施氮量、基肥施用方式對烤煙產質及煙氣焦堿比的影響

王念磊，湯朝起，秦言敏，焦紹赫，沈 晗，張海偉，潘建國，何寬信

（1.江西省煙草科學研究所，江西 南昌 330025；2.上海煙草（集團）公司，上海 200082；3.撫州市煙草公司黎川分公司，江西 黎川 344600）

【研究意義】吸煙與健康一直是社會的焦點，其主要是煙草制品安全性的問題。煙葉作為煙草制品的初始材料，是卷煙質量的物質基礎，更是卷煙有害成分的決定因素，其安全性與煙草制品的質量息息相關［1］。煙葉的安全性大體包括農藥殘留、重金屬及煙氣中有害物質3 個方面。隨著生產水平的提高，農殘和重金屬已經得到了有效控制。卷煙煙氣主要有煙氣煙堿、焦油、CO 3 項常規組分。煙氣特有有害物質主要是焦油，其釋放量是目前評價煙葉原料安全性的主要指標之一［2-3］。【前人研究進展】隨著“降焦減害”戰略的實施，前人在工業降焦、農業降焦方面開展了很多研究。汪安云等［4］以3 個烤煙品種K326、紅大、云煙85 為試材，采用正常打頂、見花打頂、盛花打頂下對煙草特有亞硝胺（TSNA）的影響，表明盛花期打頂能夠降低 K326 及紅大的TSNA 形成積累，見花打頂能夠降低云煙85 的TSNA 形成積累。鄭新章等［5］對降焦減害技術進行綜述，提出遺傳育種、煙田管理、卷煙配方改善煙葉原料及卷煙加工降焦等適宜我國的降焦技術。霍曉暉等［6］、何景福［7］、金勇等［8］還對卷煙濾嘴及新型材料在降焦中的作用及效果進行研究，進一步完善了工業降焦技術。同時，國內關于單項煙氣組分輸出量與煙葉化學成分的關系研究也較多［9-11］。但關于卷煙煙氣3 項常規組分輸出量的比值與煙葉化學成分的關系研究，則鮮見系統的報道。煙氣煙堿量與焦油量通常呈線性正相關關系［12］，降低焦油量，煙氣煙堿量亦同比下降，從而造成低焦油卷煙普遍存在的煙氣勁頭和生理滿足感不足。國內外的反吸煙組織對低焦油卷煙產品的低危害效果也普遍持否定態度，認為低焦油是吸煙機測定的結果，不能代表實際的吸煙行為。為此，2001 年，美國醫學研究所提出了“潛在低暴露量煙草制品（PREPs）”的概念［13］。PREPs 的主要措施是降低焦油、提高煙堿。因此，對于低焦油卷煙而言，煙氣焦油量與煙堿量的比值（焦堿比）是一個重要指標。在降焦的同時，要保持相對較高的煙堿量，就需要使用焦堿比相對較低的煙葉。

【本研究切入點】江西煙區生態條件優越，在全國煙草種植區劃中列入最適宜區和適宜區，所產煙葉具有典型的濃香型特色，其中“生態濃香、甘甜低焦”的質量風格特色明顯。同時，江西烤煙煙堿、鉀離子含量較高，總氮含量較低，為我們低焦堿比優質煙葉的開發提供了天然的優勢條件。【擬解決的關鍵問題】本研究通過探討不同施氮量與不同基肥施用方式對烤煙生長發育、經濟性狀、煙氣焦堿比的影響，進一步明確完善開發低焦堿比優質煙葉的栽培技術措施，為低焦堿比優質煙葉的開發提供理論依據，旨在緩解低焦油卷煙滿足感普遍不足的問題，降低煙氣有害成分（以焦油為代表）暴露量，減少吸煙對健康的危害，為煙草行業走出“低焦油、非低危害”困境做出努力。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2018 年在撫州市黎川縣潭溪鄉新莊村（116° 57′ E、27° 16′ N）進行。該地年 平均氣溫18 ℃，平均日照時數1 642.8 h，無霜期287 d，年均降水量1 800.8 mm，屬中亞熱帶濕潤性季風氣候區。試驗地土壤類型為砂壤土，土壤pH 為6.3，含有機質28.3 g/kg、全 氮1.6 g/kg、堿解氮98.1 mg/kg、有效磷5.3 mg/kg、速效鉀165.3 mg/kg、水溶性氯離子30.1 mg/kg，肥力均勻，地面平整，排灌便利，近兩年未做過農作物肥料試驗，無病蟲害發生。供試烤煙品種為云煙87，包衣種濕潤育苗。所用肥料包括煙草專用肥（N ∶P2O5∶K2O=10 ∶8 ∶20）、云南云葉枯餅有機肥（N ∶P2O5∶K2O=2 ∶1.05 ∶1.05），鈣鎂磷肥（N ∶P2O5∶K2O=0 ∶12 ∶0），硝酸鉀（N ∶P2O5∶K2O=13.5 ∶0 ∶44），硫酸鉀（N ∶P2O5∶K2O=0 ∶0 ∶50）。

1.2 試驗設計

試驗設基肥施肥方式、施氮量兩因素組合處理，其中基肥施肥設穴施、條施2 種方式，總施氮量設純氮施用量150、135、120、105 kg/hm24 個水平，不設重復，小區面積不小于667 m2，以黎川當地常規生產作對照。基追肥比例統一為6 ∶4，有機肥、鈣鎂磷肥全部做基肥，煙草專用肥部分作基肥，硝酸鉀、硫酸鉀全部做追肥。各處理肥料用量除純氮施用量外，純磷、純鉀用量均一致，為磷135 kg/hm2、鉀405 kg/hm2，其他肥料用量與常規施氮水平（135 kg/hm2）保持一致。

本試驗采用“早打頂、少留葉、晚采收”的栽培技術，8 個處理的種植密度統一為植煙行株距1.2 m×0.5 m，留葉數統一為12 片/株（少于當地常規留葉數16～17 片/株）；現蕾前打頂（早于當地常規50%中心花開放打頂）：打頂前1～2 d 先打掉長度≤45 cm 的底腳葉（4 片左右），打頂時打掉長度≤10 cm 的頂部煙葉，打頂后保留在煙株上的上部葉長度都在10 cm 以上；采收次數4～5 次（與當地常規相同），各處理上部葉推遲采收、下部葉按當地常規要求采收（無需推遲），其中中部葉推遲5～10 d 采收、上部葉推遲10～20 d 采收。其他栽培管理措施參照當地常規要求操作。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 試驗田土壤基礎肥力 煙田整地后施用農家肥前，采取5 點取樣法用土鉆取0～20 cm 耕層土壤，混勻后風干、去雜、磨細、過篩（分別過孔徑2 mm、0.25 mm 的篩）、混勻，裝瓶保存和登記后保存備用。參照文獻［14-16］的方法測定土壤全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀、有機質、水溶性氯離子含量和pH。

1.3.2 煙株主要生育期植物學性狀 對各處理生長一致的煙株進行標記，在下部葉達到成熟標準后，分別記錄各部位煙葉的農藝性狀，包括株高、莖圍及下、中、上部葉最大葉長、葉寬。每個處理調查15 株［17］。

1.3.3 煙葉樣品采集及測定 各處理按照采收標準單獨采收、烘烤、分級計產，統計各處理煙葉產量、產值、上等煙比例、上中等煙比例及均價等經濟性狀。各處理取B2F、B3F、C2F、C3F 各3 kg，參照文獻［18-23］的方法測定煙堿、總氮、總糖、還原糖、鉀、氯、淀粉等指標。

1.3.4 感官質量評吸 將各處理煙葉切絲后采用行業標準方法卷制單料煙，由上海煙草集團有限責任公司組織專家采用暗碼編號的方式進行吸食品質評價，按單料煙“標度值”標準統一進行感官質量評吸鑒定，采用“九分制”標準打分。香氣質、香氣量、雜氣、刺激性、余味5 項的最高分值為9 分，這5 項分值之和為感官質量總分；勁頭、煙氣濃度2 項分值不計入感官質量總分；質量分為5 個檔次：0～1 分為差，2～3 分為較差，4～5 分為一般，6～7 分為較好，8～9 分為好。

試驗數據利用SPSS 20.0 處理系統進行統計分析，用Excel 2013 做表。

2 結果與分析

2.1 施氮量與基肥施用方式對烤煙成熟期農藝性狀的影響

由表1 可知，基肥施用方式僅對下部葉最大葉長、最大葉寬有極顯著的影響，施氮量對中部葉和上部葉最大葉寬的影響差異不顯著，對其他農藝性狀的影響均極顯著；基肥施用方式與施氮量的互作效應僅對上部葉最大葉長有顯著的影響。整體來看，施氮量對煙株農藝性狀各指標的影響最大，占總變異的53.4%～98.1%；基肥施用方式對煙株農藝性狀的貢獻率較小，占總變異的0.4%～40.2%；基肥施用方式與施氮量互作效應對煙株農藝性狀的貢獻率也較小，占總變異的1.5%～34.9%。

表1 施氮量與基肥施用方式對烤煙農藝性狀的影響Table 1 Effects of nitrogen fertilizer rate and basal fertilizer application method on agronomic traits of flue-cured tobacco

2.2 施氮量與基肥施用方式對初烤煙葉經濟性狀的影響

由表2 可知，同一施氮量水平下，與穴施相比，基肥條施處理烤煙產量降低幅度分別為4.9%、5.5%、6.4%、6.5%，產值降幅分別為 4.4%、4.6%、6.6%、8.4%，基肥條施處理均價增加幅度分別為0.1、0.2、0.0、-0.4 元/kg。施氮量105 kg/hm2處理上等煙比例下降2%，其他3 個施氮量處理上等煙比例增幅分別為1.3%、1.1%、1.2%；施氮量105 kg/hm2處理上中等煙比例下降0.3%，其他3 個施氮量處理上中等煙比例增幅均為0.2%；4 個施氮量水平條施處理上部煙比例降幅分別為0.9%、2.3%、0.2%、4.1%，中部煙比例增幅分別為0.3%、0.83%、-0.1%、1.3%。同一基肥施用方式下，隨著施氮量的降低，煙株產量、產值、中等煙比例、上部煙比例呈現逐漸降低的趨勢，上等煙比例、均價隨施氮量降低呈現先增后降趨勢。綜合經濟性狀各指標來看，不同基肥施用方式之間差異不明顯，以施氮量135 kg/hm2表現最好，其次為施氮量120 kg/hm2處理。

表2 施氮量與基肥施用方式對烤煙經濟性狀的影響Table 2 Effects of nitrogen application rate and basal fertilizer application method on economic traits of flue-cured tobacco

2.3 施氮量與基肥施用方式對初烤煙葉主要化學成分的影響

低焦堿比優質煙葉開發對化學成分的要求是“一提三控”，即提高煙堿含量，控制總氮、蛋白質、氯離子含量。由表3 可知，與常規生產對照煙葉相比，各處理中部、上部煙葉的煙堿含量提升明顯，分別為4.15%、5.25%，明顯高于常規生產的2.44%、3.88%；總氮含量也略有提升，中、上部葉比常規生產分別高0.26、0.31 個百分點；總糖、還原糖含量明顯降低，鉀離子含量明顯提升，氯離子含量均在0.3%～0.7%的適宜范圍內。

表3 2018 年黎川普通大田與試驗田中上部煙葉化學成分含量比較Table 3 Comparison of chemical component content of tobacco leaves from general field and experimental field in Lichuan County in 2018 (%)

由表4 可知，中、上部煙葉化學成分變化規律基本一致，與基肥穴施相比，條施處理中、上部葉煙堿含量分別提高0.29%、0.17%，總氮含量分別提高0.04%、0.09%，總糖、還原糖含量略有下降，鉀離子含量分別提升0.02%、0.07%，氯離子含量略有降低但均在適宜范圍內。

表4 基肥施用方式對烤煙不同部位主要化學成分含量的影響Table 4 Effects of basal fertilizer application methods on the contents of main chemical components in different parts of flue-cured tobacco (%)

由表5 可知，4 個施氮量處理烤煙中部葉（C）煙堿含量均較高、變幅為3.88%～4.29%，總氮含量變幅為2.08%～2.22%，總糖、還原糖含量均總體在適宜范圍內，鉀離子、氯離子含量無明顯變化規律，均在適宜范圍內；上部葉（B）煙堿含量亦均較高、變幅為5.09%～5.49%，總氮含量均總體在適宜范圍內、變幅為2.54%～2.76%，總糖、還原糖總體呈現逐漸增加的趨勢，鉀離子、氯離子含量無明顯變化規律，均在適宜范圍內。

表5 施氮量對烤煙不同部位主要化學成分含量的影響Table 5 Effects of nitrogen application rates on the contents of main chemical components in different parts of flue-cured tobacco (%)

2.4 施氮量與基肥施用方式對單料煙煙氣常規指標的影響

煙氣焦堿比是煙氣焦油量與煙氣煙堿量的比值，通常情況下國產烤煙中部煙葉的煙氣焦堿比約為12.0（均值），上部煙葉則約為8.3。由表6可知，基肥穴施、條施處理上部煙葉焦堿比均值分別為6.6、6.4，中部煙葉焦堿比均值分別為8.8、8.4，中、上部煙葉均表現為基肥條施處理略低于基肥穴施處理，且各處理焦堿比均值都遠低于通常值，達到了低焦堿比的預期目標。

表6 基肥施用方式對單料煙葉煙氣常規指標的影響Table 6 Effects of application methods of basal fertilizer on conventional indicators of single tobacco smoke

由表7 可知，隨著施氮量的降低各施氮量處理上部煙葉焦堿比均值分別為6.2、6.2、6.9、6.7，中部煙葉焦堿比均值分別為8.6、8.1、8.6、9.2，各施氮量處理間沒有明顯規律，且各處理焦堿比均值都遠低于通常值，達到了低焦堿比的預期目標。

表7 施氮量對單料煙葉煙氣常規指標的影響Table 7 Effects of nitrogen application rate on conventional indicators of single tobacco smoke

2.5 施氮量與基肥施用方式對各處理單料煙吸食品質的影響

由表8 可知，基肥條施處理上部葉感官質量總分24.4 分，比基肥穴施處理低1 分，主要表現在香氣質、香氣量、雜氣、刺激性指標得分較低，但質量檔次得分均在4～5 分區間，檔次均為“一般”；中部葉感官質量總分27.5 分，比基肥穴施處理低0.2 分，主要表現在刺激性、余味指標得分分別少0.2、0.1 分，質量檔次得分大多在4～5分區間，檔次均為“一般”。

表8 基肥施用方法對各處理單料煙感官評吸質量的影響Table 8 Effect of application methods of basal fertilizer on sensory evaluation quality of single tobacco

由表9 可知，隨著施氮量的降低，中部葉感官質量總得分分別為27.1、27.6、27.8、27.8，總體呈現增加趨勢，其中施氮量120 kg/hm2處理烤煙香氣質、香氣量、雜氣、刺激性等指標均表現較好，質量檔次得分范圍為5.0～5.2，均在“一般”檔次；上部葉感官質量總得分分別為24.8、24.7、24.9、25.1，總體呈現增加趨勢，質量檔次得分范圍為4.3～4.6，質量檔次分值隨著施氮量的降低逐漸增加，但均在“一般”檔次，其中施氮量水平較低的兩個處理烤煙上部葉香氣質、雜氣、余味得分均提高0.1 分，總體表現較好。整體來看，中部煙葉吸食品質主要表現為有勁頭，生理強度較大，但鼻腔有較強的尖刺感，香氣延續性較短；上部煙葉吸食品質主要表現為勁頭過大（造成喉部刺激），枯焦氣過重（造成雜氣凸現），煙氣帶苦（造成余味不干凈）；基肥條施處理與穴施處理烤煙感官評吸質量差異不明顯，施氮量以120 kg/hm2處理感官評吸質量較好，各處理質量檔次均在“一般”。

表9 施氮量對各處理單料煙感官評吸質量的影響Table 9 Effects of nitrogen application rates on sensory evaluation quality of single tobacco

3 討論

施氮量對煙株的生長發育及其產質量的形成關系密切［24-26］，施氮量過多、多少都會對煙株的形態建成帶來影響。煙葉原料開發的目標是優質適產，品質、產量的形成都通過煙株體內主要代謝完成的，其中碳氮代謝最為重要，適量的氮素供應煙株才有協調的代謝，所產烤煙主要化學成分協調性才更好，感官評吸質量更優［27-28］。本研究結果顯示，在“早打頂、少留葉、中上部葉適當推遲采收”技術措施下，施氮量對烤煙農藝性狀各指標貢獻率較高，隨著施氮量的降低，烤煙產量、產值逐漸降低，煙堿、總氮等含氮化合物總體呈現降低趨勢。試驗各處理煙堿含量明顯高于常規生產，主要原因是本試驗栽培操作為足葉打頂、打頂較早、留葉數也較少，這與沈晗等［29］、趙會納［30-31］等的研究結果基本一致。本研究認為，施氮量135 kg/hm2處理烤煙經濟性狀綜合表現最好，施氮量120 kg/hm2處理感官質量最優，主要原因是適宜的施氮量是烤煙優質豐產的基礎，本試驗中烤煙打頂較早、留葉較少，相同產質量下需要較少的施氮量，同時也更易獲得較高的煙堿含量，這也是煙氣焦堿比較低的原因。不同的肥料施用方式能夠影響養分在土壤中的遷移及分布，進而決定著植株對養分的利用效率［32-33］。本研究中，與基肥條施處理相比，基肥穴施處理烤煙更易獲得較高的產量、產值，而烤煙均價、上等煙比例較低，烤煙的煙堿、總氮等含氮化合物較低，感官質量得分也較低，但差異不明顯，這與劉潤生等［34］的觀點基本一致，即基肥寬帶條施法對煙株的前期生長、產量、品質的的形成最有利，其次為基肥穴底環施方法，但此方法施肥成本高、難于推廣。本研究認為開發低焦堿比煙葉原料，基肥條施更適用于生產實際，原因主要是煙株對肥料的利用與施肥量、供肥方式、栽培措施等高度相關，條施雖沒穴施更易獲得較高的產量，但品質更好，即在一定的施肥量下，條施也能獲得優質適產，配合打頂早、留葉少栽培措施，烤煙煙氣焦堿比也更低，感官質量也達到目標檔次。陳亞茹等［35］研究認為拌塘施肥比條施和環施的方式更有利于煙株形態建成及煙株干物質積累，更有利于提高烤煙的產質量，與本研究結果不太一致，原因可能是不同的產區生態條件存在差異，給施肥實際效果帶來一定的影響。

本研究的重點是探索在降焦減害的同時，保持生理滿足感的煙葉原料的栽培模式。前人針對降焦減害在育種、栽培、調制等方面開展了很多研究［36-38］，但更多的是在降焦上，對于可能帶來的低焦油非低危害沒有關注。本研究創新性的分析了對煙氣焦堿比的影響，結果顯示，試驗栽培措施下烤煙中上部葉的焦堿比均明顯低于常規值，且感官評吸質量也達到了“一般”檔次。本研究在開發低焦堿比優質原料方面取得了一定進展，所生產的原料感官評吸質量達到了目標檔次，接下來將會在滿足目標的基礎上開展深入研究，進一步提升煙葉的感官評吸質量。

4 結論

在“低施氮、早打頂、少留葉、晚采收”技術措施基礎上，本研究對開發低焦堿比優質煙葉適宜的施氮量、基肥施用方式進行了探索，結果表明：施氮量120 kg/hm2處理烤煙中、上部煙葉煙氣焦堿比分別為8.6、6.9，感官評吸質量檔次均達到了“一般”；基肥條施處理烤煙中、上部煙葉煙氣焦堿比分別為8.8、6.4，感官評吸質量檔次均達到了“一般”。因此，在江西多雨煙區，一定的栽培措施下，開發低焦堿比優質煙葉的適宜施氮量為120 kg/hm2，基肥施用方式為條施。