摘除不適用葉與噴施光碳核肥對烤煙上部葉生理代謝及品質(zhì)的影響

劉 領(lǐng)，李 冬，申洪濤，白 峰，趙世民

1.河南科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院，河南省洛陽市開元大道263號 471023

2.河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，鄭州市經(jīng)開區(qū)第3大街9號 450000

3.河南省煙草公司洛陽市公司技術(shù)中心，河南省洛陽市開元大道246號 471023

烤煙上部葉數(shù)目占整株煙葉數(shù)目的三分之一，占整株總產(chǎn)量的30%～40%，且口感濃度飽滿、香氣量足，是卷煙配方中的重要原料［1］。國外上部煙葉在卷煙配方中的使用率占整個煙葉的40%，而我國上部煙葉在卷煙工業(yè)中的可用性偏低，主要原因與我國上部葉開片不佳、葉片偏厚、組織結(jié)構(gòu)緊密、內(nèi)在化學(xué)成分不協(xié)調(diào)等有關(guān)［2］。研究表明通過摘除田間不適用鮮煙葉，能改善煙葉群體生長環(huán)境，協(xié)調(diào)煙株個體養(yǎng)分分配，提高烤煙上部葉的開片度和烤后煙葉的內(nèi)在品質(zhì)［3］。李偉等［4］研究表明，上部煙葉的單葉質(zhì)量和含梗率由摘除下部煙葉的數(shù)量、摘除時期以及摘除頂部葉片數(shù)共同調(diào)控，烤煙上部煙葉的開片度、葉片厚度、平衡含水率、葉面密度主要受摘除下部煙葉數(shù)量的影響。

在煙葉成熟期，通過加強水分管理、平衡施肥、化學(xué)調(diào)控、改進烘烤技術(shù)等措施能提高上部煙葉的可用性［5］，其中噴施葉面肥肥效快，能及時補充煙株養(yǎng)分，改善煙株營養(yǎng)，促進葉片生長，是一種較為經(jīng)濟有效的手段［6］。豫西煙區(qū)是我國著名的優(yōu)質(zhì)煙葉產(chǎn)區(qū)之一，然而因煙葉生長期降雨量較少，導(dǎo)致上部葉開片不充分、工業(yè)可用性低等問題十分突出［7］。光碳核肥是一種新型環(huán)保的葉面肥，又稱CO2捕集劑，能夠增強植物葉片的光合性能，促進植物對營養(yǎng)元素的吸收與轉(zhuǎn)化［8-10］。目前，田間摘除不適用煙葉與噴施葉面肥相結(jié)合對烤煙上部葉開片及品質(zhì)的影響鮮有報道。為此，通過研究豫西煙區(qū)摘除下部不適用葉與噴施光碳核肥對烤煙上部葉生理代謝及品質(zhì)的影響，旨在為當?shù)責(zé)熑~生產(chǎn)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

2017年，在洛陽市宜陽縣石村現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)示范區(qū)（34°54′N，111°82′E）進行試驗，供試烤煙品種為豫煙6號。供試葉面肥為光碳核肥，成分為10%氨基酸、20%微藻、10%酵母糖、5%吸附劑、1%磷酸乙二胺、1%膠體劑、2%吸水劑、1%絡(luò)合劑和50%純凈水，由南陽東侖生物光碳科技有限公司提供。試驗地年均氣溫13.7℃，年均無霜期216 d，年降水量600～800 mm。土壤質(zhì)地為褐土，土壤基本理化性質(zhì)：pH 8.1，有機質(zhì)含量12.8 g·kg-1，堿解氮55.6 mg·kg-1，速效磷 10.2 mg·kg-1，速效鉀 136.7 mg·g-1。

1.2 試驗設(shè)計

在田間煙株50%中心花開放時，統(tǒng)一摘除長度小于20 cm的頂葉。正常打頂，打頂時設(shè)置3個處理。CK（對照）：打頂時不摘除下部不適用葉，留22片葉，噴施清水；T1處理：打頂時摘除下部6片不適用葉，留16片葉，噴施清水；T2處理：打頂時摘除下部6片不適用葉，留16片葉，噴施光碳核肥。每個處理隨機排列，重復(fù)3次，每個小區(qū)面積50 m2（10 m×5 m）。打頂當天，將光碳核肥溶液（光碳核肥∶水=1∶250）均勻噴施于煙片正反兩面，以葉片濕潤且無溶液滴下為宜，同時CK與T1噴施等量清水。

試驗田按當?shù)厣a(chǎn)要求統(tǒng)一施用375 kg·hm-2芝麻餅肥、300 kg·hm-2煙草專用復(fù)合肥（N∶P∶K=8∶10∶12）、150 kg·hm-2硫酸鉀和150 kg·hm-2生物炭（基肥）。煙株緩苗期追施75 kg·hm-2硝酸鉀（提苗肥）。煙苗統(tǒng)一在5月8日移栽，田間行距1.2 m，株距0.5 m，密度為16 665株·hm-2，其他田間管理措施按照洛陽市烤煙生產(chǎn)技術(shù)標準執(zhí)行。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 葉面積測定

于打頂當天、打頂后10、20和30 d，選取各處理預(yù)先標記（打頂前將株高相近的煙株進行掛牌）的長勢均勻且具有代表性的10株健康煙株，測量第3片葉（從上往下）的葉長和葉寬，并計算葉面積（葉面積=葉長×葉寬×0.634 5）。

1.3.2 葉綠素相對含量測定

不同處理中，于打頂當天、打頂后10、20和30 d，使用SPAD-502葉綠素測定儀（日本Konica Minolta公司）分別測定5株掛牌煙株第3片葉（從上往下）的葉綠素相對含量（SPAD值）。

1.3.3 光合指標測定

不同處理中，于打頂當天、打頂后10、20和30 d，使用Li-6400型便攜式光合系統(tǒng)分析儀（美國LI-COR公司），在上午9:00—11:00分別測定5株掛牌煙株第3片葉（從上往下）的凈光合速率（Pn）、胞間二氧化碳濃度（Ci）、氣孔導(dǎo)度（Gs）和蒸騰速率（Tr）。測定條件：開放式氣路，內(nèi)置光源，光強為 1 500 μmol·m-2·s-1。

1.3.4 碳氮代謝酶活性測定

不同處理中，于打頂當天、打頂后10、20和30 d，采集5株掛牌煙株的第3片葉（從上往下），用錫箔紙包住，立即帶回實驗室測定碳氮代謝相關(guān)酶活性。采用3,5-二硝基水楊酸比色法測定淀粉酶（Amylase,AM）活性與轉(zhuǎn)化酶（Invertase,Inv）活性［11］。淀粉酶活性以單位質(zhì)量樣品在一定時間內(nèi)生成麥芽糖的質(zhì)量（mg·g-1·min-1）來表示，轉(zhuǎn)化酶活性以單位質(zhì)量樣品在一定時間內(nèi)蔗糖轉(zhuǎn)化為葡萄糖的質(zhì)量（mg·g-1·h-1）來表示。用活體法測定硝酸還原酶（Nitrate reductase,NR）的活性［12］。

1.3.5 煙葉經(jīng)濟性狀統(tǒng)計及主要化學(xué)成分測定

煙葉成熟采收時，各小區(qū)分開掛牌編竿，同一條件下烘烤。按國家42級分級標準對初烤煙葉進行分級和統(tǒng)計［13］。烤后煙葉產(chǎn)量、均價、產(chǎn)值按小區(qū)計算后，折合出最終產(chǎn)量和產(chǎn)值。每個小區(qū)取1 kg烤后B2F等級煙葉，在河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心采用MATRIX-I近紅外光譜儀（德國Bruker公司）測定煙葉的常規(guī)化學(xué)成分［14］。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2013、SPSS 22.0和Origin 9.0軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 對烤煙上部葉葉面積的影響

由圖1可知，打頂后隨煙株生育進程的推進，各處理上部煙葉的葉面積均逐漸增大，說明打頂消除了煙株頂端優(yōu)勢，有利于上部煙葉的生長。打頂后10、20和30 d，各處理上部煙葉葉面積差異顯著，均表現(xiàn)為T2＞T1＞CK。打頂后30 d，T1和T2上部葉葉面積較CK分別提高了7.54%和11.80%，說明打頂后摘除下部6片不適用葉對煙株上部煙葉生長具有一定的補償效應(yīng)，且葉面噴施光碳核肥更有利上部葉的開片。

圖1 打頂后不同時期不同處理上部葉葉面積比較Fig.1 Areas of upper leaves under different treatments on different days after topping

2.2 對烤煙上部葉葉綠素相對含量的影響

由圖2可知，打頂后隨著葉齡增加，上部葉葉綠素相對含量逐漸降低，說明上部葉葉綠素的合成能力逐漸減弱。打頂后10和20 d各處理上部葉葉綠素相對含量差異顯著，均表現(xiàn)為T2＞T1＞CK；打頂后30 d，T1與CK無顯著差異，而T2顯著高于T1和CK，說明打頂后摘除下部6片不適用葉有利于煙株上部煙葉的生長，且葉面噴施光碳核肥延緩了上部葉的衰老。

圖2 打頂后不同時期不同處理上部葉葉綠素相對含量比較Fig.2 Relative chlorophyll contents in upper leaves under different treatments on different days after topping

2.3 對烤煙上部葉光合性能的影響

由圖3可知，打頂后10、20和30 d各處理上部葉凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導(dǎo)度（Gs）差異顯著，均表現(xiàn)為T2＞T1＞CK，以T2為最高（圖3），說明打頂后摘除下部不適用葉與噴施光碳核肥能顯著提高烤煙上部葉的光合性能。打頂后上部葉的胞間二氧化碳濃度（Ci）表現(xiàn)為T2＞CK＞T1，推測葉面噴施光碳核肥可能對空氣中游 離CO2具有捕集效應(yīng)。

圖3 打頂后不同時期不同處理上部葉光合性能比較Fig.3 Photosynthetic characteristics of upper leaves under different treatments on different days after topping

2.4 對烤煙上部葉硝酸還原酶活性的影響

硝酸還原酶（NR）是植物氮代謝的限速酶，其活性大小與氮代謝的強弱呈正相關(guān)。由圖4可知，隨著煙株的生長發(fā)育，上部葉NR活性逐漸下降。在打頂后10、20和30 d，不同處理間的NR活性均差異顯著，表現(xiàn)為T2＞T1＞CK。在打頂后30 d，處理T1、T2較CK分別提高了36.07%和77.41%，表明摘除下部不適用葉與噴施光碳核肥能增加上部煙葉NR活性。

圖4 打頂后不同時期不同處理上部葉硝酸還原酶（NR）活性比較Fig.4 NR reductase activities of upper leaves under different treatments on different days after topping

2.5 對烤煙上部葉淀粉酶活性的影響

淀粉酶（AM）影響烤煙內(nèi)部淀粉的積累和分解的平衡。由圖5可知，隨生育期的推進，各處理上部葉AM活性先升高后降低。打頂后10 d，上部煙葉AM活性最高，說明該時期煙葉內(nèi)部淀粉分解代謝旺盛。打頂后10、20和30 d，不同處理之間差異顯著，表現(xiàn)為T2＞T1＞CK。打頂后30 d，處理T1、T2的AM活性較CK分別提高了56.76%和110.69%，表明摘除下部不適用葉與噴施光碳核肥能提高上部煙葉的AM活性。

2.6 對烤煙上部葉轉(zhuǎn)化酶活性的影響

轉(zhuǎn)化酶（Inv）活性能反映植株對蔗糖的利用程度，是衡量同化產(chǎn)物的轉(zhuǎn)移、利用及植物細胞代謝和生長強度的指標，也是碳代謝的重要標志。由圖6可知，隨著煙葉發(fā)育成熟，上部煙葉Inv活性呈下降趨勢。在打頂后10、20和30 d，不同處理之間差異顯著，表現(xiàn)為T2＞T1＞CK。打頂后30 d，T1和T2的Inv活性較CK分別提高了29.76%和37.95%，說明摘除下部不適用葉與噴施光碳核肥能夠提高上部煙葉Inv的活性。

2.7 對烤后煙葉化學(xué)成分的影響

圖5 打頂后不同時期不同處理上部葉淀粉酶（AM）活性比較Fig.5 Amylase activities of upper leaves under different treatments on different days after topping

圖6 打頂后不同時期不同處理上部葉轉(zhuǎn)化酶（Inv）活性比較Fig.6 Invertase activities of upper leaves under different treatments on different days after topping

由表1可知，T1和T2上部葉鉀含量分別較CK提高了6.72%和12.69%，說明摘除下部不適用葉與噴施光碳核肥均能提高上部煙葉的鉀含量。與CK相比，T1顯著降低了上部葉總糖、還原糖含量和糖堿比，增加了總氮含量，說明摘除下部不適用葉不利于烤后煙葉糖含量的積累。與T1相比，T2顯著提高了總糖和還原糖含量、糖堿比和鉀氯比，說明摘除下部不適用葉結(jié)合噴施光碳核肥能夠使烤后上部葉的化學(xué)成分協(xié)調(diào)性更好。

表1 不同處理烤后上部葉化學(xué)成分的比較①Tab.1 Chemical compositions in upper leaves of flue-cured tobacco under different treatments

2.8 對烤后煙葉等級結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟效益的影響

由表2可知，與CK相比，T1和T2均顯著提高了上部葉的單葉質(zhì)量、均價和上中等煙葉比例，降低了烤后煙葉的總產(chǎn)量。其中，T1與T2上部葉單葉質(zhì)量較CK分別提高了9.52%和23.19%，上中等煙比例分別提高了8.75%和17.50%。與CK、T2相比，T1顯著降低了上部葉的產(chǎn)值，而T2與CK無顯著差異。表明摘除下部不適用葉結(jié)合噴施光碳核肥更有利于提高烤后煙葉的等級結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟效益。

表2 不同處理烤后煙葉等級結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟效益比較Tab.2 Grading structure and economic value of upper leaves of flue-cured tobacco under different treatments

3 討論

周俊學(xué)等［15］研究表明，留葉數(shù)對上部煙葉的葉面積影響顯著，隨留葉數(shù)的增加，上部煙葉葉面積逐漸減少。申宴斌等［16］研究表明，隨留葉數(shù)的增加，上部煙葉葉長、葉寬逐漸減少，不利于開片。本研究中，摘除下部6片不適用葉能增加烤煙上部葉的葉面積，與前人研究結(jié)果一致［4,15-16］。可能是田間摘除下部不適用煙葉能減少煙株不適用葉在田間的養(yǎng)分消耗，改善了煙株的生長發(fā)育條件，增強上部葉的光合性能，調(diào)控?zé)熤晏嫉x及營養(yǎng)資源分配，從而促進上部葉的開片。

江厚龍等［3］研究表明，摘除下部煙葉能提升煙株根系活力、增加葉綠素含量、提高凈光合速率和蒸騰速率、延緩光合功能衰退，且隨摘除葉片數(shù)量的增加而增強。李冬等［17］研究表明，隨著摘除不適用煙葉數(shù)目的增加，上部煙葉的凈光合速率和葉綠素含量均顯著升高。本研究中，也進一步證實了摘除下部6片不適用葉能增加上部葉片的葉綠素含量，增強光合性能，提高硝酸還原酶、淀粉酶、轉(zhuǎn)化酶的活性。摘除下部6片不適用葉結(jié)合葉面噴施光碳核肥可進一步增強烤煙上部葉的光合性能和碳氮代謝強度，對烤煙上部葉的開片具有更好的促進效果。可能與光碳核肥能夠?qū)⒂坞x于大氣中的CO2捕獲到煙株葉片周圍，增強葉片光合效率，促進葉片干物質(zhì)積累有關(guān)。

煙葉化學(xué)成分及其協(xié)調(diào)性是衡量煙葉內(nèi)在質(zhì)量的重要指標［18-20］。江厚龍等［21］研究發(fā)現(xiàn)隨著下部煙葉數(shù)目的減少，中上部煙葉總氮、煙堿含量顯著提高。鄧小華等［22］通過摘除不適用鮮煙葉對烤煙化學(xué)成分影響的模糊分析表明，優(yōu)化煙葉結(jié)構(gòu)后煙葉的煙堿和總氮含量略有提高，但化學(xué)成分更加協(xié)調(diào)。摘除下部不適用葉后，上部煙葉的總氮和鉀含量顯著提高，煙堿略有增高趨勢，總糖、還原糖和糖堿比顯著降低，與前人研究結(jié)果基本一致［21-22］。煙堿主要在根部合成，鉀主要從根部吸收再通過莖運輸?shù)饺~片，摘除下部不適用葉后，留葉數(shù)減少，分配到葉片的煙堿、鉀和總氮含量增加［23］。與只摘除下部不適用葉相比，摘除下部6片不適用葉結(jié)合葉面噴施光碳核肥能提高上部煙葉的總糖、還原糖及糖堿比，使烤后煙葉的化學(xué)成分更協(xié)調(diào)。可能與葉面噴施光碳核肥后能增強上部葉的光合能力，促進碳水化合物的積累和轉(zhuǎn)化有關(guān)。

烤后煙葉的等級結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟效益對保障煙區(qū)優(yōu)質(zhì)煙葉原料的有效供給具有重要影響［24］。鄒凱等［25］研究表明，影響烤煙上等煙比例、均價、產(chǎn)量、產(chǎn)值的主要因素是摘除下部葉片數(shù)，其次是摘除頂葉片數(shù)，田間摘除不適用鮮煙葉較對照提高了上等煙比例和均價，但降低了煙葉產(chǎn)量和產(chǎn)值，煙農(nóng)收益略有減少。本研究中，摘除下部6片不適用葉后，上部葉的單葉質(zhì)量、均價及中上等煙比例均顯著增加，烤后煙葉等級結(jié)構(gòu)得到明顯優(yōu)化，但烤后煙葉的總產(chǎn)量、產(chǎn)值均下降，與鄒凱等［25］的研究基本一致。與僅摘除下部6片不適用葉處理相比，摘除下部6片不適用葉結(jié)合葉面噴施光碳核肥不僅提高了上部煙葉的單葉質(zhì)量、中上等煙比例，而且還增加了烤后煙葉的產(chǎn)量、產(chǎn)值，一定程度上彌補了因田間優(yōu)化等級結(jié)構(gòu)而造成的經(jīng)濟損失。

4 結(jié)論

①摘除下部6片不適用葉增強了烤煙上部葉的光合性能和碳氮代謝，促進了上部煙葉開片，提高了烤后煙葉的等級結(jié)構(gòu)，但增加了烤后上部煙葉總氮和煙堿含量，減少了烤后煙葉的產(chǎn)量和產(chǎn)值。②摘除下部6片不適用葉結(jié)合葉面噴施光碳核肥不僅促進了烤煙上部葉的生長和開片，而且提高了烤后上部葉總糖、還原糖、糖堿比及鉀含量，使烤后煙葉的化學(xué)成分更加協(xié)調(diào)，烤后煙葉的產(chǎn)量、產(chǎn)值也得到提升，綜合效益更好。