多栽培因素与土壤养分对‘云烟105’含梗率影响关联分析

潘义宏，蔡宪杰，邓 涛，左伟标，李晓婷，徐继超，冯永洪，保 华，闫 鼎

（1云南五佳生物科技有限公司，昆明 650106；2上海烟草集团有限责任公司，上海 200081；3云南省烟草公司曲靖市公司，云南曲靖 655000；4华环国际烟草有限公司，安徽滁州 233121）

0 引言

烟梗是指烟叶的粗硬主脉，包括叶柄部分，而烟梗在烟叶中所占的质量比称为含梗率[1]。卷烟水平上因烟叶与烟梗的组织结构相差较大，加工技术不同，并且烟梗燃烧后的化学物质和烟气质量较烟叶差，大量添加影响卷烟风味[2-3]，需将烟叶和烟梗分开加工和应用。因此，烟叶的含梗率直接影响烟叶的有效利用率。含梗率高的烟叶出片率低，烟叶有效利用率低，烟叶生产加工和处理烟梗的成本增加，降低复烤企业的经济效益，但含梗率太低烟叶造碎可能性更大，适宜的叶片含梗率既能减少打叶造碎、提高出片率[4-5]，又能增加打叶复烤企业的经济效益，并满足卷烟企业需求。含梗率因品种、生态、部位、栽培措施、调制措施、加工方式不同而异[6-9]。目前，在品种满足需求和生态条件明确的基础上，田间通过生产措施调控烟叶含梗率成为主要方法。彭艳等[10]、马坤等[11]应用有机肥可降低烟叶含梗率；高旭等[12]研究表明不同氮肥形态显著影响烟叶含梗率；邓亚飞等[13]筛选出‘云烟87’在株行距0.5 m×1.2 m、0.6 m×1.1 m 以及有机肥应用量4509.3～5326.95 kg/hm2的烟叶含梗率适宜。针对不同栽培措施组合调控烟叶含梗率的影响研究未见报道。‘云烟105’是云南省烟草农业科学研究院以‘云烟87’为母本、‘CF965’为父本选育而成的新品种，中抗黑胫病、赤星病和青枯病，且适应性较强，自2014 年以来在宣威烟区进行了大面积的推广应用，获得卷烟企业的好评，只要有相应的配套栽培措施，新品种就能获得相应的优质高效栽培效果，但该品种烟叶的含梗率稍高，影响其工业可用性[14]。本研究以‘云烟105’为研究对象，开展施纯氮量、株距、封顶时间及留叶数的正交试验，并对各组合烟叶进行含梗率检测以及土壤养分检测，明确影响烟叶含梗率的主次因素，并对土壤养分与烟叶含梗率进行线性分析，明确不同栽培措施下土壤养分对含梗率的影响程度，最终筛选出最优栽培技术方案。旨在为减少烟叶在生产加工过程中产生的烟梗废弃物、降低生产成本、提高烟叶产质量等提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2020 年在云南曲靖宣威市热水镇关营村开展。试验地位于东经103.79°E、北纬26.08°N，海拔高度1907 m，4—9 月烤烟大田期平均气温19.64℃，降雨量926.52 mm。试验地土壤为红壤，土壤pH 6.33、有机质29.70 g/kg、碱解氮82.20 mg/kg、速效磷16.26 mg/kg、速效钾456.42 mg/kg。试验地供试烤烟品种为‘云烟105’。

1.2 试验设计

试验采用L9(34)正交设计，设施纯氮量、株距、封顶时间及留叶数4个因素，每个因素3个水平（表1），共9组处理（表2）。田间试验采用完全随机区组设计，每个处理3 次重复，共27 个区组，每个区组植烟150 株，共植烟4050株。

表1 正交试验影响因素及因素水平

表2 正交试验设计方案

田间试验生产管理按照云南省烟草公司曲靖市公司优质烤烟种植技术规范进行，烤烟统一于4月15日进行膜下小苗移栽。种植行距统一为120 cm，各处理株距、封顶时间、留叶数按正交试验设计进行。腐熟菜籽饼肥[有机质含量（以干基计）≥80%，总养分（氮+五氧化二磷+氧化钾）（以干基计）≥8%]、烟草专用复合肥(N:P2O5:K2O=14:10:24)于移栽时一起基施，分别提供20%和56%的纯氮量，移栽后15 d进行硝酸钾(N:P2O5:K2O=13.5:0:44.5)浇施提苗肥，提供24%的纯氮量。对于增减纯氮造成磷、钾用量不一致的处理，通过增施过磷酸钙(P2O5≥16%)、硫酸钾(K2O≥50%)保持各处理烤烟养分供给一致，详见表3。烟叶分区进行采收烘烤并采集样品。

表3 肥料处理 kg/hm2

1.3 样品采集与指标测定方法

1.3.1 土壤样品采集与测定方法 分别于烤烟移栽前和采收后，采用对角线采集各处理植烟土壤耕层20 cm深的土样，在同一采样单元内每8个点的土样构成1个2.0 kg的混合土样，土样经风干后分别测定pH及有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾含量。其中pH测定采用NY/T 1121.2—2006 pH计法（水土质量比2.5:1），有机质含量测定采用NY/T 1121.6—2006重铬酸钾滴定法，碱解氮含量测定采用LY/T 1229—1999碱解扩散法，速效磷含量测定采用NY/T 1121.7—2006氟化铵-钼锑抗比色法，速效钾含量测定采用NY/T 889—2004 乙酸铵浸提—火焰光度法，全氮含量测定采用NY/T 1121.24—2012 凯氏定氮仪法，全磷含量测定采用GB 9837—88 氢氧化钠碱熔法，全钾含量测定采用GB 9836—88氢氟酸消解—火焰光度法。

对测定的土壤肥力8 项指标进行主成分分析，计算各项肥力指标的公因子方差，其大小反映该指标对土壤肥力总体变异的重要程度，将公因子方差进行归一化，结果作为各项肥力指标的权重（表4）。依据属度函数式(1)（S型）、式(2)（抛物线型）计算土壤肥力综合指标值(integrated fertility index，IFI)评价土壤肥力[15-16]。

表4 土壤肥力指标所属隶属度函数的类型及阈值

式中，x为各土壤养分指标实际值，a、b、c、d分别代表各土壤养分指标的下临界值、下限最优值、上限最优值、上临界值（表4）。

IFI能够反映土壤养分状况，取值为0～1，数值越高说明土壤肥力质量越好，计算如式(3)。

式中，p为指标个数，Ni和Wi分别为第i种肥力指标的隶属度和相应的权重。

1.3.2 烟叶样品采集与含梗率测定方法 烤烟烘烤后，每组区分别采集下部、中部和上部烟叶进行混合烟样2 kg，测定烟叶含梗率和化学成分。含梗率参照YC/T 136—1998标准，将烟叶样品平稳通过喂料带，匀速进入打叶机，经打叶后的样品由气流进入风分箱，叶片以一定可控的流速从打叶后的物质中分出，进入叶片料箱，分离出的烟梗返回打叶机重新进行打叶，操作持续4 min后，烟梗出料门自动开启，烟梗进入烟梗料箱，称重，然后通过式(4)计算烟梗率。

式中，m代表每层烟梗的质量，M代表所取样品的质量。

1.4 数据分析

数据采用Excel 2010和SPSS 26.0进行统计分析。对正交试验数据进行极差和方差分析；采用简单相关与逐步回归分析对植烟土壤养分和含梗率进行相关分析。同时采用层次分析法[17]进行权重分析，明确影响因素权重。层次分析法权重分析的计算如式(5)～(7)。

2 结果与分析

2.1 栽培措施正交组合对烟叶含梗率影响分析

由图1可知，不同栽培措施正交组合对烟叶含梗率的影响表现为处理2＜处理8＜处理9＜处理1＜处理6＜处理3＜处理4＜处理5＜处理7。即A1B2C2D2组合（施纯氮量82.5 kg/hm2、株距55 cm、现蕾封顶和留叶数20片）最有利于降低烟叶含梗率。同时不同处理间烟叶含梗率存在差异显著或极显著性，其中，处理2烟叶含梗率显著低于处理5、处理7(P＜0.05)，与其他处理间差异不显著(P＞0.05)。处理7 烟叶含梗率显著高于处理2、处理8、处理9(P＜0.05)，与其他处理间差异不显著(P＞0.05)。烟叶含梗率最低的处理2与含梗率最高的处理7之间达到了极显著水平(P＜0.01)。表明在施纯氮量较低时，可通过适当增加株距和推迟封顶时间降低烟叶含梗率；而施纯氮量较高时，提前封顶有利于降低烟叶含梗率。因此，根据实际生产中的施肥量和烤烟田间长势，可通过调控株距和打顶时间来降低烟叶含梗率。

图1 不同组合烟叶含梗率的差异性

2.2 栽培措施正交组合对烟叶含梗率主要影响因素分析

2.2.1 极差分析 正交试验的极差分析可用于研究不同因素间的主导和因素间不同水平的优势。通过正交极差分析（表5）可知，4个因素不同水平间的烟叶含梗率主要表现趋势为：随施氮量、封顶时期和留叶数的增加先提高后下降，而随株距增加而降低。因此与上述结果分析相同，生产上应适当掌握烤烟栽培措施的限度，并通过不同措施进行调控，降低烟叶含梗率。同时由极差R的分析结果可知，4个因素对烟叶含梗率的影响由强到弱表现为C（封顶时间）＞B（株距）＞A（施纯氮量）＞D（留叶数），其中封顶时间为主要因素。因此，生产调控烟叶含梗率重点把握烟叶封顶时期。4个因素不同水平间的最优水平方案为A1B2C2D3，即施纯氮量82.5 kg/hm2、株距55 cm、现蕾封顶和留叶数22片。这与正交试验处理2组合A1B2C2D2的留叶数不同，因此还需进一步通过优化试验明确‘云烟105’的适宜留叶数。

表5 正交试验的极差分析

2.2.2 影响烟叶含梗率显著性与权重分析 正交试验的方差分析可反映各因素不同水平变化引起的差异是否显著。由表6可知，4个因素中仅封顶时间对‘云烟105’含梗率有显著影响(P＜0.05)，而施纯氮量、株距和留叶数对含梗率影响不显著(P＞0.05)。表明大田烤烟生产中应注意大田适当封顶时间调控烟叶含梗率。封顶时间按照含梗率最佳水平选择C2，其他因素按最小含梗率选择，试验各因素的最佳搭配为A1B2C2D3，即施纯氮量82.5 kg/hm2、株距55 cm、现蕾封顶和留叶数22片，有利于降低烟叶含梗率，提高烟叶工业可用性。这些结果与直观分析方法结果一致，生产中重点调控封顶时间，同时优化明确烟叶留叶数。

表6 正交试验的方差分析

针对上述分析结果，进一步通过层次分析法分析各影响因子的权重。表7 结果说明封顶时间影响最大，其权重占0.6219；施纯氮量、种植株距和留叶数所占的权重分别为0.0921、0.2421 和0.0439。这与极差分析、方差分析结果一致，生产中可根据栽培因素的影响权重结合生产成本确定降低烟叶含梗率的最优措施，指导烤烟实际生产。

表7 正交试验各因素的权重分析

2.3 栽培措施正交组合对烤烟采收后植烟土壤养分影响

由表8 可知，不同栽培措施组合处理的烟叶采收后的植烟土壤IFI值均在0.89～0.95 范围内，表明土壤肥力均较高，满足烤烟大田期生长需求。同时，不同栽培措施的单因素对土壤肥力的方差分析无差异显著性，表明栽培措施对土壤肥力影响不大。因此，进一步分析土壤养分对烟叶含梗率的影响，便于结合土壤养分与栽培措施双向调控烟叶含梗率，提高烟叶工业可用性。

表8 各组合植烟土壤养分评价

2.4 植烟土壤养分与烟叶含梗率的相关分析

将植烟土壤养分与烟叶含梗率进行简单相关分析（表9），烟叶含梗率与植烟土壤pH 和全磷含量的R值分别为0.68 和0.69。并结合线性相关判断标准r=0 时，x和y完全不相关；0＜r＜0.3，不相关；0.3＜r≤0.5，低度相关；0.5＜r≤0.8，显著相关；0.8＜r≤1，高度相关。表明烟叶含梗率与土壤pH 和土壤全磷含量呈显著正相关。

表9 植烟土壤养分与烟叶含梗率的线性分析

为进一步明确不同栽培措施下土壤养分对含梗率的影响程度，以含梗率为因变量y，以pH(x1)、有机质(x2)、全氮(x3)、全磷(x4)、全钾(x5)、速效氮(x6)、速效磷(x7)、速效钾(x8)为自变量，将土壤养分对烟叶含梗率进行逐步回归分析，结果见表10。除全磷(x4)和pH(x1)外的6 项土壤养分指标均在逐步回归的过程中被排除，说明仅有全磷和pH 对含梗率影响较大，这与简单相关分析的结果一致。最优回归方程模型为2 种，一种为y=1.848+24.269x4，另一种为y=-130.839+18.486x4+22.112x1，2 个回归方程的R2分别为0.486 和0.713，说明通过土壤中全磷含量的变化能够解释烟叶含梗率48.6%的总变异，而土壤中全磷和pH 的变化能够解释烟叶含梗率71.3%的总变异。并且2 个模型的方差检验显著。因此，可以通过土壤全磷和pH 定量描述‘云烟105’烟叶含梗率的变化，为烟叶含梗率的调控提供理论依据。

表10 植烟土壤养分与含梗率的逐步回归分析

3 结论

从施氮量、株距、封顶时间及留叶数进行正交试验，研究其对烟叶含梗率的影响，结果表明4个因素对烟叶含梗率影响的主次顺序为封顶时间＞株距＞施纯氮量＞留叶数，封顶时间为主要因素（权重值达到0.6219），其次为施氮量（权重值为0.2421）。4 个因素的最优水平方案为施纯氮量82.5 kg/hm2、株距55 cm、现蕾封顶和留叶数22 片，此组合下烟叶含梗率最低。土壤养分与烟叶含梗率的逐步回归分析表明，‘云烟105’含梗率与pH和全磷含量呈显著正相关关系，通过定量方程得出全磷含量(x4)、土壤pH(x1)与烟叶含梗率的最优回归方程为y=-130.839+18.486x4+22.112x1。

4 讨论

含梗率直接影响烟叶出片率，进而影响到卷烟工业企业的原料采购成本，并在一定程度上影响烟叶感官评吸质量和烟叶可用性[18]。中国烟草种植区划分烟叶含梗率的最佳范围为22%～25%[19]，云南省烤烟烟叶含梗率28%左右[7]，烟叶加工性能较优。本研究中‘云烟105’的含梗率范围为29%～36%，烟叶含梗率稍高。马继良等[20]研究表明曲靖烟叶含梗率与纬度呈正相关，且地理位置直接影响烟叶物理特性。张继旭等[21]认为随着光照强度减弱，烟叶含梗率呈先降低后增大再降低的变化趋势。余建飞等[22]发现湘西烟区烟叶含梗率与成熟期降水量呈显著负相关，而与成熟期日照时数显著正相关。以上研究均说明生态因素对烟叶含梗率影响较大，但是生态因素无法轻易改变，因此急需探索生产措施降低烟叶含梗率。齐永杰等[23]报道湖南烟区株距和施氮量互作主要影响烟叶含梗率。叶卫国等[24]提出适当的减氮和增密有利于降低‘云烟87’的烟叶含梗率，与本研究结果一致，而当施氮量提高的时候可以通过提前封顶来降低烟叶含梗率。封顶又称打顶，是烤烟生长过程中的一项关键技术措施，李朝阳[25]、赵唯琦等[26]研究表明打顶对烤烟叶面积与干物质积累有着显著影响，且随打顶时间的推迟表现为烟叶的最大叶长、最大叶宽及叶面积系数呈先增后减趋势。同时包自超[27]、高旭等[12]研究发现烟叶含梗率与单叶重及叶片厚度呈显著负相关，与叶宽、叶面积、叶长和开片度呈显著或极显著正相关。因此，打顶时间显著影响叶宽、叶长、叶面积、单叶重以及叶片厚度，进而影响烟叶含梗率，这与本研究所得结论一致。同时烤烟生产注意根据施肥量和烤烟田间长势，采取适宜种植密度和打顶时间调控烟叶含梗率，降低烟叶含梗率。

土壤是烤烟生长的基础，陈若星等[28]研究报道水稻土、紫色土和红壤土中以紫色土的烟叶化学成分较为协调，但其含梗率较高。罗万麟等[29]研究发现土壤耕层厚度与速效钾含量对烟叶含梗率影响显著。孟琦等[30]对河南初烤烟叶物理特性与土壤属性进行典型相关分析表明土壤pH、全钾和镁含量与烟叶含梗率呈显著负相关。但高旭等[12]研究表明曲靖烟叶含梗率随土壤pH的升高呈现逐步上升的趋势，本研究结果表明含梗率与土壤pH、全磷为正相关关系，与孟琦等[30]研究结果存在出入，河南烟区为典型的浓香型烟区，而云南属于典型的清香型烟区，生态条件及品种的不同可能导致了研究结果的差异。此外，徐敏等[31]研究发现烤烟施磷处理的叶片含梗率较小，叶片单叶重较大。刘坤等[32]在云南罗平报道烟叶含梗率随施用钙镁磷肥增加而降低，而随过磷酸钙处理的磷量增加而增加，同时一定范围内的减氮和减磷处理可以降低烟叶含梗率。表明磷素与烟叶含梗率的关系不仅在于含量的多少，还与磷素形态、多元素相互作用等密切相关，值得进一步深入研究。

烤烟生产过程可根据土壤理化性状，通过不同措施改善土壤pH和土壤磷含量调控土壤营养，并结合栽培措施进一步降低烟叶含梗率，提高烟叶工业可用性。