烤烟烟叶钾含量与气象因子的关系分析

郝浩浩　张正杨　毕乐乐　王发展　李林　贾峰　周权　李翔

摘要    為了研究烟叶钾含量与气象因子的关系，利用灰色关联理论结合生产实际选出与烟叶钾含量相关的平均温度、平均湿度、平均日照时数和平均降水量等4个气象因子，并建立了烟叶钾含量（因变量）与4个气象因子（自变量）之间的3D交互效应图。单因子效应分析表明，对烟叶钾含量影响的程度依次为平均温度>平均湿度>平均日照时数>平均降水量>总日照时数>≥15 ℃有效积温>总降水量>≥25 ℃有效积温>≥20 ℃有效积温。两因子交互效应分析表明，在一定范围内，平均气温和平均湿度、平均气温和平均日照时数、平均湿度和平均日照时数、平均湿度和平均降水量、平均日照时数和平均降水量对钾含量存在协同作用;而平均气温和平均降水量对烟叶钾含量的影响在低温和高湿情况下相互独立。这些研究结果可为利用气象因素提升烤烟烟叶元素含量提供参考。

关键词    烤烟;钾含量;气象因子;灰色关联分析

中图分类号    S572;S162.5        文献标识码    A

文章编号   1007-5739（2020）03-0001-03

开放科学（资源服务）标识码（OSID）

Analysis  on  Relationship  Between  Potassium  Content  in  Flue-cured  Tobacco  and  Meteorogical  Factors

HAO Hao-hao 1    ZHANG Zheng-yang 2    BI Le-le 3    WANG Fa-zhan 4    LI Lin 5    JIA Feng 6    ZHOU Quan 1    LI Xiang 1 *

（1 Zhumadian Company of Henan Tobacco Company，Zhumadian Henan 463002; 2 Jiangxi Tobacco Company; 3 Huahuan International Tobacco Co.，Ltd.; 4 Tobacco College of Henan Agricultural University; 5 Hubei Zhongyan Industry Co.，Ltd.; 6 Bioengineering College，Henan University of Technology）

Abstract    In order to study the effect of meteorological factors on potassium content of tobacco，4 key meteorological factors，such as mean daily temperature（MDT），mean relative humidity（MRH），mean sunshine hours（MSH），and mean precipitation（MP），were screened by grey relational analysis（GRA）.The 3D interaction effect diagram on the potassium content（dependent variable） and 4 meteorological factors（independent variables）was established.The results of single-factor analysis showed that the order of these factors affecting potassium content in tobacco leaves was as follows：MDT>MRH>MSH>MP>TSH（total  sunshine hours）>15AT（≥15 ℃ accumulated temperature）>TP（total precipitation）>25AT（≥25 ℃ accumulated temperature）>20AT（≥20 ℃ accumulated temperature）.The results of two-factors interactions showed that there was synergistic effect between MDT and MRH，MDT and MSH，MRH and MSH，MRH and MP and MSH and MP on potassium content within acertain range.However，the effects of MDT and MP on potassium content were mutual independent under the high temperature and high humidity.These results could provide reference for improving the content of elements in flue-cured tobacco leaf by meteorological factors.

Key words    flue-cured tobacco;potassium content;meteorological factor;grey relational analysis

烤煙（Nicotiana tabacum L.）对周围环境极为敏感[1]。有研究表明，气象因子是影响烟叶化学成分的重要因素，特别是7—8月成熟期的气温影响最为显著[2]。对于文山州的气象因子与烟叶主要化学成分的分析结果表明，平均温度的影响明显大于降水量[3]。同时，气象因子也能有效影响烟叶DNA甲基化的变化，且各个气象因子之间具有一定的协同作用或者拮抗作用[4]。

在烟草的生长发育中，钾是一种必需的矿质元素[5]，对烟叶品质影响较大[6]，对烟叶的品质提升[7]和香气成分含量[8]等方面起着重要作用。美国和津巴布韦的优质烤烟烟叶中钾含量多在4%～6%之间[9]，而我国北方烟叶中钾含量一般都低于2%[10-11]。因此，为了促进烤烟品质的提升，提高我国烟叶中钾含量成为了重要的研究课题[12]。但是，影响烤烟钾含量的因素众多，刘会玲等[13]研究表明，目前施肥情况下，农田中的钾素一般是亏缺的，且亏缺有效面积在不断扩大。土壤钾含量较低是导致烟叶钾含量较低的主要因素之一，因而通过增加土壤钾肥的施用量来提高烟叶钾含量成为重要的方法。杨文录等[14-15]通过磷、钾肥来提高烟叶质量，黄贵萍等[16]采用高钾肥处理，未能显著提高烟叶钾含量，提出了影响烟叶含钾量的主要因子可能是植烟土壤环境。在豫南烟区，周硕野等[17]利用不同种类钾肥以及生物包膜缓释钾肥（钾肥和碳酸钾）代替常规硫酸钾肥能提高烟叶产量和质量。刘晓迪等[18]和邬兴斌[19]利用叶面喷施钾肥能够提升烟叶钾含量且增加香气物质和上部叶的品质。但是，在不同时期，不同种类的钾肥和分批次喷施相结合来探讨烟叶钾吸收利用的研究尚不多见。

因此，本研究设置施肥种类、施肥次数、喷施时间等处理，探讨了烟叶中钾含量与烤烟打顶之后的气象因子的关系;分析了叶面喷施钾肥次数、喷施时间对烤后烟叶钾含量及钾肥的利用量和总利用率的影响，旨在为利用气象因素提升烤烟烟叶元素含量提供参考。

1    材料与方法

1.1    试验地概况

试验地点选在河南省驻马店市泌阳县花园乡禹庄村，烤烟品种选取云烟87，移栽时间为2016年4月15日。试验田前茬作物为玉米，黄褐土，土壤pH值为5.93，有机质为1.17 g/kg，速效氮为91.09 mg/kg，速效磷为19.50 mg/kg，速效钾为187.51 mg/kg，缓效钾为912.50 mg/kg。烟草栽培的株距0.5 m、行距1.15 m，烤烟栽培技术规范遵循当地优质烤烟生产和管理措施。

1.2    试验设计

根据施肥种类（K2HPO3、K2SO4和K2SO4+MgO）、施肥次数（1、2、3次）、喷施时间（打顶后1 d、下部叶采后1 d和中部叶采后1 d）3个条件，按照正交试验设计L9（34）设置9个处理和一个对照组，对照组烟草打顶（移栽后60 d）后每隔10 d上部烟叶检测钾含量，最后一次取样后进行标号烘烤和化学成分分析，用于分析气象因子对烟叶钾含量的影响。

1.3    烟叶钾含量的检测

烟叶的钾含量检测方法采用四苯硼钠沉淀法，具体步骤参考王瑞新[20]，用5% Na2CO3和NH4NO3的混合液（比例为1∶2），用碱性湿法灰化-去离子水溶解后，以测定钾含量。

1.4    气象数据的获取与统计分析处理

参考前期研究结果将气象因子对烟叶各时期的影响分为两大类[4]：一类是从烟草移栽到取样时段的气象因子的平均值，指标有4个，即平均温度（mean daily temperature，MDT）、平均日照时数（mean sunshine hours，MSH）、平均相对湿度（mean relative humidity，MRH）和平均降水量（mean precipitation，MP）;一类是从烟草移栽到取样时段的气象因子的累积值，指标有5个，≥15 ℃有效积温（≥15 ℃ accum-ulated temperature，15AT）、≥20 ℃有效积温（≥20 ℃ accum-ulated temperature，20AT）和≥25 ℃有效积温（≥25 ℃ accu-mulated temperature，25AT）、总日照时数（total sunshine hours，TSH）和总降雨量（total precipitation，TP）。

1.5    气象因子与烟叶中钾肥含量的灰色关联分析

将烟叶钾含量与气象因子几个参数作为一个灰色系统，在这个系统中运用灰色系统理论进行分析[21]。其中，自变量是这些气象因子，记作xi=（x1，x2，…，xi），i代表不同的气象因子;因变量是烟叶中钾含量，记作y0=[y0（1），y0（2），…，y0（k）]，k代表测定的次数。因变量y0和自变量xi之间采用下列灰色关联公式进行计算：

其中，Δ0i（k）=|y0（k）-xi（k）|，Δmin=min？坌imin？坌kΔ0i（k），Δmax=max？坌imax？坌kΔ0i（k），ζ∈（0，1）;公式中ζ值选取为0.5。

则灰色关联度采用下列公式计算：

其中，γ（y0，xi）值的大小表示因变量与自变量的关系密切程度。

1.6    统计分析

分别采用Excel 2007、SPSS 16.0、DPS V6.55和OriginPro 9.0软件进行烟叶钾含量的计算、统计分析和制图，每个样品钾含量检测3次，取平均值。

2    结果与分析

2.1    烟叶钾含量与其大田期气象因子的变化情况

烟草移栽至大田之后，其中60～100 d的大田期气象因子及其相应的烟叶钾含量变化情况见表1。可以看出，烟叶在移栽后60～100 d生长期间，平均日照时数为先降低后升高的V型变化，平均湿度和平均温度在持续升高，而平均降水量变形波动增加;积累值方面均表现为增加趋势，但有效积温增加较快，特别是≥15 ℃有效积温，总日照时数在移栽90 d后增加较快。在移栽60～80 d期间，烟叶中钾含量逐渐增加，而后随着烟叶的成熟，烟叶钾含量逐渐下降。

2.2    烟叶钾含量与气象因子之间的灰色关联分析

烟叶钾含量与其相应的气象因子之间的灰色关联分析结果见表2。可以看出，烟叶钾含量与气象因子灰色关联程度由大至小的排序为平均气温、平均湿度、平均日照时数、平均降水量、总日照时数、≥15 ℃有效积温、总降水量、≥20 ℃有效积温和≥25 ℃有效积温，与烟叶钾含量变化关系密切的为4个平均值，而5个积累值的变化在生长期间持续增加，与烟叶中钾含量抛物线式的变化差距较大。结合烟叶的生产实践，选择平均湿度作为反映湿度指标的气象因子，选择平均降水量作为反映降雨量指标的气象因子，选择平均气温作为反映温度指标的气象因子，选择平均日照时数作为反映日照指标的气象因子，把这4个气象因子与烟叶钾含量引入修正的方程分析，基本能够较全面反映当地气象条件与烟叶钾含量变化的关系。

2.3    烟叶钾含量与4个气象因子关系分析

单一气象因子对烟叶钾含量的效应分析，对各气象因子数据进行归一化处理，以烟叶钾含量为纵坐标，以各气象因子的归一化数值为横坐标，制作钾含量对单一气象因子的散点效应图。由图1可以看出，在该观测期间烟叶钾含量变化随着平均温度和平均湿度的升高呈先升高后下降的抛物线形态，见图1（a）（b）;而烟叶钾含量变化与平均日照时数和平均降水量之间表现为复杂形态，见图1（c）（d）。

2个气象因子对烟叶钾含量的3D交互效应曲面图如图2所示。可以看出，当平均气温和平均湿度处于中间的情况下烟叶钾含量达到最高，见图2（a）;而当两者处于低或者高时烟叶中钾含量较低，表明二者之间在一定范围内对钾含量存在着协同作用。平均气温和平均日照时数对钾含量存在着协同作用，且温度对钾含量的影响较大，见图2（b）。平均气温和平均降水量对烟叶钾含量的影響在低温和高湿情况下相互独立，在较高温度和较低湿度时有交互作用，见图2（c）。平均湿度和平均日照时数在一定范围内对钾含量存在着协同作用，在平均湿度较低时表现明显，见图2（d）。平均湿度处于中等和平均降水量较低时对钾含量存在着协同作用，见图2（e）。平均日照时数和平均降水量在一定范围内对钾含量存在着协同作用，在平均日照时数较短时表现明显，见图2（f）。

3    结论与讨论

灰色关联分析表明，烟叶钾含量与气象因子关系密切的为平均气温、平均湿度、平均日照时数、平均降水量。单一气象因子对烟叶钾含量的效应分析结果表明，烟叶钾含量变化随着平均温度和平均湿度的升高呈先升高后下降的抛物线形态;而烟叶钾含量变化与平均日照时数和平均降水量之间表现为复杂形态。2个气象因子对烟叶钾含量的交互效应结果表明，在一定范围内，平均气温和平均湿度、平均湿度和平均日照时数、平均日照时数和平均降水量及平均气温和平均日照时数对钾含量存在着协同作用;平均气温和平均降水量对烟叶钾含量在较高温度和较低湿度时有交互作用。

4    参考文献

[1] 许自成，黎妍妍，肖汉乾，等.湘南烟区生态因素与烤烟质量的综合评价[J].植物生态学报，2008，32（1）：226-234.

[2] 李天福，王彪，杨焕文，等.气象因子与烟叶化学成分及香吃味间的典型相关分析[J].中国烟草学报，2006，12（1）：23-26.

[3] 沈燕金，张一扬，戴珏，等.文山烟叶主要化学成分与气象因子灰色关联分析[J].作物研究，2015（5）：511-515.

[4] 贾峰，赵一丹，刘卫群，等.烤烟烟叶DNA甲基化与气象因子的关系分析[J].中国烟草学报，2011，17（2）：32-38.

[5] 李佛琳，彭桂芬，萧凤回，等.我国烟草钾素研究的现状与展望[J].中国烟草科学，1999，20（1）：22-25.

[6] 胡国松，郑伟，王震东，等.烤烟营养原理[M].北京：科学出版社，2000.

[7] 林克惠，战以时.不同施钾量对烤烟烟叶品质的影响[J].云南农业大学学报，1994，9（2）：112-118.

[8] 刘国顺，叶协锋，王彦亭，等.不同钾肥施用量对烟叶香气成分含量的影响[J].中国烟草科学，2004，25（4）：1-4.

[9] 程多福.美国北卡罗莱纳州优质烟生产概况与研究进展[J].中国烟草科学，1998，19（2）：43-44.

[10] 郭清源，丁松爽，刘国顺，等.钾用量与灌溉量对不同土层钾素及烟叶钾含量的积累效应[J].中国烟草科学，2015（1）：61-67.

[11] 胡国松，赵元宽，曹志洪，等.我国主要产烟省烤烟元素组成和化学品质评价[J].中国烟草学报，1997（1）：36-44.

[12] 蒋雨洲，张吉立，李洋，等.不同钾肥追施量对烤烟钾吸收与烟叶钾含量的影响[J].江苏农业科学，2014（9）：98-100.

[13] 刘会玲，陈亚恒，段毅力，等.土壤钾素研究进展[J].河北农业大学学报，2002，25（5）：66-68.

[14] 杨文录，刘金海.磷钾肥对提高烟叶质量的作用[J].中国烟草科学，1982（3）：13-14.

[15] 杨文录，刘金海.增施磷钾肥对提高烟叶品质的作用[J].中国烟草科学，1984（1）：14-15.

[16] 黄贵萍，钱晓刚.钾肥施用技术与烤烟产量，烟叶含钾量研究[J].耕作与栽培，1999（2）：39-40.

[17] 周硕野，毛家伟，翟文汇，等.不同种类钾肥对烟叶钾含量及产质量的影响[J].河南农业科学，2016，45（2）：67-70.

[18] 刘晓迪，景延秋，宫长荣，等.喷施不同钾肥对烟叶生理指标及香气物质的影响[J].江苏农业学报，2014，30（1）：100-105.

[19] 邬兴斌.叶面喷施钾肥次数及喷施时期对上部烟叶品质的影响[J].安徽农业科学，2015（5）：97-98.

[20] 王瑞新，烟草化学[M].北京：中国农业出版社，2003.

[21] 刘思峰，党耀国，方志耕.灰色系统理论及其应用[M].北京：科学出版社，2004.