1. 引言
酸性土分布广泛，占全球陆地面积的30%，可耕地或潜在可耕地的50%为酸性土，我国近23%的国土面积为酸性土壤 [1] 。酸性土由于存在酸害、铝毒、锰毒和养分缺乏等方面的不利因素 [2] [3] ，限制了植物生长和作物产量。如大麦产量与酸性土活性铝含量呈极显著的线性负相关 [4] 。土壤酸化还会促进土壤重金属的溶出 [5] ，从而影响农产品品质，进而危害人类健康。土壤酸化也会改变土壤微生物群落结构，从而影响生态系统功能 [6] [7] 。因此改良酸性土，降低土壤酸性对维持植物正常生长、促进粮食产量的提升和维护生态系统安全等方面都具有重要意义。土壤酸化的防止除了控制人为排放源外，施用土壤改良剂是见效比较快的措施 [8] 。常用改良剂主要有石灰类物质、工矿副产品、有机物料以及高分子材料等 [9] ，但有机肽肥在酸性土中利用方面的研究尚比较欠缺。烤烟是重要的经济作物，也是香烟制造行业的主要原料。我国南方中低山或丘陵地区比较适合烤烟的种植，因此烤烟种植对调整山区的种植结构，促进山区经济的发展具有重要作用。烤烟经济效益的提高主要在于提升质量，而我国南方山区或丘陵地区主要是酸性土壤。通过改善酸性土壤环境调节烤烟品质和提升烤烟的价值既具有科学意义，也具有广泛的应用前景。本文报道酸性土壤施用有机肽肥对烤烟烟叶几种主要养分含量的影响，为促进烤烟生产和有机肽肥在改良酸性土中运用提供依据。
2. 材料和方法
2.1. 实验材料
供试植物为烤烟，品种为云烟87，烟苗由湖北省烟草研究所恩施州利川市柏杨坝镇烟草研究基地提供。
所用有机肽肥为本实验室制备，以下简称肽肥，其pH为10.85，全氮、全磷、全钾和全钙含量分别为120.0、0.36、71.62和53.20 g/kg；烟草专用肥来自湖北省烟草研究所利川烟草基地，其N、P2O5和K2O含量分别为80、120和240 g/kg，以下简称专用肥。
2.2. 田间实验
本研究采用田间实验，试验地在湖北省烟草研究所的利川烟草研究基地，位于湖北省恩施土家族苗族自治州利川市白杨坝镇响水村六组，地处北纬30˚28′4ʺ，东经108˚53′55ʺ，海拔1180 m。实验地土壤为黄壤，土壤pH为4.20，全氮、全磷、全钾和全钙含量分别为0.94、0.32、25.27和16.86 g/kg。
本研究设置基施烟专用肥(CK)、两个水平的基肥施肽肥(T1、T2)、基肥肽肥 + 磷钾肥(TH)和基施专用肥 + 追施肽肥(TF)共5个处理。各处理具体内容见表1。
Table 1. The treatment in this experiment
表1. 实验处理
采用田间大区对比试验，每个大区面积为80 m2，共种植烤烟120株，分析测定时随机取3株做重复。2020年3月15日播种育苗，5月10日移栽烟苗。按照烤烟生产常规管理措施进行管理。
2.3. 样品采集与制备
分别在移栽后31、41、51、61和109天，即相应于烤烟的团棵期、旺长期、现蕾期、打顶期和成熟期在每个大区内随机采取3株进行分析测定烤烟的叶片氮、磷、钾、钙的含量。将叶片摘下，用毛刷去掉尘土，剪成小段装入纸袋在鼓风干燥箱中于70℃下烘干，在用粉碎机磨细后装瓶备分析测定之用。
2.4. 烤烟叶片养分含量的测定
称取一定量的烟叶粉末样品，利用硫酸-过氧化氢法消解后转移于100 mL容量瓶中定容，利用靛酚蓝分光光度法测定氮含量、钼锑抗分光光度法测定磷含量、火焰光度法测定钾含量、原子吸收分光光度法测定钙含量 [10] 。
2.5. 数据处理
实验数据采用Microsoft Excel 2010计算平均值、标准差和作图，采用SPSS 23.0进行方差分析，多重比较用LSD (最小显著极差)法，显著水平用0.05。
3. 结果
3.1. 酸性土施用肽肥对烤烟烟叶氮含量的影响
表2可见，不同施肥处理显著影响考研烟叶氮含量。同对照CK (基施专用肥)相比，在考研团棵期，T1 (基施肽肥1)、T2 (基施肽肥2)、TH (基施肽肥 + 磷钾肥)和TF (基施专用肥 + 追施肽肥)均增加了烟叶的氮含量，增加率在5.8%~29.1%，以TH的增加率最高；在旺长期，只有TH的烟叶氮含量显著高于对照，T2与对照无显著差异，T1和TF的烟叶氮含量则显著低于对照；在现蕾期，TH的烟叶氮含量最高，TH和TF均显著高于对照，T1与对照无显著差异，T2则显著低于对照；在打顶期，而TH显著高于对照和其他处理，其余处理与对照差异不显著；在成熟期，只有TH显著高于对照，其余处理则显著低于对照。
Table 2. N content of flue-cured tobacco leaves during different growing stages
表2. 烤烟不同生长期烟叶的氮含量
Note: The different letters after the same columns of data was significant (P < 0.05); the same as below.
注：同栏数值后的不同字母表示不同处理间差异达到0.05的显著水平，下同。
CK处理的烤烟烟叶氮含量以旺长期最高，成熟期最低，而其余处理基本是是团棵期最高，成熟期最低，随生长进程总体上呈下降的趋势。相关分析(表3)表明，除了对照CK外，其余处理的烤烟烟叶氮含量均与生长时间呈显著的负指数和二次函数相关。
Table 3. The correlativity of N content in leaves to growing time of flue-cured tobacco
表3. 烟叶氮含量与生长时间的相关性
* after the coefficient stands for significance level of 0.05, and ** for 0.01; the same as below.
注：相关系数后的*表示显著水平达到0.05，**表示显著水稻达到0.01，下同。
与打顶期相比，成熟期烟叶氮含量显著低于打顶期，CK、T1、T2、TH和TF的降低率分别为6.2%、19.2%、16.3%、13.8%和10.1%，说明打顶显著降低成熟期烤烟烟叶氮含量。
3.2. 酸性土施用肽肥对烤烟烟叶磷含量的影响
不同施肥处理显著影响烤烟烟叶各生长期的磷含量(表4)。在团棵期、旺长期、现蕾期和打顶期，均是TH的烟叶磷含量显著高于对照，其余处理是低于对照或与差异不显著，而成熟期则是TH显著高于对照和其余处理，T1和TF显著高于对照，T2则显著低于对照。总之，各时期均以TH的烟叶磷含量最高，显著高于对照和其余处理，同对照相比，TH处理使烟叶磷含量的增加率在团棵期、旺长期、现蕾期、打顶期和成熟期分别为10.5%、11.7%、16.3%、22.7%和43.5%。相关分析表明，只有T1和TF的烟叶磷含量与生长时间呈显著的二次函数相关，其余处理的相关性均不显著，但是TH处理使各时期烟叶磷含量同对照相比的增加率(y)与生长时间(x)呈极显著的线性正相关(y = 0.442x − 4.984, R = 0.9945**)。
各处理的烤烟烟叶磷含量与生长时间的关系中(表5)，所有处理的指数相关性均不显著，除了T1和TF呈显著的二次函数相关外，其余处理的二次函数相关性也不显著。
与打顶期相比，只有成熟期烟叶磷含量CK显著低于打顶期，T2处理比打顶期高，其余处理与打顶期差异不显著，表明肽肥的施用可以避免打顶对成熟期烟叶磷含量的降低。
Table 4. P content of flue-cured tobacco leaves during different growing stages
表4. 烤烟不同生长期烟叶的磷含量
Table 5. The correlativity of P content in leaves to growing time of flue-cured tobacco
表5. 烟叶磷含量与生长时间的相关分析
3.3. 酸性土施用肽肥对烤烟烟叶钾含量的影响
表6表明，不同施肥处理显著影响烤烟烟叶钾含量。同对照相比，团棵期T1和T2处理的烟叶钾含量显著低于对照，其余出里与对照无显著差异；旺长期T2、TH、TF的钾含量显著高于对照和T1，而三者之间无显著差异；现蕾期除了T2显著低于其余处理，其余处理之间无显著差异；打顶期则是TH和对照显著高于其余处理，但二者之间无显著差异；成熟期烟叶钾含量以TH最高，显著高于对照和其它处理，比对照高12.4%，而T2处理的烟叶钾含量最低，显著低于对照和其它处理，比对照地21.6%。
烤烟烟叶钾含量随生长时间进程增加而呈降低的趋势，相关分析表明(表7)，所有处理的烤烟烟叶钾含量与生长均呈显著的负指数和二次函数相关。对照的指数和二次函数相关系数均达到极显著水平，T1的二次函数相关系数也达到极显著的水平。
各处理成熟期烟叶钾显著低于打顶期，CK、T1、T2、TH和TF的降低率分别为26.1%、25.2%、34.1%、18.3%和15.6%。
Table 6. K content of flue-cured tobacco leaves during different growing stages
表6. 烤烟不同生长期烟叶的钾含量
Table 7. The correlativity of K content in leaves to growing time of flue-cured tobacco
表7. 烟叶钾含量与生长时间的关系
3.4. 酸性土施用肽肥对烤烟烟叶钙含量的影响
表8可见，相同生长期，不同施肥处理的烤烟烟叶钙含量不同，相同施肥处理中，不同生长时期的烤烟烟叶钙含量也不相同。团棵期以T2的钙含量最高，T2和TH处理显著高于对照，其余处理与对照无显著差异；旺长期以T2最高，显著高于对照和其余处理，其它处理与对照无显著差异；现蕾期以T2最高，但T2和TH显著高于对照，但二者这件无显著差异，TF与对照差异不显著，而T1则显著低于对照；打顶期T2和TH显著高于对照和其余处理，二者之间无显著差异，T1则显著低于对照；成熟期烤烟烟叶钙含量以T2最高，显著高于其余处理，TH的钙含量也显著高于对照，TF、T1则和对照无显著差异。
随生长进程增加，对照、TH和TF的钙含量均以现蕾期最高，T1和T2则以旺长期最高，所有处理烤烟烟叶钙含量均以成熟期最低。相关分析表明(表9)，所有处理的烟叶钙含量与生长之间均呈显著的二次函数相关，且T2和TH的相关系数达到了极显著水平，但指数相关中，只有T2处理的钙含量与生长时间呈极显著呈负指数相关，其余处理的指数相关性均不显著。
成熟期烤烟烟叶钙含量也显著低于打顶期，CK、T1、T2、TH、TF的降低率分别为33.0%、31.5%、31.0%、32.3%和34.4%，各处的降低率的差异不大。
Table 8. Ca content of flue-cured tobacco leaves during different growing stages
表8. 烤烟不同生长期烟叶的钙含量
Table 9. The correlativity of Ca content in leaves to growing time of flue-cured tobacco
表9. 烟叶钙含量与生长时间的相关分析
4. 讨论
虽然矿质元素只占植物干物质的5%~10%，但是必需营养元素是植物生长必不可少的，缺乏或过量都影响植物生长代谢。矿质营养是植物生长发育的基础，不仅影响作物的生长和产量，也影响作物组成和营养品质 [11] 。烟草生产和加工中，最看重的是烟叶的品质，而不是烟叶产量。氮、磷、钾三种元素烟株需要量大，常被称为植物营养和肥料三要素 [12] ，土壤中往往不足，通过施肥补充调节土壤氮、磷、钾的供应水平以提升改善烟叶的品质显得尤为重要。烟草的化学组成和吸食品质与矿质元素有关，通过土壤或叶面施肥，可以改善烤烟香气质量 [13] 。
氮是蛋白质、核酸、核蛋白的主要成分，他们是原生质、细胞核和生物膜的成分，在生命中具有特殊作用，氮被称为生命元素，氮也是很多酶、激素、叶绿素的成分，对生命活动起调节作用，与光合作用密切相关，氮更是烟碱的主要成分，所以氮是影响烟株生长发育和烟叶品质的最重要元素 [12] [14] 。本实验结果表明，同对照的烟草专用肥相比，多肽肥的施用显著影响烤烟烟叶氮含量，而多肽肥与磷钾配合施用能够显著促进烟叶氮素的提高。单独施用多太肥，只能增加烤烟团棵期的烟叶含量，却不利于此后各其烟叶氮含量的提升。当然氮素含量过高或过低都不利用烟叶的品质，一般认为我国烟叶的最佳含氮量范围15~25 g/kg，正常生长与生理代谢情况下的最适氮含量为20 g/kg [15] 。在供试土壤条件下，烤烟烟叶氮含量在11.1~17.8之间，成熟期各处理的烟叶氮含量在11.1~13.0之间，说明烟叶氮含量偏低，适当提升烟叶氮含量是必须的。研究认为土壤全氮含量在0.76%~1.68 g/kg时，种植的烟草品质更优 [16] 。供试土壤全氮含量为0.94 g/kg，虽然在此范围内，但更靠近最低值。在土壤全氮分级标准中的缺乏级别为0.75~1.0 g/kg [17] ，故供试土壤全氮含量属于缺乏水平。因此，从土壤角度看，供试土壤施氮也是必须的。从本实验各处理的效果看，基施肽肥 + 磷钾肥的处理效果最好，其烟叶氮含量在各个时间均显著高于对照和其它处理。单独基施肽肥虽然有利于团棵期烟叶氮含量的增加，但不利于成熟期烟叶氮含量的提高，其主要原因是与养分平衡有关。供试肽肥以氮素最高，磷很低，说明养分不平衡也不利于提升成熟期烟叶的氮水平。
一般认为当土壤全磷含量在0.60~1.83 g/kg之间更加适宜种植出高品质烟草 [18] 。供试土壤全磷含量为0.32 g/kg，低于0.60 g/kg，在土壤全磷分级中，把0.2~0.4 g/kg定为很缺乏的级别 [17] ，故供试土壤缺磷是肯定的，这也与酸性土壤磷缺乏相一致 [19] [20] ，由此可见，为了满足作物生长的需要，供试土壤施磷是必须的。烟叶的最适磷含量在2~3 g/kg之间，低于1.5或高于3.5 g/kg对烟叶品质不利，容易造成糖/碱比和氮/碱比的失调 [18] 。本试验的烤烟成熟期烟叶磷含量以TH处理的略偏高，其余处理在合适范围内。因此就磷含量来看，在TH处理中，还可以适当减少磷肥的用量。适当使用磷不仅改善烟草的磷营养，也可提高烟叶的总糖和钾含量，降低总氮、烟碱和淀粉的含量 [21] ，云南产烟区的土壤施肥试验表明低磷土壤施磷可提高烟叶质量，富磷土壤过量施磷则会降低烟叶质量 [22] 。
钾是影响烟叶品质的重要元素之一 [13] ，提高烟叶钾含量可以改善烟叶外观和燃烧性能 [23] 。当烟叶含钾量达到40 g/kg左右，其化学成分比较协调，香气质较佳，香气量较足，当烟叶含钾量小于30 g/kg时，其化学成分不协调，内在质量也不理想 [18] 。本实验表明，TH处理的烟叶钾含量最高，尤其是成熟期烟叶的钾含量显著高于其它处理。同时，烟叶钾含量与生长时间呈极显著的负指数相关，到现蕾期为止，所有处理烟叶的钾含量均在40 g/kg以上，从打顶开始，烟叶钾含量明显下降，而在成熟期除了TH处理的烟叶钾含量接近35 g/kg以外，其余处理仅在24~32 g/kg。有研究认为打顶导致烟叶钾含量降低是由于打顶后干物质增加速率高于钾的吸收速率，以及土壤钾含量的降低和烟叶的钾向茎秆和根系转移 [24] 。由此可见，供试土壤在烤烟生长后期供钾能力显著不足，所有处理的施钾量尚不能使成熟烟叶含钾量达到优质烟叶的要求，因此供试土壤增加钾的施用，尤其是打顶之后适当追施钾肥，有利于提升成熟期烤烟烟叶的钾含量，从而提升烤烟的质量。相比于世界其他地方，我国烟叶钾含量普遍偏低 [25] ，烤烟钾含低也严重限制了我国优质卷烟工业的发展 [26] 。本实验的TH处理成熟期烟叶钾含量可达到34.5 g/kg，显著高于其余处理，这对于提升烟叶钾含量具有实践价值。
酸性土壤除了酸害以外，钙、镁、磷等养分也是植物生长的限制因子 [20] [27] ，酸性土适当施用施肥不仅可以改良酸性和增加烤烟烟叶钙、磷含量，也可以改善烟叶品质 [27] 。但是石灰肥料施用不好控制，施用过量会降低钾、镁、磷的有效性 [28] ，降低烟叶钾含量 [13] [27] ，不利于烟叶的香味提升 [13] 。本试验施用肽肥富含钙，T2和TH处理可显著增加各个时期的烤烟烟叶钙含量。相关分析表明，烤烟成熟期烟叶钙含量与氮、磷、钾之间也没有明显的拮抗作用，相同处理不同时期的烤烟钙含量与钾含量的相关分析表明，二者却有一定程度的正相关，说明本实验的肽肥既有利于提高烟叶钙含量，又不会对烟叶钾含量造成不利影响，这对于改良烟区土壤的酸性具有重要意义。
5. 结论
同对照CK (基施烟草专用肥)相比，TH (基施肽肥加磷钾肥)处理能显著增加烤烟烟叶的氮和磷含量，TH和TF (基施肽肥加追施烟草专用肥)处理能显著增加烤烟烟叶的钾含量，TH和T2 (基施肽肥100 kg/亩)处理能显著增加烤烟烟叶烟叶的钙含量。TH使成熟期烤烟烟叶氮、磷、钾和钙的含量分别增加了3.2%、43.6%、12.4%和20.4%，TF处理使烟叶磷、钾和钙含量分别增加了6.1%、2.8%和6.3%，T2处理虽使烟叶钙含量增加了26.7%，却使钾含量降低了21.6%。除了CK外，所有处理烟叶氮含量均与生长时间呈显著的负指数和二次函数相关，所有处理烟叶磷含量与生长时间的指数相关性均不显著，二次函数相关性也只有T1 (基施肽肥60 kg/亩)和TF显著，所有处理的烟叶钾含量均与生长时间呈显著的负指数和二次函数相关，所有处理的烟叶钙含量均与生长时间呈显著的二次函数相关，指数相关性只有T2显著。成熟期烟叶氮、钾、钙含量均显著低于打顶期，说明打顶能显著影响烤烟烟叶养分含量。总的来说，TH处理有利于增加烤烟烟叶养分含量，尤其是增加成熟期烟叶钾和钙含量，对于提升烟叶品质具有重要意义，也证明肽肥与磷钾配合施用在酸性烟区土壤中具有应用前景。
基金项目
湖北省烟草公司科技项目(2020420000240151)和(027Y2021-024)；湖北省中央引导地方科技发展专项项目(2020ZYYD031)。
参考文献
NOTES
*通讯作者。