多栽培因素與土壤養分對‘云煙105’含梗率影響關聯分析

潘義宏，蔡憲杰，鄧 濤，左偉標，李曉婷，徐繼超，馮永洪，保 華，閆 鼎

（1云南五佳生物科技有限公司，昆明 650106；2上海煙草集團有限責任公司，上海 200081；3云南省煙草公司曲靖市公司，云南曲靖 655000；4華環國際煙草有限公司，安徽滁州 233121）

0 引言

煙梗是指煙葉的粗硬主脈，包括葉柄部分，而煙梗在煙葉中所占的質量比稱為含梗率[1]。卷煙水平上因煙葉與煙梗的組織結構相差較大，加工技術不同，并且煙梗燃燒后的化學物質和煙氣質量較煙葉差，大量添加影響卷煙風味[2-3]，需將煙葉和煙梗分開加工和應用。因此，煙葉的含梗率直接影響煙葉的有效利用率。含梗率高的煙葉出片率低，煙葉有效利用率低，煙葉生產加工和處理煙梗的成本增加，降低復烤企業的經濟效益，但含梗率太低煙葉造碎可能性更大，適宜的葉片含梗率既能減少打葉造碎、提高出片率[4-5]，又能增加打葉復烤企業的經濟效益，并滿足卷煙企業需求。含梗率因品種、生態、部位、栽培措施、調制措施、加工方式不同而異[6-9]。目前，在品種滿足需求和生態條件明確的基礎上，田間通過生產措施調控煙葉含梗率成為主要方法。彭艷等[10]、馬坤等[11]應用有機肥可降低煙葉含梗率；高旭等[12]研究表明不同氮肥形態顯著影響煙葉含梗率；鄧亞飛等[13]篩選出‘云煙87’在株行距0.5 m×1.2 m、0.6 m×1.1 m 以及有機肥應用量4509.3～5326.95 kg/hm2的煙葉含梗率適宜。針對不同栽培措施組合調控煙葉含梗率的影響研究未見報道。‘云煙105’是云南省煙草農業科學研究院以‘云煙87’為母本、‘CF965’為父本選育而成的新品種，中抗黑脛病、赤星病和青枯病，且適應性較強，自2014 年以來在宣威煙區進行了大面積的推廣應用，獲得卷煙企業的好評，只要有相應的配套栽培措施，新品種就能獲得相應的優質高效栽培效果，但該品種煙葉的含梗率稍高，影響其工業可用性[14]。本研究以‘云煙105’為研究對象，開展施純氮量、株距、封頂時間及留葉數的正交試驗，并對各組合煙葉進行含梗率檢測以及土壤養分檢測，明確影響煙葉含梗率的主次因素，并對土壤養分與煙葉含梗率進行線性分析，明確不同栽培措施下土壤養分對含梗率的影響程度，最終篩選出最優栽培技術方案。旨在為減少煙葉在生產加工過程中產生的煙梗廢棄物、降低生產成本、提高煙葉產質量等提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2020 年在云南曲靖宣威市熱水鎮關營村開展。試驗地位于東經103.79°E、北緯26.08°N，海拔高度1907 m，4—9 月烤煙大田期平均氣溫19.64℃，降雨量926.52 mm。試驗地土壤為紅壤，土壤pH 6.33、有機質29.70 g/kg、堿解氮82.20 mg/kg、速效磷16.26 mg/kg、速效鉀456.42 mg/kg。試驗地供試烤煙品種為‘云煙105’。

1.2 試驗設計

試驗采用L9(34)正交設計，設施純氮量、株距、封頂時間及留葉數4個因素，每個因素3個水平（表1），共9組處理（表2）。田間試驗采用完全隨機區組設計，每個處理3 次重復，共27 個區組，每個區組植煙150 株，共植煙4050株。

表1 正交試驗影響因素及因素水平

表2 正交試驗設計方案

田間試驗生產管理按照云南省煙草公司曲靖市公司優質烤煙種植技術規范進行，烤煙統一于4月15日進行膜下小苗移栽。種植行距統一為120 cm，各處理株距、封頂時間、留葉數按正交試驗設計進行。腐熟菜籽餅肥[有機質含量（以干基計）≥80%，總養分（氮+五氧化二磷+氧化鉀）（以干基計）≥8%]、煙草專用復合肥(N:P2O5:K2O=14:10:24)于移栽時一起基施，分別提供20%和56%的純氮量，移栽后15 d進行硝酸鉀(N:P2O5:K2O=13.5:0:44.5)澆施提苗肥，提供24%的純氮量。對于增減純氮造成磷、鉀用量不一致的處理，通過增施過磷酸鈣(P2O5≥16%)、硫酸鉀(K2O≥50%)保持各處理烤煙養分供給一致，詳見表3。煙葉分區進行采收烘烤并采集樣品。

表3 肥料處理 kg/hm2

1.3 樣品采集與指標測定方法

1.3.1 土壤樣品采集與測定方法 分別于烤煙移栽前和采收后，采用對角線采集各處理植煙土壤耕層20 cm深的土樣，在同一采樣單元內每8個點的土樣構成1個2.0 kg的混合土樣，土樣經風干后分別測定pH及有機質、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀含量。其中pH測定采用NY/T 1121.2—2006 pH計法（水土質量比2.5:1），有機質含量測定采用NY/T 1121.6—2006重鉻酸鉀滴定法，堿解氮含量測定采用LY/T 1229—1999堿解擴散法，速效磷含量測定采用NY/T 1121.7—2006氟化銨-鉬銻抗比色法，速效鉀含量測定采用NY/T 889—2004 乙酸銨浸提—火焰光度法，全氮含量測定采用NY/T 1121.24—2012 凱氏定氮儀法，全磷含量測定采用GB 9837—88 氫氧化鈉堿熔法，全鉀含量測定采用GB 9836—88氫氟酸消解—火焰光度法。

對測定的土壤肥力8 項指標進行主成分分析，計算各項肥力指標的公因子方差，其大小反映該指標對土壤肥力總體變異的重要程度，將公因子方差進行歸一化，結果作為各項肥力指標的權重（表4）。依據屬度函數式(1)（S型）、式(2)（拋物線型）計算土壤肥力綜合指標值(integrated fertility index，IFI)評價土壤肥力[15-16]。

表4 土壤肥力指標所屬隸屬度函數的類型及閾值

式中，x為各土壤養分指標實際值，a、b、c、d分別代表各土壤養分指標的下臨界值、下限最優值、上限最優值、上臨界值（表4）。

IFI能夠反映土壤養分狀況，取值為0～1，數值越高說明土壤肥力質量越好，計算如式(3)。

式中，p為指標個數，Ni和Wi分別為第i種肥力指標的隸屬度和相應的權重。

1.3.2 煙葉樣品采集與含梗率測定方法 烤煙烘烤后，每組區分別采集下部、中部和上部煙葉進行混合煙樣2 kg，測定煙葉含梗率和化學成分。含梗率參照YC/T 136—1998標準，將煙葉樣品平穩通過喂料帶，勻速進入打葉機，經打葉后的樣品由氣流進入風分箱，葉片以一定可控的流速從打葉后的物質中分出，進入葉片料箱，分離出的煙梗返回打葉機重新進行打葉，操作持續4 min后，煙梗出料門自動開啟，煙梗進入煙梗料箱，稱重，然后通過式(4)計算煙梗率。

式中，m代表每層煙梗的質量，M代表所取樣品的質量。

1.4 數據分析

數據采用Excel 2010和SPSS 26.0進行統計分析。對正交試驗數據進行極差和方差分析；采用簡單相關與逐步回歸分析對植煙土壤養分和含梗率進行相關分析。同時采用層次分析法[17]進行權重分析，明確影響因素權重。層次分析法權重分析的計算如式(5)～(7)。

2 結果與分析

2.1 栽培措施正交組合對煙葉含梗率影響分析

由圖1可知，不同栽培措施正交組合對煙葉含梗率的影響表現為處理2＜處理8＜處理9＜處理1＜處理6＜處理3＜處理4＜處理5＜處理7。即A1B2C2D2組合（施純氮量82.5 kg/hm2、株距55 cm、現蕾封頂和留葉數20片）最有利于降低煙葉含梗率。同時不同處理間煙葉含梗率存在差異顯著或極顯著性，其中，處理2煙葉含梗率顯著低于處理5、處理7(P＜0.05)，與其他處理間差異不顯著(P＞0.05)。處理7 煙葉含梗率顯著高于處理2、處理8、處理9(P＜0.05)，與其他處理間差異不顯著(P＞0.05)。煙葉含梗率最低的處理2與含梗率最高的處理7之間達到了極顯著水平(P＜0.01)。表明在施純氮量較低時，可通過適當增加株距和推遲封頂時間降低煙葉含梗率；而施純氮量較高時，提前封頂有利于降低煙葉含梗率。因此，根據實際生產中的施肥量和烤煙田間長勢，可通過調控株距和打頂時間來降低煙葉含梗率。

圖1 不同組合煙葉含梗率的差異性

2.2 栽培措施正交組合對煙葉含梗率主要影響因素分析

2.2.1 極差分析 正交試驗的極差分析可用于研究不同因素間的主導和因素間不同水平的優勢。通過正交極差分析（表5）可知，4個因素不同水平間的煙葉含梗率主要表現趨勢為：隨施氮量、封頂時期和留葉數的增加先提高后下降，而隨株距增加而降低。因此與上述結果分析相同，生產上應適當掌握烤煙栽培措施的限度，并通過不同措施進行調控，降低煙葉含梗率。同時由極差R的分析結果可知，4個因素對煙葉含梗率的影響由強到弱表現為C（封頂時間）＞B（株距）＞A（施純氮量）＞D（留葉數），其中封頂時間為主要因素。因此，生產調控煙葉含梗率重點把握煙葉封頂時期。4個因素不同水平間的最優水平方案為A1B2C2D3，即施純氮量82.5 kg/hm2、株距55 cm、現蕾封頂和留葉數22片。這與正交試驗處理2組合A1B2C2D2的留葉數不同，因此還需進一步通過優化試驗明確‘云煙105’的適宜留葉數。

表5 正交試驗的極差分析

2.2.2 影響煙葉含梗率顯著性與權重分析 正交試驗的方差分析可反映各因素不同水平變化引起的差異是否顯著。由表6可知，4個因素中僅封頂時間對‘云煙105’含梗率有顯著影響(P＜0.05)，而施純氮量、株距和留葉數對含梗率影響不顯著(P＞0.05)。表明大田烤煙生產中應注意大田適當封頂時間調控煙葉含梗率。封頂時間按照含梗率最佳水平選擇C2，其他因素按最小含梗率選擇，試驗各因素的最佳搭配為A1B2C2D3，即施純氮量82.5 kg/hm2、株距55 cm、現蕾封頂和留葉數22片，有利于降低煙葉含梗率，提高煙葉工業可用性。這些結果與直觀分析方法結果一致，生產中重點調控封頂時間，同時優化明確煙葉留葉數。

表6 正交試驗的方差分析

針對上述分析結果，進一步通過層次分析法分析各影響因子的權重。表7 結果說明封頂時間影響最大，其權重占0.6219；施純氮量、種植株距和留葉數所占的權重分別為0.0921、0.2421 和0.0439。這與極差分析、方差分析結果一致，生產中可根據栽培因素的影響權重結合生產成本確定降低煙葉含梗率的最優措施，指導烤煙實際生產。

表7 正交試驗各因素的權重分析

2.3 栽培措施正交組合對烤煙采收后植煙土壤養分影響

由表8 可知，不同栽培措施組合處理的煙葉采收后的植煙土壤IFI值均在0.89～0.95 范圍內，表明土壤肥力均較高，滿足烤煙大田期生長需求。同時，不同栽培措施的單因素對土壤肥力的方差分析無差異顯著性，表明栽培措施對土壤肥力影響不大。因此，進一步分析土壤養分對煙葉含梗率的影響，便于結合土壤養分與栽培措施雙向調控煙葉含梗率，提高煙葉工業可用性。

表8 各組合植煙土壤養分評價

2.4 植煙土壤養分與煙葉含梗率的相關分析

將植煙土壤養分與煙葉含梗率進行簡單相關分析（表9），煙葉含梗率與植煙土壤pH 和全磷含量的R值分別為0.68 和0.69。并結合線性相關判斷標準r=0 時，x和y完全不相關；0＜r＜0.3，不相關；0.3＜r≤0.5，低度相關；0.5＜r≤0.8，顯著相關；0.8＜r≤1，高度相關。表明煙葉含梗率與土壤pH 和土壤全磷含量呈顯著正相關。

表9 植煙土壤養分與煙葉含梗率的線性分析

為進一步明確不同栽培措施下土壤養分對含梗率的影響程度，以含梗率為因變量y，以pH(x1)、有機質(x2)、全氮(x3)、全磷(x4)、全鉀(x5)、速效氮(x6)、速效磷(x7)、速效鉀(x8)為自變量，將土壤養分對煙葉含梗率進行逐步回歸分析，結果見表10。除全磷(x4)和pH(x1)外的6 項土壤養分指標均在逐步回歸的過程中被排除，說明僅有全磷和pH 對含梗率影響較大，這與簡單相關分析的結果一致。最優回歸方程模型為2 種，一種為y=1.848+24.269x4，另一種為y=-130.839+18.486x4+22.112x1，2 個回歸方程的R2分別為0.486 和0.713，說明通過土壤中全磷含量的變化能夠解釋煙葉含梗率48.6%的總變異，而土壤中全磷和pH 的變化能夠解釋煙葉含梗率71.3%的總變異。并且2 個模型的方差檢驗顯著。因此，可以通過土壤全磷和pH 定量描述‘云煙105’煙葉含梗率的變化，為煙葉含梗率的調控提供理論依據。

表10 植煙土壤養分與含梗率的逐步回歸分析

3 結論

從施氮量、株距、封頂時間及留葉數進行正交試驗，研究其對煙葉含梗率的影響，結果表明4個因素對煙葉含梗率影響的主次順序為封頂時間＞株距＞施純氮量＞留葉數，封頂時間為主要因素（權重值達到0.6219），其次為施氮量（權重值為0.2421）。4 個因素的最優水平方案為施純氮量82.5 kg/hm2、株距55 cm、現蕾封頂和留葉數22 片，此組合下煙葉含梗率最低。土壤養分與煙葉含梗率的逐步回歸分析表明，‘云煙105’含梗率與pH和全磷含量呈顯著正相關關系，通過定量方程得出全磷含量(x4)、土壤pH(x1)與煙葉含梗率的最優回歸方程為y=-130.839+18.486x4+22.112x1。

4 討論

含梗率直接影響煙葉出片率，進而影響到卷煙工業企業的原料采購成本，并在一定程度上影響煙葉感官評吸質量和煙葉可用性[18]。中國煙草種植區劃分煙葉含梗率的最佳范圍為22%～25%[19]，云南省烤煙煙葉含梗率28%左右[7]，煙葉加工性能較優。本研究中‘云煙105’的含梗率范圍為29%～36%，煙葉含梗率稍高。馬繼良等[20]研究表明曲靖煙葉含梗率與緯度呈正相關，且地理位置直接影響煙葉物理特性。張繼旭等[21]認為隨著光照強度減弱，煙葉含梗率呈先降低后增大再降低的變化趨勢。余建飛等[22]發現湘西煙區煙葉含梗率與成熟期降水量呈顯著負相關，而與成熟期日照時數顯著正相關。以上研究均說明生態因素對煙葉含梗率影響較大，但是生態因素無法輕易改變，因此急需探索生產措施降低煙葉含梗率。齊永杰等[23]報道湖南煙區株距和施氮量互作主要影響煙葉含梗率。葉衛國等[24]提出適當的減氮和增密有利于降低‘云煙87’的煙葉含梗率，與本研究結果一致，而當施氮量提高的時候可以通過提前封頂來降低煙葉含梗率。封頂又稱打頂，是烤煙生長過程中的一項關鍵技術措施，李朝陽[25]、趙唯琦等[26]研究表明打頂對烤煙葉面積與干物質積累有著顯著影響，且隨打頂時間的推遲表現為煙葉的最大葉長、最大葉寬及葉面積系數呈先增后減趨勢。同時包自超[27]、高旭等[12]研究發現煙葉含梗率與單葉重及葉片厚度呈顯著負相關，與葉寬、葉面積、葉長和開片度呈顯著或極顯著正相關。因此，打頂時間顯著影響葉寬、葉長、葉面積、單葉重以及葉片厚度，進而影響煙葉含梗率，這與本研究所得結論一致。同時烤煙生產注意根據施肥量和烤煙田間長勢，采取適宜種植密度和打頂時間調控煙葉含梗率，降低煙葉含梗率。

土壤是烤煙生長的基礎，陳若星等[28]研究報道水稻土、紫色土和紅壤土中以紫色土的煙葉化學成分較為協調，但其含梗率較高。羅萬麟等[29]研究發現土壤耕層厚度與速效鉀含量對煙葉含梗率影響顯著。孟琦等[30]對河南初烤煙葉物理特性與土壤屬性進行典型相關分析表明土壤pH、全鉀和鎂含量與煙葉含梗率呈顯著負相關。但高旭等[12]研究表明曲靖煙葉含梗率隨土壤pH的升高呈現逐步上升的趨勢，本研究結果表明含梗率與土壤pH、全磷為正相關關系，與孟琦等[30]研究結果存在出入，河南煙區為典型的濃香型煙區，而云南屬于典型的清香型煙區，生態條件及品種的不同可能導致了研究結果的差異。此外，徐敏等[31]研究發現烤煙施磷處理的葉片含梗率較小，葉片單葉重較大。劉坤等[32]在云南羅平報道煙葉含梗率隨施用鈣鎂磷肥增加而降低，而隨過磷酸鈣處理的磷量增加而增加，同時一定范圍內的減氮和減磷處理可以降低煙葉含梗率。表明磷素與煙葉含梗率的關系不僅在于含量的多少，還與磷素形態、多元素相互作用等密切相關，值得進一步深入研究。

烤煙生產過程可根據土壤理化性狀，通過不同措施改善土壤pH和土壤磷含量調控土壤營養，并結合栽培措施進一步降低煙葉含梗率，提高煙葉工業可用性。