有機肥配施對我國煙葉品質影響的整合分析

摘要：為研究有機無機肥配施對烤煙煙葉中主要化學成分的影響，探究不同影響因素下有機無機肥配施對烤煙煙葉主要化學成分含量的具體效應，以“烤煙”“有機肥”“品質”“化學成分”為關鍵詞，檢索并整合了國內相關的169篇文獻，提取出631組主要數據建立數據庫，選擇對數響應比作為效應量進行整合分析。結果表明，相比于無機肥單獨施用，有機無機肥配施可顯著提升煙葉中還原性糖含量和糖堿比（5.5%和9.3%）、降低煙堿含量（?5.6%），還可小幅度提高烤煙香氣質、香氣量、余味、雜氣、刺激性和細膩度（4.5%、5.2%、2.5%、1.5%、1.8%和3.4%）。有機無機肥配施在北方煙區土壤中對提升烤煙煙葉中還原性糖含量、糖堿比和降低煙堿含量有更明顯的效果（18.06%、25.86%、?5.26%）；有機無機肥配施在相對貧瘠的土壤上效果更明顯，當土壤有效氮含量小于100 mg·kg?1時，其增加烤煙煙葉中還原性糖含量和糖堿比、降低煙堿含量的效果更加明顯（6.82%、14.11%、?9.43%）。當烤煙種植密度在15 000～17 000 株·hm?2時，有機無機肥配施對提高煙葉中還原性糖、鉀離子含量和糖堿比、降低煙堿含量有更好的效果（9.53%、9.42%、18.06%、?7.04%）。當有機氮比例為50%時，有機無機肥配施有大幅降低煙堿含量、提升煙葉中鉀離子、還原性糖含量和糖堿比的效果（?8.80%、11.50%、8.9%、13.80%）。綜上所述，有機無機肥配施對烤煙煙葉中還原性糖、鉀離子、煙堿、糖堿比影響較大，且能通過影響煙葉化學成分含量來協調烤煙的感官質量。在北方煙區或當土壤有效氮磷鉀含量較低、無機氮投入總量大于100 kg·hm?2、肥料有機氮比例為50%時，有機無機肥配施更有利于烤煙煙葉中鉀離子、還原性糖的積累，降低煙堿含量，提升糖堿比。因此，在烤煙種植和施肥前，應根據對煙葉化學成分的需求，綜合考量環境、土壤、施肥等因素，制定合適的有機無機肥配施方案，以達到生產目的。

關鍵詞：有機肥；烤煙；有機氮比例；化學成分；整合分析；感官質量doi：10.13304/j.nykjdb.2023.0240

中圖分類號：S572 文獻標志碼：A 文章編號：10080864（2024）12016412

烤煙是我國主要經濟作物之一，烤煙對肥料的施用十分敏感[1]，合理施肥可以增加烤煙的產量和品質。近些年由于煙農過度追求烤煙產量和經濟效益的最大化，在種植烤煙時大量施用無機肥[2]，致使我國許多植煙區域都出現了土壤板結、營養失衡、酸堿失調等一系列問題[3-5]，造成烤煙品質下降。煙葉中的化學成分含量是烤煙品質評定的主要指標[6]，主要包括總氮、煙堿、還原性糖、氯離子和鉀離子，這些化學成分也與烤煙的氣味、口感、燃燒性等感官質量關系密切[7-9]。為了解決以上問題，目前已采取了有機無機肥配施等改良措施。有機肥較無機肥具有更加豐富充足的有機質，且肥效穩定長久，長時間施用具有對環境破壞較小、豐富土壤營養元素、調節土壤結構等優點[4，10]，但有機肥肥效釋放較慢且價格較高，也會影響烤煙的正常生長和營養積累。因此，探究有機無機肥配施對烤煙煙葉主要化學成分的影響對提升烤煙品質和經濟效益有重要意義。氮、磷、鉀是對煙葉化學成分累積影響較大的3種元素。研究表明，有機肥能夠通過改變土壤理化性質、養分含量、生物特性來提高酶活性、增加酶含量[1112]，使得土壤中的氮、磷、鉀等元素釋放和有效化[1315]。目前，我國不同煙區已針對不同種類。不同比例有機無機肥配施對烤煙產量、經濟效益和化學成分的影響開展了大量基礎田間試驗[16-18]。但由于不同地區間氣候條件、土壤理化性質、田間管理措施差異較大，其結果不能證明有機無機肥配施在其他地區的效果是否與試驗地一致，無法得出概括性的結論。同時，在相關領域的整合分析（metaanalysis）中，前人只探究了有機無機肥配施對烤煙產量和綜合品質的影響[19]，但對有機無機肥配施對烤煙煙葉中具體化學成分含量的影響缺乏全面分析。

本研究在大量相關文獻數據的基礎上，以優質烤煙煙葉化學成分含量為標準，通過文獻數據整合，定量統計有機無機肥配施下烤煙煙葉中幾類主要化學成分含量和主要感官質量的變化，并進一步探究不同有機氮比例、環境因素、土壤理化性質和不同田間管理措施對有機無機肥配施效果的影響，旨在為烤煙的合理施肥和品質形成提供科學的理論依據。

1 材料與方法

1.1 篩選文獻

文獻篩選要求如下。①文獻中試驗所在地在中國；②文獻中試驗包含單獨施用無機肥和有機無機肥配施2種處理；③文獻中試驗分析結果包含烤煙煙葉中部主要化學成分（總氮、煙堿、還原性糖、鉀離子、氯離子）的均值和標準差；④文獻中標明試驗具體所在地、植煙密度、植煙土壤理化性質、肥料施用量、有機肥種類（植物來源或動物來源）；⑤試驗肥料處理包括有機氮占無機氮總量的比例。

在中國知網（www.cnki.net）上進行高級檢索，檢索關鍵詞為烤煙+煙草、有機肥+無機肥、產量+質量；在Web of science網站（clarivate.com/zh-hans/solutions/web-of-science）直接檢索 tobacco、yield×production、organic fertilizer、chemical composition，共篩選出文獻192篇，經過進一步篩選評估后最終得到169篇文獻用于后續分析。

1.2 數據提取及分類

篩選各文獻中的試驗數據。從169篇文獻中的文字和圖表中提取出631組數據，并建立數據庫。首先根據是否進行有機無機肥配施對烤煙煙葉中的主要化學成分含量和感官質量進行總體分析；之后基于文獻試驗的條件，從以下幾個因素對化學成分進行亞組分析，劃分標準來源于不同亞組的數據分布，具體劃分如表1所示。

1.3 數據整合

整合分析是一種對多個相對獨立的同類研究結果進行綜合匯總并得出結論的一種定量分析方法 [18] 。為了更好地以數據形式研究有機無機肥配施對烤煙煙葉化學成分含量的作用以及各個亞組因素對其不同的影響，對數據庫中的數據進行整合分析。建立數據庫時每個研究對象的數據必需包含處理組樣本量（Ne）、為對照組樣本量（Nc）、處理組平均值（Me）、對照組平均值（Mc）、處理組標準差（SDe）對照組標準差（SDc）這6組數據，用對數響應比（log response ratios，lnRR）作為統計學效應值指標，如式（1）所示。

因為本研究所篩選的文獻數據時間和空間跨度很大，并且不同地區的烤煙種植方式、種植地氣候條件、土壤理化性質都有很大的差異，所以選用隨機效應模型（random effect model， REM）計算。整合分析通過對每個獨立研究的對數響應比進行加權，得出權重平均對數響應比（weighted response ration，RR++）、平均值變異系數（variance，V）、權重系數（weighted factor，Wi）、權重平均對數響應比的標準差（SD）和95% 的置信區間（confidence intervals，CI），計算公式如下。

對每一組效應值進行權重平均對數響應比分析后得到其95%置信區間，如果其效應值的95%置信區間均大于0，說明有機無機肥配施對烤煙煙葉主要化學成分有顯著的正效應；如果其效應值的95%置信區間均小于0，則說明有機無機肥配施對烤煙煙葉主要化學成分有顯著的負效應；如果其效應值的95%置信區間包含0，則說明有機無機肥配施對烤煙煙葉主要化學成分無顯著影響。

通過公式（7）計算有機無機肥配施較無機肥單獨施用的增幅（E）。

1.4 優質烤煙煙葉化學成分標準

優質烤煙煙葉的化學成分含量標準如表2所示。

1.5 數據分析

采用OpenMEE和R軟件進行數據分析，并用Microsoft Excel、 Adobe Illustrator軟件進行數據整理和繪圖。

2 結果與分析

2.1 有機無機肥配施對烤煙煙葉化學成分的影響

分析有機無機肥配施對烤煙煙葉中主要化學成分含量的影響，結果（圖1）表明，烤煙煙葉中不同化學成分含量對有機無機肥配施的響應存在差異，與無機肥單獨施用相比，有機無機肥配施顯著增加了煙葉中還原性糖含量，提升了糖堿比，降低了煙堿含量，增幅分別為5.5%、9.3%、?5.6%。

2.2 不同氣候條件下有機無機肥配施對烤煙煙葉中化學成分含量的影響

氣候因子對烤煙化學成分的積累有較大影響。將種植地的年均降水、氣溫和日照時長分別劃為3個水平，分析其對對烤煙煙葉中化學成分含量的影響，結果（圖2）表明，年均日照時長對烤煙煙葉中還原性糖影響顯著，當種植地年均日照時長大于2 000 h 時，有機無機肥配施對烤煙煙葉中還原性糖含量的提升作用達到了12.86%，說明較長時間的日照能促使有機無機肥配施后烤煙煙葉中糖分的積累。與南方煙區相比，有機無機肥配施在北方煙區對提升烤煙煙葉中還原性糖含量和糖堿比、降低煙堿含量的效果更優，增幅分別為18.06%、25.86%、?5.26%。隨著種植地年均降水和氣溫的降低，有機無機肥配施對烤煙煙葉中還原性糖含量的增加作用更加明顯，且隨著種植地年均降水量的減少，有機無機肥配施對烤煙煙葉中糖堿比的提升作用和對煙堿含量的降低作用更加明顯，當年均降水在500～1 000 mm時，有機無機肥配施的效果最優，煙葉的糖堿比提升21.29%，煙堿含量降低7.60%。

2.3 不同土壤理化性質下有機無機肥配施對烤煙煙葉化學成分含量的影響

土壤pH、有機質和各種礦質營養元素含量與烤煙煙葉中主要化學成分含量關系密切。將土壤pH劃分為3個水平進行分析，結果（圖3）表明，在不同土壤pH水平下，有機無機肥配施均能增加烤煙煙葉中還原性糖含量，提升糖堿比，降低煙堿含量，尤其在石灰性土壤中，有機無機肥配施對煙葉中還原性糖含量、糖堿比、煙堿含量影響較大，增幅分別為5.44%、15.26%、?8.33%。由此說明，相較于中性和酸性土壤，在石灰性土壤上有機無機肥配施對調控煙葉中化學成分的效果更顯著。當土壤自身肥力相對較低時，有機無機肥配施效果更優。當土壤有效氮含量小于100 mg·kg?1時，有機無機肥配施顯著增加烤煙煙葉中還原性糖含量，提升糖堿比，降低煙堿含量，增幅分別為6.82%、14.11%、?9.43%；土壤有效磷含量小于10 mg·kg?1時，有機無機肥配施可增加烤煙煙葉中還原性糖含量，提升糖堿比量，降低煙堿含量，增幅分別為7.57%、9.97%、?8.06%。土壤有效鉀含量小于100 mg·kg?1，有機無機肥配施可增加煙葉中鉀離子含量（14.11%），在一定范圍內土壤有效鉀含量越少，有機無機肥配施對煙葉中鉀離子含量的增加作用越明顯。

2.4 不同田間管理措施下有機無機肥配施對烤煙煙葉化學成分含量的影響

將肥料氮總量分為3個水平進行分析，結果（圖4）表明，當氮投入總量大于100 kg·hm?2時，有機無機肥配施使烤煙煙葉中還原性糖含量和糖堿比顯著提升11.85%和30.60%，煙堿和總氮含量顯著降低13.84%和8.24%。在3種不同水平烤煙種植密度下，當種植密度保持在15 000～17 000株·hm?2時，有機無機肥配施使葉片中還原性糖和鉀離子含量及糖堿比顯著提高9.53%、9.42%、18.06%，煙堿含量顯著降低7.04%。將有機肥來源分為動物源和植物源進行分析，發現不同來源的有機肥對烤煙葉片中化學成分含量影響較小。

2.5 不同有機氮比例下有機無機肥配施對烤煙煙葉化學成分的影響

將有機氮比例和有機無機肥配施對烤煙煙葉中不同化學成分的對數響應比進行最優模型回歸分析，結果（圖5）顯示，隨著有機氮比例的升高，有機無機肥配施對煙葉中總氮和煙堿含量的降低作用增強，且有機無機肥配施對烤煙煙葉中總氮和煙堿含量的對數響應比與有機無機肥中有機氮比例呈負相關關系，當有機氮比例為100%時，有機無機肥配施能夠最大程度地降低煙葉中的煙堿和總氮含量，降幅分別為17.6%和6.7%。不同有機氮比例下，有機無機肥配施對烤煙煙葉中鉀、還原性糖含量和糖堿比有明顯的提升效果，當有機氮比例為50%時，有機無機肥配施可顯著增加煙葉中鉀、還原性糖含量及糖堿比，增幅分別為11.5%、8.9%、13.8%。

2.6 有機無機肥配施對烤煙煙葉化學成分優質的樣本比例的影響

以優質烤煙各化學成分的含量標準為參考（表2），統計分析各化學成分數據的樣本量，結果（表3）表明，有機無機肥配施后，還原性糖的優質樣本比例降低5%；其他5種化學成分的優質樣本比例有小幅度提升，其中提升效果最大的是糖堿比，較單獨施用無機肥提升6%。總體來看，有機無機肥配施對烤煙煙葉化學成分優質樣本比例的提升作用較小，其主要作用可能是協調烤煙煙葉中的碳氮比（糖堿比）關系。

2.7 有機無機肥配施對烤煙感官質量的影響

烤煙感官質量的優劣也是評判烤煙品質高低的主要因素之一。由圖6可知，有機無機肥配施處理烤煙的香氣量、香氣質量和細膩度較單獨施用無機肥顯著增加5.2%、4.5%和3.4%；同時對吸食后的余味、雜氣和刺激性也有小幅度的提升效果，增幅分別為2.5%、1.5%、1.8%；對香氣含量、吸食勁頭、甜度和燃燒性影響不顯著。

3 討論

3.1 煙葉中化學成分對有機無機肥配施的響應

本研究表明，有機無機肥配施顯著增加烤煙煙葉中還原性糖含量，降低煙堿含量，提高糖堿比。其原因可能是因為有機無機肥配施提高了煙株根際土壤中轉化酶的活性，而轉化酶可以裂解二糖，增加土壤中碳素含量，促進煙株吸收利用碳素合成碳水化合物[22]，同時有機肥施入土壤后給土壤帶來了大量的腐殖酸，腐殖酸可以通過促進烤煙根系的生長和根系對養分的吸收來影響烤煙的生理代謝，從而增加煙葉中還原糖的累積[23]。在相同施氮水平下，有機肥的礦化度較低，導致煙株在生長發育前期的氮素營養低于單獨施用無機氮處理[24]，因而煙葉中煙堿含量降低，糖堿比升高。

本研究結果表明，有機無機肥配施主要通過影響烤煙煙葉中的煙堿、還原性糖和糖堿比的優質樣本比例來提高烤煙整體質量。還原性糖、煙堿和糖堿比這3個指標對烤煙品質有較大影響[9]。研究表明，煙葉中還原糖含量與烤煙的香氣、口感、刺激性等烤煙感官質量呈極其顯著相關[89]。烤煙品質主要由煙葉中碳氮化合物的協調程度決定，優質煙葉中碳水化合物和含氮化合物之間保持平衡和協調。煙葉中的煙堿能夠中和糖類化合物燃燒產生的酸性物質，有利于形成好的吸食口感，但若其含量超過一定范圍，則會對吸食口感造成負面影響[25]。值得注意的是，本研究發現在有機無機肥配施前后都只有少部分烤煙煙葉樣本中化學成分處于優質范圍內。因此，控制不同因素下有機無機肥配施后化學成分優質樣本比例的提升有利于提高有機無機肥配施的效果。

3.2 烤煙感官質量對有機無機肥配施的響應

有機無機肥配施處理烤煙的香氣質好、香氣量充足、余味舒適、細膩度好。研究發現，施用有機肥顯著增加土壤和烤煙中的游離氨基酸數量，氨基酸對烤煙的香味形成有重要作用，部分氨基酸是烤煙香味物質的前體物質[2627]。游離氨基酸數量的提高促使烤煙香氣質的提高和香氣量的增加，同時有機肥在土壤中分解的過程除了釋放蘋果酸和飽和脂肪酸等物質外，還可產生多種激素，促進烤煙植株體內的代謝，有利于香氣前體物多酚和類胡蘿卜素的積累[28]。這些化學物質的增加有利于改良煙葉香氣和口感，提高烤煙品質[7，29]。烤煙煙葉中的化學成分含量與烤后煙葉的感官質量息息相關。有機無機肥配施顯著降低了烤煙煙葉中的煙堿含量，增加了還原性糖含量，提高了糖堿比，因此有機無機肥配施可通過改變煙葉內這2 種化學成分的含量來協調烤煙的部分感官質量。研究發現，煙葉中煙堿含量與烤煙的香氣、余味、雜氣和刺激性呈負相關關系；還原性糖含量和糖堿比與烤煙余味、雜氣、刺激性呈正相關關系[30]。但是值得注意的是，有機無機肥配施在增加部分感官品質的同時，也增加了烤煙吸食的雜氣，加強了對口腔的刺激性，因此是否能夠找到更好的有機無機肥比例，使得雜氣和刺激性降低或不增加，這還需要進一步的深入研究。

3.3 環境因素對有機無機肥配施效果的影響

烤煙煙葉中還原性糖和鉀離子含量受日照影響較大，有機無機肥配施通過增加烤煙葉片中的葉綠素含量和調節胞間CO2濃度來增強烤煙葉片的光合作用，促進碳氮代謝協調發展，促進鉀離子的吸收和糖分的積累[3132]。本研究表明，當種植地年均日照時長大于2 000 h時，有機無機肥配施明顯增加了煙葉中還原性糖和鉀離子含量。我國烤煙種植地一般位于湖南、云南、廣西等南方地區，這些地區年均日照時間較長，有利于烤煙葉片的光合作用[33]。本研究發現，相比于南方煙區，有機無機肥配施對提升北方煙區煙葉的還原性糖、降低煙堿的作用更顯著。這可能是由于南方煙區常年高溫多雨，有機無機肥施入到土壤后由于淋洗、徑流、蒸發等作用造成土壤礦質營養元素流失[34]，導致肥料利用率低。本研究發現，當種植地年均降水和氣溫較低時，有機無機肥配施對烤煙煙葉的提升作用更明顯。由此說明，在年均日照時長較長、氣溫和降水量較低的植煙區及北方煙區進行有機無機肥配施更有利于促進煙葉中糖分和鉀離子的積累、調控糖堿比。

土壤pH對有機無機肥配施效果也有較大影響。本研究表明，在中性或石灰性的土壤上進行有機無機肥配施可顯著增加烤煙煙葉中還原性糖和鉀離子含量、降低煙堿含量、提高糖堿比，而在酸性土壤條件下有機無機肥配施的作用較小。這可能是因為土壤pH過低會影響土壤陽離子交換量，降低土壤礦質營養元素的有效性，從而抑制烤煙根系吸收養分。黎成厚等[35]研究發現，土壤氫離子含量過高會降低烤煙根系對土壤中鉀離子的吸收，降低烤煙煙葉中鉀離子含量，導致光合作用降低，從而間接影響還原性糖的積累[3637]。在一定范圍內，土壤肥力越低，有機無機肥配施對烤煙煙葉中鉀離子、還原性糖、糖堿比的提升作用越明顯。這可能是在土壤肥力較高的地區，有機無機肥雖然能夠進一步增加土壤有機質和養分含量，但增加幅度有限，遠不如對低肥力地區的增肥效果明顯。在低肥力地區，有機無機肥提供的各種養分能更有效地提高土壤綜合肥力，促進烤煙根系吸收營養物質，提升有機無機肥配施的效果。由此說明，在自身肥力較低的石灰性土壤中，有機無機肥配施對促進煙葉中糖分和鉀離子的積累以及調控糖堿比的效果更優。

種植密度也是影響烤煙煙葉化學成分含量的重要因素之一。種植密度過高或過低都會影響烤煙對土壤養分的吸收及葉片的光合作用。當烤煙種植密度保持在15 000～16 000 株·hm?2時，能有效減少煙葉午休作用，增大田間葉面積系數，增加光合作用積累，促使烤煙根系能夠更好地吸收土壤中的營養元素，提高烤煙對肥料的利用率[38]。本研究也發現，當植煙密度為15 000～17 000 株·hm?2 時，有機無機肥配施能明顯增加烤煙煙葉中還原性糖和鉀離子含量，降低煙堿含量，提高糖堿比。

3.4 肥料中氮素比例和用量對有機無機肥配施效果的影響

烤煙對于營養物質特別是氮素的需求十分敏感，不同生長時期所需要的氮素量不同，在生長旺盛期需要大量的氮素用于生長發育，而成熟期對氮素的需求減弱。有機肥施入到土壤后，其養分需要一定時間才能釋放，所以單獨施用有機肥會導致煙株生長發育前期土壤供氮不足、后期供氮過剩。單施無機肥雖然能保證煙株發育前期對氮素的需求，卻不能保證土壤的氮素等營養元素的長期穩定供應[20，3940]。本研究表明，在有機無機肥配施時，肥料氮總量大于100 kg·hm?2且有機氮比例為50%時，能最大程度地保證烤煙全生育期的養分供給都維持在充足水平，有利于煙葉中還原性糖、鉀離子和氯離子的含量的提高，降低或不增加煙葉中總氮和煙堿含量，協調糖堿比，充分發揮有機肥和無機肥的優點。

總體來說，在北方煙區土壤有效氮、磷、鉀含量相對較低且土壤pH較高的情況下，有機無機肥配施更有利于烤煙煙葉中鉀離子和還原性糖的積累，從而提升糖堿比。在田間管理上，建議烤煙種植密度保持在15 000～17 000 株·hm?2，控制將肥料中無機氮總量大于100 kg·hm?2（也不宜過大），同時有機氮比例為50%。在這些措施下，有機無機肥配施更有利于烤煙還原性糖的積累和糖堿比的協調。

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