不同施肥与灌溉方法对烤烟产质量的影响

高梓峰， 乔 鹏， 任昭辉， 苏 亮， 杨超群， 朴世领*

(1.延边大学 农学院；2.吉林烟草工业有限责任公司:吉林 延吉 133000)

烟草(NicotianatabacurnL.)属于一年生或有限多年生草本双子叶植物，茄科烟草属，具有较强的抗旱能力，但当水分亏缺超过一定限度时，则对干旱反应十分敏感，烟田灌溉与施肥相互协调，相互配合是烤烟生长发育的必要条件[1-3]，但我国大部分烟区缺少灌溉条件，每年都有因干旱造成的烟叶产量和品质下降的情况。烟碱、叶绿素、酶及各种氨基酸的组成成分是烤烟生长发育、光合作用、化学成分及产量等方面中最重要的营养元素[4-5]，施用氮肥是得到优质适产烟叶的必须条件之一。尽管植物根系吸收水分和养分是2个独立的过程，然而由于水分的有效性影响着整个土壤的微生物、物理以及植物生理过程，使得土壤水分和养分密切又复杂地联系在一起[6]。近年来烤烟生产中施肥过量而浇水过度或不足现象较为普遍，导致生产成本偏高，烤烟产量和质量难以保证[7-8]。同时常规施肥时氮、磷、钾用量往往不平衡、中微量营养元素很少受到重视、施肥方法单一等现象普遍存在[9]。水分和氮磷钾肥施用量的多少对烤烟的品质也有很大的影响[10]。

水分和养分是作物生长必不可少的物质基础，也是影响设施作物生产品质和产量的重要因素[11-12]。水分不足影响养分作用的发挥，因为土壤中养分离子移动的距离和速率受到土壤水分状况的影响；养分不足也影响水分作用的发挥，在不同水势条件下，肥料施用量的高低直接影响着作物对水分和养分的吸收及利用。通过合理运用改善水肥资源，可以提高作物的养分吸收量，协调水肥关系，从而有效地提高水肥利用效率，达到作物增加产量和改善品质的目的[13]。目前，国内外有关水肥交互效应的研究大多数集中在小麦、玉米等其他作物上，对烤烟水肥协调关系方面的研究相对较少。烤烟虽然是比较耐旱的作物，但其生长过程中对水分的要求却很高[14-15]。施肥不仅要满足烟株生长发育所需营养，而且要考虑到肥料成本、利用率和经济效益，施肥的方式同时也影响烟株的生长。

吉林省延边地区6～7月份(旺长期)时有发生连续干旱的情况，农业生产受干旱缺水的困扰，然而农业用水浪费严重，农田水分利用效率低下[16-18]。对于吉林省延边地区特殊生态区域的烟草水肥交互效应方面的研究鲜有报道，所以，该研究针对当地特殊生态条件，进行不同施肥与灌溉方法组合对烤烟产量和质量的影响试验，旨在为烤烟稳产、高效栽培的肥水调控、提高烟叶的品质提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料及试验地点

试验地点为吉林省龙井市龙江村。试验地为暗棕壤质，土层肥厚，肥力均匀适中，地势平坦，有灌溉条件，0～20 cm土层含有机质含量13.88 g/kg，碱解氮69.8 mg/kg，速效磷11.9 mg/kg，速效钾140.3 mg/kg，pH值6.60。供试品种为当地主栽品种“JY-02-03”，采取低起垄、深栽烟、高培土的栽培措施，5月5日～5月10日移栽，其它施肥及管理措施按常规技术。

1.2 试验处理

该试验采用双因素互作处理，A因素为2种施肥方式，B因素为3种灌溉方式。

A1：有机肥基施(施用烟草专用有机肥250.5 kg/hm2+纯N 75 kg/ hm2+P2O575 kg/hm2+K2O 150 kg/hm2)

A2：有机肥窝施(施用烟草专用有机肥250.5 kg/hm2+纯N 75 kg/hm2+P2O575 kg/hm2+K2O 150 kg/hm2)

B1：自然降水 (CK)

B2：遇旱注水 (1次注水量为54.5 m3/hm2)

B3：遇旱限量沟灌 (即半沟灌，1次灌水量为225 m3/hm2)

遇旱注水和沟灌均分为两次，6月22日第1次灌水，7月14日第2次灌水。试验设随机排列，3次重复，共18个处理。行距1.1 m,株距0.5 m，小区面积48 m2，区组设通道，四周设保护行。

1.3 测定项目

1.3.1 经济形状的测定

分区计产，统计产量、产值、均价，各等级烟叶比例。

1.3.2 物理特性、化学成分和中性香气成分的测定

每区取C2L烟叶1 kg，用于烤后烟叶中常规化学成分、物理特性及中性香气物质成分的分析测定，均采用赵铭钦等[19]的测定方法。

1.3.3 叶绿素含量和光合速率的测定

在圆顶期，选晴天上午8～11点，取生长一致的烟株中部叶作为测定叶绿素含量材料，取样后用液氮罐保存并迅速送实验室用SPAD-205叶绿素仪进行测定；同时，用美国产CI-340便携式光合测定系统测定田间活体烟叶净光合速率(Pn:μmol CO2·m-2·s-1)等。

2 结果与分析

2.1 不同处理对烤烟主要经济性状的影响

不同施肥与灌溉方式对烟叶经济性状的影响见表1。在相同灌水条件下，有机肥窝施水平的产量、均价和上等烟比例均大于有机肥基施水平。在相同施肥条件下，遇旱注水水平的公顷产量、均价和上等烟比例均大于遇旱限量沟灌水平和自然降水水平。在产量上，各处理由大到小依次为A2B2>A1B2>A2B3>A1B3>A2B1>A1B1。在均价方面，处理A2B2最高，为12.95元/kg，处理A2B3次之，为12.9元/kg，处理A1B1最低，为11.8元/kg。在上等烟比例上，A2B2、A2B3和A1B2处理较高，分别为31.15%、30.95%和30.52%。在公顷产量、均价和上等烟比例上，处理A2B2表现最优。

表1 不同施肥与灌溉对烤烟主要经济性状的影响Table 1 Effects of different fertilization and irrigation on main economic characters of flue-cured tobacco

2.2 不同处理对烤烟光合速率和叶绿素含量的影响

2.2.1 不同处理对烤烟光合速率的影响

试验表明，施肥与灌溉组合对烤烟各生育时期光合速率的影响有显著差异(表2)。

表2 不同施肥与灌溉对烤烟光合速率的影响Table 2 Effects of different fertilization and irrigation on photosynthetic rate of flue-cured tobacco (μmol CO2·m-2·s-1)

在相同灌水条件下，有机肥窝施水平的光合速率优于有机肥基施水平。在相同施肥条件下，遇旱注水水平的光合速率优于遇旱限量沟灌水平和自然降水水平。各处理的光合速率值均随着生育时期的增加而呈现先增后降的趋势，在旺长期达到最大值，此后光合值逐渐降低至低于团棵期水平。综合来看，有机肥窝施和遇旱注水组合(A2B2)的烤烟光合速率表现较好。

2.2.2 不同处理对烤烟叶绿素含量的影响

试验结果表明，施肥与灌溉组合对烤烟叶绿素含量的影响也有显著差异(表3)。在相同灌水条件下，在各个时期有机肥窝施水平的叶绿素含量优于有机肥基施水平。在相同施肥条件下，叶绿素含量由大到小顺序为遇旱注水>遇旱限量沟灌>自然降水。不同生育时期各处理的叶绿素含量均随着移栽天数的增加先升后降,在旺长期的叶绿素积累量均达到最高，成熟期均下降到最小值。综合各生育时期，处理有机肥窝施和遇旱注水组合(A2B2)优于其他处理。

表3不同施肥与灌溉对烤烟叶绿素含量的影响Table 3 Effects of different fertilization and irrigation on chlorophyll content in flue-cured tobacco (mg·g-1)

2.3 不同处理对烤烟主要化学成分的影响

不同处理对烤烟主要化学成分的影响中可以看出(表4)，在相同灌溉条件下，有机肥窝施处理的总糖和还原糖含量较低，烟碱和钾含量较高，蛋白质含量较为均衡，各项比值均较为适宜；在相同施肥条件下，遇旱注水处理的总糖和还原糖含量较低，总氮和钾含量较高，蛋白质含量较为均衡，各项比值均较为适宜。还原糖含量中处理A2B2最接近适宜范围，为20.1%；各处理烟碱含量均在适宜范围内，处理A2B2最高；在总氮含量上，除处理A2B3和处理A1B2外均在适宜范围内，处理A2B2最高，为2%，其次是处理A2B1和处理A1B3，分别为1.57%和1.54%；蛋白质含量上，各处理除处理A1B2外均在适宜范围内；一般认为氯含量小于1%为好，各处理间差异不大均在适宜范围内；各处理钾含量均在2%以上，其中处理A2B2和处理A2B1较高；在施木克值中，处理A2B2、处理A1B3和处理A2B1在最适范围内；糖碱比上只有处理A2B2在适宜范围内，为9.09%；氮碱比值在1左右较好，处理A1B2和处理A2B2最为接近；钾氯比除处理A1B1和处理A2B3均在适宜范围之内，处理A1B2和处理A2B1较高，处理A1B3和处理A2B2较低。综合来看，有机肥窝施和遇旱注水组合(A2B2)的主要化学成分比较协调，有机肥窝施和自然降水组合(A2B1)、有机肥基施和遇旱限量沟灌组合(A1B3)次之。

表4 不同施肥与灌溉对烤烟主要化学成分的影响Table 4 Effects of different fertilization and irrigation on chemical constituents of flue-cured tobacco

2.4 不同处理对烤烟物理特性的影响

由不同处理对烤烟物理特性的影响可知(表5)，在相同灌水条件下，有机肥窝施水平的烟叶可用性优于有机肥基施水平；在相同施肥条件下，遇旱注水水平的烟叶可用性优于自然降水水平和遇旱限量沟灌水平。其中，处理A1B3的含梗率在适宜范围内，较为接近的处理有A2B2和A2B3，分别为30.76%和30.85%；各处理中在填充值适宜范围内的是处理A1B3、A2B1、A2B2与A2B3，最好的是处理A2B2；单叶重方面，除处理A1B1、A1B2外，均在适宜范围内，其中，较好的是处理A2B2和A2B3；叶梗重方面，一般认为3.8～5.7 g较好，不在适宜范围内的处理是A2B3。综合各种物理性状表现，有机肥窝施和遇旱注水组合(A2B2)表现最优。

表5 不同施肥与灌溉对烤烟物理特性的影响Table 5 Effects of different fertilization and irrigation on physical characteristics of flue-cured tobacco

2.5 不同处理对烤烟中性香气成分影响

香气物质含量是评判烟叶内在品质的根本内容之一，烟叶的香气质量与叶内中性致香物质的含量密切相关[20]。从不同施肥与灌溉对烤烟中性香气成分的影响中可见(表6)，在相同灌水条件下，有机肥基施水平的棕色化产物类、西柏烷类、新植二烯、类胡萝卜素类及中性香气物质成分总量大于有机肥窝施水平，而有机肥窝施水平的苯丙氨酸类含量大于有机肥基施水平；在相同施肥条件下，遇旱注水水平的棕色化产物类、西柏烷类、新植二烯及中性香气成分总量大于自然降水水平和遇旱限量沟灌水平，而遇旱限量沟灌水平的苯丙氨酸类及类胡萝卜素类含量大于自然降水水平和遇旱注水水平。棕色化产物类致香物质中多种物质具有特殊的香味，尤其是其中的呋喃、吡咯类物质，虽然含量低微，却对可可香味的形成有着至关重要的影响。处理A2B2的棕色化产物总量最高，其次是处理A1B3，而处理A2B1最低。苯丙氨酸类致香物质包括苯甲醛、苯甲醇、苯乙醛、苯乙醇等成分，对烤烟的香气具有良好的影响，尤其对烤烟的果香、清香贡献较大。处理A2B2和A2B3的苯丙氨酸类物质总量较高，处理A2B1最低。西柏烷类致香物质主要指茄酮，它是烟叶中重要的香气前体物，通过一定的降解途径可形成多种醛、酮等致香成分。处理A1B2西柏烷类物质总量最高，其次是处理A1B3、A2B3和A2B2。从类胡萝卜素类致香物质总量来看，处理A1B3和处理A2B2较高。新植二烯是一种 C2O聚类异戊二烯，在烟草中性挥发物中含量最高，是烟叶中重要的致香物质。新植二烯总量处理A2B2最高，其次是处理A1B2，最低的是处理A2B3。香气物质总量由大到小依次为A2B2>A1B2>A1B3>A1B1>A2B3>A2B1。综合来看，处理A2B2最为优秀，中性香气物质总量最高。

表6 不同施肥与灌溉对烤烟中性香气成分的影响Table 6 Effects of different fertilization and irrigation on neutral aroma components of flue-cured tobacco

3 讨论与结论

在烤烟的主要的经济性状上，有机肥基施和自然降水组合(A1B1)在公顷产量、公顷产值、均价和上等烟比例方面都最低，有机肥窝施和遇旱注水组合(A2B2)则均为最高。综合来看，有机肥窝施水平大于有机肥基施水平，遇旱注水水平大于遇旱限量沟灌水平大于自然降水水平，这与伦锦[21]的研究结果一致。

叶绿素是植物光合作用的重要物质，其含量的多少影响植物的光合作用强弱。不同组合的光合速率和叶绿素含量均在旺长期最高，有机肥窝施和遇旱注水组合(A2B2)在所有组合中光合速率最大、叶绿素含量最高。从施肥方式来看，有机肥窝施水平优于有机肥基施水平。从灌溉方式来看，遇旱注水水平优于其他2种方式，这与秦卫普等[22]的研究结果基本一致。

烟叶的化学成分是判断烟草内在品质的主要因素之一[23-24]。一般认为优质烤烟的还原糖含量为16%～18%，总糖含量为18%～22%，氯含量1%以下，钾含量2%以上，蛋白质含量8%～10%，总氮/烟碱以1或略小于1为宜，钾/氯以大于4为宜，还原糖/烟碱为8～12[25]。烟碱含量的多少是烟草质量的重要指标，烟碱含量过低，吃味平淡，而含量过高则会吃味发苦，烟劲大，优质烤烟烟碱含量1.5%～3.5%。总氮含量和烟碱含量呈正比，总氮过低烟味较为平淡，总氮过高则会有辛辣的烟气，一般认为总氮含量为1.5%～3.5%最适宜。施木克值是水溶性糖类和蛋白质含量之比，在一定范围内，施木克值越大烟草质量越好，但是若施木克值过高，水溶性糖和蛋白质比例失调，烟草质量也会相应下降。延边地区的烤烟呈现出“双高，双低”的特征，即还原糖和淀粉含量普遍偏高，而烟碱和钾含量偏低[26]。综合来讲，有机肥窝施水平优于有机肥基施水平，遇旱注水水平优于其他2种灌溉水平，有机肥窝施和遇旱注水组合(A2B2)的烟叶施木克值、糖碱比、氮碱比和钾氯比均最为适宜，烟碱和钾的含量均最高，且总糖与还原糖含量均最低，其化学成分较为协调。

烤烟物理特性是烟叶品质的重要组成部分之一，其中含梗率、填充值等是卷烟加工性能的重要指标，其直接影响卷烟加工的工艺、风格、成本和经济效益等[27]。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，填充值为3.5～4.5 cm3/g[25]。结果表明，在施肥方式上，对烟叶物理特性的影响为有机肥窝施>有机肥基施。在灌溉方式上，对烟叶物理特性的影响由大到小依次为遇旱注水>遇旱限量沟灌>自然降水。

烟叶的香气主要指烟叶燃烧后所产生的一种特殊的香味，烟叶中香气物质的含量一定程度上决定了香气的质量，而不同的施肥和灌溉组合使得烟叶中香气物质含量不同[20]。棕色化反应产物类、苯丙氨酸类、西柏烷类、类胡萝卜素类总量来看有机肥窝施水平为最高，优于有机肥基施水平；遇旱注水水平为最高，其次是遇旱限量沟灌水平，自然降水水平最低。而新植二烯和其他香气物质总量变化趋势相同，有机肥基施水平优于有机肥窝施水平，遇旱注水优于其他2个水平。香气物质的总量来看，有机肥窝施水平要优于有机肥基施水平；遇旱注水水平要优于遇旱限量沟灌水平和自然降水水平，这与韩富根等[28]的研究结果相类似。有机肥窝施和遇旱注水组合(A2B2)的中性香气成分含量总量最高，品质最好。

不同施肥和灌溉组合对烤烟产质量有着不同的差异影响，合理地运用适宜的施肥和灌溉组合能够提高烟草的质量和产量。水分是烟株的重要组成部分，在土壤水分适宜的条件下，烟草植株的生活力强，叶片发育良好[29]。该试验结果表明，延边地区主栽品种“JY-02-03”在龙井市龙江村这特定的生长条件下有机肥窝施和遇旱注水组合(A2B2)在烟草叶绿素含量、光合速率、主要化学成分、物理特性、主要经济形状和中性香气成分的各项指标上较为优秀，有效地提高了水肥的吸收和利用，使烟草的生长更为协调。