种植密度与钾素用量对烤烟化学成分、物理特性和中性香气物质的影响

杨超群，姜轶瑶，高梓峰，王 莉，朴世领，吴委林*

(1.延边大学农学院，吉林 延吉133002；2.吉林省辉南县团林镇农业技术推广站，吉林 辉南 135124)

我国的烟叶生产区众多，各个产烟区的气候，土壤等各个因素都具有差异性。因此不同地区耕作方式对烟叶生长发育的影响也各不相同。合适的种植密度对其他作物的质量与产量有积极影响[1-2]。烟草作为一种经济作物，对经济发展起着重要的作用[3]。适宜的种植密度对烟叶品质的提升是有利的，依靠种植密度能调节与平衡烟草的质量与产量关系[4-5]。相关研究指出[6-11]，种植密度及施肥量对烤烟烟叶质量与产量均有显著影响。但烟叶的产量提高也相应地影响了烟叶的价值和上等烟比例，从而影响烟叶整体的经济效益，所以适宜的密度才能平衡产量与价值之间的关系。刘春生等[12-14]试验表明，烟草施用钾素会改善烟叶的颜色、结构和光泽，使烟叶富有弹性和韧性，吸湿性好，填充性强，不易破碎。朱佩等[15]试验指出，适当密植可以增加叶片中钾元素的积累量。烟叶中的化学成分及香气含量决定着卷烟产品的特性与品质，所以香气含量及内在化学成分是影响烟叶产品的质量和安全性的主要因素[16-18]。目前，关于延边地区具体的种植密度与钾素用量互作的相关研究报道甚少。因此，该试验采用田间试验探讨了不同种植密度与钾素用量对烤烟化学成分、物理特性和中性香气物质的影响，为实际生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

供试材料为当地烟草品系JY-02-03。

1.2 试验设计

试验地为吉林省龙井市龙江村，为暗棕壤质。土壤基本理化成分详见表1。

表1 0～20 cm土壤基本理化成分

试验设双因素互作处理，采用随机区组设计。A因素为不同密度，B因素为不同钾素施用量。其中,A1：行株距1.1 m×0.50 m (18 180 株/hm2)；A2：行株距1.1 m×0.55 m(16 530 株/hm2)；A3：行株距1.1 m×0.60 m(15 150株/hm2)；B1：施钾(K2O)123.75 kg/hm2；B2：施钾(K2O)206.25 kg/hm2；B3：施钾(K2O) 288.75 kg/hm2。共设9个处理，各个处理均3次重复。试验地共设27个小区，小区面积133 m2，总用地3 600 m2。施肥处理每公顷施纯氮82.5 kg，纯P2O5为123.75 kg/hm2，纯K2O为上述3个不同用量。采取高培土、低起垄、深栽烟的栽培措施。

1.3 测定项目与方法

中性香气成分、物理性状及化学成分的测定参考赵铭钦等[19]的方法。

2 结果与分析

2.1 不同处理对烤烟经济性状的影响

种植密度与钾素用量对烟叶经济性状的影响见表2。在相同密度条件下，随着施钾量增大，产量与上等烟比例均呈升高趋势，其中施钾288.75 kg/hm2(B3)水平产量与上等烟比例均最高。在相同施钾条件下，随着密度增大，产量的变化趋势为先升后降，上等烟比例呈减小趋势，其中种植密度16 530株/hm2(A2)水平的产量最高，种植密度15 150株/hm2(A3)水平上等烟比例最高。由表2可知，产量由大到小依次为A2B3>A2B2>A1B3>A2B1>A1B2>A3B3>A1B1>A3B2>A3B1,上等烟比例由大到小依次为A3B3>A2B3>A3B2>A2B2>A3B1>A2B1>A1B3>A1B2>A1B1。在上等烟比例中，处理A3B3和A2B3较高，分别为32.40%和31.50%，与其他处理之间均有显著差异，但两个处理之间无显著差异。在产量中，处理A2B3最高，为2 760.80 kg/hm2，处理A2B2其次，为2 758.60 kg/hm2，处理A3B1最低，为2 480.60 kg/hm2。在经济性状中，处理A2B3表现最优。

表2 不同处理对烟叶经济性状的影响

2.2 不同处理对烤烟物理特性的影响

一般认为烟叶叶梗重越小越好，含梗率为25%～30%，单叶重为7～14 g[20]。由表3可知,不同处理叶梗重和含梗率的变化分别为3.8～5.7 g和27.28%～33.48%，其中,叶梗重和含梗率较高的处理为A1B2、A2B1、A2B2和A3B3，较小的处理为A1B1、A1B3、A2B3、A3B1和A3B2。从烟叶品质和出丝率方面考虑，烤烟叶片含梗率越小越好[20]。各处理单叶重均略微超出适宜范围，其中,处理A2B1、A2B3和A3B3较高，分别为16.7、16.5和16.5 g，处理A1B2和A1B3较低，分别为15.5和14.5 g。厚度适中的叶片化学成分协调,烟气质量良好,可用性强，烟叶过厚则烟气杂气大刺激性大。烟叶鲜叶叶片厚度一般为0.22～0.33 mm[20]，该试验各处理叶片厚度均较低，变化范围为0.12～0.17 mm，其中,接近适宜范围的处理为A2B1和A3B3。一般来说，优质烟填充值较小，低劣烟填充值较大。填充值与叶片弹性有关，一般为3.5～4.5 cm3/g[20]，该试验结果表明，处理A2B2和A2B3的填充值较小，分别为3.3 g和3.29 cm3/g，其物理性状表现较好。

表3 不同处理对烟叶物理特性的影响

2.3 不同处理对烤烟化学成分的影响

种植密度与钾素用量对烟叶化学成分的影响见表4。在相同密度条件下，随着施钾量增大，钾、总氮和烟碱含量呈升高趋势，还原糖及总糖含量呈先增后降趋势，氯和蛋白质含量呈先降后增趋势，其中,施钾288.75 kg/hm2(B3)水平叶片烟碱和钾含量均较高，总糖和还原糖均较低。在相同施钾条件下，随着密度增大，钾、氯、总氮和烟碱含量呈先增后降趋势，蛋白质、还原糖及总糖含量呈先降后增趋势，其中种植密度16 530株/hm2(A2)水平烟碱和钾含量均较高，总糖、还原糖和蛋白质均较低。所有处理的钾含量为1.86%～2.39%，除处理A3B1外均处于适宜区间内，其中较大的处理为A2B3、A3B3和A2B2。烟碱含量均在适宜范围内，其中处理A2B3、A3B3和A1B3较高，分别为2.52%，2.28%和2.08%。各处理还原糖与总糖含量均偏高，超出适宜范围，其中更接近适宜范围的处理为A2B3、A3B3和A2B1。施木克值一般以3左右较好[5]，其中,处理A2B3和A1B3最为接近。各处理钾氯比均在适宜范围内。糖碱比变化区间为10.36～18.02，其中处理A2B3和A3B3处于适宜范围内，分别为10.36和12.28。一般认为优质烟的氮碱比接近 1 为佳。从氮碱比来看，处理A2B3、A3B1、A1B1和A1B2与优质烟较为接近，其比值分别为0.93、0.88、0.87和0.85。不同密度与钾素用量对烤烟化学成分的影响十分显著，随着钾素用量的提高，烤烟烟叶的化学成分含量更加协调。综合来看，处理 A2B3烟叶蛋白质、还原糖与总糖含量最低，钾氯比、施木克值、糖碱比与氮碱比最接近优质烟，钾和烟碱含量最高，其化学成分更为协调。

表4 不同处理对烟叶的化学成分的影响

2.4 烤烟不同化学成分之间的相关关系

由表5可知，烟碱含量分别与钾和总氮含量、糖碱比分别与还原糖和总糖含量、还原糖与总糖含量之间均呈极显著正相关。氯含量分别与总糖含量、钾氯比和施木克值、糖碱比分别与总氮和烟碱含量之间均呈极显著负相关。钾含量与总氮含量、钾氯比与总糖含量、糖碱比与施木克值之间均呈显著正相关。钾含量分别与氮碱比和糖碱比、氯含量分别与还原糖和糖碱比之间均呈显著负相关。烟叶所含的糖类成分(还原糖、总糖)与含氮化合物(总氮、蛋白质、烟碱)呈负相关，可看出烟叶糖类成分含量的增多会影响烟叶含氮化合物的积累。烟叶化学成分之间的相关性反映了烟叶本身的碳氮代谢平衡。

表5 烟叶各化学成分含量及派生指标的相关系数

2.5 种植密度与钾素用量对烟叶中性香气成分的影响

不同处理烟叶主要香气成分含量详见表6～11。该试验检测出苯丙氨酸类、棕色化产物类、新植二烯、西柏烷类、类胡萝卜素类和其他成分6大香气种类，共28个香气成分。其中苯丙氨酸类4种，棕色化产物类5种，新植二烯1种，西柏烷类2种，类胡萝卜素类10种和其他成分6种。在相同密度条件下，随着施钾量的增加，棕色化产物类、类胡萝卜素类、新增二烯含量及中性香气物质总量均呈升高趋势，苯丙氨酸类含量呈先降后升的趋势，而西柏烷类含量呈降低的趋势，其中,施钾288.75 kg/hm2(B3)水平棕色化产物类、苯丙氨酸类、类胡萝卜素类、新增二烯含量及中性香气物质总量均最高。在相同施钾条件下，随着种植密度的增加，棕色化产物类、类胡萝卜素类、新增二烯含量及中性香气物质总量均呈先增后降的趋势，苯丙氨酸类呈升高的趋势，而西柏烷类含量呈先降后增的趋势，其中种植密度16 530株/hm2(A2)水平的棕色化产物类、类胡萝卜素类、新增二烯含量及中性香气物质总量均最高。棕色化产物、类胡萝卜素类及新植二烯含量中处理A2B3均最大，处理A2B2、A3B3次之，处理A1B1、A1B2较低。苯丙氨酸类含量中处理A1B1、A2B3和A3B3较高，而处理A2B2、A2B1和A3B1较低。

表7 不同处理对烟叶苯丙氨酸类的影响

表8 不同处理对烟叶西柏烷类的影响

表9 不同处理对烟叶类胡萝卜素类的影响

表10 不同处理对烟叶新植二烯的影响

不同处理对烟叶中性香气成分总量的影响见图1。

由图1可知，不同处理香气成分总量由大到小依次为A2B3>A3B3>A2B2>A1B3>A3B2>A1B2>A2B1>A3B1>A1B1，其中,处理A2B3香气成分总量最高，除与A3B3处理无显著差异外与其余处理均有显著性差异，比同密度处理A2B1和A2B2分别高35%和13%，比同施钾量处理A1B3和A3B3分别高27%和7%。

3 讨论与结论

当土壤所含某种养分量不足时增产效果最大，但随着该养分的施用量增加，增产效果将逐渐减少[5]。当烟叶养分含量适宜时才会达到烟叶的最优经济效益，即它们之间存在着协同效应[21]。试验结果表明，随着密度增大，产量的变化为先升后降，上等烟比例减小，随着施钾量增大，产量与上等烟比例均升高，与缪志建等[22]的研究结果基本一致。种植密度16 530 株/hm2与施钾288.75 kg/hm2组合的烤烟经济性状表现最好，产量最高，上等烟比例较优，再进一步增大或减小种植密度和施钾量，反而会降低烟叶的产量和外在质量。因此,合理的种植密度与钾素用量对烟叶的产量和外在质量有提升效果。

物理特性是评价烟叶可用性的重要指标。试验结果表明，随着密度的增加，单叶重呈先上升后下降的趋势，而随着施钾量的增加，单叶重却呈减小趋势，与刘会杰等[23]的研究结果基本一致。该试验结果显示，种植密度16 530 株/hm2与施钾288.75 kg/hm2组合的烟叶叶片含梗率更低，单叶重较高，填充值与叶梗重更为均衡，质地更加均匀，物理性质优异，可用性强。

各种养分之间的平衡协调决定了烟叶香气的优劣[24]。一般认为优质烤烟的总糖含量为18%～22%，还原糖为16%～18%，钾含量2%以上，氯含量1%以下，总氮含量1.5%～3.5%，烟碱含量1.5%～3.5%，蛋白质含量8%～10%[20]。化学成分相对比值，钾/氯以大于4为宜，总氮/烟碱以1或略小于1为宜，还原糖/烟碱为8～12[20]。烟草中烟碱的比值与总糖含量跟烟叶的烟气柔和性和强度有着密切联系，二者的平衡对烟叶的均衡性有着重要影响，烟碱比值过低，糖分含量高，则烟气缺乏劲头，香气平淡；若糖分含量较低，则烟气刺激性增大[25]。而延边地区烤烟的化学成分呈双高双低特性，即糖类和淀粉含量过高，一般都超过正常范围值，而钾和烟碱的含量较低。因此,当地烟区烤烟的糖类含量越低、钾和烟碱的含量越高，则越接近适宜范围，烟叶质量越好。结果表明，种植密度16 530株/hm2与施钾288.75 kg/hm2组合使烟叶钾氯比、施木克值、氮碱比和糖碱比均最为适宜，且还原糖与总糖含量均最低，钾和烟碱的含量均最高，其化学成分较为协调，有利于改善烟叶的燃烧性和香气质量，降低烟叶的刺激性和杂气。

烟叶中性致香物质含量与其香气质量密切相关，通过分析烟叶中性致香物质的含量可以对烟叶的质量进行比较客观、准确的评价[26]。不同密度处理与钾素用量导致了不同处理烟叶的香气物质含量有所差异，该试验检测了28种烟叶的主要香气成分，其中,新植二烯的含量较其它香气成分含量占绝对优势。棕色化产物类、类胡萝卜素类和新植二烯香气物质含量均随着密度与施钾量的增大而增大，但在密度达到一定程度后均下降，在种植密度16 530株/hm2与施钾288.75 kg/hm2组合时达到最大，说明棕色化产物类、类胡萝卜素类和新植二烯香气含量在密度与施钾量达到适当的平衡点时才会达到最大值，超过平衡点的密度与施钾量则会降低棕色化产物类、类胡萝卜素类和新植二烯的含量。而西柏烷类香气物质含量则以种植密度18 180株/hm2与施钾123.75 kg/hm2组合最高，且相同密度条件下随着施钾量的增多，西柏烷类香气物质含量逐渐减小，这可能说明与施钾量的增加有关。由此可见，烟叶香气物质与化学物质的含量及组成都影响着其各个组分之间的平衡协调，合理的密度与钾素用量是影响烟叶香气含量的重要因素。综合来看，中性香气物质总量随着种植密度的增加呈先增后降的趋势，随着施钾量的增加均呈增大的趋势，与刘会杰等[23]的研究结果基本一致。种植密度16 530株/hm2与施钾288.75 kg/hm2处理组合的中性香气成分含量总量最高，品质最好。

从经济性状、物理特性、化学成分和中性香气成分的综合分析得出，种植密度16 530株/hm2与施钾288.75 kg/hm2处理组合的工业可用性强,内在化学成分最协调,中性香气物质成分总量最高。