不同氮效应对武陵山区雪茄烟生长发育及品质特征的影响

谭永浩　向东　刘勇军　符昌武　王振华　汪薇　全益华　刘欣瑶　时向东

摘要：为探明不同氮效应对武陵山区雪茄烟生长发育及品质特征的影响，设置180 kg/hm2（N1）、210 kg/hm2（N2）、240 kg/hm2（N3）3个不同施氮水平，测定分析雪茄烟生长发育过程中农艺性状、碳氮代谢以及调制发酵后烟叶的中性致香物质及感官质量评价指标。结果表明，从田间表现来看，N3处理下生长前期烟株的株高、茎围、节距等生长指标均显著高于低氮水平的烟株。从烟株田间物质积累来看，各处理总糖、还原糖随生长时间逐渐增多，但烟株转入生殖生长后略有减少，总氮含量在移栽后45 d达到峰值，各处理间含量差异显著，随后逐渐减少；N3处理烟叶调制发酵后含梗率最高，但叶厚、单叶重要低于N2处理；总糖、还原糖、钾、氯含量则以N2处理最高，N3处理烟碱含量和总氮含量最高；N1处理的类胡萝卜素降解产物、叶绿素降解产物以及中性致香物质总量高于其他2个处理，棕色化反应产物和西柏烷类降解产物均以N2处理含量最高。从感官质量评价结果来看，N2处理的总分较高，N1处理次之，N3处理略低。经综合评价初步确定湖南张家界在施纯氮210 kg/hm2时较有利于生产出高产量、高质量雪茄烟叶。

关键词：雪茄烟叶；氮效应；碳氮平衡；生长发育；农艺性状；物理特性；化学成分；感官评价

中图分类号：S572.06 文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2024）09-0112-08

雪茄传入我国已经有120余年的历史。近年来，国内雪茄烟市场不断趋于成熟，雪茄烟作为烟草行业提质优化的重要组成部分，多个烟草公司和工业企业都纷纷采取相关举措来打造当地特色雪茄烟进而丰富中式雪茄烟原料库。但由于国内大部分雪茄烟叶原料产区均处于萌芽或初具规模的状态，高品质的国产原料供应十分紧缺。

雪茄烟属于高氮型烟草，氮素营养水平与烟叶产质量密切相关［1-3］。张嘉雯等通过探究不同施氮量对雪茄烟叶生长发育过程中碳氮代谢和烟叶品质的影响，结果发现，在一定范围内增加施氮量，烟叶淀粉酶和中性转化酶等碳氮代谢关键酶的活性提高，烟叶碳氮代谢之间的转化更加协调，但超过一定范围则不利于烟叶正常成熟落黄［4］。张锐新等研究结果表明，不同施氮量对雪茄烟株田间生长发育、烟叶内在化学成分及中性致香物质均有较为明显的影响［2］。此外，氮肥的施用量应当与种植时施用的基肥相协调才能生产出优质的雪茄烟叶。邹宇航等关于氮肥基追比对雪茄生长发育及品质的影响研究结果表明，在氮肥基追比例为5 ∶5时更有利于雪茄烟叶品质的形成［5-6］。

湖南省地处亚热带季风气候区，其光照、雨水等条件较为适宜雪茄烟的种植［7-8］，向东等于2020年通过采收成熟度试验，初步确定湖南省种植雪茄烟的可行性［9］，但并未明确在此生态、土壤条件下，适宜优质雪茄烟栽培的氮素营养水平。本试验通过调节烟株所处土壤的氮素营养水平，以探究不同氮素营养水平对田间烟株的生长发育情况以及发酵后烟叶的常规化学成分、物理特性、感官评吸质量的影响，进而为湖南优质雪茄烟叶生产提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试品种为古巴7号，选用其中大田管理规范、鲜烟素质基本一致的烟株中间部位烟叶为试验材料。试验肥料：烟草专用复合肥（8% N、14% P2O5、8% K2O）、提苗肥、菜籽饼肥、钙镁磷肥、硫酸钾、硝酸钾。

1.2 试验地点

试验于湖南省张家界市桑植县龙潭坪镇白竹坪村进行。供试土壤质地类型为粉沙质黏土，试验地前茬作物为烤烟，土壤基础肥力：pH值为5.87，有机质含量29.7 g/kg、全氮含量1.45 g/kg、全磷含量 1.15 g/kg、全钾含量13.12 g/kg、水解性氮含量104 mg/kg、有效磷含量69.6 mg/kg、速效钾含量286.2 mg/kg。

1.3 试验设计

本试验设3个处理，通过改变施入氮素肥料施用量改变烟株所处环境的氮素营养水平，即为施纯氮180 kg/hm2（N1）、210 kg/hm2（N2）、240 kg/hm2（N3），各处理设置3次重复，共计9个小区，植烟密度为120 cm×40 cm，不同小区随机区组排列。各处理的氮素由烟草专用复合肥（N、P2O5、K2O含量分别为4%、7%、4%）提供，磷、钾不足部分分别由钙镁磷肥、硫酸钾补充，控制氮磷钾用量之比为1 ∶1.5 ∶2，有机肥施用量一致。全部有机肥、磷肥和50%的氮肥、钾肥在烟田起垄时作为基肥开沟条施，50%的氮肥和钾肥作为追肥，追肥分2次施入。烟株初花打顶，同时抹去下部4张底脚叶，各项农事操作保证及时一致。移栽后50 d左右开始采用摘叶方式采收，采取时各小区单采收单分级单记录，采用统一晾房进行晾制。

各试验处理采用摘叶方式采收，采取时各小区单采收单分级单记录，采用统一晾房进行晾制。

根据优质雪茄烟调制需求，预设晾制工艺为凋萎期：湿度85%～90%，温度25～28 ℃，时间 3～5 d；变黄期：湿度80%～85%，温度28～30 ℃，时间 4～7 d；变褐期：湿度75%～80%，温度30～35 ℃，时间 7～10 d；定色期：湿度60%～70%，温度30～35 ℃，时间 3～5 d；干筋期：湿度40%～50%，温度35～40 ℃，时间 5～6 d。

1.4 测定指标和方法

1.4.1 农艺性状

对移栽满25 d的烟株进行定株，在每个试验处理的小区中选择能代表本小区生长趋势的烟株10株进行挂牌标记，分别于移栽后35、45 d以及现蕾、初花、打顶后依照YC/T 142—2010［10］标准测定各处理烟株农艺性状。

1.4.2 大田期碳氮代谢相关酶与产物的测定

分别于移栽后35、45 d以及现蕾、初花、打顶后进行取样，每个处理选取20张鲜叶，部分烟叶迅速用锡箔纸包裹后置于液氮中保存，用于相关酶活性的测定，部分烟叶去除主脉杀青烘干后用于淀粉、总糖、总氮含量的测定。取样完成后，于河南农业大学烟草行业烟草栽培重点实验室，分别按照试剂盒（苏州科铭生物技术有限公司）测定活性。总糖、淀粉、总氮含量的测定分别参照YC/T 216—2013［11］、YC/T 159—2019［12］、YC/T 161—2002［13］。

1.4.3 调制发酵后烟叶物理特性

将烟叶于温度22 ℃、相对湿度60%条件放置在恒温恒湿箱（Binder KBF 240）中平衡水分7 d，随机抽取50片烟叶制备鉴定样品烟叶叶长、叶宽、叶厚、拉力、单叶重、叶质重、平衡含水率、含梗率以及烟灰白度，其中烟灰白度测量方法参见标准GB/T 3979—2008［14］。

1.4.4 调制发酵后烟叶常规化学成分

采用连续流动分析仪（型号AA3-HR）参照YC/T 159—2019［12］、YC/T 161—2002［13］、YC/T 468—2021［15］、YC/T 217—2007［16］、YC/T 162—2011［17］标准测定烟叶调制后样品水溶性总糖、还原糖、总氮、烟碱、钾、氯含量。

1.4.5 调制发酵后中性致香物质测定

采用同时蒸馏萃取法浓缩提取烟叶中的致香成分，通过气质联用仪进行鉴定和NIST库检索定性。GC/MS分析条件参照于建军等的测定方法［18］，使用内标法定量，依据史宏志等的分类方法［19］进行分类。

1.4.6 烟叶感官质量评价

雪茄烟叶的感官质量评价指标有如下8项，分别为香气质、香气量、余味、杂气、甜润感、刺激性、燃烧性、灰色。相关评吸指标的评分细则、加权比例和总分计算如表1所示。

T=∑（X-iPi）×100/9。（1）

式中：T为感官质量评价总分；Pi为i单项指标权重（香气质18%、香气量16%、余味16%、杂气10%、甜感10%、刺激性12%、燃烧性10%、灰色8%）；X-i为i单项指标平均得分。

1.5 数据处理

使用Excel 2021和DPS数据处理系统进行数据整理与分析，采用Graphpad prism 8和Origin 2021软件进行图表的绘制。

2 结果与分析

2.1 不同氮效应下田间雪茄烟样的农艺性状

分别于移栽后35、45、50（现蕾）、58（初花）、60 d （打顶后）测量各处理农艺性状，结果如图1所示。烟株的株高、叶数、节距在现蕾之前均随时间延长逐渐增大，进入成熟期后各处理株高、节距稍有增加，但增加量较小，叶数未发生明显变化。旺长期各处理间存在一定的差异，在移栽后45 d各处理的株高和节距均表现为N3＞N2＞N1，且处理间差异显著；叶数表现为N3＞N2＞N1，但处理间差异不显著；茎围则表现为N2＞N3＞N1，处理间差异不显著；最大叶长表现为N3＞N2＞N1，N1、N3处理间差异显著；最大叶宽表现为N3＞N2＞N1，N1，N2与N3处理间差异显著。现蕾期后各处理主要发生变化的是最大叶长、最大叶宽这2个指标，N1、N2、N3这3个处理最大叶长增幅分别为7.5%、9.5%、5.0%，最大叶宽增幅分别为11.0%、7.0%、5.9%。可见氮效应对烟株生长的前期影响较大，而对烟株生长后期影响较小，仅有N1处理的茎围、最大叶宽与N2、N3之间差异显著。

2.2 不同氮效应对雪茄烟叶碳氮代谢的影响

2.2.1 不同氮效应对雪茄烟叶碳氮代谢产物含量的影响

叶片内水溶性总糖、淀粉和总氮含量是其碳氮代谢强弱的反映。图2显示，雪茄烟在生长发育过程中水溶性总糖和淀粉含量在烟株初花之前随生育期的推进而逐渐增加，成熟期烟株由营养生长转为生殖生长，叶片内糖类物质含量明显下降，移栽后35 d N3处理的总糖含量稍高于N1、N2处理，而N2与N1、N3之间淀粉含量无显著差异；各处理糖类物质积累均在移栽后58 d达到峰值，但N3、N2处理的总糖含量峰值显著高于N1处理，而N2处理总糖含量的增幅最大，增幅为214.2%，其次为N1处理，增幅为180.8%，最后为N3处理，增幅为152.6%；N1、N2、N3淀粉含量增幅分别为292.5%、281.0%、272.5%。烟叶内总氮含量在烟株大田期呈单峰变化趋势，氮素积累在45 d达到峰值，之后随移栽后天数的增加而减少。各处理烟株叶片内总氮含量始终保持N3＞N2＞N1，移栽后 45～60 d内各处理总氮含量降幅分别为32.1%、34.5%、35.7%。

2.2.2 不同氮效应对雪茄烟叶碳氮代谢关键酶活性的影响

淀粉酶（AL）与中性转化酶（NI）活性的高低与烟株碳代谢强弱以及叶片内碳固定、转化、运输密切相关。由图3-A可见，各处理烟株在打顶前AL活性随生育期的推进而呈持续升高的趋势，移栽后58 d达到峰值，说明烟株进入旺长期后，叶片内碳代谢能力持续增强，进入成熟期后，烟株对于顶部生殖器官的碳运输、供应优先级高于叶片。移栽后35 d各处理间AL活性差异不大，打顶前N1、N2、N3处理AL活性增幅分别为67.2%、73.5%、74.1%。由图3-B可知，各处理在采收前NI活性均呈先升高后降低的单峰变化趋势，但达到峰值的时间稍有不同，N1、N2处理在移栽后50 d达到峰值，而N3处理则在58 d达到峰值。随氮效应的改变，NI活性均有所不同，移栽后50 d与移栽后35 d相比，N1、N2、N3处理NI活性增幅分别为166.7%、143.9%、148.1%；而移栽后58 d与移栽后35 d相比，增幅分别为150.4%、140.5%、159.2%，整生育期内各处理NI活性增幅分别为97.6%、103.3%、114.6%。

硝酸还原酶（NR）是氮代谢过程中的重要守门酶，谷氨酰胺合成酶（GS）是构成氮代谢过程GS/GOGAT偶联循环的关键成员酶，两者相辅相成，与烟叶氮代谢水平密切相关。由图3-C和图3-D可知，在整个生育期内，烟叶NR和GS活性随生育期的推进呈先上升后下降的单峰变化趋势， 各处理均在移栽后50 d达到峰值，随后又以较高的速率下降，50～60 d内各处理NR活性的降幅分别为45.2%、45.3%、47.8%，GS活性降幅分别为57.9%、59.0%、61.1%。由此可以看出，在生长发育前期，烟株对于氮素吸收同化能力较强，进入成熟期后，叶片形态结构基本确定，故而对于氮素的吸收能力下降。

2.3 不同氮效应对雪茄烟叶物理特性的影响

由图4可知，不同氮效应对雪茄烟物理特性影响明显。叶长、叶宽和叶厚随氮效应的提升，均呈先升高后下降趋势，N2处理上述3个指标均高于N1、N3处理，叶长方面N1与N2之间、叶宽N1与N3之间、叶厚N2与N3之间差异不显著，其余均显著；在抗张拉力这个指标上，各处理间排序为N3=N2＞N1，N2、N3与N1处理间差异显著；烟叶叶质重则随着氮效应的提升总体呈增加的趋势，说明氮素的增加有利于提升烟叶内含物的量，增加烟叶单位面积的质量；在高氮效应下下，N3处理的含梗率显著高于N1和N2处理。由此可见，高氮素水平下，增加的不仅是烟叶内含物的量，同时叶片的主脉、支脉等木质部质量也有所增加。

2.4 不同氮效应对雪茄烟叶常规化学成分的影响

常规化学成分含量的多少从一定程度上可以反映出烟叶内在品质的优劣。由图5可知，各处理间常规化学成分差异相对明显，其中N2处理的总糖、还原糖含量最高，N1处理次之，N3处理含量最少，各处理间差异显著；烟碱含量排序则为N3＞N1＞N2，处理间差异显著；总氮含量也以N3处理含量最高。由此可以看出，高氮效应下下，烟株氮代谢较强，转化、合成的有机氮、无机氮较多；而与之相反的是，总糖、还原糖含量较低，说明了氮代谢较强时会抑制碳代谢；低氮水平下，烟株生长发育受抑制，氮代谢和碳代谢强度均较低，故而其水溶性糖类和总氮含量均偏低。钾和氯含量各处理则均表现为N2＞N1＞N3，N2与N1、N3均差异显著，N1与N3之间差异不显著。

2.5 不同氮效应对雪茄烟叶中性致香物质的影响

将不同的氮效应下的处理雪茄烟叶进行晾制后，取晾制样品用于测定中性致香物质的含量，通过定性定量共计检测出6类32种性致香物质。由

图6可知，N2处理的苯丙氨酸类降解产物显著低于N1和N3处理；而各处理间棕色化反应产物、西柏烷类降解产物含量均为N2＞N1＞N3，其中N3处理的西柏烷类降解产物含量显著低于N1、N2处理。类胡萝卜素降解产物含量表现为N1>N2=N3。叶绿素降解产物含量由大到小排序为N1＞N2＞N3，N1、N2之间差异不显著但均显著高于N3。其他类中性致香物质含量则以N2处理含量最低，N3处理含量最高。

2.6 不同氮效应对雪茄烟叶感官质量评价的影响

感官评吸质量又称为烟叶吸食质量，即将吸食的烟叶点燃，评吸者对烟叶燃烧释放的香气、杂气等物质进行综合感受，是反映烟叶内在品质的另一项重要指标。由图7可知，在不同氮效应下，各试验处理间存在一定的差异。其中N2处理的香气质、香气量得分均稍高于N1、N3；杂气、余味和甜润感以N1和N2相对较好，N3次之；燃烧性和灰色上N3与N1相对稍好，N2处理得分相对较低。从通过赋权得到的总分（表2）来看，N2处理的总分较高，N1处理次之，N3处理略低。

3 讨论

氮素是植物体内不可或缺的营养元素之一，对于雪茄烟来说更是如此，但由于需要对其品质严格把控，导致雪茄烟对于氮素的需求阈值较窄，氮素营养水平过高或过低都会导致烟叶品质的下降［20-23］。在本试验中综合分析烟株的农艺性状与碳氮代谢发现，当氮素营养水平较低时，烟株对于铵态氮和硝态氮的吸收与同化较少，碳氮代谢酶活性较低，烟株的正常生长发育受影响，故而烟株较小，叶数偏少；在一定范围内提高氮素营养水平可以增加烟叶内部NR和GS活性，加快无机氮的固定、同化以及有机氮的转化、合成，同时为碳代谢提供了大量的酶蛋白和光合色素，进而促进碳氮代谢的产物积累转化［24］；但高氮素营养水平会影响碳氮代谢的动态平衡， 氮代谢能力持续增强， NI活性峰值推迟，造成烟叶内部叶绿素等含氮化合物积累过多，烟叶贪青晚熟，不利于烟叶的正常成熟落黄［4］。另外，本试验研究发现在不同氮素营养水平下，烟叶物理特性有明显的不同，其中在烟叶的叶长、叶宽、叶厚和单叶重上总体呈现先上升后下降的趋势，这种变化趋势可能是由于在烟株大田生长过程中，随着氮素营养水平的增加，烟叶的栅栏组织海绵组织逐渐增厚，进而导致烟叶厚度增加，叶片大于正常叶片但身份较薄，腋芽生长量增加［25］。在绝对拉力和叶质重上随氮素营养水平的提升而增大，内含物质的丰富程度以及叶肉细胞密度决定了烟叶的叶质重，本研究中N3处理烟叶的叶质重较大，这与刘继坤等人对烤烟叶片组织结构的研究［26］相符。

氮素是影响烟叶化学成分的重要元素之一。本试验研究结果表明，烟叶中总氮含量随氮素营养水平的提升而增加。总氮含量可以反映烟叶内含物的量，氮素的增加促进了烟叶生长过程中的蛋白质、酶以及叶绿素等大分子物质的合成，这些物质在晾制及发酵过程中进一步降解为小分子物质，致使烟叶内含物的量有所增加。烟株在生长过程中的碳氮代谢需达到一个平衡的状态，烟叶才更容易朝高品质发展。随着氮素的增加，烟株氮代谢增强，烟草生长旺盛，需要更多的能量和碳源［27-28］。蔗糖作为光合作用的产物之一，在此过程中大量降解为还原糖，为氮代谢提供ATP，从而导致淀粉的积累代谢减弱，调制过后的烟叶水溶性总糖以及还原糖含量与达到碳氮平衡状态时生产出的含量相比相对较少。徐刚等的研究中发现，随着氮肥施用量的增加，烟叶的总糖和还原糖含量呈先升高后降低的趋势［29］。本试验也证实了这一点，N2处理的烟叶总糖、还原糖含量最高，N3处理的烟叶总糖、还原糖水平则处于一个较低的水平。

感官评价是烟叶原料综合质量最直观的体现。各处理烟叶感官评价得分随氮素营养水平的提升而先升高后降低，N2处理得分最高。产生这样的原因可能是氮素水平的提高促进了美拉德反应和棕色化反应等前体物的形成，调整了烟叶内部各类中性致香物质所占的比例，进而提高了烟叶的感官质量水平［30-32］。当氮素供应不足时，烟叶中的总氮含量较低，烟叶内含物质相对较少，香气质、香气量得分较低；同时由于氮代谢减弱，烟叶的糖碱比失衡，总糖、还原糖含量相对较高，导致该处理的烟叶刺激

性得分较低。叶绿素降解产物具有清香气且刺激性较强的特点［33］，而高氮处理的烟叶中的叶绿素降解产物较高，过量的叶绿素降解产物的清香气转化为青杂气、生杂气，并使烟叶刺激性、强度增大，香吃味变差，故而其杂气、刺激性、余味以及甜润感得分偏低。

4 结论

通过试验发现，不同氮素营养水平对烟株影响不同，在氮素肥料施用量为210 kg/hm2时烟株的烟叶常规化学成分含量比较协调，最有利于烟株的生长和品质的形成，并且在此氮素条件下烟叶感官质量评价最高。在张家界产区的生态条件下，与土壤气候相匹配的氮素营养水平对雪茄烟生产至关重要。合适的氮肥施用量有利于雪茄烟品质的提高，经过综合评价初步确定，在张家界产区在氮素肥料施用量为210 kg/hm2，较有利于生产出高产量、高质量雪茄烟。

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收稿日期：2022-05-29

基金项目：中国烟草总公司湖南省公司雪茄烟叶开发重大专项（编号：HN2020KJ09）；国家自然科学基金（编号：32101851）。

作者简介：谭永浩（1998—），男，河南洛阳人，硕士研究生，主要从事雪茄烟栽培与调制方面的研究。E-mail：tyh410324@163.com。

通信作者：时向东，博士，教授，硕士生导师，主要从事烟草栽培生理研究工作。E-mail：yancaoshixd@163.com。