施氮調控豫中煙區烤煙品質及經濟效益研究

邢云霞，劉世亮，朱金峰，劉 芳，姜桂英，杜 君，化黨領，王代長

(1.河南農業大學資源與環境學院, 河南 鄭州 450002; 2.河南省煙草公司三門峽市公司, 河南 三門峽 472000;3.河南省煙草公司漯河市公司, 河南 漯河 462000; 4.河南省農業科學院, 河南 鄭州 450002)

國際上競爭激烈的煙草生產及吸煙與健康問題的提出，對煙草品質提出了更高的要求，發展優質煙葉無論是對煙農還是對卷煙工業都是十分重要的。河南省是我國濃香型烤煙種植的典型區域，煙葉風格顯著，香氣量足，香氣質好，煙葉配伍性強。但近年來，河南產區普遍施肥量過高尤其是施氮量過高，造成煙葉品質下降，濃香型煙葉風格退化嚴重，因此研究烤煙需肥規律，確定適宜的施氮量已迫在眉睫。在影響烤煙產量和品質的諸多因素中，施肥是調控煙葉產量和質量的核心[1-2]。大量試驗研究表明，煙草對氮素營養非常敏感，氮素供應量對烤煙的產量與品質影響極大。有研究發現[3-4]，在磷、鉀肥相同的條件下，施氮水平的提高能夠提高團棵期煙株生長速度，且株高、葉片數、最大葉面積隨施氮水平的提高而增加，葉片增長、寬度增加。平頂期煙株的農藝性狀與施氮量呈正相關，且隨施氮量增加，煙株生長期延長，成熟期延遲，會造成煙株貪青晚熟，形成“黑爆煙”；施氮量較低時，則煙株生長緩慢，上部葉成熟較早，煙株有嚴重脫肥現象，造成葉片退黃嚴重，烤后葉片薄而輕，煙葉品質下降明顯[5-7]。氮肥施用量的多少與烤煙田間生長密切關聯，只有在適宜的氮肥供應條件下，煙株才能正常生長發育，生產出化學成分較協調的優質煙葉。除了對煙草農藝性狀有顯著影響外，氮肥施用量對烤后煙葉化學組成和致香成份影響也極其顯著[8]。研究表明，在合適施氮量條件下，煙葉中性致香物質總量較高[9]，而不同的致香物質對施氮量的響應表現不同，施氮量增加，其表現或呈增加的趨勢，或呈減少的趨勢，或先增加再減少，或先減少再增加[8,10-12]。同時，烤煙的產量和品質也直接影響煙葉的可用性和經濟效益。張揚等[13]以中煙100為供試品種，研究認為施氮量低于或高于75 kg·hm-2都會降低中、上等煙葉的比例，使烤煙的均價下降；結合生產實踐，從煙葉的可用性和經濟效益綜合考慮，中煙100獲得優質和適宜產量的施氮量以75 kg·hm-2最佳。實際生產中，煙草對氮肥的反應受施氮量、肥料類型、施肥時期、基追肥比例、土壤類型、土壤殘留氮和土壤礦化氮供應、氣候變化等因素的影響[14-15]。不同煙區、不同土壤類型、不同煙草品種等對氮素不同水平的響應差異較大，總體呈現南多北少的趨勢[16-19]，但也有例外[20]。前人在氮素對烤煙的影響方面研究較多，但多集中在南方煙區，對于濃香型烤煙的主產區，豫中煙區的最佳施氮量問題隨著時間和環境的變化仍需進一步精準確定。本研究以豫中煙區舞陽縣為例，探討了不同施氮量對烤煙產量及品質的影響，并進行了與經濟效益之間的相關性研究，以期為當地高產、優質煙葉生產提供理論依據和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試驗設計

試驗于2012年在河南省舞陽縣保和鄉宗堂村(北緯33°24′～33°59′，東經113°27′～114°16′)進行。試驗地土壤類型為黃褐土，質地為中壤，基本理化性狀為：pH值6.3，有機質14.3 g·kg-1，速效氮106.1 mg·kg-1，速效磷(P2O5) 16.8 mg·kg-1，速效鉀(K2O) 152.2 mg·kg-1。根據當地生產實踐，設5個不同施氮量處理，分別為N0(不施氮肥處理)、N1(純氮用量為22.5 kg·hm-2)、N2(純氮用量為37.5 kg·hm-2)、N3(純氮用量為52.5 kg·hm-2)、N4(純氮用量為67.5 kg·hm-2)，每個處理3次重復。各處理磷鉀施用量相同，P2O5和K2O分別為52.5 kg·hm-2和183.75 kg·hm-2。氮肥選用硝酸銨和硝酸鉀，磷肥使用過磷酸鈣，用硫酸鉀調節施鉀量。每個處理的施肥量見表1。

施肥方式為：42%的N素(硝酸銨提供)，普鈣、硫酸鉀作基肥，在移栽前采用單行條施后起壟20 cm覆蓋的方式施入。28%的N素(硝酸銨提供)在移栽時作為窩肥與土壤混合均勻施入，全部用硝酸鉀(同時提供30%的N素)作追肥，用水溶解后在團棵期定株澆施煙株周圍半徑10 cm土壤中，并覆土。

煙苗于2012年5月6日進行移栽，按1.22 m的行距和0.50 m的株距進行種植，并在2012年9月9日采收完畢。每個小區栽165株煙(16 500 株·hm-2)，小區周邊設2行保護行，管理方式按當地優質烤煙規范化栽培管理方法進行。

表1 不同施氮量處理大田施肥量/(kg·hm-2)

1.2 樣品的采集與測定

分別在團棵期、旺長期和圓頂期調查各處理煙株的生長與發育情況，測定株高、葉數、莖圍、最大葉長和葉寬等煙株農藝性狀。

成熟期時煙葉以小區為單位進行掛牌采收，采用三段式烘烤工藝烘烤調制，并按烤煙42級國標標準進行分級[21]，并分別計算各小區產量、產值。分別選取各處理上部葉(B2F)和中部葉(C3F)樣品，60℃烘干至恒重，粉碎，過0.2 mm篩，供煙葉常規化學成分和香氣物質分析使用。

煙葉總糖、還原糖、煙堿、總氮、鉀、氯等常規化學成分按照王瑞新等[22]的方法測定；香氣物質在國家煙草栽培生理生化研究基地采用固相微萃取頂空取樣和氣相色譜-質譜法(GC-MS)分析，具體操作參照文獻[23]進行。

1.3 數據分析

采用Excel 2013和DPS 7.05版軟件進行數據處理和統計分析。其中相關系數|r|≥0.8，視為高度相關；0.5≤|r|<0.8，視為中度相關；0.3≤|r|<0.5，視為弱相關[24]。

氮肥農學效率(kg·kg-1)=(施肥作物產量—不施氮肥作物產量)/施氮量

2 結果與分析

2.1 施氮量對烤煙農藝性狀的調控

由表2可見，N0處理煙株相對較矮，長勢較弱，生長不良，上部葉片開片較小，長度相對較短。與其相比，施氮量在N1～N3(22.5～52.5 kg·hm-2)范圍內，團棵期煙株株高、葉片數、最大葉長和寬均顯著增加，且有隨施氮量的增加而增高的趨勢。施氮量在N3～N4(52.5～67.5 kg·hm-2)范圍內，團棵期最大葉長和寬有所增加，株高和葉數呈不顯著下降趨勢；旺長期株高和葉數有所增加但差異不顯著(P<0.05)。團棵期，各氮肥處理間葉數差異不顯著，但顯著高于不施氮肥處理。旺長期煙株農藝性狀指標隨著施氮量的增加，總體上呈顯著上升的趨勢，但是施氮量超過N3(52.5 kg·hm-2)最大葉長和寬有所減少。從煙株的生長勢上看，隨著施氮量的增加，長勢加快。

由表3可以看出，不施氮肥處理(N0)的煙株由于肥力供應不足生長不良，落黃較早，植株較施氮處理低6.9～29.1 cm，可采收煙葉數減少2.6～4.6片。與不施氮肥處理(N0)相比，各施氮量處理農藝性狀均顯著增加。圓頂期煙株株高、莖圍、頁數、葉片長和寬隨施氮量的增加呈上升的趨勢，株高和下部葉長和寬分別在N3處達到最大。其它指標均在N4處達到最大，但增加不明顯。就落黃情況來看，N0～N2(0～37.5 kg·hm-2)處理煙葉落黃較早，N3(52.5 kg·hm-2)及N4處理煙株落黃減慢。

表2 不同施氮量處理烤煙團棵期與旺長期農藝性狀

注：同列數字標注不同字母表示差異顯著(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 不同處理烤煙圓頂期農藝性狀

2.2 施氮量對烤煙化學成分的調控

化學成分及其比值是煙葉香吃味的內在反映，是評價煙葉質量的重要指標[20]。一般認為，優質煙葉評價標準一般是總糖含量達到18%～22%、還原糖含量達到16%～18%，總氮含量在1.5%～3.5%范圍內，煙堿含量在1.5%～3.5%范圍內，含鉀量在1.5%以上，氯含量低于1%，糖/堿比值8～10，氮/堿比值接近于1，鉀/氯比值≥4[25]。

2.2.1 對上部煙葉(B2F)常規化學成分的影響 烤后煙葉的內在化學成分的分析結果表明(見表4)，不施氮處理(N0)上部葉(B2F)總糖和還原糖含量均較低，低于優質煙葉適宜范圍。N2處理煙葉總糖略低于N1處理煙葉總糖，但二者差異不顯著，N3處理還原糖顯著高于N1處理，但與N2處理間差異不顯著，N4處理煙葉總糖、還原糖和N3還原糖已經超出適宜范圍。煙堿和總氮表現為施氮量低于52.5 kg·hm-2時，隨著施氮量的增加而增加，施氮量為52.5 kg·hm-2時(N3)顯著降低，之后又顯著增加。N4處理煙葉煙堿、總氮仍然偏高，超出適宜范圍。上部煙葉的鉀含量表現為施氮量高于52.5 kg·hm-2(N3之前)時，隨著施氮量的增加呈上升趨勢，之后又顯著下降，且N1、N2和N4之間差異不顯著。氯的含量隨施氮量的增加沒有明顯的規律。從煙葉糖/堿比、氮/堿比、鉀/氯比來看，N3處理煙葉化學成分品質指標與優質煙更為接近，并且其鉀/氯的比值相對較高，氯含量較低。

2.2.2 對中部煙葉(C3F)常規化學成分的影響 由表4可以看出中部葉(C3F)，各化學成分含量和上部葉有相似的變化趨勢，并且除鉀含量外，其它指標均低于上部葉(B2F)。和優質煙葉參照標準相比，除N4處理煙葉總糖、還原糖超出優質煙葉適宜范圍，煙堿稍高外，中部煙葉較上部煙葉化學成分協調。

2.3 施氮量對烤后煙葉(C3F)中性致香成分的調控

煙葉香氣是構成煙葉風格特性和質量特征的核心內容[26]。通過對烤煙中部葉(C3F)香氣物質GS/MS分析，共檢測出26種中性致香物質(表5)，其中棕色化合物5種、苯丙氨酸類降解產物4種、類西柏烷類降解產物1種、類胡蘿卜素類降解產物15種、葉綠素降解產物1種。不同處理烤煙所含中性香氣物質的種類相同，但各處理間中性致香物質含量卻有所差異。

表4 不同處理烤煙化學成分/%

表5 不同處理烤煙中部煙葉(C3F)中性致香成分含量/(μg·g-1)

2.3.1 對棕色化產物含量的影響 棕色化產物對煙草香吃味質量的形成具有十分重要的作用。特別是其中的吡咯、呋喃類物質，含量雖低，但對煙葉香味的形成至關重要[27]。由表5可以看出，中部煙葉棕色化產物各類成分含量隨施氮量的增加規律不一致，但其總量隨著施氮量的增加，大致呈逐步增加的趨勢。N3的糠醇、2-乙酰基吡咯均最高，而N4處理煙葉糠醛，2-乙酰基呋喃最高。糠醛、糠醇、2-乙酰基呋喃均以N0處理最低，5-甲基糠醛和2-乙酰基吡咯以N1處理最低。而在測定的5種棕色化產物中，各處理的糠醛含量均最高。

2.3.2 對苯丙氨酸類降解產物含量的影響 苯丙氨酸類香氣物質成分對烤煙香氣形成影響良好，特別是對烤煙的清香、果香貢獻最大。苯甲醇和苯乙醇是烤煙揮發油中最重要的化合物，其可使烤煙煙氣增添花香的香味[28]。表5表明，在(N0～N3)范圍內，煙葉中苯丙氨酸類香氣物質總含量隨著施氮量先增加，然后又降低。在所測定的4種苯丙氨酸類香氣物質中，苯甲醇、苯乙醛，苯乙醇均以N3最高，而苯甲醛以N4最高，各苯丙氨酸類降解產物含量均以N0處理最低。4種苯丙氨酸類香氣物質中，各處理均以苯乙醇含量最高。

2.3.3 對類西柏烷類含量的影響 茄酮及其衍生物是類西柏烷類香氣物質的主要成分，不但具有很好的香氣特性，而且茄醇、茄呢呋喃、降茄二酮等降解轉化產物，也是煙草中很重要的致香物質[28]。對不同處理煙葉中西柏烷類各種成分含量的測定結果(表5)表明，施氮量試驗類西柏烷類香氣物質也只有出茄酮一種，且茄酮含量隨著施氮量的上升呈上升趨勢。

2.3.4 對類胡蘿卜素類含量的影響 研究表明，煙葉中類胡蘿卜素類香氣物質產生的香味域值雖然較低，但可以明顯提高煙葉的香氣質量[29]。通過對煙葉中類胡蘿卜素降解產物含量的分析(表5)表明，各處理煙葉的類胡蘿卜素類香氣成分含量隨施氮量的增加規律與苯丙氨酸類降解產物含量相似，呈先升高趨勢，N3達到最高，到N4又下降的趨勢。在所測定的15種類胡蘿卜素類香氣物質中，β-大馬酮、螺巖蘭草酮以N4最高，香葉基丙酮、巨豆三烯酮3、法尼基內酮以N2最高外，其它類胡蘿卜素降解產物含量均以N3最高。各類胡蘿卜素類香氣物質中各處理巨豆三烯酮4和法尼基內酮含量最高，氧化異佛爾酮含量最低。

2.3.5 對新植二烯含量及中性致香物質總量的影響 烤煙中性致香物質中新植二烯含量最高。其與烤煙煙氣的品質關系密切，主要體現在可直接轉移到煙氣中，并且可減輕煙氣的刺激性，并增加其柔和性[30]。表5顯示，新植二烯含量與中性致香物質總量均隨著施氮量的增加呈現先增加(N0～N3)、后降低的趨勢。香氣物質總量各處理較不施氮處理分別增加了118.42，213.34，381.44，284.05 μg·g-1；增幅分別達24.74%，44.57%，79.69%，59.34%；以N3提高最多。

2.4 施氮量對烤煙經濟效益的調控

由表6可見，不施氮肥處理(N0)烤煙中上等煙葉比例、均價、產量、產值均較低，施氮肥處理經濟性狀指標增加顯著。烤煙產量隨著施氮量的增加呈上升趨勢，其中N3和N4處理產量顯著高于其它處理，且其它處理產量也表現為隨施氮量的增加而顯著增加；而產值方面，以N3處理最高，其次是N4處理，并且N3處理顯著高于N4處理，其它處理也表現為烤煙產值隨施氮量的增加而顯著性增加。煙葉的均價及中上等煙葉比例方面，均以N3處理最高，顯著高于N4和N2處理，并極顯著高于其它處理。說明隨著施氮量的增加，烤煙的產量呈上升的趨勢，而均價、中上等煙葉比例及產值在施氮量到達一定的程度N3后又呈顯著下降的趨勢。對煙葉氮農學利用效率統計發現，不同處理間由高到低的表現順序為：N3>N1>N4>N2，以N3最高，達到16.17 kg·kg-1。

對不同施氮量與烤煙經濟性狀的相關性分析得知，施氮量與均價、中上等煙葉比例、產量、產值之間均呈顯著正相關(P<0.05)，其中與產量之間的相關性系數達0.964，呈極顯著相關(P<0.01)。施氮量與農學利用效率相關性不大。

3 討 論

烤煙對氮素非常敏感，己知在所有營養元素中，氮肥對煙株生長發育和品質的影響最大[31-32]。一般認為氮素供應過高或過低都會對煙葉的產量和質量影響很大。隨施氮量的增加，株高、莖圍、最大葉面積表現為增加的趨勢，但試驗地的土壤條件不同，增加的趨勢不同[33]。李雪君等[34]在河南許昌的研究表明，豫煙7號和豫煙9號兩個品種在37.5 kg·hm-2氮用量水平長勢較強、產值量較高，化學成分協調、經濟效益和感官質量最好；在52.5 kg·hm-2氮用量水平下長勢強、產量高，但中上等煙比例明顯下降，經濟效益和感官質量次于37.5 kg·hm-2氮用量水平。相同地點，穆文靜等[35]對NC297的研究則發現30 kg·hm-2時其綜合品質和經濟效益最好。福建不同土壤類型相同煙草品種其最適施氮量差異也較大[17]。綜合來說施用氮肥能夠有效促進烤煙的生長，但隨著施用量增加，對烤煙的綜合效益和品質則呈現下降的趨勢。在本試驗的漯河舞陽植煙區，試驗結果表明，施氮能夠有效促進煙烤圓頂期以前的生長發育，施氮量不同影響不同。不施氮肥處理(N0)煙株相對較矮，長勢較弱，生長不良，上部葉片開片較小，長度相對較短，且落黃較早，這與前人報道結果基本一致。在團棵期、旺長期和圓頂期，煙株長勢以施氮量52.5 kg·hm-2的處理較好，落黃時間較適宜，施氮量過多或過少均對煙株生長和煙葉的正常落黃產生明顯不利影響。

表6 不同處理烤煙經濟性狀

注：*在0.05水平上顯著相關；**在0.01水平上顯著相關。

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

化學成分及相應指標的比值是煙葉內在質量的重要指標。一般認為，煙氣甜度和醇和度決定于水溶性總糖含量，而煙葉的生理強度和煙氣濃度決定于總氮和煙堿含量[36-37]。高琴等[38]研究發現在河南平頂山煙區，施氮量為22.5 kg·hm-2使以氮代謝為主轉向以碳代謝為主時間前移，而施氮量為82.5 kg·hm-2處理的硝酸還原酶活性下降時間推遲，阻礙了煙葉碳氮代謝的適時轉化，不利于煙葉成熟落黃，施氮量為67.5 kg·hm-2時烤煙的各成分含量、比例協調，利于生產優質煙葉。劉亞琦等[39]在許昌煙區的研究發現不同的施氮量對煙葉中的葉綠素、可溶性蛋白質含量影響不顯著，對硝酸還原酶活性影響顯著，對游離氨基酸含量影響極顯著；在中部煙葉逐漸成熟過程中，不同施氮量對可溶性蛋白質含量影響不顯著，對硝酸還原酶活性影響顯著，對葉綠素、游離氨基酸含量影響均極顯著，其中以45 kg·hm-2的施氮量處理烤煙的生長品質和綜合效益最優。可見不同的施氮量主要是通過影響烤煙的碳氮代謝，進一步影響碳氮代謝的產物而促使不同施用量下烤煙的化學成分發生變化，最終影響其品質的優劣。而不同土壤條件和氣候條件，烤煙的不同品種對不同施氮量的響應表現出不同差異。本試驗研究表明，氮水平52.5 kg·hm-2處理中、上部煙葉糖/堿比、氮/堿比較適宜，且其鉀/氯比值相對較高，氯含量較低，煙葉化學成分相對較協調，達到優質煙葉標準。此外，施氮量52.5 kg·hm-2是個拐點，超過此值后，中、上部葉煙堿和總氮含量均顯著增加，含鉀量顯著下降，對烤煙的化學成分協調性十分不利。同時看到，除不施氮肥處理外，其它施氮處理煙堿含量均較高，多數達到3.0%以上，說明上部煙葉煙堿含量較高仍然是制約當地優質烤煙生產的主要問題。

煙葉香氣是評定煙葉品質的核心內容，煙葉香氣質量是由多種香氣成分的組成、含量、比例及相互作用所決定的，煙葉香氣質量優劣可以通過分析煙葉香氣物質的含量進行客觀地評價[40]。本研究對烤煙中性致香成分影響結果表明，在檢測出的5類26種中性致香物質成分中，棕色化合物、類西柏烷類降解產物隨施氮量的增加大致呈增加的趨勢，均以N4(施氮量67.5 kg·hm-2)最高。而苯丙氨酸類降解產物、類胡蘿卜素類降解產物、新植二烯含量和中性致香物質的總量均以N3最高(施氮量52.5 kg·hm-2)。經相關性分析可知，施氮量與中性致香成分相關性系數為0.856，呈高度相關，但相關性不顯著。說明增施氮肥，中性致香物質總量有所增加，但并非是越多越好。氮肥施用對烤煙香氣含量和成分影響方面的研究較多，所得出的結果差異也較大，但也與煙葉品種、土壤類型、栽培措施和生態環境的變化有密切關系，這需要多年試驗進行驗證。

張揚等[13]認為施氮量低于或高于75 kg·hm-2均會降低中、上等煙葉的比例，使烤煙的均價下降。本試驗研究表明，河南當地施氮量為52.5 kg·hm-2時，烤煙均價、中上等煙葉比例和產值顯著較高。這與前人研究結果的有所不同，可能是由于土壤肥力條件差異造成。經相關性分析可知，氮肥施用量與烤煙均價、中上等煙葉比例、產量、產值之間均呈高度顯著正相關，與產量相關性系數最大，達極顯著水平。

4 結 論

烤煙對不同施氮水平的響應差異受多種因素影響，氣候條件、土壤性質、烤煙品種、氮肥的類型及施用方法等都會影響到烤煙的生長及品質。在豫中漯河煙區，相對其它施氮水平，施氮量為52.5 kg·hm-2煙株長勢最佳，該處理煙株的株高、葉數、最大葉等指標最高，且上部煙葉開片較好，能夠適時落黃；所測定的上部葉(B2F)和中部葉(C3F)的鉀含量顯著高于其它處理，且上部葉氯含量最低，并明顯提高了鉀/氯的比值，化學成分較協調；同時，該處理烤后中部葉(C3F)香氣總量最高，且其煙葉的均價、中上等煙葉比例、產量、產值等經濟效益顯著高于其它處理，氮肥農學利用效率也達到最高。在豫中煙區52.5 kg·hm-2可視為當地高產、優質煙葉生產的最佳施氮量。

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