施用中微量元素肥料對烤煙產量與品質影響的整合分析

楊效家　姚彬　黃成東　徐照麗　鄧小鵬　馬二登

摘要：揭示施用中微量元素（鈣、鎂、硼、鋅）肥料對烤煙產量與品質的綜合效應，為烤煙科學施肥提供依據。研究數據來源于中國知網，以“烤煙”“中微量元素肥料”“產量”和“品質”為主要關鍵詞進行檢索，共篩選134篇文獻，521組數據。以不施鈣、鎂、硼、鋅肥為對照組，施用鈣、鎂、硼、鋅肥為試驗組，采用整合分析定量評價施用中微量元素肥料對烤煙產量與品質的影響。結果表明，施用中微量元素肥料可顯著提高烤煙產量（E=7.78%）、產值（E=10.82%）、均價（E=4.23%）和上等煙比例（E=12.91%），顯著改善烤煙農藝性狀；土施配合葉面噴施中微量元素肥料增產效果較好（E=9.23%）；土壤肥力水平較低時，中微量元素肥料增產效應顯著；南方煙區施用中微量元素肥料增產效果較好（E=7.37%）；隨著時間推移，中微量元素肥料增產效應呈逐年降低趨勢。施用中微量元素肥料對提高烤煙產量和經濟效益具有積極效果，同時其增產效應受施肥方式、土壤性狀、植煙區域、試驗時間以及烤煙品種的影響。

關鍵詞：中微量元素肥料；烤煙；產量；品質；整合分析

中圖分類號：S572.06文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2023）14-0116-08

烤煙是我國重要的經濟作物之一［1］，2020年全國烤煙播種面積約88.7萬hm2，產量約202.2萬t，均位居世界前列［2］。長期以來，煙農為追求烤煙產量和經濟效益最大化，施用大量氮磷鉀元素肥料，忽視了中微量元素肥料的使用，導致養分失衡，影響烤煙生長，不利于產量與品質形成。研究表明，烤煙施用中微量元素肥料可改善根系形態［3］，促進煙株生長，提高中上等煙比例和產量，改善品質，增加經濟效益［4］。因此，研究中微量元素肥料對烤煙產量和品質的影響對于烤煙提質增產具有重要意義。

整合分析是一種量化綜述方法［5］，可對同類主題下多個研究結果進行系統分析和評價，全面反映各獨立研究間的共性［6-7］，得出相對客觀的結果。在烤煙上，前人采用整合分析評價了施鎂和有機無機肥料配施對烤煙產量與品質的綜合效應［8-9］，得出了科學的結論，有利于指導烤煙生產，但中微量元素肥料的相關報道較少。目前，我國研究人員在全國各地開展了大量關于施用中微量元素肥料對烤煙產量與品質影響的獨立試驗［10-11］，但其研究結果均依賴研究區域特定的環境、土壤屬性等條件，難以說明施用中微量元素肥料對烤煙產量與品質的綜合效應。為了整體認識不同因素下施用中微量元素肥料對烤煙產量與品質的影響，需利用這些相對獨立的試驗研究進行大樣本數據的整合分析。

本研究整合1987—2021年中國知網發表的文獻數據，在全國及區域尺度上定量分析施用中微量元素肥料對烤煙產量與品質的綜合影響以及不同因素（施肥方式、土壤性狀、植煙區域、試驗時間和烤煙品種）下施用中微量元素肥料對烤煙的增產效應，以期為烤煙合理施肥和可持續生產提供參考。

1 材料與方法

1.1 數據收集

研究數據來源于中國知網數據庫，以“烤煙”“中微量元素肥料”“產量”和“品質”為主要關鍵詞進行文獻檢索。根據整合分析方法中數據整合的要求和本研究目的，基于以下標準進行文獻篩選：（1）試驗材料為烤煙、煙草或煙葉；（2）試驗地點位于我國境內，且為大田試驗；（3）同一研究中必須包含施用中微量元素肥料（鈣、鎂、硼、鋅等）試驗組和不施中微量元素肥料（鈣、鎂、硼、鋅等）對照組；（4）文獻中須明確試驗時間、試驗地點、烤煙品種、土壤理化性狀、中微量元素肥料種類及施肥方式等信息；（5）文獻中須明確試驗處理重復數以及產量與品質數據。基于以上5個標準，共篩選134篇文獻，包含521組數據。收集的文獻數據時間跨度為1987—2021年，地理跨度上包含全國18個省市及自治區。在數據搜集過程中，如果文獻中數據是以柱狀圖或折線圖形式呈現，則使用GetData Graph Digitizer軟件進行數字轉換后獲取［12］。

1.2 數據分類

本研究的中微量元素肥料包括鈣、鎂、硼和鋅肥4種，各元素肥料經濟性狀、農藝性狀和品質指標數據量分布見表1。按照施肥方式、土壤全氮含量、土壤有效磷含量、土壤速效鉀含量、土壤pH值、土壤有機質含量、植煙區域、試驗時間和烤煙品種進行亞組分析。施肥方式劃分為土壤施用、葉面噴施和土壤施用配合葉面噴施；土壤全氮含量劃分為 <1 g/kg、1～2 g/kg、＞2 g/kg；土壤有效磷含量劃分為<10 mg/kg、10～20 mg/kg、＞20 mg/kg；土壤速效鉀含量劃分為<100 mg/kg、100～160 mg/kg、＞160 mg/kg；土壤pH值劃分為<5.5、5.5～6.5、＞6.5；土壤有機質含量劃分為<20 g/kg、20～30 g/kg 、＞30 g/kg；植煙區域劃分為南方煙區、北方煙區；試驗時間劃分為2000年以前、2000—2010年、2011—2021年；烤煙品種劃分為：云煙85、云煙87、紅花大金元、CB-1、K326。

1.3 整合分析

收集的數據來自全國不同植煙區域的獨立試驗研究，其中煙田管理措施、土壤理化性質和氣候環境等因素存在較大差異。隨機效應模型不但考慮了研究內的變異，也考慮了研究間的變異［13］，因此本研究采用隨機效應模型計算效應值。

在Excel 2019中建立數據庫，選擇反應比R作為效應量，采用自然對數反應比lnR作為效應值，衡量施用中微量元素肥料對烤煙產量與品質的影響程度。

效應量計算公式如下：

R=X1/X2；（1）

效應值計算公式如下：

lnR=ln（X1/X2）。（2）

式中：X1為施用中微量元素肥料處理的烤煙產量或品質的平均值；X2為不施用中微量元素肥料處理的烤煙產量或品質的平均值。

為了便于解釋施用中微量元素肥料對烤煙產量與品質的影響，利用Excel 2019中EXP函數將效應值lnR轉化為增長幅度E（E為負值時表示負增長）。

增長幅度E的計算公式如下：

E=［exp（lnR）-1］×100%。（3）

計算效應值lnR的95%置信區間，若lnR的95%置信區間均＞0，則說明施用中微量元素肥料對烤煙產量或品質有顯著的正效應；若lnR的95%置信區間均＜0，則說明施用中微量元素肥料對烤煙產量或品質有顯著的負效應；若lnR的95%置信區間包含0，則說明施用中微量元素肥料對烤煙產量或品質的效應不顯著。在亞組分析中，若不同分組內lnR的95%置信區間重疊，則認為組間差異不顯著，反之則認為組間差異顯著。

1.4 數據處理

采用Excel 2019進行數據處理和部分圖形制作，采用SPSS 22.0軟件進行數據計算和統計分析，采用Origin 2021軟件進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 中微量元素肥料對烤煙經濟性狀的影響

由圖1可知，與不施中微量元素肥料相比，施用中微量元素肥料顯著提高了烤煙的經濟性狀，其中烤煙上等煙葉比例增幅最大（E=12.91%），其次是產值（E=10.82%）、產量（E=7.78%）和均價（E=4.23%）。在不同中微量元素肥料種類上，施用鈣、鎂、硼與鋅肥均能顯著提高烤煙產量、產值、均價和上等煙葉比例，其中鈣肥增幅（E）分別為8.00%、7.14%、2.43%和12.86%，鎂肥增幅（E）分別為9.22%、14.19%、5.01%和15.60%，硼肥增幅（E）分別為6.61%、9.86%、5.02%和14.68%，鋅肥增幅（E）分別為7.83%、10.05%和2.18%和9.55%。

2.2 中微量元素肥料對烤煙農藝性狀的影響

由圖2可知，與不施中微量元素肥料相比，施用中微量元素肥料顯著改善了烤煙的農藝性狀，其中莖圍增幅最大（E=3.36%），其次是株高（E=2.88%）和葉片數（E=2.70%）。4種中微量元素肥料對烤煙農藝性狀的影響程度不同，鈣肥顯著提高了烤煙莖圍、株高和葉片數，其中莖圍增幅最大（E=4.29%），其次是株高（E=4.19%）和葉片數（E=3.56%）。鎂肥顯著增加了烤煙葉片數（E=3.14%），但對莖圍和株高沒有顯著影響。硼肥顯著提高了烤煙莖圍、株高和葉片數，其中莖圍增幅最大（E=5.02%），其次是株高（E=4.29%）和葉片數（E=2.43%）。鋅肥能顯著提高烤煙莖圍（E=3.51%）和株高（E=2.84%），但對葉片數沒有顯著影響。

2.3 中微量元素肥料對烤煙品質指標的影響

由圖3可知，與不施中微量元素肥料相比，施用鈣肥顯著提高了烤煙總糖含量（E=7.14%），對總氮（E=0.50%）、總鉀（E=1.11%）和還原糖（E=3.36%）含量均表現為正效應但不顯著，對煙堿（E=-3.25%）與總氯（E=-3.54%）含量均表現為負效應但不顯著。施用鎂肥顯著提高了烤煙總糖（E=3.24%）和還原糖（E=4.93%）含量，對總氮（E=0.15%）、總鉀（E=3.94%）和總氯（E=3.40%）含量表現為正效應但不顯著，對煙堿含量（E=-1.30%）表現為負效應但不顯著。施用硼肥顯著提高了烤煙煙堿（E=4.60%）和總氮（E=2.53%）含量，對總鉀（E=1.92%）含量表現為正效應但不顯著，對總氯（E=-12.98%）含量表現為顯著負效應，對總糖（E=-2.18%）和還原糖（E=-0.30%）含量表現為負效應但不顯著。施用鋅肥能提高烤煙總氮（E=0.63%）、總鉀（E=2.75%）和總氯（E=2.61%）含量但不顯著，對烤煙總糖（E=-6.61%）含量表現為顯著負效應，對煙堿（E=-2.68%）和還原糖（E=-2.77%）含量表現為負效應但不顯著。

2.4 施肥方式對中微量元素肥料增產效應的影響

由圖4可知，3種施肥方式均顯著提高了烤煙產量，且施肥方式之間沒有明顯差異。其中土施配合葉面噴施增產效果最好（E=9.23%），其次是土壤施用（E=8.32%）和葉面噴施（E=5.55%）。鈣肥土施可顯著提高烤煙產量，增長幅度（E）為7.13%。鎂肥在3種方式下施用均可顯著提高烤煙產量，其中土施增產幅度最高（E=9.99%），其次是土施配合葉面噴施（E=8.87%）和葉面噴施（E=4.38%）。硼肥在3種方式下施用均可顯著提高烤煙產量，其中土施配合葉面噴施效果最好（E=9.91%），其次是葉面噴施（E=7.02%）和土壤施用（E=5.78%）。鋅肥在3種方式下施用均可顯著提高烤煙產量，其中土壤施用增產幅度最高（E=8.96%），其次是土施配合葉面噴施（E=8.06%）和葉面噴施（E=4.21%）。

2.5 土壤性狀對中微量元素肥料增產效應的影響

由圖5可知，土壤全氮含量為1～2 g/kg時，施用中微量元素肥料對烤煙增產幅度最高（E=10.93%），其次是全氮含量＞2 g/kg（E=3.25%）和<1 g/kg（E=1.88%）。在不同土壤有效磷水平下，施用中微量元素肥料均可顯著提高烤煙產量，其中土壤有效磷含量為10～20 mg/kg時增產幅度最高（E=10.82%），其次是土壤有效磷含量<10 mg/kg（E=6.25%）和>20 mg/kg（E=6.20%）。隨著土壤速效鉀含量降低，施用中微量元素肥料對烤煙的增產效應逐漸增加，且均達到顯著水平，其中土壤速效鉀含量＞160 mg/kg時烤煙增產幅度最低（E=5.44%），其次是土壤速效鉀含量為100～160 mg/kg（E=6.08%）和<100 mg/kg（E=13.56%）。在不同土壤pH值水平下，施用中微量元素肥料均可顯著提高烤煙產量，但各pH值間沒有顯著差異，其中pH值為5.5～6.5時增產幅度最高（E=10.53%），其次是pH值＞6.5（E=6.56%）和<5.5（E=5.80%）。隨著土壤有機質含量降低，施用中微量元素肥料對烤煙的增產效應逐漸增加，其中有機質含量＞30 g/kg時烤煙增產幅度最低（E=4.28%），其次是土壤有機質含量為20～30 g/kg（E=7.80%）和<20 g/kg（E=9.68%）。

2.6 其他因素對中微量元素肥料增產效應的影響

將植煙區域、試驗年份和烤煙品種劃分為不同水平進行分析。由圖6可知，在北方煙區，施用中微量元素肥料對烤煙增產效應不顯著（E=0.98%），而在南方煙區具有顯著的增產效應（E=7.37%），且南北煙區存在顯著差異。從試驗年份看，施用中微量元素肥料在不同年份均表現出顯著增產效應，但不同年份間增產效應沒有顯著差異，其中在2000年之前施用中微量元素肥料對烤煙增產的幅度最高（E=11.73%），其次為2000—2010年（E=7.08%）和2011—2021年（E=6.87%）。在烤煙品種上，施用中微量元素肥料對云煙85、云煙87、紅花大金元、CB-1和K326均表現出顯著的增產效應，增產幅度（E）分別為8.73%、7.61%、8.51%、5.74%和8.24%，5個烤煙品種平均增幅（E）為7.77%，各烤煙品種之間沒有顯著差異。

3 討論

施用中微量元素肥料可顯著提高烤煙的產量和經濟性狀，究其原因在于中微量元素是烤煙中酶、維生素、激素等的重要組成部分，直接或間接參與機體的生理代謝過程，能夠改善烤煙的根系形態，促進葉片生長，增強抗病性，提高產量與品質［14-15］。不同中微量元素肥料對烤煙產量、產值、均價和上等煙葉比例的影響程度不同，一方面受當地特定的土壤和氣候環境條件影響，另一方面與中微量元素肥料的用量、施用次數和施用時期等因素有關。因此，合理搭配中微量元素肥料，有利于烤煙的礦質營養均衡并在此基礎上促進烤煙生長，提高烤煙產量和品質。

鈣具有穩定生物膜、調節烤煙生理代謝和促進其他營養元素吸收的作用，因此施用鈣肥可顯著提高烤煙株高、莖圍和葉片數。鎂是葉綠素的中心原子，能提高葉片光合速率，對煙葉開展有積極影響［16］，施用鎂肥有利于增加烤煙葉片數。本研究還表明，施用硼肥能提高烤煙株高和莖圍，這與尹小懷等的研究結果［17］一致。原因可能是硼能促進碳水化合物和蛋白質運輸，協調烤煙的生理機能，提高抗逆性［18］。鋅作為烤煙體內氧化還原反應的催化劑，能促進葉綠素和生長素的合成［19］。綜上，施用中微量元素肥料對于改善烤煙農藝性狀具有積極意義。

烤煙是一種典型的葉用經濟作物，其外觀品質、煙氣特性和評吸質量等均由煙葉化學成分含量的高低及協調性所決定［20］。本研究表明，施用鈣肥、鎂肥和鋅肥對烤煙煙堿、總氮和總氯含量沒有顯著影響；施用鈣肥、鎂肥、硼肥、鋅肥可提高烤煙總鉀含量，但不顯著；施用鈣肥和鎂肥可顯著提高烤煙總糖含量；施用鈣肥和硼肥對烤煙總氯含量表現為負效應，鎂肥和鋅肥表現為正效應但不顯著。可見施用中微量元素肥料并不能顯著升高或降低烤煙中某一化學成分的含量，而是通過中微量元素調節烤煙的生理代謝來維持各化學成分的平衡，從而提高烤煙的內在品質，這與前人的研究結果［21-22］較為一致。但有關中微量元素肥料對烤煙某一化學成分的影響程度和內在作用機制還有待于進一步研究。

合理的施肥方式能促進肥效發揮，提高肥料利用率［23-25］。我國植煙區域多位于南方，土壤鈣鎂缺乏，因此施用鈣肥、鎂肥可提高烤煙產量。葉面噴施鎂肥往往只能緩解缺鎂癥狀，不能滿足全生育期鎂需求，因此鎂肥土施比葉面噴施效果更好。硼肥土施配合葉面噴施效果較好，原因可能是硼在烤煙體內移動性差，葉面噴施更有利于吸收，還可促進烤煙對鉀的吸收積累［26］，有利于防治氣候性斑點等葉部病害［27］。鋅肥葉面噴施效果不如土施，原因可能與葉面噴施時期有關，伏秋庭等的研究表明，在烤煙團棵期、旺長期和打頂后均噴施0.2%鋅元素會因鋅過量而減產，若鋅肥用量不足則會降低烤煙光合速率，從而影響烤煙產量提高［28-29］。

土壤是烤煙吸收養分的主要場所。本研究表明，土壤全氮含量為1～2 g/kg時施用中微量元素肥料增產效應顯著，原因可能是土壤氮素不足導致烤煙生長緩慢，植株矮小；氮素過量會導致烤煙生長過旺，無法正常成熟［30］。土壤有效磷含量為 10～20 mg/kg時中微量元素肥料增產效應顯著，原因可能是土壤磷素過低，根系生長受阻，莖株矮小［31］；土壤磷素過高，烤后煙葉彈性差，易破碎。許自成等研究指出，要根據土壤磷素情況采取“補磷、調磷、限磷”相結合的措施，穩定磷素水平［32］。土壤速效鉀和有機質含量越低，中微量元素肥料的增產效應越顯著，原因是對于低肥力土壤，中微量元素肥料補充的速效養分能及時供烤煙吸收利用。土壤pH值通過影響土壤中養分形態和有效性來影響烤煙產量［33］。土壤pH值為5.5～6.5時增產幅度最高（E=10.53%），這與郭山虎等的研究結論［34-35］一致，陳瑞泰等在“中國煙草種植區劃”一文中把土壤pH 值為5.0～6.5作為最適宜烤煙種植范圍［36］。綜上，在低肥力植煙區，施用中微量元素肥料烤煙產量增幅較高；在高肥力植煙區，中微量元素肥料雖然可以補充土壤養分含量，提高土壤肥力，但提升烤煙產量的空間較小。同時烤煙在微酸性土壤上種植效果較好。

從植煙區域來看，南方煙區施用中微量元素肥料的增產效果較好，原因可能是南方雨熱充沛，氣候條件較適宜烤煙生長，且種植歷史悠久，土壤氮磷鉀豐富；而北方煙區降雨較少，氣候環境不利于烤煙生長。因此，南方比北方更適宜烤煙種植，這也是烤煙生產基地逐漸南移，南方煙葉產量占全國總產量80%以上的重要原因［37］。在2000年之前施用中微量元素肥料增產效果較好，原因可能是在此之前，忽略了中微量元素的重要性，土壤中含量相對缺乏。隨著時間的推移，煙農開始意識到中微量元素的重要作用，大量使用有機肥料和含中微量元素的復合肥，帶入了大量的中微量元素，故施用中微量元素肥料的增產效應降低。此外，不同烤煙品種施用中微量元素肥料均具有顯著的增產效應。

4 結論

本研究通過整合獨立試驗，分析不同條件下中微量元素肥料的增產效應，說明了施用中微量元素肥料可提高烤煙產量與品質，增加農民經濟效益，在實際生產中有利于提高養分利用效率，有利于指導農民科學施肥，得出的主要結論如下。

施用中微量元素肥料顯著提高了烤煙產量、產值、均價和上等煙葉比例，顯著提高了烤煙株高、莖圍和葉片數，但對烤煙煙堿、總氮和總鉀含量沒有顯著影響。在施肥方式上，土壤施用配合葉面噴施中微量元素肥料對烤煙增產效果較好，其次是土壤施用和葉面噴施。在土壤全氮含量為 1～2 g/kg、有效磷含量為10～20 mg/kg、速效鉀含量<100 mg/kg、有機質含量<20 g/kg以及pH值為5.5～6.5條件下，施用中微量元素肥料對烤煙增產效應顯著。南方煙區施用中微量元素肥料增產效果較好。不同試驗年份和烤煙品種下施用中微量元素肥料均具有顯著增產效應。不同中微量元素肥料的交互影響作用、施用量和施用方法等在今后還應進一步研究。

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收稿日期：2022-10-22

基金項目：中國煙草總公司云南省公司重大科技計劃（編號：2019530000241012）；國家重點研發計劃（編號：2016YFE0103100）。

作者簡介：楊效家（1996—），男，河南周口人，碩士研究生，主要從事綠色智能肥料研究。E-mail：yangxj2059@163.com。

通信作者：黃成東，博士，副教授，主要從事肥料創新與評價研究，E-mail：chengdonghuang@cau.edu.cn；徐照麗，博士，副研究員，主要從事煙草營養與栽培研究，E-mail：836126481@qq.com。