施氮量與種植密度對中棵煙生長發(fā)育和品質形成的影響

徐 暢，江厚龍，汪代斌*，秦平偉，任江波，李鈉鉀，廖 勇，陳慶明

(1.重慶市煙草公司，重慶 400023；2.重慶煙草科學研究所，重慶 400715)

氮素是烤煙生長發(fā)育的必需營養(yǎng)元素，參與到煙株的碳氮代謝等生理過程[1]，是限制煙草生長發(fā)育和產(chǎn)質量形成的關鍵因素[2]，其供應量直接影響煙株的物質代謝，進而決定了煙葉的香氣組成和吸食味道等品質指標[2]。有報道顯示，隨施氮量的增加，初烤煙葉的氮素、蛋白質、煙堿和質體色素等含量呈逐漸增加的趨勢[3]，還原糖[4]、淀粉[5]含量呈逐漸降低的趨勢。種植密度影響烤煙冠層的光分布、光截獲量及營養(yǎng)狀況，進而影響著煙株的光合速率、個體活力和群體光合生產(chǎn)能力，最終決定了群體生產(chǎn)能力[6-7]。種植密度是協(xié)調(diào)個體與群體矛盾、平衡產(chǎn)量和質量的關鍵因素[8]，過高或過低的種植密度都將影響烤煙的產(chǎn)量和品質[9]。在一定范圍內(nèi)，隨種植密度增大，煙葉的煙堿[10]、還原糖[11]、淀粉[12]等含量均有降低趨勢，而石油醚提取物、揮發(fā)酸和揮發(fā)堿含量則有增加趨勢[12]。另外，增大種植密度能減輕中部葉片“午休”的程度，從而促進干物質的積累[8]。

為解決煙葉庫存量偏大問題，優(yōu)化煙葉結構，提高煙葉品質，國家煙草專賣局提出了“優(yōu)化煙葉等級結構，提高優(yōu)質煙葉有效供給能力”的決策。有報道顯示，在重慶山地煙區(qū)優(yōu)化鮮煙葉等級結構時，以摘除下部2～3片葉、上部1～2片葉為宜[13-14]，而正常年份有效葉片為18片左右，優(yōu)化結構后有效葉片僅有13～15片，可能導致煙葉產(chǎn)量損失1/5～1/4。

為減少煙農(nóng)因優(yōu)化等級結構而造成的損失，進一步彰顯重慶煙葉的品質特色，本研究以K326為材料，通過協(xié)調(diào)氮素供應、調(diào)控種植密度的方式來培育“中棵煙”，為重慶煙區(qū)培育“中棵煙”、彰顯“渝金香”煙葉品牌風格特征、保障煙農(nóng)收益提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以烤煙品種K326為材料，于2015年在重慶市彭水縣靛水鄉(xiāng)開展試驗。試驗地海拔為900 m，地勢平坦，肥力均勻。土壤為中壤土，有機質含量為28.80 g/kg，堿解氮含量為227.10 mg/kg，速效磷含量為18.20 mg/kg，速效鉀含量為208.00 mg/kg。

1.2 試驗方法

采用雙因素裂區(qū)設計，栽培密度(M)為主區(qū)，施氮量(N)為副區(qū)，主副區(qū)分別設4個水平，共16個處理，3次重復，隨機區(qū)組排列，小區(qū)面積100 m2。種植密度M1～M4分別為15000、16500、18000、19500株/hm2；施氮量N1～N4分別為90.0、97.5、105.0、112.5 kg/hm2。各處理的農(nóng)家肥施用量為1500 kg/hm2，餅肥施用量為750 kg/hm2，氮肥用于基肥∶追肥=2∶1，氮∶磷∶鉀=1∶1∶2.5～3。

1.3 測定方法

1.3.1 農(nóng)藝性狀測定 選擇并標記代表性煙株10棵，于圓頂期分別測定株高、莖圍、最大葉長、最大葉寬及有效葉片數(shù)。

1.3.2 質體色素含量測定 分別于栽后65±1 d的晴天上午進行，每個處理選5株代表性煙株，取由下而上第10葉位葉片，于液氮罐中帶回實驗室，置于-80 ℃超低溫冰箱保存。參照蕭浪濤等[15]的方法，測定鮮煙葉質體色素含量。

1.3.3 干物質含量測定 于移栽后65 d(圓頂期)，分別于各小區(qū)選擇5棵代表性煙株，連根挖起后用清水沖洗根系，并將根、莖、葉分開，經(jīng)105 ℃殺青30 min、60 ℃烘干后分別稱重。

1.3.4 化學成分含量測定 各處理分別選擇5棵代表性煙株，于栽后30、45、60、75、90 d取第9～11葉位葉片(由下而上)，參照YC/Y 161─2002方法測定鮮煙葉氮素含量。參照YC/T 159─2002、YC/T 160─2002、YC/Y 161─2002、YC/Y 162─2002、YC/Y 173─2002等方法測定烤后煙葉(C3F)的還原糖、煙堿、總氮、氯、鉀等含量。

1.3.5 致香物質含量測定 烤后煙葉取C3F樣品，由云南同創(chuàng)檢測技術股份有限公司采用蒸餾萃取-氣相色譜質譜聯(lián)用法測定中性致香物質含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

雙因素顯著性檢驗和LSD法多重比較采用SPSS 19.0進行。

2 結果與分析

2.1 對煙株農(nóng)藝性狀的影響

由表1可知，不同施氮量間，株高和最大葉寬有極顯著差異，莖圍有顯著差異，最大葉長、葉片數(shù)差異不顯著；不同種植密度間，煙株農(nóng)藝性狀不存在顯著差異；而施氮量與種植密度互作僅對株高有極顯著影響。鑒于張崇范[16]對“中棵煙”的特征描述，本試驗各處理煙株的農(nóng)藝性狀均表現(xiàn)出典型的“中棵煙”特征。

表1 施氮量和種植密度互作對煙株農(nóng)藝性狀的影響 (圓頂期)

注：*表示差異顯著(P<0.05)，**表示差異極顯著(P<0.01)。同列數(shù)據(jù)后不同的小寫字母表示處理間達到顯著差異(P<0.05)。下同。

2.2 對鮮煙葉質體色素含量的影響

從烤煙葉片質體色素含量(表2)來看，施氮量、種植密度對葉片葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素含量具有極顯著影響(P<0.01)；同時，施氮量×種植密度對葉片質體色素含量也有極顯著交互作用(P<0.01)。其中，葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素含量隨施氮量的增加而顯著增加，隨種植密度的增加而顯著降低。各處理中，以高施氮量、低種植密度處理(N4M1)的葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素含量最高，以低施氮量、高種植密度處理(N1M4)的葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素含量最低。

表2 施氮量和種植密度對烤煙質體色素含量的影響mg/g

2.3 對鮮煙葉干物質含量的影響

由圖1可知，煙株的根、莖、葉的干物質累積量與施氮量、種植密度和施氮量×種植密度互作均呈極顯著相關。隨種植密度增加，根、莖、葉的干物質含量呈顯著降低趨勢，均以M1干物質含量最高，M2次之，M4最低，這可能與增加種植密度后分攤了單株氮素供應量進而降低了干物質積累量有關[17]。種植密度對根系干物質積累量的影響較小，莖次之，而葉片干物質累積量受種植密度的影響最大。施氮量與根、莖、葉干物質含量間呈正相關，增加施氮量可提升根、莖、葉的干物質含量，以施氮量為N1的干物質含量最低，施氮量為N4的干物質含量最高。

圖1 不同處理對烤煙干物質積累量的影響

由表3可知，施氮量、種植密度及施氮量×種植密度對根、莖、葉干物質積累量均有極顯著影響(P<0.01)。對根和莖干重的影響，以施氮量和種植密度互作的影響最大，種植密度次之，施氮量的影響最小。對葉干重的影響，以施氮量的影響最大，種植密度次之，施氮量和種植密度互作的影響最小。

表3 不同處理對烤煙干物質積累量影響的方差分析結果

2.4 對烤后煙葉化學成分的影響

煙葉化學成分含量及其協(xié)調(diào)性是決定其品質和工業(yè)可用性的重要因素[18]，是環(huán)境、遺傳和栽培等因素綜合作用的結果[19]。由表4可以看出，施氮量和種植密度極顯著地影響烤后煙葉的還原糖、氮、鉀、氯和煙堿等含量；此外，施氮量與種植密度互作對除氮素外的其它化學成分含量具極顯著性影響(P<0.01)。由圖2可知，煙葉的氮、煙堿和鉀含量隨施氮量的增加而逐漸增加，氯和還原糖含量隨施氮量的增加而逐漸降低。

圖2還顯示，隨種植密度的增加，煙葉氮素含量呈逐漸降低趨勢(N4除外)，煙堿含量也呈逐漸降低的趨勢(N3除外)。氯素含量以M1最低，M3次之，M2的氯含量最高。鉀素含量以M1最低，M2、M4次之，M3的鉀含量最高。此外，隨種植密度的增加，還原糖含量呈逐漸降低的趨勢。

圖2 施氮量和種植密度互作對烤后煙葉化學成分含量的影響表4 施氮量和種植密度對烤后煙葉化學成分含量影響的方差分析結果

因素還原糖氮煙堿鉀氯施氮量191.85**34.98**51.39**76.26**121.87**種植密度24.41**5.01**5.82**25.97**65.12**施氮量×種植密度12.51**1.126.99**6.51**12.00**

2.5 對烤后煙葉致香物質的影響

致香物質是影響煙葉感官質量的重要物質基礎[20]，其含量及比例不同對人的嗅覺產(chǎn)生的刺激作用也不同，進而形成不同的嗅覺反映[21]。本研究采用蒸餾萃取-氣相色譜質譜聯(lián)用法共檢測出69種致香物質，將其分為酮類、醛類、醇類、酸類、酯類、其它、新植二烯及致香物質總量等8類進行分析，結果見圖3。

由圖3可知，酮類、醛類、醇類、酸類、酯類、其它等致香物質含量以M2、M3較高，M1、M4較低；施氮量較低(N1)時，新植二烯含量和致香物質總量隨種植密度的提高而增加；高施氮量(N2、N3、N4)下新植二烯含量和致香物質總量隨密度的提高呈先增加后降低的趨勢，均以M3處理含量最高。由施氮量來看，酮類致香物質含量隨施氮量的提高而逐漸增加，醛類、醇類、酸類、酯類、其它等致香物質含量隨施氮的增加呈先升高后降低的趨勢，以N2、N3較高，N1、N4較低；新植二烯含量和致香物質總量也有隨施氮量增加而逐漸提高的趨勢，以N1最低，以N4最高。

Ⅰ：酮類致香物質；Ⅱ：醛類致香物質；Ⅲ：醇類致香物質；Ⅳ：酸類致香物質； Ⅴ：酯類致香物質；Ⅵ：其它致香物質；Ⅶ：新植二烯；Ⅷ：致香物質總量。圖3 施氮量和密度互作對烤后煙葉致香物質含量的影響

3 討論

農(nóng)藝性狀是作物在田間表現(xiàn)出來的狀態(tài)和特征，受品種特性、栽培措施及環(huán)境條件等影響，在一定程度上反眏了作物的生長發(fā)育狀況和產(chǎn)量品質特征[22-23]。本研究表明，施氮量對株高和最大葉寬有極顯著的影響(P<0.01)，對莖圍的影響達顯著水平(P<0.05)，對最大葉長和葉片數(shù)沒有顯著的影響，范藝寬[24]、計玉[25]等也報道了類似的研究結果。種植密度對煙株農(nóng)藝性狀的影響均未達到顯著水平，楊躍華等[26]研究則發(fā)現(xiàn)種植密度對烤煙農(nóng)藝性狀有顯著的影響，這可能與本試驗密度水平相差較小有關。另外，不同于張喜峰等[27]的報道，本研究表明施氮量與種植密度互作僅對株高有顯著影響(P<0.01)。

質體色素本身不具香味特征，但可分解轉化形成致香物質[28]。作為烤煙重要的光合色素，質體色素對煙株的生長發(fā)育起著至關重要的作用[29]，其含量隨煙草品種、環(huán)境、栽培、調(diào)制及加工的不同而異[30]。本研究發(fā)現(xiàn)，施氮量、種植密度及施氮量×種植密度互作對烤煙葉片質體色素含量具有極顯著的影響(P<0.01)；葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素含量與施氮量間呈顯著的正相關關系，與種植密度間呈顯著的負相關關系。也有研究顯示，烤煙質體色素含量與施氮量[31]和種植密度[30]呈現(xiàn)類似的關系。劉朝科等[32]發(fā)現(xiàn)，施氮量、種植密度、種植密度×施氮量對葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素含量無顯著影響。

烤煙是產(chǎn)量和品質并重的葉用經(jīng)濟作物[33]，其產(chǎn)量取決于煙株干物質積累量及在葉片中分配量[34]。干物質是煙葉產(chǎn)量和品質形成的集成，栽后不同時期干物質積累狀況反映了煙株各部位生長發(fā)育狀況[35]，其積累量與營養(yǎng)吸收和生態(tài)條件密切相關。研究表明，施氮量與煙株根、莖、葉的干物質含量呈正相關，增加施氮量可顯著增加根、莖、葉干物質的含量；謝會雅等[36]的研究也表明，烤煙根莖葉的干物質含量隨施氮量增加而逐漸增加。在本研究中，隨種植密度的增加，根、莖、葉的干物質含量均呈降低的趨勢；種植密度對葉片干物質含量影響最大，莖干物質含量次之，根系干物質含量受到的影響最小。這可能與種植密度增加后，加大了煙株個體間的競爭、降低了個體獲得的生長因子，進而導致了葉片光合效率降低、光合產(chǎn)物積累量減少[8]。李海平等[9]也得到了類似的研究結果。

作為評價煙葉質量的重要指標，化學成分含量及其協(xié)調(diào)性決定著煙葉的品質水平、煙氣的風格特征和工業(yè)的使用價值[37-38]。本研究顯示，施氮量、種植密度及兩者互作均極顯著地影響著煙葉的還原糖、氮、煙堿、鉀和氯等含量。氮、煙堿和鉀含量與施氮量呈正相關關系，與種植密度間呈負相關關系，氯和還原糖含量與施氮量呈負相關關系，還原糖含量與種植密度呈負相關關系，也有報道顯示，隨氮肥施用量增加，煙葉的糖分含量逐漸降低，含氮化合物含量逐漸增高[39]，張建[40]也報道了類似的研究結果。化學成分研究測定顯示，除氯外，各成分含量均在適宜范圍內(nèi)[41-42]，種植密度以16500株/hm2和18000株/hm2的效果較好。向世平等[43]研究種植密度時發(fā)現(xiàn)，在張家界中低海拔煙區(qū)以18000株/hm2為宜，高海拔煙區(qū)以16500株/hm2為宜。

作為衡量工業(yè)可用性的重要因素，香氣物質直接決定著煙葉品質的優(yōu)劣[44]，其成分及含量受生態(tài)、品種、栽培、調(diào)制等因素的影響[45]。本文顯示，M2、M3下酮類、醛類、醇類、酸類、酯類、其它等致香物質含量較高，而M1、M4較低；低氮下新植二烯和致香物質總量隨種植密度的提高逐漸降低，高氮下隨種植密度增加呈先增加后降低的趨勢。劉會杰等[46]也發(fā)現(xiàn)了種植密度與煙葉香氣物質含量的類似關系。本研究發(fā)現(xiàn)，隨施氮量的增加，新植二烯含量和致香物質總量逐漸提高，酮類含量逐漸增加，其他各致香物質均呈先升高后降低的趨勢，李文卿等[47]也報道了類似的研究結果。

4 結論

作為煙株生長發(fā)育和品質形成最為關鍵的因素，施氮量和種植密度是培育“中棵煙”的重要調(diào)控手段。本研究表明，本試驗條件下培育K326品種的“中棵煙”時，種植密度和施氮量分別以18000株/hm2、112.5 kg/hm2為宜。此時，煙株田間表現(xiàn)出明顯的“中棵煙”特征，碳氮代謝強度適中，正常成熟落黃，化學成分協(xié)調(diào)，致香物質含量高；可推測這種煙葉的綜合品質較高、工業(yè)可用性強。因此，在重慶煙區(qū)生態(tài)條件下可借鑒本研究結果來培育“中棵煙”，來進一步彰顯“渝金香”煙葉品牌的風格特征，并彌補煙農(nóng)因處理不適用煙葉而造成的經(jīng)濟損失。