不同比例有機肥與氮肥施用量對烤煙產質量及主要化學成分的影響

謝丹鳳, 袁文彬, 謝 晉, 邵蘭軍, 王文輝, 楊天旭, 蔡一霞, 嚴瑪麗, 姜俊紅, 王 維

(1.華南農業大學,廣東廣州 510640; 2.廣東中煙工業有限責任公司,廣東廣州 510610)

土壤是煙葉生長發育的重要環境條件之一,其營養狀況影響著煙葉的產質量[1]。在烤煙種植過程中,由于長期大量使用無機肥料,造成植煙土壤板結、酸化嚴重,并導致煙株生長發育受阻、煙葉品質下降[2-4],而且施氮量過多,會導致煙葉貪青晚熟,施氮量過少,會使煙株瘦小,香氣和吃味平淡[5-6]。單施有機肥肥效遲緩,無法滿足煙株在生長旺盛時期對養分的需求[7-8],有機肥與無機肥合理配施不僅能改良土壤、提高產量、改善烤煙品質,還可以增加煙葉香氣,改善吃味[9-12]。唐莉娜等研究發現,當有機氮肥施用量占總施氮量的25%時,烤煙生長良好,煙葉適時落黃成熟,煙葉內在品質提高[13]。馮曉英等研究有機無機肥配施對烤煙生理特性及經濟性狀的影響時發現,35%有機肥+65%無機肥配合施用下,烤煙葉綠素、類胡蘿卜素含量相對較高,烤后煙葉的產量、均價、產值和上中等煙比例較高[14]。楊紹俊等研究發現,施用50%有機肥的處理效果最佳,其農藝性狀表現好,外觀品質和經濟性狀總體較好,煙葉化學成分含量總體比較適宜,協調性好[15]。田婕的研究結果表明,隨著有機肥施用比例的提高,中部、上部煙葉中石油提取醚的含量相應增加,同時揮發酸含量降低,揮發堿的含量提高,煙葉中的酸堿得到平衡,化學品質更加協調[16]。此外,也有較多研究發現,隨著施氮量的增加,烤煙最大葉面積、株高、產量、葉綠素含量均呈增加趨勢,但施氮量達到一定限度時,烤煙產值、均價、上等煙比例、中上等煙比例及化學質量均呈下降趨勢[17-19]。四川省涼山州會理煙區年收購量常年在30 000～35 000 t之間,是涼山州烤煙的主產區之一,但是該產區在烤煙生產中,因長期連作造成了土壤營養失衡、有機質含量降低,且由于不合理施用無機肥、不重視有機肥的施用,使得煙葉出現品質下降、清香型風格弱化等問題。其次,近年來會理石榴產業的發展不斷壓縮了會理煙區的可耕作面積,因此對當地烤煙生產中的肥料施用水平有了更高要求,以在滿足有限耕作面積條件下實現提質保量的目標,促進產區的良性發展。因此,本研究以云煙87為試驗材料,通過比較不同比例有機肥與施氮量配施對烤煙生長發育及產量品質的影響,以期探究適宜會理煙區的肥料配施比例,從而為當地合理施肥提供理論依據及技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2021年4—9月在四川省涼山州會理縣內東鄉進行,海拔為2 183 m,干雨季明顯,年平均氣溫15.9 ℃,年降水量在1 310 mm左右。土壤類型為紫色土,前茬作物為油菜。試驗地有機質含量為12.29 g/kg,堿解氮含量為79.33 mg/kg,速效磷含量為5.01 mg/kg,速效鉀含量為179.70 mg/kg,pH值為7.60。試驗所用無機肥為煙草專用無機肥(N ∶P2O5∶K2O=11 ∶20 ∶20)和硝酸鉀(N ∶K2O=13.5 ∶44.5),分別由四川金葉化肥有限公司和四川米高化肥有限公司提供,腐熟有機肥(有機質含量≥45%,N ∶P2O5∶K2O=1 ∶0.75 ∶0.85)由河北德沃多肥料有限公司提供。各處理 N ∶P2O5∶K2O=1 ∶0.84 ∶3.29,供試烤煙品種為當地主栽品種云煙87,供試品種等級為中橘三(C3F)。

1.2 試驗設計

試驗設 9個處理(表1),采用隨機區組設計,設3次重復,其中H1T2處理為當地常規施肥水平。各處理不同比例有機肥全部作為基肥,無機肥分2次施入,基肥、追肥按3 ∶2的比例施入,施用量以施氮量計算,不同處理中氮、磷、鉀的配比保持一致。烤煙移栽方式采用大穴膜下移栽,施肥方式采用穴施,田間其他栽培管理措施按當地生產技術方案實施。

1.3 測定內容與方法

1.3.1 農藝性狀的測定 煙株農藝性狀測定參照YC/T 142—2010《煙草農藝性狀調查測量方法》,并計算最大葉面積(最大葉面積=最大葉長×最大葉寬×0.634 5)。

1.3.2 經濟性狀的測定 烤后煙葉按GB 2635—1992《烤煙》中分級標準進行分級,按當年國家統一收購價格,測算每個小區上等煙、上中等煙的比例與產量、產值、均價等。

1.3.3 化學成分的測定 煙葉水溶性總糖、還原糖和淀粉含量用3,5-二硝基水楊酸比色法測定[20];總氮含量用凱氏定氮法測定;煙堿、鉀和石油醚提取物含量分別采用YC/T 34—1996《煙草及煙草制品 總植物堿的測定 光度法》、YC/T 173—2003《煙草及煙草制品 鉀的測定 火焰光度法》、YC/T 176—2003《煙草及煙草制品 石油醚提取物的測定》測定;質體色素含量用紫外分光光度法測定[21];多酚、有機酸含量用高效液相色譜檢測方法[22-23]。

1.3.4 外觀質量的評價 外觀質量評價依照GB 2635—1992《烤煙》,各指標權重根據專家咨詢法和前人研究結果予以確定[24-25],顏色、成熟度、葉片結構、身份、油分、色度的權重依次為0.10、0.30、0.15、0.15、0.20、0.10,各指標的滿分為10分,采用指數和法計算外觀綜合質量分值。

1.3.5 感官質量評價 將煙樣放置在溫度(22±1) ℃、相對濕度(60±2)%的環境中平衡水分72 h,切絲并制成單料卷煙。由廣東中煙工業有限責任公司技術研發中心組織專家對煙樣的感官質量、風格特征指標進行打分評判。各指標權重根據專家咨詢法和前人研究結果予以確定[24-25],香氣質、香氣量、雜氣、刺激性、余味的權重分別為0.25、0.25、0.17、0.13、0.20,感官質量各指標的滿分為9分,風格特征各指標的滿分為5分,最后采用指數和法計算感官質量評價總分。

1.4 統計分析

用Excel 2010進行數據處理,用SPSS 26.0對數據進行方差分析及多重比較,用SIMCA-P 14.1對數據進行正交偏最小二乘法回歸(OPLS)分析,使用Origin 2021繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同處理對烤煙主要農藝性狀的影響

由表2可知,當有機肥比例一定時,隨著施氮量增加,株高顯著增加,最大葉面積增大,莖圍增粗,葉片數增多;當施氮量一定時,隨著有機肥施用比例提高,除節距外,其余農藝性狀指標均呈先上升后下降的趨勢。有機肥施用比例對農藝性狀各指標的影響均達到顯著水平;施氮量對株高、最大葉面積和莖圍的影響均達到顯著水平;有機肥施用比例與施氮量的互作效應對株高有顯著影響。H2T3處理的株高較CK處理高19.26%,且與其他處理間均有顯著差異;H2T3處理的最大葉面積、莖圍最大,與CK相比分別顯著增加18.79%、10.33%;葉片數以H2T3處理最多,但僅與H1T1處理間的差異達顯著水平?？傮w而言,各處理株高、最大葉面積、莖圍等農藝性狀與CK相比差異明顯,以H2T3處理表現較好。

表2 不同處理對烤煙主要農藝性狀的影響

2.2 不同處理對烤煙主要經濟性狀的影響

由表3可以看出,當有機肥比例相同時,隨著施氮量增加,上中等煙比例、均價顯著下降,但產量有所升高;當施氮量相同時,有機肥比例增大,上等煙比例、產量、產值及均價均顯著升高。從交互作用分析可知,有機肥施用比例、施氮量對主要經濟性狀均有顯著影響;在有機肥施用比例和施氮量間的交互作用下,烤煙產量、產值受到顯著影響。H3T1處理的上等煙比例、均價分別較CK處理高19.14%、8.54%,且各個處理的上等煙比例與CK處理相比均有顯著差異;H2T1處理的上中等煙比例最高,除H1T3處理外,其他處理的上中等煙比例均高于CK處理;H3T3處理的產量、產值分別較CK處理高12.75%、21.39%,且各個處理的產值與CK處理相比均有顯著差異?？偟膩砜?H3T1、H3T3處理的經濟性狀較優。

表3 不同處理對烤煙主要經濟性狀的影響

2.3 不同處理對烤煙化學成分的影響

2.3.1 不同處理對烤煙常規化學成分的影響 由表4可知,當有機肥施用比例一定時,隨著施氮量的增加,煙堿、總氮、鉀含量升高;當施氮量一定時,隨著有機肥施用比例提高,各處理的煙堿、鉀含量無規律性變化。從交互作用來看,有機肥施用比例是影響烤煙煙堿、鉀、石油醚提取物含量及氮堿比、糖堿比、兩糖比的主要因素;施氮量是影響烤煙總糖、還原糖、總氮含量最大的因素,且作用達顯著水平。在有機肥施用比例與施氮量二者交互作用下,對淀粉含量的影響最大。大多數處理烤煙的總糖、淀粉含量均顯著高于CK處理,其中H3T3處理的總糖含量、H3T2處理的淀粉含量最高;H1T3處理的煙堿、總氮含量最高,與CK處理相比分別增加了13.88%、13.57%;各處理中,H2T3處理的鉀含量、H2T1處理的石油醚提取物含量最高,且除H1T1處理外,其余處理的鉀含量、石油醚提取物含量均高于CK處理。

表4 不同處理對烤煙主要化學成分的影響

目前評測優質烤煙的指標,以糖堿比接近10、氮堿比接近1、兩糖比≥0.9為宜[26]。由表5可知,氮堿比以H3T3處理最高,H2T1處理最低,兩者間差異顯著;糖堿比以H1T3處理較好,H1T2處理次之;H2T1處理的兩糖比大于0.9?？傮w上看,烤煙化學成分以H2T1處理較為協調,綜合品質較好。

表5 不同處理對烤煙化學成分協調性的影響

2.3.2 不同處理對烤煙質體色素含量的影響 由圖1可知,不同處理對烤煙質體色素含量影響較大,主效應和互作效應均達顯著水平。綜合來看,有機肥施用比例對質體色素含量的影響要高于施氮量與兩者的互作效應。當有機肥施用量一定時,隨著施氮量增加,葉綠素a、類胡蘿卜素含量升高;當施氮量一定時,隨著有機肥比例提高,葉綠素a含量升高,類胡蘿卜素含量先升高后下降。類胡蘿卜素與葉綠素總量的比值可反映兩者的降解程度,可以作為具有特色香型煙生產所關注的基本標準[27]。除有機肥比例為70%的處理外,其余處理的類胡蘿卜素含量與葉綠素總量的比值均較CK處理高,其中以H2T1處理最高,H2T2處理次之。

2.3.3 不同處理對烤煙多酚含量的影響 多酚在烤煙燃吸過程中能產生酸性反應,并中和部分堿性,使吃味醇和,從而對煙氣香味產生影響[28]。由圖2可知,不同處理對烤煙多酚含量的影響較大,且互作效應顯著。綜合來看,施氮量起主要效應,有機肥施用比例與互作效應的影響相對較小。當有機肥施用比例一定時,隨著施氮量增加,綠原酸、莨菪亭、蕓香葉苷、槲皮素含量和多酚總量均下降;當施氮量一定時,隨有機肥施用比例增大,綠原酸、咖啡酸、莨菪亭和多酚總量先上升后下降,而槲皮素含量的變化呈相反趨勢。

2.3.4 不同處理對烤煙有機酸含量的影響 有機酸可以增加煙葉酸度,有減少烤煙刺激性、醇化吃味的作用[29-30]。由圖3可以看出,有機肥施用比例對烤煙乙酸、檸檬酸及琥珀酸含量的影響最大且達極顯著水平,施氮量則是影響草酸、蘋果酸及乳酸含量和有機酸總量的最主要因素。總體而言,當有機肥施用比例一定時,隨著施氮量增加,烤煙草酸、蘋果酸、檸檬酸及琥珀酸含量和有機酸總量升高;當施氮量一定時,有機肥施用比例增大,草酸、蘋果酸、乙酸、檸檬酸含量及有機酸總量呈先升高后降低的趨勢。

2.4 不同處理對烤煙外觀質量的影響

由表6可以看出,當有機肥施用比例一定時,隨著施氮量增加,烤煙顏色、成熟度、色度得分及外觀綜合質量總分呈下降趨勢,而結構得分呈上升趨勢;當施氮量一定時,隨著有機肥施用比例的增大,烤煙顏色、成熟度及色度得分及外觀綜合質量總分呈先上升后下降的趨勢,而油分得分呈上升趨勢。從交互作用可知,施氮量對烤煙顏色、色度、油分及結構得分的影響最大且影響達極顯著水平,而有機肥施用比例對烤煙成熟度、身份得分及綜合得分的影響程度最大。綜上,以H2T1處理的顏色、色度、油分、結構得分和綜合得分最高,整體外觀質量最好。

表6 不同處理對烤煙外觀質量指標得分的影響

2.5 不同處理對烤煙感官質量的影響

由表7可以看出,當有機肥施用比例一定時,隨著施氮量增多,雜氣變重、刺激性和勁頭變大;當施氮量一定時,隨著有機肥施用比例增大,香氣量較足。從有機肥施用比例和施氮量的交互綜合作用分析可知,有機肥施用比例效應對香氣質、香氣量、余味、濃度和香型彰顯程度指標起主要影響,施氮量則對雜氣、刺激性和勁頭的影響較大。從感官質量指標看出,以H2T1處理的香氣質最好、香氣量較足、雜氣最輕、刺激性最小、余味最舒適,感官質量綜合得分較CK處理高11.14%,評吸質量最好;從風格特征指標看,H2T2處理的煙氣濃度最濃,香型彰顯程度最強;H3T3處理的勁頭最大,H1T1處理最小,兩者間的差異達顯著水平。

2.6 OPLS模型分析烤煙質體色素、多酚、有機酸含量與其感官質量的關系

3 討論與結論

不同有機肥比例和施氮量等栽培措施通過對煙株的肥料營養調控,從而影響煙株的生長發育和產質量[32-35]。合理的有機無機肥配比和適宜的施氮量是提高煙葉產量、改善品質的重要栽培措施之一。在本試驗中,有機肥施用比例對烤煙農藝性狀影響程度最大,隨著有機肥比例增大,除節距外,煙株成熟期各項農藝性狀指標值先上升后下降,以H2T3處理的效果最好。究其原因,可能是有機肥施用比例較低時,無機肥肥效快,雨水淋溶流失較多,導致中后期養分不足,煙株生長發育受阻[4,36];而當有機肥施用比例太高時,可能導致煙株生長前期對速效養分需求得不到滿足,從而影響煙株生長發育[37]。從施氮量來看,主要對株高、最大葉面積和莖圍有顯著影響,而對葉片數、節距的影響較小。在經濟性狀方面,有機肥施用比例、施氮量對烤煙上等煙比例、上中等煙比例、產量、產值及均價的影響均達極顯著水平,其中有機肥施用比例對上述指標的影響最大,說明在施氮量一定的條件下,增加有機肥的供給,有利于烤煙中后期葉片內含物的充實,從而促進中上部煙葉的充分發育,使其外觀質量和等級結構均得到了充分提升,進而提高烤煙的經濟效益。但也有研究發現,當有機氮占比為20%時,產量、產值最高,當有機氮比例逐漸提高至60%時,產量、產值則有所降低[37]。以上結果說明,有機氮和無機氮的適宜配比,在不同煙區不同土壤類型是有差異的,這可能與不同煙區土壤理化特性及營養供給能力差異有關[38]。

以往較多研究結果表明,不同比例有機肥或不同氮素施用量對烤后煙葉外觀和內在化學成分有較大影響[13-19]。本研究發現,有機肥比例對烤煙煙堿含量、鉀含量、石油醚提取物含量、協調性指標及質體色素含量影響程度最大,且有機肥施用比例增大能夠降低總氮含量,這與介曉磊等的研究結果[39]大致相同。施氮量則對烤煙總糖、還原糖和總氮含量的影響較大,且隨著施氮量的增加,其煙堿、總氮及鉀含量有增加趨勢,而顏色、成熟度、色度得分及外觀綜合質量總分均有所下降,這與譚炳昱等的研究結果[40-42]基本一致。同時也發現,施氮量對酚類和有機酸類物質影響較大,且以H2T1處理的多酚總量最高;對于多酚含量而言,其與煙氣中芳香氣味的香氣成分密切相關,煙葉中多酚含量越高,煙葉品質越好,越有利于其清甜香風格形成[28,43-44]。本研究發現,有機酸總量以H3T1處理最低,H2T3處理最高,而有關研究發現,煙葉中有機酸含量過高時,會使煙氣余味不凈,對喉部產生辛辣灼燒感,給煙葉的吃味帶來不利影響[28,30]。在本研究中,以H2T1處理的感官綜合質量較好,主要表現為香氣質較中偏上、香氣量較足、刺激性較小、余味較為舒適,清甜香風格特征較為突出。通過OPLS回歸因子分析也發現,綠原酸、蕓香葉苷、莨菪亭、乙酸和琥珀酸對感官綜合質量的正向影響較大,而草酸對感官綜合質量的負向影響較大。由此可見,不同比例有機肥與施氮量處理之所以能調節烤煙感官質量,可能主要通過影響上述有正向作用的化學成分的含量實現。而在本研究中,除琥珀酸外,H2T1處理的上述指標含量均最高,這可能也是其具有良好品質的關鍵內在原因之一。綜上,在本研究中,當有機肥施用比例為50%、施氮量為96 kg/hm2時,煙葉中糖含量、煙堿含量適宜,具有較高的總酚含量,有機酸含量較適宜,化學成分協調性最好,具有較好的煙葉外觀和內在質量。以上研究結果說明,適宜的有機肥比例及適量的氮素供應可以改善煙株的生理機能,使得物質代謝朝著有利于煙草品質形成的方向發展[45-46]。會理烤煙屬于典型清甜香型風格,其總糖和還原糖含量較高,且其風格特征與煙堿、總氮含量呈極顯著負相關關系[47-50],因此整體上看,適宜的高糖低堿和酚類物質及有機酸含量,是其清甜香風格突顯的重要內因之一,而在本研究中通過調整有機肥比例及其施氮量,能夠協調煙葉內在化學成分含量及其比例關系,從而獲得較好的煙葉外觀和感官質量。

但是由于烤煙生產受多種因素的影響,我們在確定有機肥配比及氮素施用量時,還應綜合考慮分析烤煙基因型[51]、品種特性[52]、土壤肥力[53]、有機肥品類[54]及其他田間管理技術等實際情況,以便更全面提高產區的施肥水平和煙葉的產質量。不同比例有機肥與施氮量對烤煙產質量產生了顯著影響,兼顧煙葉農藝性狀、經濟性狀、主要化學成分含量及外觀質量、感官質量等品質指標,會理云煙87以有機肥用量為50%、施氮量為96 kg/hm2時效果最好。