施氮调控豫中烟区烤烟品质及经济效益研究

邢云霞，刘世亮，朱金峰，刘 芳，姜桂英，杜 君，化党领，王代长

(1.河南农业大学资源与环境学院, 河南 郑州 450002; 2.河南省烟草公司三门峡市公司, 河南 三门峡 472000;3.河南省烟草公司漯河市公司, 河南 漯河 462000; 4.河南省农业科学院, 河南 郑州 450002)

国际上竞争激烈的烟草生产及吸烟与健康问题的提出，对烟草品质提出了更高的要求，发展优质烟叶无论是对烟农还是对卷烟工业都是十分重要的。河南省是我国浓香型烤烟种植的典型区域，烟叶风格显著，香气量足，香气质好，烟叶配伍性强。但近年来，河南产区普遍施肥量过高尤其是施氮量过高，造成烟叶品质下降，浓香型烟叶风格退化严重，因此研究烤烟需肥规律，确定适宜的施氮量已迫在眉睫。在影响烤烟产量和品质的诸多因素中，施肥是调控烟叶产量和质量的核心[1-2]。大量试验研究表明，烟草对氮素营养非常敏感，氮素供应量对烤烟的产量与品质影响极大。有研究发现[3-4]，在磷、钾肥相同的条件下，施氮水平的提高能够提高团棵期烟株生长速度，且株高、叶片数、最大叶面积随施氮水平的提高而增加，叶片增长、宽度增加。平顶期烟株的农艺性状与施氮量呈正相关，且随施氮量增加，烟株生长期延长，成熟期延迟，会造成烟株贪青晚熟，形成“黑爆烟”；施氮量较低时，则烟株生长缓慢，上部叶成熟较早，烟株有严重脱肥现象，造成叶片退黄严重，烤后叶片薄而轻，烟叶品质下降明显[5-7]。氮肥施用量的多少与烤烟田间生长密切关联，只有在适宜的氮肥供应条件下，烟株才能正常生长发育，生产出化学成分较协调的优质烟叶。除了对烟草农艺性状有显著影响外，氮肥施用量对烤后烟叶化学组成和致香成份影响也极其显著[8]。研究表明，在合适施氮量条件下，烟叶中性致香物质总量较高[9]，而不同的致香物质对施氮量的响应表现不同，施氮量增加，其表现或呈增加的趋势，或呈减少的趋势，或先增加再减少，或先减少再增加[8,10-12]。同时，烤烟的产量和品质也直接影响烟叶的可用性和经济效益。张扬等[13]以中烟100为供试品种，研究认为施氮量低于或高于75 kg·hm-2都会降低中、上等烟叶的比例，使烤烟的均价下降；结合生产实践，从烟叶的可用性和经济效益综合考虑，中烟100获得优质和适宜产量的施氮量以75 kg·hm-2最佳。实际生产中，烟草对氮肥的反应受施氮量、肥料类型、施肥时期、基追肥比例、土壤类型、土壤残留氮和土壤矿化氮供应、气候变化等因素的影响[14-15]。不同烟区、不同土壤类型、不同烟草品种等对氮素不同水平的响应差异较大，总体呈现南多北少的趋势[16-19]，但也有例外[20]。前人在氮素对烤烟的影响方面研究较多，但多集中在南方烟区，对于浓香型烤烟的主产区，豫中烟区的最佳施氮量问题随着时间和环境的变化仍需进一步精准确定。本研究以豫中烟区舞阳县为例，探讨了不同施氮量对烤烟产量及品质的影响，并进行了与经济效益之间的相关性研究，以期为当地高产、优质烟叶生产提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试验设计

试验于2012年在河南省舞阳县保和乡宗堂村(北纬33°24′～33°59′，东经113°27′～114°16′)进行。试验地土壤类型为黄褐土，质地为中壤，基本理化性状为：pH值6.3，有机质14.3 g·kg-1，速效氮106.1 mg·kg-1，速效磷(P2O5) 16.8 mg·kg-1，速效钾(K2O) 152.2 mg·kg-1。根据当地生产实践，设5个不同施氮量处理，分别为N0(不施氮肥处理)、N1(纯氮用量为22.5 kg·hm-2)、N2(纯氮用量为37.5 kg·hm-2)、N3(纯氮用量为52.5 kg·hm-2)、N4(纯氮用量为67.5 kg·hm-2)，每个处理3次重复。各处理磷钾施用量相同，P2O5和K2O分别为52.5 kg·hm-2和183.75 kg·hm-2。氮肥选用硝酸铵和硝酸钾，磷肥使用过磷酸钙，用硫酸钾调节施钾量。每个处理的施肥量见表1。

施肥方式为：42%的N素(硝酸铵提供)，普钙、硫酸钾作基肥，在移栽前采用单行条施后起垄20 cm覆盖的方式施入。28%的N素(硝酸铵提供)在移栽时作为窝肥与土壤混合均匀施入，全部用硝酸钾(同时提供30%的N素)作追肥，用水溶解后在团棵期定株浇施烟株周围半径10 cm土壤中，并覆土。

烟苗于2012年5月6日进行移栽，按1.22 m的行距和0.50 m的株距进行种植，并在2012年9月9日采收完毕。每个小区栽165株烟(16 500 株·hm-2)，小区周边设2行保护行，管理方式按当地优质烤烟规范化栽培管理方法进行。

表1 不同施氮量处理大田施肥量/(kg·hm-2)

1.2 样品的采集与测定

分别在团棵期、旺长期和圆顶期调查各处理烟株的生长与发育情况，测定株高、叶数、茎围、最大叶长和叶宽等烟株农艺性状。

成熟期时烟叶以小区为单位进行挂牌采收，采用三段式烘烤工艺烘烤调制，并按烤烟42级国标标准进行分级[21]，并分别计算各小区产量、产值。分别选取各处理上部叶(B2F)和中部叶(C3F)样品，60℃烘干至恒重，粉碎，过0.2 mm筛，供烟叶常规化学成分和香气物质分析使用。

烟叶总糖、还原糖、烟碱、总氮、钾、氯等常规化学成分按照王瑞新等[22]的方法测定；香气物质在国家烟草栽培生理生化研究基地采用固相微萃取顶空取样和气相色谱-质谱法(GC-MS)分析，具体操作参照文献[23]进行。

1.3 数据分析

采用Excel 2013和DPS 7.05版软件进行数据处理和统计分析。其中相关系数|r|≥0.8，视为高度相关；0.5≤|r|<0.8，视为中度相关；0.3≤|r|<0.5，视为弱相关[24]。

氮肥农学效率(kg·kg-1)=(施肥作物产量—不施氮肥作物产量)/施氮量

2 结果与分析

2.1 施氮量对烤烟农艺性状的调控

由表2可见，N0处理烟株相对较矮，长势较弱，生长不良，上部叶片开片较小，长度相对较短。与其相比，施氮量在N1～N3(22.5～52.5 kg·hm-2)范围内，团棵期烟株株高、叶片数、最大叶长和宽均显著增加，且有随施氮量的增加而增高的趋势。施氮量在N3～N4(52.5～67.5 kg·hm-2)范围内，团棵期最大叶长和宽有所增加，株高和叶数呈不显著下降趋势；旺长期株高和叶数有所增加但差异不显著(P<0.05)。团棵期，各氮肥处理间叶数差异不显著，但显著高于不施氮肥处理。旺长期烟株农艺性状指标随着施氮量的增加，总体上呈显著上升的趋势，但是施氮量超过N3(52.5 kg·hm-2)最大叶长和宽有所减少。从烟株的生长势上看，随着施氮量的增加，长势加快。

由表3可以看出，不施氮肥处理(N0)的烟株由于肥力供应不足生长不良，落黄较早，植株较施氮处理低6.9～29.1 cm，可采收烟叶数减少2.6～4.6片。与不施氮肥处理(N0)相比，各施氮量处理农艺性状均显著增加。圆顶期烟株株高、茎围、页数、叶片长和宽随施氮量的增加呈上升的趋势，株高和下部叶长和宽分别在N3处达到最大。其它指标均在N4处达到最大，但增加不明显。就落黄情况来看，N0～N2(0～37.5 kg·hm-2)处理烟叶落黄较早，N3(52.5 kg·hm-2)及N4处理烟株落黄减慢。

表2 不同施氮量处理烤烟团棵期与旺长期农艺性状

注：同列数字标注不同字母表示差异显著(P<0.05)；下同。

Note: The different letters in the same column mean significantly different at theP<0.05 level, the same as below.

表3 不同处理烤烟圆顶期农艺性状

2.2 施氮量对烤烟化学成分的调控

化学成分及其比值是烟叶香吃味的内在反映，是评价烟叶质量的重要指标[20]。一般认为，优质烟叶评价标准一般是总糖含量达到18%～22%、还原糖含量达到16%～18%，总氮含量在1.5%～3.5%范围内，烟碱含量在1.5%～3.5%范围内，含钾量在1.5%以上，氯含量低于1%，糖/碱比值8～10，氮/碱比值接近于1，钾/氯比值≥4[25]。

2.2.1 对上部烟叶(B2F)常规化学成分的影响 烤后烟叶的内在化学成分的分析结果表明(见表4)，不施氮处理(N0)上部叶(B2F)总糖和还原糖含量均较低，低于优质烟叶适宜范围。N2处理烟叶总糖略低于N1处理烟叶总糖，但二者差异不显著，N3处理还原糖显著高于N1处理，但与N2处理间差异不显著，N4处理烟叶总糖、还原糖和N3还原糖已经超出适宜范围。烟碱和总氮表现为施氮量低于52.5 kg·hm-2时，随着施氮量的增加而增加，施氮量为52.5 kg·hm-2时(N3)显著降低，之后又显著增加。N4处理烟叶烟碱、总氮仍然偏高，超出适宜范围。上部烟叶的钾含量表现为施氮量高于52.5 kg·hm-2(N3之前)时，随着施氮量的增加呈上升趋势，之后又显著下降，且N1、N2和N4之间差异不显著。氯的含量随施氮量的增加没有明显的规律。从烟叶糖/碱比、氮/碱比、钾/氯比来看，N3处理烟叶化学成分品质指标与优质烟更为接近，并且其钾/氯的比值相对较高，氯含量较低。

2.2.2 对中部烟叶(C3F)常规化学成分的影响 由表4可以看出中部叶(C3F)，各化学成分含量和上部叶有相似的变化趋势，并且除钾含量外，其它指标均低于上部叶(B2F)。和优质烟叶参照标准相比，除N4处理烟叶总糖、还原糖超出优质烟叶适宜范围，烟碱稍高外，中部烟叶较上部烟叶化学成分协调。

2.3 施氮量对烤后烟叶(C3F)中性致香成分的调控

烟叶香气是构成烟叶风格特性和质量特征的核心内容[26]。通过对烤烟中部叶(C3F)香气物质GS/MS分析，共检测出26种中性致香物质(表5)，其中棕色化合物5种、苯丙氨酸类降解产物4种、类西柏烷类降解产物1种、类胡萝卜素类降解产物15种、叶绿素降解产物1种。不同处理烤烟所含中性香气物质的种类相同，但各处理间中性致香物质含量却有所差异。

表4 不同处理烤烟化学成分/%

表5 不同处理烤烟中部烟叶(C3F)中性致香成分含量/(μg·g-1)

2.3.1 对棕色化产物含量的影响 棕色化产物对烟草香吃味质量的形成具有十分重要的作用。特别是其中的吡咯、呋喃类物质，含量虽低，但对烟叶香味的形成至关重要[27]。由表5可以看出，中部烟叶棕色化产物各类成分含量随施氮量的增加规律不一致，但其总量随着施氮量的增加，大致呈逐步增加的趋势。N3的糠醇、2-乙酰基吡咯均最高，而N4处理烟叶糠醛，2-乙酰基呋喃最高。糠醛、糠醇、2-乙酰基呋喃均以N0处理最低，5-甲基糠醛和2-乙酰基吡咯以N1处理最低。而在测定的5种棕色化产物中，各处理的糠醛含量均最高。

2.3.2 对苯丙氨酸类降解产物含量的影响 苯丙氨酸类香气物质成分对烤烟香气形成影响良好，特别是对烤烟的清香、果香贡献最大。苯甲醇和苯乙醇是烤烟挥发油中最重要的化合物，其可使烤烟烟气增添花香的香味[28]。表5表明，在(N0～N3)范围内，烟叶中苯丙氨酸类香气物质总含量随着施氮量先增加，然后又降低。在所测定的4种苯丙氨酸类香气物质中，苯甲醇、苯乙醛，苯乙醇均以N3最高，而苯甲醛以N4最高，各苯丙氨酸类降解产物含量均以N0处理最低。4种苯丙氨酸类香气物质中，各处理均以苯乙醇含量最高。

2.3.3 对类西柏烷类含量的影响 茄酮及其衍生物是类西柏烷类香气物质的主要成分，不但具有很好的香气特性，而且茄醇、茄呢呋喃、降茄二酮等降解转化产物，也是烟草中很重要的致香物质[28]。对不同处理烟叶中西柏烷类各种成分含量的测定结果(表5)表明，施氮量试验类西柏烷类香气物质也只有出茄酮一种，且茄酮含量随着施氮量的上升呈上升趋势。

2.3.4 对类胡萝卜素类含量的影响 研究表明，烟叶中类胡萝卜素类香气物质产生的香味域值虽然较低，但可以明显提高烟叶的香气质量[29]。通过对烟叶中类胡萝卜素降解产物含量的分析(表5)表明，各处理烟叶的类胡萝卜素类香气成分含量随施氮量的增加规律与苯丙氨酸类降解产物含量相似，呈先升高趋势，N3达到最高，到N4又下降的趋势。在所测定的15种类胡萝卜素类香气物质中，β-大马酮、螺岩兰草酮以N4最高，香叶基丙酮、巨豆三烯酮3、法尼基内酮以N2最高外，其它类胡萝卜素降解产物含量均以N3最高。各类胡萝卜素类香气物质中各处理巨豆三烯酮4和法尼基内酮含量最高，氧化异佛尔酮含量最低。

2.3.5 对新植二烯含量及中性致香物质总量的影响 烤烟中性致香物质中新植二烯含量最高。其与烤烟烟气的品质关系密切，主要体现在可直接转移到烟气中，并且可减轻烟气的刺激性，并增加其柔和性[30]。表5显示，新植二烯含量与中性致香物质总量均随着施氮量的增加呈现先增加(N0～N3)、后降低的趋势。香气物质总量各处理较不施氮处理分别增加了118.42，213.34，381.44，284.05 μg·g-1；增幅分别达24.74%，44.57%，79.69%，59.34%；以N3提高最多。

2.4 施氮量对烤烟经济效益的调控

由表6可见，不施氮肥处理(N0)烤烟中上等烟叶比例、均价、产量、产值均较低，施氮肥处理经济性状指标增加显著。烤烟产量随着施氮量的增加呈上升趋势，其中N3和N4处理产量显著高于其它处理，且其它处理产量也表现为随施氮量的增加而显著增加；而产值方面，以N3处理最高，其次是N4处理，并且N3处理显著高于N4处理，其它处理也表现为烤烟产值随施氮量的增加而显著性增加。烟叶的均价及中上等烟叶比例方面，均以N3处理最高，显著高于N4和N2处理，并极显著高于其它处理。说明随着施氮量的增加，烤烟的产量呈上升的趋势，而均价、中上等烟叶比例及产值在施氮量到达一定的程度N3后又呈显著下降的趋势。对烟叶氮农学利用效率统计发现，不同处理间由高到低的表现顺序为：N3>N1>N4>N2，以N3最高，达到16.17 kg·kg-1。

对不同施氮量与烤烟经济性状的相关性分析得知，施氮量与均价、中上等烟叶比例、产量、产值之间均呈显著正相关(P<0.05)，其中与产量之间的相关性系数达0.964，呈极显著相关(P<0.01)。施氮量与农学利用效率相关性不大。

3 讨 论

烤烟对氮素非常敏感，己知在所有营养元素中，氮肥对烟株生长发育和品质的影响最大[31-32]。一般认为氮素供应过高或过低都会对烟叶的产量和质量影响很大。随施氮量的增加，株高、茎围、最大叶面积表现为增加的趋势，但试验地的土壤条件不同，增加的趋势不同[33]。李雪君等[34]在河南许昌的研究表明，豫烟7号和豫烟9号两个品种在37.5 kg·hm-2氮用量水平长势较强、产值量较高，化学成分协调、经济效益和感官质量最好；在52.5 kg·hm-2氮用量水平下长势强、产量高，但中上等烟比例明显下降，经济效益和感官质量次于37.5 kg·hm-2氮用量水平。相同地点，穆文静等[35]对NC297的研究则发现30 kg·hm-2时其综合品质和经济效益最好。福建不同土壤类型相同烟草品种其最适施氮量差异也较大[17]。综合来说施用氮肥能够有效促进烤烟的生长，但随着施用量增加，对烤烟的综合效益和品质则呈现下降的趋势。在本试验的漯河舞阳植烟区，试验结果表明，施氮能够有效促进烟烤圆顶期以前的生长发育，施氮量不同影响不同。不施氮肥处理(N0)烟株相对较矮，长势较弱，生长不良，上部叶片开片较小，长度相对较短，且落黄较早，这与前人报道结果基本一致。在团棵期、旺长期和圆顶期，烟株长势以施氮量52.5 kg·hm-2的处理较好，落黄时间较适宜，施氮量过多或过少均对烟株生长和烟叶的正常落黄产生明显不利影响。

表6 不同处理烤烟经济性状

注：*在0.05水平上显著相关；**在0.01水平上显著相关。

Note: “*” means significant correlation at the 0.05 level; “**” means significant correlation at the 0.01 level.

化学成分及相应指标的比值是烟叶内在质量的重要指标。一般认为，烟气甜度和醇和度决定于水溶性总糖含量，而烟叶的生理强度和烟气浓度决定于总氮和烟碱含量[36-37]。高琴等[38]研究发现在河南平顶山烟区，施氮量为22.5 kg·hm-2使以氮代谢为主转向以碳代谢为主时间前移，而施氮量为82.5 kg·hm-2处理的硝酸还原酶活性下降时间推迟，阻碍了烟叶碳氮代谢的适时转化，不利于烟叶成熟落黄，施氮量为67.5 kg·hm-2时烤烟的各成分含量、比例协调，利于生产优质烟叶。刘亚琦等[39]在许昌烟区的研究发现不同的施氮量对烟叶中的叶绿素、可溶性蛋白质含量影响不显著，对硝酸还原酶活性影响显著，对游离氨基酸含量影响极显著；在中部烟叶逐渐成熟过程中，不同施氮量对可溶性蛋白质含量影响不显著，对硝酸还原酶活性影响显著，对叶绿素、游离氨基酸含量影响均极显著，其中以45 kg·hm-2的施氮量处理烤烟的生长品质和综合效益最优。可见不同的施氮量主要是通过影响烤烟的碳氮代谢，进一步影响碳氮代谢的产物而促使不同施用量下烤烟的化学成分发生变化，最终影响其品质的优劣。而不同土壤条件和气候条件，烤烟的不同品种对不同施氮量的响应表现出不同差异。本试验研究表明，氮水平52.5 kg·hm-2处理中、上部烟叶糖/碱比、氮/碱比较适宜，且其钾/氯比值相对较高，氯含量较低，烟叶化学成分相对较协调，达到优质烟叶标准。此外，施氮量52.5 kg·hm-2是个拐点，超过此值后，中、上部叶烟碱和总氮含量均显著增加，含钾量显著下降，对烤烟的化学成分协调性十分不利。同时看到，除不施氮肥处理外，其它施氮处理烟碱含量均较高，多数达到3.0%以上，说明上部烟叶烟碱含量较高仍然是制约当地优质烤烟生产的主要问题。

烟叶香气是评定烟叶品质的核心内容，烟叶香气质量是由多种香气成分的组成、含量、比例及相互作用所决定的，烟叶香气质量优劣可以通过分析烟叶香气物质的含量进行客观地评价[40]。本研究对烤烟中性致香成分影响结果表明，在检测出的5类26种中性致香物质成分中，棕色化合物、类西柏烷类降解产物随施氮量的增加大致呈增加的趋势，均以N4(施氮量67.5 kg·hm-2)最高。而苯丙氨酸类降解产物、类胡萝卜素类降解产物、新植二烯含量和中性致香物质的总量均以N3最高(施氮量52.5 kg·hm-2)。经相关性分析可知，施氮量与中性致香成分相关性系数为0.856，呈高度相关，但相关性不显著。说明增施氮肥，中性致香物质总量有所增加，但并非是越多越好。氮肥施用对烤烟香气含量和成分影响方面的研究较多，所得出的结果差异也较大，但也与烟叶品种、土壤类型、栽培措施和生态环境的变化有密切关系，这需要多年试验进行验证。

张扬等[13]认为施氮量低于或高于75 kg·hm-2均会降低中、上等烟叶的比例，使烤烟的均价下降。本试验研究表明，河南当地施氮量为52.5 kg·hm-2时，烤烟均价、中上等烟叶比例和产值显著较高。这与前人研究结果的有所不同，可能是由于土壤肥力条件差异造成。经相关性分析可知，氮肥施用量与烤烟均价、中上等烟叶比例、产量、产值之间均呈高度显著正相关，与产量相关性系数最大，达极显著水平。

4 结 论

烤烟对不同施氮水平的响应差异受多种因素影响，气候条件、土壤性质、烤烟品种、氮肥的类型及施用方法等都会影响到烤烟的生长及品质。在豫中漯河烟区，相对其它施氮水平，施氮量为52.5 kg·hm-2烟株长势最佳，该处理烟株的株高、叶数、最大叶等指标最高，且上部烟叶开片较好，能够适时落黄；所测定的上部叶(B2F)和中部叶(C3F)的钾含量显著高于其它处理，且上部叶氯含量最低，并明显提高了钾/氯的比值，化学成分较协调；同时，该处理烤后中部叶(C3F)香气总量最高，且其烟叶的均价、中上等烟叶比例、产量、产值等经济效益显著高于其它处理，氮肥农学利用效率也达到最高。在豫中烟区52.5 kg·hm-2可视为当地高产、优质烟叶生产的最佳施氮量。

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