在我國煙葉生產(chǎn)中,由于不合理的烤煙鉀肥施用技術(shù)和鉀營養(yǎng)調(diào)控措施,導(dǎo)致煙農(nóng)施鉀量遠超烤煙的需鉀量,煙葉全鉀含量卻沒有顯著地提高,造成鉀肥資源的浪費與煙農(nóng)收入的降低。在未來基地單元煙葉精益生產(chǎn)中,有必要建立一套低成本、可操作性強的鉀肥資源替代及煙葉增鉀技術(shù)體系,從而提升基地單元的發(fā)展建設(shè)水平。本書擬通過對影響基地單元煙葉全鉀含量的生態(tài)、栽培因素的分析,解析提高煙葉全鉀含量的限制因子(土壤、水分)。
從煙葉的增鉀技術(shù)發(fā)展歷程開始探討,講解根系與鉀素的關(guān)系,到對新型緩釋鉀肥的說明,全書講解與圖表相結(jié)合,具有較強的專業(yè)性,為煙葉質(zhì)量的進一步提高提供理論基礎(chǔ)。作者還總結(jié)了煙葉增鉀的三項關(guān)鍵技術(shù):基于根-土互作機制;基于水-鉀耦合模式;開發(fā)新型緩釋鉀肥施用技術(shù)。
張一揚,1974年9月出生,副研究員,碩士。主要從事煙草生物工程、煙草營養(yǎng)和煙葉加工等生產(chǎn)技術(shù)研發(fā)。主持或主研國家發(fā)改委、國家煙草專賣局及省級工業(yè)、商業(yè)公司科研項目等37項,獲湖南省科技進步獎二等獎2項,國家煙草專賣局及省級煙草科技進步獎3項。發(fā)表研究論文90余篇,申報授權(quán)發(fā)明專利多項。
目錄
第一章 增鉀技術(shù)進展 001
第一節(jié) 植物根系增鉀研究進展 001
第二節(jié) 根系與植物營養(yǎng)的關(guān)系 003
第三節(jié) 烤煙鉀素營養(yǎng) 005
第二章 研究方案 011
第三章 限制煙葉全鉀含量提高生態(tài)因子分析 014
第一節(jié) 海拔高度和土壤類型與煙葉化學成分的關(guān)系 014
第二節(jié) 土壤類型對土壤鉀素與煙葉鉀素分布及其相互關(guān)系的影響 019
第三節(jié) 本章結(jié)論 026
第四章 鉀素高效利用的根系構(gòu)型及理想根系形態(tài)定向構(gòu)建技術(shù) 027
第一節(jié) 主栽烤煙品種根系參數(shù)比較分析 027
第二節(jié) 不同養(yǎng)分及根構(gòu)型互作對煙葉主要化學元素成分的影響 029
第三節(jié) 烤煙根系定向構(gòu)建技術(shù)對煙葉鉀素、氮素的影響 039
第四節(jié) 本章結(jié)論 044
第五章 新型緩釋鉀肥及其施用技術(shù) 045
第一節(jié) 新型鉀肥理化性質(zhì)分析研究 045
第二節(jié) 有機酸和陽離子對新型鉀肥鉀素釋放的影響 049
第三節(jié) 不同新型鉀肥在土壤中的固定及其影響因素研究 054
第四節(jié) 不同新型鉀肥在土壤中淋溶特性研究 059
第五節(jié) 草炭與枸溶性鉀肥配施對盆栽土壤酶活性的影響 066
第六節(jié) 新型鉀肥與硫酸鉀配施對烤煙生長及鉀素積累與分配的影響 069
第七節(jié) 新型鉀肥與水溶性硫酸鉀配施對烤煙生長及煙葉品質(zhì)的影響 082
第八節(jié) 鉀用量與灌溉量對不同土層鉀素及煙葉全鉀含量的積累效應(yīng) 096
第九節(jié) 本章結(jié)論 103
第六章 增鉀技術(shù)集成應(yīng)用 105
第一節(jié) 外源生物炭對植煙土壤腐殖物質(zhì)組分及鉀素淋溶的影響 105
第二節(jié) 不同形態(tài)鉀肥配施對烤煙鉀素積累與分配的影響 118
第三節(jié) 草炭與鉀肥配施對大田烤煙生長及煙葉品質(zhì)的影響 125
第四節(jié) 煙葉增鉀技術(shù)集成示范應(yīng)用 135
第五節(jié) 本章結(jié)論 140
參考文獻 142
第三節(jié) 烤煙鉀素營養(yǎng)
鉀是一種重要的營養(yǎng)元素,對煙葉的燃燒性、香吃味、煙草制品安全性以及煙葉品質(zhì)都起到重要的作用。鉀肥利用率低是目前我國部分省份煙區(qū)出現(xiàn)的問題,主要受降雨、施肥方式、施肥方法、栽培措施以及土壤理化性狀等因素的影響。
1 烤煙鉀素營養(yǎng)的研究現(xiàn)狀
1.1 煙葉全鉀含量的現(xiàn)狀
優(yōu)質(zhì)煙葉全鉀含量一般都不能低于2%。國外的煙葉全鉀含量都普遍高于國內(nèi),巴西達3%~4%,美國、津巴布韋等幾乎都在4%~6%;而我國特別是北方煙區(qū),煙葉全鉀含量平均都小于2%。閆寧等人對我國16個省份2012—2016年煙葉全鉀含量進行調(diào)查,結(jié)果發(fā)現(xiàn),我國煙葉全鉀含量普遍偏低,特別是黑龍江、內(nèi)蒙古、山東、吉林、河南以及陜西的全鉀含量偏低現(xiàn)象嚴重;處于中等水平的省市分別有云南、貴州、重慶、四川、湖北、遼寧、安徽;全鉀含量相對較高的省份有湖南、江西和福建。綜合來說,煙葉全鉀含量偏低是我國烤煙目前生產(chǎn)中的一大現(xiàn)狀。
1.2 煙草鉀素營養(yǎng)的生理作用及對烤煙品質(zhì)的影響
鉀素以離子的形式存在于煙株體內(nèi),是60多種酶的活化劑,對所有的代謝過程都起到非常重要的作用。鉀素不僅在煙草的光合、同化產(chǎn)物的運輸與合成中起到促進作用,還能促使煙株體內(nèi)的呼吸效率得到提高,降低煙株體內(nèi)物質(zhì)與能量的消耗。此外,全鉀含量高能影響烤煙的碳、氮代謝,減少淀粉的積累,促進煙株體內(nèi)蛋白質(zhì)、氨基酸、脂肪的運輸與合成;提高煙葉中芳香類、色素類以及糖類等有關(guān)物質(zhì)的合成與積累,影響烤煙體內(nèi)煙堿、氨基酸、蛋白質(zhì)、有機酸和糖類等各種生物化學過程,煙葉全鉀含量還能影響煙株抗旱性、抗寒能力、抗病性、抗倒伏等。
鉀素還能夠有效改善烤煙的產(chǎn)量和品質(zhì)。煙葉厚度、葉肉細胞間隙大小、海綿組織厚度與鉀肥施用量呈負線性相關(guān)關(guān)系;柵欄組織厚度隨著施鉀量的升高而增加。鉀素能增加煙葉柔軟性,促使煙葉身份更加適中,促進煙株正常落黃,提高煙葉的黃煙率和適調(diào)性,改善煙支的陰燃持火力。此外,還能降低吸食時的刺激性,使吃味醇和;降低煙葉燃燒溫度,減少煙氣中有害物質(zhì)和焦油含量,提高吸食的安全性。
1.3 烤煙鉀素營養(yǎng)與土壤特性之間的關(guān)系研究
烤煙中的鉀素營養(yǎng)由土壤的鉀素和煙株體內(nèi)的鉀素兩者緊密聯(lián)系在一起,共同制約烤煙中鉀的含量。煙葉全鉀含量與土壤全鉀含量之間存在直接的關(guān)系。煙葉全鉀含量隨著土壤速效全鉀含量的增加而增加。影響烤煙鉀素營養(yǎng)的首要環(huán)境因子是植煙土壤特性,它對烤煙鉀素的積累有重要的作用。煙葉鉀素的吸收主要受供鉀能力、土壤水分、酸堿度、土壤質(zhì)地等因素的影響。
影響煙株吸鉀的重要因子是土壤的供鉀狀況,土壤的供鉀強度決定煙草全鉀含量的多少。土壤速效全鉀含量、緩效鉀儲量以及釋放速度反映出土壤的供鉀水平。不同土壤的供鉀水平和煙株對鉀肥的吸收與利用存在很大的差異。土壤類型的不同也會影響烤煙全鉀含量。在河南煙區(qū)土壤供鉀特性研究中,鄭勁民等發(fā)現(xiàn),烤煙全鉀含量隨著根際土壤速效全鉀含量的增加而增加,而非根際土壤的速效全鉀含量則不會影響烤煙全鉀含量。鄭憲濱等人進行營養(yǎng)液培養(yǎng)試驗,研究結(jié)果表明:供鉀水平的提高能顯著提高烤煙各器官的全鉀含量,提高煙株體內(nèi)鉀素累積。
土壤水分也能影響土壤鉀的固定和擴散。煙葉全鉀含量與土壤水分有明顯聯(lián)系。在煙草的不同生育期,田間土壤相對含水率為70%,有利于煙葉對鉀的吸收;土壤相對含水率低于50%或高于80%,煙葉對鉀的吸收都沒有促進作用。土壤水分過多或缺水的條件下,在烤煙生育前期都不利于煙株的生長發(fā)育以及煙葉全鉀含量的積累,在烤煙后期不利于莖中的鉀素向葉片中分配,甚至會出現(xiàn)倒流現(xiàn)象。
土壤酸堿度的高低會影響烤煙的品質(zhì),較為適宜的土壤pH值能促進烤煙的生長,有利于土壤中鉀的有效吸收,進而提高煙葉品質(zhì)。世界各國研究發(fā)現(xiàn):烤煙最適生長的pH值范圍是5.5~7.0。陳建軍等的砂培和水培試驗結(jié)果表明:在pH值為5.5~8.0的范圍內(nèi),土壤pH值與煙株對鉀的吸收呈正相關(guān),煙葉全鉀含量也隨土壤pH值的增加而增加。黎成厚等研究認為:土壤pH平均值為5.33和6.1時煙葉產(chǎn)量比較高;土壤pH平均值為5.33時,煙葉吸鉀量與施鉀效果都是最高;pH值低于5.0及高于6.1時,都不利于煙株鉀素營養(yǎng)的吸收、積累與分配;pH值越低對鉀吸收的抑制作用越大。
土壤質(zhì)地與土壤供鉀能力息息相關(guān)。在施用相同鉀肥的情況下,輕質(zhì)土壤上鉀肥效應(yīng)好,煙葉全鉀含量高;而黏重土壤上則相反。郝葳等研究認為,適宜優(yōu)質(zhì)煙葉生長的土壤質(zhì)地為砂壤土至中壤土,其中砂壤土最好。黎成厚等指出,烤煙種植在有機質(zhì)含量為15~20g/kg的酸性壤質(zhì)土壤上,能顯著提高煙葉全鉀含量且施肥效果好。
1.4 烤煙鉀肥施用的相關(guān)研究
在烤煙生長中,適宜施用的主要鉀肥有硫酸鉀、碳酸鉀、硝酸鉀、碳酸氫鉀、磷酸二氫鉀以及生物磷鉀肥,硫酸鉀應(yīng)用最為廣泛,能明顯提高煙葉全鉀含量,但大量施用會導(dǎo)致煙葉硫含量增加。胡國松發(fā)現(xiàn),施用磷酸二氫鉀和硝酸鉀能促進煙株對鉀素的吸收,改善煙葉品質(zhì)。Marchand M研究表明,硫酸鉀、硝酸鉀、碳酸氫鉀對煙葉鉀素的吸收影響效果是相同的,煙葉全鉀含量都沒有明顯差異。我國鉀肥資源緊缺,鉀肥的高效利用成為鉀素營養(yǎng)研究的熱點。近幾年來,生物鉀肥、有機鉀肥等烤煙新型鉀肥有了一定的研究進展。腐殖酸鉀肥和緩釋鉀肥,對煙葉全鉀含量以及主要化學成分指標的協(xié)調(diào)上具有促進作用。張炎民提出,施用生物磷鉀肥可使煙葉全鉀含量增加0.53%。此外,部分生物鉀肥代替化肥也能明顯促進煙葉全鉀含量的提高。
1.5 鉀素在煙株體內(nèi)的循環(huán)與分配
鉀在煙株體內(nèi)具有很強的流動性,主要是以離子的形式存在。根吸收的K+會通過韌皮部運輸?shù)礁,再轉(zhuǎn)入到木質(zhì)部中,繼續(xù)向上運輸,從而形成鉀在煙株地上部與根之間的循環(huán)流動?緹熤锈浹h(huán)量可達到煙株體內(nèi)全鉀含量的60%,在低鉀情況下甚至能達到80%以上。移栽后40~60d是烤煙鉀素積累量最多的時間段,移栽后90~110d鉀素積累增長逐漸緩慢,最后出現(xiàn)負增長現(xiàn)象。此外,隨鉀肥施用量的增加,鉀素積累量呈先增加后降低的趨勢。
在旺長期,煙株運輸?shù)降厣喜康拟洿蠹s有20%~40%可以回流到根中,而在打頂后10d內(nèi),上部葉和根部全鉀含量明顯增加,莖部全鉀含量有所增加,中部葉全鉀含量稍微減少,下部葉全鉀含量顯著減少;煙株凈吸收鉀離子的60.1%分配到根,39.9%分配到地上部;在此期間,煙株內(nèi)有大量鉀離子通過韌皮部向根循環(huán),向根的回流量相當于根凈吸收量的112.9%和由根向地上部運輸量的73.9%,有利于鉀離子從根系細胞質(zhì)膜中流出。由根系向地上部運輸?shù)拟涬x子減少,會出現(xiàn)根系外排現(xiàn)象,導(dǎo)致煙葉中鉀素積累量降低。烤煙葉片淋溶后也會使鉀素淋失,單位葉面積內(nèi)的鉀素淋失量隨著淋溶時間的延長而逐漸減少;當淋溶時間為5~6h時,煙葉中沒有出現(xiàn)鉀素外排現(xiàn)象;此外,不同葉位的煙葉鉀素淋失量也會有差異。
烤煙不同生長期鉀素分布具有一定的規(guī)律。謝文貴等研究發(fā)現(xiàn):煙株各生育期全鉀含量隨鉀肥含量的增加而增加,且各部位全鉀含量大小是:莖>根,莖上部>莖下部。同一片葉中的全鉀含量由大到小依次為葉脈、葉柄、葉肉和葉緣。胡國松對烤煙不同葉位全鉀含量的研究發(fā)現(xiàn):下部葉>中部葉>上部葉。
2 添加外源生物炭對土壤及烤煙的影響
泥炭和褐煤是地表沼澤環(huán)境中的動植物遺體在微生物分解、轉(zhuǎn)化以及一系列物理化學反應(yīng)下形成的有機物和腐殖酸的結(jié)合體,含有豐富的腐殖酸含量。泥炭主要分為木本泥炭、草炭、蘚類泥炭;腐殖酸含量以木本泥炭含量最高,草炭次之,蘚類泥炭最低。腐殖酸分子含有羧基、酚羥基、甲氧基、醌基等官能團。
2.1 外源生物炭對土壤的改良效果
泥炭資源比較豐富,是植物生長刺激素、制作土壤改良劑和有機無機復(fù)合肥料等的有效資源。目前,草炭主要作為土壤改良劑和各類營養(yǎng)土以及花卉土而被廣泛運用,埃及和阿拉伯聯(lián)合酋長國等國運用草炭改良沙漠,取得了良好效果。有相關(guān)研究表明,草炭不僅能增加土壤含水率,降低土壤容重,提高土壤孔隙度和肥料利用率,還能增加有機質(zhì)、全氮、堿解氮、全磷、有效磷等大量土壤養(yǎng)分。此外,對土壤轉(zhuǎn)化酶和脲酶的活性有促進作用。褐煤主要在土壤改良和土壤重金屬污染治理方面得到廣泛運用。施用木本泥炭能提高耕層土壤交換性鈣含量、交換性鎂含量,對土壤改良有良好的促進作用。
2.2 外源生物炭對烤煙生長及品質(zhì)的影響
草本泥炭和木本泥炭在煙草方面也有相關(guān)研究,但褐煤因其獨特的性質(zhì)而沒有研究。在育苗基質(zhì)上,主要用草炭來配制。在烤煙大田上,前人研究表明,增施草本泥炭、木本泥炭腐殖酸鉀、木本泥炭和腐殖酸鉀追施都能促進煙株生長,使煙葉的物理性狀符合優(yōu)質(zhì)煙葉的要求,對烤后煙葉的葉片長度、單葉重有增加作用,能減小葉片寬度和單葉厚;增加煙葉總氮、煙堿、總糖、還原糖含量以及全鉀含量,協(xié)調(diào)化學成分。
3 枸溶性鉀肥對土壤和烤煙的影響
枸溶性鉀肥是以含有鉀、硅及多種元素組成的非水溶性鉀礦巖石(鉀長石、伊利石、霞石和黑云母等)為原料,通過高科技生產(chǎn)出的一種新型無公害綠色礦物鉀肥,不溶于水,但溶于弱酸,養(yǎng)分釋放速率緩慢。它的鉀素釋放規(guī)律與作物需求同步,能夠很好地滿足作物每個生長期對鉀素的需求,有利于降低鉀肥的施用次數(shù)和使用成本。因此,隨著這種新型肥料的產(chǎn)業(yè)化開發(fā),有效促進了肥料工業(yè)的發(fā)展和難溶性鉀礦資源的開發(fā)與利用,對緩解鉀肥資源緊缺具有重大意義。
王曉、孫浩燕等研究表明,枸溶性鉀肥與硫酸鉀配施能更好地為土壤提供充足的有效鉀素,緩解土壤鉀素供應(yīng)不足的現(xiàn)狀,維持土壤鉀素肥力的穩(wěn)定。李鑫等發(fā)現(xiàn),枸溶性鉀肥能降低土壤容重,增加土壤孔隙度、速效鉀和緩效全鉀含量,提高土壤微生物數(shù)量。此外,枸溶性鉀肥還能增加土壤pH值,改良酸化土壤,降低土壤中重金屬的有效性。
目前,隨著非水溶性鉀礦資源的開發(fā)利用,枸溶性鉀肥在烤煙栽培上也有相關(guān)研究,以枸溶性鉀肥配施居多。王曉等研究發(fā)現(xiàn),枸溶性鉀肥與水溶性肥料配施能促進烤煙生長,有效緩解烤煙生育后期供鉀不足的問題。李鑫、王曉等發(fā)現(xiàn)枸溶性鉀肥與解鉀菌配施、枸溶性鉀肥與硫酸鉀配施都能促進煙株生長發(fā)育,還能增強煙株光合作用,提高根系活力、葉綠素含量,增加煙葉生物量,增加煙葉上、中、下部位的全鉀含量,有利于煙葉中全鉀含量的積累。此外,劉光快等研究表明,枸溶性鉀肥和硫酸鉀配施還能提高煙株的抗病性、抗旱性,促進煙株根系生長。在烤煙品質(zhì)上,枸溶性鉀肥與水溶性鉀肥配施還能提高烤后煙葉各部位總糖、還原糖含量,降低總氮和煙葉中、上部位煙堿含量。