豫中煙區(qū)水肥一體化條件下烤煙臨界氮濃度稀釋曲線與氮素營養(yǎng)診斷研究

周方，席奇亮，張思琦，何佳，劉高霞，薛剛，徐世曉，楊鐵釗

河南農(nóng)業(yè)大學煙草學院，鄭州文化路95號 450002

氮素是烤煙生長不可或缺的營養(yǎng)元素之一，也是優(yōu)質(zhì)烤煙品質(zhì)改良和產(chǎn)量提升的重要限制因素之一。氮肥的施用量對煙株形態(tài)建成、葉片大小、生長速度及有機物質(zhì)積累等有較大的影響；同時，氮素是核酸、蛋白質(zhì)、葉綠素、磷脂以及煙堿的重要成分，蛋白質(zhì)和煙堿對烤后煙葉的香吃味、刺激性以及生理強度均有重要作用[1]。適宜的施氮量是提高烤煙產(chǎn)量和品質(zhì)的關鍵，氮肥用量過高，則煙株徒長、成熟期延遲，調(diào)制后煙葉組織粗糙疏松、表面油分少、含糖量明顯下降，評吸時伴有青雜氣且吃味辛辣、刺激性強、香氣質(zhì)差且香氣量不足；氮肥施用量不足，則煙株生長緩慢、調(diào)制后葉片薄而輕、內(nèi)在化學成分不協(xié)調(diào)、煙葉質(zhì)量不佳[2]。因此確定烤煙在不同生育時期適宜的氮肥施用量，對烤煙產(chǎn)質(zhì)量、氮肥利用率的提高均具有重要的意義。

臨界氮濃度指的是植物在一定的生長時期內(nèi)獲得最大生物量時的最小氮濃度值，可用于診斷作物氮素營養(yǎng)狀況，確立作物臨界氮濃度值是進行作物氮素營養(yǎng)診斷的基本方法之一[3]，基于臨界氮濃度的氮素營養(yǎng)診斷方法通常以作物的葉柄、葉片和莖或植物體整株的氮濃度為基礎。Greenwood等[4]建立了C3（N=5.17W-0.5）和C4（N=4.11W-0.5）作物的臨界氮濃度與地上部干物質(zhì)間的通用模型；Lemaire[5]等對上述模型進行了修正。國外學者針對不同的作物開展了相關的試驗研究，并且已經(jīng)成功的應用在小麥[6]、玉米[7]、高粱[8]、馬鈴薯[9-10]、冬油菜[11]、向日葵[12]等作物上。作物臨界氮濃度的研究在國內(nèi)起步較晚，馬露露等[13]通過2年試驗研究建立了新疆干旱區(qū)滴灌棉花的臨界氮濃度稀釋曲線（Nc=3.91W-0.24）和氮素營養(yǎng)指數(shù)模型，分析得到了該地區(qū)滴灌棉花的適宜施氮量在240～360 kg/hm2之間；王新等[3]構建了滴灌番茄地上部生物量的臨界氮濃度稀釋曲線模型，分析得到了新疆北疆番茄的最佳施氮量為300 kg/hm2；楊慧等[14]研究了在不同水氮條件處理下的番茄的地上部生物量、氮濃度及氮素累積隨生育期進程的動態(tài)變化，構建了不同水分條件下番茄的臨界氮濃度稀釋曲線模型；李正鵬等[15]通過8年的大田試驗，構建了關中平原玉米地上部生物量的臨界氮濃度稀釋曲線模型，該模型能夠很好地對該區(qū)玉米植株的氮素營養(yǎng)進行診斷；強生才等[16]以冬小麥葉片干物質(zhì)為基礎，構建了陜西關中平原冬小麥的臨界氮稀釋曲線模型，用來指導冬小麥科學合理施用氮肥；梁效貴等[17]建立了華北地區(qū)夏玉米臨界氮稀釋曲線（Nc=34.914W-0.4134）及氮素營養(yǎng)指數(shù)模型，結果表明臨界氮濃度稀釋曲線可以預測該地區(qū)玉米臨界氮含量，氮營養(yǎng)指數(shù)模型可以指導該地區(qū)玉米施肥。王維等[18]利用葉綠素測定儀測定SPAD值作為烤煙氮素營養(yǎng)診斷的指標，結果表明SPAD在40.5～43范圍之間（氮肥施用量為75～110 kg/hm2）時，煙葉的產(chǎn)量、產(chǎn)值較高，煙葉化學成分較為協(xié)調(diào)。

水肥一體化技術是一項農(nóng)業(yè)新技術，即將灌溉與施肥結合在一起對植株進行施肥。國內(nèi)外學者關于水肥一體化滴灌方式下的作物生長與產(chǎn)質(zhì)量、養(yǎng)分運移與分配等[19]方面開展了大量研究。但是在水肥一體化的滴灌條件下，對烤煙大田生育時期的需氮量動態(tài)變化及其臨界氮濃度模型研究較少，以烤煙葉片臨界氮濃度建立烤煙氮素吸收（Nuptc）及氮素營養(yǎng)指數(shù)模型（NNI）來診斷烤煙氮素營養(yǎng)狀況的研究鮮有報道，本研究以不同氮素水平下烤煙葉片的氮濃度為切入點，通過2年田間試驗，建立了水肥一體化條件下的烤煙臨界氮濃度和氮素營養(yǎng)指數(shù)模型，以期為水肥一體化條件下烤煙氮素營養(yǎng)狀況的診斷和氮肥的合理施用提供理論依據(jù)和技術支持。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

田間試驗分別于2016、2017年4—10月在河南省許昌市襄城縣王洛鎮(zhèn)（33°97′N，113°49′E）進行，供試烤煙品種為豫煙10號。該區(qū)屬于北暖溫帶大陸性季風氣候區(qū)，年平均氣溫為14.7℃，年平均降水量為579 mm（主要在分布于7－9月）。試驗地土壤為黃褐土，前茬作物為烤煙。土壤基礎肥力指標為見表1。

表1 不同年份試驗小區(qū)土壤營養(yǎng)水平Tab.1 Soil nutrient levels of experimental plots in two years

1.2 試驗設計

2年試驗均設置6個處理，分別為N0（0 kg/hm2）、N1（15 kg/hm2）、N2（30 kg/hm2）、N3（45 kg/hm2）、N4（60 kg/hm2）和N5（75 kg/hm2）6個氮素水平，采用完全隨機區(qū)組試驗設計，每個處理設置3次重復，小區(qū)面積均為667 m2，每個小區(qū)種植1000株，行株距為1.1 m×0.55 m，四周設保護行。2016年4月27日移栽，2017年4月30日移栽；各處理除施肥方案不同外，其他管理措施按當?shù)貎?yōu)質(zhì)烤煙生產(chǎn)技術規(guī)范要求進行。

2年田間試驗各處理的具體施肥方案如下：所有處理在大田起壟時僅條施芝麻餅肥（含氮量4%）300 kg/hm2作基肥，后期追肥使用本課題組研制的煙草專用液體套餐肥，其中包括煙草專用還苗生根肥、旺長肥、成熟落黃肥，根據(jù)各處理氮肥施用量不同配制液體肥料，各處理除氮含量不同外，液體肥料其它添加物質(zhì)均保持一致。根據(jù)烤煙不同時期需水需肥規(guī)律將肥料分6次滴施入煙株根部，各個處理在烤煙全生育期總施磷、鉀量和灌水量都保持一致，全生育期磷（P2O5）、鉀（K2O）施入量分別為17.1 kg/hm2、135 kg/hm2。

試驗水源由當?shù)責熕涮坠こ绦藿ǖ臋C井提供，施肥灌溉首部系統(tǒng)采用移動式施肥灌溉一體機（由汽油機水泵、過濾器、施肥桶、空氣閥等部件構成），管網(wǎng)系統(tǒng)由主管道（PE材質(zhì)，直徑63 mm）連接貼片式滴管帶（PE材質(zhì)，直徑16 mm，滴頭間距30 cm，滴頭流量2.5～3 L/h）組成。全部大田生長生育期共進行8次灌溉，其中6次與施肥同時進行，每次灌水定額為140 m3/hm2。

1.3 樣品的采集與測定

1.3.1 樣品的采集

試驗選取煙株移栽后20 d、30 d、40 d、50 d、60 d、70 d、80 d、90 d、100 d、110 d、120 d進行破壞性取樣，每個處理分別取長勢一致的煙株3株。將每株煙葉片摘下擦干凈單獨放置，于105℃殺青30 min，65℃烘干至恒重，記錄各取樣時期的葉片干重，最后用碾子將樣品磨碎過60目篩。

1.3.2 測定項目與方法

1.3.2.1 葉片氮濃度測定

各處理煙株烘干樣品總氮含量的測定采用半微量凱氏定氮法[20]。

1.3.2.2 煙葉產(chǎn)量計算

烤煙成熟期取未采樣的1/2小區(qū)進行測產(chǎn)，單打單收記錄各小區(qū)烤后煙產(chǎn)量，3個小區(qū)實測產(chǎn)量的平均值作為最終產(chǎn)量。

1.4 模型描述

1.4.1 構建臨界氮濃度稀釋曲線模型

構建基于葉片干物質(zhì)的臨界氮濃度稀釋曲線時首先需要確定關鍵數(shù)據(jù)點。根據(jù)1994年Justes等[21]所定義的在某一地上部生物量下既不限制作物生長又不存在奢侈吸收的植株臨界氮濃度及計算方法，綜合薛曉萍[22]、梁效貴[17]等關于棉花、夏玉米臨界氮濃度稀釋曲線模型的建模思路。本研究臨界氮濃度稀釋曲線模型的構建方法如下：

1）對比分析不同氮素水平下每次取樣葉片干物質(zhì)積累量及相對應的烤煙葉片氮濃度值，通過方差分析對作物生長受氮素營養(yǎng)限制與否的氮素水平進行分類；2）對于施氮量不能滿足作物生長需求的施氮水平，其葉片干物質(zhì)積累量與氮濃度值間的關系以曲線擬合；3）對于作物生長不受氮素影響的施氮水平，其葉片干物質(zhì)積累量的平均值用以代表最大干物質(zhì)。4）每次取樣日的理論臨界氮濃度由上述曲線與以最大干物質(zhì)為橫坐標的垂線的交點的縱坐標決定。

依據(jù) Lemaire 和Salette 等[23]1984年提出的臨界氮濃度與地上部生物量關系的方程式，構建了烤煙臨界氮濃度稀釋曲線模型為：

式中，Nc為烤煙的臨界氮濃度值；ac為烤煙葉片干物質(zhì)量達到1 t/hm2時，煙株的臨界氮濃度值；LDWmax為烤煙葉片干物質(zhì)最大積累量，單位為t/hm2；b為決定臨界氮濃度稀釋曲線斜率的參數(shù)。

建立的烤煙臨界氮濃度稀釋曲線模型中，若烤煙氮素含量在曲線以上，說明氮肥施用過多，煙株不能完全吸收，土壤中有氮素殘留；若烤煙氮素含量在曲線以下，說明此時氮肥施用不足，煙株的生長發(fā)育受到一定程度的抑制，產(chǎn)質(zhì)量會受到一定程度的影響；當烤煙氮素含量與曲線保持基本一致時，則此時氮素施用量是較為適宜的。

1.4.2 氮素吸收模型的構建

烤煙葉片氮吸收量（Nupt，kg/hm2）與葉片干物質(zhì)最大積累量（LDWmax，t/hm2）之間的關系可用公式（2）表示：

將（1）式帶入（2）式中，得到烤煙臨界氮素吸收模型，即烤煙氮累積量與葉片干物質(zhì)累積量之間的異速生長模型：

式中，Nuptc為烤煙的臨界氮素吸收量，其單位為kg/hm2；指數(shù)1-b為生長參數(shù)，是指氮素相對吸收速率與烤煙葉片干物質(zhì)累積速率的比值。

1.4.3 模型的檢驗

采用均方根誤差RMSE（Root mean square error）和標準化均方根誤差（n-RMSE）[24-26]來校驗模型精度以進行模型的檢驗，通過建立模擬值和實測值之間1∶1的直方圖，進而來直觀表現(xiàn)模型的擬合度和可靠性。RMSE和n-RMSE的計算公式分別為：

式中si為模擬值、mi為實測值，N為數(shù)據(jù)個數(shù)，為實測數(shù)據(jù)的平均值。

RRMSE是用來衡量模擬值和實測值的平均差異，是一個帶單位的值，RRMSE的值越小，表示模擬值和實測值一致性越高，偏差越小；反之一般。Rn-RMSE消除了單位，可以用來比較不同單位數(shù)據(jù)的模型性能。一般認為，如果Rn-RMSE＜10%，則認為該模型模擬性能極好；如果10%＜Rn-RMSE＜20%，則認為模型模擬性能較好；如果20%＜Rn-RMSE＜30%，則認為模型模擬性能一般；如果Rn-RMSE＞ 30%，則認為模擬性能較差[27]。

1.4.4 氮素營養(yǎng)指數(shù)（NNI）

為了進一步明確作物的氮素營養(yǎng)狀況，Lemaire等提出了氮素營養(yǎng)指數(shù)（nitrogen nutrition index，NNI）的概念，可用公式（6）來表示：

式中，NNI為氮素營養(yǎng)指數(shù)；Nt為煙株葉片干物質(zhì)氮濃度的實測值；Nc為在相同的葉片干物質(zhì)下，由臨界氮濃度稀釋曲線模型求得的氮濃度值。NNI能夠比較直觀地反映出來作物體內(nèi)的氮素營養(yǎng)狀況，NNI=1，氮素營養(yǎng)最適宜；NNI＞1，表現(xiàn)為氮素營養(yǎng)過剩；NNI＜1，表現(xiàn)為氮素營養(yǎng)虧缺。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2007進行數(shù)據(jù)的基礎整理和分析，通過SPSS 22.0軟件進行方差分析，主要指標的顯著性通過LSD多重比較得到，顯著性水平設定為P=0.05，采用Sigmaplot 12.5統(tǒng)計軟件進行圖表繪制。

2 結果與分析

2.1 烤煙葉片干物質(zhì)積累量及烤煙氮濃度值變化分析

在2年試驗中，烤煙葉片干物質(zhì)積累量呈現(xiàn)“慢-快-慢”的增長趨勢，分析不同氮素水平處理下烤煙在同一取樣日的葉片干物質(zhì)積累量，結果表明（表2）：隨施氮量的增加，烤煙植株葉片干物質(zhì)積累量表現(xiàn)為先增加后降低的趨勢，N4（60 kg/hm2）處理達到最高值，從烤煙整個生育期來看，煙株葉片干物質(zhì)積累量在N0、N1、N2、N3之間差異顯著；N4、N5之間差異不顯著。說明烤煙葉片干物質(zhì)積累量并不隨施氮量的增加而增加。依據(jù)前人建立臨界氮濃度稀釋曲線的方法，對烤煙葉片干物質(zhì)積累量進行方差分析，即每次取樣日差異顯著的處理為限氮組，反之為非限氮組。由表2可知，N0、N1、N2、N3處理的取樣值為限氮組數(shù)據(jù)，非限氮組數(shù)據(jù)為N4、N5處理取樣值。

表2 不同氮素水平下烤煙葉片干物質(zhì)積累變化規(guī)律Tab.2 The change law of dry matter accumulation of tobacco leaves under different nitrogen application rates

2016年試驗取樣的66組數(shù)據(jù)中，烤煙植株葉片干物質(zhì)的變化范圍為0.01～6.03 t/hm2，氮濃度變化范圍是1.46%～5.22%。由于2016年移栽后20 d的N0-N5、30 d的N0-N5、40 d的N0-N3及50 d的N0取樣時煙株較小，烤煙葉片干物質(zhì)積累量均小于1 t/hm2，且取樣較少，葉片干物質(zhì)積累量小于1 t/hm2時（取樣數(shù)n=17），干物質(zhì)量和氮濃度的數(shù)據(jù)量沒有顯著關系（圖1a）。當葉片干物質(zhì)積累量大于1 t/hm2時（取樣數(shù)n=49），隨著葉片干物質(zhì)積累量的增加氮濃度逐漸降低（圖1b），二者的關系為N=4.5193LDW-0.595，決定系數(shù)為0.6742，達到極顯著水平。

圖1 氮濃度和煙株葉片干物質(zhì)的關系Fig.1 Relationship between nitrogen concentration and dry matter accumulation of tobacco leaves

2.2 烤煙臨界氮濃度稀釋曲線模型與氮素吸收模型的建立

分析2016年煙株葉片干物質(zhì)積累量與其對應的氮濃度值之間的關系，將其進行曲線擬合，找出取樣日的臨界氮濃度值，由公式（1）將確定的臨界氮濃度值與相對應的煙株最大葉片干物質(zhì)積累量進行曲線擬合，即可得到烤煙臨界氮濃度稀釋曲線模型（Nc=4.8071LDWmax-0.6，R2=0.8768，圖2），擬合度達到極顯著水平。將公式（1）代入公式（2）、公式（3）進行計算得到烤煙氮素吸收曲線模型（表3）。

圖2 煙株葉片的氮濃度稀釋曲線Fig.2 Nitrogen concentration dilution curve in dry matter of tobacco leaves

分析煙株葉片干物質(zhì)積累量與葉片氮濃度，結果表明：在煙株葉片干物質(zhì)積累量相同的情況下，煙株葉片的氮濃度值表現(xiàn)出很大的變異性，利用每次取樣所得到的氮濃度的最大值（Nmax）、最小值（Nmin）可得到2個烤煙最大、最小氮濃度稀釋邊界模型（Nmax=6.8222LDW-0.546，Nmin=2.9408LDW-0.489），模型參數(shù)見表3。

表3 煙株葉片臨界氮濃度稀釋曲線模型和異速生長模型的參數(shù)值Tab.3 The parameters of critical nitrogen concentration dilution curve model and allometric growth model of tobacco leaves

2.3 烤煙臨界氮濃度稀釋曲線模型的驗證

2017年水肥一體化施肥試驗可作為相對獨立的試驗數(shù)據(jù)進行驗證烤煙臨界氮濃度稀釋曲線模型，N3、N4和N5施氮量處理均能滿足烤煙生長所需氮素營養(yǎng)，甚至超過烤煙生育期所需氮用量，因此文中僅選取N3即施氮量為45 kg/hm2的大田試驗來對此模型進行驗證。試驗選用7次采樣的單株烤煙葉片干物質(zhì)，將該年試驗的煙株葉片干物質(zhì)數(shù)據(jù)，代入水肥一體化條件下烤煙臨界氮濃度稀釋曲線模型中得到模擬值，用1:1直方圖直觀顯示烤煙氮濃度模擬值與實測值之間的關系（圖3）。用RRMSE和Rn-RMSE來評價模型的精準度，根據(jù)公式（4）和（5）分別求得豫煙10號的RRMSE=0.4686，Rn-RMSE=19.39%，由于10%＜Rn-RMSE＜20%，表示模型穩(wěn)定度高。該結果表明，基于烤煙葉片干物質(zhì)的臨界氮濃度稀釋曲線可用于水肥一體化條件下豫中煙區(qū)豫煙10號的氮素營養(yǎng)診斷。

圖3 烤煙葉片臨界氮濃度稀釋曲線驗證Fig.3 Calibration of Nc dilution curve of tobacco leaves

2.4 施氮量對水肥一體化條件下烤煙經(jīng)濟性狀的影響

由表4可知，隨著氮肥施入量的增加，水肥一體化條件下烤煙產(chǎn)量得到了明顯地提高，但當施入的氮肥量達到了一定量后，烤煙的產(chǎn)量不再升高，反而呈現(xiàn)出下降的趨勢。綜合兩年產(chǎn)量數(shù)據(jù)，以施氮量N4為處理的產(chǎn)量最高。產(chǎn)值、均價和上等煙比例均表現(xiàn)為先增加后降低，N3處理的產(chǎn)量雖然低于N4處理，但產(chǎn)值、均價和上等煙比例均高于其它處理，N2處理較N3處理次之。由此可知，N3處理即45 kg/hm2施氮量是較適宜于豫煙10號的。

2.5 基于氮營養(yǎng)指數(shù)（NNI）的烤煙適宜施氮量分析

本研究采用氮營養(yǎng)指數(shù)（NNI）作為水肥一體化條件下的烤煙適宜施氮量的判斷依據(jù)。由公式（6）進行計算，可得到不同氮素水平下烤煙NNI隨烤煙移栽后天數(shù)的動態(tài)變化曲線。如圖4所示，在不同氮素水平處理下，NNI的變化趨勢基本一致，6個處理均在一定程度上出現(xiàn)波動性。同一移栽后時期，NNI的值隨著施氮量的增加逐漸變大。在烤煙生長的旺長期，此時期烤煙植株生長旺盛，對于氮素的需求量也增加，從而使得不同氮素水平處理之間的NNI值差距也逐步遞增，N0（0 kg/hm2）、N1（15 kg/hm2）、N2（30 kg/hm2）水平在移栽后第40d～120d內(nèi)NNI值均小于1，說明N0、N1和N2水平下，此小區(qū)內(nèi)氮肥不足，出現(xiàn)了氮虧缺，烤煙的生長受到了氮素的限制；在N4（60 kg/hm2）和N5（75 kg/hm2）處理下，NNI的值均大于1，由此可見該小區(qū)內(nèi)氮肥施入量較充足，氮肥施用甚至過量；N3（45 kg/hm2）處理的NNI最接近1或在1附近變化，表明該處理的氮素水平相對其他氮素水平來說最為適宜。因此，由NNI可以看出該地區(qū)在水肥一體化條件下30～45 kg/hm2的施氮量是較為適宜的。

表4 不同施氮量處理經(jīng)濟效益的比較（2年田間試驗的均值）Tab.4 Comparison of economic benefits under different nitrogen application rates （Mean of two-year field experiment）

圖4 不同氮素水平下烤煙氮素營養(yǎng)指數(shù)的動態(tài)變化Fig.4 Dynamic change of nitrogen nutrient index of flue-cured tobacco under different nitrogen application rates

3 討論

3.1 烤煙臨界氮濃度稀釋曲線模型與其他作物模型

本研究將2年6個氮水平的烤煙大田數(shù)據(jù)進行整理分析，建立了臨界氮濃度稀釋曲線模型（Nc=4.807LDWmax-0.6），對氮吸收量與烤煙葉片干物質(zhì)積累量的關系進行了研究，并對氮吸收模型及氮營養(yǎng)指數(shù)與施氮量的關系進行了分析；研究結果表明，烤煙植株在生長發(fā)育過程中葉片臨界氮含量與葉片干物質(zhì)積累量之間的關系符合冪函數(shù)關系，所得方程的決定系數(shù)為0.8768，擬合度達到了極顯著的水平。將該模型與前人在不同作物上構建的臨界氮濃度稀釋曲線模型進行對比，發(fā)現(xiàn)該模型與王新等[3]研究的滴灌番茄臨界氮濃度模型（Nc=4.352DW-0.274），李正鵬[28]等建立的關中平原冬小麥Nc模型（Nc=4.82W-0.49），強生才等[16]基于葉片干物質(zhì)建立的冬小麥Nc模型（Nc=4.43LDW-0.3）和楊慧[14]等建立的水氮耦合條件下番茄臨界氮濃度模型參數(shù)相差不大；但與李正鵬[15]等構建的關中地區(qū)玉米Nc模型（Nc=22.5W-0.27和Nc=25.3W-0.26），梁效貴等構建的華北地區(qū)夏玉米Nc模 型（Nc=34.914W-0.4134）和Plènet 和Lemaire等[7]2000年在法國建立的臨界氮濃度與地上部干物重的Nc模型（Nc=34.0W-0.37）的形式一致，但參數(shù)不同，造成參數(shù)出現(xiàn)差異的主要原因有：1）Greenwood等構建的是C3、C4作物通用模型，而且是在無氮素限制條件下擬合得出的；2）不同作物吸收養(yǎng)分和營養(yǎng)代謝機制及其機理不同，因此可能造成了Nc模型參數(shù)出現(xiàn)差異；3）不同的生態(tài)環(huán)境、土壤質(zhì)地、作物品種及氮素水平差異也會造成曲線參數(shù)不同。

本研究在水肥一體化條件下構建的烤煙臨界氮濃度稀釋曲線模型可以很好地反應煙株葉片干物質(zhì)與氮濃度的關系，并且依據(jù)Nc模型構建了氮素吸收、營養(yǎng)指數(shù)模型，可對烤煙的需氮量及氮素營養(yǎng)狀況進行估算和診斷；但是該模型是在單一品種、同一生態(tài)地點下構建的，因此關于此模型的通用性可能需要進行進一步的深入研究。

3.2 烤煙最佳施氮量的確定及氮素營養(yǎng)診斷的可行性分析

目前，在烤煙生產(chǎn)過程中，氮肥不合理施用現(xiàn)象非常普遍，造成氮肥利用效率低、土壤氮素殘留量大，因此需要建立快速而有效的方法加強對烤煙氮素營養(yǎng)診斷的研究，而明確烤煙不同生長發(fā)育階段的臨界氮濃度，是實現(xiàn)氮肥合理施用的基礎。本研究通過6種氮素水平的產(chǎn)量，表明氮肥不足會顯著降低產(chǎn)量，過量施氮產(chǎn)量亦會有所降低，與李明福[29-30]等研究結果一致；在不同氮素水平處理，相同氮肥施用時期的情況下，NNI值可以反映出烤煙的氮素盈虧狀況，NNI值隨著氮肥施用量的增加不斷增大。本研究表明，在水肥一體化的滴灌條件下，豫中煙區(qū)以30～45 kg/hm2施氮量最適宜。

氮素營養(yǎng)診斷的方法很多，包括植物全氮分析法、土壤無機氮測定法、葉綠素儀測定法、硝酸鹽快速診斷法和高光譜遙感法等[31-32]。目前在烤煙生產(chǎn)實踐中進行氮素營養(yǎng)診斷一般多采用葉綠素測定儀及硝酸鹽快速診斷法。但是采用葉綠素測定儀測定SPAD讀數(shù)時較易受光照強度和水分的影響，而且該方法需要測定多個樣本的多點數(shù)據(jù)，求得平均值作為測定結果，以此才能降低SPAD值的變異度，工作量較大且數(shù)據(jù)不穩(wěn)定[33]，同時，測定結果受栽培環(huán)境和作物品種的影響也比較大。硝酸鹽快速診斷方法有兩種，二苯胺法和反射儀法均可以準確而快速地對作物氮素營養(yǎng)狀況進行診斷，但是都受到一定限制，二苯胺法適合用于含氮水平較低的植物而煙株含氮量相對較高，反射儀法測定費用較高所以不適合大量檢測[34]。

在烤煙大田生長實際操作過程中，采用本研究所提出的方法對烤煙進行氮素營養(yǎng)診斷，只需對烤煙葉片的干物質(zhì)量和葉片的氮含量進行取樣測定，然后將其值代入Nc曲線，就可以快速地對整株煙的氮營養(yǎng)狀況進行判斷。該方法相對于測土配方施肥技術、葉綠素測定儀、及光譜遙感等測定方法，成本比較低，而且相對于用地上干物質(zhì)（DM）建模的方法，葉片烘干的時間更短，測定的樣本更多，測定較快進行更方便，能很好地反應整株煙的營養(yǎng)狀況。水肥一體化條件下施肥遵循“少量多次”的原則，既能滿足煙株生長發(fā)育的需要，又能避免因肥料過量而造成的揮發(fā)或淋溶等損失，可以進一步提高氮肥利用率[35]；同時這種“少量多次”的施肥方法，為烤煙氮素營養(yǎng)診斷提供了基礎，將烤煙臨界氮濃度稀釋曲線模型與氮肥利用率相結合，對于水肥一體化條件下烤煙定量、精準地施用氮肥具有良好的生產(chǎn)意義。

4 結論

本文依據(jù)2年6個氮素水平的試驗數(shù)據(jù)，構建了基于烤煙葉片干物質(zhì)的臨界氮濃度稀釋模型為（Nc=4.8071LDWmax-0.6），結果表明，烤煙葉片臨界氮濃度、烤煙最高（Nmax）、最低（Nmin）氮濃度稀釋模型與葉片干物質(zhì)積累量之間均呈現(xiàn)冪指數(shù)的關系，利用該模型可以對烤煙臨界氮含量進行預測，進而可以對烤煙移栽后40 d到成熟期的氮素營養(yǎng)狀況進行診斷，從而優(yōu)化大田烤煙氮素管理；基于烤煙葉片臨界氮濃度構建了氮素吸收模型和氮營養(yǎng)指數(shù)模型（NNI），可以直觀地反映出烤煙在不同生育期的氮素營養(yǎng)盈虧狀況，根據(jù)本研究建立的烤煙氮營養(yǎng)指數(shù)模型推薦豫中煙區(qū)烤煙在水肥一體化條件下施肥適宜施氮量范圍在30～45 kg/hm2之間，這與本地區(qū)常規(guī)栽培的烤煙氮用量（45～60 kg/hm2）相比減少了25%～33.3%。