不同鉀肥施用方式下煙草鉀素積累動(dòng)態(tài)模型與特征分析

朱麗等

摘要：為探索黃腐酸鉀的不同施用方式對(duì)豫中煙區(qū)濃香型煙草鉀素吸收特征的影響，以豫煙10號(hào)為研究對(duì)象，分別采用不同基追肥比例1 ∶0、4 ∶6、4 ∶3 ∶3施用黃腐酸鉀，并監(jiān)測(cè)整個(gè)生育期煙株的生長(zhǎng)發(fā)育動(dòng)態(tài)，建立煙草不同部位鉀素積累動(dòng)態(tài)模型，進(jìn)而分析煙草鉀素積累的動(dòng)態(tài)特征。結(jié)果表明，鉀肥基追比為4 ∶3 ∶3時(shí)，煙草葉、莖、根的鉀素積累量均明顯高于其他處理。葉片最大積累速率出現(xiàn)于移栽后58 d，快速增長(zhǎng)期發(fā)生于移栽后43～73 d，此期間葉片鉀素積累量為2.437 3 g/m2，占整個(gè)生育期煙葉鉀素積累量的59.07%。莖部最大積累速率出現(xiàn)于移栽后63 d，快速增長(zhǎng)期發(fā)生于移栽后57～70 d，此期間莖部鉀素積累量為1.967 4 g/m2，占整個(gè)生育期莖部鉀素積累量的57.81%。根系最大積累速率出現(xiàn)于移栽后67 d，快速增長(zhǎng)期發(fā)生于移栽后53～80 d，此期間根部鉀素積累量為0.764 3 g/m2，占整個(gè)生育期根系鉀素積累量的59.72%。采用Logistic模型能較好地?cái)M合煙草鉀素積累動(dòng)態(tài)，以基追比4 ∶3 ∶3施用黃腐酸鉀能有效提高煙草鉀素的積累速率和煙葉鉀素積累量。

關(guān)鍵詞：煙草；鉀肥；施用方式；積累模型

中圖分類號(hào)： S572.01文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2015）09-0132-04

鉀素對(duì)作物的生理功能有著極為重要的作用，煙草對(duì)鉀素的需求量較大，含鉀量高的煙葉香氣足、吃味好、對(duì)人體健康危害小，因此含鉀量已成為衡量煙草品質(zhì)的重要指標(biāo)[1-2]。世界優(yōu)質(zhì)煙葉的鉀素含量為4%～6%，部分煙葉高達(dá)8%～10%[3-5]，而我國多數(shù)地區(qū)煙葉的鉀素含量普遍為1.5%左右，顯著低于世界優(yōu)質(zhì)水平；因此，提高煙葉鉀素含量是提高我國煙葉品質(zhì)的重要途徑。煙草鉀素含量主要受煙草品種、土壤特性、氣候特征、栽培措施的影響，如今我國主要通過改變?cè)耘啻胧┮蕴岣邿煵葩浰睾縖6-7]。前人對(duì)提高鉀肥施用量、增大鉀肥施用基追比、增施有機(jī)酸等方法的研究[8-10]表明，煙草生長(zhǎng)中后期的供鉀水平對(duì)中上部煙葉的鉀含量具有重要作用，提高中后期供鉀水平有助于提高中上部煙葉的鉀含量[7]。盧劍等認(rèn)為施用黃腐酸鉀對(duì)煙草中上部葉鉀素吸收量的提高效果優(yōu)于復(fù)合肥、高效鉀、硝酸鉀、硫酸鉀等[8]。定量分析煙草生長(zhǎng)過程中養(yǎng)分積累的動(dòng)態(tài)變化，是揭示煙草產(chǎn)量形成、掌握煙葉高產(chǎn)調(diào)控指標(biāo)的重要內(nèi)容[11]。本試驗(yàn)在已有研究的基礎(chǔ)上，對(duì)采用不同黃腐酸鉀施用方式的處理分別建立煙草鉀素的積累模型，探求煙草鉀素的吸收規(guī)律，以期為煙草鉀含量的提高及煙草精準(zhǔn)施肥提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

試驗(yàn)地位于河南省許昌市襄城縣紫云鎮(zhèn)張村，地勢(shì)平坦，土壤為沙壤土，土壤pH值8.52，有機(jī)質(zhì)含量12.10 g/kg，堿解氮含量11.53 mg/kg，有效磷（P2O5）含量22.81 mg/kg，速效鉀（K2O）含量150.60 mg/kg。供試煙草品種為豫煙10號(hào)，行株距為110 cm×50 cm。采用漂浮育苗，選取5葉1心生長(zhǎng)茁壯的煙苗，于2013年5月4日移栽，中心花開放時(shí)進(jìn)行打頂，打頂時(shí)每株煙留葉20～21張。大田管理及調(diào)制措施按照當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)管理標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

大田試驗(yàn)設(shè)置鉀肥基追比分別為1 ∶0、4∶6、4∶3∶3，肥料施用總量不變，氮磷鉀比（N：P2O5∶K2O）為1.0∶1.0∶3.5，并設(shè)置不施鉀肥的對(duì)照組（CK）。分別將純氮、純磷以 30 kg/hm2 作為基肥施入，并施入純鉀105 kg/hm2，其中氮素由硝酸銨提供，磷為重鈣，鉀素由黃腐酸鉀提供。施用基肥時(shí)條施與穴施的比例為7 ∶3，施追肥采取灌根法。前期、后期追肥分別于移栽后30、60 d（表1）進(jìn)行。

1.3測(cè)定方法

自移栽后30 d起，每隔10 d選取代表性煙株3株，分不同器官殺青（105 ℃ 15 min，并于65 ℃烘干至恒質(zhì)量），記錄根、莖、葉的干質(zhì)量，粉碎過60目篩，保存?zhèn)溆?。采用AAⅢ型連續(xù)流動(dòng)化學(xué)分析儀（德國BRAN+LUEBBE公司）測(cè)定殺青樣品的鉀含量。

1.4數(shù)據(jù)分析

采用Curve Expert 1.5軟件、Origin 9.0軟件進(jìn)行模型的擬合及統(tǒng)計(jì)分析[12]。將干質(zhì)量與相應(yīng)養(yǎng)分含量相乘，得到煙株鉀的積累及其在植株各部分的分配，單位g/m2。采用 Logistic 方程對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行非線性回歸擬合并估算參數(shù)a、b、c。Logistic方程可模擬“S”形曲線（作物的生長(zhǎng)），表達(dá)式為：

y=a1+be-cx。（1）

式中：y為移栽后x天作物養(yǎng)分的積累量，g/m2；常數(shù)a為作物潛在最大養(yǎng)分含量；常數(shù)b為與養(yǎng)分積累量有關(guān)的阻滯系數(shù)；常數(shù)c為養(yǎng)分含量的增長(zhǎng)率。Logistic方程的實(shí)質(zhì)為描述養(yǎng)分積累量隨時(shí)間的增加而增大，且漸近于潛在最大值的1組曲線；因此，養(yǎng)分積累速率方程為（1）式的一階導(dǎo)數(shù)，即：

dydx=abce-cx（1+be-cx）2。（2）

2結(jié)果與分析

利用煙株鉀素積累量數(shù)據(jù)建立基于Logistic方程的煙草群體鉀素積累動(dòng)態(tài)模型（表2）。預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值間的相關(guān)系數(shù)r均較高，確保了模型曲線的統(tǒng)計(jì)可信度。

2.1各處理煙草葉片鉀素積累變化規(guī)律

由煙株葉片鉀素積累曲線（圖1）可知，煙草生長(zhǎng)前期鉀素積累較為緩慢，表明植株在緩慢適應(yīng)新環(huán)境；生長(zhǎng)中期各處理煙草鉀素積累迅速增長(zhǎng)，此后又趨于緩慢增長(zhǎng)，并于成熟期達(dá)到最大值。在整個(gè)生育期，3個(gè)處理的煙草葉片鉀素積累量、積累速率均大于對(duì)照，最終成熟時(shí)葉片鉀素積累量表現(xiàn)為CK

鉀素積累速率模型是連續(xù)變化的單峰曲線，其峰值即為鉀素增長(zhǎng)速率的極大值。在極點(diǎn)之前，鉀素增長(zhǎng)速率隨移栽時(shí)間的推移而增大；在極點(diǎn)之后，鉀素增長(zhǎng)速率隨移栽時(shí)間的推移而不斷減小；因此，積累速率達(dá)到最大值的時(shí)期是鉀素增長(zhǎng)曲線的拐點(diǎn)。在生育前期，T3處理鉀素積累速率略低于T1、T2，隨后T3鉀素積累速率迅速增加，在生育中后期明顯高于T1、T2處理。3個(gè)處理葉片鉀素積累最大速率分別為0062、0065、0.093 g/（m2·d），分別出現(xiàn)于移栽后51、56、58 d，對(duì)照組于移栽后51 d達(dá)到最大積累速率 0.055 g/（m2·d）。對(duì)Logistic方程求三階導(dǎo)數(shù)，令其等于0，由此求得煙草生長(zhǎng)規(guī)律的2個(gè)特征點(diǎn)，2個(gè)時(shí)間點(diǎn)之間為鉀素積累直線增長(zhǎng)期。T1處理煙葉鉀素積累的直線增長(zhǎng)期為移栽后36～67 d，此期間葉片鉀素積累量為1.708 g/m2，占整個(gè)生育期煙葉鉀素積累量的58.63%，占整株鉀素總積累量的27.00%；T2處理煙葉鉀素積累的直線增長(zhǎng)期為移栽后 39～72 d，持續(xù)33 d，此期間葉片鉀素積累量為1.904 g/m2，占整個(gè)生育期煙葉鉀素積累量的59.43%，占整株鉀素總積累量的27.18%；T3處理煙葉鉀素積累的直線增長(zhǎng)期為移栽后43～73 d，此期間葉片鉀素積累量為2.437 g/m2，占整個(gè)生育期煙葉鉀素積累量的59.07%，占整株鉀素總積累量的27.52%。

2.2各處理煙草莖部鉀素積累變化規(guī)律

由圖2各處理煙草莖部鉀素積累與積累速率動(dòng)態(tài)模型（圖2）可知，在整個(gè)生育期中T1、T2、T3處理的莖部鉀素積累量均大于對(duì)照，采收后T3、T2、T1處理的莖部鉀素積累量分別為3.403、2.813、2.540 g/m2，分別占整株鉀素總積累量的38.42%、40.16%、40.16%。其中T1、T2處理所占比例幾乎一致，T3處理所占比例較低。T1處理最早達(dá)到最大積累速率，于移栽后55 d達(dá)到最大速率0.151 g/（m2·d）；T2、T3處理達(dá)到最大積累速率的時(shí)間相差較小，分別于移栽后61、63 d達(dá)到最大速率0.101、0.164 g/m2d；T3處理、對(duì)照均于移栽后63 d達(dá)到最大積累速率，但僅為0.099 g/（m2·d）。

T1、T2、T3處理莖部鉀素積累的直線增長(zhǎng)期分別發(fā)生于50～60、52～70、57～70 d，其間鉀素積累量分別為1.583 2、1631 4、1.967 4 g/m2，分別占莖部全生育期積累總量的6233%、58.00%、57.81%。T3處理煙草莖部鉀素積累的直線增長(zhǎng)期比T1、T2處理晚發(fā)生7 d左右，T2處理在直線增長(zhǎng)期的鉀素積累速率最低，但積累時(shí)間最長(zhǎng)，其間總積累量介于二者之間。

2.3各處理煙草根系鉀素積累變化規(guī)律

根系是作物從土壤獲取水分和養(yǎng)分的器官，其生長(zhǎng)的好壞直接影響作物產(chǎn)量、質(zhì)量的形成。由煙草根系鉀素積累動(dòng)態(tài)模型（圖3）可知，T3處理在移栽后53 d之前低于T1、T2處理且高于對(duì)照，而在移栽53 d后明顯高于其他處理。T2、T1處理采收后的根部鉀素積累量分別為0.957 8、0.847 6 g/m2；T1處理采收后根部鉀素積累量略低于對(duì)照，而T3處理成熟期根部鉀素積累量為1.279 8 g/m2，明顯高于其他處理。T3、T2、T1處理采收后鉀素積累量分別占整株總積累量的1445%、13.68%、13.40%。不同處理達(dá)到最大積累速率的時(shí)間相差較大，T3、T2、T1處理分別于移栽后67、64、61 d達(dá)到根部鉀素最大積累速率0.032、0.022、0.019 g/（m2·d）。

T1、T2處理根部鉀素直線積累時(shí)間分別為移栽后46、50 d，均比對(duì)照提前；T3處理與對(duì)照較為接近，僅相差1 d。3個(gè)處理的鉀素直線增長(zhǎng)時(shí)間相差不大，其間T1處理的積累量為0.506 5 g/m2，略低于對(duì)照；T2處理的積累量為0.578 4 g/m2，略高于對(duì)照；T3處理的積累量為0.764 3 g/m2，明顯高于其他處理，可能是由于T3處理根系發(fā)達(dá)，吸收鉀素較多，可為葉片提供更多鉀素。直線增長(zhǎng)期各處理根部鉀素積累量約占整個(gè)根部鉀素積累量的60%，占整株鉀素總積累量的比例均小于對(duì)照，可見不同的施肥方式優(yōu)化了鉀素的分布。

2.4各處理煙草整株鉀素積累變化規(guī)律

煙草整株鉀素積累規(guī)律與葉片積累規(guī)律有較高的相似性。由煙草整株鉀素積累動(dòng)態(tài)模型（圖4）可知，3個(gè)處理煙株的鉀素積累量在整個(gè)生育期均高于對(duì)照，T3處理在生育前期略低于T1、T2處理，而后期增長(zhǎng)迅速，成熟期整株鉀素積累量表現(xiàn)為T3>T2>T1>CK。對(duì)照于移栽后60 d達(dá)到最大積累速率0155 g/m2d，T1、T2、T3處理則分別于移栽后55、60、62 d達(dá)到最大積累速率0.215、0.182、0.276 g/（m2·d）。T3處理煙株鉀素積累直線增長(zhǎng)期的出現(xiàn)明顯晚于其他處理，于移栽后50 d開始、73 d結(jié)束，共積累鉀素5.179 1 g/m2，占全生育期總積累量的58.47%。T1、T2處理煙株鉀素積累直線增長(zhǎng)期分別為移栽后43～65、46～73 d，積累量分別為3.668 8、4.117 7 g/m2，分別占全生育期總積累量的58.01%、58.80%。

成熟時(shí)，T1處理煙株的鉀素積累量為6.323 9 g/m2，其中葉、莖、根分別為2.912 3、2.539 9、0.847 6 g/m2，各部位所占比例分別為46.05%、40.16%、13.40%；T2、T3處理煙株的鉀素最大積累量分別為7.003 3、8.857 8 g/m2，其中T2處理葉、莖、根鉀素所占比例分別為45.73%、40.16%、13.68%，T3處理葉、莖、根鉀素所占比例分別為46.58%、38.42%、1445%。各部位鉀素積累量之和與整株鉀素積累量不相等，這是由于回歸分析中的平滑處理造成的。

3結(jié)論與討論

采用模擬效果較好的Logistic方程模擬不同鉀肥施用方式下煙株鉀素的動(dòng)態(tài)積累。鉀素積累模型中并未考慮光照、積溫等生態(tài)因子對(duì)煙草群體養(yǎng)分積累的影響。煙株的生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)間可基本反映積溫、光照時(shí)數(shù)等變化，因此將移栽后時(shí)間作為衡量煙株生長(zhǎng)發(fā)育的時(shí)間標(biāo)尺，比其他生態(tài)因子更具代表性。

研究結(jié)果表明，煙株各部位鉀素積累量隨著鉀肥施用次數(shù)的增加而逐漸增大。鉀肥基追比為4 ∶3 ∶3的處理，煙草葉、莖、根的鉀素積累量均明顯高于其他處理，其葉片最大積累速率出現(xiàn)于移栽后58 d，快速增長(zhǎng)期發(fā)生于移栽后43～73 d，此期間葉片鉀素積累量為2.437 3 g/m2，占整個(gè)生育期煙葉鉀素積累量的59.07%；其莖部最大積累速率出現(xiàn)于移栽后63 d，快速增長(zhǎng)期發(fā)生于移栽后57～70 d，此期間莖部鉀素積累量為1.967 4 g/m2，占整個(gè)生育期莖部鉀素積累量的57.81%；其根系最大積累速率出現(xiàn)于移栽后67 d，快速增長(zhǎng)期發(fā)生于移栽后53～80 d，此期間根部鉀素積累量為 0.764 3 g/m2，占整個(gè)生育期根系鉀素積累量的59.72%。煙草是以葉片為收獲對(duì)象的經(jīng)濟(jì)作物，因此最注重?zé)熑~鉀含量的提高，本研究中T3處理成熟期葉片的鉀素積累量最高，可能由2個(gè)方面原因造成：3次施用鉀肥使得煙草在整個(gè)生育期均處于良好的鉀環(huán)境中，尤其為快速增長(zhǎng)期的鉀肥供應(yīng)提供了保障；煙草根系在成熟期的二次生長(zhǎng)有利于吸收后期施用的鉀肥。在煙葉生產(chǎn)中可適當(dāng)增加黃腐酸鉀的施用次數(shù)，從而提高煙株鉀素積累量。

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