不同施肥处理下烤后烟叶化学成分特点与综合评价

贺国强，黄宗伟，张立锟，赵磊，杨富文，黄丹，敖红*

(1.牡丹江烟草科学研究所，黑龙江 哈尔滨 150076；2.牡丹江烟叶公司，黑龙江 牡丹江 157000；3.牡丹江烟叶公司东宁分公司，黑龙江 东宁 157200；4.牡丹江烟叶公司勃利分公司，黑龙江 勃利 154500；5.东北林业大学 生命科学学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

肥料在烤烟的生长、产量及品质等多个方面起到重要作用，特别是肥料三要素氮、磷、钾一旦缺失会使烤烟在不同部位、不同生长阶段产生明显的变化[1]。有研究发现，氮肥能使烤烟生长速度加快，同时增加叶片叶绿素含量。如果氮肥不足将造成烟株矮小、生长势弱、叶片轻薄、产质量差等问题；相反氮肥过剩将导致烟株生长过快、贪青晚熟、病虫害加重等问题[2]。磷肥能够促进烤烟的新陈代谢，进而起到促进生长发育、提高产量的作用。同时，磷元素还能增加烤后烟叶的油分与光泽度，从而能够提高烤烟的品质[3]。钾肥对于烤烟来说在提高抗逆性、改善品质、促进蛋白质合成及光合作用等诸多方面发挥突出作用，且烤后烟叶钾元素含量越高其燃烧性越好[4]。由上述研究可以推断出，如何选择肥料的种类、配比用量及施肥方式在烤烟生产中尤为关键，只有合理适宜的施肥方法才能达到提高烤烟产量、品质及经济效益的目的，同时避免无效施肥造成的资源浪费[5-6]。正因如此，前人对不同施用量、肥料种类、肥料配比对烤烟的影响研究较多[7-9]，但从查阅的文献看，这类研究多考虑的是单一因素，而在施肥方式与肥料种类双因素对烤后烟叶化学品质的影响方面鲜有报道。鉴于此，笔者以龙江烟区主栽品种LJ911作为研究对象，通过建立隶属函数转化模型，采用因子分析方法对5种施肥处理烤后烟叶的化学品质进行综合评价，进而确定LJ911在龙江烟区栽培种植中相对适宜的施肥技术。

1 材料与方法

1.1 处理设计

试验材料为当地主栽品种龙江911。设5个处理：Y1，常规施肥；Y2，三段施肥(移栽坐水、旺长期喷施、圆顶期喷施)；Y3，常规施肥+叶面肥(现蕾期后打顶期前)；Y4，控释钾肥；Y5，不施肥。常规施肥每667 m2施肥量为：氮肥2.06 kg；磷肥2.00 kg；钾肥6.43 kg。三段施肥的每667 m2施肥量与常规施肥一样。

本试验采取随机区组设计，3次重复，8行小区，行长12 m，垄距1.2 m，小区面积115.2 m2，共计用地1 968 m2。试验地点位于黑龙江省宾西烟草科学研究所试验基地内。试验地块前茬作物为烤烟，秋翻秋起垄。

1.2 试验要求

试验地块土壤肥力均匀一致，地面规整，排灌方便。种植密度：行距×株距为1.2 m×0.5 m，密度16 667株·hm-2。田间管理措施按优质特色低危害烟叶生产技术规范进行，各项农事操作及时一致，统一管理措施在同一天内完成。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 土壤养分

土壤养分测定采用五点取样法，用土钻取耕作层20 cm深土壤作为样品，利用重铬酸钾容量法测定有机质含量，碱解扩散法测定碱解氮含量，碳酸氢钠提取比色法测定速效磷含量，醋酸铵浸提火焰光度法测定速效钾含量。在4月起垄后施肥前在整个试验区取土样测定基础肥力，结果显示在施肥前各处理组土壤的基础肥力无显著差异(表1)。

表1 施肥前各处理组土壤基础营养成分含量

1.3.2 烤后烟叶化学成分

取烤后的上、中、下部烟叶样品，烟叶等级为X2L、C3F、B2F，通过意大利Pluse3000微量连续流动式自动化学分析仪测定总糖、还原糖、烟碱(植物碱)、总氮、钾离子、氯离子，并计算出糖碱比、氮碱比、钾氯比等。钾离子的测定以《烟草及烟草制品钾的测定》(YC/T 217—2007)为依据；氯离子的测定以《烟草及烟草制品氯的测定》(YC/T 162—2011)为依据；烟碱的测定以《烟草及烟草制品总植物碱的测定》(YC/T 160—2002)为依据；总氮的测定以《烟草及烟草制品总氮的测定》(YC/T 161—2002)为依据；总糖、还原糖的测定以《烟草及烟草制品水溶性糖的测定》(YC/T 159—2002)为依据。

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2016对所有数据进行汇总整理，通过IBM SPSS Statistics 19进行LSD法检验的显著性分析、相关性分析、因子分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理烤后烟叶化学成分指标的数据转化

表2 烤烟主要化学指标临界值

资料来源：文献[13]。

2.2 不同处理烤后烟叶化学成分指标的相关性分析

从表4不同处理烤烟烤后化学成分指标的相关性分析中可以看出，钾离子含量与钾氯比呈极显著正相关，与氯离子、全氮含量呈极显著负相关，与氮碱比呈显著负相关；氯离子含量与钾离子含量、钾氯比呈极显著负相关，与全氮含量呈极显著正相关，与氮碱比呈显著正相关；总糖与还原糖、糖碱比、两糖差呈极显著正相关；烟碱与糖碱比呈显著负相关；全氮与氮碱比呈极显著正相关；氮碱比与糖碱比呈显著正相关；糖碱比与两糖差呈极显著正相关。LJ911在不同施肥条件下其化学成分之间具有一定的相关性，可进一步做因子分析。

表3 不同肥料处理烤后烟叶化学成分经隶属函数法转化后的各指标数据

表4 不同肥料处理烤后烟叶化学成分指标的相关性

2.3 不同处理烤烟化学成分指标的因子分析

对隶属函数法转化后的各指标数据进行因子分析，根据特征值大于1的要求，将提取累积方差贡献率大于75%的因子作为公因子。经数据分析后得到的公因子特征值、方差贡献率以及累计方差贡献率见表5。由表5可知3个公因子的特征值都大于1且累计方差贡献率为79.818%。

对载荷矩阵采用方差最大正交旋转法进行变换，能够更加直观地展示出公因子的生物学意义，从而进一步得到综合评价方程(表6)。第1公因子包括钾离子、钾氯比、总糖、氯离子、全氮，方差贡献率为36.363%，这些指标大多与烟叶的燃烧性相关，所以这一因子又可称之为燃烧性因子；第2公因子包括还原糖、糖碱比、两糖差，方差贡献率为24.717%，这些指标与烤后烟叶的含碳化合物相关，所以又可称之为碳因子；第3公因子中包括烟碱、氮碱比，方差贡献率为18.738%，这些指标与烤后烟叶的含氮化合物相关，所以又可称之为氮因子。

表5 公因子特征值、方差贡献率和累计方差贡献率

利用回归算法对因子荷载矩阵进行计算，得到成分得分系数矩阵，从而确定各公因子的回归模型：

表6 烤烟主要化学成分经最大正交旋转后的因子载荷矩阵

f1=0.275y1+0.29y2-0.13y3+0.033y4-0.137y5-0.261y6-0.128y7+0.116y8-0.004y9+0.066y10；

f2=-0.025y2-0.049y3+0.444y4-0.112y5+0.044y6-0.087y7-0.128y8+0.28y9-0.385y10；

f3=-0.104y1-0.099y2-0.019y3-0.243y4+0.608y5+0.106y6-0.123y7+0.388y8+0.151y9+

0.059y10。

式中：f1、f2、f3分别为第1、第2、第3公因子的得分；y1、y2，…，y10分别为各处理烤后烟叶钾、钾氯比、总糖、还原糖、烟碱、氯、全氮、氮碱比、糖碱比和两糖差的转化后标准化值。

结合公因子得分进一步将公因子方差贡献率与累计公因子方差贡献率的商作为权重，可以获得综合评价得分模型F=(41.532f1+25.542f2+12.744f3)÷79.818。将所有烟叶样品化学成分指标数据带入模型中可以获得各样品的公因子得分及综合得分(表7)。下部叶烤后烟叶整体综合评价得分较高，且不同的施肥处理间Y2>Y3>Y1>Y5>Y4；中部叶烤后烟叶总的评价得分为Y3>Y1>Y2>Y4>Y5；上部叶烤后烟叶总的评价得分为Y1>Y2>Y3>Y5>Y4。

表7 不同处理烤烟烟叶主要化学成分因子得分和综合得分

3 小结与讨论

未施肥前不同处理组土壤的基础肥力无显著性差异，说明试验地各地块基本肥力是一致的。9月份烤烟采收末期对主要营养成分含量进行测定时发现，Y4(控钾施肥组)的碱解氮含量和Y2(速效钾)的速效钾含量与其他肥料处理组存在显著差异，说明不同的施肥处理会对土壤肥力产生影响，而土壤肥力的变化会影响烟株的生长和烤烟的品质。

烤后烟叶中的钾离子、氯离子、总糖、还原糖、总氮、烟碱、全磷等物质的含量都是衡量烤烟化学品质的主要因素，同时以此为基础计算得到的氮碱比、糖碱比、钾氯比、两糖差等数值也能进一步突出烤后烟叶化学成分特点[14-15]。在不同肥料条件下烤烟主要化学成分之间表现出一定的相关性，首先钾离子含量与钾氯比之间呈极显著正相关，与氯离子含量呈极显著负相关，这与李长江等[11]所研究的结果相一致；以往的研究[16]中发现，烤烟中含碳化合物含量及相关比值常表现为正相关，这与本研究中总糖含量、还原糖含量、糖碱比、两糖差之间呈极显著正相关相一致。

对于烤烟来说，不同化学成分含量与品质之间的关系不都是简单的正相关或负相关，所以在进行分析与评价时要保证科学性与合理性[17]。隶属函数转化可以较好地明确各化学成分与品质之间的关系，具体划分出正相关、负相关以及抛物线型相关等相关性，从而更加全面、准确地对烤后烟叶中各化学成分与品质间的关系进行描述[18-20]。对烤烟化学成分分析常用的方法包括灰色关联度分析、主成分分析、因子分析等，其中因子分析相较其他2种方法而言更加科学与客观，能够通过降维的方式将多个指标之间的关系用几个公因子分别表示，最终达到减少变量与突显变量关系的目的[21-24]。

本研究通过因子分析对不同处理条件下LJ911烤后烟叶的化学品质进行综合评价，结果发现：不同部位的烟叶中，下部叶整体综合评价得分相对较高，且三段式施肥处理组得分表现为最高；如果从烟株上、中、下叶片整体的评价得分情况看，Y1、Y2和Y3处理组之间差异不大，但都明显高于控钾施肥处理和不施肥处理。上述结果可以为龙江烟区当地品种LJ911栽种施肥方式的选择提供一定的基础依据。