種植密度與鉀素用量對烤煙化學(xué)成分、物理特性和中性香氣物質(zhì)的影響

楊超群，姜軼瑤，高梓峰，王 莉，樸世領(lǐng)，吳委林*

(1.延邊大學(xué)農(nóng)學(xué)院，吉林 延吉133002；2.吉林省輝南縣團(tuán)林鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，吉林 輝南 135124)

我國的煙葉生產(chǎn)區(qū)眾多，各個產(chǎn)煙區(qū)的氣候，土壤等各個因素都具有差異性。因此不同地區(qū)耕作方式對煙葉生長發(fā)育的影響也各不相同。合適的種植密度對其他作物的質(zhì)量與產(chǎn)量有積極影響[1-2]。煙草作為一種經(jīng)濟(jì)作物，對經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著重要的作用[3]。適宜的種植密度對煙葉品質(zhì)的提升是有利的，依靠種植密度能調(diào)節(jié)與平衡煙草的質(zhì)量與產(chǎn)量關(guān)系[4-5]。相關(guān)研究指出[6-11]，種植密度及施肥量對烤煙煙葉質(zhì)量與產(chǎn)量均有顯著影響。但煙葉的產(chǎn)量提高也相應(yīng)地影響了煙葉的價值和上等煙比例，從而影響煙葉整體的經(jīng)濟(jì)效益，所以適宜的密度才能平衡產(chǎn)量與價值之間的關(guān)系。劉春生等[12-14]試驗(yàn)表明，煙草施用鉀素會改善煙葉的顏色、結(jié)構(gòu)和光澤，使煙葉富有彈性和韌性，吸濕性好，填充性強(qiáng)，不易破碎。朱佩等[15]試驗(yàn)指出，適當(dāng)密植可以增加葉片中鉀元素的積累量。煙葉中的化學(xué)成分及香氣含量決定著卷煙產(chǎn)品的特性與品質(zhì)，所以香氣含量及內(nèi)在化學(xué)成分是影響煙葉產(chǎn)品的質(zhì)量和安全性的主要因素[16-18]。目前，關(guān)于延邊地區(qū)具體的種植密度與鉀素用量互作的相關(guān)研究報道甚少。因此，該試驗(yàn)采用田間試驗(yàn)探討了不同種植密度與鉀素用量對烤煙化學(xué)成分、物理特性和中性香氣物質(zhì)的影響，為實(shí)際生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料為當(dāng)?shù)責(zé)煵萜废礘Y-02-03。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

試驗(yàn)地為吉林省龍井市龍江村，為暗棕壤質(zhì)。土壤基本理化成分詳見表1。

表1 0～20 cm土壤基本理化成分

試驗(yàn)設(shè)雙因素互作處理，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計。A因素為不同密度，B因素為不同鉀素施用量。其中,A1：行株距1.1 m×0.50 m (18 180 株/hm2)；A2：行株距1.1 m×0.55 m(16 530 株/hm2)；A3：行株距1.1 m×0.60 m(15 150株/hm2)；B1：施鉀(K2O)123.75 kg/hm2；B2：施鉀(K2O)206.25 kg/hm2；B3：施鉀(K2O) 288.75 kg/hm2。共設(shè)9個處理，各個處理均3次重復(fù)。試驗(yàn)地共設(shè)27個小區(qū)，小區(qū)面積133 m2，總用地3 600 m2。施肥處理每公頃施純氮82.5 kg，純P2O5為123.75 kg/hm2，純K2O為上述3個不同用量。采取高培土、低起壟、深栽煙的栽培措施。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

中性香氣成分、物理性狀及化學(xué)成分的測定參考趙銘欽等[19]的方法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對烤煙經(jīng)濟(jì)性狀的影響

種植密度與鉀素用量對煙葉經(jīng)濟(jì)性狀的影響見表2。在相同密度條件下，隨著施鉀量增大，產(chǎn)量與上等煙比例均呈升高趨勢，其中施鉀288.75 kg/hm2(B3)水平產(chǎn)量與上等煙比例均最高。在相同施鉀條件下，隨著密度增大，產(chǎn)量的變化趨勢為先升后降，上等煙比例呈減小趨勢，其中種植密度16 530株/hm2(A2)水平的產(chǎn)量最高，種植密度15 150株/hm2(A3)水平上等煙比例最高。由表2可知，產(chǎn)量由大到小依次為A2B3>A2B2>A1B3>A2B1>A1B2>A3B3>A1B1>A3B2>A3B1,上等煙比例由大到小依次為A3B3>A2B3>A3B2>A2B2>A3B1>A2B1>A1B3>A1B2>A1B1。在上等煙比例中，處理A3B3和A2B3較高，分別為32.40%和31.50%，與其他處理之間均有顯著差異，但兩個處理之間無顯著差異。在產(chǎn)量中，處理A2B3最高，為2 760.80 kg/hm2，處理A2B2其次，為2 758.60 kg/hm2，處理A3B1最低，為2 480.60 kg/hm2。在經(jīng)濟(jì)性狀中，處理A2B3表現(xiàn)最優(yōu)。

表2 不同處理對煙葉經(jīng)濟(jì)性狀的影響

2.2 不同處理對烤煙物理特性的影響

一般認(rèn)為煙葉葉梗重越小越好，含梗率為25%～30%，單葉重為7～14 g[20]。由表3可知,不同處理葉梗重和含梗率的變化分別為3.8～5.7 g和27.28%～33.48%，其中,葉梗重和含梗率較高的處理為A1B2、A2B1、A2B2和A3B3，較小的處理為A1B1、A1B3、A2B3、A3B1和A3B2。從煙葉品質(zhì)和出絲率方面考慮，烤煙葉片含梗率越小越好[20]。各處理單葉重均略微超出適宜范圍，其中,處理A2B1、A2B3和A3B3較高，分別為16.7、16.5和16.5 g，處理A1B2和A1B3較低，分別為15.5和14.5 g。厚度適中的葉片化學(xué)成分協(xié)調(diào),煙氣質(zhì)量良好,可用性強(qiáng)，煙葉過厚則煙氣雜氣大刺激性大。煙葉鮮葉葉片厚度一般為0.22～0.33 mm[20]，該試驗(yàn)各處理葉片厚度均較低，變化范圍為0.12～0.17 mm，其中,接近適宜范圍的處理為A2B1和A3B3。一般來說，優(yōu)質(zhì)煙填充值較小，低劣煙填充值較大。填充值與葉片彈性有關(guān)，一般為3.5～4.5 cm3/g[20]，該試驗(yàn)結(jié)果表明，處理A2B2和A2B3的填充值較小，分別為3.3 g和3.29 cm3/g，其物理性狀表現(xiàn)較好。

表3 不同處理對煙葉物理特性的影響

2.3 不同處理對烤煙化學(xué)成分的影響

種植密度與鉀素用量對煙葉化學(xué)成分的影響見表4。在相同密度條件下，隨著施鉀量增大，鉀、總氮和煙堿含量呈升高趨勢，還原糖及總糖含量呈先增后降趨勢，氯和蛋白質(zhì)含量呈先降后增趨勢，其中,施鉀288.75 kg/hm2(B3)水平葉片煙堿和鉀含量均較高，總糖和還原糖均較低。在相同施鉀條件下，隨著密度增大，鉀、氯、總氮和煙堿含量呈先增后降趨勢，蛋白質(zhì)、還原糖及總糖含量呈先降后增趨勢，其中種植密度16 530株/hm2(A2)水平煙堿和鉀含量均較高，總糖、還原糖和蛋白質(zhì)均較低。所有處理的鉀含量為1.86%～2.39%，除處理A3B1外均處于適宜區(qū)間內(nèi)，其中較大的處理為A2B3、A3B3和A2B2。煙堿含量均在適宜范圍內(nèi)，其中處理A2B3、A3B3和A1B3較高，分別為2.52%，2.28%和2.08%。各處理還原糖與總糖含量均偏高，超出適宜范圍，其中更接近適宜范圍的處理為A2B3、A3B3和A2B1。施木克值一般以3左右較好[5]，其中,處理A2B3和A1B3最為接近。各處理鉀氯比均在適宜范圍內(nèi)。糖堿比變化區(qū)間為10.36～18.02，其中處理A2B3和A3B3處于適宜范圍內(nèi)，分別為10.36和12.28。一般認(rèn)為優(yōu)質(zhì)煙的氮堿比接近 1 為佳。從氮堿比來看，處理A2B3、A3B1、A1B1和A1B2與優(yōu)質(zhì)煙較為接近，其比值分別為0.93、0.88、0.87和0.85。不同密度與鉀素用量對烤煙化學(xué)成分的影響十分顯著，隨著鉀素用量的提高，烤煙煙葉的化學(xué)成分含量更加協(xié)調(diào)。綜合來看，處理 A2B3煙葉蛋白質(zhì)、還原糖與總糖含量最低，鉀氯比、施木克值、糖堿比與氮堿比最接近優(yōu)質(zhì)煙，鉀和煙堿含量最高，其化學(xué)成分更為協(xié)調(diào)。

表4 不同處理對煙葉的化學(xué)成分的影響

2.4 烤煙不同化學(xué)成分之間的相關(guān)關(guān)系

由表5可知，煙堿含量分別與鉀和總氮含量、糖堿比分別與還原糖和總糖含量、還原糖與總糖含量之間均呈極顯著正相關(guān)。氯含量分別與總糖含量、鉀氯比和施木克值、糖堿比分別與總氮和煙堿含量之間均呈極顯著負(fù)相關(guān)。鉀含量與總氮含量、鉀氯比與總糖含量、糖堿比與施木克值之間均呈顯著正相關(guān)。鉀含量分別與氮堿比和糖堿比、氯含量分別與還原糖和糖堿比之間均呈顯著負(fù)相關(guān)。煙葉所含的糖類成分(還原糖、總糖)與含氮化合物(總氮、蛋白質(zhì)、煙堿)呈負(fù)相關(guān)，可看出煙葉糖類成分含量的增多會影響煙葉含氮化合物的積累。煙葉化學(xué)成分之間的相關(guān)性反映了煙葉本身的碳氮代謝平衡。

表5 煙葉各化學(xué)成分含量及派生指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)

2.5 種植密度與鉀素用量對煙葉中性香氣成分的影響

不同處理煙葉主要香氣成分含量詳見表6～11。該試驗(yàn)檢測出苯丙氨酸類、棕色化產(chǎn)物類、新植二烯、西柏烷類、類胡蘿卜素類和其他成分6大香氣種類，共28個香氣成分。其中苯丙氨酸類4種，棕色化產(chǎn)物類5種，新植二烯1種，西柏烷類2種，類胡蘿卜素類10種和其他成分6種。在相同密度條件下，隨著施鉀量的增加，棕色化產(chǎn)物類、類胡蘿卜素類、新增二烯含量及中性香氣物質(zhì)總量均呈升高趨勢，苯丙氨酸類含量呈先降后升的趨勢，而西柏烷類含量呈降低的趨勢，其中,施鉀288.75 kg/hm2(B3)水平棕色化產(chǎn)物類、苯丙氨酸類、類胡蘿卜素類、新增二烯含量及中性香氣物質(zhì)總量均最高。在相同施鉀條件下，隨著種植密度的增加，棕色化產(chǎn)物類、類胡蘿卜素類、新增二烯含量及中性香氣物質(zhì)總量均呈先增后降的趨勢，苯丙氨酸類呈升高的趨勢，而西柏烷類含量呈先降后增的趨勢，其中種植密度16 530株/hm2(A2)水平的棕色化產(chǎn)物類、類胡蘿卜素類、新增二烯含量及中性香氣物質(zhì)總量均最高。棕色化產(chǎn)物、類胡蘿卜素類及新植二烯含量中處理A2B3均最大，處理A2B2、A3B3次之，處理A1B1、A1B2較低。苯丙氨酸類含量中處理A1B1、A2B3和A3B3較高，而處理A2B2、A2B1和A3B1較低。

表7 不同處理對煙葉苯丙氨酸類的影響

表8 不同處理對煙葉西柏烷類的影響

表9 不同處理對煙葉類胡蘿卜素類的影響

表10 不同處理對煙葉新植二烯的影響

不同處理對煙葉中性香氣成分總量的影響見圖1。

由圖1可知，不同處理香氣成分總量由大到小依次為A2B3>A3B3>A2B2>A1B3>A3B2>A1B2>A2B1>A3B1>A1B1，其中,處理A2B3香氣成分總量最高，除與A3B3處理無顯著差異外與其余處理均有顯著性差異，比同密度處理A2B1和A2B2分別高35%和13%，比同施鉀量處理A1B3和A3B3分別高27%和7%。

3 討論與結(jié)論

當(dāng)土壤所含某種養(yǎng)分量不足時增產(chǎn)效果最大，但隨著該養(yǎng)分的施用量增加，增產(chǎn)效果將逐漸減少[5]。當(dāng)煙葉養(yǎng)分含量適宜時才會達(dá)到煙葉的最優(yōu)經(jīng)濟(jì)效益，即它們之間存在著協(xié)同效應(yīng)[21]。試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著密度增大，產(chǎn)量的變化為先升后降，上等煙比例減小，隨著施鉀量增大，產(chǎn)量與上等煙比例均升高，與繆志建等[22]的研究結(jié)果基本一致。種植密度16 530 株/hm2與施鉀288.75 kg/hm2組合的烤煙經(jīng)濟(jì)性狀表現(xiàn)最好，產(chǎn)量最高，上等煙比例較優(yōu)，再進(jìn)一步增大或減小種植密度和施鉀量，反而會降低煙葉的產(chǎn)量和外在質(zhì)量。因此,合理的種植密度與鉀素用量對煙葉的產(chǎn)量和外在質(zhì)量有提升效果。

物理特性是評價煙葉可用性的重要指標(biāo)。試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著密度的增加，單葉重呈先上升后下降的趨勢，而隨著施鉀量的增加，單葉重卻呈減小趨勢，與劉會杰等[23]的研究結(jié)果基本一致。該試驗(yàn)結(jié)果顯示，種植密度16 530 株/hm2與施鉀288.75 kg/hm2組合的煙葉葉片含梗率更低，單葉重較高，填充值與葉梗重更為均衡，質(zhì)地更加均勻，物理性質(zhì)優(yōu)異，可用性強(qiáng)。

各種養(yǎng)分之間的平衡協(xié)調(diào)決定了煙葉香氣的優(yōu)劣[24]。一般認(rèn)為優(yōu)質(zhì)烤煙的總糖含量為18%～22%，還原糖為16%～18%，鉀含量2%以上，氯含量1%以下，總氮含量1.5%～3.5%，煙堿含量1.5%～3.5%，蛋白質(zhì)含量8%～10%[20]?；瘜W(xué)成分相對比值，鉀/氯以大于4為宜，總氮/煙堿以1或略小于1為宜，還原糖/煙堿為8～12[20]。煙草中煙堿的比值與總糖含量跟煙葉的煙氣柔和性和強(qiáng)度有著密切聯(lián)系，二者的平衡對煙葉的均衡性有著重要影響，煙堿比值過低，糖分含量高，則煙氣缺乏勁頭，香氣平淡；若糖分含量較低，則煙氣刺激性增大[25]。而延邊地區(qū)烤煙的化學(xué)成分呈雙高雙低特性，即糖類和淀粉含量過高，一般都超過正常范圍值，而鉀和煙堿的含量較低。因此,當(dāng)?shù)責(zé)焻^(qū)烤煙的糖類含量越低、鉀和煙堿的含量越高，則越接近適宜范圍，煙葉質(zhì)量越好。結(jié)果表明，種植密度16 530株/hm2與施鉀288.75 kg/hm2組合使煙葉鉀氯比、施木克值、氮堿比和糖堿比均最為適宜，且還原糖與總糖含量均最低，鉀和煙堿的含量均最高，其化學(xué)成分較為協(xié)調(diào)，有利于改善煙葉的燃燒性和香氣質(zhì)量，降低煙葉的刺激性和雜氣。

煙葉中性致香物質(zhì)含量與其香氣質(zhì)量密切相關(guān)，通過分析煙葉中性致香物質(zhì)的含量可以對煙葉的質(zhì)量進(jìn)行比較客觀、準(zhǔn)確的評價[26]。不同密度處理與鉀素用量導(dǎo)致了不同處理煙葉的香氣物質(zhì)含量有所差異，該試驗(yàn)檢測了28種煙葉的主要香氣成分，其中,新植二烯的含量較其它香氣成分含量占絕對優(yōu)勢。棕色化產(chǎn)物類、類胡蘿卜素類和新植二烯香氣物質(zhì)含量均隨著密度與施鉀量的增大而增大，但在密度達(dá)到一定程度后均下降，在種植密度16 530株/hm2與施鉀288.75 kg/hm2組合時達(dá)到最大，說明棕色化產(chǎn)物類、類胡蘿卜素類和新植二烯香氣含量在密度與施鉀量達(dá)到適當(dāng)?shù)钠胶恻c(diǎn)時才會達(dá)到最大值，超過平衡點(diǎn)的密度與施鉀量則會降低棕色化產(chǎn)物類、類胡蘿卜素類和新植二烯的含量。而西柏烷類香氣物質(zhì)含量則以種植密度18 180株/hm2與施鉀123.75 kg/hm2組合最高，且相同密度條件下隨著施鉀量的增多，西柏烷類香氣物質(zhì)含量逐漸減小，這可能說明與施鉀量的增加有關(guān)。由此可見，煙葉香氣物質(zhì)與化學(xué)物質(zhì)的含量及組成都影響著其各個組分之間的平衡協(xié)調(diào)，合理的密度與鉀素用量是影響煙葉香氣含量的重要因素。綜合來看，中性香氣物質(zhì)總量隨著種植密度的增加呈先增后降的趨勢，隨著施鉀量的增加均呈增大的趨勢，與劉會杰等[23]的研究結(jié)果基本一致。種植密度16 530株/hm2與施鉀288.75 kg/hm2處理組合的中性香氣成分含量總量最高，品質(zhì)最好。

從經(jīng)濟(jì)性狀、物理特性、化學(xué)成分和中性香氣成分的綜合分析得出，種植密度16 530株/hm2與施鉀288.75 kg/hm2處理組合的工業(yè)可用性強(qiáng),內(nèi)在化學(xué)成分最協(xié)調(diào),中性香氣物質(zhì)成分總量最高。