水氮耦合對烤煙干物質積累及產質量的影響

王李芳,劉國順,*,張永輝,謝 強,羅定棋

(1河南農業大學煙草學院,國家煙草栽培生理生化研究基地,煙草行業煙草栽培重點實驗室,河南鄭州,450002;2四川省煙草公司瀘州市公司煙葉生產技術推廣應用中心,四川瀘州,646000)

水分和養分對作物生長的作用不是孤立的,而是相互作用相互影響[1～3]。二者是影響烤煙品質和產量的兩大主要因素,只有根據烤煙需水需肥規律,合理進行水分調控,以水調肥,促進煙葉養分的吸收,才能獲得優質適產的煙葉。前人就施氮量對煙草生長和產質量的影響做過不少研究[4～7],但對水氮耦合對烤煙干物質積累及產質量影響研究報道較少。筆者進行了不同水氮耦合對烤煙干物質積累及產質量影響的研究,以為煙區提高烤煙水肥利用效率和產量品質提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于 2009年在四川省瀘州市敘永縣麻城鄉現榜村 (東經 105.64°,北緯 27.92°)進行。 試驗田前茬作物箭舌豌豆,地勢平坦,排灌方便,供試土壤為黃壤土。土壤肥力中等,pH5.68,有機質含量為 25.4 g/kg,全氮 1.41 g/kg,堿解氮 152 mg/kg,速效磷 17.5 mg/kg,速效鉀157 mg/kg,田間持水量為27.4%。供試烤煙品種為云煙 203。

1.2 試驗設計

試驗采用兩因素裂區設計(表 1),灌水量為主區,氮肥用量為副區,共12個處理組合,3次重復。灌水在各時期干旱時進行,微噴灌溉,水量由水表控制,主區四周設寬2 m的隔離帶以防水分側滲。肥料施用量以純 N計算,共設 4個處理:N1(不施氮),N2(75 kg/hm2),N3(105 kg/hm2),N4(135 kg/hm2)。磷、鉀用量分別為105 kg/hm2,315 kg/hm2。氮肥為硝銨磷和硝酸鉀,磷肥為硝銨磷和過磷酸鈣,鉀肥為硫酸鉀和硝酸鉀。其中10%作窩肥移栽時穴施,70%的氮肥和鉀肥作基肥雙側條施,剩余 20%作追肥;磷肥全部作基肥施用。4月29日移栽,行距 130 cm,株距 45 cm,單株留葉20～22片。除水肥因素外,試驗田其它管理措施按當地優質烤煙栽培進行。

表1 試驗處理Table1 Treatments

1.3 測定項目與方法

煙苗移栽后 30 d在每取樣區選取 60株長勢基本一致的煙株掛牌標記,于 30 d后每間隔15 d取 3株沖根,然后在 105℃溫度下殺青,60℃烘干,稱取各器官干重,計算煙株干物質積累量。

所有處理的成熟煙葉按小區分別采收和烘烤,并統計烤后煙葉產量,按國家標準(GB2635-92)[8]分級,確定上、中、下等煙葉比例。各處理煙葉烘烤后選用C3F煙葉樣品粉碎過60目篩后進行化學成分分析。總氮用 H2O2-濃 H2SO4消化,半微量凱氏定氮法測定;水溶性總糖和淀粉用蒽酮比色法測定,還原糖用 DNS比色法測定;煙堿用紫外分光光度計法測定;石油醚提取物的測定采用常規方法。

1.4 統計分析

用 SPSS分析軟件進行數據的統計與分析。

2 結果與分析

2.1 水氮耦合對烤煙干物質積累的影響

干物質積累是反映植株生長發育動態的重要指標,在各種對干物質積累產生較大影響的因素中,氮素和水分顯得尤其重要。圖1可以看出,灌水量為 0(W1處理)時,干物質積累量隨著施氮量的增加而增加,W1N4>W1N3>W1N2>W1N1,W1N4干物質積累最多,W1N1最少。從圖2可以看出,灌水量為 300 m3/hm2(W2處理 )時,移栽后60 d前W2N1干物質積累比其它 3個處理少,其它 3個處理差別不大;60 d后W2N1干物質積累也比其它 3個處理少,W2N3干物質積累最多,W2N3>W2N2>W2N4>W2N1。從圖 3可以看出,灌水量為 600 m3/hm2時,30～ 45 d W3N2,W3N3,W3N4處理干物質積累情況相同,而W3N1積累量最低;45～75 d時W3N2,W3N4保持較高的干物質積累量,W3N4>W3N3>W3N2>W3N1;45～ 75 d干物質量積累情況為:W3N4>W3N3>W3N2>W3N1。從 3個圖整體來看,總灌水量為 600 m3/hm2時,各施氮水平的干物質積累量隨時間增加而增加,在第 75 d左右,W3N2積累量變為最高,W3N4變為第三,W3N3繼續保持第二的水平,而W3N1保持最低的干物質積累量。可見灌水量為600 m3/hm2時,施氮量為 75 kg/hm2或 105 kg/hm2較為理想,保持了最高的干物質積累量。

圖1 未灌水處理下煙株干物質積累量Fig.1 Dry matter accumulation of tobacco plants at the W 1treatment

圖2 灌水 300m3/hm2處理下煙株干物質積累量Fig.2 Dry matter accumulation of tobacco plants at the 300m3/hm2treatment

圖3 灌水 600m3/hm2處理下煙株干物質積累量Fig.3 Dry matter accumulation of tobacco plants at the600m3/hm2treatment

施氮量為0時,30～ 45 d,各處理干物質量積累情況相同,且變化幅度極小;45～ 60 d各處理干物質積累量增加量基本一致;60～90 d各處理干物質量積累情況是:W2N1>W3N1>W1N1。總體而言 ,在 30～ 60 d,各處理干物質積累量隨時間增加而增加,但各處理干物質積累量基本相同;在 60 d左右,各處理干物質積累量出現較為明顯的差異,其積累情況為:W2N1>W3N1>W1N1。可見在施氮量為 0時,60 d之前對烤煙生長的影響較小,但在 60 d左右,灌水量為300 m3/hm2對烤煙的干物質積累量的增加較為有利。施氮量為75 kg/hm2時,30～ 45 d,各處理干物質量積累情況相同,且變化幅度較小;45～ 75 d,各處理干物質積累量增加量情況為:W2N2>W3N2>W1N2;75～ 90 d各處理干物質量積累情況是:W2N1>W3N1>W1N1。 30 d之前灌水量的多少對烤煙生長的影響較小,但在 45 d后,灌水量為 300 m3/hm2對烤煙的干物質積累量的增加較為有利。施氮量為 105 kg/hm2時,30～ 45 d各處理干物質量積累情況相同,且變化幅度較小;45～90 d,各處理干物質積累量增加量情況為:W2N3>W3N3>W1N3;75 d左右,各處理干物質量積累趨勢發生變化。45 d之前灌水量的多少對烤煙生長的影響較小,但在45 d后灌水量為600 m3/hm2時對烤煙的干物質積累量的增加較為有利。施氮量為 135 kg/hm2時,30～ 45 d,各處理干物質量積累情況相同;45～50 d,各處理干物質積累量增加量情況為:W3N4>W2N4>W1N4;60 d左右,各處理干物質量積累趨勢發生變化,W3N4>W1N4>W2N4。可見在施氮量為135 kg/hm2時,45 d之前灌水量的多少對烤煙生長的影響較小,但在 60 d后,灌水量為 600 m3/hm2時對烤煙的干物質積累量的增加較為有利。

從不同灌水處理方面來看,移栽后 45 d以前各處理干物質積累量總體上表現出隨著灌水量增大而增大;在移栽 45 d以后除高灌水量(W3)水平下 N4處理高于中氮水平外,烤煙干物質積累量表現出以中灌水量(W2)處理較高,高灌水量 (W3)處理次之,不灌水(W1)較低,說明灌水 300 m3/hm2水平與施氮量 0～105 kg/hm2范圍內對烤煙干物質積累耦合效應大于灌水 600 m3/hm2水平與施氮量 0～ 105 m3/hm2的耦合效應。從不同施氮量來看,不灌水處理隨著施氮量的增加干物質積累量增加;中灌水量(W2)移栽后45 d前隨著灌水量的增加干物質積累量增加,45 d后先增加后減少,以N3處理最高;高灌水量(W3)除移栽后 75 d干物質積累量呈現先增加后減少的趨勢外,其它時期均隨著施氮量的增加而增加。

總體而言,W3N4干物質積累量最高達 331.50 g,W2N3次之,W1N1的干物質積累量最少,只有148.40 g。因此,只有在適宜灌水、施氮條件下干物質積累最多最快。

2.2 水氮耦合對烤后煙葉品質的影響

表2表明,不同灌水量對烤后煙葉中總糖含量的影響較小,灌水量與各施氮量耦合,總糖含量表現出W3>W2>W1,說明總糖含量在灌水量 0～ 600 m3/hm2范圍內隨灌水量的增加表現出平緩增加的趨勢。不同施氮量處理組合對烤后煙葉總糖含量的影響效應也不同。總糖含量在低灌水量(W1)、中灌水量(W2)和高灌水量(W3)情況下,隨著施氮量的增加均呈現先增加后降低的趨勢。低灌水量(W1)條件下,N2總糖含量最高,中灌水量 (W2)和高灌水量(W3)條件下,均以N3最高。

在低灌水量(W1)處理下,烤后煙葉還原糖含量隨施氮量增加而增加;中灌水量(W2)和高灌水量處理(W3)條件下,隨著施氮量的增加均呈現先增加后降低的趨勢,且均以N3處理還原糖含量最高。不同灌水量對烤后煙葉中還原糖含量的影響較小。

在灌水量 0～600 m3/hm2范圍內,烤后煙葉淀粉含量隨施氮量增加而減少,灌水量對烤后煙葉中還原糖含量影響較小。

表2 各處理的烤煙主要化學成分含量比較Table 2 Effects of water and nitrogen coupling on main chemical components of tobacco

在灌水量 0～ 600 m3/hm2范圍內,烤后煙葉煙堿含量隨施氮量增加而增加。不同灌水量對烤后煙葉中還原糖含量的影響較小,煙堿含量總體表現出 W1>W2>W3,隨灌水量增加而減少。

在灌水量 0～ 600 m3/hm2范圍內,烤后煙葉總氮含量隨施氮量增加而增加。不同灌水量,總氮含量表現出W3>W2>W1,隨灌水量增加而增加。

在灌水量 0～ 600 m3/hm2范圍內,烤后煙葉石油醚提取物含量隨施氮量先增加后下降。不同灌水量,石油醚提取物含量表現出W2>W3>W1。

通過對烤后煙葉中主要內在化學成分含量的方差分析,結果表明,總糖、還原糖、淀粉、煙堿、總氮、石油醚提取物含量的 Corrected Model統計量 (F)分別為4.760,23.340,30.379,158.396,68.046,214.750,相伴概率 (p)均小于0.05,所選模型具有統計學意義。

除灌水量×施氮量對總氮、石油醚提取物含量的p分別為 0.343,0.960,大于 0.05以外,其它對應的 p均小于0.05,這說明不同灌水量、施氮量以及二者的交互作用對總糖、還原糖、淀粉、煙堿含量均達到了顯著的影響,不同灌水量、施氮量對總氮、石油醚提取物含量的影響達到顯著水平。

灌水量、施氮量以及二者的交互作用分別對還原糖、煙堿兩個依變量貢獻的離差平方和大小順序依次為施氮量>灌水量×施氮量>灌水量;對總糖貢獻的離差平方和大小順序為灌水量×施氮量>施氮量>灌水量;對淀粉貢獻的離差平方和大小順序為施氮量>灌水量>灌水量×施氮量。灌水量、施氮量對總氮和石油醚提取物貢獻的離差平方和大小順序為施氮量>灌水量。

這說明,施氮量對還原糖和煙堿的影響>灌水量×施氮量的共同作用>灌水量的影響;灌水量×施氮量的共同作用對總糖的影響>施氮量的影響>灌水量的影響;施氮量對淀粉的影響>灌水量的影響>灌水量×施氮量的共同作用;施氮量對總氮和石油醚提取物的影響>灌水量的影響。

2.3 水氮耦合對烤煙產量、產值的影響

從表 3可以看出,隨著灌水量的增多,烤煙產量、產值和上等煙比例均增加,說明干旱抑制了經濟效應的發揮;相同的灌水處理中以N3處理產量、產值、上等煙比例較高;在 0～ 105 kg/hm2的施氮范圍內,烤煙產值隨氮肥施用量的增加而增大,但當施氮量達到 135 kg/hm2時,烤煙產值開始下降。

表3 各處理的烤煙經濟性狀比較Table 4 Effects of different treatments on economic attributes of flue-cured tobacco

灌水 600 m3/hm2(W3處理)與施氮 105 kg/hm2(N3處理)耦合上等煙比例最高,但與W2N3處理差別很小。

3 結論與討論

3.1 對干物質積累的影響

只有在適當灌水、施氮條件下,烤煙干物質積累最快。不灌水處理隨著施氮量的增加干物質積累量增加;中灌水量(300 m3/hm2)移栽后 45 d前隨著灌水量的增加干物質積累量增加,45 d后先增加后減少,以 N3處理最高;高灌水量(600 m3/hm2)除移栽后75 d干物質積累量呈現先增加后減少的趨勢外,其它時期均隨著施氮量的增加而增加。W3N4和W2N3處理干物質積累量最大。

3.2 對煙葉品質的影響

(1)通過對烤后煙葉中主要化學成分含量的方差分析,結果表明,不同灌水量、施氮量以及二者的交互作用對總糖、還原糖、淀粉、煙堿含量均達到了顯著的影響,不同灌水量、施氮量對總氮、石油醚提取物含量的影響達到顯著水平。施氮量對還原糖和煙堿的影響>灌水量×施氮量的共同作用>灌水量的影響;灌水量×施氮量的共同作用對總糖的影響>施氮量的影響>灌水量的影響;施氮量對淀粉的影響>灌水量的影響>灌水量×施氮量的共同作用;施氮量對總氮和石油醚提取物的影響>灌水量的影響。

(2)在適宜范圍內煙葉中糖含量越高,煙葉品質越好[9]。試驗表明,在灌水量為 300和 600 m3/hm2時,施氮量為 105 kg/hm2時最有利于水溶性總糖和還原糖積累。

(3)淀粉是煙草中的多糖類碳水化合物,煙葉中淀粉含量與煙草制品品質密切相關,影響著煙葉的評吸質量。試驗表明,在一定范圍內,灌水量(0～ 300m3/hm2)越大淀粉含量越低,在灌水量一定的條件下,淀粉含量隨著施氮量(0～ 135 kg/hm2)增加而降低。

(4)煙堿是烤煙中最重要的化學成分之一,其含量直接決定煙葉的內在品質、安全性和可用性[10～12]。試驗表明,施氮量增加直接造成煙堿含量增加,灌水量可以在一定范圍內降低烤后煙葉煙堿含量,提高煙葉品質。烤后煙葉總氮含量隨施氮量增加而增加,隨灌水量增加而增加。

(5)石油醚提取物在煙葉中的含量是評價烤煙質量優劣的重要指標之一[13]。在灌水量一定的條件下,烤后煙葉石油醚提取物含量隨施氮量先增加后下降。

3.3 對產量、產值的影響

試驗表明,隨著灌水量的增多,烤煙產量、產值和上等煙比例均增加,說明干旱抑制了經濟效應的發揮。灌水量 300 m3/hm2(W2處理)和施氮 105 kg/hm2(N3處理)能夠滿足烤煙生長發育的需求,而且能夠實現優質豐產。

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