有机肥配施对我国烟叶品质影响的整合分析

摘要：为研究有机无机肥配施对烤烟烟叶中主要化学成分的影响，探究不同影响因素下有机无机肥配施对烤烟烟叶主要化学成分含量的具体效应，以“烤烟”“有机肥”“品质”“化学成分”为关键词，检索并整合了国内相关的169篇文献，提取出631组主要数据建立数据库，选择对数响应比作为效应量进行整合分析。结果表明，相比于无机肥单独施用，有机无机肥配施可显著提升烟叶中还原性糖含量和糖碱比（5.5%和9.3%）、降低烟碱含量（−5.6%），还可小幅度提高烤烟香气质、香气量、余味、杂气、刺激性和细腻度（4.5%、5.2%、2.5%、1.5%、1.8%和3.4%）。有机无机肥配施在北方烟区土壤中对提升烤烟烟叶中还原性糖含量、糖碱比和降低烟碱含量有更明显的效果（18.06%、25.86%、−5.26%）；有机无机肥配施在相对贫瘠的土壤上效果更明显，当土壤有效氮含量小于100 mg·kg−1时，其增加烤烟烟叶中还原性糖含量和糖碱比、降低烟碱含量的效果更加明显（6.82%、14.11%、−9.43%）。当烤烟种植密度在15 000～17 000 株·hm−2时，有机无机肥配施对提高烟叶中还原性糖、钾离子含量和糖碱比、降低烟碱含量有更好的效果（9.53%、9.42%、18.06%、−7.04%）。当有机氮比例为50%时，有机无机肥配施有大幅降低烟碱含量、提升烟叶中钾离子、还原性糖含量和糖碱比的效果（−8.80%、11.50%、8.9%、13.80%）。综上所述，有机无机肥配施对烤烟烟叶中还原性糖、钾离子、烟碱、糖碱比影响较大，且能通过影响烟叶化学成分含量来协调烤烟的感官质量。在北方烟区或当土壤有效氮磷钾含量较低、无机氮投入总量大于100 kg·hm−2、肥料有机氮比例为50%时，有机无机肥配施更有利于烤烟烟叶中钾离子、还原性糖的积累，降低烟碱含量，提升糖碱比。因此，在烤烟种植和施肥前，应根据对烟叶化学成分的需求，综合考量环境、土壤、施肥等因素，制定合适的有机无机肥配施方案，以达到生产目的。

关键词：有机肥；烤烟；有机氮比例；化学成分；整合分析；感官质量doi：10.13304/j.nykjdb.2023.0240

中图分类号：S572 文献标志码：A 文章编号：10080864（2024）12016412

烤烟是我国主要经济作物之一，烤烟对肥料的施用十分敏感[1]，合理施肥可以增加烤烟的产量和品质。近些年由于烟农过度追求烤烟产量和经济效益的最大化，在种植烤烟时大量施用无机肥[2]，致使我国许多植烟区域都出现了土壤板结、营养失衡、酸碱失调等一系列问题[3-5]，造成烤烟品质下降。烟叶中的化学成分含量是烤烟品质评定的主要指标[6]，主要包括总氮、烟碱、还原性糖、氯离子和钾离子，这些化学成分也与烤烟的气味、口感、燃烧性等感官质量关系密切[7-9]。为了解决以上问题，目前已采取了有机无机肥配施等改良措施。有机肥较无机肥具有更加丰富充足的有机质，且肥效稳定长久，长时间施用具有对环境破坏较小、丰富土壤营养元素、调节土壤结构等优点[4，10]，但有机肥肥效释放较慢且价格较高，也会影响烤烟的正常生长和营养积累。因此，探究有机无机肥配施对烤烟烟叶主要化学成分的影响对提升烤烟品质和经济效益有重要意义。氮、磷、钾是对烟叶化学成分累积影响较大的3种元素。研究表明，有机肥能够通过改变土壤理化性质、养分含量、生物特性来提高酶活性、增加酶含量[1112]，使得土壤中的氮、磷、钾等元素释放和有效化[1315]。目前，我国不同烟区已针对不同种类。不同比例有机无机肥配施对烤烟产量、经济效益和化学成分的影响开展了大量基础田间试验[16-18]。但由于不同地区间气候条件、土壤理化性质、田间管理措施差异较大，其结果不能证明有机无机肥配施在其他地区的效果是否与试验地一致，无法得出概括性的结论。同时，在相关领域的整合分析（metaanalysis）中，前人只探究了有机无机肥配施对烤烟产量和综合品质的影响[19]，但对有机无机肥配施对烤烟烟叶中具体化学成分含量的影响缺乏全面分析。

本研究在大量相关文献数据的基础上，以优质烤烟烟叶化学成分含量为标准，通过文献数据整合，定量统计有机无机肥配施下烤烟烟叶中几类主要化学成分含量和主要感官质量的变化，并进一步探究不同有机氮比例、环境因素、土壤理化性质和不同田间管理措施对有机无机肥配施效果的影响，旨在为烤烟的合理施肥和品质形成提供科学的理论依据。

1 材料与方法

1.1 筛选文献

文献筛选要求如下。①文献中试验所在地在中国；②文献中试验包含单独施用无机肥和有机无机肥配施2种处理；③文献中试验分析结果包含烤烟烟叶中部主要化学成分（总氮、烟碱、还原性糖、钾离子、氯离子）的均值和标准差；④文献中标明试验具体所在地、植烟密度、植烟土壤理化性质、肥料施用量、有机肥种类（植物来源或动物来源）；⑤试验肥料处理包括有机氮占无机氮总量的比例。

在中国知网（www.cnki.net）上进行高级检索，检索关键词为烤烟+烟草、有机肥+无机肥、产量+质量；在Web of science网站（clarivate.com/zh-hans/solutions/web-of-science）直接检索 tobacco、yield×production、organic fertilizer、chemical composition，共筛选出文献192篇，经过进一步筛选评估后最终得到169篇文献用于后续分析。

1.2 数据提取及分类

筛选各文献中的试验数据。从169篇文献中的文字和图表中提取出631组数据，并建立数据库。首先根据是否进行有机无机肥配施对烤烟烟叶中的主要化学成分含量和感官质量进行总体分析；之后基于文献试验的条件，从以下几个因素对化学成分进行亚组分析，划分标准来源于不同亚组的数据分布，具体划分如表1所示。

1.3 数据整合

整合分析是一种对多个相对独立的同类研究结果进行综合汇总并得出结论的一种定量分析方法 [18] 。为了更好地以数据形式研究有机无机肥配施对烤烟烟叶化学成分含量的作用以及各个亚组因素对其不同的影响，对数据库中的数据进行整合分析。建立数据库时每个研究对象的数据必需包含处理组样本量（Ne）、为对照组样本量（Nc）、处理组平均值（Me）、对照组平均值（Mc）、处理组标准差（SDe）对照组标准差（SDc）这6组数据，用对数响应比（log response ratios，lnRR）作为统计学效应值指标，如式（1）所示。

因为本研究所筛选的文献数据时间和空间跨度很大，并且不同地区的烤烟种植方式、种植地气候条件、土壤理化性质都有很大的差异，所以选用随机效应模型（random effect model， REM）计算。整合分析通过对每个独立研究的对数响应比进行加权，得出权重平均对数响应比（weighted response ration，RR++）、平均值变异系数（variance，V）、权重系数（weighted factor，Wi）、权重平均对数响应比的标准差（SD）和95% 的置信区间（confidence intervals，CI），计算公式如下。

对每一组效应值进行权重平均对数响应比分析后得到其95%置信区间，如果其效应值的95%置信区间均大于0，说明有机无机肥配施对烤烟烟叶主要化学成分有显著的正效应；如果其效应值的95%置信区间均小于0，则说明有机无机肥配施对烤烟烟叶主要化学成分有显著的负效应；如果其效应值的95%置信区间包含0，则说明有机无机肥配施对烤烟烟叶主要化学成分无显著影响。

通过公式（7）计算有机无机肥配施较无机肥单独施用的增幅（E）。

1.4 优质烤烟烟叶化学成分标准

优质烤烟烟叶的化学成分含量标准如表2所示。

1.5 数据分析

采用OpenMEE和R软件进行数据分析，并用Microsoft Excel、 Adobe Illustrator软件进行数据整理和绘图。

2 结果与分析

2.1 有机无机肥配施对烤烟烟叶化学成分的影响

分析有机无机肥配施对烤烟烟叶中主要化学成分含量的影响，结果（图1）表明，烤烟烟叶中不同化学成分含量对有机无机肥配施的响应存在差异，与无机肥单独施用相比，有机无机肥配施显著增加了烟叶中还原性糖含量，提升了糖碱比，降低了烟碱含量，增幅分别为5.5%、9.3%、−5.6%。

2.2 不同气候条件下有机无机肥配施对烤烟烟叶中化学成分含量的影响

气候因子对烤烟化学成分的积累有较大影响。将种植地的年均降水、气温和日照时长分别划为3个水平，分析其对对烤烟烟叶中化学成分含量的影响，结果（图2）表明，年均日照时长对烤烟烟叶中还原性糖影响显著，当种植地年均日照时长大于2 000 h 时，有机无机肥配施对烤烟烟叶中还原性糖含量的提升作用达到了12.86%，说明较长时间的日照能促使有机无机肥配施后烤烟烟叶中糖分的积累。与南方烟区相比，有机无机肥配施在北方烟区对提升烤烟烟叶中还原性糖含量和糖碱比、降低烟碱含量的效果更优，增幅分别为18.06%、25.86%、−5.26%。随着种植地年均降水和气温的降低，有机无机肥配施对烤烟烟叶中还原性糖含量的增加作用更加明显，且随着种植地年均降水量的减少，有机无机肥配施对烤烟烟叶中糖碱比的提升作用和对烟碱含量的降低作用更加明显，当年均降水在500～1 000 mm时，有机无机肥配施的效果最优，烟叶的糖碱比提升21.29%，烟碱含量降低7.60%。

2.3 不同土壤理化性质下有机无机肥配施对烤烟烟叶化学成分含量的影响

土壤pH、有机质和各种矿质营养元素含量与烤烟烟叶中主要化学成分含量关系密切。将土壤pH划分为3个水平进行分析，结果（图3）表明，在不同土壤pH水平下，有机无机肥配施均能增加烤烟烟叶中还原性糖含量，提升糖碱比，降低烟碱含量，尤其在石灰性土壤中，有机无机肥配施对烟叶中还原性糖含量、糖碱比、烟碱含量影响较大，增幅分别为5.44%、15.26%、−8.33%。由此说明，相较于中性和酸性土壤，在石灰性土壤上有机无机肥配施对调控烟叶中化学成分的效果更显著。当土壤自身肥力相对较低时，有机无机肥配施效果更优。当土壤有效氮含量小于100 mg·kg−1时，有机无机肥配施显著增加烤烟烟叶中还原性糖含量，提升糖碱比，降低烟碱含量，增幅分别为6.82%、14.11%、−9.43%；土壤有效磷含量小于10 mg·kg−1时，有机无机肥配施可增加烤烟烟叶中还原性糖含量，提升糖碱比量，降低烟碱含量，增幅分别为7.57%、9.97%、−8.06%。土壤有效钾含量小于100 mg·kg−1，有机无机肥配施可增加烟叶中钾离子含量（14.11%），在一定范围内土壤有效钾含量越少，有机无机肥配施对烟叶中钾离子含量的增加作用越明显。

2.4 不同田间管理措施下有机无机肥配施对烤烟烟叶化学成分含量的影响

将肥料氮总量分为3个水平进行分析，结果（图4）表明，当氮投入总量大于100 kg·hm−2时，有机无机肥配施使烤烟烟叶中还原性糖含量和糖碱比显著提升11.85%和30.60%，烟碱和总氮含量显著降低13.84%和8.24%。在3种不同水平烤烟种植密度下，当种植密度保持在15 000～17 000株·hm−2时，有机无机肥配施使叶片中还原性糖和钾离子含量及糖碱比显著提高9.53%、9.42%、18.06%，烟碱含量显著降低7.04%。将有机肥来源分为动物源和植物源进行分析，发现不同来源的有机肥对烤烟叶片中化学成分含量影响较小。

2.5 不同有机氮比例下有机无机肥配施对烤烟烟叶化学成分的影响

将有机氮比例和有机无机肥配施对烤烟烟叶中不同化学成分的对数响应比进行最优模型回归分析，结果（图5）显示，随着有机氮比例的升高，有机无机肥配施对烟叶中总氮和烟碱含量的降低作用增强，且有机无机肥配施对烤烟烟叶中总氮和烟碱含量的对数响应比与有机无机肥中有机氮比例呈负相关关系，当有机氮比例为100%时，有机无机肥配施能够最大程度地降低烟叶中的烟碱和总氮含量，降幅分别为17.6%和6.7%。不同有机氮比例下，有机无机肥配施对烤烟烟叶中钾、还原性糖含量和糖碱比有明显的提升效果，当有机氮比例为50%时，有机无机肥配施可显著增加烟叶中钾、还原性糖含量及糖碱比，增幅分别为11.5%、8.9%、13.8%。

2.6 有机无机肥配施对烤烟烟叶化学成分优质的样本比例的影响

以优质烤烟各化学成分的含量标准为参考（表2），统计分析各化学成分数据的样本量，结果（表3）表明，有机无机肥配施后，还原性糖的优质样本比例降低5%；其他5种化学成分的优质样本比例有小幅度提升，其中提升效果最大的是糖碱比，较单独施用无机肥提升6%。总体来看，有机无机肥配施对烤烟烟叶化学成分优质样本比例的提升作用较小，其主要作用可能是协调烤烟烟叶中的碳氮比（糖碱比）关系。

2.7 有机无机肥配施对烤烟感官质量的影响

烤烟感官质量的优劣也是评判烤烟品质高低的主要因素之一。由图6可知，有机无机肥配施处理烤烟的香气量、香气质量和细腻度较单独施用无机肥显著增加5.2%、4.5%和3.4%；同时对吸食后的余味、杂气和刺激性也有小幅度的提升效果，增幅分别为2.5%、1.5%、1.8%；对香气含量、吸食劲头、甜度和燃烧性影响不显著。

3 讨论

3.1 烟叶中化学成分对有机无机肥配施的响应

本研究表明，有机无机肥配施显著增加烤烟烟叶中还原性糖含量，降低烟碱含量，提高糖碱比。其原因可能是因为有机无机肥配施提高了烟株根际土壤中转化酶的活性，而转化酶可以裂解二糖，增加土壤中碳素含量，促进烟株吸收利用碳素合成碳水化合物[22]，同时有机肥施入土壤后给土壤带来了大量的腐殖酸，腐殖酸可以通过促进烤烟根系的生长和根系对养分的吸收来影响烤烟的生理代谢，从而增加烟叶中还原糖的累积[23]。在相同施氮水平下，有机肥的矿化度较低，导致烟株在生长发育前期的氮素营养低于单独施用无机氮处理[24]，因而烟叶中烟碱含量降低，糖碱比升高。

本研究结果表明，有机无机肥配施主要通过影响烤烟烟叶中的烟碱、还原性糖和糖碱比的优质样本比例来提高烤烟整体质量。还原性糖、烟碱和糖碱比这3个指标对烤烟品质有较大影响[9]。研究表明，烟叶中还原糖含量与烤烟的香气、口感、刺激性等烤烟感官质量呈极其显著相关[89]。烤烟品质主要由烟叶中碳氮化合物的协调程度决定，优质烟叶中碳水化合物和含氮化合物之间保持平衡和协调。烟叶中的烟碱能够中和糖类化合物燃烧产生的酸性物质，有利于形成好的吸食口感，但若其含量超过一定范围，则会对吸食口感造成负面影响[25]。值得注意的是，本研究发现在有机无机肥配施前后都只有少部分烤烟烟叶样本中化学成分处于优质范围内。因此，控制不同因素下有机无机肥配施后化学成分优质样本比例的提升有利于提高有机无机肥配施的效果。

3.2 烤烟感官质量对有机无机肥配施的响应

有机无机肥配施处理烤烟的香气质好、香气量充足、余味舒适、细腻度好。研究发现，施用有机肥显著增加土壤和烤烟中的游离氨基酸数量，氨基酸对烤烟的香味形成有重要作用，部分氨基酸是烤烟香味物质的前体物质[2627]。游离氨基酸数量的提高促使烤烟香气质的提高和香气量的增加，同时有机肥在土壤中分解的过程除了释放苹果酸和饱和脂肪酸等物质外，还可产生多种激素，促进烤烟植株体内的代谢，有利于香气前体物多酚和类胡萝卜素的积累[28]。这些化学物质的增加有利于改良烟叶香气和口感，提高烤烟品质[7，29]。烤烟烟叶中的化学成分含量与烤后烟叶的感官质量息息相关。有机无机肥配施显著降低了烤烟烟叶中的烟碱含量，增加了还原性糖含量，提高了糖碱比，因此有机无机肥配施可通过改变烟叶内这2 种化学成分的含量来协调烤烟的部分感官质量。研究发现，烟叶中烟碱含量与烤烟的香气、余味、杂气和刺激性呈负相关关系；还原性糖含量和糖碱比与烤烟余味、杂气、刺激性呈正相关关系[30]。但是值得注意的是，有机无机肥配施在增加部分感官品质的同时，也增加了烤烟吸食的杂气，加强了对口腔的刺激性，因此是否能够找到更好的有机无机肥比例，使得杂气和刺激性降低或不增加，这还需要进一步的深入研究。

3.3 环境因素对有机无机肥配施效果的影响

烤烟烟叶中还原性糖和钾离子含量受日照影响较大，有机无机肥配施通过增加烤烟叶片中的叶绿素含量和调节胞间CO2浓度来增强烤烟叶片的光合作用，促进碳氮代谢协调发展，促进钾离子的吸收和糖分的积累[3132]。本研究表明，当种植地年均日照时长大于2 000 h时，有机无机肥配施明显增加了烟叶中还原性糖和钾离子含量。我国烤烟种植地一般位于湖南、云南、广西等南方地区，这些地区年均日照时间较长，有利于烤烟叶片的光合作用[33]。本研究发现，相比于南方烟区，有机无机肥配施对提升北方烟区烟叶的还原性糖、降低烟碱的作用更显著。这可能是由于南方烟区常年高温多雨，有机无机肥施入到土壤后由于淋洗、径流、蒸发等作用造成土壤矿质营养元素流失[34]，导致肥料利用率低。本研究发现，当种植地年均降水和气温较低时，有机无机肥配施对烤烟烟叶的提升作用更明显。由此说明，在年均日照时长较长、气温和降水量较低的植烟区及北方烟区进行有机无机肥配施更有利于促进烟叶中糖分和钾离子的积累、调控糖碱比。

土壤pH对有机无机肥配施效果也有较大影响。本研究表明，在中性或石灰性的土壤上进行有机无机肥配施可显著增加烤烟烟叶中还原性糖和钾离子含量、降低烟碱含量、提高糖碱比，而在酸性土壤条件下有机无机肥配施的作用较小。这可能是因为土壤pH过低会影响土壤阳离子交换量，降低土壤矿质营养元素的有效性，从而抑制烤烟根系吸收养分。黎成厚等[35]研究发现，土壤氢离子含量过高会降低烤烟根系对土壤中钾离子的吸收，降低烤烟烟叶中钾离子含量，导致光合作用降低，从而间接影响还原性糖的积累[3637]。在一定范围内，土壤肥力越低，有机无机肥配施对烤烟烟叶中钾离子、还原性糖、糖碱比的提升作用越明显。这可能是在土壤肥力较高的地区，有机无机肥虽然能够进一步增加土壤有机质和养分含量，但增加幅度有限，远不如对低肥力地区的增肥效果明显。在低肥力地区，有机无机肥提供的各种养分能更有效地提高土壤综合肥力，促进烤烟根系吸收营养物质，提升有机无机肥配施的效果。由此说明，在自身肥力较低的石灰性土壤中，有机无机肥配施对促进烟叶中糖分和钾离子的积累以及调控糖碱比的效果更优。

种植密度也是影响烤烟烟叶化学成分含量的重要因素之一。种植密度过高或过低都会影响烤烟对土壤养分的吸收及叶片的光合作用。当烤烟种植密度保持在15 000～16 000 株·hm−2时，能有效减少烟叶午休作用，增大田间叶面积系数，增加光合作用积累，促使烤烟根系能够更好地吸收土壤中的营养元素，提高烤烟对肥料的利用率[38]。本研究也发现，当植烟密度为15 000～17 000 株·hm−2 时，有机无机肥配施能明显增加烤烟烟叶中还原性糖和钾离子含量，降低烟碱含量，提高糖碱比。

3.4 肥料中氮素比例和用量对有机无机肥配施效果的影响

烤烟对于营养物质特别是氮素的需求十分敏感，不同生长时期所需要的氮素量不同，在生长旺盛期需要大量的氮素用于生长发育，而成熟期对氮素的需求减弱。有机肥施入到土壤后，其养分需要一定时间才能释放，所以单独施用有机肥会导致烟株生长发育前期土壤供氮不足、后期供氮过剩。单施无机肥虽然能保证烟株发育前期对氮素的需求，却不能保证土壤的氮素等营养元素的长期稳定供应[20，3940]。本研究表明，在有机无机肥配施时，肥料氮总量大于100 kg·hm−2且有机氮比例为50%时，能最大程度地保证烤烟全生育期的养分供给都维持在充足水平，有利于烟叶中还原性糖、钾离子和氯离子的含量的提高，降低或不增加烟叶中总氮和烟碱含量，协调糖碱比，充分发挥有机肥和无机肥的优点。

总体来说，在北方烟区土壤有效氮、磷、钾含量相对较低且土壤pH较高的情况下，有机无机肥配施更有利于烤烟烟叶中钾离子和还原性糖的积累，从而提升糖碱比。在田间管理上，建议烤烟种植密度保持在15 000～17 000 株·hm−2，控制将肥料中无机氮总量大于100 kg·hm−2（也不宜过大），同时有机氮比例为50%。在这些措施下，有机无机肥配施更有利于烤烟还原性糖的积累和糖碱比的协调。

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