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在我国烟叶生产中，由于不合理的烤烟钾肥施用技术和钾营养调控措施，导致烟农施钾量远超烤烟的需钾量，烟叶全钾含量却没有显著地提高，造成钾肥资源的浪费与烟农收入的降低。在未来基地单元烟叶精益生产中，有必要建立一套低成本、可操作性强的钾肥资源替代及烟叶增钾技术体系，从而提升基地单元的发展建设水平。本书拟通过对影响基地单元烟叶全钾含量的生态、栽培因素的分析，解析提高烟叶全钾含量的限制因子（土壤、水分）。

目录

章　增钾技术进展 001

节　植物根系增钾研究进展 001

第二节　根系与植物营养的关系 003

第三节　烤烟钾素营养 005

第二章　研究方案 011

第三章　限制烟叶全钾含量提高生态因子分析 014

节　海拔高度和土壤类型与烟叶化学成分的关系 014

第二节　土壤类型对土壤钾素与烟叶钾素分布及其相互关系的影响 019

第三节　本章结论 026

第四章　钾素高效利用的根系构型及理想根系形态定向构建技术 027

节　主栽烤烟品种根系参数比较分析 027

第二节　不同养分及根构型互作对烟叶主要化学元素成分的影响 029

第三节　烤烟根系定向构建技术对烟叶钾素、氮素的影响 039

第四节　本章结论 044

第五章　新型缓释钾肥及其施用技术 045

节　新型钾肥理化性质分析研究 045

第二节　有机酸和阳离子对新型钾肥钾素释放的影响 049

第三节　不同新型钾肥在土壤中的固定及其影响因素研究 054

第四节　不同新型钾肥在土壤中淋溶特性研究 059

第五节　草炭与枸溶性钾肥配施对盆栽土壤酶活性的影响 066

第六节　新型钾肥与硫酸钾配施对烤烟生长及钾素积累与分配的影响 069

第七节　新型钾肥与水溶性硫酸钾配施对烤烟生长及烟叶品质的影响 082

第八节　钾用量与灌溉量对不同土层钾素及烟叶全钾含量的积累效应 096

第九节　本章结论 103

第六章　增钾技术集成应用 105

节　外源生物炭对植烟土壤腐殖物质组分及钾素淋溶的影响 105

第二节　不同形态钾肥配施对烤烟钾素积累与分配的影响 118

第三节　草炭与钾肥配施对大田烤烟生长及烟叶品质的影响 125

第四节　烟叶增钾技术集成示范应用 135

第五节　本章结论 140

参考文献 142

张一扬，1974年9月出生，副研究员，硕士。主要从事烟草生物工程、烟草营养和烟叶加工等生产技术研发。主持或主研国家发改委、国家烟草专卖局及省级工业、商业公司科研项目等37项，获湖南省科技进步奖二等奖2项，国家烟草专卖局及省级烟草科技进步奖3项。发表研究论文90余篇，申报授权发明专利多项。

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第三节　烤烟钾素营养

钾是一种重要的营养元素，对烟叶的燃烧性、香吃味、烟草制品安全性以及烟叶品质都起到重要的作用。钾肥利用率低是目前我国部分省份烟区出现的问题，主要受降雨、施肥方式、施肥方法、栽培措施以及土壤理化性状等因素的影响。

1　烤烟钾素营养的研究现状

1.1　烟叶全钾含量的现状

优质烟叶全钾含量一般都不能低于2%。国外的烟叶全钾含量都普遍高于国内，巴西达3%~4%，美国、津巴布韦等几乎都在4%~6%；而我国特别是北方烟区，烟叶全钾含量平均都小于2%。闫宁等人对我国16个省份2012—2016年烟叶全钾含量进行调查，结果发现，我国烟叶全钾含量普遍偏低，特别是黑龙江、内蒙古、山东、吉林、河南以及陕西的全钾含量偏低现象严重；处于中等水平的省市分别有云南、贵州、重庆、四川、湖北、辽宁、安徽；全钾含量相对较高的省份有湖南、江西和福建。综合来说，烟叶全钾含量偏低是我国烤烟目前生产中的一大现状。

1.2　烟草钾素营养的生理作用及对烤烟品质的影响

钾素以离子的形式存在于烟株体内，是60多种酶的活化剂，对所有的代谢过程都起到非常重要的作用。钾素不仅在烟草的光合、同化产物的运输与合成中起到促进作用，还能促使烟株体内的呼吸效率得到提高，降低烟株体内物质与能量的消耗。此外，全钾含量高能影响烤烟的碳、氮代谢，减少淀粉的积累，促进烟株体内蛋白质、氨基酸、脂肪的运输与合成；提高烟叶中芳香类、色素类以及糖类等有关物质的合成与积累，影响烤烟体内烟碱、氨基酸、蛋白质、有机酸和糖类等各种生物化学过程，烟叶全钾含量还能影响烟株抗旱性、抗寒能力、抗病性、抗倒伏等。

钾素还能够有效改善烤烟的产量和品质。烟叶厚度、叶肉细胞间隙大小、海绵组织厚度与钾肥施用量呈负线性相关关系；栅栏组织厚度随着施钾量的升高而增加。钾素能增加烟叶柔软性，促使烟叶身份更加适中，促进烟株正常落黄，提高烟叶的黄烟率和适调性，改善烟支的阴燃持火力。此外，还能降低吸食时的刺激性，使吃味醇和；降低烟叶燃烧温度，减少烟气中有害物质和焦油含量，提高吸食的安全性。

1.3　烤烟钾素营养与土壤特性之间的关系研究

烤烟中的钾素营养由土壤的钾素和烟株体内的钾素两者紧密联系在一起，共同制约烤烟中钾的含量。烟叶全钾含量与土壤全钾含量之间存在直接的关系。烟叶全钾含量随着土壤速效全钾含量的增加而增加。影响烤烟钾素营养的首要环境因子是植烟土壤特性，它对烤烟钾素的积累有重要的作用。烟叶钾素的吸收主要受供钾能力、土壤水分、酸碱度、土壤质地等因素的影响。

影响烟株吸钾的重要因子是土壤的供钾状况，土壤的供钾强度决定烟草全钾含量的多少。土壤速效全钾含量、缓效钾储量以及释放速度反映出土壤的供钾水平。不同土壤的供钾水平和烟株对钾肥的吸收与利用存在很大的差异。土壤类型的不同也会影响烤烟全钾含量。在河南烟区土壤供钾特性研究中，郑劲民等发现，烤烟全钾含量随着根际土壤速效全钾含量的增加而增加，而非根际土壤的速效全钾含量则不会影响烤烟全钾含量。郑宪滨等人进行营养液培养试验，研究结果表明：供钾水平的提高能显著提高烤烟各器官的全钾含量，提高烟株体内钾素累积。

土壤水分也能影响土壤钾的固定和扩散。烟叶全钾含量与土壤水分有明显联系。在烟草的不同生育期，田间土壤相对含水率为70%，有利于烟叶对钾的吸收；土壤相对含水率低于50%或高于80%，烟叶对钾的吸收都没有促进作用。土壤水分过多或缺水的条件下，在烤烟生育前期都不利于烟株的生长发育以及烟叶全钾含量的积累，在烤烟后期不利于茎中的钾素向叶片中分配，甚至会出现倒流现象。

土壤酸碱度的高低会影响烤烟的品质，较为适宜的土壤pH值能促进烤烟的生长，有利于土壤中钾的有效吸收，进而提高烟叶品质。世界各国研究发现：烤烟适生长的pH值范围是5.5~7.0。陈建军等的砂培和水培试验结果表明：在pH值为5.5~8.0的范围内，土壤pH值与烟株对钾的吸收呈正相关，烟叶全钾含量也随土壤pH值的增加而增加。黎成厚等研究认为：土壤pH平均值为5.33和6.1时烟叶产量比较高；土壤pH平均值为5.33时，烟叶吸钾量与施钾效果都是；pH值低于5.0及高于6.1时，都不利于烟株钾素营养的吸收、积累与分配；pH值越低对钾吸收的抑制作用越大。

土壤质地与土壤供钾能力息息相关。在施用相同钾肥的情况下，轻质土壤上钾肥效应好，烟叶全钾含量高；而黏重土壤上则相反。郝葳等研究认为，适宜优质烟叶生长的土壤质地为砂壤土至中壤土，其中砂壤土好。黎成厚等指出，烤烟种植在有机质含量为15~20g/kg的酸性壤质土壤上，能显著提高烟叶全钾含量且施肥效果好。

1.4　烤烟钾肥施用的相关研究

在烤烟生长中，适宜施用的主要钾肥有硫酸钾、碳酸钾、硝酸钾、碳酸氢钾、磷酸二氢钾以及生物磷钾肥，硫酸钾应用为广泛，能明显提高烟叶全钾含量，但大量施用会导致烟叶硫含量增加。胡国松发现，施用磷酸二氢钾和硝酸钾能促进烟株对钾素的吸收，改善烟叶品质。Marchand M研究表明，硫酸钾、硝酸钾、碳酸氢钾对烟叶钾素的吸收影响效果是相同的，烟叶全钾含量都没有明显差异。我国钾肥资源紧缺，钾肥的高效利用成为钾素营养研究的热点。近几年来，生物钾肥、有机钾肥等烤烟新型钾肥有了一定的研究进展。腐殖酸钾肥和缓释钾肥，对烟叶全钾含量以及主要化学成分指标的协调上具有促进作用。张炎民提出，施用生物磷钾肥可使烟叶全钾含量增加0.53%。此外，部分生物钾肥代替化肥也能明显促进烟叶全钾含量的提高。

1.5　钾素在烟株体内的循环与分配

钾在烟株体内具有很强的流动性，主要是以离子的形式存在。根吸收的K 会通过韧皮部运输到根中，再转入到木质部中，继续向上运输，从而形成钾在烟株地上部与根之间的循环流动。烤烟中钾循环量可达到烟株体内全钾含量的60%，在低钾情况下甚至能达到80%以上。移栽后40~60d是烤烟钾素积累量多的时间段，移栽后90~110d钾素积累增长逐渐缓慢，后出现负增长现象。此外，随钾肥施用量的增加，钾素积累量呈先增加后降低的趋势。

在旺长期，烟株运输到地上部的钾大约有20%~40%可以回流到根中，而在打顶后10d内，上部叶和根部全钾含量明显增加，茎部全钾含量有所增加，中部叶全钾含量稍微减少，下部叶全钾含量显著减少；烟株净吸收钾离子的60.1%分配到根，39.9%分配到地上部；在此期间，烟株内有大量钾离子通过韧皮部向根循环，向根的回流量相当于根净吸收量的112.9%和由根向地上部运输量的73.9%，有利于钾离子从根系细胞质膜中流出。由根系向地上部运输的钾离子减少，会出现根系外排现象，导致烟叶中钾素积累量降低。烤烟叶片淋溶后也会使钾素淋失，单位叶面积内的钾素淋失量随着淋溶时间的延长而逐渐减少；当淋溶时间为5~6h时，烟叶中没有出现钾素外排现象；此外，不同叶位的烟叶钾素淋失量也会有差异。

烤烟不同生长期钾素分布具有一定的规律。谢文贵等研究发现：烟株各生育期全钾含量随钾肥含量的增加而增加，且各部位全钾含量大小是：茎>根，茎上部>茎下部。同一片叶中的全钾含量由大到小依次为叶脉、叶柄、叶肉和叶缘。胡国松对烤烟不同叶位全钾含量的研究发现：下部叶>中部叶>上部叶。

2　添加外源生物炭对土壤及烤烟的影响

泥炭和褐煤是地表沼泽环境中的动植物遗体在微生物分解、转化以及一系列物理化学反应下形成的有机物和腐殖酸的结合体，含有丰富的腐殖酸含量。泥炭主要分为木本泥炭、草炭、藓类泥炭；腐殖酸含量以木本泥炭含量，草炭次之，藓类泥炭。腐殖酸分子含有羧基、酚羟基、甲氧基、醌基等官能团。

2.1　外源生物炭对土壤的改良效果

泥炭资源比较丰富，是植物生长刺激素、制作土壤改良剂和有机无机复合肥料等的有效资源。目前，草炭主要作为土壤改良剂和各类营养土以及花卉土而被广泛运用，埃及和阿拉伯联合酋长国等国运用草炭改良沙漠，取得了良好效果。有相关研究表明，草炭不仅能增加土壤含水率，降低土壤容重，提高土壤孔隙度和肥料利用率，还能增加有机质、全氮、碱解氮、全磷、有效磷等大量土壤养分。此外，对土壤转化酶和脲酶的活性有促进作用。褐煤主要在土壤改良和土壤重金属污染治理方面得到广泛运用。施用木本泥炭能提高耕层土壤交换性钙含量、交换性镁含量，对土壤改良有良好的促进作用。

2.2　外源生物炭对烤烟生长及品质的影响

草本泥炭和木本泥炭在烟草方面也有相关研究，但褐煤因其独特的性质而没有研究。在育苗基质上，主要用草炭来配制。在烤烟大田上，前人研究表明，增施草本泥炭、木本泥炭腐殖酸钾、木本泥炭和腐殖酸钾追施都能促进烟株生长，使烟叶的物理性状符合优质烟叶的要求，对烤后烟叶的叶片长度、单叶重有增加作用，能减小叶片宽度和单叶厚；增加烟叶总氮、烟碱、总糖、还原糖含量以及全钾含量，协调化学成分。

3　枸溶性钾肥对土壤和烤烟的影响

枸溶性钾肥是以含有钾、硅及多种元素组成的非水溶性钾矿岩石（钾长石、伊利石、霞石和黑云母等）为原料，通过高科技生产出的一种新型无公害绿色矿物钾肥，不溶于水，但溶于弱酸，养分释放速率缓慢。它的钾素释放规律与作物需求同步，能够很好地满足作物每个生长期对钾素的需求，有利于降低钾肥的施用次数和使用成本。因此，随着这种新型肥料的产业化开发，有效促进了肥料工业的发展和难溶性钾矿资源的开发与利用，对缓解钾肥资源紧缺具有重大意义。

王晓、孙浩燕等研究表明，枸溶性钾肥与硫酸钾配施能更好地为土壤提供充足的有效钾素，缓解土壤钾素供应不足的现状，维持土壤钾素肥力的稳定。李鑫等发现，枸溶性钾肥能降低土壤容重，增加土壤孔隙度、速效钾和缓效全钾含量，提高土壤微生物数量。此外，枸溶性钾肥还能增加土壤pH值，改良酸化土壤，降低土壤中重金属的有效性。

目前，随着非水溶性钾矿资源的开发利用，枸溶性钾肥在烤烟栽培上也有相关研究，以枸溶性钾肥配施居多。王晓等研究发现，枸溶性钾肥与水溶性肥料配施能促进烤烟生长，有效缓解烤烟生育后期供钾不足的问题。李鑫、王晓等发现枸溶性钾肥与解钾菌配施、枸溶性钾肥与硫酸钾配施都能促进烟株生长发育，还能增强烟株光合作用，提高根系活力、叶绿素含量，增加烟叶生物量，增加烟叶上、中、下部位的全钾含量，有利于烟叶中全钾含量的积累。此外，刘光快等研究表明，枸溶性钾肥和硫酸钾配施还能提高烟株的抗病性、抗旱性，促进烟株根系生长。在烤烟品质上，枸溶性钾肥与水溶性钾肥配施还能提高烤后烟叶各部位总糖、还原糖含量，降低总氮和烟叶中、上部位烟碱含量。

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从烟叶的增钾技术发展历程开始探讨，讲解根系与钾素的关系，到对新型缓释钾肥的说明，全书讲解与图表相结合，具有较强的专业性，为烟叶质量的进一步提高提供理论基础。作者还总结了烟叶增钾的三项关键技术：基于根-土互作机制；基于水-钾耦合模式；开发新型缓释钾肥施用技术。

前言

前　言

钾素是烟草吸收量多的生理与品质元素，烟叶中全钾含量的高低是衡量优质烟叶的重要指标之一。国外优质烟叶的全钾含量（K2O）一般在4%以上，而我国烟叶全钾含量大多低于3%，相对偏低的烟叶全钾含量已经部分限制我国优质烟叶质量的进一步提高。研究表明，合理的钾肥施用可以提高烤烟烟叶的产量、内在品质以及工业可用性等。在我国烟叶生产中，由于不合理的烤烟钾肥施用技术和钾营养调控措施，导致烟农施钾量远超烤烟的需钾量，烟叶全钾含量却没有显著地提高，造成钾肥资源的浪费与烟农收入的降低。

研究发现，以云南罗平烟区为例，植烟土壤速效全钾含量低于150mg/kg临界值的比例为42.53%；同时由于烤烟生育期内降雨量较大（5~9月，月平均降雨量约为235mm），造成植烟土壤钾素大量流失，钾肥利用率严重偏低。现有生产中，烟农普遍采用可溶性钾肥（KNO3、K2SO4），其不但价格昂贵（约占生产物质类总成本的30%~40%），且易随水流失，造成烤烟生育中后期土壤钾素供应不足与钾肥资源的浪费。因此，在未来基地单元烟叶精益生产中，有必要建立一套低成本、可操作性强的钾肥资源替代及烟叶增钾技术体系，从而提升基地单元的发展建设水平。

本书拟通过对影响基地单元烟叶全钾含量的生态、栽培因素的分析，解析提高烟叶全钾含量的限制因子（土壤、水分）。针对以上限制因子：（1）基于根-土互作机制，从烤烟根系构型研究烤烟对土壤钾素的吸收与利用，建立钾素高效利用的烤烟根系定向构建技术，实现烟叶增钾；（2）基于水-钾耦合模式，改进现有钾肥施用技术，钾肥后移；（3）开发新型缓释钾肥的施用技术，提高烤烟生育中后期土壤供钾强度，增钾降本；（4）以增钾技术集成作为突破，进一步优化基地烟叶质量风格特色彰显技术，使品牌导向烟叶质量风格特色得到充分彰显，这对提高基地单元原料保障水平、烟叶工业可用性以及烟农增收具有重要现实意义。

张一扬

2019年2月