锌锰硼配施对雪茄烟叶矿质元素含量及其干物质积累的影响

管庆林，朴晟源，袁华恩，秦艳青，张思唯，王俊，雷云康，向欢，赵铭钦

(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，河南郑州 450002；2. 中国烟草总公司四川省公司，四川成都 610041；3. 四川省烟草公司德阳市公司，四川德阳 618400)

雪茄烟传统概念上是指用烟叶手工卷制的吸用烟卷[1]，因其香气独特、吃味浓、劲头大、满足感强和对人体危害较小等特点，深受消费者欢迎[2]。 而随着雪茄烟市场需求的增加，国内优质雪茄烟原料供给不足，严重制约了雪茄烟产业的发展。 四川什邡具有悠久的雪茄烟种植历史，但生产上为追求高产过多施用氮磷钾肥，忽视了微量元素肥料的补充，导致部分烟田土壤出现中微量元素缺乏、养分供应严重失衡和烟叶产质量下降的现象[3]。 通过改善烟株营养状况，为其生长提供全面、均衡的营养，是提高烟草产质量和可用性的重要措施[4]。 锌、锰、硼是烟株生长必需的微量元素，参与蛋白质代谢、生物碱合成、物质运输、光合作用等代谢过程[5]，其含量丰缺直接影响烟草的产量和品质[6-8]。 尼金玉等[9]研究发现，锌、硼、锰配施有利于烟草体内矿质元素含量和生物学产量的提高。 张晓园[10]研究表明，施用锌、锰、硼可显著提高夏玉米植株干物质的积累，对植株各器官的矿质养分吸收有显著促进作用。因此，通过锌、锰、硼元素配施来提高雪茄烟产量和品质，是有效解决优质雪茄烟原料不足，实现雪茄烟产业可持续发展的关键渠道之一。

矿质元素不仅对雪茄烟生长发育有促进作用，而且对调制后烟叶的产质量有重要影响[11]。叶片矿质元素含量水平较根茎等其它器官，更能直接反映烟株自身对土壤矿质元素的吸收利用状况，因此通过分析叶片矿质营养状况，可以对锌锰硼配施下雪茄烟潜在的营养状况进行有效诊断，从而改善烟株锌锰硼营养状况，使其施肥比例更加科学化。 目前国内涉及烟叶矿质营养的研究多集中在烤烟上[12-15]，对雪茄烟矿质元素的研究多集中在氮、磷、钾等元素[16-17]，而关于锌、硼、锰配施下雪茄烟叶矿质元素吸收及其与干物质积累间相关性的研究却鲜见报道。 鉴于此，本研究以德雪1 号为材料，对锌锰硼肥不同比例配施下雪茄烟生育期叶片中N、P、K、Ca、Mg、B、Cu、Fe、Mn、Zn、Na 共11 种元素含量进行测定，以明确各元素含量在不同时期的动态变化、元素间相关性及其与干物质积累间的相关关系，旨在为四川雪茄烟锌锰硼肥科学配施提供理论依据和应用参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2021 年在四川省什邡市师古镇洛阳村(东经104°04′，北纬31°10′，海拔543 m)进行。试验地土壤类型为水稻土，耕层土壤有机质含量31.24 g/kg、碱解氮120.42 mg/kg、速效磷38.14 mg/kg、速效钾89.14 mg/kg、有效硼0.49 mg/kg、有效锌0.63 mg/kg、有效锰3.95 mg/kg，pH 值为6.32。 供试烤烟品种为德雪1 号。 试验用硼砂、ZnSO4和MnSO4均购自国药集团化学试剂有限公司。

1.2 试验设计及方法

试验采用随机区组设计，共设置5 个处理，具体方案见表1。 重复3 次，小区面积66.7 m2。 参考前人[18-19]的研究，将不同微肥分别配成0.1%MnSO4、0.2%硼砂和0.2% ZnSO4水溶液后混合喷施。 于烟苗移栽后30 d 选择无风傍晚进行第1次喷施处理，之后每隔10 d 喷施1 次，共处理3次。 第1 次喷施总量的30%，第2、3 次均喷施总量的35%。 每次对烟叶正背面均匀喷施，并确保喷施后12 h 内无雨。

小区种植烤烟行距120 cm，株距40 cm。 666.7m2施纯氮11 kg，m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)约为1∶0.8∶2 计。 基肥条施，施入 60% 硝酸钾(N∶P2O5∶K2O＝13∶0∶46)、全部烟草专用复合肥(N∶P2O5∶K2O ＝10∶20∶20)和油菜饼肥(N ∶P2O5∶K2O＝3.5∶2.5∶1.5)；移栽后35 d 再追施40%硝酸钾。 其它田间农事操作与调制管理均按当地优质雪茄烟叶生产技术规范统一进行。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 干物质积累量的测定 于移栽后30 d 开始，各处理每10 d 选取具有代表性的烟株3 株，用去离子水清洗干净，并用吸水纸吸干表面水分后，将烟株的根、茎、叶分开，在105 ℃下杀青15 min，60 ℃烘干至恒重，测干物质量。

1.3.2 矿质元素含量的测定 将烟叶杀青样磨碎，过0.25 mm 筛，用于矿质元素测定。 其中，P、K、Ca、Mg、B、Cu、Fe、Mn、Zn、Na 含量采用干灰化法[20]测定，所用仪器为ICP-OES 分析仪(美国，VISTA- MPX)。 总氮含量参照 YC/T 161—2002[21]中的方法测定。

1.4 数据处理与分析

采用Microsoft Excel 2016 进行数据整理及图表绘制，运用DPS 7.05 进行差异显著性(Duncan’s法)检验和相关性分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对雪茄烟叶矿质元素平均含量的影响

从表2 可知，随着锌锰硼配施量增加，除Fe元素外，雪茄烟叶中其它元素含量均呈先升高后降低变化，且处理间差异显著，其中B 含量以T3处理最高，较CK 提高38.00%；N、P、K、Ca、Mg、Zn、Mn、Cu、Na 元素含量均以T2 处理最高，分别较CK 提高31.77%、30.29%、21.03%、24.68%、40.82%、54.05%、244.83%、100.00%、39.34%。说明锌锰硼配施可促进烟叶除Fe 元素外的其它矿质元素的吸收、转运和积累，提高烟叶矿质元素含量。 与其它元素含量相反，Fe 含量以CK 最高，T2 处理次之，分别为0.85 g/kg 和0.84 g/kg。 说明锌锰硼配施抑制其对Fe 元素的吸收，降低烟叶Fe 含量。 综合来看，T2 处理烟叶矿质元素含量最为适宜，矿质营养更为均衡。

2.2 不同处理对雪茄烟叶矿质元素含量动态变化的影响

由图1 可知，雪茄烟叶中11 种矿质元素含量变化表现为以下5 种类型:

图1 不同处理对雪茄烟叶11 种矿质元素含量动态变化的影响

(1)不同处理雪茄烟叶生长过程中P、Ca、Zn、Fe 含量变化趋势相似，即总体呈先升高后降低的单峰变化，但到达峰值的时间略有不同。 说明随时间的推移，雪茄烟对土壤中矿质元素的吸收同化能力增强，生长后期由于根系维管束木质化程度增加，烟株矿质元素吸收减弱。 在烟叶生长期间，P、Ca、Zn 含量均随锌锰硼配施量的升高呈先增加后降低变化趋势，叶片中P 和Ca 含量分别在移栽后40 d 和70 d 达到最大值，以T2 处理最高，分别较CK 提高41.03%和19.16%，CK 最低；随生育期推进，CK 烟叶Zn 含量有细微波动，但整体上仍呈先升后降变化趋势，移栽后70 d 达到峰值，而其余处理均于移栽后60 d 达到最高，说明锌锰硼配施可使锌吸收高峰提前，提高烟叶Zn 含量。 各处理间叶片Zn 含量随配施量增加呈先升后降变化趋势，移栽后30 d，除T4 处理Zn 含量低于CK 外，其余处理较CK 均有所增加，以T2处理最高，为0.040 g/kg；其它时期，各处理间烟叶Zn 含量均表现为T2＞T3＞T4＞T1＞CK。 而各处理烟叶中Fe 元素的吸收规律具有阶段性特点。移栽后30 d，Fe 含量表现为T3＞T4＞T2＞CK＞T1；移栽后40 ～60 d，以CK 最高，T2 处理次之；60 d后则表现为T2＞CK＞T3＞T1＞T4。

(2)在整个生育期内，烟叶中N、Na 含量总体呈先降后升变化趋势，除T4 外其它配比处理N含量于移栽后70 d 达到最低值，各处理Na 含量在移栽后40 ～50 d 达到最低值。 其中N 含量在70～80 d 有小幅上升，但整体上呈现前高后低变化趋势。 除移栽后40 d CK 烟叶N 含量较配施处理有所增多外，不同时期各处理烟叶N 含量变化趋势大致相同，即随配施量的增加，呈先升高后降低再升高变化趋势；生育期内烟叶Na 含量变化不大，为0.38～1.20 g/kg，各配施处理间差异不明显，以T2 处理较高，移栽后30 ～80 d，T2 处理Na含量分别为CK 的1.43、1.50、1.17、1.47、1.55 倍和1.19 倍。

(3)不同处理烟叶K 含量在整个生育期内呈下降趋势，即在生长前期烟叶K 含量出现最大值，而后随时间的推移，钾含量降低。 其中，K 含量在40～50 d 小幅上升，这说明移栽后40～50 d，雪茄烟累积单位干物质所需消耗的钾到达最高峰。 叶片K 含量在50～70 d 之间降幅较大，之后变化趋势平稳。 同一时期，各处理叶片K 含量均以T2 处理最高，CK 最低。

(4) 全生育期内，各处理烟叶Mg 含量呈先升后降再升高并趋于平稳的变化趋势。 移栽后30～50 d，烟叶Mg 含量呈先增后降变化趋势，各配施处理较CK 变幅更加明显，说明此时雪茄烟正处于根系适应与生长阶段，根系对Mg 的吸收能力存在波动；其它时期处理间叶片Mg 含量均随配施量的增加呈先升高后降低趋势，具体表现为T2＞T3＞T4＞T1＞CK。

(5) 叶片中Cu、Mn、B 含量在全生育期内呈波浪状变化，三者整体变化趋势相似，但处理间存在一定差异，峰值均出现在移栽后50 ～60 d。 在烤烟生长期间，烟叶Cu 和Mn 含量均随配施量的增大而先增加后降低，Cu 含量于移栽后50 d 达到最高值，以T2 最高，较CK、T1、T3、T4 处理增幅分别为59.21%、27.15%、3.62%、8.41%；各配施处理烟叶Mn 含量在移栽后60 d 达到峰值，T1 ～T4处理Mn 含量分别为0.34、0.76、0.65 g/kg 和0.49 g/kg，CK 在移栽后70 d 最高，为0.092 g/kg。 说明锌锰硼元素配施能提高Mn 的吸收强度和延长其吸收活跃期，促进烟叶对Mn 的吸收。 烟叶B含量在移栽后60 ～70 d 呈下降趋势，生育期内B含量处理间变化规律基本一致，表现为T3＞T4＞T2＞T1＞CK，说明锌锰硼配施可提高烟叶硼吸收速率，增加烟叶B 含量。

2.3 不同处理下雪茄烟叶矿质元素间的相关性分析

从表3 可知，N 与P、K、Cu、Fe 呈极显著正相关，与其余元素呈显著或极显著负相关；P 与Ca、Zn、Mn、Na 呈显著或极显著负相关，与Mg、Cu、Fe呈显著或极显著正相关；K 与Cu、Fe 呈显著或极显著正相关，与除Mn 外的其余元素呈极显著负相关；Ca 与Cu、Fe 呈极显著负相关，与Mg、Zn、B、Mn、Na 呈极显著正相关；Mg 与Cu 呈显著负相关，与Zn、B、Mn、Na 呈极显著正相关；Zn 与B、Mn、Na 呈极显著正相关，与Fe 呈显著负相关；B与Mn、Na 呈极显著正相关，与Cu、Fe 呈显著或极显著负相关；Mn 与Fe 呈极显著负相关，与Na 呈显著正相关；Cu 与Fe 呈显著正相关，Cu、Fe 与Na呈极显著负相关。 由此可以得出，N 与P、K 元素间存在协同增效机制，对Cu、Fe 含量的积累有促进作用，对Ca、Zn、Na 等含量的积累有一定的抑制效果；Ca、Mn 元素可一定程度上促进烟叶对Mg、Zn、B、Na 元素的吸收；而B 与Cu、Fe 及Fe 与Ca、Zn、B、Mn 间存在拮抗作用。

表3 不同处理下雪茄烟叶矿质元素间的相关性分析

2.4 不同处理对雪茄烟干物质积累的影响

从表4 可知，随着生育期的推移，雪茄烟干物质积累呈“S”形曲线变化，烟株前期生长较慢，之后进入旺长期(移栽后40 d)，烟株生长逐渐加快，干物质积累速率达到峰值，进入成熟采收期(移栽后70～80 d)后，生长速率又逐渐减慢。 各时期不同处理雪茄烟干物质重均随配施量的增加呈先升高后降低变化趋势。 移栽后30、40 d 和80 d，干物质重以T2、T3 处理较高，二者间差异不显著，分别较CK 显著增加3.82%、14.51%、15.31%和1.70%、12.63%、12.77%；移栽后50、60、70 d，处理间干物质重表现为T2＞T3＞T4＞T1＞CK，且T2处理显著高于其它各处理，分别为171.79、320.90 g/株和417.21 g/株。说明锌锰硼配施有利于烟株的生长发育和干物质积累，以T2 效果最佳，T3处理次之。

表4 不同处理对雪茄烟叶干物质积累的影响g/株

2.5 不同处理下雪茄烟叶矿质元素含量与干物质积累量间的相关分析

由表5 可知，叶片中N 含量与干物质积累量在30～40 d 及60 d 时相关性不显著，50 d 时存在极显著正相关，70 d 后达到显著负相关；P、Mg、Na含量仅在30 d 时与干物质积累量呈显著正相关，其余时期均呈极显著正相关；K 含量与干物质积累量在30、50 d 时相关性不显著，其余时期均存在极显著正相关；烟叶中Ca 元素仅在30 d 时与干物质积累量间相关性不显著，其余时期均存在极显著正相关；Zn 元素在50～60 d 时与干物质积累量间呈显著负相关，而在80 d 时呈极显著正相关，其余时期相关性均不显著；全生育期内烟叶Mn 含量与干物质积累量均达到极显著正相关，其相关系数分别为0.6657、0.8509、0.8509、0.9336、0.8790 和0.8962；B 元素与干物质积累量仅在70～80 d 时存在显著或极显著正相关；Cu 含量与干物质积累量在60 d 之后存在极显著正相关关系，其余时期与干物质积累量间无显著相关性；而Fe 含量与干物质积累量仅在70 d 时呈极显著正相关，其余时期相关性均不显著。

表5 全生育期内雪茄烟叶矿质元素含量与干物质积累量间的相关性分析

3 讨论

3.1 锌锰硼配施对雪茄烟叶矿质元素平均含量的影响

矿质元素以多种形式广泛参与植物体的各项生命活动[22]，不仅可以促进雪茄烟的生长发育，而且可提高其调制后烟叶的产质量[23]。 本研究中随着锌锰硼施用量的增加，叶片中N、P、K、Ca、Mg、Mn、Zn、B、Cu、Na 含量先升高后降低，低用量水平下，烟株根系对土壤中元素的吸收、转运和积累少，不利于烟叶的生长发育；高用量水平下，会使烟株出现“盐胁迫”现象，导致体内营养元素缺乏，引起细胞代谢紊乱[24-25]。 说明锌锰硼适宜配比施用可促进烟叶多数矿质元素的吸收和积累。而Fe 含量以CK 最高，T2 处理次之，表明锌锰硼施用不利于叶片对Fe 的吸收利用。 这与植物细胞吸收铁元素时，锌与铁的转运载体竞争相同的转运位点有关，不同浓度下烟叶锌铁平衡涉及的载体蛋白ZIP、FRO 和MTP 基因家族表达的情况不同[26]。

3.2 锌锰硼配施对雪茄烟叶矿质元素含量动态变化的影响

烟株生长过程中，不同时期不同部位烟株矿质元素含量的积累也不同，刘蒙蒙等[11]研究表明，雪茄茄衣烟根部矿质元素积累最多的时期在移栽后35 d 左右，而茎和叶则在后期较高。 本研究表明，不同处理烟株叶片中矿质元素含量在生育期内的吸收积累有各自的特点，呈一定的规律性变化，且处理间存在差异。 这与杨秋云等[27]在紫花苜蓿上的研究相一致。

氮是植物体内蛋白质、磷脂、酶和叶绿素等物质的重要组分，直接影响着雪茄烟叶产量和品质[28]。 本研究发现，雪茄烟移栽后30 d，各处理烟叶N 含量迅速下降，70 d 后有小幅上升，这是由于雪茄烟在生长前期进行营养生长，需要消耗大量氮素，成熟后期由于四川当地雨水较大烟叶出现“返青”现象。 这与霍昭光等[29]的研究结果相吻合，表明锌锰硼配施下雪茄烟生长后期应减少氮素供应，促进烟叶适时成熟采收。 通过分析处理间氮素吸收与积累规律发现，移栽后30 d，各配施处理氮素营养出现积累高峰，较CK 提前10 d 左右，表明锌锰硼配施能明显提高氮素在叶片中的转运与积累速率，促进烟株生长发育，因此雪茄烟大田管理中可减施氮肥增施锌锰硼肥。 这与刘梦星[30]的研究结果相符合。

硼对烟叶细胞膜和细胞壁的形成、稳定以及光合作用、碳氮代谢等过程有重要的调节作用，同时对烟叶产质量的形成有重要影响[31]。 本研究发现，随着生育期的推进，烟叶B 含量在60 d 达到峰值，30～70 d 烟叶B 含量均以T3 处理最高、CK 最低，这与张晓园[10]在夏玉米上的研究相一致，表明施用锌锰硼肥可提高烟叶中硼含量与总的累积吸收量。 其中，各处理烟叶B 含量在移栽60 d 后出现下降，这可能是因为当地后期降雨较多，土壤速效B 出现不同程度的淋失，烟叶出现缺B 现象。

Fe 作为辅酶因子和电子传递链的关键组分，参与了植物光合作用、氮固定、氨基酸合成等重要代谢过程[32]，缺Fe 会导致烟株叶片黄化和生长发育受阻，使烟叶产质量显著降低。 本研究发现，前期烟叶Fe 积累量CK 明显高于各配施处理，后期T2 处理烟叶Fe 积累量高于CK。 这可能是由于前中期(移栽后40 ～60 d)雪茄烟烟株较小，锌锰硼各配施处理浓度偏高，诱导烟株出现缺铁症状，烟叶铁含量偏低；后期(移栽后60 ～80 d)除T2 处理外，T3、T4 处理比例过高和T1 处理过低，均不利于烟叶铁元素积累。

K 可维持生物膜结构的稳定，参与核酸、磷脂、叶绿素等物质的合成及光合作用和碳代谢过程，其含量高低对保持细胞完整性及植物正常生长有重要作用[33-34]。 本研究发现，随着时间的推移，烟叶K 的积累逐渐下降，同一时期处理间K含量均以T2 最高，CK 最低。 这与王艳玲等[35]的研究结论基本一致，表明锌锰硼配施可促进钾的吸收与积累，提高烟叶钾含量。 从整体上来看，在整个生育内其余7 种元素含量处理间基本表现为T2＞T3＞T4＞T1＞CK，说明锌锰硼配施能在全生育期内有效促进烟叶对矿质元素的吸收、转运和积累，改善烟叶营养状况。

3.3 锌锰硼配施下雪茄烟叶矿质元素间的相关性分析

前人对雪茄烟叶片中大中微量元素间的相关性研究较少[11，16]。 本研究表明，N 与P、K 元素间存在协同增效作用，Ca、Mn 元素一定程度上促进烟叶对Mg、Zn、B、Na 的吸收；Fe 与Ca、Zn、B、Mn间存在一定的拮抗作用。 这与冀爱青等[36]的研究结果相一致。 而B 与Cu、Fe 间存在一定的拮抗作用，与霍昭光等[29]的研究结果不一致。 这可能是由于锌锰硼元素在烟叶Cu、Fe 离子养分吸收与利用过程中存在竞争作用有关，锌可影响铜的有效性，而在水培条件下锰、锌含量过高，会诱导烟株缺铁[37]。

3.4 锌锰硼配施对雪茄烟干物质积累的影响

烟株干物质积累量一定程度上反映了烟株的生长速率，而干物质的积累与水分、养分的供应及栽培措施密切相关[38]。 本研究发现，随着生育期的推进，雪茄烟干物质积累呈现出“慢-快-慢”特点，处理间随锌锰硼配施量的增加呈先升高后降低变化，以T2 效果最佳，T3 处理次之。 这与前人研究结果[39-40]相吻合。 可能是因为雪茄烟生长前期锌锰硼肥比例过大，促使雪茄烟幼苗组织的渗透压升高，影响其光合代谢及矿质营养代谢的正常进行，后期Zn、Mn、B 加速植物叶绿素的合成和CO2的同化，增强了雪茄烟的光合作用，促进了碳水化合物的正常运转，进而有助于器官的生长发育、光合有机物合成以及干物质的积累，但须选择适当的配施比例[41]。

3.5 锌锰硼配施下雪茄烟叶矿质元素含量与干物质积累量间的相关分析

烟叶中矿质元素的积累量在整个生育期内呈动态变化，且在不同时期各元素含量的动态变化与烟草生物量密切相关[30]。 本研究发现，叶片N含量与干物质积累量在30 ～40 d 和60 d 时相关性不显著，50 d 时存在极显著正相关，但在70 d后呈显著负相关；P、Mg、Na 元素含量与干物质积累量在全生育期内存在显著或极显著正相关；K含量仅在30 d 和50 d 时相关性不显著，其余时期均存在极显著正相关；Mn 元素含量全生育期内与干物质积累量间均达到极显著正相关；而Ca 元素仅在30 d 时相关性不显著，其余时间均有极显著正相关关系。 因此，生育期内叶片中N、P、K、Ca、Mg、Mn、Na 元素含量的动态变化，可作为雪茄烟锌锰硼肥配施过程中营养诊断和烟叶产量估测的重要参考。

本研究阐明了锌锰硼配施下不同生育期雪茄烟叶片矿质元素和干物质的累积特性，并对其相关性进行了分析，这对揭示雪茄烟叶对锌锰硼肥配施的响应规律具有一定的理论价值。 然而，锌锰硼配施下雪茄烟植株体内矿质元素在组织、细胞和亚细胞水平上的动态变化，及其与干物质积累关系间的内在生理生化机制，均有待今后进一步探讨。

4 结论

在雪茄烟生长期间，随着锌锰硼配施比例的增加，烟叶Fe 含量呈先降低后升高再降低的变化趋势，其余10 种元素含量和干物质积累量均呈先增加后降低趋势；叶片N 与P、K 元素间存在协同增效机制，对Cu、Fe 含量的积累有促进作用；Ca、Mn 元素可一定程度上促进烟叶对Mg、Zn、B、Na元素的吸收；而B 与Cu、Fe 及Fe 与Ca、Zn、B、Mn间存在拮抗作用；P、Mg、Mn、Na 元素与干物质积累量间呈显著或极显著相关，而其余7 种矿质元素仅在部分时期相关性达到显著或极显著水平；T2 处理的烟叶B 和Fe 含量适中，其余矿质元素含量均为最高，烟株干物质积累量最多，有利于提高烟叶产量。 因此在四川什邡烟区锌锰硼肥666.7m2宜采用10 g ZnSO4＋10 g MnSO4＋7.5 g 硼砂的配施比例(T2)。 本研究可为四川雪茄烟锌锰硼肥科学配施提供理论参考。