烤煙新品系HKDN-2生態(tài)適應(yīng)性模糊評價

李迪秦 王妍妮 周正紅 劉伊蕓 盧政言 幸 勤喻 鵬,* 朱列書

(1 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，湖南 長沙 410128；2 湖南省永州市煙草公司，湖南 永州 425600)

研究表明，煙葉生產(chǎn)受品種、環(huán)境、技術(shù)措施等因素的影響[1-3]，煙草(NicotianatabacumL.)對生態(tài)環(huán)境因子的適應(yīng)性，最終通過烘烤后原煙產(chǎn)量和品質(zhì)進行評價[4-6]。我國是煙草生產(chǎn)大國，但煙草品種資源貧泛。研究發(fā)現(xiàn)烤煙品種(系)生態(tài)環(huán)境適應(yīng)性優(yōu)勢是影響煙草種質(zhì)資源開發(fā)和利用的關(guān)鍵[7-9]。

從生產(chǎn)環(huán)節(jié)看，煙葉質(zhì)量分為田間質(zhì)量和烘烤質(zhì)量，煙葉田間質(zhì)量評價主要包括與煙株生長發(fā)育相關(guān)的生理生化特性指標(biāo)及主要農(nóng)藝性狀指標(biāo)等；煙葉烘烤質(zhì)量評價主要包括外觀質(zhì)量、感官質(zhì)量、主要化學(xué)成分、物理特性和安全性指標(biāo)等，其中，經(jīng)濟性狀、外觀特征、化學(xué)成分等指標(biāo)已成為煙葉工業(yè)可用性的重要評價指標(biāo)[10-11]。目前，前人對煙葉質(zhì)量評價的研究已有大量報道，多集中在主要經(jīng)濟性狀、外觀質(zhì)量、感官質(zhì)量及化學(xué)成分等單一指標(biāo)的評價上，由于受主客觀因素影響，這種單一評價方法通常存在一定局限性，難以做到科學(xué)合理。因此，開展煙葉質(zhì)量多指標(biāo)綜合模糊評價，可使評價結(jié)果更加科學(xué)、合理，為烤煙品種的生態(tài)適應(yīng)性評價提供可靠的理論依據(jù)[11-13]，進而更有利于產(chǎn)量與質(zhì)量兼優(yōu)、抗病性強、適應(yīng)性廣的烤煙新品(系)的推廣和應(yīng)用。本研究于2016-2017年在湖南典型濃香型煙葉主產(chǎn)區(qū)寧遠(yuǎn)縣開展基于模糊評價的烤煙新系生態(tài)環(huán)境適應(yīng)性研究，以期為湖南煙區(qū)新品種(系)選育、示范和生產(chǎn)應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況及試驗材料

試驗于2016-2017年在寧遠(yuǎn)縣仁和鎮(zhèn)仁和村(同一地點、土壤條件較為一致)煙稻輪作植煙田進行，前茬晚稻，肥力中等，排灌方便。試驗田土壤基本理化性質(zhì)為全氮1.85 g·kg-1、全磷0.86 g·kg-1、全鉀9.88 g·kg-1、有機質(zhì)38.43 g·kg-1、速效氮155.9 mg·kg-1、有效磷14.3 mg·kg-1、速效鉀125.3 mg·kg-1、pH值6.5。

試驗材料：烤煙新品系HKDN-2 (來源于MS101×GK2，由湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)提供，已經(jīng)湖南省烤煙品種區(qū)域試驗)、K326(來源于McNair30×NC95，由湖南省煙草公司提供，對照品種，記作CK1)和云煙87(來源于K326×云煙2號，由湖南省煙草公司提供，對照品種，記作CK2)。采用漂浮育苗，12月18和20日播種，第二年3月12日移栽。間苗和剪葉2次，脫水煉苗4 d后移栽。

1.2 試驗設(shè)計

每個烤煙品種(系)3次重復(fù)，共9個小區(qū)，采用隨機區(qū)組排列，每個小區(qū)面積為39.0 m2。種植密度為1.3 m×0.5 m，每小區(qū)60株，共3行。各項農(nóng)事操作在同一天內(nèi)完成，煙葉成熟采收時，按照小區(qū)進行編號，單采單烤，采用密集式烤房及中溫中濕烘烤工藝在同一座烤房烘烤。

試驗地施煙草專用基肥975.0 kg·hm-2，專用追肥450.0 kg·hm-2、硫酸鉀300.0 kg·hm-2、過磷酸鈣225.0 kg·hm-2，發(fā)酵菜籽餅肥225.0 kg·hm-2，復(fù)合肥(N 15%-P2O510%)75.0 kg·hm-2。即施純氮142.5 kg·hm-2，N∶P2O5∶K2O比例為1∶1∶3，栽培技術(shù)管理措施均按照當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)技術(shù)進行。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 生育時期記載 參照王宇超等[7]的方法，記載播種期、出秒期、成苗期、移栽期、團棵期、中心花開放期、腳葉成熟期、頂葉成熟期，并計算大田生育期。

1.3.2 植物學(xué)性狀記載 每個小區(qū)選擇有代表性煙株10株，參照張興偉等[14]的方法，記載株形、葉形、葉色、莖葉角度、主脈粗細(xì)、田間整齊度、成熟特性及煙株生長勢。

1.3.3 大田主要農(nóng)藝性狀記載 每個小區(qū)選擇有代表性煙株10株，參照YC/T 142-2010[15]煙草農(nóng)藝性狀調(diào)查測量方法，記載株高(cm)、葉數(shù)、莖圍(cm)、節(jié)距(cm)、最大葉長寬(cm)，并按照公式計算最大葉葉面積(cm2)：

葉面積=長(cm)×寬(cm)×0.634 5

(1)。

1.3.4 大田主要病害調(diào)查 參照YC/T 39-1996[16]煙草大田主要病害調(diào)查方法，每個小區(qū)選擇5點，每個點調(diào)查7株，共35株，在發(fā)病高峰調(diào)查黑脛病、赤星病、青枯病、氣候性斑點病、野火病和花葉病的發(fā)病株，并按照公式分別計算發(fā)病株率和病情指數(shù)：

發(fā)病率=(發(fā)病株數(shù)/調(diào)查總株數(shù))×100%

(2)

病情指數(shù)=∑(各級病株×該病級數(shù))×100/(調(diào)查總株數(shù)×最高病級數(shù)4級)

(3)。

1.3.5 主要經(jīng)濟性狀指標(biāo)、經(jīng)濟效果指數(shù)及物理性狀指標(biāo)的測定 每個小區(qū)采取單獨采烤，烤后稱重，由專家按照GB 2635-1992[17]標(biāo)準(zhǔn)進行分級和等級比例劃分，并根據(jù)當(dāng)年煙葉收購價計算均價與產(chǎn)值，對上等煙比例、均價、產(chǎn)量和產(chǎn)值4項經(jīng)濟性狀指標(biāo)，運用效果測度模型和指數(shù)法構(gòu)建經(jīng)濟效果指數(shù)(economic character index，ECI)，ECI越大，說明經(jīng)濟性狀越好[13]；并隨機抽取B2F和C3F煙葉100片，稱取其質(zhì)量，計算其物理性狀指標(biāo)單葉重[13]。

1.3.6 原煙外觀質(zhì)量評價 隨機抽取B2F和C3F煙葉樣品，分別稱取1 kg，組織5名專家，采用100分制(表1)，成熟度、顏色、光澤、油份、葉片結(jié)構(gòu)和葉片厚度6個指標(biāo)分別賦100分，依次分別賦予全重25%、15%、15%、15%、15%和15%，根據(jù)各指標(biāo)打分計算權(quán)重分?jǐn)?shù)進行評價，總分越高，表明外觀質(zhì)量越好[18-19]。

1.3.7 主要化學(xué)成分含量檢測及可用性指數(shù)計算 分別稱取各試驗材料B2F和C3F煙葉樣品各1 kg，采用San ++流動分析儀(SKALAR公司，荷蘭)測定煙葉總糖、還原糖[20]、煙堿[21]、總氮[22]、鉀[23]和氯[24]的含量，隨后計算總糖/煙堿、氮/堿、鉀/氯。應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)，參照鄧小華等[12]的方法建立隸屬函數(shù)，將各主要化學(xué)成分指標(biāo)原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成0.1～1.0數(shù)值，然后進行賦值。采用模糊分析法計算化學(xué)成分可用性指數(shù) (chemical components usability index，CCUI)，CCUI越大，說明煙葉主要化學(xué)成分的工業(yè)可用性越好[12-13]。

1.3.8 煙葉ECI、外觀質(zhì)量評價指標(biāo)及CCUI的綜合評價 根據(jù)卷煙工業(yè)企業(yè)及專家對煙葉ECI、外觀質(zhì)量評價指標(biāo)和CCUI 的模糊分析與綜合評價[12-13,17]，采用指標(biāo)賦值法對煙葉主要經(jīng)濟性狀指標(biāo)、外觀質(zhì)量和化學(xué)成分的權(quán)重賦值，其中主要經(jīng)濟性狀指標(biāo)、外觀質(zhì)量評價和化學(xué)成分權(quán)重分別為35%、30%和35%，計算其總分，總分越高，表明其煙葉質(zhì)量越好。計算公式如下:

P=ΣCi× Pi

(4)

式中，P：烤煙主要經(jīng)濟性狀指標(biāo)、外觀質(zhì)量和化學(xué)成分的綜合評價指數(shù)；Ci：第i個分指標(biāo)量化分值；Pi：第i個分指標(biāo)相對權(quán)重。其中，主要經(jīng)濟性狀指標(biāo)按照B2F權(quán)重占45.45%，C3F權(quán)重占54.55%計算，二者貢獻率按照總分?jǐn)?shù)的35%計算[19]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Microsoft Office Excel 2010進行數(shù)據(jù)整理和分析，取2年數(shù)據(jù)的平均值后，采用SPSS 13.0進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 烤煙主要生育期記載

由表1可知，HKDN-2的出苗速度較K326和云煙87早1 d，但3個品種的成苗期一致；移栽后，HKDN-2的團棵期較K326、云煙87分別早2 d和1 d，而現(xiàn)蕾期、中心花開放期均較K326、云煙87遲1 d，腳葉和頂葉成熟期分別較K326、云煙87早3、3 d和8、8 d；3個品種的大田全生育期一致，均為126 d。結(jié)果表明，在本試驗地生態(tài)環(huán)境條件下，HKDN-2成熟期生長加快，有利于成熟采烤及下茬作物水稻的生產(chǎn)。

表1 不同品種烤煙主要生育時期 Table 1 Growth stage of different flue-cured tobacco varieties

注：M：月；D：日。

Note: M: Month. D: Day.

2.2 烤煙主要植物學(xué)性狀調(diào)查

由表2可知，各品種烤煙株形均為塔型，葉形長橢型；HKDN-2葉色較K326稍淡，與云煙87一致；莖葉角度一致為中等；HKDN-2主脈粗細(xì)與K326一致，但較云煙87粗；HKDN-2田間整齊度好于K326，與云煙87一致；分層成熟，HKDN-2成熟快于K326和云煙87；HKDN-2生長勢與云煙87一致為強，均好于K326。綜上表明，HKDN-2的植物學(xué)性狀指標(biāo)整體表現(xiàn)較對照(K326和云煙87)好。

表2 不同品種烤煙的主要植物學(xué)性狀Table 2 Main botanical traits of different flue-cured tobacco varieties

2.3 烤煙主要農(nóng)藝性狀調(diào)查

由表3可知，不同品種烤煙株高依次表現(xiàn)為HKDN-2>云煙87>K326，其中K326顯著低于其他2個品種；節(jié)距表現(xiàn)為云煙87>HKDN-2>K326，K326顯著低于其他2個品種；莖圍表現(xiàn)為HKDN-2>云煙87>K326，HKDN-2顯著高于其他2個品種；葉片數(shù)依次表現(xiàn)為HKDN-2>K326>云煙87，云煙87顯著低于其他2個品種；腰葉葉面積依次表現(xiàn)為HKDN-2>云煙87>K326，HKDN-2顯著高于2個對照品種。綜上表明，HKDN-2的整體農(nóng)藝性狀指標(biāo)優(yōu)于2個對照品種(K326和云煙87)。

表3 不同品種烤煙的主要農(nóng)藝性狀Table 3 Agronomic traits of different flue-cured tobacco varieties

注: 同列不同小寫字母表示品種間差異顯著(P<0.05)。表中數(shù)據(jù)為均值±標(biāo)準(zhǔn)差。下同。

Note: Different lowercase letters mean significant difference at 0.05 level among varieties. The data in the table are mean±standard deviation. The same as following.

2.4 烤煙田間病害調(diào)查

非接種自然狀態(tài)下的田間自然發(fā)病株率和病情指數(shù)可以反映作物品種的田間抗性強弱[25-26]。本研究田間調(diào)查表明，在大田發(fā)病高峰期，黑脛病發(fā)病株率和病情指數(shù)均表現(xiàn)為HKDN-2>云煙87>K326，花葉病的發(fā)病株率和病指表現(xiàn)為K326>云煙87>HKDN-2，其中HKDN-2田間花葉病發(fā)病株率和病情指數(shù)均為零；野火病、馬鈴薯Y病毒病、赤星病、青枯病和氣候斑點病的發(fā)病株率和病情指數(shù)與2個對照品種(K326和云煙87)相同，均為0。結(jié)果表明，非接種自然狀態(tài)下HKDN-2對大田野火病、馬鈴薯Y病毒病、青枯病和氣候斑點病的抗性與2個對照品種相同，均較好，但對花葉病的抗性好于對照品種，表現(xiàn)出優(yōu)良的抗病性(表4)。

2.5 原煙外觀質(zhì)量評價

由表5可知，原煙B2F和C3F等級煙葉，外觀質(zhì)量評價權(quán)重總分，均表現(xiàn)為HKDN-2>云煙87>K326。表明原煙的外觀質(zhì)量HKDN-2好于2個對照品種(K326和云煙87)。通過烘烤后煙葉表現(xiàn)，HKDN-2煙葉無掛灰現(xiàn)象，而2個對照品種均有不同程度的掛灰現(xiàn)象，表明HKDN-2煙葉的烘烤性好于對照品種。

表5 不同品種烤煙B2F和C3F原煙外觀質(zhì)量評價Table 5 Appearance quality evaluation of B2F and C3F of different flue-cured tobacco varieties

2.6 烤煙主要經(jīng)濟性狀指標(biāo)和經(jīng)濟效果指數(shù)及物理性狀指標(biāo)

由表6可知，上等煙比例依次表現(xiàn)為HKDN-2>云煙87>K326，且不同品種間差異顯著；均價表現(xiàn)為HKDN-2>云煙87>K326，不同品種間差異顯著；產(chǎn)量依次表現(xiàn)為HKDN-2>云煙87>K326，其中HKDN-2顯著高于K326，但與云煙87間無顯著性差異；產(chǎn)值依次表現(xiàn)為HKDN-2>云煙87>K326，且不同品種間存在顯著差異；經(jīng)濟效果指數(shù)表現(xiàn)為HKDN-2>云煙87>K326，且不同品種間差異顯著；煙葉經(jīng)濟效果指數(shù)(ECI)綜合排名情況為HKDN-2排第一、云煙87第二、K326第三；B2F和C3F等級煙葉的物理性狀指標(biāo)單葉重均表現(xiàn)為HKDN-2>云煙87>K326，且K326顯著低于其他2個品種。上述結(jié)果表明，HKDN-2的主要經(jīng)濟性狀指標(biāo)好于2個對照品種(K326和云煙87)，表現(xiàn)出優(yōu)良的生態(tài)環(huán)境適應(yīng)性。

2.7 煙葉主要化學(xué)成分及可用性指數(shù)

由表7可知，3個品種B2F和C3F等級煙葉主要化學(xué)成分指標(biāo)，均在優(yōu)質(zhì)煙葉適宜數(shù)值范圍內(nèi)[1]。其中，B2F和C3F等級煙葉的CCUI均依次表現(xiàn)為HKDN-2>云煙87>K326。表明HKDN-2煙葉主要化學(xué)成分含量品質(zhì)和工業(yè)可用性，均優(yōu)于2個對照品種(K326和云煙87)。

2.8 不同品種煙葉主要經(jīng)濟性狀指標(biāo)、外觀質(zhì)量和化學(xué)成分綜合評價

對不同品種B2F和C3F煙葉主要經(jīng)濟性狀指標(biāo)、外觀質(zhì)量評價和CCUI進行模糊評價，結(jié)果表明，HKDN-2的綜合得分最高，其次是云煙87，K326最低(表8)。進一步說明與當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)種植的烤煙品種相比較，HKDN-2的生態(tài)適應(yīng)性更好。

3 討論

3.1 主要環(huán)境因子對煙草的影響

在一定土壤環(huán)境條件下，光照、溫度、水分可以成為影響作物生長發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)形成的最主要環(huán)境因子[3,5-6]。煙草原產(chǎn)于南美洲，喜溫，較耐熱、耐旱，不耐寒[8]。研究發(fā)現(xiàn)煙草生長期最適宜溫度為25～28℃[2]；成熟期最適宜氣溫為20～25℃，一般24～25℃持續(xù)超過30 d有利于煙葉品質(zhì)的形成[6]。我國南方煙區(qū)有利于優(yōu)質(zhì)煙葉形成的≥10℃有效積溫為 1 000～1 800℃[9]。研究表明，我國多數(shù)煙草品種移栽的適宜溫度是連續(xù)7 d溫度穩(wěn)定在13℃，否則易出現(xiàn)早花[13-14,27]。光照充足是優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)的必要條件，優(yōu)質(zhì)煙葉大田生長期日照時數(shù)要求達(dá)到500～700 h[2]；光照不足，煙株生長纖弱，干物質(zhì)積累少，葉片大而薄，內(nèi)在品質(zhì)差；光照過強將會導(dǎo)致葉片厚而粗糙，主脈突出，產(chǎn)生粗筋暴葉，煙葉吸味辛辣，香氣質(zhì)降低，香氣量不足，油分少，煙葉品質(zhì)下降，工業(yè)可用性差等現(xiàn)象[4,6,10]。煙草生長期間既要保證充足的降雨量，又要保證降雨分布與煙草需水規(guī)律相吻合。一般來說，優(yōu)質(zhì)煙生產(chǎn)大田期降水量要求為450～550 mm，緩苗期適宜月降水量為80～100 mm，旺長期月降水量為100～200 mm較適宜，并保證旺長期與多雨季需同步，成熟期月降水量為100 mm左右較為適宜，過多或過少均會對葉片成熟和質(zhì)量產(chǎn)生顯著影響[2,7,10]。

寧遠(yuǎn)縣位于湖南南部(110°42′～112°27′E，25°11′～26°08′N)，屬亞熱帶季風(fēng)濕潤區(qū)，氣候溫暖，雨量豐沛，年均日照1 650 h，年均氣溫18.4℃，年均相對濕度79%，全年無霜期297 d，全年≥10℃的有效積溫大于2 200℃，年均相對濕度79%，年均降雨量1 422 mm，4-6月為雨季，歷年4-6月降雨量超過20 mm。據(jù)2011-2017年寧遠(yuǎn)縣氣象資料統(tǒng)計，穩(wěn)定7 d通過(≥)13℃氣溫的時間多在3月12日以后，有利于移栽，表明寧遠(yuǎn)煙區(qū)光溫水等氣象條件完全可以滿足煙株正常生長發(fā)育和成熟采收[1,3-4,7]。本研究中，3月10日移栽，7月中旬終采，HKDN-2的ECI、CCUI、原煙外觀質(zhì)量、煙葉物理性狀指標(biāo)及抗病性等均好于當(dāng)?shù)仄贩N(K326和云煙87)，表明寧遠(yuǎn)煙區(qū)光溫水等生態(tài)環(huán)境條件完全可以滿足HKDN-2生長發(fā)育和優(yōu)質(zhì)煙葉形成的需要。

3.2 煙葉質(zhì)量評價體系在煙草品種(系)生態(tài)適應(yīng)性上的應(yīng)用

評價作物生態(tài)適宜性的眾多方法中，常見的有聚類和回歸分析法、主觀賦權(quán)分析法和綜合分析法等，上述方法可用于烤煙品種生態(tài)適應(yīng)性評價，但在客觀、科學(xué)合理上略顯不足[28-30]。因此，在此基礎(chǔ)上，進一步產(chǎn)生了基于地理信息系統(tǒng)(geographic information system，GIS)和模糊集理論評價等方法[31-32]。研究發(fā)現(xiàn)ECI可用于煙葉主要經(jīng)濟性狀指標(biāo)優(yōu)劣評價[12-13,19]，CCUI可用于評價主要化學(xué)成分指標(biāo)協(xié)調(diào)性及工業(yè)可用性[13]，但這些評價方法局限于單一指標(biāo)，面對復(fù)雜的煙葉質(zhì)量評價指標(biāo)體系仍顯不足。本研究在煙葉單一質(zhì)量評價指標(biāo)的賦權(quán)和模糊評價方法基礎(chǔ)上，通過進一步對烤煙外觀質(zhì)量、ECI和CCUI進行綜合評價，發(fā)現(xiàn)烤煙新品系HKDN-2的外觀質(zhì)量、ECI和CCUI綜合評價得分均優(yōu)于對照品種(K326和云煙87)，在湘南煙區(qū)表現(xiàn)出了良好的生態(tài)適應(yīng)性。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，新品系HKDN-2具有較好的ECI、外觀和感官質(zhì)量及CCUI，且綜合排名等均好于2個對照品種(K326和云煙87)，在湘南濃香型煙葉產(chǎn)區(qū)表現(xiàn)出良好的生態(tài)適應(yīng)性，具有較好的推廣應(yīng)用潛力和價值。