施氮量与种植密度对中棵烟生长发育和品质形成的影响

徐 畅，江厚龙，汪代斌*，秦平伟，任江波，李钠钾，廖 勇，陈庆明

(1.重庆市烟草公司，重庆 400023；2.重庆烟草科学研究所，重庆 400715)

氮素是烤烟生长发育的必需营养元素，参与到烟株的碳氮代谢等生理过程[1]，是限制烟草生长发育和产质量形成的关键因素[2]，其供应量直接影响烟株的物质代谢，进而决定了烟叶的香气组成和吸食味道等品质指标[2]。有报道显示，随施氮量的增加，初烤烟叶的氮素、蛋白质、烟碱和质体色素等含量呈逐渐增加的趋势[3]，还原糖[4]、淀粉[5]含量呈逐渐降低的趋势。种植密度影响烤烟冠层的光分布、光截获量及营养状况，进而影响着烟株的光合速率、个体活力和群体光合生产能力，最终决定了群体生产能力[6-7]。种植密度是协调个体与群体矛盾、平衡产量和质量的关键因素[8]，过高或过低的种植密度都将影响烤烟的产量和品质[9]。在一定范围内，随种植密度增大，烟叶的烟碱[10]、还原糖[11]、淀粉[12]等含量均有降低趋势，而石油醚提取物、挥发酸和挥发碱含量则有增加趋势[12]。另外，增大种植密度能减轻中部叶片“午休”的程度，从而促进干物质的积累[8]。

为解决烟叶库存量偏大问题，优化烟叶结构，提高烟叶品质，国家烟草专卖局提出了“优化烟叶等级结构，提高优质烟叶有效供给能力”的决策。有报道显示，在重庆山地烟区优化鲜烟叶等级结构时，以摘除下部2～3片叶、上部1～2片叶为宜[13-14]，而正常年份有效叶片为18片左右，优化结构后有效叶片仅有13～15片，可能导致烟叶产量损失1/5～1/4。

为减少烟农因优化等级结构而造成的损失，进一步彰显重庆烟叶的品质特色，本研究以K326为材料，通过协调氮素供应、调控种植密度的方式来培育“中棵烟”，为重庆烟区培育“中棵烟”、彰显“渝金香”烟叶品牌风格特征、保障烟农收益提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以烤烟品种K326为材料，于2015年在重庆市彭水县靛水乡开展试验。试验地海拔为900 m，地势平坦，肥力均匀。土壤为中壤土，有机质含量为28.80 g/kg，碱解氮含量为227.10 mg/kg，速效磷含量为18.20 mg/kg，速效钾含量为208.00 mg/kg。

1.2 试验方法

采用双因素裂区设计，栽培密度(M)为主区，施氮量(N)为副区，主副区分别设4个水平，共16个处理，3次重复，随机区组排列，小区面积100 m2。种植密度M1～M4分别为15000、16500、18000、19500株/hm2；施氮量N1～N4分别为90.0、97.5、105.0、112.5 kg/hm2。各处理的农家肥施用量为1500 kg/hm2，饼肥施用量为750 kg/hm2，氮肥用于基肥∶追肥=2∶1，氮∶磷∶钾=1∶1∶2.5～3。

1.3 测定方法

1.3.1 农艺性状测定 选择并标记代表性烟株10棵，于圆顶期分别测定株高、茎围、最大叶长、最大叶宽及有效叶片数。

1.3.2 质体色素含量测定 分别于栽后65±1 d的晴天上午进行，每个处理选5株代表性烟株，取由下而上第10叶位叶片，于液氮罐中带回实验室，置于-80 ℃超低温冰箱保存。参照萧浪涛等[15]的方法，测定鲜烟叶质体色素含量。

1.3.3 干物质含量测定 于移栽后65 d(圆顶期)，分别于各小区选择5棵代表性烟株，连根挖起后用清水冲洗根系，并将根、茎、叶分开，经105 ℃杀青30 min、60 ℃烘干后分别称重。

1.3.4 化学成分含量测定 各处理分别选择5棵代表性烟株，于栽后30、45、60、75、90 d取第9～11叶位叶片(由下而上)，参照YC/Y 161─2002方法测定鲜烟叶氮素含量。参照YC/T 159─2002、YC/T 160─2002、YC/Y 161─2002、YC/Y 162─2002、YC/Y 173─2002等方法测定烤后烟叶(C3F)的还原糖、烟碱、总氮、氯、钾等含量。

1.3.5 致香物质含量测定 烤后烟叶取C3F样品，由云南同创检测技术股份有限公司采用蒸馏萃取-气相色谱质谱联用法测定中性致香物质含量。

1.4 数据分析

双因素显著性检验和LSD法多重比较采用SPSS 19.0进行。

2 结果与分析

2.1 对烟株农艺性状的影响

由表1可知，不同施氮量间，株高和最大叶宽有极显著差异，茎围有显著差异，最大叶长、叶片数差异不显著；不同种植密度间，烟株农艺性状不存在显著差异；而施氮量与种植密度互作仅对株高有极显著影响。鉴于张崇范[16]对“中棵烟”的特征描述，本试验各处理烟株的农艺性状均表现出典型的“中棵烟”特征。

表1 施氮量和种植密度互作对烟株农艺性状的影响 (圆顶期)

注：*表示差异显著(P<0.05)，**表示差异极显著(P<0.01)。同列数据后不同的小写字母表示处理间达到显著差异(P<0.05)。下同。

2.2 对鲜烟叶质体色素含量的影响

从烤烟叶片质体色素含量(表2)来看，施氮量、种植密度对叶片叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量具有极显著影响(P<0.01)；同时，施氮量×种植密度对叶片质体色素含量也有极显著交互作用(P<0.01)。其中，叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量随施氮量的增加而显著增加，随种植密度的增加而显著降低。各处理中，以高施氮量、低种植密度处理(N4M1)的叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量最高，以低施氮量、高种植密度处理(N1M4)的叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量最低。

表2 施氮量和种植密度对烤烟质体色素含量的影响mg/g

2.3 对鲜烟叶干物质含量的影响

由图1可知，烟株的根、茎、叶的干物质累积量与施氮量、种植密度和施氮量×种植密度互作均呈极显著相关。随种植密度增加，根、茎、叶的干物质含量呈显著降低趋势，均以M1干物质含量最高，M2次之，M4最低，这可能与增加种植密度后分摊了单株氮素供应量进而降低了干物质积累量有关[17]。种植密度对根系干物质积累量的影响较小，茎次之，而叶片干物质累积量受种植密度的影响最大。施氮量与根、茎、叶干物质含量间呈正相关，增加施氮量可提升根、茎、叶的干物质含量，以施氮量为N1的干物质含量最低，施氮量为N4的干物质含量最高。

图1 不同处理对烤烟干物质积累量的影响

由表3可知，施氮量、种植密度及施氮量×种植密度对根、茎、叶干物质积累量均有极显著影响(P<0.01)。对根和茎干重的影响，以施氮量和种植密度互作的影响最大，种植密度次之，施氮量的影响最小。对叶干重的影响，以施氮量的影响最大，种植密度次之，施氮量和种植密度互作的影响最小。

表3 不同处理对烤烟干物质积累量影响的方差分析结果

2.4 对烤后烟叶化学成分的影响

烟叶化学成分含量及其协调性是决定其品质和工业可用性的重要因素[18]，是环境、遗传和栽培等因素综合作用的结果[19]。由表4可以看出，施氮量和种植密度极显著地影响烤后烟叶的还原糖、氮、钾、氯和烟碱等含量；此外，施氮量与种植密度互作对除氮素外的其它化学成分含量具极显著性影响(P<0.01)。由图2可知，烟叶的氮、烟碱和钾含量随施氮量的增加而逐渐增加，氯和还原糖含量随施氮量的增加而逐渐降低。

图2还显示，随种植密度的增加，烟叶氮素含量呈逐渐降低趋势(N4除外)，烟碱含量也呈逐渐降低的趋势(N3除外)。氯素含量以M1最低，M3次之，M2的氯含量最高。钾素含量以M1最低，M2、M4次之，M3的钾含量最高。此外，随种植密度的增加，还原糖含量呈逐渐降低的趋势。

图2 施氮量和种植密度互作对烤后烟叶化学成分含量的影响表4 施氮量和种植密度对烤后烟叶化学成分含量影响的方差分析结果

因素还原糖氮烟碱钾氯施氮量191.85**34.98**51.39**76.26**121.87**种植密度24.41**5.01**5.82**25.97**65.12**施氮量×种植密度12.51**1.126.99**6.51**12.00**

2.5 对烤后烟叶致香物质的影响

致香物质是影响烟叶感官质量的重要物质基础[20]，其含量及比例不同对人的嗅觉产生的刺激作用也不同，进而形成不同的嗅觉反映[21]。本研究采用蒸馏萃取-气相色谱质谱联用法共检测出69种致香物质，将其分为酮类、醛类、醇类、酸类、酯类、其它、新植二烯及致香物质总量等8类进行分析，结果见图3。

由图3可知，酮类、醛类、醇类、酸类、酯类、其它等致香物质含量以M2、M3较高，M1、M4较低；施氮量较低(N1)时，新植二烯含量和致香物质总量随种植密度的提高而增加；高施氮量(N2、N3、N4)下新植二烯含量和致香物质总量随密度的提高呈先增加后降低的趋势，均以M3处理含量最高。由施氮量来看，酮类致香物质含量随施氮量的提高而逐渐增加，醛类、醇类、酸类、酯类、其它等致香物质含量随施氮的增加呈先升高后降低的趋势，以N2、N3较高，N1、N4较低；新植二烯含量和致香物质总量也有随施氮量增加而逐渐提高的趋势，以N1最低，以N4最高。

Ⅰ：酮类致香物质；Ⅱ：醛类致香物质；Ⅲ：醇类致香物质；Ⅳ：酸类致香物质； Ⅴ：酯类致香物质；Ⅵ：其它致香物质；Ⅶ：新植二烯；Ⅷ：致香物质总量。图3 施氮量和密度互作对烤后烟叶致香物质含量的影响

3 讨论

农艺性状是作物在田间表现出来的状态和特征，受品种特性、栽培措施及环境条件等影响，在一定程度上反眏了作物的生长发育状况和产量品质特征[22-23]。本研究表明，施氮量对株高和最大叶宽有极显著的影响(P<0.01)，对茎围的影响达显著水平(P<0.05)，对最大叶长和叶片数没有显著的影响，范艺宽[24]、计玉[25]等也报道了类似的研究结果。种植密度对烟株农艺性状的影响均未达到显著水平，杨跃华等[26]研究则发现种植密度对烤烟农艺性状有显著的影响，这可能与本试验密度水平相差较小有关。另外，不同于张喜峰等[27]的报道，本研究表明施氮量与种植密度互作仅对株高有显著影响(P<0.01)。

质体色素本身不具香味特征，但可分解转化形成致香物质[28]。作为烤烟重要的光合色素，质体色素对烟株的生长发育起着至关重要的作用[29]，其含量随烟草品种、环境、栽培、调制及加工的不同而异[30]。本研究发现，施氮量、种植密度及施氮量×种植密度互作对烤烟叶片质体色素含量具有极显著的影响(P<0.01)；叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量与施氮量间呈显著的正相关关系，与种植密度间呈显著的负相关关系。也有研究显示，烤烟质体色素含量与施氮量[31]和种植密度[30]呈现类似的关系。刘朝科等[32]发现，施氮量、种植密度、种植密度×施氮量对叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量无显著影响。

烤烟是产量和品质并重的叶用经济作物[33]，其产量取决于烟株干物质积累量及在叶片中分配量[34]。干物质是烟叶产量和品质形成的集成，栽后不同时期干物质积累状况反映了烟株各部位生长发育状况[35]，其积累量与营养吸收和生态条件密切相关。研究表明，施氮量与烟株根、茎、叶的干物质含量呈正相关，增加施氮量可显著增加根、茎、叶干物质的含量；谢会雅等[36]的研究也表明，烤烟根茎叶的干物质含量随施氮量增加而逐渐增加。在本研究中，随种植密度的增加，根、茎、叶的干物质含量均呈降低的趋势；种植密度对叶片干物质含量影响最大，茎干物质含量次之，根系干物质含量受到的影响最小。这可能与种植密度增加后，加大了烟株个体间的竞争、降低了个体获得的生长因子，进而导致了叶片光合效率降低、光合产物积累量减少[8]。李海平等[9]也得到了类似的研究结果。

作为评价烟叶质量的重要指标，化学成分含量及其协调性决定着烟叶的品质水平、烟气的风格特征和工业的使用价值[37-38]。本研究显示，施氮量、种植密度及两者互作均极显著地影响着烟叶的还原糖、氮、烟碱、钾和氯等含量。氮、烟碱和钾含量与施氮量呈正相关关系，与种植密度间呈负相关关系，氯和还原糖含量与施氮量呈负相关关系，还原糖含量与种植密度呈负相关关系，也有报道显示，随氮肥施用量增加，烟叶的糖分含量逐渐降低，含氮化合物含量逐渐增高[39]，张建[40]也报道了类似的研究结果。化学成分研究测定显示，除氯外，各成分含量均在适宜范围内[41-42]，种植密度以16500株/hm2和18000株/hm2的效果较好。向世平等[43]研究种植密度时发现，在张家界中低海拔烟区以18000株/hm2为宜，高海拔烟区以16500株/hm2为宜。

作为衡量工业可用性的重要因素，香气物质直接决定着烟叶品质的优劣[44]，其成分及含量受生态、品种、栽培、调制等因素的影响[45]。本文显示，M2、M3下酮类、醛类、醇类、酸类、酯类、其它等致香物质含量较高，而M1、M4较低；低氮下新植二烯和致香物质总量随种植密度的提高逐渐降低，高氮下随种植密度增加呈先增加后降低的趋势。刘会杰等[46]也发现了种植密度与烟叶香气物质含量的类似关系。本研究发现，随施氮量的增加，新植二烯含量和致香物质总量逐渐提高，酮类含量逐渐增加，其他各致香物质均呈先升高后降低的趋势，李文卿等[47]也报道了类似的研究结果。

4 结论

作为烟株生长发育和品质形成最为关键的因素，施氮量和种植密度是培育“中棵烟”的重要调控手段。本研究表明，本试验条件下培育K326品种的“中棵烟”时，种植密度和施氮量分别以18000株/hm2、112.5 kg/hm2为宜。此时，烟株田间表现出明显的“中棵烟”特征，碳氮代谢强度适中，正常成熟落黄，化学成分协调，致香物质含量高；可推测这种烟叶的综合品质较高、工业可用性强。因此，在重庆烟区生态条件下可借鉴本研究结果来培育“中棵烟”，来进一步彰显“渝金香”烟叶品牌的风格特征，并弥补烟农因处理不适用烟叶而造成的经济损失。