自2009年国家烟草专卖局提出“卷烟上水平”重大发展战略后，卷烟企业对优质烟叶原料的需求量不断增加，如何提高优质烟叶的产出率已成为当前烟叶产区所面临的重大挑战^[1]。施肥是烤烟生长与烟叶品质形成的基础，我国各烟区依据本地的气候特征、地形及土壤养分状况等，推荐不同施肥模式，涉及养分配比与基追肥比例^[2-3]、氮素形态的选择^[4]、有机–无机肥料配合施用等^[5-6]。但目前大部分烟区施肥制度的设计注重考虑土壤养分总量丰缺及配比平衡，而忽视了土壤阶段性养分供应动态与烟叶养分阶段性需求相匹配的要求，在一定程度上限制了烟叶产质量的提升，也影响到肥料利用率，增加了环境风险^[7-8]。调整基追肥比例和追肥时间是满足烟株养分阶段性不同需求的重要技术途径，但不同研究提出的基追肥比例差异很大，基肥用量占总施肥量的比例介于30% ~ 80%^[2-3]。且也很少有研究把气象因子及土壤养分供应动态和烟株养分吸收积累动态等多因子进行同步分析，及由此确定更符合实际的基追肥比例。因此，有必要深入探查烟区烤烟大田生长期间的养分吸收特征、施肥模式以及两者匹配情况，同时监测气象因子与关联土壤物理因子，分析存在的问题及产生原因，提出优化烤烟产区施肥对策，以改善烟株烟叶营养，提升烟叶品质^[9]。

湘南地处中亚热带东部湿润季风气候区，光、热、水资源丰富，是我国优质烟叶原料的主要生产区之一。该烟区多是烤烟–水稻轮作，目前存在的烤烟主要品质问题是上部叶烟碱高、糖分低^[10]。永州市蓝山县是湘南烟区的烤烟种植大县，本文以蓝山县典型烤烟产地为例，研究烟株整个大田生育期的养分吸收利用动态特征及其与现有施肥模式下土壤养分供应的匹配情况，同时收集当地气象数据和监测烟垄土壤温度和湿度，从养分管理角度分析当地烟叶质量问题产生的原因，以期为当地及类似烟区进一步优化施肥模式、提高烟叶品质提供理论依据。

1 材料与方法 1.1 供试土壤及施肥概况

试验区位于永州市蓝山县(112°16′E，25°32′N)。试验烟田土壤为发生分类的潴育型水稻土(中国系统分类的复钙简育水耕人为土)，基本理化性质为pH 7.79、有机质53.14 g/kg、全氮3.37 g/kg、碱解氮202.1 mg/kg、全磷1.27 g/kg、有效磷44.85 mg/kg、全钾7.52 g/kg和速效钾337.5 mg/kg，质地为粉砂质黏壤土(砂粒108 g/kg，粉粒604 g/kg，黏粒288 g/kg)。根据植烟区土壤肥力综合指标值(IFI)综合评价，试验地土壤肥力为中等水平^[11]。

参照当地推荐的烟叶标准化生产技术方案进行田间栽培管理、施肥以及采收烤制烟叶。试验区种植的烤烟品种为云烟87，为湘南以及全国主要种植的烤烟品种^[12]。烟苗于2018年3月17日移栽(种植密度15 000株/hm²)，上部叶于7月17日一次性采收。试验期间6次施肥：第一次在烟苗移栽前，1 050 kg/hm²烟草专用基肥和225 kg/hm²菜籽饼肥作为基肥，30% 穴施、70% 腰施，基施氮量占总施氮量的48.4%；第二、三次在移栽后第2天和第10天(记作2 d和10 d，下同)各施1次提苗肥，共112.5 kg/hm²；第四、五、六次在移栽后16、30 d和43 d各施1次追肥，其中16 d追施195 kg/hm²烟草专用追肥，30 d追施225 kg/hm²烟草专用追肥和150 kg/hm²硫酸钾，43 d追施300 kg/hm²烟草专用追肥和150 kg/hm²硫酸钾，均兑水浇施于最大叶叶尖下土壤。所施用肥料的养分比例如表 1所示。总施肥量N、P、K比例为1︰0.3︰2.3，纯氮用量为183 kg/hm²。

1.2 试验设计

为了监测烤烟整个生育期土壤养分供应及烟株养分吸收动态，在同一块烟田设置2个处理(区)：不施肥对照和常规施肥，对照区面积约60 m²(90株)，常规施肥区面积约470 m²。在不同生育时期采集植株样品和根区土壤样品，采样时间点8个：移栽日(0 d)、伸根期(14 d和36 d)、旺长期(50 d)、打顶时(62 d)、成熟前期(79 d，开始采收下部叶)、成熟中期(97 d，开始采收中部叶)和成熟后期(122 d，一次性采收上部叶)。每次采样时，选取能代表烟田烤烟长势平均水平的3株烟株，单株作为重复，即3个重复。在前3个采样时间点，烟株分为地下部和地上部2个样品；旺长期分为根、茎、叶3个样品；打顶定型后分为根、茎、下部叶、中部叶、上二棚叶、顶叶6个样品。同时采集烟株根区土壤(0 ~ 20 cm)样品。另外，利用土壤温湿度记录仪(型号DL-TWS211)监测烤烟大田生育阶段土壤温湿度的变化动态，传感器埋深为烟垄高度的一半(埋深约18 cm)，记录每个整点时刻的土壤温度和湿度读数，并从当地气象部门获取实验烟田附近气象观测站所监测的日降水量、日平均气温等气象数据。

1.3 测定指标及方法 1.3.1 烟株氮磷钾养分测定

采集的植物样品洗净后烘干，用不锈钢植物粉碎机磨碎磨细。采用H₂SO₄-H₂O₂消解植物样品，靛酚蓝比色法测定全氮，钼蓝比色法测定全磷，火焰光度法测定全钾。

1.3.2 烤制烟叶化学成分测定

取烤制后下部叶、中部叶和上部叶各1 kg，采用荷兰SKALARSan++流动分析仪测定各部位烟叶的全氮、烟碱和还原糖含量。

1.3.3 土壤速效养分测定

鲜土样带回实验室后，及时测定土壤的含水量、铵态氮、硝态氮、有效磷和速效钾，测定方法参考《土壤农业化学分析方法》，其中，靛酚蓝比色法测定铵态氮，紫外分光光度法测定硝态氮，钼蓝比色法测定有效磷，火焰光度计测定速效钾^[13]。

1.3.4 养分吸收及利用相关指标计算

$ \rm 养分积累量(kg/hm^{2})=(各部位生物学干重×相应部分的养分含量)之和 $

(1)

$ \rm 养分吸收速率(kg/(hm^{2}·d))=(后一时期养分积累量–前一时期养分积累量)/间隔时间 $

(2)

$ \rm 表观肥料利用效率(\%)=[(施肥区植株养分积累量–空白对照区植株养分积累量) \\ /(肥料施用量×肥料中养分含量)]×100 $

(3)

$ \rm 烟株不同生育期表观肥料利用率(\%)=[(施肥区养分阶段吸收量–空白对照区养分阶段吸收量) \\/(前期累积肥料施用量×肥料中养分含量)]×100 $

(4)

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2016处理分析数据并绘图。

2 结果与分析 2.1 调查区当季气象条件

烤烟大田生育期间的气象条件及土壤温湿度状况如图 1所示。烤烟整个生育期(3月中旬至7月中旬，122 d)降雨总量为618 mm，平均气温为23.6℃，有效积温(≥10℃)达1 695℃。烤烟伸根期(0 ~ 36 d)、旺长期(36 ~ 62 d)和成熟期(62 ~ 122 d)的降雨量分别为102、184和332 mm。一般认为，烤烟伸根期降雨量为80 ~ 100 mm、旺长期降雨量为200 ~ 260 mm、成熟期降雨量为240 ~ 320 mm较为适宜^[14]。调查烟区不同生育期降雨量及降雨总量基本满足优质烤烟生产要求，但存在降雨量分布不均匀的问题，如5月下旬和6月中旬降雨量几乎为0。烟草是喜温作物，最适宜生长温度为25 ~ 28℃，温度过高或过低都会影响烟株的生长^[14-15]。烟苗自移栽到4月中旬，平均气温仅17.6℃，不利于烟苗早生促发；5月中下旬出现持续的高温，气温直逼30℃；到6月上旬，气温有所下降；之后到烤烟采收结束，气温持续上升，烤烟成熟中后期处于高温环境。

土壤温湿度受气温和降雨量影响明显。烟株大田生育前期，土壤温度较低，且波动较大，旺长期土壤温度维持在25℃左右，成熟期土壤温度持续上升。烤烟大田生育期间土壤湿度出现多次明显降低，其中5月中下旬湿度降低最为明显，这是由于降雨量减少且没有灌溉措施及时补充水分所致。

总之，尽管大田生育期间的总降雨量和有效积温适合烤烟生长，但也存在早期气温土温偏低、后期持续高温以及降雨分布不均等问题，应采取覆膜、灌溉等针对性措施消减这些不利因素的影响。

2.2 烟株干物质生产及养分吸收动态

烟株干物质的累积表现为慢–快–慢的“S”曲线规律(图 2 A)。伸根期烟株生长缓慢，干物质积累仅187 kg/hm²，平均生长速率为5.3 kg/(hm²·d)。旺长期、成熟前期(62 ~ 79 d)和成熟中期(79 ~ 97 d)，烟株生长速率分别达114、116和83.3 kg/(hm²·d)，是其快速生长阶段。烟株成熟后期(97 ~ 122 d)，根和茎的干物质有所降低，根系死亡和茎中营养物质流失是其干物质减少的主要原因^[16]。

烟株氮、磷、钾的吸收也表现为慢–快–慢的“S”形变化(图 2 B)。烟株伸根期养分吸收能力弱，氮、磷、钾吸收量仅为8.7、0.6和10.0 kg/hm²；旺长前期(36 ~ 50 d)，烟株养分积累开始增加，此阶段氮、磷、钾吸收量分别为23.1、2.20和39.9 kg/hm²；旺长后期(50 ~ 62 d)，氮、磷、钾养分吸收速率分别达5.16、0.42和8.41 kg/(hm²·d)，各养分含量快速积累，至打顶时(62 d)的氮、磷、钾吸收量分别占总吸收量的65.1%、66.4% 和80.5%。打顶后，烟株的磷、钾吸收趋缓，氮吸收仍很明显，氮吸收量在成熟前期、成熟中期和成熟后期分别达15.8、18.6和15.7 kg/hm²，占总吸收量的10% 以上，说明成熟期烟株对氮素仍有一定的吸收，后期脱氮困难。

2.3 烟田土壤养分供应动态特征

烟株根区土壤各速效养分随肥料的施入变化明显，含量均呈现先升高后下降的趋势(图 3)。根区土壤各养分含量均在烟株移栽50 d时达到最高，与36 d时相比，NO- 3-N、NH+ 4-N、有效磷和速效钾各养分含量分别增加了90.4、4.74、53.5和605 mg/kg，这与43 d完成的最后一次追肥有关。50 d后，土壤NO- 3-N含量急剧减少，有效磷和速效钾含量均呈降低趋势，NH+ 4-N含量在62 d后也呈现降低走势。到移栽79 d，土壤NO- 3-N含量仿达到49.2 mg/kg，NH+ 4-N含量水平也相对较高。烟株成熟中后期(97 ~ 122 d)，根区土壤NO- 3-N含量仍处于一定水平(27.2 ~ 29.9 mg/kg)，有效磷和速效钾含量仍处于较高水平。

2.4 烟株不同生育期肥料养分利用状况

烤烟大田不同生育期肥料养分利用状况如表 2所示。烟苗伸根期，施肥量大，而氮、磷、钾肥料表观利用率仅为3.9%、0.4% 和1.8%；旺长前期，随着烟株的生长，养分吸收能力增强，肥料表观利用率逐渐提高；随后烟株快速生长，各养分吸收量快速增加，氮、磷、钾肥料表观利用率在旺长后期分别达32.3%、8.3%和23.7%，说明此阶段是烟株的养分吸收高峰期；烟株成熟期对氮素仍有较高水平的吸收，肥料氮素的表观利用率达25.7%。总体来看，表观氮肥利用率较高，达69.6%；磷肥、钾肥的表观养分利用率较低，分别为13.6% 和38.1%。

2.5 烟叶氮钾含量变化及烤制烟叶化学成分

烟叶氮含量在整个生育期的变化如图 4A 所示。烟苗伸根期，各部位烟叶氮含量显著升高，36 d时达47.7 g/kg。随后各部位烟叶氮含量逐渐下降，但打顶时各部位氮含量仍达35.0 g/kg以上。成熟前期，下部叶、中部叶和上二棚叶的氮含量均继续明显下降，下部叶氮含量降低至20.2 g/kg，而顶叶氮含量维持在29.2 g/kg以上；成熟中期各部位烟叶氮含量均降低到20.0 g/kg左右，其中顶叶氮含量下降最明显，为17.1 g/kg；上部叶收获时(122 d)，上二棚叶和顶叶氮含量有所回升。采收时各部位烟叶氮含量总体表现为上二棚叶≈顶叶 > 下部叶≈下部叶。

烟叶钾含量在整个生育期的变化如图 4B 所示。烟苗移栽50 d内，各部位烟叶钾含量逐渐上升，其中14 ~ 36 d升高最明显，平均每日增加含量为1.4 g/kg；50 ~ 62 d，下部叶钾含量继续升高，其他部位钾含量缓慢降低，但仍达51.2 g/kg以上；成熟前期，各部位烟叶钾含量迅速降低，平均降低幅度达14.5 g/kg；成熟中后期，各部位钾含量继续逐渐降低。采收时的各部位烟叶钾含量总体表现为下部叶 > 中部叶 > 上二棚叶≈顶叶。

烤制后烟叶化学成分如图 4C 所示。烟叶氮含量和烟碱含量表现为：顶叶 > 上二棚叶 > 中部叶 > 下部叶。与之相反，钾含量和还原糖含量表现为：顶叶 < 上二棚叶 < 中部叶 < 下部叶。顶叶和上二棚叶烟碱含量分别高达51.6和46.4 g/kg，而还原糖含量仅为133和192 g/kg，说明烟叶主要品质问题为顶叶和上二棚烟叶烟碱含量过高，还原糖含量较低。烤烟下部叶和中部叶的化学成分含量在较适宜水平。

3 讨论

烤烟大田生育栽培过程中，对养分供应的基本要求是“前期足氮、后期脱氮”^[17-18]。本研究中，基施1 050 kg/hm²烟草专用基肥和225 kg/hm²菜籽饼肥，追施112.5 kg/hm²提苗肥和720 kg/hm²专用追肥，总施氮量达183 kg/hm²，其中基施氮量占48.4%。云南省烟草专卖局根据云烟87前期生长慢、后期生长迅速的特点，提出轻施基肥(基肥用量不超过1/3)、两次追肥的方案，施氮量90 ~ 120 kg/hm²为宜^[19]。端永明等^[20]推荐氮减施10% ~ 20% 可获得较好的经济效应。因此，本调查烟区施肥总量高且基肥施用比例偏高，建议开展氮肥减量和降基增追试验，找出适宜的氮肥用量水平和基追比，以实现烟叶提质增效目标。

土壤阶段性养分供应动态需要与烟叶养分阶段性需求相匹配。本研究中，土壤速效养分整体处于相对充盈的水平(图 3)，可满足烟株各生长阶段的需要。但烟株伸根期生长慢(图 2)且吸收能力较弱，施肥量高导致肥料利用率有限^[18]。进入旺长期前段，烟株开始快速生长；旺长期后段，烟株干物质积累及各养分吸收达到高峰期(图 2)，是烟株需肥关键时期，肥料利用率也高(表 2)，建议适时追肥，以便在旺长期获得并维持较高的土壤养分水平。土壤中有效磷和速效钾含量在烟株全生育期充裕。一般认为，土壤有效磷含量在10 ~ 20 mg/kg，速效钾含量在160 ~ 240 mg/kg对烟叶的生长较适宜^[21]。由于磷钾肥施用量较高，磷肥和钾肥表观利用率低，但磷钾易被土壤固定，损失小^[22]，后茬作物可考虑少施或不施磷钾肥。另外，计算肥料利用率时将不施肥空白处理的烟株养分吸收量作为来自土壤本身的养分供应存在一定的局限性，若需要进一步阐明氮磷钾肥的用量、施用时间、施用位置对土壤养分供应水平和烟株吸收的影响以及肥料利用率，可采用更加精确的同位素标记方法进行研究^[23]。

根据烟叶化学成分可用性指数(CCUI)评估，得出该产区的烟叶钾含量丰富，但是顶叶和上二棚烟叶的烟碱含量过高，还原糖含量过低，这与文献报道一致^[10]。烟碱和糖分的形成主要受氮素影响^[24]，其含量在不同生态条件随施氮量表现出不同的变化趋势^{[9, 25]}。研究表明，随着施氮量的增加，烟叶全氮和烟碱含量增加，还原糖含量降低^[26]。本研究中，43 d时的追肥中含纯氮30 kg/hm²，烟株打顶后仍有一定的氮素吸收(占总吸收量的10%)，此阶段吸收的氮素是导致上部烟叶烟碱含量过高的主要原因。另一方面，环境条件也会影响肥料形态及烟株的生长，进一步影响各化学品质的形成^{[14, 27-28]}。烟苗伸根期，气温及土壤温度较低，烟株干物质积累及养分吸收均很低；进入旺长期，气温不断升高，烟株生长加快，干物质快速积累、土壤养分得到快速利用，由于烤烟生物量的“稀释效应”，烟叶中氮和钾的含量不断降低；进入成熟期，土壤表现出一定的供氮能力，烟株氮素积累仍在继续增加，这可能是由于追肥时间较晚且土壤有机质在高温高湿的环境下矿化明显的缘故^[24]。

综上所述，目前该烟区施肥主要问题有：总体施肥量较高，且基肥施用量占比高；烤烟大田生育前期(0 ~ 36 d)肥料用量大，由于烟株生长较慢，导致肥料养分利用率低；最后一次施专用追肥(43 d)偏晚，且土壤有机质含量较高，使得后期烟株脱氮困难，造成上部叶烟碱含量过高。建议：①在当地烟区开展氮肥减量和降基调追小区试验，根据研究结果推荐适合当地的氮素用量水平和基追比，最后一次追施氮肥在烟苗移栽后30 d前后完成；②选取合适的肥料类型，如烟草控释专用肥^[29]，既适应于当地早期施肥的习惯，也能通过肥料控释减少肥料损失和满足烤烟生育中期的养分需求；③接种促生微生物促进烟苗早发壮苗^[30]，增强烤烟烟苗生育前期的养分吸收利用能力，提高肥料利用率；④施用高效多功能叶面肥或施加外源碳调控烟叶碳氮代谢，改善烟叶糖分和烟碱含量和比例。通过合理应用这些措施，以达到提高烤烟烟叶品质的目的。

4 结论

通过研究湘南烟区常规施肥模式下烤烟整个大田生育阶段土壤养分供应及烤烟烟株对氮磷钾的吸收利用特征，结合分析不同部位烤制烟叶化学成分失调情况，明确了现有施肥模式下土壤养分供应与烟株生长不匹配以及肥料养分利用率不高等问题，提出了减施基肥、优化施肥模式以及使用烟草控释肥料、应用促生微生物、高效多功能叶面肥和外源碳等对策。