烤烟新品系Y2001 团棵期生理特性和产量产值对氮素的响应

韩会阁阎海涛 郭芳阳 常栋 阴广宇张凯阎小毛吴照辉 刘巧真徐文正李雪君李俊营

(1. 河南省农业科学院烟草研究所/烟草行业黄淮烟区烟草病虫害绿色防控重点实验室，河南许昌 461100；2. 河南省烟草公司平顶山市公司，河南平顶山 467000)

氮素是烤烟重要的营养元素，决定着烤烟的生长发育、产量和品质[1]。 目前我国植烟区烟农为追求烤烟产量，长期过量施肥，致使土壤肥力逐年增加，导致烤烟叶片贪青晚熟、生育期推迟，影响了烟叶品质形成与质量风格彰显[2]。 而种植氮素利用率高、低氮条件下生长势强的烤烟品种，不仅能减少肥料投入、降低土壤面源污染，还能够在一定程度上解决烟区土壤肥力过高的问题。 因此，此特性烤烟品种的选育与应用种植是目前土壤氮素状况下烟草育种的重要目标之一。

中烟100 是豫中烟区烤烟主栽品种，耐肥性强、增产潜力大。 但烟农为追求产量，在土壤肥力较高情况下仍大量施用氮肥，烟叶“大深厚”、贪青晚熟、株型倒挂等现象突出，已成为制约豫中烟区烟叶品质的关键因素，同时也对烟田生态系统构成了潜在威胁[3]。 基于此，河南省农业科学院烟草研究所培育出烤烟新品系Y2001，该品系生长势更强、生育期短、成熟集中、落黄明显、易烘烤，且烟叶质量与产量优于中烟100 品种，是当地烤烟种植优势替代品系。 但目前其对氮素响应的规律及其强生长势的内在机理尚不清楚。

烤烟团棵期生长迅速，烟株顶端生长由分化叶片转变为分化花序原始体，以营养生长为主，是干物质积累的重要时期，也是为产量和品质形成打基础的时期[4-5]。 已有研究表明，移栽后30 d烟株对氮素的吸收开始增加，移栽40 d 后对氮素的吸收达到极大值[6]，所以研究该时期烤烟对养分的响应至关重要。 本试验选择豫中有代表性的偏高肥力烟田，通过研究不同氮素水平下中烟100 和Y2001 移栽后40 d 生理、生长发育特性和氮素效应指标的变化，揭示二者的氮素响应差异。研究结果结合二者烤后烟叶产量和产值预期，为提高土壤氮素利用率、减少化肥施用、降低土壤面源污染提供一定的科学途径。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2021年3—9月在河南省平顶山市郏县李口镇小张庄村进行。 试验地土壤类型为褐土，耕层基本理化性状:有机质含量15.99 g/kg、全氮0.76 g/kg、碱解氮87.37 mg/kg、有效磷17.27 mg/kg、速效钾147.07 mg/kg、缓效钾531.53 mg/kg，pH值7.82。 供试烤烟品种(系)为中烟100(Z)和

Y2001(Y)。

1.2 试验设计

根据土壤肥力确定氮素参考用量为56.25 kg/hm2，据此设置4个氮水平处理:N1 (不施氮)、N2(低氮，30 kg/hm2)、N3(中氮，60 kg/hm2)和N4 (高氮，90 kg/hm2)。 随机区组排列，重复3 次，小区面积72 m2。 不同处理磷、钾肥用量一致，分别为90 kg/hm2(P2O5)、180 kg/hm2(K2O)。 试验用肥为当地常规肥，氮来源为芝麻饼肥、硝酸钾与烟草专用有机无机复合肥，磷钾素不足部分用重钙和硫酸钾提供。 除N1 外，各处理移栽时穴施有机无机复合肥(37.5 kg/hm2)和硝酸钾(75 kg/hm2)，小苗偏管时追施硝酸钾45 kg/hm2，其它氮、磷和钾肥均在烟苗移栽前作为基肥条施。 在大田生长的各个时期均不追肥。 供试烟苗为河南省农业科学院烟草研究所培育的漂浮苗。 2021年5月8日7 叶1心时选健壮幼苗移栽，栽植密度15 000 株/hm2、行株距1.2 m×0.55 m。 其它栽培管理措施按常规进行。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 烤烟团棵期生理特性栽后40 d(6月17日)，每品种每处理选择5 株代表性烟株测定各指标。

烟叶SPAD 值和氮平衡指数:分别用日本生产的SPAD-502 Plus 叶绿素仪和法国生产的DX1442 N 平衡仪测定第6 位叶距叶尖1/3 处的SPAD 值、叶绿素指数(Chl)、类黄酮指数(Flav)和氮平衡指数(NBI)，每片叶测定两侧边缘处，取其平均值。

干物质积累量和养分含量:上述指标测定完成后，将整株烟取出，分为叶、茎和根三部分，带回实验室。 所有植株样品经105 ℃杀青30 min 后，70 ℃烘干至恒重并称重。 样品氮、磷、钾含量按照鲁如坤[7]的方法测定。

1.3.2 烟株器官养分积累量及氮肥利用率的计算器官养分积累量＝器官养分含量×器官生物量；器官氮素生产能力＝器官干物质积累量/器官氮素养分含量；器官氮素农学效率(NAE)＝(施氮区器官干物质积累量-不施氮区器官干物质积累量)/施氮量×100；器官氮肥表观回收效率(NRE)＝(施氮区器官氮素积累量-不施氮区器官氮素积累量)/施氮量×100；氮素干物质生产效率(NDMPE)＝器官干物质积累量/器官氮素积累量；器官干物质生产效率(DMPE )＝器官干物质积累量/施氮量。

1.3.3 烤后烟叶经济性状收获期，各处理烟叶烘烤后按照国家烤烟分级标准GB2635—92 进行分级，统计烟叶产量、产值、均价、上等烟比例等[8]。

1.4 数据处理与分析

试验数据分别采用Origin 2015 和SPSS 18.0进行图表绘制和统计分析。 采用单因素方差分析法(One-way ANOVA，LSD)进行多重比较；采用配对样品t检验分析中烟100 和Y2001 之间的差异性。

2 结果与分析

2.1 施氮水平对不同品种(系)烤烟团棵期氮磷钾养分含量的影响

由表1 看出，随施氮量增加，中烟100 叶片氮含量逐渐增加，茎和根氮含量均表现为低氮处理(N2)最低、中氮(N3)处理最高、高氮(N4)处理又不同程度降低的变化趋势；叶、茎和根钾含量均逐渐增加，N4 处理最大；叶片磷含量中氮处理显著增加、低高氮处理无显著变化，茎和根磷含量无显著变化。 在氮肥梯度上，Y2001 叶、茎和根氮、钾含量均表现为N2 处理增加、N3 处理降低、N4处理再增加的变化趋势；茎磷含量逐渐增加且均显著高于对照，叶和根磷含量无显著变化。

表1 施氮水平对不同品种(系)烤烟氮磷钾养分含量的影响g/kg

由表1 还可看出，Y2001 叶、茎和根氮含量在N1 处理下均略高于中烟100 但无显著差异，其叶片氮含量在低氮处理下显著高于中烟100、中高氮处理下显著低于中烟100，茎和根氮含量在3种施氮水平下均高于中烟100，且低氮处理差异更大。 叶、茎磷含量在低、中和高氮处理下均显著高于中烟100，根磷含量在各氮肥梯度下与中烟100 无显著差异。 叶片钾含量在低氮和无氮处理下显著高于中烟100、中高氮梯度下显著低于中烟100，茎钾含量在各氮肥梯度下均不同程度高于中烟100，根中钾含量在低氮和无氮处理下显著高于中烟100、中氮处理显著低于中烟100、高氮处理无显著差异。

2.2 施氮水平对不同品种(系)烤烟团棵期干物质积累量的影响

由图1 看出，随着氮肥施用量增加，中烟100和Y2001 各器官干物质积累量逐渐增加(Y2001茎除外)，其中中烟100 的根、茎和叶干物质积累量N4 处理分别为N1 处理的2.45、3.27 倍和1.98倍，Y2001 的根、茎和叶干物质积累量N4 处理分别为N1 处理的1.73、1.89 倍和1.70 倍。

图1 施氮水平对烤烟不同器官干物质积累的影响

Y2001 叶干物质积累量在N1、N2、N3 和N4处理下均高于中烟100，分别是中烟100 的1.18、1.33、1.03 倍和1.02 倍；茎和根的干物质积累量除在N1 处理下高于中烟100 外(1.30 倍和1.08倍)，在N2、N3 和N4 处理下均低于中烟100，分别是中烟100 的87.5%、75.0%、75.1%和73.3%、83.9%、72.4%。

结合表1 结果分析可知，低中高3个施氮水平下Y2001 叶的氮素生产力较高且均高于中烟100，茎和根较低并低于中烟100。

2.3 施氮水平对不同品种(系)烤烟团棵期氮、磷、钾养分积累量的影响

由表2 看出，随氮肥施用量增加，中烟100 全株及各器官氮、磷、钾积累量均逐渐增加，N4 处理最大，其叶、茎、根和整株氮、磷、钾积累量分别为N1 处理的2.7、2.1、3.8 倍，3.5、3.5、5.8 倍，2.2、2.3、3.7 倍和2.7、2.4、4.3 倍。 Y2001 叶中钾积累量表现为N4＞N2＞N3＞N1，且处理间差异均达显著水平；根中磷积累量表现为N3＞N4＞N2＞N1，且处理间差异均达显著水平；叶、茎和根中的氮积累量均逐渐增加，N4 处理下最大，其叶、茎、根和整株的氮积累量分别为N1 处理的2.0、2.3、1.7、2.0 倍，叶、茎及整株的磷积累量逐渐增加，N4 处理分别为N1 处理的1.8、3.0、2.0 倍，茎、根及整株的钾积累量总体呈增加趋势，N4 处理分别为N1 处理的2.6、2.5、2.3 倍。

表2 施氮水平对烤烟氮、磷、钾养分积累量的影响g/株

表2 结果还显示，Y2001 叶中磷积累量在各施氮处理下均显著高于中烟100，茎中磷积累量略高于中烟100，根中磷积累量除在N1 处理下与中烟100 接近外，在各施氮处理下均显著低于中烟100；Y2001 叶、茎和根中的氮、钾积累量均在N1 和N2 处理下不同程度高于中烟100、在N3 和N4 处理下低于中烟100。

2.4 施氮水平对不同品种(系)烤烟团棵期氮磷钾养分利用效率的影响

由表3 看出，各施氮处理两品种(系)叶的NDMPE 均不同程度低于不施氮处理，且Y2001除叶在中高氮处理下显著高于中烟100 外，叶在低氮处理及根、茎在低、中和高氮处理下均不同程度低于中烟100；DMPE 随氮肥施用量增加而减小， 各施氮处理Y2001 叶的DMPE 高于中烟100，茎和根则显著低于中烟100；中高氮处理下中烟100 叶和茎的NAE 显著高于低氮处理，但Y2001 叶片的NAE 中高氮处理显著低于低氮处理，且Y2001 除低氮处理下叶的NAE 显著高于中烟100 外，各器官的NAE 在各施氮水平下均显著低于中烟100；与低氮处理相比，中烟100 各器官及全株和Y2001 茎的NRE 中高氮处理显著提高，Y2001 叶的NRE 中高氮处理则显著降低，且Y2001叶的NRE 除低氮处理下显著高于中烟100 外，各器官的NRE 在各施氮水平下均显著低于中烟100。

2.5 施氮水平对不同品种(系)烤烟团棵期叶片氮平衡指数的影响

由表4 看出，随氮肥施用量增加，中烟100 叶片的氮平衡指数(NBI)、叶绿素指数(Ch1)逐渐增大，类黄酮指数(Flav)降低；Y2001 叶片的NBI增大，Ch1 无明显变化、Flav 逐渐降低。 随氮肥施用量增加，中烟100 叶片SPAD 值先增大后减小，N3 处理最大；Y2001 叶片SPAD 值在中低氮处理下无显著变化、高氮处理下显著增大。

表4 施氮水平对烤烟叶片NBI和SPAD 值的影响

由表4 还可看出，各氮肥梯度下，中烟100 叶片NBI 显著小于Y2001，而Flav 和SPAD 值则显著大于Y2001，Ch1 均低于Y2001，但仅不施氮(N1)条件下差异显著。

2.6 施氮水平对不同品种(系)烤烟烤后烟叶产量和产值的影响

由表5 看出，在0～60 kg/hm2范围内，随氮肥施用量增加中烟100 产量提高、中部上等烟比例降低，但上部上等烟比例增加，其产值增加。 氮用量超过60 kg/hm2，烤烟产量和产值均下降，中氮处理产量和产值最高，不施氮处理最低。 随着氮肥施用量的增加，Y2001 中部上等烟比例逐渐下降，上部上等烟比例和均价在高氮处理下低于其它处理，产量和产值先增大后减小，低氮处理下(30 kg/hm2)最大，高氮处理下最小。 最大产值Y2001 较中烟100 高6 600 元/hm2。

表5 不同处理烤烟经济效益比较

3 讨论与结论

3.1 烤烟氮素利用效率对氮肥用量差异的响应

肥料尤其是氮肥的利用率一直是我国学术界和政府部门关注的热点，因此在充分发挥产量潜力、保障品质的基础上，尽可能提高作物肥料利用率、降低肥料用量是一个永恒的主题[9]。 不同作物品种的氮肥利用率不同，对氮肥的响应也不尽相同。 相关研究表明，氮高效品种在氮素不足的条件下优势更明显，但高效和低效品种间的差异随施氮量的增加而减小[10]。 因此，培育氮高效品种可能是在降低氮肥施用量的同时实现高产和优质的重要途径之一。

目前关于氮素利用效率评价指标的研究较多，如氮肥农学效率(NAE)、氮肥表观回收效率(NRE)、氮素干物质生产效率(NDMPE)等。 NAE可以用来评价氮肥的增产效果，过量施氮导致作物干物质生产能力增幅变小，NAE 降低；NRE 反映植物氮素吸收和氮肥施用量之间的平衡状况[11]；NDMPE 即吸收单位氮素形成的产量，该指标从作物自身角度分析，概念清晰、简明直观且与植株产量相联系，能够直接反映植株对氮素的利用率[12-15]。 本研究结果显示， Y2001 叶的NAE和NRE 均在低氮处理下显著高于中烟100、中高氮处理下显著低于中烟100；两品种NDMPE 无氮处理下差异不显著，低氮处理下Y2001 叶片NDMPE 显著低于中烟100，中高氮处理下显著高于中烟100。 与无氮处理相比，低氮处理下Y2001叶片干物质积累量和氮含量增幅均大于中烟100，其叶片NAE 和NRE 均较高，NDMPE 较低；而在中、高氮处理下，Y2001 叶片干物质积累量和氮含量增幅均小于中烟100，其叶片NAE 和NRE均较低、NDMPE 较高。 因此，与中烟100 相比，低氮对Y2001 氮素吸收的促进作用可能更强，而中高氮对其促进作用可能较弱，这表明Y2001 在不同土壤氮素营养条件下维持叶片氮含量相对稳定的能力可能更强。

本研究中，Y2001 茎和根氮含量在中高氮处理下均低于中烟100，因此，Y2001 茎和根的氮肥农学效率和氮素干物质生产效率在各氮肥梯度下均低于中烟100。 另外，Y2001 叶片和根茎的氮素生产力在低中高氮处理下均高于中烟100。 这表明，与中烟100 相比，Y2001 可能通过根茎较低的氮素生产力和干物质分配、叶片较高的氮素生产力和干物质分配来维持其较强的叶片生产能力。

3.2 烤烟叶片氮平衡指数对氮肥用量差异的响应

氮平衡指数(NBI)是植物多酚-叶绿素测量仪测量的叶绿素指数(Chl)和类黄酮指数(Flav)的比值，是反映作物长势的重要指标之一[16，20]。叶片中多酚类物质类黄酮是植物重要的次生代谢产物，对植物胁迫十分敏感。 与叶绿素相反，其含量在缺氮时会增加，对氮含量的响应更为灵敏，当未发生氮肥胁迫时，作物生长健康，合成叶绿素较多，产生的类黄酮较少，NBI 较高；当氮肥缺乏，作物合成叶绿素较少，产生的类黄酮较多，NBI 较低[16]。 相比单一的叶绿素指标，NBI 已证实能够更精确、更灵敏地反映水稻、小麦、甜瓜等作物的氮素营养状况[16-19]，因此，通过测量NBI 可以避免传统方法的延迟效应、快速监测作物氮肥盈亏状况[20]。 本研究中，随氮肥用量增加，中烟100叶片Chl 逐渐增大、Y2001 叶片Chl 无显著变化，二者的Flav 均逐渐降低、NBI 逐渐增大；中烟100叶片SPAD 值先增大后减小、Y2001 只在高氮处理下增大。 这表明，与Chl 和SPAD 值相比，烤烟叶片的Flav 和NBI 可能更敏感反映其土壤氮素营养状况的改变；不同土壤氮素状况下，Y2001 主要通过降低类黄酮合成提高NBI，其相对稳定的Chl 可能是其叶片生产受土壤养分条件影响较小的重要原因之一。

本研究结果还显示，Y2001 的Chl 在无氮处理下显著高于中烟100，在低、中和高氮处理下略高于中烟100 但无显著差异；在各施氮水平下Y2001 的Flav 均低于中烟100，NBI 高于中烟100。 这表明，与中烟100 相比，氮肥胁迫时，Y2001 叶片氮素(二者氮含量无显著差异)合成叶绿素的能力较强，这可能是其在无氮条件下叶片生产能力较强的原因之一；而中高氮条件下其较低的类黄酮合成可能是其氮含量较低而NBI指数却较高的原因之一。

3.3 烤烟氮、磷、钾含量对氮肥用量差异的响应

徐国伟等[21]研究认为养分之间存在相互作用，如磷、钾间，氮、钾间表现出正交互作用，从而提高植物对养分的吸收利用，另外钾能够促进氮的吸收运输、代谢和积累，提高氮素利用率。 因此，不同氮素水平可影响烟株的碳氮代谢平衡和各化学组分含量[22]。 本研究结果显示，在0 ～90 kg/hm2范围内增加氮肥施用量，中烟100 根、茎、叶的氮、磷、钾积累量均逐渐增加，Y2001 根、茎、叶的氮、磷、钾积累量也基本表现为逐渐增加。 这表明，增施一定量的氮肥，植物对磷、钾的需求和吸收量也增大，烤烟氮、磷、钾的积累量均提高。该研究结果与钱朗等[23]对黑豆、陈娟等[24]对甘薯、刘煜祥等[25]对绿豆和左青松等[12]对油菜的研究结果均一致，也与薛如君等[26]研究得出的烤烟氮肥利用率提高能够促进烟株磷、钾累积和氮磷钾吸收利用的结果相似。

本研究结果还显示，在0 ～90 kg/hm2范围内增加施氮量，中烟100 根、茎和叶钾积累量的增幅大于氮和磷，而Y2001 氮、磷、钾积累量的增幅比较接近；且中烟100 中高氮梯度下叶及各氮肥梯度下茎和根氮、磷、钾积累量的增幅均大于Y2001。 Y2001 根、茎、叶的氮和钾积累量在无氮和低氮处理下高于中烟100，但在中高氮处理下低于中烟100。 这表明，与中烟100 相比，Y2001在土壤氮素供应相对不足时较高的钾素吸收能力和土壤氮素条件改善时较强的氮磷钾平衡能力可能是其叶片生产受土壤养分状况影响较小的另一个重要原因。

3.4 烤烟产量和产值对氮肥用量差异的响应

氮素被称为生命元素，它是植物体内蛋白质、核酸、叶绿素和一些激素的重要组成部分，是限制植物生长和产量形成的首要因素[25]。 在烤烟生产中，氮素也是影响其产量和品质最为重要的营养元素[6]。 本研究表明，适量增施氮肥能够提高Y2001 和中烟100 的产量和产值，二者分别在30 kg/hm2和60 kg/hm2施氮量条件下达到最高，达到最大值时Y2001 的产量比中烟100 略高，但产值显著高于中烟100。 这表明，与中烟100 相比，Y2001 能够实现烟农增收的同时减少氮肥施用和降低土壤面源污染。