雪茄烟田间生长期干物质及氮、磷、钾累积规律分析

徐祥玉，樊俊，王瑞，陈红华，卜贵军

（1.湖北省农业科学院植保土肥研究所，武汉 430064；2.湖北省烟草公司恩施州公司，湖北 恩施 445000；3.湖北民族大学林学园艺学院，湖北 恩施 445000）

雪茄是一种特殊的烟制品，其传统概念是全部用烟叶卷成的吸用烟卷。近年来，随着经济水平的提升和人民生活水平的提高，国内对雪茄烟的需求在不断增加。中国雪茄烟叶种植较晚，整体质量偏低，如过薄、欠油润、韧性差、吃味平淡、利用率差、燃烧性差等问题突出［1］，目前全球雪茄烟叶的研究和专利申请等基本都是国外主导［2，3］，国产雪茄烟所用原料大部分依赖进口［3］。烟叶干物质累积是生长发育动态的直接体现，直接影响烟叶产量、养分吸收和内含物转化，并通过化学成分影响燃烧性、香气等烟叶品质［4-6］，良好的干物质累积和养分吸收调控是高品质烟叶生产的前提。目前在雪茄烟干物质及养分累积方面的研究报道并不多［5，7，8］，研究认为雪茄烟叶存在干物质和养分累积快速增加时期，但由于上述研究中取样密度较低，并没有清晰地显示出干物质快速增长期的具体时间和阶段累积量，导致在实际生产中调控措施的制定存在不确定，因此高频取样研究雪茄烟生长过程中干物质累积和养分累积规律，对合理施肥具有重要的现实意义。

湖北省是国内最早种植雪茄烟叶的地区之一，目前种植面积居国内前列，前期工作从适宜播种和移栽期、土地类型转换后施肥量、施肥比例、有机无机配比等方面开展了研究［1］，但目前仍然面临产量低、品质较差等问题，这些问题的根源仍然是对雪茄烟叶生长发育和干物质累积规律不清楚。本试验拟通过高频度取样分析研究雪茄烟叶干物质累积和养分吸收规律，为通过养分管理措施稳步提升雪茄烟叶质量、持续改善化学成分协调性等关键技术的制定提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验区域状况

试验布置在湖北省恩施州来凤县绿水镇岩缝窝村，地处来凤县西南部，属中亚热带季风湿润型山地气候，四季分明，雨热同季，光照充足。年降雨量在1 400～1 500 mm，年平均气温14～16℃，年最高气温38～39℃，最低气温8～10℃，无霜期250～269 d。试验区域常年种植雪茄烟，是湖北省雪茄烟主产区。土壤pH为6.16，有机质为25.03 g/kg，碱解氮为151.3 mg/kg，速 效 磷 为42.67 mg/kg，速 效 钾 为226.0 mg/kg，交换性钙为950.61 mg/kg，交换性镁为110.92 mg/kg，有 效 锌 为3.78 mg/kg，有 效 硼 为0.313 mg/kg，水溶性氯为10.61 mg/kg，阳离子交换量为10.71 cmol/kg。

1.2 试验设计

在目前常规施肥处理下取样测定，不设重复，氮磷钾施用比例为1.00∶0.88∶1.93，施氮量为175.5 kg/hm2。氮肥肥源为硫酸铵（N 20%）、钾肥肥源为硫酸钾（K2O 50%）、磷肥肥源为过磷酸钙（P2O512%），氮、钾分1次基肥，2次追肥施入，每次各占1/3；磷肥和有机肥作为基肥全部施入，基肥施肥方法为条施，追肥为穴施。4月16日施基肥并起垄覆膜，4月29日移栽，2次追肥日期分别是5月22日和6月8日。雪茄烟品种为CX-80，种植密度为110 cm×40 cm，6月20日打顶，7月7开始采收晾制。

1.3 取样和测定指标

从移栽日开始及移栽后第7、14、21、28、35、41、44、48、52、56、61、67、72、78、90天采集常植物样，每次采集有代表性的烟株3株，分根、茎、叶测量生物量，测定氮、磷、钾元素。为了保证每次烟株的完整性，在烟叶成熟采收前每次取样时整株挖取，在成熟采收开始后按照下面方式采样：将后期需要挖取的烟株统一编号，在每次烟叶采收的前一天，将所有达到成熟采收的已编号烟株的烟叶全部采收，并按照编号分别收集烘干，这样能保证已编号烟株所有烟叶被收集，在后面整株挖取样品后将同一个编号的烟叶收集在一起进行生物量称取和养分测定，这样就保证了每一株烟的生物量完整性。烟株样品以H2SO4-H2O2联合消解后，全氮用凯氏定氮法，全磷用钒钼黄比色法，全钾用火焰光度法测定［9］。

1.4 数据分析方法

所有数据用Excel整理，通过R语言分析，数据分析中涉及到Tidyverse、Ggpubr、Gglmannotate等包。

2 结果与分析

2.1 农艺性状变化

在6月份对农艺性状开展连续监测（图1），叶片和株高2个指标在打顶时分别达到18片和125 cm左右；叶长和叶宽指标在整个6月份持续增加，6月底时分别达到50 cm和30 cm左右；茎粗则在打顶时达到最高，达到8 cm左右。

图1 农艺性状动态变化

2.2 干物质累积与分配规律

干物质累积与分配结果显示（图2），移栽后1个月整株干物质累积量很小，1个月后开始缓慢增加，在6月中上旬快速增加，6月下旬开始至7月初干物质累积量急剧增加，7月干物质累积速度放缓到6月上中旬水平。整个大田生育期，叶部干物质总重为104.3 g/株、茎秆为66.2 g/株、根部为35.2 g/株，总生物量为205.7 g/株，烟叶干物质占比为50.7%、茎秆为32.2%、根部为17.1%。

图2 烟株不同时期干物质累积及不同部位比例

2.3 氮浓度变化及累积规律

对氮浓度和氮累积进行了测定和计算（图3），6月份以前烟株太小，没有分部位测定，6月中旬开始分部位测定（下同）。从变化趋势看，移栽后至6月初的1个月内，整株氮浓度呈现缓慢提高趋势，6月中旬开始不同部位均显示氮浓度快速降低，7月中旬开始氮浓度则趋于平缓，其中叶部的氮浓度则有缓慢增加。整个生育期叶部氮浓度介于2.71%～5.6%（平均4.07±0.86%）、茎秆介于1.23%～3.59%（平均2.22%±0.68%）、根部介于1.02%～2.73%（平均1.78%±0.42%）；整株叶部氮素总累积量为3.70 g/株、茎秆为1.06 g/株、根部为0.51 g/株，总株为5.27 g/株，叶部氮素累积占总累积量为70.20%、茎秆为20.11%、根部为9.68%。

图3 烟株不同时期氮浓度和氮累积

2.4 磷浓度变化及累积规律

磷浓度和磷累积显示（图4），移栽后至6月初的1个月内，整株磷浓度先降后升，6月中旬开始不同部位均显示磷浓度快速降低，7月初磷浓度则趋于平缓。在整个大田生长期内叶部磷素浓度介于0.20%～0.39%（平均0.28±0.06%）、茎秆介于0.15%～0.41%（平均0.25±0.07%）、根部介于0.16%～0.25%（平均0.20±0.03%）；叶部磷素总累积量为0.28 g/株、茎秆为0.14 g/株、根部为0.06 g/株，总株为0.48 g/株，烟叶部磷素累积占总累积量为58.3%、茎秆为29.2%、根部为12.5%。

图4 烟株不同时期磷浓度和磷累积

2.5 钾浓度变化及累积规律

钾浓度及累积结果显示（图5），与氮浓度变化趋势极其相似，烟株钾浓度呈现缓慢提高趋势，6月中旬开始不同部位均显示钾浓度快速降低，7月中旬开始钾浓度则趋于平缓，与氮不同的是钾浓度在后期并未提高。在整个大田生长期内叶部钾浓度介于3.46%～6.37%（平均4.95%±1.04%）、茎秆介于2.49%～7.77%（平 均4.92%±1.82%）、根 部 介 于1.78%～3.65%（平均2.53%±0.53%）；整株叶部钾总累积量为3.42 g/株、茎秆为1.92 g/株、根部为0.66 g/株，总株为6.00 g/株，叶部钾累积占总累积量为57.00%、茎秆为32.00%、根部为11.00%。

图5 烟株不同时期钾浓度和钾累积

3 讨论

3.1 雪茄烟干物质累积规律

干物质累积是植物将矿质营养转化、累积为有机营养并构建自身器官、完成生命周期的过程［10］。干物质累积受到品种、环境、养分供应、气候条件等等因素的多重影响［11-15］，明确干物质累积规律和分配是调控产量的前提和基础。本研究表明，在大田生育期雪茄烟干物质累积遵循“极慢-慢速-极快-快速”的规律，基本呈现“S”型，这与其他作物干物质累积规律类似，遵循Logistic生长曲线［12］。移栽后30～60 d是干物质快速增加期，其中移栽后50～60 d是干物质累积最快时期，这一阶段干物质累积量占总累积量的40%左右，这与前人研究基本类似［5，16，17］。本研究表明，叶部干物质占总干物质比例最大、茎秆次之、根系最低，这与烤烟结果一致［16，18］。这说明雪茄烟干物质累积与烤烟以及其他作物规律类似，不同点在于雪茄烟快速生长期短（10 d）、累积量大（占总重40%），相当于11%的生育期累积了40%的干物质，而烤烟干物质增长最快时期则为25%的生育期累积了71.4%的干物质［18］，也有研究表明烤烟移栽后50～80 d最快、干物质累积量占总累积量接近60%［19］。本研究同时显示，地下干物质累积量占总干物质累积量的17.1%，明显高于烤烟报道［20］；本研究中茎秆干物质累积占比32.2%，而烤烟为19.9%［18］。上述表明，雪茄烟干物质快速累积时期、快速累积速率和累积量、成熟期不同部位干物质分配比例等参数均和烤烟不同。

3.2 雪茄烟氮累积和分配规律

氮素是烟叶最重要的大量营养元素，氮素累积规律和分配对烟叶品质高低有决定性作用。本研究表明，氮素浓度随时间变化的趋势、不同部位中氮累积从大到小等与烤烟的研究结果类似［16-18］，氮浓度、总累积显著高于烤烟［18，21］，如烤烟移栽后40～80 d氮素累积最快、占总氮素累积量的60%左右［19］，而本研究中雪茄烟在移栽后50～60 d的氮素累积占总累积量的33%，说明雪茄烟氮素需求高于烤烟、且氮素快速吸收累积时间有较大差异。本研究显示氮素吸速率小于干物质累积速率导致氮浓度降低，所有部位的氮浓度与干物质累积均呈现显著负相关（图6），这与烤烟类似［18］。在干物质快速增加时期，叶部氮累积和总氮累积保持快速上升，而根和茎秆则在7月中旬开始基本保持不变，因此叶部氮累积量和整株氮累积量与生物量的相关关系R系数大于根部和茎秆（图6），这说明累积量与干物质显著主要受叶部生物量和氮累积量的影响。

图6 氮浓度、氮累积与干物质的关系

3.3 雪茄烟磷累积和分配规律

与氮素累积和分配规律类似，磷素累积也受干物质累积的强烈影响，与干物质累积呈现显著相关性（图7），不同部位中磷累积从大到小依次为叶部、茎秆、根部，这与烤烟的研究结果类似［16-18］。磷素总累积量、不同部位累积量以及浓度等均高于烤烟［22］，这说明雪茄烟磷素需求高于烤烟。整个生育期磷素浓度变化趋势与氮素类似，干物质的快速累积也稀释了植株体内磷浓度（图7），这种变化规律也与烤烟类似［16］，不论是整株还是不同部位，磷累积量与干物质累积的相关系数基本相同（图7）。

图7 磷浓度、磷累积与干物质的关系

3.4 雪茄烟钾累积和分配规律

烟草是喜钾作物，钾素对烟草品质有重要影响。本研究钾素浓度与生物量的关系与氮素一致，即钾素浓度随生物量增加而降低、钾素累积量与生物量显著相关（图8）。叶部钾累积量最大、茎秆次之、根部最低，这与烤烟类似［16，18，21，23］。本研究表明，叶片钾浓度最低为3.46%，最高为6.37%，平均4.95%，远高于烤烟烟叶钾含量［24］，这说明雪茄烟对钾的需求高于烤烟。与已有雪茄烟的报道相比，本研究中雪茄烟叶部钾含量稍高［25，26］，这种差异可能是由于取样和制样方式引起，本研究中烟叶是直接烘干、养分浓度是整株烟全部烟叶混匀后的浓度，已有报道并未特别说明样品采集方式。从烟叶钾累积量看，本研究中叶部钾累积量为3.42 g/株，明显高于烤烟［20，27］。

图8 钾浓度、钾累积与干物质的关系

4 结论

雪茄烟CX-80干物质和养分累积在移栽后1个月内极其缓慢，移栽后第2个月是累积快速增长时期，其中50～60 d吸收累积最快，该时期干物质、氮、磷、钾累积量超过总累积量的1/3。雪茄烟干物质与氮、磷、钾累积量分别为205.7、5.27、0.28、6.00 g/株。干物质与养分累积从大到小依次为叶部、茎秆、根系。从养分管理方面考虑，雪茄烟第1次追肥的时间和用量尤为重要，应该在移栽后20～25 d、且追肥数量应该大于基肥和第2次追肥以满足养分快速吸收的需求。