我国烤烟钾营养研究进展及提钾措施探讨

1我国烤烟钾营养研究进展及提钾措施探讨摘要：钾对烤烟的生长发育、产量和品质以及卷烟制品的安全性都具有重要的作用。本文主要从近年来我国烤烟钾素营养研究进展入手，分析我国烟叶含钾量低的原因及影响钾含量的主要因素，在此基础上探讨提高我国烟叶钾含量的途径及措施，并提出今后的研究方向。关键词：烤烟；烟叶含钾量；影响因素；技术途径TrendsinpotassiumnutritionandtechniquesforincreasingKcontentinflue-curedtobaccoofChinaGUOJin-yunetal（1、AgriculturalTechnologyPromotionCenterinYucidistrict，Yuci，Shanxi030600；2、YunnanReascendTobaccoTechnology（Group）Co.,Ltd.，Kunming，Yunnan650106）Abstract：Potassiumisofmuchimportanceonthegrowth,yield,qualityandsafetyofflue-curedtobacco.ThispapergivesabriefreviewontheresearchprogressofKnutrition,reasonsandinfluencingfactorsoflow-Kcontentinflue-curedtobaccoleaf.Onthebasisofall,techniquesforincreasingKcontentinflue-curedtobaccoandthefurtherresearchdirectionareproposed.Keywords：flue-curedtobacco;potassiumcontentinflue-curedtobaccoleaves;influencingfactors;technicalmeasures烟草是我国主要的经济作物之一，面积和总产量都居世界前列[1]。烟草是兼顾产量和品质的嗜好类作物，但卷烟属吸食性消费，因此需要在保证产量的基础上提高品质。而烟叶质量受土壤、品种、栽培技术、气候和烘烤技术等诸多因素的影响，其中烟叶含钾量是评价烟叶内在品质高低的一项重要指标[2]。钾是烟草生长和发育必不可少的大量元素之一，并且烟叶钾含量的高低与烟叶质量、安全性密切相关[3]。与国际上的高品质烟叶相比，我国烟叶的钾含量明显较低，尤其是我国北方烟区[4]。一般国际优质烟叶含钾量应不低于2.5%，美国和津巴布韦的烟叶含钾量多在4%~6%，而我国烟叶含钾量很少超过2%[5]。较低的烟叶含钾量一直困扰着我国烟草生产，近年来许多专家学者和烟草生产工作者就如何提高烟叶钾含量上作了大量的研究工作，并取得了一定的进展。以下就从近年我国烟草钾营养的研究进展进行分析，探讨有效提高烟叶含钾量的技术途径及措施。1烟草钾营养的研究意义1.1钾在土壤中的存在形式目前关于土壤钾素形态的划分，国内外有不同的划分方法，根据钾对植物的有效性，Sparks将土壤钾分为结构钾、固定态钾、交换性钾和水溶性钾[6]。而我国过去一直将土壤钾素按化学形态分为水溶性钾、交换性钾、非交换性钾和结构钾，或按其对植物的有效性分为速效钾(水溶性钾+交换性钾)、缓效性钾(非交换性钾)和相对无效钾(矿物钾)。近些年金继运等对土壤交换性钾按位置和有效性作了进一步分级[7]，把交换性钾分为活性不同的非特殊吸附钾和特殊吸附钾两种形态。这一分级把土壤钾素形态分级研究向前又推进了一步。1.2钾的生理功能钾在烟株体主要内以离子形态存在，是植物体内光合成酶类、氧化还原酶类和转移酶类等的活化剂[8,9]；参与糖、蛋白质与核酸等物质代谢过程以及光合作用、能量代谢、烟株体内的物质合成和转运以及调控烟株生长[10,11]；促进烟草的光合、同化产物的合成与运输，促进烟株光合作用[12]；提高烟株的呼吸效率，减少体内物质和能量的消耗；提高烟草的根2系活力与养分吸收、运输效率；调节细胞膨压和渗透压，增强烟草的保水和吸水能力；调节气孔的开闭，控制烟株的蒸腾作用，调节烟株体内的水分平衡[13,14]。1.3钾与烟草的抗逆性诸多研究报道，钾对延缓部分烟草病害的发生及提高烟株抗逆能力具有一定的作用。周冀衡等[15,16]研究发现，施钾可提高高感TMV、CMV烟叶中过氧化物酶（POX）、过氧化物岐化酶（SOD）、苯丙氨酸解氨酶（PAL）和过氧化氢酶（CAT）等内源保护酶活性，有效控制烟叶细胞内丙二醛(MDA)积累和细胞膜透性增大，从而增强烟草细胞膜的稳定性和降低病毒侵染后对细胞膜脂的过氧化伤害，减轻感病程度。王绍坤等[17]、孔凡玉等[18]和王进录等[19]也研究证实，施钾能增强烟株对烟草赤星病和野火病的抗性，减轻赤星病和野火病的发病程度。还有研究者发现，施钾对提高烟株抗逆境胁迫能力有良好的作用。在寒冷胁迫条件下，施钾能促进烟株内碳水化合物的代谢，增加可溶性糖的含量，提高细胞渗透势，从而增强烤烟的抗寒性。而在干旱胁迫条件下，适当施钾有助于细胞膜、类囊体膜的稳定以及叶绿素的合成，并且钾作为细胞主要渗透调节物质，可增加细胞的吸水能力，增强叶片的保水力，降低失水和蒸腾速率，维持干旱下叶片正常的生理代谢[20,21]。此外，钾还能增强烟株的SOD活性，减轻自由基对细胞膜的损伤，保持细胞膜的完整性，增强烟株的抗旱能力。1.4钾对烟叶品质的影响1.4.1钾对烟叶外观和物理性状的影响钾的供应状况对烟叶外观和物理性状有着不同程度的影响。充足的钾供给能使烟叶组织细致，叶体薄，叶面平展，落黄好，烤后鲜亮呈金黄色，均一有光泽，更有弹性和柔韧性，具有更好的填充性和吸收能力[22]。而当供钾不足时，烟株表现生长缓慢，株茎矮小瘦弱，严重时烟叶边缘或叶尖出现淡绿色或杂色的斑点，进一步发展呈棕褐色或烧焦状，有时甚至杂色连成一片，组织死亡。1.4.2钾对烟叶内在品质的影响含钾量高的烟叶，叶色深桔黄，香气足，吃味好，富有弹性和韧性，填充性强，阴燃持火力和燃烧性好[23]。而钾对烟叶内在品质的改善主要体现在叶片α-氨基酸、蛋白质、易挥发碱基氮总量(TVBN)和钙浓度的降低，烟雾微粒物质总量、烟碱和氰化物含量的降低，可燃性和燃烧性的提高以及色泽的改善等[24]。烟叶含钾量的提高不仅可降低烟碱含量[25,26]，而且也可降低Ca、Mg含量及提高K/(Ca+Mg)比值[25,27]。此外，钾还通过影响其它化学成分的合成与分解而影响烃类、醇类、脂类和酯类、糖-氨基酸缩合物等烟叶香气前体物而影响烟叶香吃味[23,28]。1.4.3钾对烟叶安全性的影响有研究者发现，烟叶含钾量与含氮化合物（尼古丁、总颗粒物质和氰化物）含量[29]、烟叶燃烧温度[30]均呈负相关关系，其中烟叶燃烧温度的降低可显著改变烟草热分解产物的种类和数量，减少有害物质的产生，从而有利于生产安全性提高。因此，烟叶钾含量的提高可减少烟气对人体健康的危害程度。此外，汪波等[31]在烟叶中加入钾盐发现烟草燃烧产生的能量分批释放，降低了燃烧温度，同时测得烟气中的CO含量也有所降低。因此，钾在一定程度上能减少烟草燃烧的有害物质，提高烟叶制品安全性。2我国烟叶钾含量低的原因分析目前，国内有关烟叶钾含量低的原因分析主要有以下三种假说：2.1钾稀释说在我国，无论南方烟区还是北方烟区，烤烟成熟期干物质的积累速度均大于钾的吸收积累速率[32,33]，而美国烤烟成熟期干物质的积累速度却低于钾的吸收积累[34]，因此有研究者将我国烟叶钾含量较外国烟叶低的原因归之为成熟期烤烟干物质积累量超过钾积累而造成的稀释效应[35,36]。但也有人对这一说法持不同意见，杨铁钊等[37]通过研究5个烟草基因型3对烟叶钾积累和干物质积累特性发现，成熟期烟叶干物质积累的增长量平均为21.91%，而烟叶相对钾含量的下降率平均为41.83%，显然干物质积累的“稀释效应”不能完全解释烟叶钾含量下降的原因。2.2钾流失说钾流失说是指烟株打顶后通过根和叶片外排钾的现象[38]。目前已有不少研究者通过试验验证了烟株打顶后根系外泄钾的现象。郑宪滨等[39]通过液体培养试验证明，烟株在打顶后10d内约占地上部50.0%~73.9%的钾沿韧皮部回流到根中；杨宇虹等[40]通过营养土培86Rb示踪法研究发现，烟株在现蕾期和成熟期通过根系流失的钾可达86Rb放射性活度积累的12.7%~13.2%；洪丽芳等[41]通过86Rb示踪大田试验结果发现，烟株打顶后5~35d内，根系外泄的K+增加和叶片分配的86Rb减少，并随着生育期的推进，根系K+外流量增大，尤其是在不良栽培条件下[40~42]；烟叶成熟期的大量降水也会使打顶后烟株的钾含量及土壤中的水溶性钾造成一定程度的淋失，进而影响烟株对钾的吸收积累[43,44]。因此认为，烟株打顶后通过根系外泄钾可能是一种不可避免的生理现象，同时还可能是成熟烟叶K含量低的一个重要原因[38]。2.3钾不合理分配说郑宪滨等[39]通过86Rb示踪试验发现，打顶后86Rb在叶片中的分配比例下降，而在根茎中的分配比例增加；解文贵等[45]研究发现，低钾条件和高钾条件下钾向叶片分配下降的转折点分别是圆顶期和打顶期，并且当进入烟叶成熟期后，钾从根、茎向叶分配的能力大大减弱。而通过生长素处理却可使叶片中的钾分配比例增加，根、茎分配的比例下降[41]。因此，成熟期烟叶的经济器官和非经济器官中钾的不合理分配现象也可能造成烟叶钾含量低的重要原因之一[46]。3影响烟叶钾含量的因素我国烟叶钾含量较国际优质烟叶低已是不争的事实，为深入了解中国烤烟钾含量的区域特征和分布情况，李强等[47]2003~2006年连续4年在全国主要烟区进行调查取样，在调查的2712份烤烟样品中，结果显示我国烤烟钾含量普遍偏低，钾含量1.0%~2.0%的样品高达57.08%，钾含量1.0%的占2.36%，钾含量≥2.0%的样品仅为样品总量的40.56%。而影响烟叶钾含量的主要因素有以下几方面：3.1烟草基因型不同基因型的烟草在吸收钾能力与烟叶钾含量方面存在显著差异[48]。牛佩兰等[49]研究分析了26个烟草基因型间钾积累效率的差异及遗传表现，发现钾高效基因型的吸钾效率是钾低效基因型的3倍多。周冀衡等[50]报道，我国3个主栽品种对钾的响应能力表现为NC82NC89K326，张喜琦等[51]报道4个烟草基因型的钾含量依次为G-28中98G-140T1245，并且影响根系吸收的部分形态学特征和生理参数也存在较大差异。此外值得一提的是，我国烤烟生产上所用的品种多为叶片含钾量不低的品种，但我国烟叶钾含量还是比较低。可见，我国烟叶钾含量低并不完全是烟草基因型问题。3.2气候条件温度、光照、水分和海拔是影响作物生长发育、产量和品质的主要气候因子，各地不同的自然生态条件对烟叶钾含量的影响也不同。温度对烟叶生长发育及品质的影响与光照之间存在紧密联系[52]，而胡国松指出，光照和温度升高有利于钾的吸收，而温度的降低和黑暗条件不利于钾的吸收[29]。水分不仅影响烤烟的生长发育，而且影响土壤溶液中钾素等营养元素的运输能力。降雨量过大会造成土壤中钾的大量淋失，降低烟株对土壤中钾的利用，进而影响烟叶钾含量[53]。有关海拔对烟叶钾含量的影响，陈传孟等[54]认为，不同海拔烟叶品质的变化，主要是因为气象因子的影响，而不是土壤农化性状及类型的影响。而胡国松等[55]研究结果表明，烟叶钾含量不仅受海拔高度的影响，而且还随海拔高度的升高而增加。43.3植烟土壤特性3.3.1土壤供钾水平及土壤质地土壤供钾水平是指土壤中水溶性钾和交换性钾的含量以及缓效性钾的储备量，反映了土壤的供钾能力及水平。但不同土壤的供钾水平、烟株对钾的吸收利用率以及不同类型土壤所产烤烟的钾含量差异很大。郑劲民等[56]研究河南烟区土壤供钾特性后指出，烟叶钾含量与根际土壤速效钾含量之间存在极显著正相关，而与非根际土壤速效钾无显著正相关性。此外，土壤的供钾能力与土壤质地关系密切。在施钾量相同的前提