水氮耦合对烤烟干物质积累及产质量的影响

王李芳,刘国顺,*,张永辉,谢 强,罗定棋

(1河南农业大学烟草学院,国家烟草栽培生理生化研究基地,烟草行业烟草栽培重点实验室,河南郑州,450002;2四川省烟草公司泸州市公司烟叶生产技术推广应用中心,四川泸州,646000)

水分和养分对作物生长的作用不是孤立的,而是相互作用相互影响[1～3]。二者是影响烤烟品质和产量的两大主要因素,只有根据烤烟需水需肥规律,合理进行水分调控,以水调肥,促进烟叶养分的吸收,才能获得优质适产的烟叶。前人就施氮量对烟草生长和产质量的影响做过不少研究[4～7],但对水氮耦合对烤烟干物质积累及产质量影响研究报道较少。笔者进行了不同水氮耦合对烤烟干物质积累及产质量影响的研究,以为烟区提高烤烟水肥利用效率和产量品质提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于 2009年在四川省泸州市叙永县麻城乡现榜村 (东经 105.64°,北纬 27.92°)进行。 试验田前茬作物箭舌豌豆,地势平坦,排灌方便,供试土壤为黄壤土。土壤肥力中等,pH5.68,有机质含量为 25.4 g/kg,全氮 1.41 g/kg,碱解氮 152 mg/kg,速效磷 17.5 mg/kg,速效钾157 mg/kg,田间持水量为27.4%。供试烤烟品种为云烟 203。

1.2 试验设计

试验采用两因素裂区设计(表 1),灌水量为主区,氮肥用量为副区,共12个处理组合,3次重复。灌水在各时期干旱时进行,微喷灌溉,水量由水表控制,主区四周设宽2 m的隔离带以防水分侧渗。肥料施用量以纯 N计算,共设 4个处理:N1(不施氮),N2(75 kg/hm2),N3(105 kg/hm2),N4(135 kg/hm2)。磷、钾用量分别为105 kg/hm2,315 kg/hm2。氮肥为硝铵磷和硝酸钾,磷肥为硝铵磷和过磷酸钙,钾肥为硫酸钾和硝酸钾。其中10%作窝肥移栽时穴施,70%的氮肥和钾肥作基肥双侧条施,剩余 20%作追肥;磷肥全部作基肥施用。4月29日移栽,行距 130 cm,株距 45 cm,单株留叶20～22片。除水肥因素外,试验田其它管理措施按当地优质烤烟栽培进行。

表1 试验处理Table1 Treatments

1.3 测定项目与方法

烟苗移栽后 30 d在每取样区选取 60株长势基本一致的烟株挂牌标记,于 30 d后每间隔15 d取 3株冲根,然后在 105℃温度下杀青,60℃烘干,称取各器官干重,计算烟株干物质积累量。

所有处理的成熟烟叶按小区分别采收和烘烤,并统计烤后烟叶产量,按国家标准(GB2635-92)[8]分级,确定上、中、下等烟叶比例。各处理烟叶烘烤后选用C3F烟叶样品粉碎过60目筛后进行化学成分分析。总氮用 H2O2-浓 H2SO4消化,半微量凯氏定氮法测定;水溶性总糖和淀粉用蒽酮比色法测定,还原糖用 DNS比色法测定;烟碱用紫外分光光度计法测定;石油醚提取物的测定采用常规方法。

1.4 统计分析

用 SPSS分析软件进行数据的统计与分析。

2 结果与分析

2.1 水氮耦合对烤烟干物质积累的影响

干物质积累是反映植株生长发育动态的重要指标,在各种对干物质积累产生较大影响的因素中,氮素和水分显得尤其重要。图1可以看出,灌水量为 0(W1处理)时,干物质积累量随着施氮量的增加而增加,W1N4>W1N3>W1N2>W1N1,W1N4干物质积累最多,W1N1最少。从图2可以看出,灌水量为 300 m3/hm2(W2处理 )时,移栽后60 d前W2N1干物质积累比其它 3个处理少,其它 3个处理差别不大;60 d后W2N1干物质积累也比其它 3个处理少,W2N3干物质积累最多,W2N3>W2N2>W2N4>W2N1。从图 3可以看出,灌水量为 600 m3/hm2时,30～ 45 d W3N2,W3N3,W3N4处理干物质积累情况相同,而W3N1积累量最低;45～75 d时W3N2,W3N4保持较高的干物质积累量,W3N4>W3N3>W3N2>W3N1;45～ 75 d干物质量积累情况为:W3N4>W3N3>W3N2>W3N1。从 3个图整体来看,总灌水量为 600 m3/hm2时,各施氮水平的干物质积累量随时间增加而增加,在第 75 d左右,W3N2积累量变为最高,W3N4变为第三,W3N3继续保持第二的水平,而W3N1保持最低的干物质积累量。可见灌水量为600 m3/hm2时,施氮量为 75 kg/hm2或 105 kg/hm2较为理想,保持了最高的干物质积累量。

图1 未灌水处理下烟株干物质积累量Fig.1 Dry matter accumulation of tobacco plants at the W 1treatment

图2 灌水 300m3/hm2处理下烟株干物质积累量Fig.2 Dry matter accumulation of tobacco plants at the 300m3/hm2treatment

图3 灌水 600m3/hm2处理下烟株干物质积累量Fig.3 Dry matter accumulation of tobacco plants at the600m3/hm2treatment

施氮量为0时,30～ 45 d,各处理干物质量积累情况相同,且变化幅度极小;45～ 60 d各处理干物质积累量增加量基本一致;60～90 d各处理干物质量积累情况是:W2N1>W3N1>W1N1。总体而言 ,在 30～ 60 d,各处理干物质积累量随时间增加而增加,但各处理干物质积累量基本相同;在 60 d左右,各处理干物质积累量出现较为明显的差异,其积累情况为:W2N1>W3N1>W1N1。可见在施氮量为 0时,60 d之前对烤烟生长的影响较小,但在 60 d左右,灌水量为300 m3/hm2对烤烟的干物质积累量的增加较为有利。施氮量为75 kg/hm2时,30～ 45 d,各处理干物质量积累情况相同,且变化幅度较小;45～ 75 d,各处理干物质积累量增加量情况为:W2N2>W3N2>W1N2;75～ 90 d各处理干物质量积累情况是:W2N1>W3N1>W1N1。 30 d之前灌水量的多少对烤烟生长的影响较小,但在 45 d后,灌水量为 300 m3/hm2对烤烟的干物质积累量的增加较为有利。施氮量为 105 kg/hm2时,30～ 45 d各处理干物质量积累情况相同,且变化幅度较小;45～90 d,各处理干物质积累量增加量情况为:W2N3>W3N3>W1N3;75 d左右,各处理干物质量积累趋势发生变化。45 d之前灌水量的多少对烤烟生长的影响较小,但在45 d后灌水量为600 m3/hm2时对烤烟的干物质积累量的增加较为有利。施氮量为 135 kg/hm2时,30～ 45 d,各处理干物质量积累情况相同;45～50 d,各处理干物质积累量增加量情况为:W3N4>W2N4>W1N4;60 d左右,各处理干物质量积累趋势发生变化,W3N4>W1N4>W2N4。可见在施氮量为135 kg/hm2时,45 d之前灌水量的多少对烤烟生长的影响较小,但在 60 d后,灌水量为 600 m3/hm2时对烤烟的干物质积累量的增加较为有利。

从不同灌水处理方面来看,移栽后 45 d以前各处理干物质积累量总体上表现出随着灌水量增大而增大;在移栽 45 d以后除高灌水量(W3)水平下 N4处理高于中氮水平外,烤烟干物质积累量表现出以中灌水量(W2)处理较高,高灌水量 (W3)处理次之,不灌水(W1)较低,说明灌水 300 m3/hm2水平与施氮量 0～105 kg/hm2范围内对烤烟干物质积累耦合效应大于灌水 600 m3/hm2水平与施氮量 0～ 105 m3/hm2的耦合效应。从不同施氮量来看,不灌水处理随着施氮量的增加干物质积累量增加;中灌水量(W2)移栽后45 d前随着灌水量的增加干物质积累量增加,45 d后先增加后减少,以N3处理最高;高灌水量(W3)除移栽后 75 d干物质积累量呈现先增加后减少的趋势外,其它时期均随着施氮量的增加而增加。

总体而言,W3N4干物质积累量最高达 331.50 g,W2N3次之,W1N1的干物质积累量最少,只有148.40 g。因此,只有在适宜灌水、施氮条件下干物质积累最多最快。

2.2 水氮耦合对烤后烟叶品质的影响

表2表明,不同灌水量对烤后烟叶中总糖含量的影响较小,灌水量与各施氮量耦合,总糖含量表现出W3>W2>W1,说明总糖含量在灌水量 0～ 600 m3/hm2范围内随灌水量的增加表现出平缓增加的趋势。不同施氮量处理组合对烤后烟叶总糖含量的影响效应也不同。总糖含量在低灌水量(W1)、中灌水量(W2)和高灌水量(W3)情况下,随着施氮量的增加均呈现先增加后降低的趋势。低灌水量(W1)条件下,N2总糖含量最高,中灌水量 (W2)和高灌水量(W3)条件下,均以N3最高。

在低灌水量(W1)处理下,烤后烟叶还原糖含量随施氮量增加而增加;中灌水量(W2)和高灌水量处理(W3)条件下,随着施氮量的增加均呈现先增加后降低的趋势,且均以N3处理还原糖含量最高。不同灌水量对烤后烟叶中还原糖含量的影响较小。

在灌水量 0～600 m3/hm2范围内,烤后烟叶淀粉含量随施氮量增加而减少,灌水量对烤后烟叶中还原糖含量影响较小。

表2 各处理的烤烟主要化学成分含量比较Table 2 Effects of water and nitrogen coupling on main chemical components of tobacco

在灌水量 0～ 600 m3/hm2范围内,烤后烟叶烟碱含量随施氮量增加而增加。不同灌水量对烤后烟叶中还原糖含量的影响较小,烟碱含量总体表现出 W1>W2>W3,随灌水量增加而减少。

在灌水量 0～ 600 m3/hm2范围内,烤后烟叶总氮含量随施氮量增加而增加。不同灌水量,总氮含量表现出W3>W2>W1,随灌水量增加而增加。

在灌水量 0～ 600 m3/hm2范围内,烤后烟叶石油醚提取物含量随施氮量先增加后下降。不同灌水量,石油醚提取物含量表现出W2>W3>W1。

通过对烤后烟叶中主要内在化学成分含量的方差分析,结果表明,总糖、还原糖、淀粉、烟碱、总氮、石油醚提取物含量的 Corrected Model统计量 (F)分别为4.760,23.340,30.379,158.396,68.046,214.750,相伴概率 (p)均小于0.05,所选模型具有统计学意义。

除灌水量×施氮量对总氮、石油醚提取物含量的p分别为 0.343,0.960,大于 0.05以外,其它对应的 p均小于0.05,这说明不同灌水量、施氮量以及二者的交互作用对总糖、还原糖、淀粉、烟碱含量均达到了显著的影响,不同灌水量、施氮量对总氮、石油醚提取物含量的影响达到显著水平。

灌水量、施氮量以及二者的交互作用分别对还原糖、烟碱两个依变量贡献的离差平方和大小顺序依次为施氮量>灌水量×施氮量>灌水量;对总糖贡献的离差平方和大小顺序为灌水量×施氮量>施氮量>灌水量;对淀粉贡献的离差平方和大小顺序为施氮量>灌水量>灌水量×施氮量。灌水量、施氮量对总氮和石油醚提取物贡献的离差平方和大小顺序为施氮量>灌水量。

这说明,施氮量对还原糖和烟碱的影响>灌水量×施氮量的共同作用>灌水量的影响;灌水量×施氮量的共同作用对总糖的影响>施氮量的影响>灌水量的影响;施氮量对淀粉的影响>灌水量的影响>灌水量×施氮量的共同作用;施氮量对总氮和石油醚提取物的影响>灌水量的影响。

2.3 水氮耦合对烤烟产量、产值的影响

从表 3可以看出,随着灌水量的增多,烤烟产量、产值和上等烟比例均增加,说明干旱抑制了经济效应的发挥;相同的灌水处理中以N3处理产量、产值、上等烟比例较高;在 0～ 105 kg/hm2的施氮范围内,烤烟产值随氮肥施用量的增加而增大,但当施氮量达到 135 kg/hm2时,烤烟产值开始下降。

表3 各处理的烤烟经济性状比较Table 4 Effects of different treatments on economic attributes of flue-cured tobacco

灌水 600 m3/hm2(W3处理)与施氮 105 kg/hm2(N3处理)耦合上等烟比例最高,但与W2N3处理差别很小。

3 结论与讨论

3.1 对干物质积累的影响

只有在适当灌水、施氮条件下,烤烟干物质积累最快。不灌水处理随着施氮量的增加干物质积累量增加;中灌水量(300 m3/hm2)移栽后 45 d前随着灌水量的增加干物质积累量增加,45 d后先增加后减少,以 N3处理最高;高灌水量(600 m3/hm2)除移栽后75 d干物质积累量呈现先增加后减少的趋势外,其它时期均随着施氮量的增加而增加。W3N4和W2N3处理干物质积累量最大。

3.2 对烟叶品质的影响

(1)通过对烤后烟叶中主要化学成分含量的方差分析,结果表明,不同灌水量、施氮量以及二者的交互作用对总糖、还原糖、淀粉、烟碱含量均达到了显着的影响,不同灌水量、施氮量对总氮、石油醚提取物含量的影响达到显着水平。施氮量对还原糖和烟碱的影响>灌水量×施氮量的共同作用>灌水量的影响;灌水量×施氮量的共同作用对总糖的影响>施氮量的影响>灌水量的影响;施氮量对淀粉的影响>灌水量的影响>灌水量×施氮量的共同作用;施氮量对总氮和石油醚提取物的影响>灌水量的影响。

(2)在适宜范围内烟叶中糖含量越高,烟叶品质越好[9]。试验表明,在灌水量为 300和 600 m3/hm2时,施氮量为 105 kg/hm2时最有利于水溶性总糖和还原糖积累。

(3)淀粉是烟草中的多糖类碳水化合物,烟叶中淀粉含量与烟草制品品质密切相关,影响着烟叶的评吸质量。试验表明,在一定范围内,灌水量(0～ 300m3/hm2)越大淀粉含量越低,在灌水量一定的条件下,淀粉含量随着施氮量(0～ 135 kg/hm2)增加而降低。

(4)烟碱是烤烟中最重要的化学成分之一,其含量直接决定烟叶的内在品质、安全性和可用性[10～12]。试验表明,施氮量增加直接造成烟碱含量增加,灌水量可以在一定范围内降低烤后烟叶烟碱含量,提高烟叶品质。烤后烟叶总氮含量随施氮量增加而增加,随灌水量增加而增加。

(5)石油醚提取物在烟叶中的含量是评价烤烟质量优劣的重要指标之一[13]。在灌水量一定的条件下,烤后烟叶石油醚提取物含量随施氮量先增加后下降。

3.3 对产量、产值的影响

试验表明,随着灌水量的增多,烤烟产量、产值和上等烟比例均增加,说明干旱抑制了经济效应的发挥。灌水量 300 m3/hm2(W2处理)和施氮 105 kg/hm2(N3处理)能够满足烤烟生长发育的需求,而且能够实现优质丰产。

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