肥方式下烟株叶片中各矿质元素间进行相关性分析结果表明，N、P、K彼此之间存在增效作用，Fe与N、Ca、Mg、Mn间存在拮抗作用，对不同施肥方式下烟株叶片内矿质元素含量与干物质积累的相关性分析表明，各矿质元素含量在移栽后40～70 d之间与干物质积累量达到显著和极显著的正相关。在现有阶段下，水肥一体化+黄腐酸钾能够最大程度上提高烟叶矿质元素含量。

由于本试验仅在烟株不同采样时期对叶片的10种营养元素进行了初步的测定，今后还需要进一步加强大田条件下不同品种烤烟叶片营养元素及其他相关因素对干物质积累量影响的研究，并分析烤烟在产量形成过程中的影响程度大小，为大田生产中烤烟的栽培管理和科学施肥方式提供重要依据和指导。