氮磷钾肥对烤后烟叶可溶性总糖含量的交互效应分析

陈义强，刘国顺，习红昂

1河南农业大学烟草学院，国家烟草栽培生理生化研究基地，郑州 450002；2福建中烟工业有限责任公司，厦门市集美区滨水路298号361022；3河南省南阳烟草分公司，南阳 473000

烟叶的含糖量一向被认为是体现卷烟良好吃味的重要标志。这是因为糖在燃烧后产生的烟气呈酸性，可以中和烟气中的游离碱（氨），消除烟气产生的辛辣和呛喉的刺激，使烟气丰满、醇和、吃味甜润、舒适，而且糖类物质还是烟叶多种香气成分或致香物的前体物[1,2]。因此，烟叶的含糖量对卷烟质量具有重要的作用。目前，有关氮、磷、钾肥对烤后烟叶糖含量的影响已有一些报道，如赵宏伟等研究了施氮量对烤后烟叶总糖含量的影响[3]，江朝静等研究了施磷量对烤后烟叶总糖含量的影响[4]，韩锦峰、颜合洪等、何承刚等研究了钾肥对烤后烟叶总糖含量的影响[5～7]，但以上研究仅限于氮、磷、钾肥中的某一单因子对烤后烟叶糖含量的影响，而有关氮、磷、钾肥对烤后烟叶糖含量的综合影响及氮磷钾肥对糖含量的交互效应鲜见报道。因此，本文采用正交回归试验对此进行深入研究，以期可能为从氮、磷、钾肥的用量和交互作用上调控烟叶烘烤后的糖含量提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于河南省南阳市方城县清河乡金叶园（南阳市烟草研究所）。地理位置位于东经112°54＇，北纬33°15＇。属于平原地带，四季气候变化明显，降水量时空分布不均。本试验在金叶园内选取一个长方形典型地块作为研究对象，地势平整。试验地南北长65 m、东西宽48 m。

1.2 材料与处理

采用正交回归实验设计，分氮、磷、钾三个因素，每个因素各设五个水平，按施肥量从低到高分别为-2、-1、0、+1、+2水平。根据2006年的试验结果[8-9],确定施肥比例N∶P2O5∶K2O为1∶2∶5，盆栽和大田试验各因素各水平的具体施肥量见表1。

试验于2007年在河南省南阳市方城县金叶园内进行。盆栽试验在遮雨蓬内进行。品种为云烟87，土壤为黄褐土。供试土壤pH值为7.18±0.09，有机质为 11.18±1.22 g kg-1，全氮为 0.7930±0.0467 g kg-1，全磷为0.3907±0.0345 g kg-1，全钾为15.82±0.29 g kg-1， 碱 解 氮 为 65.01±3.33 mg kg-1， 速 效 磷 为24.08±2.71 mg kg-1， 速 效 钾 为 75.56±3.27 mg kg-1。试验所用盆钵高40 cm，盆口直径50 cm，盆底直径45 cm。每个盆钵装土35 kg，每盆移栽1棵烟苗。移栽时间为2007年5月9日。盆栽试验中前14号处理和第16号处理每个处理种6盆，第15号处理种18盆，总共16个处理，种植108盆。各处理的具体施肥方案见表2，实验所施肥料为KNO3（AR）、K2SO4（AR）、KH2PO4（AR）、NaH2PO4·2H2O（AR）、 硝 铵 (含 氮 30%)， 其 中70%作为基肥施用，30%作为追肥。

表1 各因素各水平的施肥量

大田试验地土壤为黄褐土。供试土壤pH值为7.12±0.079，有机质为 1 1.67±1.23 g kg-1，全氮为0.8794±0.0408 g kg-1，全磷为 0 .4213±0.0295 g kg-1，全钾为21.68±0.648 g kg-1，碱解氮为68.41±3.11 mg kg-1，速效磷为18.22±1.96 mg kg-1，速效钾为77.10±4.78 mg kg-1。2007年3月7日（施肥前）以16 m×5 m的网格进行取样，共取39个土壤样品。取样时在网格中心点2 m范围内取多点土样混合而成，并以网格中心点位置表示取样位置。所有样品均取自0～20 cm土层的土壤。所取土样风干后过0.25 mm筛，用于土壤有机质、pH值、氮、磷、钾等指标测定。试验地面积为0.312 hm2，小区面积为70 m2，设保护行，总共16个处理，39个小区，其中第1至14号处理和第16号处理每个处理设2个小区，第15号处理设9个小区。各处理的具体施肥方案见表2。供试品种为云烟87，移栽时间为4月29日。试验所施肥料为烟草专用复合肥（氮磷钾比例为10∶10∶20）、硝铵(含氮30%)、Ca（H2PO4）2·H2O（含P2O512%）、K2SO4（含K2O 50%）、KNO3（含氮13%，含K2O 45%），其中70%作为基肥施用，30%作为追肥。烟田灌溉方式为喷灌。9月份取烤后所有烟叶样品，计算各处理烟叶产量和产值，之后从各处理烟叶中挑选2 kg能代表各处理总体水平的烟叶样品，粉碎过60目筛后用于化学成分分析。

表2 试验设计方案

图1 氮磷钾肥对烤烟叶片可溶性总糖的单因子影响

1.3 测定方法

土壤全氮用FOSS Kjeltec 2300全自动定氮仪测定，回收率为99.27%；全磷、全钾用美国瓦里安的VISTA-MPX CCD Simultaneous ICP-OES(全谱直读等离子体发射光谱)测定；水解性氮用碱解扩散法测定，速效磷用NaHCO3法测定，速效钾用乙酸铵提取法测定,有机质用重铬酸钾容量法-稀释热法测定，pH值用电位法测定[10-11]。烟叶水溶性总糖用荷兰SKALAR San++连续流动分析仪测定[12]。

1.4 数据处理与分析方法

用DPS、SPSS10.0及EXCEL软件进行数据的统计与分析。

2 结果与分析

2.1 氮磷钾肥对烤后烟叶总糖含量的单因子效应分析

分别计算盆栽和大田试验中氮磷钾肥3个因素中5个处理水平的烤后烟叶可溶性总糖的平均值，作成x-y折线图（见图1）。从图1(a)中可以看出，在试验施肥量范围内，盆栽试验的可溶性总糖含量随着施氮量的增加明显降低，随着施磷量的增加呈波动性升高而后略有降低，随着施钾量的增加先是明显升高而后略有降低。多重比较结果表明（表3），-2水平的施氮量与-1水平的差异不显著，与0、＋1、＋2水平的差异显著；-2水平的施磷量与0水平的差异不显著，与其他3个水平差异显著，-1、＋1和＋2水平间两两差异不显著；-2水平的施钾量与其他4个水平的差异都显著，-1、0、＋1水平间两两差异显著，＋1与＋2水平间差异不显著。从图1（b）中可以看出，在试验施肥量范围内，大田试验的可溶性总糖含量随着施氮量的增加明显降低，随着施磷量的增加而略有升高，随着施钾量的增加先是明显升高而后保持稳定。多重比较结果表明（表3），-2水平的施氮量与-1水平的差异不显著，与0、＋1、＋2水平的差异显著，0水平与＋1、＋2水平的差异都显著；-2水平的施磷量与其他4个水平的差异都显著，-1、0、＋1和＋2水平间两两差异不显著；-2水平的施钾量与-1水平的差异不显著，与0、＋1、＋2水平间差异都显著，-1、0、＋1水平间两两差异显著，＋1水平与＋2水平间差异不显著。大田试验的结果与盆栽试验基本一致。

表3 各因素处理水平间可溶性总糖的多重比较

2.2 各级交互效应分析

以二次多项式回归分析，建立氮、磷、钾3因子与可溶性总糖含量的回归模型，

其中YTS-P、YTS-F分别为盆栽试验和大田试验的可溶性总糖含量，单位为%，N、P、K分别表示纯氮、P2O5、K2O的施用量，盆栽试验中单位为g·8pot-1，大田试验中单位为kg hm-2。F检验表明，盆栽试验所建方程YTS-P的显著水平P = 0.0000，达极显著水平，相关系数r = 0.9353，Durbin-Watson统计量d =1.7647，接近2；大田试验所建方程YTS-F的显著水平P = 0.0000，达极显著水平，相关系数r = 0.9558，Durbin-Watson统计量d = 1.7002，接近2，说明这两个模型拟合性都较好。

根据所建立的二次多项式回归模型求全实施方案中125个处理的可溶性总糖含量，并进行各级交互效应分析。

2.2.1 一级交互效应分析

与单一的肥料处理相比，氮磷钾肥互作并非仅仅表现出简单的加和作用，同时还存在协同促进作用和拮抗作用。图2和图3分别为盆栽试验和大田试验中氮磷钾肥的两因素交互效应的曲面图。把钾肥固定于零水平，作氮肥和磷肥的交互效应的曲面图（见图2-a和图3-a），从图2-a中可以看出，盆栽试验中当磷肥处于中低施肥量时（0～10 g·pot-1）随着氮肥施用量的增加可溶性总糖含量明显降低，而当磷肥处于中高施肥量时（10～20 g·pot-1）随着氮肥施用量的增加可溶性总糖含量略有降低，但降低的幅度小于中低施磷量时的幅度。同样，当氮肥处于中低施肥量时（0～5 g·pot-1）随着磷肥施用量的增加可溶性总糖含量增加，而当氮肥处于中高施肥量时（5～10 g·pot-1）随着磷肥施用量的增加可溶性总糖含量增加的幅度大于中低施氮量时的幅度。说明在试验施肥量范围内氮磷肥对可溶性总糖的互作表现为拮抗作用。从图3-a中可以看出，大田试验中当磷肥处于低施肥量时（0～84 kg·hm-2）随着氮肥施用量的增加可溶性总糖含量略有降低，而当磷肥处于中高施肥量时（84～210·kg hm-2）随着氮肥施用量的增加可溶性总糖含量明显降低，且降低的幅度大于低施磷量时的幅度。当氮肥处于中低施肥量时（0～52.5 kg·hm-2）随着磷肥施用量的增加可溶性总糖含量先增加而后减少，而当氮肥处于中高施肥量时（52.5～105 kg·hm-2）随着磷肥施用量的增加可溶性总糖含量先增加而后减少的幅度大于中低施氮量时的幅度。说明氮磷肥对可溶性总糖的互作效应存在一个阀值，即当施氮量为 0～ 105 kg·hm-2，施磷量为 0～ 84 kg·hm-2时表现为拮抗作用，当施氮量为0～105 kg·hm-2，施磷量84～210 kg·hm-2为时表现为协同促进作用。盆栽试验中氮磷互作并没有出现阀值可能是由于盆栽条件下的供磷量小于大田试验的供磷量，因为大田试验的株距为1.20 m，行距为0. 50 m，大田试验中每株烟所占有的土壤远远大于盆栽试验中每株烟所占有的土壤，盆栽试验中每株烟所能得到的土壤供磷量也就远远小于大田试验。

图2 盆栽试验中双因素交互效应曲面图

图3 大田试验中双因素交互效应曲面图

把磷肥固定于零水平，作氮肥和钾肥的交互效应的曲面图（见图2-b和图3-b），从图2-b和图3-b中可以看出，当钾肥处于中低施肥量时（盆栽试验为0 ～ 2 5 g·pot-1，大田试验为 0 ～ 2 62.5 kg·hm-2）随着氮肥施用量的增加可溶性总糖含量略有降低，而当钾肥处于中高施肥量时（盆栽试验为25～50 g·pot-1，大田试验为262.5～525 kg·hm-2）随着氮肥施用量的增加可溶性总糖含量明显降低，且降低的幅度明显大于中低施钾量时的幅度。同样，当氮肥处于中低施肥量时（盆栽试验为0～5 g·pot-1，大田试验为0～52.5 kg·hm-2）随着钾肥施用量的增加可溶性总糖含量明显增加，而当氮肥处于中高施肥量时（盆栽试验为5～10 g·pot-1，大田试验为 5 2.5 ～ 1 05 kg·hm-2）随着钾肥施用量的增加可溶性总糖含量增加的幅度小于中低施氮量时的幅度。盆栽试验和大田试验的趋势基本一致。说明在试验施肥量范围内氮钾肥对可溶性总糖的互作表现为拮抗作用。

把氮肥固定于零水平，作磷肥和钾肥的交互效应的曲面图（见图2-c和图3-c），从图2-c和图3-c中可以看出，随着磷肥施用量的增加和钾肥施用量的增加可溶性总糖含量明显增加。盆栽试验和大田试验的趋势基本一致。说明在试验施肥量范围内磷钾肥对可溶性总糖的互作表现为协同促进作用。

2.2.2 二级交互效应分析

通常烟叶中可溶性总糖的含量为12%～30%，以20% 左右为宜[1,2]。因此，筛选出全实施方案125个处理中可溶性总糖含量大于等于17%且小于等于23%的处理，盆栽试验共有39个，大田试验共有30个。分别把这些处理中氮磷钾3因素各水平的分布做成三元分布图（见图4），并进行频率分析（见表4）。从图4（a）和表4中可以看出，盆栽试验中可溶性总糖含量大于等于17%且小于等于23%的处理主要分布在氮肥的+1、+2水平，钾肥的-1和0水平，磷肥各水平分布相对比较均匀，说明在盆栽试验施肥量范围内较高的氮肥（7.5～10 g·8pot-1），中等的钾肥施用量（12.5～25 g·pot-1），适宜的磷肥施用量（10～20 g·pot-1）可以使烟叶总糖处于适宜范围。从图4（b）和表4中可以看出，大田试验中可溶性总糖含量大于等于17%且小于等于23%的处理主要分布在氮肥的0和+1水平，钾肥的-1和0水平，磷肥各水平分布相对比较均匀，说明大田试验施肥量范围内中等的氮肥（52.5～78.75 kg·hm-2），中等的钾肥施用量（131.25～262.5 kg·hm-2），适宜的磷肥施用量（105～157.5 kg·hm-2）可以使烟叶总糖处于适宜范围。盆栽和大田试验中磷肥各水平分布都相对比较均匀，说明磷肥对烟叶总糖的影响比氮肥和钾肥的影响小。

图4 可溶性糖含量大于等于17%且小于等于23%的各处理中各因子的三元分布图

表4 可溶性糖含量大于等于17%且小于等于23%的各处理中各因子取值的频率分布

3 讨论

烟叶的含糖量对卷烟品质具有重要的作用。氮磷钾是烟草栽培中的三大营养元素。氮素是叶绿素的组成成分，叶绿素a和叶绿素b都是含氮化合物[1]。磷在植物体内参与光合作用及碳水化合物的代谢和运输[1]。钾是多种酶的活化剂，能够促进光合作用[1]。氮磷钾肥对烟草光合作用具有重要影响，与烟叶糖含量的积累密切相关。赵宏伟等、Rideout等、汪耀富等研究表明，随氮用量的增加，总糖、还原糖的含量以及糖碱比都降低[13-15]。何承刚等、颜合洪等研究表明在一定范围内随着钾肥用量的增加，烤后烟叶的总糖和还原糖含量都相应提高[16-17]。江朝静等研究表明，烟叶水溶性糖和还原糖含量随着磷施用量的增加而增加[4]。本研究表明，在试验施肥量范围内，盆栽试验的可溶性总糖含量随着施氮量的增加明显降低，随着施磷量的增加呈波动性升高而后略有降低，随着施钾量的增加先是明显升高而后略有降低。大田试验的可溶性总糖含量随着施氮量的增加明显降低，随着施磷量的增加而略有升高，随着施钾量的增加先是明显升高而后保持稳定。盆栽试验和大田试验的结果基本一致。大田试验中烟叶可溶性总糖含量分别随着施磷量和施钾量的增加先是增加而后没有明显降低，这可能是由于大田试验中磷肥和钾肥的施肥区间还不够大。

氮能促进磷的吸收。因为蛋白质的合成既需要能量，也需要核酸，而磷不仅是ATP 的组成成分，也是核酸的组成成分。生产上氮磷配合施用，其增产效果常超过单独施用，故氮磷常有协同效果。金轲等研究表明，在一定条件下，氮、磷、水间的耦合作用类型可以相互转化[18]。本研究表明，在大田试验施肥量范围内氮磷肥对可溶性总糖的互作效应存在一个阀值，即当施氮量为0～105 kg·hm-2，施磷量为0～84 kg·hm-2时表现为拮抗作用，当施氮量为0～105 kg·hm-2，施磷量 84 ～ 210 kg·hm-2为时表现为协同促进作用；氮钾肥对可溶性总糖的互作表现为拮抗作用；磷钾肥对可溶性总糖的互作表现为协同促进作用。盆栽试验施肥量范围内氮磷肥对可溶性总糖的互作表现为拮抗作用，没有出现阀值，这可能是由于施肥区间还不够大。

氮磷钾肥合理配施可以使烟叶化学成分协调，使烟叶总糖处于适宜范围[19]。烟草是喜钾作物，增施钾肥在一定程度上可以提高烟叶的产量、中上等烟比例和产值[7,20]，但是过量的施用钾肥并没有提高烤烟的产量和质量[21]，反而易发生“奢侈消耗”[22]，造成钾元素使用的无效和不经济。本研究表明，在盆栽试验所选择的土壤与设计的施肥量范围内较高的氮肥（7.5～10 g·pot-1）、中等的钾肥（12.5～25 g·pot-1）、适宜的磷肥（10～20 g·pot-1）施用量可以使烟叶总糖处于适宜范围，在本大田试验的土壤与生态条件下和所设计的施肥量范围内中等的氮肥（52.5～78.75 kg·hm-2）、中等的钾肥（131.25～262.5 kg·hm-2）、适宜的磷肥（105～157.5 kg·hm-2）施用量可以使烟叶总糖处于适宜范围。此时的氮磷钾肥比例较为适宜，当钾肥施用量盆栽试验超过25 g·pot-1，大田试验超过262.5 kg·hm-2时造成钾肥施用的无效和不经济，即发生“奢侈消耗”。

4 结论

在试验施肥量范围内，可溶性总糖含量随着施氮量的增加明显降低，随着施磷量的增加先升高而后降低，随着施钾量的增加先是明显升高而后降低。

在试验施肥量范围内氮磷肥对可溶性总糖的互作效应存在一个阀值，低于这个阈值时表现协同促进作用, 高于这个阈值时表现拮抗作用；氮钾肥对可溶性总糖的互作表现为拮抗作用；磷钾肥对可溶性总糖的互作表现为协同促进作用。

在盆栽试验所选择的土壤与设计的施肥量范围内较高的氮肥（7.5～10 g·pot-1）、中等的钾肥（12.5～25 g·pot-1）、适宜的磷肥（10～20 g·pot-1）施用量可以使烟叶总糖处于适宜范围，在本大田试验的土壤与生态条件下和所设计的施肥量范围内中等的氮肥（52.5～78.75 kg·hm-2）、中等的钾肥（131.25～262.5 kg·hm-2）、适宜的磷肥（105～157.5 kg·hm-2）施用量可以使烟叶总糖处于适宜范围。

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