种植密度与施氮量及其交互作用对烤烟烟气特性的影响

李 松，李永忠，晋 艳，陈增敏，李军营*

1.云南农业大学烟草学院，昆明市北市区沣源路452 号 650201

2.云南省烟草农业科学研究院，昆明市五华区圆通街33 号 650106

烟叶燃烧产生的烟气是多种化学物质的混合体，主要是在燃烧过程中通过热裂解产生的，影响着卷烟的风格和安全性［1］。邓小华等［2］研究表明，随着烟气中总粒相物、烟碱、焦油量等的增加，烟气中杂气和刺激性增加，燃烧性变差，灰色加深，但香气量和浓度增加。烟气一氧化碳以及总粒相物中焦油、烟碱是卷烟烟气危害性的评价指标［3-7］。因此，降低烟气中有害成分一直是烟草行业研究的热点［8］。目前，烟草行业在控制烟气有害成分方面通常从原辅料安全性、卷烟加工工艺、外源添加物质安全性等环节着手。杨松等［9］和陈敏等［10］从烟叶产地和部位上分析了烟气焦油等有害成分释放量的差异，表明烟叶产地对烟气焦油、烟碱、一氧化碳的释放量影响较小；彭斌等［11］试验表明，一氧化碳等烟气有害成分释放量随着烟叶部位而变化，烟叶部位对烟气烟碱的释放量影响显著；焦油危害性指数表现为上部叶＞中部叶＞下部叶。王毅等［12］通过对不同海拔（1 200～2 000 m）烟区初烤烟叶烟气焦油量及其他主要烟气指标值的分析发现，不同海拔高度烟气焦油量、烟碱、总粒相物及一氧化碳等主要指标存在较大差异。在卷烟加工工艺方面，烟气有害性控制效果较明显，刘鸿等［13］和张亚平等［14］研究提出，卷烟纸添加剂可在不同程度上降低主流烟气中有害成分的释放量；王亮等［15］和杨建礼等［16］研究认为，调整切丝宽度搭配，滤嘴旋转前后烟样焦油、烟碱、CO、水分、单口焦油量和单口烟碱量增加。可见，以上研究多集中在不同产地［9-10］、部位［9-11］、海拔［12］等条件下烟气指标的差异分析，以及辅料［13-14］、加工工艺［15-16］等对烟气特性的影响，而关于田间农艺措施对烟气特性影响方面的研究则鲜见报道。因此，设置了种植密度与施氮量对烟叶烟气指标的影响试验，旨在探索在当前烟叶生产条件下，通过田间措施调控烟叶烟气成分的可能性，为优质烟叶生产及提高卷烟品质提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验基本情况

供试烤烟品种为K326，由玉溪中烟种子有限责任公司提供。试验于2018 年在云南省玉溪市红塔区赵桅试验基地（24°18′N，102°29′E，海拔1 645 m）进行，当地无霜期大于120 d，4—9 月日照大于800 h，6—8 月平均气温大于20 ℃的持续天数在70 d 以上，9 月下旬平均气温在17 ℃以上。试验地前茬作物为油菜，地势平坦、土壤肥力均匀，土壤类型为水稻土。供试土壤基本理化性状：pH6.3，有机质25.48 g/kg，有效氮80.5 mg/kg，有效磷12.0 mg/kg，速效钾70.3 mg/kg。

1.2 试验设计

设置种植密度和施氮量两因素三水平裂区试验。主处理为种植密度，分别为缩行距缩株距（110 cm×45 cm，1 345 株/667 m2）、常规种植密度（120 cm×50 cm，1 100 株/667 m2）、扩行缩株距（130 cm×40 cm，1 282 株/667 m2）；副处理为施氮量，分别为减氮40%（质量分数，纯氮3.6 kg/667 m2）、常规施氮量（纯氮6 kg/667 m2）和增氮40%（质量分数，纯氮8.4 kg/667 m2），肥料为烟草专用复合肥［m（N）∶m（P2O5）∶m（K2O）=12 ∶10 ∶24］。共计9 个处理，每处理3 次重复，每重复1 个小区，小区面积约66 m2，共计27 个小区。其他管理措施按当地优质烟叶生产技术规范执行。

1.3 样品制备

每个小区分别采集上部叶（B2F）、中部叶（C3F）和下部叶（X2F）3 个部位的烟叶样品各1 kg，共计81 份。将烟叶切丝卷制成圆周24.5 mm、长84.0 mm 的单料样烟，从中选取平均质量（0.90 ±0.01）g 和平均吸阻（1 000 ± 50）Pa 规格的烟支，进行烟气特性指标测定。

1.4 测定项目与方法

采用GB/T19069—2004［17］的方法测定烟气总粒相物、焦油量以及抽吸口数；采用GB/T 23203.1—2008［18］的方法测定烟气水分；采用GB/T 23355—2009［19］的方法测定烟气烟碱；采用GB/T 23356—2009［20］的方法测定烟气一氧化碳。

1.5 数据处理

采用Excel2013、SPSS23.0 软件进行方差分析，采用Duncan’s 新复极差法进行数据间差异的显著性检验。

2 结果与分析

2.1 种植密度和施氮量对烤烟不同部位烟叶烟气特性的影响

由表1 和表2 可以看出，对烤烟上部烟叶而言，种植密度对烟气水分的影响达到极显著水平，对其他指标影响不显著；施氮量对烟气总粒相物、焦油量的影响达到显著或极显著水平，对其他指标的影响不显著；种植密度和施氮量间交互作用对烟气总粒相物、水分的影响达到显著或极显著水平。在相同的种植密度条件下，烟气总粒相物随着施氮量的增加而增加；在常规种植密度（120 cm×50 cm）水平下，焦油量随施氮量的增加而增加；在缩行距缩株距（110 cm×45 cm）水平下，烟气烟碱量随施氮量的增加而增加，一氧化碳量随施氮量的减少而降低。在增氮40%水平下，烟气总粒相物、烟碱量，以及单支烟抽吸口数随着种植密度的增大而增加，焦油量随着种植密度的增大而降低。综合来看，不同种植密度和施氮量处理中，以扩行距缩株距（130 cm×40 cm）×减氮40%处理组合的烟气总粒相物量最低，为14.95 mg/支；缩行距缩株距（110 cm×45 cm）×减氮40%处理组合的烟气水分、烟碱量最低，单支烟抽吸口数最多，分别为1.39 mg/支、1.56 mg/支、12.70 口/支；烟气焦油量以扩行距缩株距（130 cm×40 cm）×减氮40%处理组合最低，为11.44 mg/支；一氧化碳量则以常规种植密度（120 cm×50 cm）×减氮40%处理组合最低，为11.1 mg/支。

由表3 和表4 可以看出，中部叶烟气总粒相物、水分、烟碱、焦油量以及单支烟抽吸口数受种植密度的影响达到显著或极显著水平，而一氧化碳受种植密度的影响不显著；施氮量对中部叶烟气总粒相物、水分和焦油量的影响达到显著或极显著水平；二者交互作用对烟气水分影响达到极显著水平。在常规种植密度水平下，烟气总粒相物、水分、焦油量随施氮量的增加而增加。在减氮40%和增氮40%水平下，随种植密度的增大，烟气总粒相物、焦油量降低，单支烟抽吸口数增多；在常规施氮量水平下，烟气烟碱量随种植密度的增大而降低。综合来看，常规种植密度×增氮40%处理组合的烟气总粒相物、水分、焦油量、一氧化碳量最高，分别为17.65、2.63、13.35、12.4 mg/支；扩行距缩株距×增氮40%处理组合的烟气烟碱量最高，为1.95 mg/支；缩行距缩株距×增氮40%处理组合的单支烟抽吸口数最多，为13.30 口/支。

表3 种植密度和施氮量对烤烟中部叶烟气特性指标影响的方差分析Tab.3 Variance analysis of effects of planting density and nitrogen application rate on smoke characteristics of middle flue-cured tobacco leaves

表4 种植密度和施氮量对烤烟中部叶烟气特性指标的影响Tab.4 Effects of planting density and nitrogen application rate on smoke characteristics of middle flue-cured tobacco leaves

由表5 和表6 可以看出，就下部叶而言，种植密度对烟气总粒相物、水分、烟碱、一氧化碳的影响达到极显著水平，对烟气焦油量、抽吸口数无显著影响；施氮量对水分、单支烟抽吸口数的影响达到极显著水平，对烟气总粒相物、烟碱、焦油、一氧化碳无显著影响；种植密度与施氮量交互作用对单支烟抽吸口数影响极显著，对烟气总粒相物、水分、烟碱、焦油、一氧化碳影响不显著。在扩行距缩株距、缩行距缩株距的密度水平下，烟气总粒相物随着施氮量的增加而增加；在缩行距缩株距的密度水平下，烟气烟碱量、单支烟抽吸口数随施氮量的增加而降低。在减氮40%和增氮40%的水平下，随着种植密度的增大，烟气总粒相物、焦油和一氧化碳量呈降低趋势。综合来看，缩行距缩株距×增氮40%处理组合的烟气总粒相物、水分量最大，分别为13.70 和1.71 mg/支；扩行距缩株距×常规施氮处理组合的烟气烟碱最高，为1.32 mg/支；常规种植密度×常规施氮处理组合的烟气焦油量最高，为11.18 mg/支；缩行距缩株距×减氮40%处理组合的一氧化碳量最高，单支烟抽吸口数最多，分别为12.0 mg/支和12.70 口/支。

表5 种植密度和施氮量对烤烟下部叶烟气特性指标影响的方差分析Tab.5 Variance analysis of effects of planting density and nitrogen application rate on smoke characteristics of lower flue-cured tobacco leaves

表6 种植密度和施氮量对烤烟下部叶烟气特性指标的影响Tab.6 Effects of planting density and nitrogen application rate on smoke characteristics of lower flue-cured tobacco leaves

2.2 种植密度和施氮量交互作用对烤烟烟叶烟气特性的影响

对烤烟上、中、下3 个部位的烟叶烟气指标影响的综合分析结果见表7。由表7 可知，种植密度对烟气总粒相物、水分、烟碱、焦油量以及抽吸口数的影响达到显著或极显著水平；施氮量对烟气水分、焦油量影响显著或极显著，对其他指标影响不显著。种植密度与施氮量交互作用对烟气水分、烟碱的影响达到显著或极显著水平。总体来看，种植密度对烟气的影响较大，其次为施氮量。

表7 种植密度和施氮量对烟叶烟气特性指标影响的方差分析Tab.7 Variance analysis of effects of planting density and nitrogen application rate on smoke characteristics of tobacco leaves

3 讨论

（1）本研究中发现，种植密度影响烟气总粒相物、水分、烟碱、焦油量和抽吸口数，且对不同部位烟叶烟气特性的影响程度不同，中下部叶烟气特性受种植密度的影响大于上部叶，这可能是由于种植密度对中下部叶在光和养分的吸收等方面造成的影响大于上部叶。随着种植密度的增大，中下部叶烟气总粒相物和焦油量呈降低趋势。试验中还发现，种植密度对烟气一氧化碳的影响不显著，考虑到烟叶化学成分对烟气一氧化碳的释放有直接影响［21］，而种植密度又影响烟叶化学成分［22-23］，因而在种植密度与烟气一氧化碳的相关性方面还有待进一步研究。

（2）氮素作为烤烟生长的必要元素，影响其生长发育和物质的积累，不同的施氮水平下，叶内物质的积累及代谢存在差异，导致烟叶烟气各成分含量和变化也随之不同［24-26］。本试验中，在常规种植密度条件下，中部叶烟气焦油量随施氮量的增加而升高；在上部叶缩行距缩株距、中部叶扩行距缩株距的条件下，增加氮肥用量的处理烟气烟碱量显著增加。这与徐旭光等［25］、常乃杰等［26］的研究结果基本一致。

（3）种植密度和施氮量是影响烟气特性的重要栽培因子，二者交互作用下对烟气特性不同指标的影响程度不同，排序依次为水分＞烟碱＞其他指标。研究中还发现，二者交互作用对焦油量的影响存在负效应，具体原因还有待进一步的试验验证。

4 结论

种植密度是烟气总粒相物、水分、烟碱以及抽吸口数等指标的主要影响因子，施氮量是烟气焦油量的主要影响因子。种植密度、施氮量二者的影响效应存在显著的互作关系，种植密度与施氮量交互作用对烟气水分、烟碱的影响达到极显著或显著水平，且对烟气特性指标变异的贡献率为种植密度＞施氮量。因此，通过田间农艺措施的优化配置，可在一定程度上实现对烟叶烟气指标的调控。