不同施肥處理下烤后煙葉化學成分特點與綜合評價

賀國強，黃宗偉，張立錕，趙磊，楊富文，黃丹，敖紅*

(1.牡丹江煙草科學研究所，黑龍江 哈爾濱 150076；2.牡丹江煙葉公司，黑龍江 牡丹江 157000；3.牡丹江煙葉公司東寧分公司，黑龍江 東寧 157200；4.牡丹江煙葉公司勃利分公司，黑龍江 勃利 154500；5.東北林業(yè)大學 生命科學學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

肥料在烤煙的生長、產量及品質等多個方面起到重要作用，特別是肥料三要素氮、磷、鉀一旦缺失會使烤煙在不同部位、不同生長階段產生明顯的變化[1]。有研究發(fā)現，氮肥能使烤煙生長速度加快，同時增加葉片葉綠素含量。如果氮肥不足將造成煙株矮小、生長勢弱、葉片輕薄、產質量差等問題；相反氮肥過剩將導致煙株生長過快、貪青晚熟、病蟲害加重等問題[2]。磷肥能夠促進烤煙的新陳代謝，進而起到促進生長發(fā)育、提高產量的作用。同時，磷元素還能增加烤后煙葉的油分與光澤度，從而能夠提高烤煙的品質[3]。鉀肥對于烤煙來說在提高抗逆性、改善品質、促進蛋白質合成及光合作用等諸多方面發(fā)揮突出作用，且烤后煙葉鉀元素含量越高其燃燒性越好[4]。由上述研究可以推斷出，如何選擇肥料的種類、配比用量及施肥方式在烤煙生產中尤為關鍵，只有合理適宜的施肥方法才能達到提高烤煙產量、品質及經濟效益的目的，同時避免無效施肥造成的資源浪費[5-6]。正因如此，前人對不同施用量、肥料種類、肥料配比對烤煙的影響研究較多[7-9]，但從查閱的文獻看，這類研究多考慮的是單一因素，而在施肥方式與肥料種類雙因素對烤后煙葉化學品質的影響方面鮮有報道。鑒于此，筆者以龍江煙區(qū)主栽品種LJ911作為研究對象，通過建立隸屬函數轉化模型，采用因子分析方法對5種施肥處理烤后煙葉的化學品質進行綜合評價，進而確定LJ911在龍江煙區(qū)栽培種植中相對適宜的施肥技術。

1 材料與方法

1.1 處理設計

試驗材料為當地主栽品種龍江911。設5個處理：Y1，常規(guī)施肥；Y2，三段施肥(移栽坐水、旺長期噴施、圓頂期噴施)；Y3，常規(guī)施肥+葉面肥(現蕾期后打頂期前)；Y4，控釋鉀肥；Y5，不施肥。常規(guī)施肥每667 m2施肥量為：氮肥2.06 kg；磷肥2.00 kg；鉀肥6.43 kg。三段施肥的每667 m2施肥量與常規(guī)施肥一樣。

本試驗采取隨機區(qū)組設計，3次重復，8行小區(qū)，行長12 m，壟距1.2 m，小區(qū)面積115.2 m2，共計用地1 968 m2。試驗地點位于黑龍江省賓西煙草科學研究所試驗基地內。試驗地塊前茬作物為烤煙，秋翻秋起壟。

1.2 試驗要求

試驗地塊土壤肥力均勻一致，地面規(guī)整，排灌方便。種植密度：行距×株距為1.2 m×0.5 m，密度16 667株·hm-2。田間管理措施按優(yōu)質特色低危害煙葉生產技術規(guī)范進行，各項農事操作及時一致，統一管理措施在同一天內完成。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 土壤養(yǎng)分

土壤養(yǎng)分測定采用五點取樣法，用土鉆取耕作層20 cm深土壤作為樣品，利用重鉻酸鉀容量法測定有機質含量，堿解擴散法測定堿解氮含量，碳酸氫鈉提取比色法測定速效磷含量，醋酸銨浸提火焰光度法測定速效鉀含量。在4月起壟后施肥前在整個試驗區(qū)取土樣測定基礎肥力，結果顯示在施肥前各處理組土壤的基礎肥力無顯著差異(表1)。

表1 施肥前各處理組土壤基礎營養(yǎng)成分含量

1.3.2 烤后煙葉化學成分

取烤后的上、中、下部煙葉樣品，煙葉等級為X2L、C3F、B2F，通過意大利Pluse3000微量連續(xù)流動式自動化學分析儀測定總糖、還原糖、煙堿(植物堿)、總氮、鉀離子、氯離子，并計算出糖堿比、氮堿比、鉀氯比等。鉀離子的測定以《煙草及煙草制品鉀的測定》(YC/T 217—2007)為依據；氯離子的測定以《煙草及煙草制品氯的測定》(YC/T 162—2011)為依據；煙堿的測定以《煙草及煙草制品總植物堿的測定》(YC/T 160—2002)為依據；總氮的測定以《煙草及煙草制品總氮的測定》(YC/T 161—2002)為依據；總糖、還原糖的測定以《煙草及煙草制品水溶性糖的測定》(YC/T 159—2002)為依據。

1.4 數據分析

采用Microsoft Excel 2016對所有數據進行匯總整理，通過IBM SPSS Statistics 19進行LSD法檢驗的顯著性分析、相關性分析、因子分析。

2 結果與分析

2.1 不同處理烤后煙葉化學成分指標的數據轉化

表2 烤煙主要化學指標臨界值

資料來源：文獻[13]。

2.2 不同處理烤后煙葉化學成分指標的相關性分析

從表4不同處理烤煙烤后化學成分指標的相關性分析中可以看出，鉀離子含量與鉀氯比呈極顯著正相關，與氯離子、全氮含量呈極顯著負相關，與氮堿比呈顯著負相關；氯離子含量與鉀離子含量、鉀氯比呈極顯著負相關，與全氮含量呈極顯著正相關，與氮堿比呈顯著正相關；總糖與還原糖、糖堿比、兩糖差呈極顯著正相關；煙堿與糖堿比呈顯著負相關；全氮與氮堿比呈極顯著正相關；氮堿比與糖堿比呈顯著正相關；糖堿比與兩糖差呈極顯著正相關。LJ911在不同施肥條件下其化學成分之間具有一定的相關性，可進一步做因子分析。

表3 不同肥料處理烤后煙葉化學成分經隸屬函數法轉化后的各指標數據

表4 不同肥料處理烤后煙葉化學成分指標的相關性

2.3 不同處理烤煙化學成分指標的因子分析

對隸屬函數法轉化后的各指標數據進行因子分析，根據特征值大于1的要求，將提取累積方差貢獻率大于75%的因子作為公因子。經數據分析后得到的公因子特征值、方差貢獻率以及累計方差貢獻率見表5。由表5可知3個公因子的特征值都大于1且累計方差貢獻率為79.818%。

對載荷矩陣采用方差最大正交旋轉法進行變換，能夠更加直觀地展示出公因子的生物學意義，從而進一步得到綜合評價方程(表6)。第1公因子包括鉀離子、鉀氯比、總糖、氯離子、全氮，方差貢獻率為36.363%，這些指標大多與煙葉的燃燒性相關，所以這一因子又可稱之為燃燒性因子；第2公因子包括還原糖、糖堿比、兩糖差，方差貢獻率為24.717%，這些指標與烤后煙葉的含碳化合物相關，所以又可稱之為碳因子；第3公因子中包括煙堿、氮堿比，方差貢獻率為18.738%，這些指標與烤后煙葉的含氮化合物相關，所以又可稱之為氮因子。

表5 公因子特征值、方差貢獻率和累計方差貢獻率

利用回歸算法對因子荷載矩陣進行計算，得到成分得分系數矩陣，從而確定各公因子的回歸模型：

表6 烤煙主要化學成分經最大正交旋轉后的因子載荷矩陣

f1=0.275y1+0.29y2-0.13y3+0.033y4-0.137y5-0.261y6-0.128y7+0.116y8-0.004y9+0.066y10；

f2=-0.025y2-0.049y3+0.444y4-0.112y5+0.044y6-0.087y7-0.128y8+0.28y9-0.385y10；

f3=-0.104y1-0.099y2-0.019y3-0.243y4+0.608y5+0.106y6-0.123y7+0.388y8+0.151y9+

0.059y10。

式中：f1、f2、f3分別為第1、第2、第3公因子的得分；y1、y2，…，y10分別為各處理烤后煙葉鉀、鉀氯比、總糖、還原糖、煙堿、氯、全氮、氮堿比、糖堿比和兩糖差的轉化后標準化值。

結合公因子得分進一步將公因子方差貢獻率與累計公因子方差貢獻率的商作為權重，可以獲得綜合評價得分模型F=(41.532f1+25.542f2+12.744f3)÷79.818。將所有煙葉樣品化學成分指標數據帶入模型中可以獲得各樣品的公因子得分及綜合得分(表7)。下部葉烤后煙葉整體綜合評價得分較高，且不同的施肥處理間Y2>Y3>Y1>Y5>Y4；中部葉烤后煙葉總的評價得分為Y3>Y1>Y2>Y4>Y5；上部葉烤后煙葉總的評價得分為Y1>Y2>Y3>Y5>Y4。

表7 不同處理烤煙煙葉主要化學成分因子得分和綜合得分

3 小結與討論

未施肥前不同處理組土壤的基礎肥力無顯著性差異，說明試驗地各地塊基本肥力是一致的。9月份烤煙采收末期對主要營養(yǎng)成分含量進行測定時發(fā)現，Y4(控鉀施肥組)的堿解氮含量和Y2(速效鉀)的速效鉀含量與其他肥料處理組存在顯著差異，說明不同的施肥處理會對土壤肥力產生影響，而土壤肥力的變化會影響煙株的生長和烤煙的品質。

烤后煙葉中的鉀離子、氯離子、總糖、還原糖、總氮、煙堿、全磷等物質的含量都是衡量烤煙化學品質的主要因素，同時以此為基礎計算得到的氮堿比、糖堿比、鉀氯比、兩糖差等數值也能進一步突出烤后煙葉化學成分特點[14-15]。在不同肥料條件下烤煙主要化學成分之間表現出一定的相關性，首先鉀離子含量與鉀氯比之間呈極顯著正相關，與氯離子含量呈極顯著負相關，這與李長江等[11]所研究的結果相一致；以往的研究[16]中發(fā)現，烤煙中含碳化合物含量及相關比值常表現為正相關，這與本研究中總糖含量、還原糖含量、糖堿比、兩糖差之間呈極顯著正相關相一致。

對于烤煙來說，不同化學成分含量與品質之間的關系不都是簡單的正相關或負相關，所以在進行分析與評價時要保證科學性與合理性[17]。隸屬函數轉化可以較好地明確各化學成分與品質之間的關系，具體劃分出正相關、負相關以及拋物線型相關等相關性，從而更加全面、準確地對烤后煙葉中各化學成分與品質間的關系進行描述[18-20]。對烤煙化學成分分析常用的方法包括灰色關聯度分析、主成分分析、因子分析等，其中因子分析相較其他2種方法而言更加科學與客觀，能夠通過降維的方式將多個指標之間的關系用幾個公因子分別表示，最終達到減少變量與突顯變量關系的目的[21-24]。

本研究通過因子分析對不同處理條件下LJ911烤后煙葉的化學品質進行綜合評價，結果發(fā)現：不同部位的煙葉中，下部葉整體綜合評價得分相對較高，且三段式施肥處理組得分表現為最高；如果從煙株上、中、下葉片整體的評價得分情況看，Y1、Y2和Y3處理組之間差異不大，但都明顯高于控鉀施肥處理和不施肥處理。上述結果可以為龍江煙區(qū)當地品種LJ911栽種施肥方式的選擇提供一定的基礎依據。