施用中微量元素肥料对烤烟产量与品质影响的整合分析

杨效家　姚彬　黄成东　徐照丽　邓小鹏　马二登

摘要：揭示施用中微量元素（钙、镁、硼、锌）肥料对烤烟产量与品质的综合效应，为烤烟科学施肥提供依据。研究数据来源于中国知网，以“烤烟”“中微量元素肥料”“产量”和“品质”为主要关键词进行检索，共筛选134篇文献，521组数据。以不施钙、镁、硼、锌肥为对照组，施用钙、镁、硼、锌肥为试验组，采用整合分析定量评价施用中微量元素肥料对烤烟产量与品质的影响。结果表明，施用中微量元素肥料可显著提高烤烟产量（E=7.78%）、产值（E=10.82%）、均价（E=4.23%）和上等烟比例（E=12.91%），显著改善烤烟农艺性状；土施配合叶面喷施中微量元素肥料增产效果较好（E=9.23%）；土壤肥力水平较低时，中微量元素肥料增产效应显著；南方烟区施用中微量元素肥料增产效果较好（E=7.37%）；随着时间推移，中微量元素肥料增产效应呈逐年降低趋势。施用中微量元素肥料对提高烤烟产量和经济效益具有积极效果，同时其增产效应受施肥方式、土壤性状、植烟区域、试验时间以及烤烟品种的影响。

关键词：中微量元素肥料；烤烟；产量；品质；整合分析

中图分类号：S572.06文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2023）14-0116-08

烤烟是我国重要的经济作物之一［1］，2020年全国烤烟播种面积约88.7万hm2，产量约202.2万t，均位居世界前列［2］。长期以来，烟农为追求烤烟产量和经济效益最大化，施用大量氮磷钾元素肥料，忽视了中微量元素肥料的使用，导致养分失衡，影响烤烟生长，不利于产量与品质形成。研究表明，烤烟施用中微量元素肥料可改善根系形态［3］，促进烟株生长，提高中上等烟比例和产量，改善品质，增加经济效益［4］。因此，研究中微量元素肥料對烤烟产量和品质的影响对于烤烟提质增产具有重要意义。

整合分析是一种量化综述方法［5］，可对同类主题下多个研究结果进行系统分析和评价，全面反映各独立研究间的共性［6-7］，得出相对客观的结果。在烤烟上，前人采用整合分析评价了施镁和有机无机肥料配施对烤烟产量与品质的综合效应［8-9］，得出了科学的结论，有利于指导烤烟生产，但中微量元素肥料的相关报道较少。目前，我国研究人员在全国各地开展了大量关于施用中微量元素肥料对烤烟产量与品质影响的独立试验［10-11］，但其研究结果均依赖研究区域特定的环境、土壤属性等条件，难以说明施用中微量元素肥料对烤烟产量与品质的综合效应。为了整体认识不同因素下施用中微量元素肥料对烤烟产量与品质的影响，需利用这些相对独立的试验研究进行大样本数据的整合分析。

本研究整合1987—2021年中国知网发表的文献数据，在全国及区域尺度上定量分析施用中微量元素肥料对烤烟产量与品质的综合影响以及不同因素（施肥方式、土壤性状、植烟区域、试验时间和烤烟品种）下施用中微量元素肥料对烤烟的增产效应，以期为烤烟合理施肥和可持续生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 数据收集

研究数据来源于中国知网数据库，以“烤烟”“中微量元素肥料”“产量”和“品质”为主要关键词进行文献检索。根据整合分析方法中数据整合的要求和本研究目的，基于以下标准进行文献筛选：（1）试验材料为烤烟、烟草或烟叶；（2）试验地点位于我国境内，且为大田试验；（3）同一研究中必须包含施用中微量元素肥料（钙、镁、硼、锌等）试验组和不施中微量元素肥料（钙、镁、硼、锌等）对照组；（4）文献中须明确试验时间、试验地点、烤烟品种、土壤理化性状、中微量元素肥料种类及施肥方式等信息；（5）文献中须明确试验处理重复数以及产量与品质数据。基于以上5个标准，共筛选134篇文献，包含521组数据。收集的文献数据时间跨度为1987—2021年，地理跨度上包含全国18个省市及自治区。在数据搜集过程中，如果文献中数据是以柱状图或折线图形式呈现，则使用GetData Graph Digitizer软件进行数字转换后获取［12］。

1.2 数据分类

本研究的中微量元素肥料包括钙、镁、硼和锌肥4种，各元素肥料经济性状、农艺性状和品质指标数据量分布见表1。按照施肥方式、土壤全氮含量、土壤有效磷含量、土壤速效钾含量、土壤pH值、土壤有机质含量、植烟区域、试验时间和烤烟品种进行亚组分析。施肥方式划分为土壤施用、叶面喷施和土壤施用配合叶面喷施；土壤全氮含量划分为 <1 g/kg、1～2 g/kg、＞2 g/kg；土壤有效磷含量划分为<10 mg/kg、10～20 mg/kg、＞20 mg/kg；土壤速效钾含量划分为<100 mg/kg、100～160 mg/kg、＞160 mg/kg；土壤pH值划分为<5.5、5.5～6.5、＞6.5；土壤有机质含量划分为<20 g/kg、20～30 g/kg 、＞30 g/kg；植烟区域划分为南方烟区、北方烟区；试验时间划分为2000年以前、2000—2010年、2011—2021年；烤烟品种划分为：云烟85、云烟87、红花大金元、CB-1、K326。

1.3 整合分析

收集的数据来自全国不同植烟区域的独立试验研究，其中烟田管理措施、土壤理化性质和气候环境等因素存在较大差异。随机效应模型不但考虑了研究内的变异，也考虑了研究间的变异［13］，因此本研究采用随机效应模型计算效应值。

在Excel 2019中建立数据库，选择反应比R作为效应量，采用自然对数反应比lnR作为效应值，衡量施用中微量元素肥料对烤烟产量与品质的影响程度。

效应量计算公式如下：

R=X1/X2；（1）

效应值计算公式如下：

lnR=ln（X1/X2）。（2）

式中：X1为施用中微量元素肥料处理的烤烟产量或品质的平均值；X2为不施用中微量元素肥料处理的烤烟产量或品质的平均值。

为了便于解释施用中微量元素肥料对烤烟产量与品质的影响，利用Excel 2019中EXP函数将效应值lnR转化为增长幅度E（E为负值时表示负增长）。

增长幅度E的计算公式如下：

E=［exp（lnR）-1］×100%。（3）

计算效应值lnR的95%置信区间，若lnR的95%置信区间均＞0，则说明施用中微量元素肥料对烤烟产量或品质有显著的正效应；若lnR的95%置信区间均＜0，则说明施用中微量元素肥料对烤烟产量或品质有显著的负效应；若lnR的95%置信区间包含0，则说明施用中微量元素肥料对烤烟产量或品质的效应不显著。在亚组分析中，若不同分组内lnR的95%置信区间重叠，则认为组间差异不显著，反之则认为组间差异显著。

1.4 数据处理

采用Excel 2019进行数据处理和部分图形制作，采用SPSS 22.0软件进行数据计算和统计分析，采用Origin 2021软件进行绘图。

2 结果与分析

2.1 中微量元素肥料对烤烟经济性状的影响

由图1可知，与不施中微量元素肥料相比，施用中微量元素肥料显著提高了烤烟的经济性状，其中烤烟上等烟叶比例增幅最大（E=12.91%），其次是产值（E=10.82%）、产量（E=7.78%）和均价（E=4.23%）。在不同中微量元素肥料种类上，施用钙、镁、硼与锌肥均能显著提高烤烟产量、产值、均价和上等烟叶比例，其中钙肥增幅（E）分别为8.00%、7.14%、2.43%和12.86%，镁肥增幅（E）分别为9.22%、14.19%、5.01%和15.60%，硼肥增幅（E）分别为6.61%、9.86%、5.02%和14.68%，锌肥增幅（E）分别为7.83%、10.05%和2.18%和9.55%。

2.2 中微量元素肥料对烤烟农艺性状的影响

由图2可知，与不施中微量元素肥料相比，施用中微量元素肥料显著改善了烤烟的农艺性状，其中茎围增幅最大（E=3.36%），其次是株高（E=2.88%）和叶片数（E=2.70%）。4种中微量元素肥料对烤烟农艺性状的影响程度不同，钙肥显著提高了烤烟茎围、株高和叶片数，其中茎围增幅最大（E=4.29%），其次是株高（E=4.19%）和叶片数（E=3.56%）。镁肥显著增加了烤烟叶片数（E=3.14%），但对茎围和株高没有显著影响。硼肥显著提高了烤烟茎围、株高和叶片数，其中茎围增幅最大（E=5.02%），其次是株高（E=4.29%）和叶片数（E=2.43%）。锌肥能显著提高烤烟茎围（E=3.51%）和株高（E=2.84%），但对叶片数没有显著影响。

2.3 中微量元素肥料对烤烟品质指标的影响

由图3可知，与不施中微量元素肥料相比，施用钙肥显著提高了烤烟总糖含量（E=7.14%），对总氮（E=0.50%）、总钾（E=1.11%）和还原糖（E=3.36%）含量均表现为正效应但不显著，对烟碱（E=-3.25%）与总氯（E=-3.54%）含量均表现为负效应但不显著。施用镁肥显著提高了烤烟总糖（E=3.24%）和还原糖（E=4.93%）含量，对总氮（E=0.15%）、总钾（E=3.94%）和总氯（E=3.40%）含量表现为正效应但不显著，对烟碱含量（E=-1.30%）表现为负效应但不显著。施用硼肥显著提高了烤烟烟碱（E=4.60%）和总氮（E=2.53%）含量，对总钾（E=1.92%）含量表现为正效应但不显著，对总氯（E=-12.98%）含量表现为显著负效应，对总糖（E=-2.18%）和还原糖（E=-0.30%）含量表现为负效应但不显著。施用锌肥能提高烤烟总氮（E=0.63%）、总钾（E=2.75%）和总氯（E=2.61%）含量但不显著，对烤烟总糖（E=-6.61%）含量表现为显著负效应，对烟碱（E=-2.68%）和还原糖（E=-2.77%）含量表现为负效应但不显著。

2.4 施肥方式对中微量元素肥料增产效应的影响

由图4可知，3种施肥方式均显著提高了烤烟产量，且施肥方式之间没有明显差异。其中土施配合叶面喷施增产效果最好（E=9.23%），其次是土壤施用（E=8.32%）和叶面喷施（E=5.55%）。钙肥土施可显著提高烤烟产量，增长幅度（E）为7.13%。镁肥在3种方式下施用均可显著提高烤烟产量，其中土施增产幅度最高（E=9.99%），其次是土施配合叶面喷施（E=8.87%）和叶面喷施（E=4.38%）。硼肥在3种方式下施用均可显著提高烤烟产量，其中土施配合叶面喷施效果最好（E=9.91%），其次是叶面喷施（E=7.02%）和土壤施用（E=5.78%）。锌肥在3种方式下施用均可显著提高烤烟产量，其中土壤施用增产幅度最高（E=8.96%），其次是土施配合叶面喷施（E=8.06%）和叶面喷施（E=4.21%）。

2.5 土壤性状对中微量元素肥料增产效应的影响

由图5可知，土壤全氮含量为1～2 g/kg时，施用中微量元素肥料对烤烟增产幅度最高（E=10.93%），其次是全氮含量＞2 g/kg（E=3.25%）和<1 g/kg（E=1.88%）。在不同土壤有效磷水平下，施用中微量元素肥料均可显著提高烤烟产量，其中土壤有效磷含量为10～20 mg/kg时增产幅度最高（E=10.82%），其次是土壤有效磷含量<10 mg/kg（E=6.25%）和>20 mg/kg（E=6.20%）。随着土壤速效钾含量降低，施用中微量元素肥料对烤烟的增产效应逐渐增加，且均达到显著水平，其中土壤速效钾含量＞160 mg/kg时烤烟增产幅度最低（E=5.44%），其次是土壤速效钾含量为100～160 mg/kg（E=6.08%）和<100 mg/kg（E=13.56%）。在不同土壤pH值水平下，施用中微量元素肥料均可显著提高烤烟产量，但各pH值间没有显著差异，其中pH值为5.5～6.5时增产幅度最高（E=10.53%），其次是pH值＞6.5（E=6.56%）和<5.5（E=5.80%）。隨着土壤有机质含量降低，施用中微量元素肥料对烤烟的增产效应逐渐增加，其中有机质含量＞30 g/kg时烤烟增产幅度最低（E=4.28%），其次是土壤有机质含量为20～30 g/kg（E=7.80%）和<20 g/kg（E=9.68%）。

2.6 其他因素对中微量元素肥料增产效应的影响

将植烟区域、试验年份和烤烟品种划分为不同水平进行分析。由图6可知，在北方烟区，施用中微量元素肥料对烤烟增产效应不显著（E=0.98%），而在南方烟区具有显著的增产效应（E=7.37%），且南北烟区存在显著差异。从试验年份看，施用中微量元素肥料在不同年份均表现出显著增产效应，但不同年份间增产效应没有显著差异，其中在2000年之前施用中微量元素肥料对烤烟增产的幅度最高（E=11.73%），其次为2000—2010年（E=7.08%）和2011—2021年（E=6.87%）。在烤烟品种上，施用中微量元素肥料对云烟85、云烟87、红花大金元、CB-1和K326均表现出显著的增产效应，增产幅度（E）分别为8.73%、7.61%、8.51%、5.74%和8.24%，5个烤烟品种平均增幅（E）为7.77%，各烤烟品种之间没有显著差异。

3 讨论

施用中微量元素肥料可显著提高烤烟的产量和经济性状，究其原因在于中微量元素是烤烟中酶、维生素、激素等的重要组成部分，直接或间接参与机体的生理代谢过程，能够改善烤烟的根系形态，促进叶片生长，增强抗病性，提高产量与品质［14-15］。不同中微量元素肥料对烤烟产量、产值、均价和上等烟叶比例的影响程度不同，一方面受当地特定的土壤和气候环境条件影响，另一方面与中微量元素肥料的用量、施用次数和施用时期等因素有关。因此，合理搭配中微量元素肥料，有利于烤烟的矿质营养均衡并在此基础上促进烤烟生长，提高烤烟产量和品质。

钙具有稳定生物膜、调节烤烟生理代谢和促进其他营养元素吸收的作用，因此施用钙肥可显著提高烤烟株高、茎围和叶片数。镁是叶绿素的中心原子，能提高叶片光合速率，对烟叶开展有积极影响［16］，施用镁肥有利于增加烤烟叶片数。本研究还表明，施用硼肥能提高烤烟株高和茎围，这与尹小怀等的研究结果［17］一致。原因可能是硼能促进碳水化合物和蛋白质运输，协调烤烟的生理机能，提高抗逆性［18］。锌作为烤烟体内氧化还原反应的催化剂，能促进叶绿素和生长素的合成［19］。综上，施用中微量元素肥料对于改善烤烟农艺性状具有积极意义。

烤烟是一种典型的叶用经济作物，其外观品质、烟气特性和评吸质量等均由烟叶化学成分含量的高低及协调性所决定［20］。本研究表明，施用钙肥、镁肥和锌肥对烤烟烟碱、总氮和总氯含量没有显著影响；施用钙肥、镁肥、硼肥、锌肥可提高烤烟总钾含量，但不显著；施用钙肥和镁肥可显著提高烤烟总糖含量；施用钙肥和硼肥对烤烟总氯含量表现为负效应，镁肥和锌肥表现为正效应但不显著。可见施用中微量元素肥料并不能显著升高或降低烤烟中某一化学成分的含量，而是通过中微量元素调节烤烟的生理代谢来维持各化学成分的平衡，从而提高烤烟的内在品质，这与前人的研究结果［21-22］较为一致。但有关中微量元素肥料对烤烟某一化学成分的影响程度和内在作用机制还有待于进一步研究。

合理的施肥方式能促进肥效发挥，提高肥料利用率［23-25］。我国植烟区域多位于南方，土壤钙镁缺乏，因此施用钙肥、镁肥可提高烤烟产量。叶面喷施镁肥往往只能缓解缺镁症状，不能满足全生育期镁需求，因此镁肥土施比叶面喷施效果更好。硼肥土施配合叶面喷施效果较好，原因可能是硼在烤烟体内移动性差，叶面喷施更有利于吸收，还可促进烤烟对钾的吸收积累［26］，有利于防治气候性斑点等叶部病害［27］。锌肥叶面喷施效果不如土施，原因可能与叶面喷施时期有关，伏秋庭等的研究表明，在烤煙团棵期、旺长期和打顶后均喷施0.2%锌元素会因锌过量而减产，若锌肥用量不足则会降低烤烟光合速率，从而影响烤烟产量提高［28-29］。

土壤是烤烟吸收养分的主要场所。本研究表明，土壤全氮含量为1～2 g/kg时施用中微量元素肥料增产效应显著，原因可能是土壤氮素不足导致烤烟生长缓慢，植株矮小；氮素过量会导致烤烟生长过旺，无法正常成熟［30］。土壤有效磷含量为 10～20 mg/kg时中微量元素肥料增产效应显著，原因可能是土壤磷素过低，根系生长受阻，茎株矮小［31］；土壤磷素过高，烤后烟叶弹性差，易破碎。许自成等研究指出，要根据土壤磷素情况采取“补磷、调磷、限磷”相结合的措施，稳定磷素水平［32］。土壤速效钾和有机质含量越低，中微量元素肥料的增产效应越显著，原因是对于低肥力土壤，中微量元素肥料补充的速效养分能及时供烤烟吸收利用。土壤pH值通过影响土壤中养分形态和有效性来影响烤烟产量［33］。土壤pH值为5.5～6.5时增产幅度最高（E=10.53%），这与郭山虎等的研究结论［34-35］一致，陈瑞泰等在“中国烟草种植区划”一文中把土壤pH 值为5.0～6.5作为最适宜烤烟种植范围［36］。综上，在低肥力植烟区，施用中微量元素肥料烤烟产量增幅较高；在高肥力植烟区，中微量元素肥料虽然可以补充土壤养分含量，提高土壤肥力，但提升烤烟产量的空间较小。同时烤烟在微酸性土壤上种植效果较好。

从植烟区域来看，南方烟区施用中微量元素肥料的增产效果较好，原因可能是南方雨热充沛，气候条件较适宜烤烟生长，且种植历史悠久，土壤氮磷钾丰富；而北方烟区降雨较少，气候环境不利于烤烟生长。因此，南方比北方更适宜烤烟种植，这也是烤烟生产基地逐渐南移，南方烟叶产量占全国总产量80%以上的重要原因［37］。在2000年之前施用中微量元素肥料增产效果较好，原因可能是在此之前，忽略了中微量元素的重要性，土壤中含量相对缺乏。随着时间的推移，烟农开始意识到中微量元素的重要作用，大量使用有机肥料和含中微量元素的复合肥，带入了大量的中微量元素，故施用中微量元素肥料的增产效应降低。此外，不同烤烟品种施用中微量元素肥料均具有显著的增产效应。

4 结论

本研究通过整合独立试验，分析不同条件下中微量元素肥料的增产效应，说明了施用中微量元素肥料可提高烤烟产量与品质，增加农民经济效益，在实际生产中有利于提高养分利用效率，有利于指导农民科学施肥，得出的主要结论如下。

施用中微量元素肥料显著提高了烤烟产量、产值、均价和上等烟叶比例，显著提高了烤烟株高、茎围和叶片数，但对烤烟烟碱、总氮和总钾含量没有显著影响。在施肥方式上，土壤施用配合叶面喷施中微量元素肥料对烤烟增产效果较好，其次是土壤施用和叶面喷施。在土壤全氮含量为 1～2 g/kg、有效磷含量为10～20 mg/kg、速效钾含量<100 mg/kg、有机质含量<20 g/kg以及pH值为5.5～6.5条件下，施用中微量元素肥料对烤烟增产效应显著。南方烟区施用中微量元素肥料增产效果较好。不同试验年份和烤烟品种下施用中微量元素肥料均具有显著增产效应。不同中微量元素肥料的交互影响作用、施用量和施用方法等在今后还应进一步研究。

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收稿日期：2022-10-22

基金项目：中国烟草总公司云南省公司重大科技计划（编号：2019530000241012）；国家重点研发计划（编号：2016YFE0103100）。

作者简介：杨效家（1996—），男，河南周口人，硕士研究生，主要从事绿色智能肥料研究。E-mail：yangxj2059@163.com。

通信作者：黄成东，博士，副教授，主要从事肥料创新与评价研究，E-mail：chengdonghuang@cau.edu.cn；徐照丽，博士，副研究员，主要从事烟草营养与栽培研究，E-mail：836126481@qq.com。