施氮水平对怀化雪茄烟生长、氮肥吸收利用及烟叶品质的影响

邢云飞 刘旭东 覃飚 罗小红 丁松爽

关键词：施氮水平；怀化雪茄烟；农艺性状；干物质积累：氮肥吸收利用；烟叶品质

氮素作为必需元素，在农作物生长过程中不可或缺，然而土壤中的氮素不能供其完成正常的生长发育。雪茄烟作为一种高氮型烟草，对氮素营养的需求要远远大于烤烟。适宜的施氮量可以满足雪茄烟对养分的需求，提高肥料利用率，从而达到优质适产的目的。时向东等研究发现，增施氮肥能够显著提高雪茄烟叶片叶绿素含量，并调控叶片内源激素含量，进而影响叶片的生长发育；而在遮荫条件下，适当增施氮肥有利于改善雪茄烟叶片光合功能，提高叶片的净光合速率，但过量氮肥则不利于光合能力的改善，更不利于荧光动力学参数的优化。张锐新研究表明，在海南五指山市，180kg/hm2的施氮量更有利于雪茄烟的生长发育，烟叶化学成分较协调，中性致香物质含量最高。邓弋戈通过研究不同施氮量对不同雪茄烟品种生长及烟叶品质的影响发现，不同雪茄烟品种对氮素的需求不同，各品种烟叶只有在适宜氮肥用量下才能形成较高的品质。

前人在多个烟叶产区就雪茄烟株及烟叶品质对氮肥的响应作了较多研究。湖南作为我国重要的优质烤烟生产省份之一，其丰富的气候资源为烟草提供了良好生长环境。湖南烟区引种试种雪茄烟具有可行性以及生态优势，但关于该地区引种雪茄烟及施氮量对雪茄烟生长、氮肥吸收利用及烟叶品质影响的研究未见报道。因此，本研究就不同氮肥量对雪茄烟农艺性状、干物质和氮素积累分配、氮素吸收利用及烟叶品质的影响开展田间试验，以确定怀化烟区雪茄烟种植的适宜氮肥用量，为该烟区引种雪茄烟及其氮肥施用提供理论参考。

1材料与方法

本研究于2021年4-11月在湖南省怀化市麻阳苗族自治县石羊哨乡（E109°39'、N27°54'，海拔300m）进行，上季作物为水稻。试验地处中亚热带川鄂湘黔气候区和江南气候区的过渡区域，四季分明，雨量充足。土壤质地为粉黏壤土，理化性状：pH 4.980，速效钾、速效磷、碱解氮、交换性钙、交换性镁含量分别为48.870、25.317、189.007、57.637、411.887mg/kg，有机质含量32.090g/kg。

1.1供试材料

选用雪茄烟品种CX081作为试验材料（湖北省烟草科学研究院提供）。肥料为烟草专用基肥（N：P205：K20=7：14：8）、烟草专用追肥（N：P205：K20=10：0：32）、烟草专用氮钾肥（N：P205：K20=13.5：0：44.5，提苗肥）、硫酸钾（K20 50%）、钙镁磷肥（P20516%）。所有肥料均购自当地农资公司。

1.2试验设计

采取随机区组设计，设4个施氮处理：NO（CK，不施氮）、N1（180kg/hm2）、N2（210kg/hm2）、N3（240kg/hm2），每处理重复3次。各处理钾、磷肥用量分别为630、315kg/hm2。40%的氮、钾肥及全部磷肥做基肥于移栽前条施，基肥施人后立即起垄覆膜，60%的氮、钾肥分别于移栽后15、30d分两次溶水灌根追施。小区面积48m2，5行区栽植，每行栽烟20株，行株距120cm×40cm。烟苗于5月7日采用“井窖式”膜上移栽，烟株初花打顶。其他田间管理按优质雪茄烟生产规程进行。

1.3测定项目及方法

1.3.1农艺性状调查

各处理于移栽后30d标记10株生长一致的烟株进行观测，于打顶后7d按YC/T142-2010的方法测定株高、茎围、节距、有效叶数、最大叶长、最大叶宽。 1.3.2烟株干物质积累量及氮素含量

各处理于烟叶成熟期取3株长势均匀一致的烟株，将根、茎、叶分离后于105℃下杀青30min、60℃下烘干至恒重称重。烟株各部位氮素含量按YC/T160-2002的方法测定。

1.3.3氮肥吸收利用率根据杜彩艳等研究中的相关方法计算以下参数：

氮素积累量=根系干物质重×根系氮素含量+茎秆干物质重×茎秆氮素含量+叶片干物质重×叶片氮素含量：

氮肥利用率（NUE，%）=（施氮处理植株总氮积累量一不施氮处理植株总氮积累量）／氮肥施用量x100：

氮肥农学效率（NAE，kg/kg，指单位施氮量所增加的作物产量）=（Y-YO）/F，式中Y为施肥后所获得的叶片干物质积累量．YO为不施氮条件下叶片干物质积累量，F表示氮肥的投入量；

氮肥偏生产力（PFPN，kg/kg）=叶片干物质积累量／氮肥施用量。

1.3.4化学成分晾制后的中部叶初次发酵后进行常规化学成分（包括：总氮、蛋白质、烟碱、总糖、还原糖、钾、氯）测定。按YC/T 160-2002、YC/T161-2002的方法分别测定烟叶烟碱和总氮含量，YC/T249-2008的方法测定蛋白质含量，YC/T159-2019的方法测定总糖和还原糖含量．YC/T162-2011的方法测定氯含量．YC/T217-2007的方法测定钾含量。

1.3.5中性致香物质晾制后的中部叶初次发酵后进行中性致香物质（美拉德反应产物、苯丙氨酸降解产物、类西柏烷类降解产物、类胡萝卜类降解产物等）测定。烟叶初次发酵完成后，45℃烘干后过60目筛，采用水蒸气蒸馏一二氯甲烷溶剂萃取法提取香气物质。蒸发萃取后用旋转蒸发仪提取1mL左右样品，使用气质联用仪（美国，HP5890 -5972）进行中性致香物质测定。

1.4数据处理与分析

采用Microsoft Excel 2016和SPSS 22.0软件进行数据整理和分析，采用Duncan's法进行差异显著性分析。

2結果与分析

2.1不同施氮水平对雪茄烟成熟期农艺性状的影响

如表1所示，施氮处理的烟株株高、有效叶数、茎围、节距及最大叶长叶宽均较NO显著增加。随着施氮水平提高，烟株的株高、茎围、最大叶长均逐渐增加，节距先增加后降低。N3处理的有效叶数最多，N1处理的最大叶宽值最大。综合来看，N3处理的烟株农艺性状表现最优，但与N2、N1处理差异不显著。

2.2不同施氮水平对烟株干物质积累量的影响

由表2看出，随着施氮量增加，烟株的干物质积累总量先增加后降低，处理间差异显著，N1、N2、N3处理较NO显著提高52.15%～72.63%。同一施氮量水平下，干物质在烟株各器官的分配均表现为叶>茎>根。就烟株不同器官而言，根、茎干物质积累量随施氮水平的提高而增加，N2、N3处理根的干物质积累量显著高于N1;茎干物质积累量处理间差异显著：叶片干物质积累量随施氮水平的提高先增加后下降，处理间差异显著，N2处理显著高于其他处理。

2.3不同施氮水平对烟株氮肥吸收利用的影响

由表3可知，施氮处理的整株氮素积累量较NO显著提高169.14%～242.95%，处理间差异显著，整体表现为N2>N3 >N1>NO。各处理条件下烟株不同器官氮素积累量均表现为叶>茎>根，烟叶的氮素积累量占烟株的53.98%～69.00%．茎占20.15%～30.32%，根占10.05%～15.70%.

由表4可知，烟株氮肥利用率随施氮水平提高先升高后降低，处理间差异显著，N2处理显著高于N1和N3。氮肥農学效率也呈现先升高后降低的趋势，N3处理显著低于N1和N2，N1和N2差异不显著。氮肥偏生产力随施氮水平提高显著降低。

2.4不同施氮水平对雪茄烟叶化学成分含量的影响

由表5看出，随施氮量增加，烟叶总氮、烟碱含量显著升高，总氮含量3.00%～3.56%，烟碱含量3.97%～4.87%。总糖、还原糖含量显著降低，总糖含量0.91%～3.07%．还原糖含量0.73%～2.73%。蛋白质和钾含量先升高后降低，N2处理均显著高于N1和N3。N1处理的氮碱比最大，处理间无显著差异。N2处理的钾氯比最大，各处理间差异显著。

2.5不同施氮水平对雪茄烟叶中性致香物质含量的影响

由表6看出，烟叶中共检测出六类中性致香物质，各处理的新植二烯含量均最高，其次为类胡萝卜素降解产物。不同处理雪茄烟叶中性致香物质总量表现为N2>N3>N1。其中，新植二烯作为重要的中性致香物质，其含量远远大于其他类致香物质总和，且在N2处理时含量最高。随施氮水平提高，美拉德反应产物和类西柏烷类降解产物含量逐渐减少，苯丙氨酸类降解产物逐渐增加，类胡萝卜素降解产物先减少后增加，新植二烯、其他及中性致香物质总量均呈先增加后降低的趋势。

3讨论与结论

烟草农艺性状是烟株生理协调性最直接的外在表现，也是烟草生长发育过程中生理代谢和生化反应强弱的表现。本研究表明，氮肥用量增加对雪茄烟农艺性状均有不同程度的影响，但处理间差异不显著，这可能是由于前作水稻收获后残留氮素较多的缘故。随施氮量增加，烟株株高、有效叶数、茎围、最大叶长均逐渐增加，整体来看N3（240kg/hm2）处理农艺性状表现最优，这与前人研究结果基本一致。

烟草营养元素吸收及烟株干物质积累过程表现都近似“S”形曲线，即先增加后降低，且两者关系密切。氮素作为影响烟株生长发育及烟叶品质的重要营养元素之一，对烟株干物质积累起着关键作用。本研究结果显示，随着施氮量的增加，烟株干物质总量先增加后降低，各施氮水平下烟株不同器官干物质分配均表现为叶>茎>根，这与刘卫群等的研究结果一致。根和茎的干物质量均随施氮量的增加而增加，N3处理时达最大值；叶干物质积累量则随施氮量增加呈先增加后降低的变化，N2处理达最大值。这可能是由于过量施氮抑制烟株对其他营养元素的吸收，导致叶片干物质积累量有所下降。就烟株整株和烟叶而言，施氮量为210kg/m2时的干物质积累量最高。

氮肥利用率是衡量施氮水平是否合理的重要指标。杜彩艳等研究表明，烟株的氮素积累量随着氮用量的增加而提高，氮肥利用率先升高后降低，氮肥偏生产力显著下降。本试验条件下，随施氮水平提高，烟株氮素积累量先增加后降低，N2处理时达到最大。这种差距主要源于叶片氮素积累的差异，根和茎对烟株氮肥利用率差异的贡献较小。不同施氮水平下氮素在各器官的分配呈现相同规律，即叶>茎>根，这与前人在烤烟上的研究结果一致。氮肥利用率和氮肥农学效率均随施氮量增加而先升高后降低，均在N2处理时达到最大。随施氮水平提高，氮肥偏生产力显著下降，表明过量的氮肥施用会显著降低雪茄烟的氮肥利用效率。综合本试验条件下烟株氮肥吸收利用结果得出，怀化烟区适宜的施氮水平为210kg/hm2。

烟叶各化学成分含量并不是越高越好，抽吸过程中的感官感受是烟中各类化学成分综合影响的结果。前人研究表明，增施氮肥会增加烟叶含氮化合物含量，降低碳水化合物含量，本研究也有类似结果。参考张思唯等研究中优质烟叶的数据得出，本研究各处理烟叶总氮、总糖、钾含量均接近优质雪茄烟叶化学成分范围：氮碱比越接近于1，烟叶质量越好。本研究中，N1处理烟叶的氮碱比最高，但各处理间差异不显著。钾氯比越高，烟叶燃烧性越好。本研究结果显示，N2处理的钾氯比最高，且各处理间差异显著。综合来看，N2处理下雪茄烟叶各化学成分含量较协调，表明210kg/hm2氮用量更有利于烟叶内在品质形成。

中性致香物质种类繁多，其含量虽然很少，但对雪茄烟燃吸过程中特殊香味的形成有重要作用。其中，新植二烯作为烟叶中重要的致香物质，不仅有风味清香的特点，还可降低烟叶的刺激性，使烟气醇和。类胡萝卜素类降解产物中巨豆三烯酮可使雪茄烟叶抽吸过程中产生花香、木香等特点。本试验条件下，中性致香物质总量随着氮肥用量的增加先升高后降低，其中以N2处理表现最优，这与王慧方的研究结果较为一致。表明210kg/hm2氮用量更有利于怀化雪茄烟叶香气物质的形成与积累。关于氮肥对烟叶香气物质的具体影响机制有待进一步研究。