種植密度與施氮量及其交互作用對(duì)烤煙煙氣特性的影響

李 松，李永忠，晉 艷，陳增敏，李軍營(yíng)*

1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院，昆明市北市區(qū)灃源路452 號(hào) 650201

2.云南省煙草農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，昆明市五華區(qū)圓通街33 號(hào) 650106

煙葉燃燒產(chǎn)生的煙氣是多種化學(xué)物質(zhì)的混合體，主要是在燃燒過(guò)程中通過(guò)熱裂解產(chǎn)生的，影響著卷煙的風(fēng)格和安全性［1］。鄧小華等［2］研究表明，隨著煙氣中總粒相物、煙堿、焦油量等的增加，煙氣中雜氣和刺激性增加，燃燒性變差，灰色加深，但香氣量和濃度增加。煙氣一氧化碳以及總粒相物中焦油、煙堿是卷煙煙氣危害性的評(píng)價(jià)指標(biāo)［3-7］。因此，降低煙氣中有害成分一直是煙草行業(yè)研究的熱點(diǎn)［8］。目前，煙草行業(yè)在控制煙氣有害成分方面通常從原輔料安全性、卷煙加工工藝、外源添加物質(zhì)安全性等環(huán)節(jié)著手。楊松等［9］和陳敏等［10］從煙葉產(chǎn)地和部位上分析了煙氣焦油等有害成分釋放量的差異，表明煙葉產(chǎn)地對(duì)煙氣焦油、煙堿、一氧化碳的釋放量影響較小；彭斌等［11］試驗(yàn)表明，一氧化碳等煙氣有害成分釋放量隨著煙葉部位而變化，煙葉部位對(duì)煙氣煙堿的釋放量影響顯著；焦油危害性指數(shù)表現(xiàn)為上部葉＞中部葉＞下部葉。王毅等［12］通過(guò)對(duì)不同海拔（1 200～2 000 m）煙區(qū)初烤煙葉煙氣焦油量及其他主要煙氣指標(biāo)值的分析發(fā)現(xiàn)，不同海拔高度煙氣焦油量、煙堿、總粒相物及一氧化碳等主要指標(biāo)存在較大差異。在卷煙加工工藝方面，煙氣有害性控制效果較明顯，劉鴻等［13］和張亞平等［14］研究提出，卷煙紙?zhí)砑觿┛稍诓煌潭壬辖档椭髁鳠煔庵杏泻Τ煞值尼尫帕浚煌趿恋龋?5］和楊建禮等［16］研究認(rèn)為，調(diào)整切絲寬度搭配，濾嘴旋轉(zhuǎn)前后煙樣焦油、煙堿、CO、水分、單口焦油量和單口煙堿量增加。可見(jiàn)，以上研究多集中在不同產(chǎn)地［9-10］、部位［9-11］、海拔［12］等條件下煙氣指標(biāo)的差異分析，以及輔料［13-14］、加工工藝［15-16］等對(duì)煙氣特性的影響，而關(guān)于田間農(nóng)藝措施對(duì)煙氣特性影響方面的研究則鮮見(jiàn)報(bào)道。因此，設(shè)置了種植密度與施氮量對(duì)煙葉煙氣指標(biāo)的影響試驗(yàn)，旨在探索在當(dāng)前煙葉生產(chǎn)條件下，通過(guò)田間措施調(diào)控?zé)熑~煙氣成分的可能性，為優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)及提高卷煙品質(zhì)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)基本情況

供試烤煙品種為K326，由玉溪中煙種子有限責(zé)任公司提供。試驗(yàn)于2018 年在云南省玉溪市紅塔區(qū)趙桅試驗(yàn)基地（24°18′N，102°29′E，海拔1 645 m）進(jìn)行，當(dāng)?shù)責(zé)o霜期大于120 d，4—9 月日照大于800 h，6—8 月平均氣溫大于20 ℃的持續(xù)天數(shù)在70 d 以上，9 月下旬平均氣溫在17 ℃以上。試驗(yàn)地前茬作物為油菜，地勢(shì)平坦、土壤肥力均勻，土壤類型為水稻土。供試土壤基本理化性狀：pH6.3，有機(jī)質(zhì)25.48 g/kg，有效氮80.5 mg/kg，有效磷12.0 mg/kg，速效鉀70.3 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)置種植密度和施氮量?jī)梢蛩厝搅褏^(qū)試驗(yàn)。主處理為種植密度，分別為縮行距縮株距（110 cm×45 cm，1 345 株/667 m2）、常規(guī)種植密度（120 cm×50 cm，1 100 株/667 m2）、擴(kuò)行縮株距（130 cm×40 cm，1 282 株/667 m2）；副處理為施氮量，分別為減氮40%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，純氮3.6 kg/667 m2）、常規(guī)施氮量（純氮6 kg/667 m2）和增氮40%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，純氮8.4 kg/667 m2），肥料為煙草專用復(fù)合肥［m（N）∶m（P2O5）∶m（K2O）=12 ∶10 ∶24］。共計(jì)9 個(gè)處理，每處理3 次重復(fù)，每重復(fù)1 個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積約66 m2，共計(jì)27 個(gè)小區(qū)。其他管理措施按當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范執(zhí)行。

1.3 樣品制備

每個(gè)小區(qū)分別采集上部葉（B2F）、中部葉（C3F）和下部葉（X2F）3 個(gè)部位的煙葉樣品各1 kg，共計(jì)81 份。將煙葉切絲卷制成圓周24.5 mm、長(zhǎng)84.0 mm 的單料樣煙，從中選取平均質(zhì)量（0.90 ±0.01）g 和平均吸阻（1 000 ± 50）Pa 規(guī)格的煙支，進(jìn)行煙氣特性指標(biāo)測(cè)定。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目與方法

采用GB/T19069—2004［17］的方法測(cè)定煙氣總粒相物、焦油量以及抽吸口數(shù)；采用GB/T 23203.1—2008［18］的方法測(cè)定煙氣水分；采用GB/T 23355—2009［19］的方法測(cè)定煙氣煙堿；采用GB/T 23356—2009［20］的方法測(cè)定煙氣一氧化碳。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel2013、SPSS23.0 軟件進(jìn)行方差分析，采用Duncan’s 新復(fù)極差法進(jìn)行數(shù)據(jù)間差異的顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 種植密度和施氮量對(duì)烤煙不同部位煙葉煙氣特性的影響

由表1 和表2 可以看出，對(duì)烤煙上部煙葉而言，種植密度對(duì)煙氣水分的影響達(dá)到極顯著水平，對(duì)其他指標(biāo)影響不顯著；施氮量對(duì)煙氣總粒相物、焦油量的影響達(dá)到顯著或極顯著水平，對(duì)其他指標(biāo)的影響不顯著；種植密度和施氮量間交互作用對(duì)煙氣總粒相物、水分的影響達(dá)到顯著或極顯著水平。在相同的種植密度條件下，煙氣總粒相物隨著施氮量的增加而增加；在常規(guī)種植密度（120 cm×50 cm）水平下，焦油量隨施氮量的增加而增加；在縮行距縮株距（110 cm×45 cm）水平下，煙氣煙堿量隨施氮量的增加而增加，一氧化碳量隨施氮量的減少而降低。在增氮40%水平下，煙氣總粒相物、煙堿量，以及單支煙抽吸口數(shù)隨著種植密度的增大而增加，焦油量隨著種植密度的增大而降低。綜合來(lái)看，不同種植密度和施氮量處理中，以擴(kuò)行距縮株距（130 cm×40 cm）×減氮40%處理組合的煙氣總粒相物量最低，為14.95 mg/支；縮行距縮株距（110 cm×45 cm）×減氮40%處理組合的煙氣水分、煙堿量最低，單支煙抽吸口數(shù)最多，分別為1.39 mg/支、1.56 mg/支、12.70 口/支；煙氣焦油量以擴(kuò)行距縮株距（130 cm×40 cm）×減氮40%處理組合最低，為11.44 mg/支；一氧化碳量則以常規(guī)種植密度（120 cm×50 cm）×減氮40%處理組合最低，為11.1 mg/支。

由表3 和表4 可以看出，中部葉煙氣總粒相物、水分、煙堿、焦油量以及單支煙抽吸口數(shù)受種植密度的影響達(dá)到顯著或極顯著水平，而一氧化碳受種植密度的影響不顯著；施氮量對(duì)中部葉煙氣總粒相物、水分和焦油量的影響達(dá)到顯著或極顯著水平；二者交互作用對(duì)煙氣水分影響達(dá)到極顯著水平。在常規(guī)種植密度水平下，煙氣總粒相物、水分、焦油量隨施氮量的增加而增加。在減氮40%和增氮40%水平下，隨種植密度的增大，煙氣總粒相物、焦油量降低，單支煙抽吸口數(shù)增多；在常規(guī)施氮量水平下，煙氣煙堿量隨種植密度的增大而降低。綜合來(lái)看，常規(guī)種植密度×增氮40%處理組合的煙氣總粒相物、水分、焦油量、一氧化碳量最高，分別為17.65、2.63、13.35、12.4 mg/支；擴(kuò)行距縮株距×增氮40%處理組合的煙氣煙堿量最高，為1.95 mg/支；縮行距縮株距×增氮40%處理組合的單支煙抽吸口數(shù)最多，為13.30 口/支。

表3 種植密度和施氮量對(duì)烤煙中部葉煙氣特性指標(biāo)影響的方差分析Tab.3 Variance analysis of effects of planting density and nitrogen application rate on smoke characteristics of middle flue-cured tobacco leaves

表4 種植密度和施氮量對(duì)烤煙中部葉煙氣特性指標(biāo)的影響Tab.4 Effects of planting density and nitrogen application rate on smoke characteristics of middle flue-cured tobacco leaves

由表5 和表6 可以看出，就下部葉而言，種植密度對(duì)煙氣總粒相物、水分、煙堿、一氧化碳的影響達(dá)到極顯著水平，對(duì)煙氣焦油量、抽吸口數(shù)無(wú)顯著影響；施氮量對(duì)水分、單支煙抽吸口數(shù)的影響達(dá)到極顯著水平，對(duì)煙氣總粒相物、煙堿、焦油、一氧化碳無(wú)顯著影響；種植密度與施氮量交互作用對(duì)單支煙抽吸口數(shù)影響極顯著，對(duì)煙氣總粒相物、水分、煙堿、焦油、一氧化碳影響不顯著。在擴(kuò)行距縮株距、縮行距縮株距的密度水平下，煙氣總粒相物隨著施氮量的增加而增加；在縮行距縮株距的密度水平下，煙氣煙堿量、單支煙抽吸口數(shù)隨施氮量的增加而降低。在減氮40%和增氮40%的水平下，隨著種植密度的增大，煙氣總粒相物、焦油和一氧化碳量呈降低趨勢(shì)。綜合來(lái)看，縮行距縮株距×增氮40%處理組合的煙氣總粒相物、水分量最大，分別為13.70 和1.71 mg/支；擴(kuò)行距縮株距×常規(guī)施氮處理組合的煙氣煙堿最高，為1.32 mg/支；常規(guī)種植密度×常規(guī)施氮處理組合的煙氣焦油量最高，為11.18 mg/支；縮行距縮株距×減氮40%處理組合的一氧化碳量最高，單支煙抽吸口數(shù)最多，分別為12.0 mg/支和12.70 口/支。

表5 種植密度和施氮量對(duì)烤煙下部葉煙氣特性指標(biāo)影響的方差分析Tab.5 Variance analysis of effects of planting density and nitrogen application rate on smoke characteristics of lower flue-cured tobacco leaves

表6 種植密度和施氮量對(duì)烤煙下部葉煙氣特性指標(biāo)的影響Tab.6 Effects of planting density and nitrogen application rate on smoke characteristics of lower flue-cured tobacco leaves

2.2 種植密度和施氮量交互作用對(duì)烤煙煙葉煙氣特性的影響

對(duì)烤煙上、中、下3 個(gè)部位的煙葉煙氣指標(biāo)影響的綜合分析結(jié)果見(jiàn)表7。由表7 可知，種植密度對(duì)煙氣總粒相物、水分、煙堿、焦油量以及抽吸口數(shù)的影響達(dá)到顯著或極顯著水平；施氮量對(duì)煙氣水分、焦油量影響顯著或極顯著，對(duì)其他指標(biāo)影響不顯著。種植密度與施氮量交互作用對(duì)煙氣水分、煙堿的影響達(dá)到顯著或極顯著水平?？傮w來(lái)看，種植密度對(duì)煙氣的影響較大，其次為施氮量。

表7 種植密度和施氮量對(duì)煙葉煙氣特性指標(biāo)影響的方差分析Tab.7 Variance analysis of effects of planting density and nitrogen application rate on smoke characteristics of tobacco leaves

3 討論

（1）本研究中發(fā)現(xiàn)，種植密度影響煙氣總粒相物、水分、煙堿、焦油量和抽吸口數(shù)，且對(duì)不同部位煙葉煙氣特性的影響程度不同，中下部葉煙氣特性受種植密度的影響大于上部葉，這可能是由于種植密度對(duì)中下部葉在光和養(yǎng)分的吸收等方面造成的影響大于上部葉。隨著種植密度的增大，中下部葉煙氣總粒相物和焦油量呈降低趨勢(shì)。試驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)，種植密度對(duì)煙氣一氧化碳的影響不顯著，考慮到煙葉化學(xué)成分對(duì)煙氣一氧化碳的釋放有直接影響［21］，而種植密度又影響煙葉化學(xué)成分［22-23］，因而在種植密度與煙氣一氧化碳的相關(guān)性方面還有待進(jìn)一步研究。

（2）氮素作為烤煙生長(zhǎng)的必要元素，影響其生長(zhǎng)發(fā)育和物質(zhì)的積累，不同的施氮水平下，葉內(nèi)物質(zhì)的積累及代謝存在差異，導(dǎo)致煙葉煙氣各成分含量和變化也隨之不同［24-26］。本試驗(yàn)中，在常規(guī)種植密度條件下，中部葉煙氣焦油量隨施氮量的增加而升高；在上部葉縮行距縮株距、中部葉擴(kuò)行距縮株距的條件下，增加氮肥用量的處理煙氣煙堿量顯著增加。這與徐旭光等［25］、常乃杰等［26］的研究結(jié)果基本一致。

（3）種植密度和施氮量是影響煙氣特性的重要栽培因子，二者交互作用下對(duì)煙氣特性不同指標(biāo)的影響程度不同，排序依次為水分＞煙堿＞其他指標(biāo)。研究中還發(fā)現(xiàn)，二者交互作用對(duì)焦油量的影響存在負(fù)效應(yīng)，具體原因還有待進(jìn)一步的試驗(yàn)驗(yàn)證。

4 結(jié)論

種植密度是煙氣總粒相物、水分、煙堿以及抽吸口數(shù)等指標(biāo)的主要影響因子，施氮量是煙氣焦油量的主要影響因子。種植密度、施氮量二者的影響效應(yīng)存在顯著的互作關(guān)系，種植密度與施氮量交互作用對(duì)煙氣水分、煙堿的影響達(dá)到極顯著或顯著水平，且對(duì)煙氣特性指標(biāo)變異的貢獻(xiàn)率為種植密度＞施氮量。因此，通過(guò)田間農(nóng)藝措施的優(yōu)化配置，可在一定程度上實(shí)現(xiàn)對(duì)煙葉煙氣指標(biāo)的調(diào)控。