氮磷鉀肥對烤后煙葉可溶性總糖含量的交互效應(yīng)分析

陳義強，劉國順，習紅昂

1河南農(nóng)業(yè)大學煙草學院，國家煙草栽培生理生化研究基地，鄭州 450002；2福建中煙工業(yè)有限責任公司，廈門市集美區(qū)濱水路298號361022；3河南省南陽煙草分公司，南陽 473000

煙葉的含糖量一向被認為是體現(xiàn)卷煙良好吃味的重要標志。這是因為糖在燃燒后產(chǎn)生的煙氣呈酸性，可以中和煙氣中的游離堿（氨），消除煙氣產(chǎn)生的辛辣和嗆喉的刺激，使煙氣豐滿、醇和、吃味甜潤、舒適，而且糖類物質(zhì)還是煙葉多種香氣成分或致香物的前體物[1,2]。因此，煙葉的含糖量對卷煙質(zhì)量具有重要的作用。目前，有關(guān)氮、磷、鉀肥對烤后煙葉糖含量的影響已有一些報道，如趙宏偉等研究了施氮量對烤后煙葉總糖含量的影響[3]，江朝靜等研究了施磷量對烤后煙葉總糖含量的影響[4]，韓錦峰、顏合洪等、何承剛等研究了鉀肥對烤后煙葉總糖含量的影響[5～7]，但以上研究僅限于氮、磷、鉀肥中的某一單因子對烤后煙葉糖含量的影響，而有關(guān)氮、磷、鉀肥對烤后煙葉糖含量的綜合影響及氮磷鉀肥對糖含量的交互效應(yīng)鮮見報道。因此，本文采用正交回歸試驗對此進行深入研究，以期可能為從氮、磷、鉀肥的用量和交互作用上調(diào)控煙葉烘烤后的糖含量提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于河南省南陽市方城縣清河鄉(xiāng)金葉園（南陽市煙草研究所）。地理位置位于東經(jīng)112°54＇，北緯33°15＇。屬于平原地帶，四季氣候變化明顯，降水量時空分布不均。本試驗在金葉園內(nèi)選取一個長方形典型地塊作為研究對象，地勢平整。試驗地南北長65 m、東西寬48 m。

1.2 材料與處理

采用正交回歸實驗設(shè)計，分氮、磷、鉀三個因素，每個因素各設(shè)五個水平，按施肥量從低到高分別為-2、-1、0、+1、+2水平。根據(jù)2006年的試驗結(jié)果[8-9],確定施肥比例N∶P2O5∶K2O為1∶2∶5，盆栽和大田試驗各因素各水平的具體施肥量見表1。

試驗于2007年在河南省南陽市方城縣金葉園內(nèi)進行。盆栽試驗在遮雨蓬內(nèi)進行。品種為云煙87，土壤為黃褐土。供試土壤pH值為7.18±0.09，有機質(zhì)為 11.18±1.22 g kg-1，全氮為 0.7930±0.0467 g kg-1，全磷為0.3907±0.0345 g kg-1，全鉀為15.82±0.29 g kg-1， 堿 解 氮 為 65.01±3.33 mg kg-1， 速 效 磷 為24.08±2.71 mg kg-1， 速 效 鉀 為 75.56±3.27 mg kg-1。試驗所用盆缽高40 cm，盆口直徑50 cm，盆底直徑45 cm。每個盆缽裝土35 kg，每盆移栽1棵煙苗。移栽時間為2007年5月9日。盆栽試驗中前14號處理和第16號處理每個處理種6盆，第15號處理種18盆，總共16個處理，種植108盆。各處理的具體施肥方案見表2，實驗所施肥料為KNO3（AR）、K2SO4（AR）、KH2PO4（AR）、NaH2PO4·2H2O（AR）、 硝 銨 (含 氮 30%)， 其 中70%作為基肥施用，30%作為追肥。

表1 各因素各水平的施肥量

大田試驗地土壤為黃褐土。供試土壤pH值為7.12±0.079，有機質(zhì)為 1 1.67±1.23 g kg-1，全氮為0.8794±0.0408 g kg-1，全磷為 0 .4213±0.0295 g kg-1，全鉀為21.68±0.648 g kg-1，堿解氮為68.41±3.11 mg kg-1，速效磷為18.22±1.96 mg kg-1，速效鉀為77.10±4.78 mg kg-1。2007年3月7日（施肥前）以16 m×5 m的網(wǎng)格進行取樣，共取39個土壤樣品。取樣時在網(wǎng)格中心點2 m范圍內(nèi)取多點土樣混合而成，并以網(wǎng)格中心點位置表示取樣位置。所有樣品均取自0～20 cm土層的土壤。所取土樣風干后過0.25 mm篩，用于土壤有機質(zhì)、pH值、氮、磷、鉀等指標測定。試驗地面積為0.312 hm2，小區(qū)面積為70 m2，設(shè)保護行，總共16個處理，39個小區(qū)，其中第1至14號處理和第16號處理每個處理設(shè)2個小區(qū)，第15號處理設(shè)9個小區(qū)。各處理的具體施肥方案見表2。供試品種為云煙87，移栽時間為4月29日。試驗所施肥料為煙草專用復(fù)合肥（氮磷鉀比例為10∶10∶20）、硝銨(含氮30%)、Ca（H2PO4）2·H2O（含P2O512%）、K2SO4（含K2O 50%）、KNO3（含氮13%，含K2O 45%），其中70%作為基肥施用，30%作為追肥。煙田灌溉方式為噴灌。9月份取烤后所有煙葉樣品，計算各處理煙葉產(chǎn)量和產(chǎn)值，之后從各處理煙葉中挑選2 kg能代表各處理總體水平的煙葉樣品，粉碎過60目篩后用于化學成分分析。

表2 試驗設(shè)計方案

圖1 氮磷鉀肥對烤煙葉片可溶性總糖的單因子影響

1.3 測定方法

土壤全氮用FOSS Kjeltec 2300全自動定氮儀測定，回收率為99.27%；全磷、全鉀用美國瓦里安的VISTA-MPX CCD Simultaneous ICP-OES(全譜直讀等離子體發(fā)射光譜)測定；水解性氮用堿解擴散法測定，速效磷用NaHCO3法測定，速效鉀用乙酸銨提取法測定,有機質(zhì)用重鉻酸鉀容量法-稀釋熱法測定，pH值用電位法測定[10-11]。煙葉水溶性總糖用荷蘭SKALAR San++連續(xù)流動分析儀測定[12]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析方法

用DPS、SPSS10.0及EXCEL軟件進行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮磷鉀肥對烤后煙葉總糖含量的單因子效應(yīng)分析

分別計算盆栽和大田試驗中氮磷鉀肥3個因素中5個處理水平的烤后煙葉可溶性總糖的平均值，作成x-y折線圖（見圖1）。從圖1(a)中可以看出，在試驗施肥量范圍內(nèi)，盆栽試驗的可溶性總糖含量隨著施氮量的增加明顯降低，隨著施磷量的增加呈波動性升高而后略有降低，隨著施鉀量的增加先是明顯升高而后略有降低。多重比較結(jié)果表明（表3），-2水平的施氮量與-1水平的差異不顯著，與0、＋1、＋2水平的差異顯著；-2水平的施磷量與0水平的差異不顯著，與其他3個水平差異顯著，-1、＋1和＋2水平間兩兩差異不顯著；-2水平的施鉀量與其他4個水平的差異都顯著，-1、0、＋1水平間兩兩差異顯著，＋1與＋2水平間差異不顯著。從圖1（b）中可以看出，在試驗施肥量范圍內(nèi)，大田試驗的可溶性總糖含量隨著施氮量的增加明顯降低，隨著施磷量的增加而略有升高，隨著施鉀量的增加先是明顯升高而后保持穩(wěn)定。多重比較結(jié)果表明（表3），-2水平的施氮量與-1水平的差異不顯著，與0、＋1、＋2水平的差異顯著，0水平與＋1、＋2水平的差異都顯著；-2水平的施磷量與其他4個水平的差異都顯著，-1、0、＋1和＋2水平間兩兩差異不顯著；-2水平的施鉀量與-1水平的差異不顯著，與0、＋1、＋2水平間差異都顯著，-1、0、＋1水平間兩兩差異顯著，＋1水平與＋2水平間差異不顯著。大田試驗的結(jié)果與盆栽試驗基本一致。

表3 各因素處理水平間可溶性總糖的多重比較

2.2 各級交互效應(yīng)分析

以二次多項式回歸分析，建立氮、磷、鉀3因子與可溶性總糖含量的回歸模型，

其中YTS-P、YTS-F分別為盆栽試驗和大田試驗的可溶性總糖含量，單位為%，N、P、K分別表示純氮、P2O5、K2O的施用量，盆栽試驗中單位為g·8pot-1，大田試驗中單位為kg hm-2。F檢驗表明，盆栽試驗所建方程YTS-P的顯著水平P = 0.0000，達極顯著水平，相關(guān)系數(shù)r = 0.9353，Durbin-Watson統(tǒng)計量d =1.7647，接近2；大田試驗所建方程YTS-F的顯著水平P = 0.0000，達極顯著水平，相關(guān)系數(shù)r = 0.9558，Durbin-Watson統(tǒng)計量d = 1.7002，接近2，說明這兩個模型擬合性都較好。

根據(jù)所建立的二次多項式回歸模型求全實施方案中125個處理的可溶性總糖含量，并進行各級交互效應(yīng)分析。

2.2.1 一級交互效應(yīng)分析

與單一的肥料處理相比，氮磷鉀肥互作并非僅僅表現(xiàn)出簡單的加和作用，同時還存在協(xié)同促進作用和拮抗作用。圖2和圖3分別為盆栽試驗和大田試驗中氮磷鉀肥的兩因素交互效應(yīng)的曲面圖。把鉀肥固定于零水平，作氮肥和磷肥的交互效應(yīng)的曲面圖（見圖2-a和圖3-a），從圖2-a中可以看出，盆栽試驗中當磷肥處于中低施肥量時（0～10 g·pot-1）隨著氮肥施用量的增加可溶性總糖含量明顯降低，而當磷肥處于中高施肥量時（10～20 g·pot-1）隨著氮肥施用量的增加可溶性總糖含量略有降低，但降低的幅度小于中低施磷量時的幅度。同樣，當?shù)侍幱谥械褪┓柿繒r（0～5 g·pot-1）隨著磷肥施用量的增加可溶性總糖含量增加，而當?shù)侍幱谥懈呤┓柿繒r（5～10 g·pot-1）隨著磷肥施用量的增加可溶性總糖含量增加的幅度大于中低施氮量時的幅度。說明在試驗施肥量范圍內(nèi)氮磷肥對可溶性總糖的互作表現(xiàn)為拮抗作用。從圖3-a中可以看出，大田試驗中當磷肥處于低施肥量時（0～84 kg·hm-2）隨著氮肥施用量的增加可溶性總糖含量略有降低，而當磷肥處于中高施肥量時（84～210·kg hm-2）隨著氮肥施用量的增加可溶性總糖含量明顯降低，且降低的幅度大于低施磷量時的幅度。當?shù)侍幱谥械褪┓柿繒r（0～52.5 kg·hm-2）隨著磷肥施用量的增加可溶性總糖含量先增加而后減少，而當?shù)侍幱谥懈呤┓柿繒r（52.5～105 kg·hm-2）隨著磷肥施用量的增加可溶性總糖含量先增加而后減少的幅度大于中低施氮量時的幅度。說明氮磷肥對可溶性總糖的互作效應(yīng)存在一個閥值，即當施氮量為 0～ 105 kg·hm-2，施磷量為 0～ 84 kg·hm-2時表現(xiàn)為拮抗作用，當施氮量為0～105 kg·hm-2，施磷量84～210 kg·hm-2為時表現(xiàn)為協(xié)同促進作用。盆栽試驗中氮磷互作并沒有出現(xiàn)閥值可能是由于盆栽條件下的供磷量小于大田試驗的供磷量，因為大田試驗的株距為1.20 m，行距為0. 50 m，大田試驗中每株煙所占有的土壤遠遠大于盆栽試驗中每株煙所占有的土壤，盆栽試驗中每株煙所能得到的土壤供磷量也就遠遠小于大田試驗。

圖2 盆栽試驗中雙因素交互效應(yīng)曲面圖

圖3 大田試驗中雙因素交互效應(yīng)曲面圖

把磷肥固定于零水平，作氮肥和鉀肥的交互效應(yīng)的曲面圖（見圖2-b和圖3-b），從圖2-b和圖3-b中可以看出，當鉀肥處于中低施肥量時（盆栽試驗為0 ～ 2 5 g·pot-1，大田試驗為 0 ～ 2 62.5 kg·hm-2）隨著氮肥施用量的增加可溶性總糖含量略有降低，而當鉀肥處于中高施肥量時（盆栽試驗為25～50 g·pot-1，大田試驗為262.5～525 kg·hm-2）隨著氮肥施用量的增加可溶性總糖含量明顯降低，且降低的幅度明顯大于中低施鉀量時的幅度。同樣，當?shù)侍幱谥械褪┓柿繒r（盆栽試驗為0～5 g·pot-1，大田試驗為0～52.5 kg·hm-2）隨著鉀肥施用量的增加可溶性總糖含量明顯增加，而當?shù)侍幱谥懈呤┓柿繒r（盆栽試驗為5～10 g·pot-1，大田試驗為 5 2.5 ～ 1 05 kg·hm-2）隨著鉀肥施用量的增加可溶性總糖含量增加的幅度小于中低施氮量時的幅度。盆栽試驗和大田試驗的趨勢基本一致。說明在試驗施肥量范圍內(nèi)氮鉀肥對可溶性總糖的互作表現(xiàn)為拮抗作用。

把氮肥固定于零水平，作磷肥和鉀肥的交互效應(yīng)的曲面圖（見圖2-c和圖3-c），從圖2-c和圖3-c中可以看出，隨著磷肥施用量的增加和鉀肥施用量的增加可溶性總糖含量明顯增加。盆栽試驗和大田試驗的趨勢基本一致。說明在試驗施肥量范圍內(nèi)磷鉀肥對可溶性總糖的互作表現(xiàn)為協(xié)同促進作用。

2.2.2 二級交互效應(yīng)分析

通常煙葉中可溶性總糖的含量為12%～30%，以20% 左右為宜[1,2]。因此，篩選出全實施方案125個處理中可溶性總糖含量大于等于17%且小于等于23%的處理，盆栽試驗共有39個，大田試驗共有30個。分別把這些處理中氮磷鉀3因素各水平的分布做成三元分布圖（見圖4），并進行頻率分析（見表4）。從圖4（a）和表4中可以看出，盆栽試驗中可溶性總糖含量大于等于17%且小于等于23%的處理主要分布在氮肥的+1、+2水平，鉀肥的-1和0水平，磷肥各水平分布相對比較均勻，說明在盆栽試驗施肥量范圍內(nèi)較高的氮肥（7.5～10 g·8pot-1），中等的鉀肥施用量（12.5～25 g·pot-1），適宜的磷肥施用量（10～20 g·pot-1）可以使煙葉總糖處于適宜范圍。從圖4（b）和表4中可以看出，大田試驗中可溶性總糖含量大于等于17%且小于等于23%的處理主要分布在氮肥的0和+1水平，鉀肥的-1和0水平，磷肥各水平分布相對比較均勻，說明大田試驗施肥量范圍內(nèi)中等的氮肥（52.5～78.75 kg·hm-2），中等的鉀肥施用量（131.25～262.5 kg·hm-2），適宜的磷肥施用量（105～157.5 kg·hm-2）可以使煙葉總糖處于適宜范圍。盆栽和大田試驗中磷肥各水平分布都相對比較均勻，說明磷肥對煙葉總糖的影響比氮肥和鉀肥的影響小。

圖4 可溶性糖含量大于等于17%且小于等于23%的各處理中各因子的三元分布圖

表4 可溶性糖含量大于等于17%且小于等于23%的各處理中各因子取值的頻率分布

3 討論

煙葉的含糖量對卷煙品質(zhì)具有重要的作用。氮磷鉀是煙草栽培中的三大營養(yǎng)元素。氮素是葉綠素的組成成分，葉綠素a和葉綠素b都是含氮化合物[1]。磷在植物體內(nèi)參與光合作用及碳水化合物的代謝和運輸[1]。鉀是多種酶的活化劑，能夠促進光合作用[1]。氮磷鉀肥對煙草光合作用具有重要影響，與煙葉糖含量的積累密切相關(guān)。趙宏偉等、Rideout等、汪耀富等研究表明，隨氮用量的增加，總糖、還原糖的含量以及糖堿比都降低[13-15]。何承剛等、顏合洪等研究表明在一定范圍內(nèi)隨著鉀肥用量的增加，烤后煙葉的總糖和還原糖含量都相應(yīng)提高[16-17]。江朝靜等研究表明，煙葉水溶性糖和還原糖含量隨著磷施用量的增加而增加[4]。本研究表明，在試驗施肥量范圍內(nèi)，盆栽試驗的可溶性總糖含量隨著施氮量的增加明顯降低，隨著施磷量的增加呈波動性升高而后略有降低，隨著施鉀量的增加先是明顯升高而后略有降低。大田試驗的可溶性總糖含量隨著施氮量的增加明顯降低，隨著施磷量的增加而略有升高，隨著施鉀量的增加先是明顯升高而后保持穩(wěn)定。盆栽試驗和大田試驗的結(jié)果基本一致。大田試驗中煙葉可溶性總糖含量分別隨著施磷量和施鉀量的增加先是增加而后沒有明顯降低，這可能是由于大田試驗中磷肥和鉀肥的施肥區(qū)間還不夠大。

氮能促進磷的吸收。因為蛋白質(zhì)的合成既需要能量，也需要核酸，而磷不僅是ATP 的組成成分，也是核酸的組成成分。生產(chǎn)上氮磷配合施用，其增產(chǎn)效果常超過單獨施用，故氮磷常有協(xié)同效果。金軻等研究表明，在一定條件下，氮、磷、水間的耦合作用類型可以相互轉(zhuǎn)化[18]。本研究表明，在大田試驗施肥量范圍內(nèi)氮磷肥對可溶性總糖的互作效應(yīng)存在一個閥值，即當施氮量為0～105 kg·hm-2，施磷量為0～84 kg·hm-2時表現(xiàn)為拮抗作用，當施氮量為0～105 kg·hm-2，施磷量 84 ～ 210 kg·hm-2為時表現(xiàn)為協(xié)同促進作用；氮鉀肥對可溶性總糖的互作表現(xiàn)為拮抗作用；磷鉀肥對可溶性總糖的互作表現(xiàn)為協(xié)同促進作用。盆栽試驗施肥量范圍內(nèi)氮磷肥對可溶性總糖的互作表現(xiàn)為拮抗作用，沒有出現(xiàn)閥值，這可能是由于施肥區(qū)間還不夠大。

氮磷鉀肥合理配施可以使煙葉化學成分協(xié)調(diào)，使煙葉總糖處于適宜范圍[19]。煙草是喜鉀作物，增施鉀肥在一定程度上可以提高煙葉的產(chǎn)量、中上等煙比例和產(chǎn)值[7,20]，但是過量的施用鉀肥并沒有提高烤煙的產(chǎn)量和質(zhì)量[21]，反而易發(fā)生“奢侈消耗”[22]，造成鉀元素使用的無效和不經(jīng)濟。本研究表明，在盆栽試驗所選擇的土壤與設(shè)計的施肥量范圍內(nèi)較高的氮肥（7.5～10 g·pot-1）、中等的鉀肥（12.5～25 g·pot-1）、適宜的磷肥（10～20 g·pot-1）施用量可以使煙葉總糖處于適宜范圍，在本大田試驗的土壤與生態(tài)條件下和所設(shè)計的施肥量范圍內(nèi)中等的氮肥（52.5～78.75 kg·hm-2）、中等的鉀肥（131.25～262.5 kg·hm-2）、適宜的磷肥（105～157.5 kg·hm-2）施用量可以使煙葉總糖處于適宜范圍。此時的氮磷鉀肥比例較為適宜，當鉀肥施用量盆栽試驗超過25 g·pot-1，大田試驗超過262.5 kg·hm-2時造成鉀肥施用的無效和不經(jīng)濟，即發(fā)生“奢侈消耗”。

4 結(jié)論

在試驗施肥量范圍內(nèi)，可溶性總糖含量隨著施氮量的增加明顯降低，隨著施磷量的增加先升高而后降低，隨著施鉀量的增加先是明顯升高而后降低。

在試驗施肥量范圍內(nèi)氮磷肥對可溶性總糖的互作效應(yīng)存在一個閥值，低于這個閾值時表現(xiàn)協(xié)同促進作用, 高于這個閾值時表現(xiàn)拮抗作用；氮鉀肥對可溶性總糖的互作表現(xiàn)為拮抗作用；磷鉀肥對可溶性總糖的互作表現(xiàn)為協(xié)同促進作用。

在盆栽試驗所選擇的土壤與設(shè)計的施肥量范圍內(nèi)較高的氮肥（7.5～10 g·pot-1）、中等的鉀肥（12.5～25 g·pot-1）、適宜的磷肥（10～20 g·pot-1）施用量可以使煙葉總糖處于適宜范圍，在本大田試驗的土壤與生態(tài)條件下和所設(shè)計的施肥量范圍內(nèi)中等的氮肥（52.5～78.75 kg·hm-2）、中等的鉀肥（131.25～262.5 kg·hm-2）、適宜的磷肥（105～157.5 kg·hm-2）施用量可以使煙葉總糖處于適宜范圍。

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