呂大樹, 李子紳, 郭澤, 張亞恒, 夏陽, 楊雨波, 徐瑋,陳向東, 王英鋒, 張力元, 代曉燕*

(1.貴州中煙工業(yè)有限責(zé)任公司, 貴陽 550003; 2.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院, 煙草行業(yè)煙草栽培重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,鄭州 450002; 3.河南省煙草公司平頂山市公司, 河南 平頂山 467000)

煙草是一種嗜鉀作物，煙草中鉀含量決定煙草的品質(zhì)，是評價(jià)烤煙外觀品質(zhì)和內(nèi)在質(zhì)量的重要指標(biāo)之一[1]。鉀能提高煙葉外觀和內(nèi)在品質(zhì)，其對烤煙品質(zhì)的良好作用主要表現(xiàn)在鉀能夠改善煙葉的燃燒性，也與煙葉的煙堿含量、香氣量關(guān)系密切。含鉀量高的煙葉色澤呈深桔黃色，香氣足，吸味好，富有彈性和韌性，填充性強(qiáng)，阻燃持火力和燃燒性好[2]。煙葉中鉀含量受多種因素的影響，例如施鉀量、施鉀方法、施鉀時期、土壤特性、打頂及植物生長調(diào)節(jié)劑等均能影響到煙葉中鉀含量。我國約有1/3的耕地嚴(yán)重缺鉀，鉀礦資源又相對缺乏，因此，緩解鉀資源短缺的重要途徑就是合理利用鉀肥，提高作物對鉀肥的吸收利用效率。本研究針對當(dāng)?shù)赝寥捞匦院褪┓柿?xí)慣制定合理的配套提鉀方案，對當(dāng)?shù)責(zé)熑~鉀含量和煙葉品質(zhì)的改善具有重要意義。

目前在煙草生產(chǎn)中，鉀肥的施用方法以基肥+團(tuán)棵期一次性追施最為普遍[3]。鄭憲濱等[4]研究認(rèn)為,分三次施用鉀肥可以提高烤煙上等煙比例、產(chǎn)值和上部葉的含鉀量，降低烤煙下等煙比例；趙銘欽等[5]研究發(fā)現(xiàn)，分次施鉀可以提高煙葉鉀含量，協(xié)調(diào)烤后煙葉化學(xué)成分比例，使煙葉的產(chǎn)值、均價(jià)、上等煙比例均有不同程度的提高，并使煙葉中性致香物質(zhì)總量增加；許自成等[6]研究表明施加外源生長素和根部灌施硫酸鉀能夠提高根系活力，增加干物質(zhì)重量，有利于烤煙生長發(fā)育；郭芳軍等[7]研究發(fā)現(xiàn)打頂后噴施生長素吲哚乙酸(indoleacetic acid，IAA)能降低煙草根系活力，提高煙葉中鉀素含量，降低煙堿含量。一般烤煙對鉀素的吸收速率在移栽后50 d達(dá)到高峰，到生長后期則可能出現(xiàn)鉀元素虧缺現(xiàn)象[8]。已有研究表明烤煙鉀含量與土壤鉀素有關(guān)[9]，打頂后施用生長素有利于烤煙鉀素積累與分配[10-13]，改善烤煙鉀含量與物理性狀的關(guān)系[14]等。目前，關(guān)于土壤如何持續(xù)為煙株提供鉀素以及打頂后施用生長素對煙葉中鉀含量以及致香物質(zhì)含量影響的綜合研究較少。因此，本研究針對豫中煙區(qū)煙葉含鉀量低的狀況，通過施鉀時期與植物生長調(diào)節(jié)劑的技術(shù)集合，分析了不同施鉀方案對烤煙產(chǎn)質(zhì)量的影響，以期為優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)于2017年在河南省平頂山市葉縣夏李鄉(xiāng)曹王村進(jìn)行，地形屬于平原，土壤質(zhì)地為砂壤土，土壤類型為砂質(zhì)潮土，試驗(yàn)地基礎(chǔ)肥力為有機(jī)質(zhì)10.4 g·kg-1、全氮0.6 g·kg-1、速效磷24.4 mg·kg-1、速效鉀113.4 mg·kg-1、土壤pH 4.8。前作為烤煙。供試烤煙品種為豫煙6號。

1.2 試驗(yàn)方法

采用田間小區(qū)試驗(yàn)法，小區(qū)面積為45 m2，采用隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，試驗(yàn)共設(shè)5個處理(表1)，每處理重復(fù)3次，共15個小區(qū)。其中當(dāng)?shù)厥┓史椒椋?0%起壟條施+50%團(tuán)棵期追施；分三次施用硫酸鉀方法為：1/3起壟條施、1/3團(tuán)棵期施用、1/3旺長期追施。管理按照優(yōu)質(zhì)煙生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。氮、磷肥用量固定為當(dāng)?shù)刈罴延昧?，硫酸?含K2O 50 %)225 kg·hm-2。所使用的生長素為IAA，濃度為20 mg·kg-1，沿莖斷面涂抹(使用浸蘸IAA溶液的脫脂棉，以延長供給時間)[6]。施肥方法：農(nóng)家肥在冬前起壟時撒施。4月15日將按鉀肥計(jì)算出的硫酸鉀用量和100%磷肥、復(fù)合肥以及發(fā)酵后的餅肥作基肥在起壟后雙側(cè)條，剩余鉀肥分別按照以上處理中的比例在團(tuán)棵期(按比例將剩下復(fù)合肥和追加的氮肥)和旺長期分次施用；打頂后當(dāng)天和一周后分別涂抹生長素2次，打頂時期均控制在初花期進(jìn)行，打頂時每株煙留葉數(shù)21～22片。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

①農(nóng)藝性狀：參照YC/T 142-2010 煙草農(nóng)藝性狀調(diào)查測量方法[15]，在烤煙生長的團(tuán)棵期和成熟期調(diào)查各小區(qū)農(nóng)藝性狀。每小區(qū)固定取15株煙草進(jìn)行測量，主要測量株高、有效葉片數(shù)、最大葉長和葉寬等農(nóng)藝性狀指標(biāo)。

②煙葉物理特性和外觀指標(biāo)：選取具有代表性的C3F煙葉。根據(jù)田茂成等[16]的方法測定煙葉開片度、含梗率、單葉質(zhì)量、平衡含水率等指標(biāo)。煙葉外觀質(zhì)量鑒定參照王彥亭[17]的方法進(jìn)行。

煙葉開片度=(葉長寬度/葉片長度)×100%

③煙葉化學(xué)成分：烤后煙葉中常規(guī)化學(xué)成分采用AAⅢ 型連續(xù)流動化學(xué)分析儀(德國 BRAN+ LUEBBE公司生產(chǎn))測定[18]。

④中性致香成分：在500 mL圓底燒瓶中加入10.000 g煙樣(45 ℃烘干后磨碎，過100目篩)、1.0 g檸檬酸、500 μL內(nèi)標(biāo)(0.37 g·L-1硝基苯)，再加入350 mL蒸餾水。安裝蒸餾萃取裝置，從冷凝管上方加入40 mL 二氯甲烷于 250 mL燒瓶中，待開始沸騰時同時進(jìn)行蒸餾萃取，出現(xiàn)分層開始計(jì)時。2.5 h后，收集250 mL燒瓶中的有機(jī)相，加入10 g無水硫酸鈉搖勻至溶液澄清，放置過夜，轉(zhuǎn)移有機(jī)相到雞心瓶，水浴濃縮有機(jī)相至1 mL左右，轉(zhuǎn)入色譜瓶中，用GC/MS鑒定結(jié)果和NIST庫檢索定性，待進(jìn)樣分析。采用HP 5890II-5972氣質(zhì)聯(lián)用儀(美國陶潤公司生產(chǎn))對烤后煙葉樣品進(jìn)行中性致香成分定性分析。

⑤產(chǎn)質(zhì)量：分區(qū)掛牌烘烤，烤后將中上部葉按照烤煙分級標(biāo)準(zhǔn)[19]進(jìn)行分級，并統(tǒng)計(jì)每個小區(qū)煙葉產(chǎn)量、均價(jià)、中上等煙和下等煙比例。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS20.0以及Excel 2016軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對煙株農(nóng)藝性狀的影響

由表2可知，分次施用鉀肥和葉面涂抹生長素對最大葉面積影響較大，T1處理在團(tuán)棵期和成熟期時最大葉面積顯著高于CK，T3處理顯著高于T2處理，可見施用鉀肥可以有效促進(jìn)煙葉的生長；成熟期時T4處理最大葉面積與T3處理相比增加了7.85%，且差異顯著，說明分三次施用鉀肥和涂抹生長素可顯著促進(jìn)煙葉的生長。分次施用鉀肥和涂抹生長素對兩個關(guān)鍵時期的株高和有效葉片數(shù)都有影響。其中在團(tuán)棵期時，T1～T4處理的株高顯著高于CK，T4處理的有效葉片數(shù)顯著高于CK；在成熟期時，T4處理的株高與CK相比增加了11.53%，進(jìn)一步說明分三次施用鉀肥和涂抹生長素可以改善煙株農(nóng)藝性狀的指標(biāo)。

2.2 不同處理對烤煙產(chǎn)質(zhì)量的影響

表3顯示，不同處理間烤煙產(chǎn)質(zhì)量差異較大，T4處理產(chǎn)量最高，與其他處理間差異顯著，總體表現(xiàn)為T4>T3>T2>T1>CK。植煙土壤分次施用鉀肥處理(T3和T4)的煙葉產(chǎn)量、產(chǎn)值、均價(jià)和中上等煙比例顯著高于CK，可見分三次施用鉀肥可以顯著提高烤后煙葉的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量。T2處理的產(chǎn)量和產(chǎn)值顯著高于T1處理，T4處理顯著高于T3處理，但均價(jià)和中上等煙比例差異不顯著。由此可見，無論是當(dāng)?shù)厥┾浄史椒ɑ蚍秩问┯免浄?，涂抹生長素處理均可以顯著提高烤后煙葉的產(chǎn)量和產(chǎn)值。

表3 不同處理對烤煙產(chǎn)質(zhì)量的影響Table 3 Effect of different treatments on the yield and quality of flue-cured tobacco

2.3 不同處理對烤煙物理性狀的影響

由表4可知，不同處理之間烤煙物理性狀差異較大，T2和T4處理的開片度和平衡含水率顯著高于CK，而含梗率較CK降低了2.81%和10.44%，且差異顯著，可見分次施用鉀肥的基礎(chǔ)上，涂抹生長素處理可以明顯改善烤后煙葉物理性狀。就單葉重而言，T2處理顯著高于T1處理，T4處理顯著高于T3處理，說明生長素對烤后煙葉的單葉重起到明顯作用。整體而言，T4處理的開片度、單葉重、葉質(zhì)重和平衡含水率明顯高于其他處理，含梗率卻低于其他處理。因此，分三次施用鉀肥配合涂抹生長素可以更有效地改善烤后煙葉物理性狀指標(biāo)。

表4 不同處理對烤煙物理性狀的影響Table 4 Effect of different treatments on physical properties of flue-cured tobacco

2.4 不同處理對烤煙外觀質(zhì)量的影響

表5顯示，T1和T3處理的外觀質(zhì)量各指標(biāo)評分均高于CK，可見分次施用鉀肥可以明顯提高烤后煙葉外觀質(zhì)量評分。各處理之間評分表現(xiàn)為T4>T2>T3>T1>CK，說明在分次施用鉀肥的基礎(chǔ)上，施用生長素處理可以明顯改善煙葉外觀質(zhì)量。整體而言，分三次施用鉀肥+施用生長素處理對烤后煙葉外觀質(zhì)量的改善效果最為明顯。

表5 不同處理下烤煙外觀質(zhì)量的評分Table 5 Appearance quality scoreof flue-cured tobacco under different treatments

2.5 不同處理對烤煙常規(guī)化學(xué)成分的影響

根據(jù)中國煙草種植區(qū)劃研究報(bào)告和上海煙草集團(tuán)有限責(zé)任公司煙葉原料評級體系[17]中烤后煙葉中部葉主要化學(xué)成分適宜范圍的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(煙堿2.0%～2.8%,總氮1.9%～2.5%，還原糖18.0%～24.0%，糖堿比8.0～10.0，鉀氯比>4，氮堿比0.95～1.05)，分析了試驗(yàn)烤后煙葉的主要內(nèi)在化學(xué)成分(表6)。植煙土壤分次施用鉀肥處理(T3和T4)的烤煙中部葉的鉀含量顯著高于CK，T1～T4處理的鉀含量與CK相比分別增加了17.65%、33.33%、40.20%和55.88%，其中T2處理鉀含量顯著高于T1處理，T4處理的鉀含量顯著高于T3處理；T4處理氯含量明顯低于其他處理；總氮含量T4處理顯著高于其他處理；從鉀氯比值看，T4處理的鉀氯比值最高且大于4，此時表現(xiàn)為T4>T3>T2>T1>CK。由此可以看出，分三次施用鉀肥和涂抹生長素可以顯著提高煙葉鉀的含量、降低氯的含量。

表6 不同處理對烤煙常規(guī)化學(xué)成分的影響Table 6 Effect of different treatments on conventional chemical composition of flue-cured tobacco

2.6 不同處理對烤煙中性致香物質(zhì)的影響

由表7可知，T2、T3和T4處理的類胡蘿卜素降解產(chǎn)物、Maillard反應(yīng)產(chǎn)物和芳香類氨基酸降解產(chǎn)物的含量均高于CK，其中T2處理的類胡蘿卜素降解產(chǎn)物、Maillard反應(yīng)產(chǎn)物和新植二烯含量與CK相比分別增加了2.41%、0.62%和5.85%，而T4處理與T3處理相比分別增加了6.07%、8.39%和0.68%；T1處理的中性致香物質(zhì)含量整體低于CK，T2、T3和T4處理的中性致香物質(zhì)的總量較對CK分別增加了1.06、1.09和1.11倍，進(jìn)一步說明植煙土壤分次三次施用鉀肥和涂抹生長素的處理可以提高烤后煙中部葉中性致香物質(zhì)的含量，而按照當(dāng)?shù)厥┓史椒ㄖ行灾孪阄镔|(zhì)含量較不施鉀肥處理有所下降。

表7 不同處理對烤煙中性致香物質(zhì)的影響Table 7 Effect of different treatments on neutral aromatic substances in flue-cured tobacco (ug·g-1)

2.7 鉀含量與中性致香物質(zhì)的相關(guān)性分析

由表8可知，除芳香類氨基酸降解產(chǎn)物除外，烤后煙中部葉鉀含量與其余中性香氣成分含量均呈正相關(guān)，且鉀含量與類胡蘿卜素降解產(chǎn)物、Maillard反應(yīng)產(chǎn)物和新植二烯成分呈顯著正相關(guān)性，由此可見提高烤后煙中部鉀素含量能夠提高中性致香物質(zhì)含量。類胡蘿卜素降解產(chǎn)物與Maillard反應(yīng)產(chǎn)物和新植二烯成分呈顯著或極顯著正相關(guān)性，進(jìn)一步說明中性致香物質(zhì)之間存在著部分轉(zhuǎn)化關(guān)系。

表8 鉀含量與中性致香物質(zhì)的相關(guān)性分析Table 8 Correlation analysis between potassium content and neutral aromatic substance

3 討論

鉀是影響煙葉品質(zhì)的重要元素之一，它與煙株的生長發(fā)育、抗逆性、煙葉品質(zhì)密切相關(guān)[20]。煙葉中鉀含量較低一直制約著我國的煙草生產(chǎn)，如何提高鉀含量成為改善煙葉品質(zhì)的主要限制因素之一。本研究通過分次施用鉀肥和涂抹植物生長調(diào)節(jié)劑結(jié)合的方式，進(jìn)一步研究了施肥方式和植物生長調(diào)節(jié)劑對烤后煙葉鉀素含量的影響。本研究結(jié)果表明，分次施用鉀肥可以顯著提高烤后煙葉的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量，這與鄭憲濱等[4]的研究結(jié)果一致；涂抹生長素處理的經(jīng)濟(jì)性狀指標(biāo)顯著高于未涂抹生長素處理，這與郭芳軍等[7]的研究結(jié)果一致，可見涂抹生長素可以使后期頂端優(yōu)勢繼續(xù)保持，增強(qiáng)同化能力，提高煙葉的農(nóng)藝性狀和經(jīng)濟(jì)性狀指標(biāo)。

已有研究表明，分次施用鉀肥有利于煙株均衡利用土壤養(yǎng)分，推遲鉀肥的施用期，煙葉中含鉀量有所提高，內(nèi)部主要化學(xué)成分比例更加協(xié)調(diào)[21]。本研究發(fā)現(xiàn)，植煙土壤分三次施用鉀肥可以改善烤后煙葉物理性狀指標(biāo)，提高烤后煙葉的外觀質(zhì)量，且顯著提高烤后煙葉中鉀素含量，降低氯含量，提高煙葉的鉀氯比，這與前人研究結(jié)果類似[1-5,20-21]，其可能的原因是減少了土壤中鉀的固定和淋失，為打頂后根系吸收鉀素提供了較多的有效鉀，增加了烤后中部煙葉的可用性；外源生長素能夠有效抑制煙株地上部分的鉀含量向根部回流，同時還能抑制煙堿含量的升高[22]。運(yùn)用各種方法提高鉀肥利用率是確保煙葉含有較高鉀素的一個重要措施。分次施用鉀肥可以明顯改善烤后煙葉內(nèi)部的中性致香物質(zhì)含量，涂抹生長素處理的效果最好，這與吳彥輝等[23]的研究結(jié)果一致。這是由于打頂后噴施生長素使煙株生長后期頂端優(yōu)勢得以繼續(xù)保持，增強(qiáng)地上部對同化產(chǎn)物的競爭能力，減少根系有機(jī)物的供應(yīng)，從而限制其對養(yǎng)分的吸收，有利于煙葉品質(zhì)的提高。

已有研究認(rèn)為高鉀含量的煙葉其新植二烯、類胡蘿卜素降解產(chǎn)物、美拉德反應(yīng)產(chǎn)物總量均明顯高于中低鉀含量煙葉[24]。本研究發(fā)現(xiàn)，通過分析烤后煙葉鉀元素與中性致香物質(zhì)相關(guān)性分析，鉀含量與類胡蘿卜素降解產(chǎn)物、Maillard反應(yīng)產(chǎn)物和新植二烯成分呈顯著正相關(guān)性，可見鉀素含量直接影響著烤后煙葉中性致香物質(zhì)的含量。這是由于鉀素參與煙株體內(nèi)的多種酶反應(yīng)，并且促進(jìn)煙株體內(nèi)許多代謝過程，如光合作用、呼吸作用、碳水化合物和蛋白質(zhì)代謝等，而煙葉中致香物質(zhì)都是由這些特定的前體物質(zhì)降解轉(zhuǎn)化而來的[25]。

植煙土壤分三次施用鉀肥且生長素處理更好提高了煙株的農(nóng)藝性狀指標(biāo)和烤后煙產(chǎn)量品質(zhì)，為進(jìn)一步闡明改變鉀肥施用和涂抹生長素的方式提高煙葉鉀含量，科學(xué)改善煙葉品質(zhì)提供理論依據(jù)。