氮肥運籌對‘紅大’烤煙根系形態(tài)與煙葉品質(zhì)的影響

王 政，劉久羽，闞宏偉，黃劭理，李 智，董樹超，劉楊旭，李曉婷，楊曉斌，李先才

（1廣西中煙工業(yè)有限責任公司，南寧 530001；2云南省煙草公司保山市公司，云南保山 678000；3云南五佳生物科技有限公司，昆明 650106）

0 引言

根系是植物吸收水分和養(yǎng)分的最重要器官，其形態(tài)與地上部的生長發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)形成有密切的關(guān)系。自1919年首次報道根系相關(guān)的研究結(jié)果以來，人們對作物根系形態(tài)結(jié)構(gòu)、根系活性、根系形態(tài)與作物營養(yǎng)與品質(zhì)等方面進行了大量研究[1]。根長、根表面積和根總體積是衡量作物根系分布范圍的重要指標；而根系平均直徑、根尖計數(shù)和根分叉計數(shù)成為衡量根系吸收功能的重要指標。同時，根系形態(tài)受環(huán)境因子光、溫、水、氣和肥的影響[2]。研究表明，適量的氮能促進植物根系生長，增大植物攝取水分和養(yǎng)分的土壤空間，提高養(yǎng)分利用率[3-4]。近年來，國內(nèi)關(guān)于施氮量對植物根系形態(tài)和產(chǎn)質(zhì)量的影響研究較多，主要集中在根系生物量、根系活力、根系長度和側(cè)根數(shù)目等方面。鄒文桐等[5]發(fā)現(xiàn)，施氮和鈣肥可改善烤煙側(cè)根長、根干重和生理代謝指標。楊宇虹等[6]研究表明，水田90 kg/hm2和旱地112.5 kg/hm2的氮肥施用量使烤煙根系的干重和活力達到最大。劉國順等[7]指出，施氮過量抑制根系早期發(fā)育，影響根干重和根系活力。但是關(guān)于施氮量對不同時期烤煙根系總面積、總體積、根尖計數(shù)等的研究較少。為此，筆者以保山煙區(qū)主栽品種‘紅花大金元’（簡稱‘紅大’）為供試對象，通過設(shè)置不同氮素水平的田間試驗，研究氮素對烤煙根系形態(tài)與產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，以期從根系生長調(diào)控和煙葉產(chǎn)量品質(zhì)的角度為保山煙區(qū)‘紅大’品種合理施肥提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2019年在保山市昌寧縣珠街鎮(zhèn)羊街村羅漢田地塊開展。供試烤煙品種為‘紅大’；供試肥料為烤煙專用有機無機專用肥(N:P2O5:K2O=8:12:19)、過磷酸鈣(P2O5=18%)、氮鉀肥(N:P2O5:K2O=16:0:30)以及硫酸鉀(K2O=50%)；供試土壤為紅壤，肥力中等，pH 7.11、有機質(zhì)22.86 g/kg、堿解氮100.68 mg/kg、速效磷11.90 mg/kg、速效鉀245.10 mg/kg、有效硼0.46 mg/kg、有效鎂288.40 mg/kg、有效鋅0.70 mg/kg、水溶性氯離子24.93 mg/kg。

1.2 試驗設(shè)計

試驗共設(shè)4個氮肥施用水平（表1），分別為45 kg/hm2(N1)、60 kg/hm2(N2)、75 kg/hm2(N3)、90 kg/hm2(N4)。各處理采用隨機區(qū)組設(shè)計，重復3次，共計12個小區(qū)，每個小區(qū)種植烤煙100株，種植密度為行距110 cm、株距55 cm。氮鉀肥施用75 kg/hm2，硫酸鉀施用150 kg/hm2，各處理煙草專用有機無機復合肥施用量依據(jù)氮素水平減去氮鉀肥所供氮素計算，對于減氮造成的磷、鉀肥不足則追加過磷酸鈣、硫酸鉀補齊，保證試驗僅有氮素水平一個變量。施肥方法為移栽時各處理按照50%有機無機復合肥、補充過磷酸鈣與硫酸鉀做基肥在塘內(nèi)環(huán)施，移栽后10天75 kg/hm2氮鉀肥做提苗肥兌水澆施，揭膜培土時剩余50%有機無機復合肥與150 kg/hm2硫酸鉀做追肥兌水澆施，其他栽培措施按當?shù)貎?yōu)質(zhì)煙葉管理規(guī)范進行。

表1 試驗設(shè)計kg/hm2

1.3 測定項目與方法

煙苗移栽后，分別于煙株團棵期、旺長期、現(xiàn)蕾期和封頂后按照《煙草農(nóng)藝性狀調(diào)查方法(YC/T 142—2010)》標準要求調(diào)研記載不同處理農(nóng)藝性狀。同時，每個時期選擇長勢均勻一致的3株烤煙，用土鏟挖取煙株整個根系，盡量不傷根，然后用清水沖洗根部泥土，應用WinRHIZO植物根系分析儀檢測根系分布特征，主要包括根總長、根總體積、根總面積、根平均直徑、分叉計數(shù)、根尖計數(shù)。因根系較大，需將根系分剪開，過程中盡量保證根系完整，將根盤放置于掃描儀上，加入自來水，用玻璃棒或鈍頭鑷子將根系分散開，保證沒有根系重疊，即可蓋上蓋子掃描。采烤后按照GB 2635—1992進行煙葉分級，統(tǒng)計各小區(qū)產(chǎn)量、產(chǎn)值、中上等煙比例和均價，并采集B2F和C3F煙葉樣品進行品質(zhì)分析與評價。

煙葉品質(zhì)主要進行外觀質(zhì)量、物理特性、常規(guī)化學成分和感官質(zhì)量分析，同時參照《中國煙草種植區(qū)劃》[8]進行煙葉品質(zhì)評價。其中，煙葉外觀質(zhì)量檢測參照GB 2635—1992；煙葉物理特性的含梗率、抗張強度、平衡含水率、葉面密度分別參照GB/T 21136—2007、DB53/T 644—2014、YC/T 3l—1996及文獻[9]進行檢測；分別參照YC/T 216—2013、YC/T 217—2007、YC/T 159—2002、YC/T 160—2002、YC/T 161—2002、YC/T 162—2002檢測淀粉、鉀、總糖、還原糖、煙堿、總氮、氯7項指標的含量；煙葉感官質(zhì)量組織7名評吸專家參考《煙草及煙草制品感官評價方法(YC/T 138—1998)》進行評吸鑒定，采用單料煙“九分制”標準打分。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗所得數(shù)據(jù)采用Excel 2010和SPSS 21.0進行處理，Excel 2010制作柱狀圖，SPSS 21.0進行LSD法多重比較，不同的小寫字母表示各處理在0.05水平上差異顯著，未標注小寫字母表示各處理差異不顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 烤煙農(nóng)藝性狀

由表2可知，不同處理在團棵期和旺長期的農(nóng)藝性狀無顯著性差異，但隨著總氮用量的增加，株高、葉數(shù)、最大葉寬呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，N4處理煙株農(nóng)藝性狀較優(yōu)?，F(xiàn)蕾期，不同處理間的最大葉長和最大葉寬存在差異顯著性，最大葉長以N4處理顯著最高，最大葉寬以N3處理顯著最高；而N1處理顯著最低。其中N3處理的最大葉寬比N1顯著增加了21.92%，N4處理的最大葉長比N1顯著增加了18.83%。封頂后，不同處理間的煙株農(nóng)藝性狀差異不顯著，N4處理的株高較高，N3處理的最大葉長和最大葉寬較優(yōu)。因此，從不同時期烤煙農(nóng)藝性狀看，N3處理和N4處理即純氮用量為75、90 kg/hm2的農(nóng)藝性狀較優(yōu)。

表2 施氮量對煙株農(nóng)藝性狀的影響

2.2 烤煙根系發(fā)育

由圖1可知，隨著生育期的推進，不同處理的烤煙根系生長加快，均在封頂后達到最大值。同時不同處理的根總長、分叉計數(shù)均表現(xiàn)為從旺長期到現(xiàn)蕾期增長率最高，根總長增長率達到68.56%～341.73%。分叉計數(shù)增長率為72.43%～313.47%；根平均直徑、根總面積、根總體積表現(xiàn)為從團棵期至旺長期增長率最高，根平均直徑增長率幅度252.34%～511.23%，根總面積83.21%～218.58%，根總體積218.52%～553.47%；根尖計數(shù)表現(xiàn)為從現(xiàn)蕾期到封頂后增長率最高，增長率達到36.13%～124.07%。其中，不同處理間的根總長在團棵期、旺長期和封頂后無顯著差異，但在現(xiàn)蕾期存在顯著性差異，N4處理顯著高于N1和N2處理，與N3差異不顯著。不同處理間的根平均直徑在團棵期和旺長期無顯著差異，在現(xiàn)蕾期和封頂后差異顯著，N3處理較高，且在現(xiàn)蕾和封頂后顯著高于N1處理。不同處理間的根總面積無顯著性差異，旺長期至封頂后的3個時期總體表現(xiàn)以N3處理較優(yōu)，并且根總面積可以用來表征植株對養(yǎng)分的吸收和轉(zhuǎn)運能力，是反映根系形態(tài)和生理特性的重要指標[10]。結(jié)果表明，N3處理即純氮用量為75 kg/hm2的‘紅大’烤煙對養(yǎng)分吸收能力較好。不同處理間的根系總體積在現(xiàn)蕾期至封頂后表現(xiàn)出差異顯著性，N3處理顯著最高，但在封頂后與N4處理無差異顯著性，顯著高于N1和N2處理。不同處理間的根尖計數(shù)在現(xiàn)蕾期存在差異顯著性，N3和N4處理顯著高于N1和N2處理。不同處理間的根系分叉計數(shù)在現(xiàn)蕾期至封頂后存在差異顯著性，現(xiàn)蕾期時N3處理顯著高于N1和N2處理，低于N4處理，但與N4差異不顯著，封頂后顯著最高。

圖1 施氮量對烤煙根系發(fā)育的影響

綜合考慮不同施氮量下的烤煙根系發(fā)育情況，根系參數(shù)均以N3處理和N4處理較優(yōu)，尤其N3處理的根系平均直徑和根總體積顯著最高。同時根平均直徑、根總面積、根總體積表現(xiàn)從團棵期至旺長期增長率最高，因此在施肥措施上考慮進一步研究基追肥比例，著重團棵期追施肥料促進烤煙根系發(fā)育。

2.3 烤煙生物量

由表3可知，隨著施氮水平的增加，烤煙不同器官干重和整株生物量呈增加趨勢。其中，N1處理的干重和總生物量最低，其次N2處理，N3和N4處理較優(yōu)，表明純氮75～90 kg/hm2有利于烤煙干物質(zhì)積累和提高地上部煙葉產(chǎn)量。

表3 施氮量對烤煙生物量的影響g/株

2.4 煙葉品質(zhì)分析與評價

2.4.1 外觀質(zhì)量 由表4可知，上部煙葉的不同施氮量之間得分差異較大，N3處理最高，主要表現(xiàn)在煙葉顏色桔黃、成熟度好、葉片結(jié)構(gòu)尚疏松、身份稍厚、油分有、色度強，而其他處理的上部煙葉主要為煙葉顏色檸檬黃，尤其N1和N2處理成熟度完熟，這可能是因為N1和N2處理的施氮量稍低，導致上部煙葉供肥不充足，影響煙葉質(zhì)量。中部煙葉各處理間得分差異不大，N3和N4處理得分較高。綜合上部煙葉和中部煙葉得分認為N3處理煙葉外觀質(zhì)量較優(yōu)。

表4 施氮量對煙葉外觀質(zhì)量的影響

2.4.2 物理特性 一般烤煙含梗率多數(shù)集中在28%左右，中部煙葉葉面密度55～70 g/m2，上部煙葉75～90 g/m2，拉力1.1～1.4 N[11-12]。由表5可知，不同處理的‘紅大’煙葉含梗率偏高，上部煙葉葉面密度偏低，抗張力整體偏高，僅N2、N3上部葉及N2、N4中部葉較適宜。從物理特性綜合評價看，上部煙葉以N4處理的得分較高；中部煙葉隨著施氮量增加，煙葉物理特性綜合評價得分降低，以N1處理較高。綜合中部和上部煙葉物理特性評價，以N1處理最高，主要體現(xiàn)在煙葉葉面密度較適宜，還需進一步深入研究不同氮肥應用量對煙葉葉面密度的影響。

表5 施氮量對煙葉物理特性的影響

2.4.3 化學成分 根據(jù)云南優(yōu)質(zhì)煙葉標準[13]，一般烤煙適宜的糖含量為15%～35%，適宜總氮與煙堿含量均在1.5%～3.5%之間，鉀離子為1.5%～6%，氯離子為0.3%～0.7%，淀粉為2%～5%，糖堿比為5～8，氮堿比為0.8～1，鉀氯比為4～10。由表6可知，上部煙葉各處理的煙堿含量均偏高，導致氮堿比偏低，N2處理的糖含量偏低、總氮含量偏高；中部煙葉糖含量整體偏高，N4處理的總氮和煙堿含量相對較低，糖堿比偏高，而N3處理煙堿含量略高。糖堿比、氮堿比、鉀氯比能較好地體現(xiàn)化學成分協(xié)調(diào)性，各處理上部煙葉氮堿比均偏低，中部煙葉糖堿比偏高，均影響煙葉化學成分協(xié)調(diào)性。從化學成分綜合評價得分看，上部煙葉各處理總分表現(xiàn)為N4＞N1＞N3＞N2，中部煙葉表現(xiàn)為N2＞N3＞N1＞N4。結(jié)合中部煙葉和上部煙葉整體化學成分考慮，N3處理化學成分協(xié)調(diào)性較好，利于提高煙葉品質(zhì)。

表6 施氮量對煙葉化學成分的影響

2.4.4 感官質(zhì)量 由表7可知，上部煙葉感官質(zhì)量綜合評價得分為N1＞N2＞N3/N4處理，隨著施氮量提高，煙葉香氣質(zhì)、香氣量呈下降趨勢，對燃燒性也存在一定影響；中部煙葉感官質(zhì)量綜合評價得分為N1＞N3＞N4＞N2。整體上，上部煙葉感官質(zhì)量隨施氮量增加呈降低趨勢，中部煙葉無明顯變化規(guī)律，以低氮處理N1的感官質(zhì)量較優(yōu)。

表7 施氮量對煙葉感官質(zhì)量的影響

3 結(jié)論與討論

植物根系發(fā)育受諸多因素的影響，土壤水分決定植物根系分布，影響作物對水分和養(yǎng)分的吸收。煙草的根系生長和生理特性對環(huán)境水分條件的響應存在明顯的基因型差異，不同烤煙抗旱能力存在差別[14]。在遭遇干旱脅迫時，烤煙根系一級、二級側(cè)根顯著增加，進而能保持較高的光合特性以抵御逆境脅迫[15]。同時氮素和水分兩者既相互關(guān)聯(lián)又相互制約，兩者對烤煙生長及光合能力存在明顯的耦合效應[16-17]。保山煙區(qū)雨水分布不均，生長前期干旱少雨，因此，探索‘紅大’烤煙品種的適宜施氮量對提高土壤的水分利用效率和肥料利用率具有重要意義。

研究表明，氮、磷、鉀等礦質(zhì)元素以及不同有機肥的缺乏及過量會對烤煙根系產(chǎn)生不同的影響，進而影響烤煙經(jīng)濟性狀和煙葉品質(zhì)[18]。王艷麗等[19]認為適當提高磷素供應使煙株根系總吸收表面積和根系活躍吸收表面積增大，根系活力提高，并促使烤煙生長后期煙葉適時落黃。賈志紅等[20]報道高磷處理有利于煙株根系活力和生長指標。林昌華等[21]研究認為烤煙根系在低鉀環(huán)境中生長受到影響，但在高鉀環(huán)境同樣受到一定程度的抑制。本研究結(jié)果表明，不同施氮量對烤煙團棵期、旺長期的根系生長影響有限，從現(xiàn)蕾期以后，氮素供應開始顯著影響根總長、根平均直徑、根總體積、根尖計數(shù)、分叉計數(shù)，且不同氮素水平對不同根系指標的影響不同，與何文高[22]的研究較為一致。另外，前人研究認為氮素形態(tài)會對烤煙根系生長產(chǎn)生影響，根系吸收銨態(tài)氮伴隨著H+產(chǎn)生，易使土壤pH降低，吸收硝態(tài)氮則相反。邢瑤等[23]研究認為，銨硝混合態(tài)氮素更有利于根系的生長發(fā)育和碳氮積累。同時，施用有機肥、生物炭等均有利于煙株前期根系體積和根干重增加[10,24]。因此，后續(xù)可研究云南保山煙區(qū)主栽品種‘紅大’在不同氮素形態(tài)下和應用不同種類有機肥的根系生長情況，為煙區(qū)制定切實的抗旱促根配套生產(chǎn)措施提供理論依據(jù)。

‘紅大’烤煙品種對氮肥的利用率高，氮肥施用過高易造成貪青晚熟且不易烘烤，但其耐肥性較弱，如果旺長期雨期較長容易脫肥和返青[25]，所以氮肥用量把握不當極易影響煙葉產(chǎn)質(zhì)量。本研究中，在4個氮素水平下，上部煙葉煙堿含量均偏高，且隨著施氮量的提高煙葉感官評吸質(zhì)量逐漸下降。煙堿與煙葉制品的吸食質(zhì)量與安全性密切相關(guān)，其含量過低則吸食無味，含量過高則造成刺激性上升、安全性降低，并已成為提高煙葉工業(yè)可用性的關(guān)鍵限制性因素[26]。此外，本研究中，隨著施氮量的提高，煙葉物理特性呈下降趨勢，可見雖然增加施氮量提高了煙葉外觀質(zhì)量和化學成分協(xié)調(diào)性，但也對感官評吸質(zhì)量和物理特性產(chǎn)生了不利影響。研究表明，增施土壤改良劑、深耕等有利于協(xié)調(diào)烤煙地上和地下協(xié)調(diào)生長，促進煙葉光合特性，提高煙葉鉀含量，提升煙葉品質(zhì)[27-28]。因此，考慮從氮素形態(tài)、碳氮比調(diào)控、耕作措施等多方面著手，進一步挖掘保山煙區(qū)‘紅大’烤煙品種的配套生產(chǎn)措施，促使烤煙地下部分與地上部分協(xié)調(diào)生長，這將有利于根系生長發(fā)育，促進水分和養(yǎng)分吸收，進而提高煙葉產(chǎn)量和品質(zhì)，保障烤煙生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展。