喷施不同钾肥对烟叶生理指标及香气物质的影响

刘晓迪， 景延秋， 宫长荣， 张平阳

(河南农业大学烟草学院，河南 郑州450002)

烟叶含钾量偏低是中国烟叶与国际优质烟叶品质差异的重要原因之一。国际优质烟叶含钾量应不低于2.5%，而中国烟叶平均含钾量不足2%［1-2］。在中国植烟土壤钾含量不高的情况下，施用钾肥是提高烟叶钾含量、生产优质烟叶不可缺少的重要环节［3-4］。近几年，为提高烟叶中钾含量，许多科研工作者尝试通过增加钾肥施用量、改进钾肥施用方法以及培育高钾基因型新品系等方法来提高钾肥利用率，进而实现增加烟叶中钾含量的目标［5-9］，但结果尚不够理想。

钾是作物必需的大量营养元素之一，在提高作物抗逆性和产量中起着重要作用［10-14］。烟叶含钾量是衡量烤烟品质的重要指标之一［15］，它使烟叶身份适中，弹性和柔软性增加，燃烧能力和持火能力显著改善，对烟叶香吃味及卷烟制品安全性具有积极作用。郑宪滨等［4］通过营养液培养试验发现，供钾水平对烤烟干物质质量影响不显著，但供钾能显著提高烤烟叶片以及根和茎的含钾量，增加烤烟体内钾素积累，从而改善烟叶的品质。

在烤烟生长的中、后期供钾对烤烟中部叶含钾量起主要作用，对烤烟上部叶含钾量起主要作用的是生长后期和中期供钾，其中后期供钾作用大于中期供钾［16］。目前，中国烟株钾含量偏低主要集中在中上部叶，这可能是由于钾肥利用率低，烟株生长后期土壤供钾能力下降。提高烤烟钾含量是浓香型优质烟叶开发的一项重要内容，本试验通过叶面喷施的方式，探究叶面施钾与土壤施肥在钾肥利用率上的差异，同时研究不同形式的钾肥对烟叶中化学成分及香气物质的影响，以期为增加中部烟叶的钾含量，提高烟叶香味提供理论和技术依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2011 ～2012 年在河南省漯河市舞阳县保和乡坡宋村进行，供试土壤肥力中等，地势平坦，排灌方便，土壤pH 值7.41，有机质含量11.28 g/kg，速效氮含量51.32 mg/kg，速效磷含量11.86 mg/kg，速效钾含量152.37 mg/kg，土壤氯含量35.43 mg/kg。试验烟草品种为中烟100，幼苗于4月30 日移栽，6 月28 日打顶，留叶数20 ～22 片，田间管理按优质烟叶栽培技术进行。

1.2 试验设计

试验共设置5 个处理:T1 为常规追肥(全生育施肥量的30%为常规追肥)，喷施清水作为对照;T2施常规追肥的70%，喷施清水;T3 施常规追肥的70%，喷施硝酸钾;T4 施常规追肥的70%，喷施磷酸二氢钾;T5 施常规追肥70%，喷施硫酸钾。土壤追肥按常规追肥时期进行。喷施处理在移栽后30 d和50 d 共喷施2 次，不同钾肥喷施浓度均为5 mg/ml，在下午16 ∶00 时喷施，全株喷施，以叶面叶背湿露为度。采用随机区组设计，每个处理设置3次重复，株距50 cm，行距120 cm，每个小区60 株。各处理按照常规栽培措施统一管理，纯氮用量45.00 kg/hm2，N ∶P2O5∶K2O=1 ∶1.5 ∶1.5，其中，70%为基肥，30%为追肥，严格按照烟叶成熟采收原则，利用三段式烘烤工艺技术烘烤调制。

1.3 样品采集

取烤后烟叶C3F 级，去梗、烘干、粉碎，烘干后过孔径0.425 mm 筛，密封保存，用于各种指标的测定。

1.4 检测指标及方法

按照标准YC/T 59－2002、YC/T 160－2002、YC/T 161－2002、YC/T 162－2002、YC/T 166－2002 和YC/T 173－2003 规定的方法分别测定烟叶样品的水溶性糖、还原糖、总氮、蛋白质、烟碱、钾和氯含量。采用高效液相色谱法(YC/T382－2010)测定烟草中的质体色素含量。中性香味成分测定的前处理采用二氯甲烷溶剂萃取法，采用美国HP5890Ⅱ－5972 气质联用仪定性、内标法定量［17］。

1.5 数据分析

采用SPSS 17.0 和Excel 2003 进行数据分析，将2 年的数据合并分析。

2 结果

2.1 追施不同钾肥对烤后烟叶常规成分的影响

表1 数据显示，土壤追肥量减少后，烟叶中的各种化学成分均降低，但钾和氯含量与对照(T1)没有显著差异。叶面喷施含钾化学物质后，烤后烟叶蛋白质、总氮和烟碱的含量增加，以T2 处理的烟叶中蛋白质、烟碱、总氮等含氮类化合物含量较低。与对照相比，T3、T4 和T5 处理中的氯含量均显著降低，以硫酸钾处理中含量最低(0.06%)，但喷施磷酸二氢钾和硫酸钾的烟叶中氯含量没有显著差异。还原糖和总糖含量在不同处理间有显著差异，以T4 中含量最低，T5 中含量最高。与对照相比，T3、T4 和T5处理中钾含量明显增加，但是烟叶对于不同种类的钾肥吸收量不同，其中以对硫酸钾的吸收量最大。

2.2 追施不同钾肥对烤后烟叶质体色素含量影响

如图1 所示，不同处理间叶绿素和类胡萝卜素含量具有较大差异。减少追肥用量，烤后烟叶中叶绿素和类胡萝卜素含量迅速下降。利用不同形式钾肥进行叶面喷施，烟叶中的叶绿素和类胡萝卜素含量变化差异较大。T3、T4 和T5 处理中的叶绿素含量显著低于T1 处理，各处理间叶绿素的含量高低依次为T1＞T5＞T3＞T2＞T4。与土壤追肥相比，叶面喷施钾肥，烟叶中的类胡萝卜素含量增加，T3、T4 和T5 之间类胡萝卜素含量相近，没有显著差异。

表1 不同处理对烟叶化学成分的影响Table 1 The effects of different treatments on chemical components of tobacco leaves

图1 不同处理烤后烟叶质体色素含量Fig.1 Plamochromic pigment content in tobacco leaves with different treatments

2.3 追施不同钾肥对烤后烟叶中性香味物质的影响

2.3.1 对类胡萝卜素降解产物的影响 由表2 可知，类胡萝卜素降解产物的总量及质体色素降解产物总量均以T3 处理最高，分别较T1 处理高出11.47%和7.50%;其次是T5 处理，比T1 处理分别增加3.31%和4.64%。与T1 处理相比较，T2 处理追肥量减少30%，质体色素降解产物含量降低9.75%。各处理中以T4 处理中类胡萝卜素降解产物含量最低(81.53 μg/g)，T2 处理中质体色素降解产物含量最低(1 292.70 μg/g)。新植二烯是叶绿素降解产物，占中性香气物质总量的比例最高，以T3 处理含量最高，比T1 处理增加6.97%，在各处理中的含量高低依次为T3＞T5＞T1＞T4＞T2。在类胡萝卜素降解产物中，以β-大马酮、β-二氢大马、巨豆三烯酮4 和法尼基丙酮4 种香气物质的含量较高，占该类香气物质总量的71.67% ～76.68%，在T3处理中总量为29.75 μg/g，较T1 处理(24.72 μg/g)增加20.24%。

2.3.2 对芳香族氨基酸降解产物的影响 烟叶中芳香族氨基酸降解产物主要有苯甲醛、苯乙醛、苯甲醇、苯乙醇，是烟叶中含量较丰富的香味成分。由表3 可知，T1 处理中芳香族氨基酸类总量最高(15.53 μg/g)，其次是T2 处理。与T1 处理相比，T3、T4 和T5 烟叶中的芳香族氨基酸类香气物质总量减少，且以T4 处理中最低(10.54 μg/g)，比T1 处理减少32.10%，以T3 处理中较高，比T1 处理减少12.22%。苯甲醇和苯乙醛在该类香气物质总量中所占比例较高，前者以T1 处理中含量最高，后者以T3 处理中含量最高。

2.3.3 对美拉德反应产物的影响 美拉德反应产物及其降解产物是形成烟叶香气的重要组成部分。由表4 可知，T5 处理中美拉德反应物总量最高(18.29 μg/g)，其次为T3 处理(16.11 μg/g)，分别比T1 处理高17.25%和3.30%。美拉德反应物总量中以T4 处理中最低(13.72 μg/g)，比T1 处理中减少12.06%。该类香气物质中以糠醛含量最高，占美拉德反应产物总量的64.34% ～68.76%，以T5处理中含量最高，比T1 处理高17.11%。

2.3.4 对类西柏烷类降解产物的影响 类西柏烷类降解产物以T5 处理中含量最高(43.00 μg/g)，其次是T3 处理，分别比T1 处理中增加57.09%和33.10%(表5)。茄酮和西柏三烯二醇均以T5 处理中含量最高，且分别比T1 处理中高55.95%和58.31%，以T2 处理中含量最低(23.82 μg/g)。T4 处理中类西柏烷类香气物质总量比T1 处理中减少11.91%。

表2 不同处理烤烟类胡萝卜素类降解产物的含量Table 2 Contents of degraded products of carotenoid in tobacco leaves with different treatments

表3 不同处理烤烟芳香族氨基酸降解产物的含量Table 3 Contents of degraded products of aromatic amino acid contents in tobacco leaves with different treatments

表4 不同处理烤烟美拉德反应产物的含量Table 4 Contents of Maillard reaction products in tobacco leaves with different treatments

表5 不同处理烤烟类西柏烷类降解产物的含量Table 5 Contents of degraded products of cembrane aroma components in tobacco leaves with different treatments

2.3.5 对其他类香气物质总量的影响 本试验检测到面包酮、2，6-壬二烯醛、藏花醛和愈创木酚4 种香气物质(表6)。表6 显示，其他类香气物质总量以T5 处理中含量最高(2.50 μg/g)，其次为T3 处理，分别比T1 处理中高21.92%和6.72%，T4 处理中含量与T1 处理相当。4 种香气物质中以愈创木酚含量最高(在1.00 μg/g 以上)，5 个处理中以T5处理中含量最高(1.65μg/g)，T2 处理中含量最低(1.39μg/g)。面包酮以T3 处理中含量最高，2，6-壬二烯醛以T5 处理中含量最高(0.53 μg/g)，藏花醛以T3 和T5 处理中含量最高(0.16 μg/g)。

表6 不同处理对其他香气物质含量的影响Table 6 Other aroma contents in tobacco leaves with different treatments

2.3.6 对香气物质总量的影响 烟叶中香气物质以新植二烯含量最高。除新植二烯外的香气物质以T3 处理中含量最高(143.84 μg/g)，其次是T5 处理，二者较T1 处理分别增加10.24%和7.14%;T4处理中含量最低(120.52 μg/g)，与T1 处理相比减少7.63%。中性香气物质总量仍以T3 和T5 处理中含量最高，分别较T1 处理高7.25%和5.04%;T4处理中含量与T2 处理相近，比T1 处理减少10.30%(图2)。减少追肥量，导致烟叶中香气物质总量降低。

图2 不同处理对香气物质总量的影响Fig.2 Total contents of aroma substance in the tabacco leaves with different treatments

3 讨论

多数研究者认为，水溶性总糖是决定烟气甜度和醇和度的主要因素，而总氮和烟碱则反映了烟叶的生理强度和烟气浓度［18］。许明祥等［19］研究了供钾方式对烟叶含钾量的影响，认为土壤施肥结合喷施叶肥，能有效提高烤烟烟叶含钾量。本试验中，利用叶面喷施钾肥代替部分土壤追肥，烤烟常规成分与土壤施肥效果相当。在喷施硫酸钾的处理中，烤烟钾含量提高，糖含量适宜，烟碱含量适中，氯含量较低，更符合优质烤烟的标准。

叶绿素对烤烟的光合作用有重要影响，是形成烟叶产量和质量的物质基础，其降解产物是中性香气的重要组成部分［10-12，15］。烟叶中类胡萝卜素含量与烟叶品质存在正相关关系，一方面是烟叶外观品质与该类成分含量直接相关，另一方面类胡萝卜素是烟草香气成分的重要前体物质［20］。本研究结果显示，通过叶面喷施不同形式的钾肥，降低了叶绿素含量，增加了类胡萝卜素含量，说明叶面追肥与土壤施肥相结合比单纯土壤追肥对提高质体色素含量具有更好的积极作用。不同形式的钾肥用量对质体色素含量的影响差异较大，以硝酸钾和硫酸钾处理中质体色素含量较适宜。

类胡萝卜素是烟叶中许多致香成分的前体物，其降解产物对烟叶香味品质的形成有重要作用。类西柏烷类是烟叶腺毛分泌物的重要成分，西柏三烯的降解产物是烟草中最丰富的中性香味物质之一茄酮的来源［21］。许自成等［22］研究证明，钾含量高的烟叶中，新植二烯、类胡萝卜降解产物、芳香族氨基酸降解产物、美拉德反应产物含量和挥发性香气物质总量均明显高于中钾类和低钾类烟叶，而类西柏烷降解产物含量在不同类型烟叶中差异不显著。董祥洲等［23］则认为中等的施钾量(219.15 kg/hm2)并配施顶调剂2 号时，对提高烟叶各类致香物质含量及总量方面有显著作用。本试验研究结果显示，与土壤追肥相比，叶面喷施硝酸钾和硫酸钾配合土壤追肥，有利于促进质体色素降解产物、美拉德反应产物、类西柏烷类降解产物和其他类香气物质含量的增加;喷施磷酸二氢钾对烟叶香气物质的产生有负面影响，不利于香气成分的增加。叶面喷施硝酸钾和硫酸钾对烟叶中化学成分和香气成分的形成具有积极作用，这可能是由于硝酸钾和硫酸钾容易被烟叶吸收利用，增加烟叶的钾含量。

与单纯土壤追肥相比，70%土壤追肥结合叶面喷施，更有利于烤烟中部烟叶内在品质的形成，对生产浓香型优质烟叶具有积极作用。在移栽后30 d 和50 d 两次喷施硝酸钾和硫酸钾，对香气含量的增加具有积极作用，对烟叶品质的形成有较好的促进作用。综合评价，叶面喷施硫酸钾更能协调烟叶的常规化学成分，同时有效增加烟叶中的香气成分含量。

［1］ 曾洪玉，张国志，苏以荣，等.烟草钾素营养与提高烤烟烟叶含钾量的研究现状与展望［J］.云南农业大学学报，2005，20(2):219-224.

［2］ 李 强，周冀衡，何 伟，等.中国烤烟含钾量的区域特征研究［J］.安徽农业大学学报，2010，37(2):119-125.

［3］ 郭丽琢，张福锁.不同时期的钾素营养对烤烟含钾量及其它品质指标的影响［J］.农业现代化研究，2003，24(4):293-295.

［4］ 郑宪滨，曹一平，张福锁，等.不同供钾水平下烤烟体内钾的循环、积累和分配［J］.植物营养于肥料学报，2000，6(2):166-172.

［5］ 颜合洪，胡雪平，张锦韬，等.不同施钾水平对烤烟生长和品质的影响［J］.湖南农业大学学报，2005，31(1):20-23.

［6］ 戴 勋，王 毅，刘彦中，等.不同钾肥追施量对烤烟K326 生长及产质量的影响［J］.中国烟草科学，2009，30(1):19-25.

［7］ 郑宪滨，刘国顺，邢国强，等.分次施用钾肥对烤烟产量和品质的影响［J］.河南农业大学学报，2007，41(2):138-141

［8］ 杨铁钊，范进华.不同品种(系)烤烟品种吸收钾差异的根系特性研究［J］.西北农业学报，2006，5 (3):41-44.

［9］ 陈建军.提高烟叶钾含量技术途径的探讨［J］.中国烟草科学，1999(4):1-4.

［10］ 史宏志，韩锦峰，官春云.烟叶香气前体物在成熟和调制过程中的变化［J］.作物研究，1996，10(2):22-25.

［11］ SHIGENAGA M K，HAGEN T M，AMES B N.Oxidative damage and mitochondrial decay in aging［J］.Proc Ncad Sci USA，1994，91:10771-10778.

［12］ 马宗斌，李伶俐，朱 伟，等.施钾对不同基因型棉花光合特性及产量和品质的影响［J］.植物营养与肥料学报，2007，13(6):1129-1134.

［13］ 居立海，赵全久，徐广辉，等.洪泽县水稻土磷钾丰缺指标及磷钾肥施用量［J］.江苏农业科学，2012，40(7):82-83.

［14］ 刘克强，聂红资，关体青，等.高效钾肥对烟草土壤矿质元素的影响［J］.江苏农业科学，2012，40(1):319-321.

［15］ 洪秀丽，付利波，苏 帆，等.生长素对烟株中钾的分配和积累的影响［J］.作物学报，2003，29 (3):457-461.

［16］ 刘好宝，吕作新.烤烟不同生育期的钾素营养对烟叶产量和含钾量的影响［J］.中国烟草学报，1998，6(1):60-63.

［17］ 韩富根，沈 铮，李元实，等.不同施肥和灌溉组合对烤烟化学成分和香气质量的影响［J］.土壤，2010，42(1):14-19.

［18］ 左天觉.烟草的生产、生理和生物化学［M］.上海:上海远东出版社，1993:450-451.

［19］ 许明祥，万慧娥，赵伯善，等.供钾方式对烟叶含钾量的影响［J］.干旱地区农业研究，2000，3(18):26-31.

［20］ 赵铭钦，刘金霞，黄永成，等.烟草质体色素与烟叶品质的关系综述［J］.中国农学通报，2007，23(7):135-138.

［21］ 赵晓丹，史宏志，钱 华，等.不同类型烟草常规化学成分与中性致香物质含量分析［J］.华北农学报，2012，27(3):234-238.

［22］ 许自成，郑 聪，李丹丹，等.烤烟钾含量与主要挥发性香气物质及感官质量的关系分析［J］.河南农业大学学报，2009，43(4):354-358.

［23］ 董祥洲，韩富根，王初亮，等.钾肥和顶调剂对烤烟经济性状和香气质量的影响［J］.江苏农业科学，2011，5(39):102-105.