雪茄煙田間生長期干物質及氮、磷、鉀累積規律分析

徐祥玉，樊俊，王瑞，陳紅華，卜貴軍

（1.湖北省農業科學院植保土肥研究所，武漢 430064；2.湖北省煙草公司恩施州公司，湖北 恩施 445000；3.湖北民族大學林學園藝學院，湖北 恩施 445000）

雪茄是一種特殊的煙制品，其傳統概念是全部用煙葉卷成的吸用煙卷。近年來，隨著經濟水平的提升和人民生活水平的提高，國內對雪茄煙的需求在不斷增加。中國雪茄煙葉種植較晚，整體質量偏低，如過薄、欠油潤、韌性差、吃味平淡、利用率差、燃燒性差等問題突出［1］，目前全球雪茄煙葉的研究和專利申請等基本都是國外主導［2，3］，國產雪茄煙所用原料大部分依賴進口［3］。煙葉干物質累積是生長發育動態的直接體現，直接影響煙葉產量、養分吸收和內含物轉化，并通過化學成分影響燃燒性、香氣等煙葉品質［4-6］，良好的干物質累積和養分吸收調控是高品質煙葉生產的前提。目前在雪茄煙干物質及養分累積方面的研究報道并不多［5，7，8］，研究認為雪茄煙葉存在干物質和養分累積快速增加時期，但由于上述研究中取樣密度較低，并沒有清晰地顯示出干物質快速增長期的具體時間和階段累積量，導致在實際生產中調控措施的制定存在不確定，因此高頻取樣研究雪茄煙生長過程中干物質累積和養分累積規律，對合理施肥具有重要的現實意義。

湖北省是國內最早種植雪茄煙葉的地區之一，目前種植面積居國內前列，前期工作從適宜播種和移栽期、土地類型轉換后施肥量、施肥比例、有機無機配比等方面開展了研究［1］，但目前仍然面臨產量低、品質較差等問題，這些問題的根源仍然是對雪茄煙葉生長發育和干物質累積規律不清楚。本試驗擬通過高頻度取樣分析研究雪茄煙葉干物質累積和養分吸收規律，為通過養分管理措施穩步提升雪茄煙葉質量、持續改善化學成分協調性等關鍵技術的制定提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗區域狀況

試驗布置在湖北省恩施州來鳳縣綠水鎮巖縫窩村，地處來鳳縣西南部，屬中亞熱帶季風濕潤型山地氣候，四季分明，雨熱同季，光照充足。年降雨量在1 400～1 500 mm，年平均氣溫14～16℃，年最高氣溫38～39℃，最低氣溫8～10℃，無霜期250～269 d。試驗區域常年種植雪茄煙，是湖北省雪茄煙主產區。土壤pH為6.16，有機質為25.03 g/kg，堿解氮為151.3 mg/kg，速 效 磷 為42.67 mg/kg，速 效 鉀 為226.0 mg/kg，交換性鈣為950.61 mg/kg，交換性鎂為110.92 mg/kg，有 效 鋅 為3.78 mg/kg，有 效 硼 為0.313 mg/kg，水溶性氯為10.61 mg/kg，陽離子交換量為10.71 cmol/kg。

1.2 試驗設計

在目前常規施肥處理下取樣測定，不設重復，氮磷鉀施用比例為1.00∶0.88∶1.93，施氮量為175.5 kg/hm2。氮肥肥源為硫酸銨（N 20%）、鉀肥肥源為硫酸鉀（K2O 50%）、磷肥肥源為過磷酸鈣（P2O512%），氮、鉀分1次基肥，2次追肥施入，每次各占1/3；磷肥和有機肥作為基肥全部施入，基肥施肥方法為條施，追肥為穴施。4月16日施基肥并起壟覆膜，4月29日移栽，2次追肥日期分別是5月22日和6月8日。雪茄煙品種為CX-80，種植密度為110 cm×40 cm，6月20日打頂，7月7開始采收晾制。

1.3 取樣和測定指標

從移栽日開始及移栽后第7、14、21、28、35、41、44、48、52、56、61、67、72、78、90天采集常植物樣，每次采集有代表性的煙株3株，分根、莖、葉測量生物量，測定氮、磷、鉀元素。為了保證每次煙株的完整性，在煙葉成熟采收前每次取樣時整株挖取，在成熟采收開始后按照下面方式采樣：將后期需要挖取的煙株統一編號，在每次煙葉采收的前一天，將所有達到成熟采收的已編號煙株的煙葉全部采收，并按照編號分別收集烘干，這樣能保證已編號煙株所有煙葉被收集，在后面整株挖取樣品后將同一個編號的煙葉收集在一起進行生物量稱取和養分測定，這樣就保證了每一株煙的生物量完整性。煙株樣品以H2SO4-H2O2聯合消解后，全氮用凱氏定氮法，全磷用釩鉬黃比色法，全鉀用火焰光度法測定［9］。

1.4 數據分析方法

所有數據用Excel整理，通過R語言分析，數據分析中涉及到Tidyverse、Ggpubr、Gglmannotate等包。

2 結果與分析

2.1 農藝性狀變化

在6月份對農藝性狀開展連續監測（圖1），葉片和株高2個指標在打頂時分別達到18片和125 cm左右；葉長和葉寬指標在整個6月份持續增加，6月底時分別達到50 cm和30 cm左右；莖粗則在打頂時達到最高，達到8 cm左右。

圖1 農藝性狀動態變化

2.2 干物質累積與分配規律

干物質累積與分配結果顯示（圖2），移栽后1個月整株干物質累積量很小，1個月后開始緩慢增加，在6月中上旬快速增加，6月下旬開始至7月初干物質累積量急劇增加，7月干物質累積速度放緩到6月上中旬水平。整個大田生育期，葉部干物質總重為104.3 g/株、莖稈為66.2 g/株、根部為35.2 g/株，總生物量為205.7 g/株，煙葉干物質占比為50.7%、莖稈為32.2%、根部為17.1%。

圖2 煙株不同時期干物質累積及不同部位比例

2.3 氮濃度變化及累積規律

對氮濃度和氮累積進行了測定和計算（圖3），6月份以前煙株太小，沒有分部位測定，6月中旬開始分部位測定（下同）。從變化趨勢看，移栽后至6月初的1個月內，整株氮濃度呈現緩慢提高趨勢，6月中旬開始不同部位均顯示氮濃度快速降低，7月中旬開始氮濃度則趨于平緩，其中葉部的氮濃度則有緩慢增加。整個生育期葉部氮濃度介于2.71%～5.6%（平均4.07±0.86%）、莖稈介于1.23%～3.59%（平均2.22%±0.68%）、根部介于1.02%～2.73%（平均1.78%±0.42%）；整株葉部氮素總累積量為3.70 g/株、莖稈為1.06 g/株、根部為0.51 g/株，總株為5.27 g/株，葉部氮素累積占總累積量為70.20%、莖稈為20.11%、根部為9.68%。

圖3 煙株不同時期氮濃度和氮累積

2.4 磷濃度變化及累積規律

磷濃度和磷累積顯示（圖4），移栽后至6月初的1個月內，整株磷濃度先降后升，6月中旬開始不同部位均顯示磷濃度快速降低，7月初磷濃度則趨于平緩。在整個大田生長期內葉部磷素濃度介于0.20%～0.39%（平均0.28±0.06%）、莖稈介于0.15%～0.41%（平均0.25±0.07%）、根部介于0.16%～0.25%（平均0.20±0.03%）；葉部磷素總累積量為0.28 g/株、莖稈為0.14 g/株、根部為0.06 g/株，總株為0.48 g/株，煙葉部磷素累積占總累積量為58.3%、莖稈為29.2%、根部為12.5%。

圖4 煙株不同時期磷濃度和磷累積

2.5 鉀濃度變化及累積規律

鉀濃度及累積結果顯示（圖5），與氮濃度變化趨勢極其相似，煙株鉀濃度呈現緩慢提高趨勢，6月中旬開始不同部位均顯示鉀濃度快速降低，7月中旬開始鉀濃度則趨于平緩，與氮不同的是鉀濃度在后期并未提高。在整個大田生長期內葉部鉀濃度介于3.46%～6.37%（平均4.95%±1.04%）、莖稈介于2.49%～7.77%（平 均4.92%±1.82%）、根 部 介 于1.78%～3.65%（平均2.53%±0.53%）；整株葉部鉀總累積量為3.42 g/株、莖稈為1.92 g/株、根部為0.66 g/株，總株為6.00 g/株，葉部鉀累積占總累積量為57.00%、莖稈為32.00%、根部為11.00%。

圖5 煙株不同時期鉀濃度和鉀累積

3 討論

3.1 雪茄煙干物質累積規律

干物質累積是植物將礦質營養轉化、累積為有機營養并構建自身器官、完成生命周期的過程［10］。干物質累積受到品種、環境、養分供應、氣候條件等等因素的多重影響［11-15］，明確干物質累積規律和分配是調控產量的前提和基礎。本研究表明，在大田生育期雪茄煙干物質累積遵循“極慢-慢速-極快-快速”的規律，基本呈現“S”型，這與其他作物干物質累積規律類似，遵循Logistic生長曲線［12］。移栽后30～60 d是干物質快速增加期，其中移栽后50～60 d是干物質累積最快時期，這一階段干物質累積量占總累積量的40%左右，這與前人研究基本類似［5，16，17］。本研究表明，葉部干物質占總干物質比例最大、莖稈次之、根系最低，這與烤煙結果一致［16，18］。這說明雪茄煙干物質累積與烤煙以及其他作物規律類似，不同點在于雪茄煙快速生長期短（10 d）、累積量大（占總重40%），相當于11%的生育期累積了40%的干物質，而烤煙干物質增長最快時期則為25%的生育期累積了71.4%的干物質［18］，也有研究表明烤煙移栽后50～80 d最快、干物質累積量占總累積量接近60%［19］。本研究同時顯示，地下干物質累積量占總干物質累積量的17.1%，明顯高于烤煙報道［20］；本研究中莖稈干物質累積占比32.2%，而烤煙為19.9%［18］。上述表明，雪茄煙干物質快速累積時期、快速累積速率和累積量、成熟期不同部位干物質分配比例等參數均和烤煙不同。

3.2 雪茄煙氮累積和分配規律

氮素是煙葉最重要的大量營養元素，氮素累積規律和分配對煙葉品質高低有決定性作用。本研究表明，氮素濃度隨時間變化的趨勢、不同部位中氮累積從大到小等與烤煙的研究結果類似［16-18］，氮濃度、總累積顯著高于烤煙［18，21］，如烤煙移栽后40～80 d氮素累積最快、占總氮素累積量的60%左右［19］，而本研究中雪茄煙在移栽后50～60 d的氮素累積占總累積量的33%，說明雪茄煙氮素需求高于烤煙、且氮素快速吸收累積時間有較大差異。本研究顯示氮素吸速率小于干物質累積速率導致氮濃度降低，所有部位的氮濃度與干物質累積均呈現顯著負相關（圖6），這與烤煙類似［18］。在干物質快速增加時期，葉部氮累積和總氮累積保持快速上升，而根和莖稈則在7月中旬開始基本保持不變，因此葉部氮累積量和整株氮累積量與生物量的相關關系R系數大于根部和莖稈（圖6），這說明累積量與干物質顯著主要受葉部生物量和氮累積量的影響。

圖6 氮濃度、氮累積與干物質的關系

3.3 雪茄煙磷累積和分配規律

與氮素累積和分配規律類似，磷素累積也受干物質累積的強烈影響，與干物質累積呈現顯著相關性（圖7），不同部位中磷累積從大到小依次為葉部、莖稈、根部，這與烤煙的研究結果類似［16-18］。磷素總累積量、不同部位累積量以及濃度等均高于烤煙［22］，這說明雪茄煙磷素需求高于烤煙。整個生育期磷素濃度變化趨勢與氮素類似，干物質的快速累積也稀釋了植株體內磷濃度（圖7），這種變化規律也與烤煙類似［16］，不論是整株還是不同部位，磷累積量與干物質累積的相關系數基本相同（圖7）。

圖7 磷濃度、磷累積與干物質的關系

3.4 雪茄煙鉀累積和分配規律

煙草是喜鉀作物，鉀素對煙草品質有重要影響。本研究鉀素濃度與生物量的關系與氮素一致，即鉀素濃度隨生物量增加而降低、鉀素累積量與生物量顯著相關（圖8）。葉部鉀累積量最大、莖稈次之、根部最低，這與烤煙類似［16，18，21，23］。本研究表明，葉片鉀濃度最低為3.46%，最高為6.37%，平均4.95%，遠高于烤煙煙葉鉀含量［24］，這說明雪茄煙對鉀的需求高于烤煙。與已有雪茄煙的報道相比，本研究中雪茄煙葉部鉀含量稍高［25，26］，這種差異可能是由于取樣和制樣方式引起，本研究中煙葉是直接烘干、養分濃度是整株煙全部煙葉混勻后的濃度，已有報道并未特別說明樣品采集方式。從煙葉鉀累積量看，本研究中葉部鉀累積量為3.42 g/株，明顯高于烤煙［20，27］。

圖8 鉀濃度、鉀累積與干物質的關系

4 結論

雪茄煙CX-80干物質和養分累積在移栽后1個月內極其緩慢，移栽后第2個月是累積快速增長時期，其中50～60 d吸收累積最快，該時期干物質、氮、磷、鉀累積量超過總累積量的1/3。雪茄煙干物質與氮、磷、鉀累積量分別為205.7、5.27、0.28、6.00 g/株。干物質與養分累積從大到小依次為葉部、莖稈、根系。從養分管理方面考慮，雪茄煙第1次追肥的時間和用量尤為重要，應該在移栽后20～25 d、且追肥數量應該大于基肥和第2次追肥以滿足養分快速吸收的需求。