雪茄煙葉栽培中氮、有機肥、種植密度及留葉數與晾制后產量的經驗模型

摘要：為給優質茄衣、茄芯雪茄煙葉生產提供科學量化依據，實現煙葉生產的可持續發展，分別選用茄芯品種古引4號（海研101）、茄衣品種青雪103（QX103）為供試材料，以經典統計學為分析工具，在對試驗地土壤養分進行分析的基礎上進行二次回歸旋轉組合試驗設計，分別建立氮肥施用量、有機肥施用量、種植密度及留葉數4個因子與茄衣、茄芯雪茄品種一級煙葉產量之間的經驗模型，并分析各因子之間的兩兩交互作用，進行模型優化。單因素效應分析結果表明，在茄衣品種大田試驗中，隨著施氮量、有機肥施用量和種植密度的提高，一級煙葉產量呈現先升后降的趨勢，隨著留葉數的增加，一級煙葉產量呈上升趨勢；在茄芯品種大田試驗中，隨著施氮量、有機肥施用量、種植密度和留葉數的增加，一級煙葉產量呈先升后降的趨勢。雙因素交互效應分析結果表明，氮肥施用量與有機肥施用量、氮肥施用量與種植密度、氮肥施用量與留葉數、有機肥施用量與種植密度、有機肥施用量與留葉數以及種植密度與留葉數間互相都存在一個值域，低于此值域時，兩因子相互之間表現為協同促進作用，高于此值域時則表現為拮抗作用。模型優化結果表明，茄衣品種最適氮肥施用量為130.73～147.17 kg/hm²、有機肥施用量為1 917.27～2 424.83 kg/hm²、種植密度為 23 878.03～26 174.60株/hm²、留葉數為18.31～19.59張/株；茄芯品種最適氮肥施用量為146.80～168.98 kg/hm²、有機肥施用量為2 081.35～2 655.49 kg/hm²、種植密度為23 119.95～25 037.94株/hm²、留葉數為16.62～18.13張/株。

關鍵詞：雪茄；氮；有機肥；種植密度；留葉數；經驗模型

中圖分類號：S572.04""文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）22-0097-08

隨著國內經濟持續良好發展，新興消費群體迅速增長，國內雪茄消費逐漸興起^［1］。雪茄煙是由經過晾制和發酵后的雪茄煙葉卷制而成的^［2］，雪茄煙葉按用途可分為3種類型：茄芯、茄衣、茄套^［3］。雪茄茄衣煙葉的優劣是衡量雪茄質量的重要因素之一，其組成和含量直接影響雪茄煙的口感^［4-5］；茄芯煙葉是用作雪茄煙中心的填充材料，是雪茄煙風味產生的重要來源^［6］。然而目前國產雪茄煙原料的產量和品質仍有待研究^［7］。我國雪茄原料生產仍處于發展階段，尚未達到一定規模，優質雪茄煙原料大多依賴進口，嚴重限制了國產雪茄行業的發展^［8-9］。

研究表明，在雪茄生產過程中，施肥系統對作物品質有重要影響^［10-13］。適宜的施氮量能增加煙草產量，提高煙葉品質，增加經濟效益；過量施氮會引起煙株旺長、徒長和貪青晚熟，影響煙葉品質；而施氮量不足則會抑制煙株的生長^［14］。有機肥不僅能為煙株生長提供多種營養成分，還能改善土壤微生境、提高營養利用率、提升作物品質，在雪茄煙的生產中已受到更多人重視^［15-16］。此外，煙株的種植密度、留葉數等對煙葉產量、分級也有極大影響^［17-19］。種植密度不僅能夠調節煙田種群數量與個體生長，而且對大田煙葉的有效遮光面積、種群光合效率和田間微氣象有顯著影響^［20-21］；低種植密度雖然有助于煙株個體發育和農藝性狀改善，但不能滿足生產上的理想種群需求^［22］；而高種植密度會增加煙株個體之間的競爭，抑制個體生長發育，最終影響煙草產量^［23］。打頂留葉通過調節煙株營養分配來影響煙葉的產量和質量，留葉數多雖然能夠提高煙葉產量，但會造成上部葉不開片，商品等級降低，進而導致均價和產值下降^［24］；而留葉數少則會導致上部葉過大、過厚，煙堿含量過高，使可用性降低^［25］。因此，氮肥、有機肥施用量及種植密度和留葉數是影響煙葉產量和質量的重要因素^［26-28］。

目前，關于氮肥、有機肥施用量以及種植密度、留葉數對雪茄煙葉品質的影響已有較多報道，但大多研究的是其中某一單因子對雪茄煙草的影響，而關于4個因子的互作與雪茄煙葉產量或品質的經驗模型鮮有報道。因此，本研究以經典統計學為研究方法，在對試驗地土壤養分分析的基礎上，設計二次回歸旋轉組合試驗，分別建立氮肥施用量、有機肥施用量、種植密度及留葉數4個因子與雪茄茄衣、茄芯煙葉產量之間的經驗模型，并對各因子之間的交互作用進行分析，對建立的經驗模型進行優化，旨在為優質雪茄煙葉茄衣、茄芯的栽培生產提供量化科學依據。

1"材料與方法

1.1"試驗地概況

試驗于2023年在陜西省漢中市勉縣同溝寺鎮照壁山村雪茄煙種植示范基地進行，基地的地理位置為106°49′E、33°09′N，屬亞熱帶季風氣候，四季分明、氣候溫潤，年平均氣溫14.3 ℃，無霜期在235 d以上，最冷月平均氣溫在0 ℃以上，最熱月平均氣溫為26～27 ℃，日平均溫度≥20 ℃的持續時間在 120 d 以上，有效積溫高達1 878 ℃，年日照時長為2 250～4 000 h，是優質煙葉的最適宜種植區之一。供試土壤肥力中等，地力均勻，適合灌溉、排水等。

土壤基礎肥力：速效氮含量11.91 mg/kg，速效磷含量21.50 mg/kg，速效鉀含量116.52 mg/kg，有機質含量21.85 g/kg，pH值6.5。交換性鈣含量 2 670 mg/kg，交換性鎂含量482.59 mg/kg，氯離子含量為46.74 mg/kg。

1.2"試驗材料與設計

供試品種茄芯選用古引4號（海研101），茄衣選用青雪103（QX103），采用遮陰栽培模式。

試驗采用二次回歸旋轉組合設計（表1），分氮肥施用量、有機肥施用量、種植密度、留葉數4個因素，每個因素各設5個水平。5個水平代號分別為 -2、-1、0、1、2。每個處理為1個小區，茄芯、茄衣各36個小區，共計72個小區，小區面積為33 m²（5行，每行面積為1.1 m×6 m），株距隨試驗設計處理的種植密度而定。對于茄芯，肥料按N ∶P2O5 ∶K2O為1 ∶1.2 ∶3.0施用；茄衣在自動遮陰棚下集中種植，肥料按N ∶P2O5 ∶K2O為1 ∶1 ∶2.8施用，施用基肥時補加硫酸鎂肥150 kg/hm²。選用專用肥、過磷酸鈣、硝酸銨鈣、硫酸銨和硫酸鉀等配施所需無機肥。無機肥按基肥、追肥比例為1 ∶1施用，第1、2次追肥分別在移栽后20、35 d進行，施用量分別為總追肥量的30%、20%。有機肥選用蚯蚓糞有機肥和油枯生物肥混配（重量比為2 ∶1），作基肥施入，各小區氮肥與有機肥按照試驗設計進行施用。

留葉數處理：在中心花開放之后進行打頂，打頂時按照試驗設計留葉。

試驗進程和其他田間生產管理均與當地煙草種植習慣保持一致，確保煙株各階段營養平衡協調，生長發育良好，適時成熟。

1.3"測定項目與方法

1.3.1"土壤樣品的采集與分析

按“S”形均勻布點取0～20 cm耕層土壤，過20目和100目篩。按照常規方法測定土壤pH值以及有機質、速效氮、速效磷、速效鉀、交換性鈣、交換性鎂、氯離子等養分含量。

1.3.2"煙葉產量統計

根據成熟度按照小區分別對茄衣和茄芯品種的煙葉進行采收和晾制，晾制結束后，由專業人員按照煙葉的色澤、油分、伸展度、韌性等指標對各小區煙葉進行分級，選取一級優質雪茄煙葉進行產量統計，用于后續的數據分析。

1.4"數據處理與分析

試驗數據采用Microsoft Excel 2022進行初步匯總計算，用DPS軟件及SPSS軟件進行數據統計分析，用Design-Expert、Origin軟件進行制圖制表，分析茄衣、茄芯煙葉對不同水平的氮肥、有機肥施用量以及種植密度、留葉數的響應規律。

2"結果與分析

2.1"經驗模型的建立

對數據進行二次多項式回歸分析，建立大田條件下氮肥施用量、有機肥施用量、種植密度及留葉數4個因子與茄衣產量的經驗模型為：

Y青雪103=1 547.43+37.34×N+3.26×O+36.45×D+35.93×L-59.76×N²-28.02×O²-17.76×D²+8.70×L²+18.24×N×O-5.95×N×D-6.48×N×L+74.86×O×D-8.87×O×L+7.96×D×L。

4個因子與茄芯產量的模型為：

Y古引4號=2 230.30+36.36×N+42.17×O-51.26×D-24.49×L-49.75×N²-16.04×O²-68.31×D²-50.13×L²+135.98×N×O+7.95×N×D-67.80×N×L-66.29×O×D+1.89×O×L+36.74×D×L。

式中：Y為大田條件下晾制后所得一級優質雪茄煙葉的產量；N、O及D、L分別表示氮肥、有機肥施用水平及種植密度、留葉數。

F檢驗結果表明，大田試驗所建得的2個方程均達到顯著水平，表明回歸方程可以反映實際情況。2個方程相關系數分別為0.545 2、0.546 0 ，說明各因子之間有相關性。

2.2"單因子效應分析

根據回歸方程，對施氮量、有機肥施用量、種植密度和留葉數進行單因素效應分析，在其他因素取0水平時，可分別作出4個因子對晾制后一級煙葉產量的單因素效應圖。從圖1可以看出，在試驗范圍內，當施氮量小于147 kg/hm²、有機肥施用量小于2 237.5 kg/hm²時，茄衣一級煙葉產量隨著施氮量和有機肥施用量的增加而增加，當大于該施用水平時，一級煙葉產量隨著施氮量和有機肥施用量的增加而減小。種植密度在28 500株/hm²時，茄衣一級煙葉產量取得最大值，之后隨種植密度的增加產量趨于平緩，而茄衣一級煙葉產量隨著留葉數的增加則呈現上升趨勢。由圖2可知，施氮量、有機肥施用量、種植密度及留葉數對產量的影響都呈先升后降的趨勢，茄芯一級煙葉產量分別在施氮量、有機肥施用量、種植密度、留葉數為 163.5 kg/hm²、2 560 kg/hm²、23 100株/hm²、17張/株時達到最大值。

2.3"兩因素交互效應分析

圖3、圖4分別反映氮肥施用量、有機肥施用量、種植密度及留葉數的兩因素交互效應對茄衣、茄芯一級煙葉產量的影響，與單因素處理作用相比，雙因素處理還存在協同和拮抗作用。在茄衣品種試驗中，當種植密度和留葉數處于0水平時（圖 3-A），隨著氮肥和有機肥施用量的增加，產量表現為先增加后減少的趨勢，表明氮肥與有機肥在適量的范圍內存在明顯的協同促進作用，但是當氮肥與有機肥均過量時，二者又表現為拮抗作用，這一點與單因素分析結果相對應。類似的，在氮肥施用量與種植密度關系中（圖3-B），也同樣表現出先協同再拮抗的效應，即當有機肥和留葉數處于0水平，且氮肥施用水平＜0.4，即施氮量＜163.5 kg/hm²"時，隨著施氮量和種植密度的增加，一級煙葉產量增加，說明在該范圍內，氮肥施用量與種植密度之間存在協同促進作用；但當施氮量＞163.5 kg/hm²時，產量隨著種植密度的增加而增加，卻隨著施氮量的增加而減少，說明此時種植密度和氮肥施用量之間表現為拮抗作用。在茄芯品種試驗中，氮肥施用量與種植密度（圖4-B）、氮肥施用量與留葉數（圖4-C）、有機肥施用量與種植密度（圖4-D）、有機肥施用量與留葉數（圖4-E）及種植密度與留葉數（圖4-F）也表現出與上述相同的趨勢，均為低于某一值域時表現為協同作用，有利于一級煙葉產量的提高，隨著水平的提升，超過限度值域后便表現出拮抗作用，煙葉產量隨之降低。而在茄衣品種試驗中，當氮肥施用量和留葉數處于0水平，且有機肥施用水平＜0.4，即有機肥施用量＜2 550 kg/hm²時（圖3-D），隨著有機肥施用量和種植密度的增加，一級煙葉產量減少，說明在該范圍內，有機肥施用量和種植密度之間存在著協同促進作用；當有機肥施用量＞2 550 kg/hm²時，一級煙葉產量隨著種植密度的增加而增加，但隨著有機肥施用量的增加而降低，有機肥和種植密度之間表現為相互拮抗作用。在茄芯品種試驗中，氮肥施用量與有機肥施用量（圖4-A）也呈現出此種趨勢。

在茄衣品種試驗中，當有機肥施用量和種植密度處于0水平，且氮肥施用水平＜0.4，即施氮量＜163.5 kg/hm²"時（圖3-C），隨著施氮量和留葉數的增加，一級煙葉產量增加，說明氮肥施用量與種植密度之間存在協同促進作用，但當施氮量＞163.5 kg/hm²"時，一級煙葉產量隨著留葉數的增加而增加，卻隨著施氮量的增加而減少，這說明此時種植密度和氮肥施用量之間表現為拮抗作用。當氮肥施用量和種植密度處于0水平時（圖3-E），隨著有機肥施用量和留葉數的增加，一級煙葉產量表現為先少量增加后減少的趨勢，說明有機肥施用量與留葉數在適量范圍內也存在著協同促進作用，但是當有機肥施用量與留葉數均過量時，二者又表現為拮抗作用。當氮肥施用量和有機肥施用量處于0水平時（圖3-F），隨著種植密度和留葉數的增加，一級煙葉產量呈現先增加后少量減少趨勢，說明種植密度在適量范圍內與留葉數呈現協同促進作用，但當種植密度過大時，二者又表現為拮抗作用。

2.4"經驗模型的優化

分別對2個品種大田試驗小區的一級煙葉產量頻次進行分析，茄衣、茄芯品種的一級煙葉產量平均值分別為1 465、2 036.36 kg/hm²，2個品種大田試驗的一級煙葉產量高于平均值的小區均有19個，頻次分布分別見表2、表3。

從表2可以看出，茄衣品種大田試驗一級煙葉產量大于1 465 kg/hm²的小區，氮肥處理水平主要分布在-1～0之間，即施氮量為120～150 kg/hm²；有機肥處理水平主要分布在-1～1之間，即施用量在1 500～3 000 kg/hm²之間；種植密度處理水平主要分布在-1～0之間，即22 500～25 500株/hm²；留葉數水平主要在0～1之間，即18～20張/株。

從表3可以看出，茄芯品種大田試驗一級煙葉產量大于2 036.36 kg/hm²的小區，氮肥處理水平主要分布在0～1之間，即施氮量為150～180 kg/hm²；有機肥處理水平主要分布在0～1之間，即施用量在2 250～3 000 kg/hm²之間；種植密度處理水平主要分布在-1～0之間，即22 500～25 500株/hm²；留葉數主要在-1～0之間，即16～18張/株。

針對表2、表3，分別計算試驗中茄衣、茄芯品種一級煙葉產量大于平均值的19個方案各因子的加權均數以及標準誤，并進行參數的區間估計，結果見表4、表5。由表4可知，茄衣品種在大田試驗中適宜的氮肥施用量為130.73～147.17 kg/hm²、有機肥施用量為1 917.27～2 424.83 kg/hm²、種植密度為23 878.03～26 174.60株/hm²、留葉數為18.31～19.59張/株。由表5可知，茄芯品種在大田試驗中適宜的氮肥施用量為146.80～168.98 kg/hm²、有機肥施用量為 2 081.35～2 655.49 kg/hm²、種植密度為 23 119.95～25 037.94株/hm²、留葉數為16.62～18.13張/株。

3"討論

雪茄煙草在生產中需要優良的栽培條件。本研究利用回歸函數法分別建立氮肥施用量、有機肥施用量、種植密度和留葉數與雪茄茄衣、茄芯品種晾制后一級煙葉產量的關系模型，并對所建立的經驗模型進行優化，從而分別計算出茄衣、茄芯品種煙草生長適宜的氮肥、有機肥供應量及種植密度和留葉數量。

從單因素效應分析結果來看，氮素是煙葉生長發育所需的重要元素，參與煙株的氮代謝等生理過程，影響煙草葉片的發育狀態，與煙葉產量和品質的形成緊密聯系^［29］。合理的施氮量可以保證煙株正常生長發育，促進煙葉碳氮代謝協調^［30-31］。因此本試驗中2個品種的一級煙葉產量均隨氮肥施用量的增加呈現先升后降趨勢。高有機肥施用量可優化雪茄煙葉種植土壤微生物特性，促進煙葉葉綠素合成、伸長和擴大煙葉葉片，并增加雪茄煙葉干物質量^［11］。因而隨著有機肥施用量的增加，一級煙葉產量增加，但過多的有機肥可能會增加作物對其他營養元素吸收時的拮抗作用，從而不利于優質煙葉的產生，因此本試驗中一級煙葉產量隨著有機肥施用量的增多而增加到一定值后呈下降趨勢。大量研究表明，合理的種植密度和留葉數可以改善煙田微氣候，提高群體的光合性能，促進干物質積累和合理分配，從而提升煙草的產量和質量^［32-35］。低密度種植條件下植株可以受益于更好的通風透光環境及充足的資源，長勢更好，但不能滿足產量需求；而高密度種植條件下植株之間的競爭變得更加激烈，導致資源分配不均衡，這可能會降低煙葉品質，因此種植密度及留葉數對產量的影響也表現出先升后降的趨勢，但在茄衣品種試驗中，隨著留葉數的增加一級煙葉產量呈現持續升高趨勢，推測原因可能是試驗所設置的留葉數上限不夠大，因此未出現留葉數對雪茄煙草生長的脅迫作用。

由于茄衣通常要求葉片寬大且較薄、組織細膩、支脈細而平伏、拉力強度大^［36］，世界優質茄衣多種植在溫暖濕潤、日光柔和的地方，而在不具備多云寡照條件的地區常采用遮陰種植的方法來達到生產高品質茄衣煙葉的目的^［37］。若肥料施用量太多或光照太強，葉片則較厚，不利于優質茄衣煙葉的生成。因此，茄衣煙草品種在栽培中對氮肥、有機肥的需求較茄芯少，其最適種植密度及留葉數較茄芯高，本研究結果與之一致。

兩因素交互效應分析結果表明，氮肥施用量與有機肥施用量、氮肥施用量與種植密度、氮肥施用量與留葉數、有機肥施用量與種植密度、有機肥施用量與留葉數以及種植密度與留葉數間互相都存在一個臨界值域，低于此值域時，兩因子相互之間表現為協同促進作用，高于該值域時，則表現為拮抗作用。前人的研究表明，種植密度和留葉數影響煙株的冠層結構，而透光率的確定對于植物保持良好的受光條件至關重要^［38-39］。高密度、低留葉數處理可顯著降低株高，改善煙株光照環境，使葉面積系數更加適宜^［40］。茄衣煙葉要求干物質少，以葉片薄、韌性強為優，因此栽培時所需光照少。在本試驗中，由于茄衣所需留葉數更多，氮肥施用量與留葉數、有機肥施用量與留葉數、種植密度與留葉數的交互效應顯示，其臨界值域均較茄芯品種試驗更高，這與前人的研究結果^［41-44］相符。

對建立的茄衣、茄芯品種大田經驗模型進行優化，以追求優質煙葉最大產量，但在實際生產中，最大產量值只是個理論值，控制難度高，人工成本較大，能達到的概率非常低，因此本試驗采用頻次分析法對模型進行優化，根據產量大于平均值的方案中各因子加權均數以及標準誤，確定各統計量之間的離散程度，并進行參數的區間估計，得到大田試驗中茄衣、茄芯品種的最佳施肥量、種植密度及留葉數，以完成模型的優化。

4"結論

通過單因子效應分析得出，茄衣品種在大田試驗中，隨著施氮量、有機肥施用量和種植密度的提高，一級煙葉產量呈現先升后降的趨勢，當施氮量為147 kg/hm²、有機肥施用量為2 237.5 kg/hm²、種植密度為28 500 株/hm²時，一級煙葉產量達到最大值；留葉數在0～22張/株范圍內，隨著留葉數的增加，一級煙葉產量呈上升趨勢。在茄芯品種大田試驗中，隨著4個因子水平的提升，一級煙葉產量均呈先升后降趨勢，當施氮量為163.5 kg/hm²、有機肥施用量為2 560 kg/hm²、種植密度為 23 100株/hm²、留葉數為17張/株時所取得的一級煙葉產量是最大的。

對氮肥施用量、有機肥施用量、種植密度及留葉數間兩兩因素交互作用進行分析得出，氮肥施用量與有機肥施用量、氮肥施用量與種植密度、氮肥施用量與留葉數、有機肥施用量與種植密度、有機肥施用量與留葉數以及種植密度與留葉數間互相都存在一個值域，低于此值域時，兩因子相互之間表現為協同促進作用，高于該值域時，則表現為拮抗作用。

通過二次回歸旋轉組合試驗設計，建立氮肥施用量、有機肥施用量、種植密度和留葉數4個因子與茄衣、茄芯晾制后一級煙葉產量的經驗模型，并對模型進行優化處理。結果表明，茄衣品種大田試驗最適氮肥施用量為130.73～147.17 kg/hm²、有機肥施用量為1 917.27～2 424.83 kg/hm²、種植密度為23 878.03～26 174.60株/hm²、留葉數為18.31～19.59張/株。茄芯品種大田試驗最適氮肥施用量為146.80～168.98 kg/hm²、有機肥施用量為 2 081.35～2 655.49 kg/hm²、種植密度為 23 119.95～25 037.94株/hm²、留葉數為16.62～18.13張/株。

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