鉀肥減量條件下配施PASP對土壤理化特性及烤煙鉀素吸收利用的影響

李淮源，杜曉輝，袁長才，周 誠，楊啟航，陳建軍，甘在德，周權(quán)堃，徐 瑋，鄧世媛*

1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐訓(xùn)練中心，廣州市天河區(qū)五山路483 號(hào) 510642

2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草研究室，廣州市天河區(qū)五山路483 號(hào) 510642

3.湖南省煙草公司永州市公司，湖南省永州市冷水灘區(qū)珍珠北路69 號(hào) 425000

4.深圳煙草工業(yè)有限責(zé)任公司，廣東省深圳市龍華區(qū)清寧路2 號(hào) 518109

5.廣東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，廣州市天河區(qū)林和西橫路186 號(hào) 510610

煙草是喜鉀作物，在生長發(fā)育過程中對鉀肥的需求量較大［1-3］。但我國鉀肥卻存在資源短缺問題，需要通過進(jìn)口來保證國內(nèi)的鉀肥供需平衡［4］。我國東南煙區(qū)煙草生產(chǎn)中的鉀肥用量高達(dá)400 kg·hm-2左右，遠(yuǎn)高于其他農(nóng)作物的鉀肥用量［5］，長期過量施用鉀肥也帶來煙葉煙堿含量降低、鉀肥利用率下降、土壤鉀素富積等問題［6-8］。減少肥料用量、保證作物產(chǎn)量并維持環(huán)境可持續(xù)性是綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然要求。因此，如何降低鉀肥用量，或通過綠色環(huán)保的肥料增效劑與鉀肥配合施用以提高鉀肥利用率、降低鉀肥資源浪費(fèi)、減少土壤鉀素盈余對于煙草生產(chǎn)上肥料減量增效具有重要意義。

聚天門冬氨酸（PASP）作為一種環(huán)境友好型肥料增效劑，是一種可生物降解的水溶性氨基酸聚合物［9］，利用其螯合離子的特性，可富集土壤中的氮磷鉀等營養(yǎng)元素［10］，為作物的生長發(fā)育、營養(yǎng)元素吸收提供高效途徑。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，PASP可與農(nóng)藥和化肥等結(jié)合使用，富集所需營養(yǎng)元素，促進(jìn)作物吸收氮磷鉀［11］，輔助發(fā)揮肥效［10］。有研究發(fā)現(xiàn)，根施PASP可促使土壤速效鉀含量提高35.87%［12］，減鉀50%并配施PASP 可提高葡萄對鉀素的利用率［13］，PASP 與生根劑結(jié)合能夠促進(jìn)玉米幼苗的生長［14］，與液體肥結(jié)合可提高玉米的生物量與氮磷鉀吸收量［15］，減氮配施PASP可提高玉米對氮素的利用率［16］，PASP與尿素配施能夠通過減緩尿素水解［17］、降低氮肥損失量，從而促進(jìn)養(yǎng)分的吸收利用［18］，提高水稻產(chǎn)量，改善稻米品質(zhì)［19-20］；減氮30%配施PASP 能夠增加烤煙生長所需的氮素供給量，有效提高烤煙對氮素的利用率［21］?？梢?，目前的研究多集中在肥料不減量或氮肥減量配施PASP方面，而對于鉀肥尤其是在鉀肥用量較大的煙草生產(chǎn)上目前在鉀肥減量條件下配施PASP 的效果還鮮見報(bào)道。為此，設(shè)置了減鉀條件下配施不同量PASP對植煙土壤及烤煙鉀素吸收利用的影響試驗(yàn)，旨在為煙草生產(chǎn)上的鉀肥減量增效提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與土壤背景

供試烤煙品種為云煙87，聚天門冬氨酸（Polyaspartic acid，PASP）購于廣州市緣昌貿(mào)易有限公司。分子式為C4H6NO3（C4H5NO3）C4H6NO4，密度1.20 g·cm-3，褐色液體。

試驗(yàn)于2019年12月至2020年12月在湖南省新田縣新圩鎮(zhèn)進(jìn)行。試驗(yàn)田前茬作物為水稻，土壤基本理化性質(zhì)：pH 7.15、有機(jī)質(zhì)58.40 g·kg-1、全氮3.19 g·kg-1、全 磷1.05 g·kg-1、全 鉀7.49 g·kg-1、堿 解 氮240.46 mg·kg-1、有 效 磷38.65 mg·kg-1和 速 效 鉀367.57 mg·kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以不施肥為空白對照（CK1）用于計(jì)算肥料利用率，以當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施鉀量為對照（CK2），在鉀肥減量10%基礎(chǔ)上設(shè)置4 個(gè)PASP 用量（鉀用量的0、2.5%、5.0%、7.5%）處理，共計(jì)6 個(gè)處理，見表1。采用隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，每處理3次重復(fù)，共15個(gè)小區(qū)。每小區(qū)植煙200 株，行株距1.2 m×0.5 m，種植密度1 100株·667 m-2，周邊設(shè)置雙保護(hù)行。CK2 施用氮磷鉀用量比例為1∶0.9∶2.6，即純氮（N）142.5 kg·hm-2、純磷（P2O5）129.0 kg·hm-2，純鉀（K2O）378.0 kg·hm-2，各處理保持氮磷肥料用量一致。鉀肥減量通過追肥時(shí)減少硫酸鉀來實(shí)現(xiàn)，PASP 施用時(shí)間與追施硫酸鉀同步，分兩次于移栽后38 d 和48 d 將PASP 兌水稀釋300 倍澆施于煙株根部。其他田間管理按照當(dāng)?shù)乜緹熒a(chǎn)技術(shù)規(guī)范進(jìn)行。

表1 試驗(yàn)處理設(shè)置Tab.1 Experimental treatments （kg·hm-2）

1.3 測定方法

在鉀肥追施后25、50 和75 d，即在煙苗移栽后73、98 和123 d，在各小區(qū)按5 點(diǎn)法采集煙株根際15～20 cm 土壤樣品，混合風(fēng)干后用于土壤養(yǎng)分和土壤酶活性測定。參照耿榮等［22］的方法測定全氮、全鉀、堿解氮和速效鉀含量。參照關(guān)松蔭［23］的方法測定土壤酶活性，用KMnO4滴定法測定過氧化氫酶活性，以1 h 后1 g 風(fēng)干土壤消耗的0.1 mol·L-1KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積數(shù)表示（mL KMnO4·g-1·h-1）；脲酶活性以24 h 后1 g 土壤中NH3-N 的毫克數(shù)表示（mg·kg-1·24 h-1）；酸性磷酸酶活性以2 h 后100 g 土壤中P2O5的毫克數(shù)表示（mg·kg-1·2 h-1）。在移栽后63、73、83 和93 d，每處理取長勢均勻一致的代表性煙株3 株，每株分為根、莖、葉，105 ℃殺青15 min后，于80 ℃烘干至恒質(zhì)量，測定干物質(zhì)質(zhì)量。取移栽后63、73、83 和93 d 鮮煙葉樣品和B2F、C3F、X2F煙葉樣品，采用原子吸收分光光度計(jì)法測定煙葉鉀含量［24］。各處理小區(qū)定株20株煙葉單獨(dú)采收編桿，分小區(qū)計(jì)算產(chǎn)量。

鉀素利用效率相關(guān)指標(biāo)的計(jì)算公式［25-28］：

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2019 和SPSS 21.0 軟件統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，運(yùn)用Duncan’s 法進(jìn)行處理間的差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 減鉀條件下配施PASP對植煙土壤理化特性的影響

2.1.1 對土壤養(yǎng)分含量的影響

從表2 可以看出，除追施鉀肥后75 d 時(shí)KP0 處理的全氮略高于CK2 外，其余時(shí)期KP0 處理的土壤全氮、全鉀、堿解氮和速效鉀含量均顯著低于CK2，其中全氮和全鉀降低幅度較小，分別為3.08%～5.68%和4.55%～12.44%，而堿解氮和速效鉀降幅較大，最大降幅分別達(dá)22.11%和33.36%。減鉀條件下配施PASP 的各處理土壤養(yǎng)分在各時(shí)期均顯著高于不配施PASP 的KP0 處理，且全氮和速效鉀高于CK2。從PASP用量來看，全氮和全鉀均以KP2處理最高，速效鉀含量則以KP2 和KP3 處理較高，尤其是追施鉀肥后50 d時(shí)KP2處理的速效鉀含量增加顯著，比KP0 增加192.44%。堿解氮含量也以追鉀后50 d 時(shí)KP2 處理效果最顯著，比KP0 增加63.05%。其他時(shí)期則高于KP0但略低于CK2。

表2 減鉀條件下配施PASP對土壤養(yǎng)分含量的影響①Tab.2 Effects of potassium reduction combined with supplement application of PASP on soil nutrient contents

2.1.2 對土壤酶活性的影響

表3 結(jié)果顯示，與CK2 相比，KP0 土壤過氧化氫酶（Catalase，CAT）和脲酶（Urease，URE）活性均顯著下降，CAT活性降低4.14%～22.21%，URE活性下降6.81%～19.83%。但配施PASP 的3 個(gè)處理，其CAT和URE 活性均高于KP0，CAT 活性以KP2 增加最明顯，在各時(shí)期分別比KP0 增加31.21%、5.04%和20.21%，URE 活性在追施鉀肥后25 d 和75 d 以KP1最高，比KP0 提高15.67%～22.41%，而在追施鉀肥后50 d 時(shí)則以KP2 最高，比KP0 增加24.74%。土壤酸性磷酸酶（Acid phosphatase，ACP）活性處理間表現(xiàn)出不同的變化規(guī)律，減鉀處理的ACP 活性均高于CK2，而配施PASP 的處理較KP0 進(jìn)一步提高，追施鉀肥后25 d 以KP1 最高，追施鉀肥后50 d 以KP2 最高，追施鉀肥后75 d則以KP3最高，分別比KP0提高33.38%、20.04%和22.52%。

表3 減鉀條件下配施PASP對土壤酶活性的影響Tab.3 Effects of potassium reduction combined with supplement application of PASP on soil enzyme activity

2.1.3 對土壤鉀素平衡的影響

表4 顯示，KP0 處理的鉀肥用量比CK2 減少10%，鉀總吸收量顯著下降21.68%，土壤鉀素盈余提高41.17 kg·hm-2，說明減少鉀肥投入可降低作物對鉀素的吸收。而配施PASP 的各處理，鉀總吸收量均大幅增加，顯著高于KP0，甚至高于CK2，KP2 處理增幅最大，較KP0 和CK2 分別提高47.56%和15.57%，KP1、KP2、KP3的鉀素盈余比KP0處理分別下降39.53%、60.30%和52.57%。鉀素表觀平衡系數(shù)和養(yǎng)分平衡率與鉀素盈余表現(xiàn)出相同的變化規(guī)律，KP0 處理平衡系數(shù)和鉀素平衡率顯著增加，比CK2提高22.60%和71.90%，而配施PASP 的3 個(gè)處理鉀素表觀平衡系數(shù)和平衡率均降低，與CK2 和KP0 差異均達(dá)到顯著水平，其中KP2處理降幅最大，比CK2分別下降17.12%和53.75%，比KP0 分別下降32.40%和73.09%，說明減鉀配施PASP 促進(jìn)了煙株對鉀素的吸收。

表4 減鉀條件下配施PASP對植煙土壤鉀素平衡的影響Tab.4 Effects of potassium reduction combined with supplement application of PASP on potassium balance of tobacco-planting soil

2.2 減鉀條件下配施PASP對烤煙鉀素吸收利用的影響

2.2.1 對烤煙鉀素積累量的影響

由圖1 可以看出，隨追施鉀肥后的時(shí)間推移煙株鉀素積累量逐漸增加，不同部位間的鉀素積累量表現(xiàn)為葉＞莖＞根。處理間的鉀素積累量差異明顯。與CK2相比，KP0處理鉀素積累量顯著下降，而配施PASP 的處理與KP0 相比，鉀素積累量明顯增加。除追施鉀肥后25 d 時(shí)KP1 處理略低于CK2 之外，其他時(shí)期各配施PASP 處理的煙株鉀素積累量均顯著高于KP0，甚至高于CK2。從不同時(shí)期來看，追施鉀肥后15 d，KP1、KP2、KP3處理的鉀素積累量分別比KP0 提高16.53%、47.53%和24.87%；追施鉀肥后25 d 時(shí)處理間的差異相對較小；追施鉀肥后35 d 處理間差異增大，尤其是配施PASP 的各個(gè)處理與KP0處理間差異達(dá)到顯著水平；追施鉀肥后45 d，各配施PASP 處理的鉀素積累量與KP0 相比增加20.17%～37.55%，且各時(shí)期均以KP2 處理的鉀素積累量最高。

圖1 減鉀條件下配施PASP對煙株鉀素積累的影響Fig.1 Effects of potassium reduction combined with supplement application of PASP on potassium accumulation of tobacco plants

2.2.2 對烤煙鉀素積累速率的影響

煙株在大田生育期間的鉀素積累速率呈現(xiàn)明顯的單峰曲線（圖2），追施鉀肥后鉀素積累速率迅速增加，在追施鉀肥后15 d 達(dá)到積累高峰。追施鉀肥后15～25 d期間，鉀素積累速率有所下降，追施鉀肥后25 d 又略有上升，但升高幅度不大。從處理間來看，各時(shí)期鉀素積累速率均表現(xiàn)為KP2＞KP3＞KP1＞CK2＞KP0，追施鉀肥后15 d時(shí)處理間差異最大，KP2處理鉀素積累速率最高，比KP0 提高59.23%，比CK2 提高38.42%。說明減鉀10%不僅會(huì)影響煙株的鉀素積累量，也降低了大田各生育時(shí)期煙株的鉀素積累速率。

圖2 減鉀條件下配施PASP對煙株鉀素積累速率的影響Fig.2 Effects of potassium reduction combined with supplement application of PASP on potassium accumulation rate of tobacco plants

2.2.3 對烤煙鉀肥利用率的影響

從表5 可以看出，減鉀條件下配施PASP 對鉀肥利用率主要指標(biāo)均有影響。與CK2 相比，KP0 處理鉀肥農(nóng)學(xué)效率、偏生產(chǎn)力、當(dāng)季回收利用率和經(jīng)濟(jì)利用率等各指標(biāo)明顯下降，下降幅度分別達(dá)13.11%、6.12%、27.34%和17.23%。但配施PASP的處理鉀肥利用率各指標(biāo)與KP0 相比則顯著升高，且高于CK2。從PASP用量來看，鉀肥農(nóng)學(xué)效率和偏生產(chǎn)力以KP2最高、KP1次之，KP2比KP0分別增加30.19%和16.64%，鉀肥當(dāng)季回收率和經(jīng)濟(jì)利用率則以KP2最高，KP3 次之，KP2 比KP0 分別提高82.98%和72.25%。表明鉀肥減量條件下通過配施PASP 對提高鉀肥利用率具有一定的促進(jìn)作用。

表5 減鉀條件下配施PASP對烤煙鉀肥利用率的影響Tab.5 Effects of potassium reduction combined with supplement application of PASP on potassium utilization rate of flue-cured tobacco

2.3 減鉀條件下配施PASP對烤煙產(chǎn)量和煙葉鉀含量的影響

從表6 可知，減鉀10%嚴(yán)重影響烤煙產(chǎn)量。與CK2 相比，KP0 產(chǎn)量下降9.79%。但配施PASP 的處理煙葉產(chǎn)量比KP0 分別增加259.95 kg·hm-2、349.43 kg·hm-2和252.00 kg·hm-2。KP1 和KP3 處理與CK2間差異不顯著，但KP2 處理的煙葉產(chǎn)量比CK2 提高5.09%，差異達(dá)到顯著水平。從不同部位烤后煙葉鉀含量來看，KP0處理可明顯降低煙葉鉀含量，CK2上、中、下部葉鉀含量均在3%以上，但KP0處理除中部葉（C3F）高于2%以外，上部葉（B2F）和下部葉（X2F）均低于2%。但配施PASP 的處理不同部位煙葉鉀含量與KP0 相比均有顯著提高，上部葉（B2F）以KP2 處理較高，比KP0 提高36.10%，但仍低于CK2。中部葉（C3F）和下部葉（X2F）則以KP1 處理鉀含量最高，分別比KP0 增加28.01%和47.54%，略高于CK2。

表6 減鉀條件下配施PASP對煙葉產(chǎn)量和鉀含量的影響Tab.6 Effects of potassium reduction combined with supplement application of PASP on yield and potassium content of tobacco leaves

3 討論

鉀肥減量對土壤鉀素平衡具有潛在的負(fù)面影響［29］。本研究結(jié)果表明，減鉀10%不配施PASP 會(huì)導(dǎo)致土壤氮鉀養(yǎng)分含量下降，同時(shí)土壤過氧化氫酶和脲酶活性降低。脲酶和過氧化氫酶活性與全氮、堿解氮含量呈顯著正相關(guān)［30］，可能是由于鉀肥減量改變了土壤的還原環(huán)境［31］，使土壤過氧化氫酶和脲酶活性降低，進(jìn)而導(dǎo)致土壤全氮和堿解氮含量下降。配施PASP 后土壤酶活性有所提高，且土壤養(yǎng)分含量在一定程度上有所增加，一方面可能是由于PASP的施用改善了土壤微環(huán)境，進(jìn)而改變了土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)，使土壤中微生物活動(dòng)增強(qiáng)，促使了土壤酶活性的提高［32-33］；另一方面可能是由于PASP可以吸附土壤中的陽離子，抑制土壤中氨的揮發(fā)［10-11，17］，進(jìn)而減少肥料的淋溶［18］，但其作用機(jī)理還有待進(jìn)一步深入研究。

肥料減量條件下通過配施PASP 可顯著提高作物氮鉀積累量，減少土壤養(yǎng)分淋失［15-16，21，34］，可能是由于PASP 利用自身游離羧基和酰胺基的螯合與吸附性，作為肥料的吸收促進(jìn)劑［35］而促進(jìn)作物對養(yǎng)分的吸收［36］。本試驗(yàn)中，減鉀10%條件下鉀肥利用率降低，而土壤鉀素盈余顯著提高，說明減鉀不利于烤煙對鉀素的吸收利用，但配施PASP 的處理鉀肥利用率明顯提高，證實(shí)了PASP 對養(yǎng)分吸收利用的促進(jìn)作用。

有學(xué)者認(rèn)為土壤供鉀水平并不是煙葉鉀含量的限制因子［8］，土壤特性對煙葉鉀含量的穩(wěn)定性干擾更大［37］。但本試驗(yàn)中卻發(fā)現(xiàn)，減鉀10%條件下烤后煙葉鉀含量顯著降低，因此鉀素供應(yīng)水平對煙葉鉀含量的影響仍是最直接的，但減鉀配施PASP 可提高煙葉鉀含量，可能是因?yàn)榕涫㏄ASP 提高了土壤速效鉀含量因而增加了鉀素供應(yīng)。減鉀條件下不同部位間煙葉鉀含量表現(xiàn)為下部葉較高而上部葉較低，與前人的研究結(jié)果一致［38］。有研究表明，干物質(zhì)積累和鉀素吸收間存在一定的相關(guān)性［39］，煙株干物質(zhì)積累量隨施鉀量增加而增大［40］，合理施用鉀肥可提高煙葉產(chǎn)量［41］，與本試驗(yàn)結(jié)果一致。但施用PASP在促進(jìn)植株干物質(zhì)積累方面表現(xiàn)出一定效果［42-43］，本試驗(yàn)結(jié)果也證實(shí)配施PASP 可顯著提高煙葉產(chǎn)量，這可能是因?yàn)镻ASP 的螯合和吸附作用促進(jìn)了烤煙對養(yǎng)分的吸收利用，進(jìn)而增加了干物質(zhì)積累量并實(shí)現(xiàn)煙葉增產(chǎn)。在本試驗(yàn)中未設(shè)置不同的減鉀梯度，有關(guān)不同減鉀程度對烤煙鉀素吸收利用的影響有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

減鉀10%對烤煙鉀素吸收利用和植煙土壤鉀素平衡均會(huì)產(chǎn)生不利影響，通過配施PASP 可提高土壤氮和鉀含量，增強(qiáng)土壤酶活性，增加鉀素吸收量，提高鉀肥利用率和煙葉產(chǎn)量，并降低土壤鉀素盈余，維持土壤鉀素平衡。在本試驗(yàn)條件下，以減鉀10%配施5%PASP 的效果最優(yōu)。因此，在烤煙大田生產(chǎn)中，可考慮在適當(dāng)減少鉀肥用量的條件下，通過配施一定量PASP以輔助煙株充分利用鉀肥。