鄧建強(qiáng)，劉利平，王洪煒，莊 濤，代 輝，陸承念，劉 俊

（1.湖北省煙草公司恩施州公司，湖北 恩施445000；2.湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司三峽卷煙廠，湖北 宜昌443000）

煙草總植物堿是煙草體現(xiàn)有商品價(jià)值的主要因素，其作用是使吸食者獲得一種生理上的滿足，但含量過高易損害人體健康［1-3］。煙草上部煙葉存在總植物堿含量偏高、刺激性大、糖堿比偏低等化學(xué)品質(zhì)不協(xié)調(diào)問題，一直是制約其成為中式混合型卷煙和低焦油卷煙主配方的主要因素［4］。為此，煙草行業(yè)一直在開展降低上部葉總植物堿，提高上部煙葉可用性的研究［5］，其主要農(nóng)業(yè)措施集中在合理打頂、留葉，減氮增密，調(diào)控中微量元素，噴施外源生長調(diào)節(jié)劑，截流和斷根等技術(shù)［6，7］。但通過以上方法直接降低總植物堿含量，對煙葉產(chǎn)量和質(zhì)量可能有顯著的負(fù)面影響［8，9］，且某些技術(shù)操作繁瑣，增加了投入成本。為此，本研究以湖北省恩施州主要核心煙區(qū)作為研究對象，布置多個(gè)烤煙大田栽培試驗(yàn)，研究本區(qū)域范圍內(nèi)施氮量、移栽密度和土壤化學(xué)性狀對總植物堿的影響，探討其主要的影響因素，旨在形成本區(qū)域特有的降低總植物堿調(diào)控措施，為提高當(dāng)?shù)厣喜咳~工業(yè)可用性提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

恩施煙區(qū)地處鄂西南（東經(jīng)109°4'48″—109°58'42″，北緯29°50'24″—30°40'00″），是湖北省煙葉的主產(chǎn)區(qū)，具有典型山地立體氣候特征，年均氣溫16.3℃，年均降水量1 434.9 mm，常年種煙面積3.3萬hm2左右［10］。試驗(yàn)于2017年和2018年4月在恩施州不同土壤肥力條件區(qū)域布置43個(gè)烤煙試驗(yàn)點(diǎn)，采取施氮量和移栽密度二因素三水平設(shè)計(jì)（施氮量分別為82.5、97.5、112.5 kg/hm2；移栽密度分別為13 890、15 150、16 665株/hm2），共9個(gè)處理，隨機(jī)排列，不設(shè)重復(fù)。于當(dāng)年11月試驗(yàn)結(jié)束，最終2017年和2018年獲得有效試驗(yàn)點(diǎn)數(shù)分別為29個(gè)和41個(gè)。區(qū)域試驗(yàn)點(diǎn)分布見圖1。

圖1 試驗(yàn)點(diǎn)分布情況

1.2 測定項(xiàng)目與方法

移栽前30 d（未施肥），采用5點(diǎn)采樣法采集0～30 cm混合基礎(chǔ)土樣，測定土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀和pH。土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定；土壤堿解氮采用堿擴(kuò)散法測定；土壤有效磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提-鉬藍(lán)比色法測定，pH 8.5；土壤速效鉀采用1 mol/L中性乙酸銨浸提-火焰光度法測定；pH采用電位法測定，水土比1∶1，pH計(jì)型號為奧立龍818，具體流程參見《土壤農(nóng)化分析》［11］。煙葉烘烤后，取上部葉正組，采用連續(xù)流動法測定總植物堿含量［12］，流動分析儀型號為美國AAS-305D。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理在Excel 2007、SPSS 16.0、AMOS 23.0軟件和MATLAB（R2016b）平臺上進(jìn)行。多重比較差異性采用新復(fù)極差法。

2 結(jié)果與分析

2.1 總植物堿與土壤因素的指標(biāo)測定

由表1可知，研究區(qū)2017年和2018年的總植物堿含量分別為3.01%和3.42%，變異系數(shù)（CV）分別為15%和22%，屬于中等程度變異。土壤因素各指標(biāo)中以速效鉀變異程度最高，2年均值分別為224.96、340.97 mg/kg，CV差異性較小，在40%左右。速效磷的CV有一定差異（分別為27%和45%），2017年（30.08 mg/kg）均值低于2018年（42.58 mg/kg）。2017年 堿 解 氮 均 值（149.37 mg/kg）高 于2018年（110.05 mg/kg），其CV差異不大。2年的pH和有機(jī)質(zhì)CV基本無明顯差異，屬于中等變異，2017年和2018年的pH均值分別為6.20和5.79，有機(jī)質(zhì)均值分別為27.65、26.38 g/kg。

表1 總植物堿與土壤因素的指標(biāo)測定

2.2 施氮量和移栽密度對總植物堿的影響

以各試驗(yàn)點(diǎn)數(shù)據(jù)為重復(fù)，對每年各處理進(jìn)行方差分析。由圖2可知，相比移栽密度，施氮量是影響總植物堿的主要因素，隨著施氮量的上升，總植物堿呈上升趨勢，且2年的上升趨勢均較為明顯。同時(shí)，當(dāng)施氮量≤97.5 kg/hm2時(shí)，高移栽密度16 665株/hm2，總植物堿基本為整個(gè)趨勢圖的最低點(diǎn)，且在2017年與最高點(diǎn)差異顯著。以上說明，施氮量對總植物堿的影響較大，但在中低施氮量條件下，提高移栽密度有利于降低總植物堿。

圖2 施氮量和移栽密度對煙草上部葉總植物堿的影響

同時(shí)，總植物堿受環(huán)境隨機(jī)因素的影響，且本試驗(yàn)區(qū)域范圍大、土壤肥力也不同，因此，單純考慮施氮量和移栽密度對總植物堿的影響，很難充分說明施氮量和移栽密度對總植物堿的影響程度和顯著性。為此，本研究采取協(xié)方差分析法，以施氮量和移栽密度為固定因子，以年份、土壤pH、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀為協(xié)變量綜合評價(jià)各因素對總植物堿的影響。結(jié)果（表2）顯示，協(xié)變量年份和速效磷解釋的方差較大，分別為29.39和17.18，其次為速效鉀（6.00）、pH（2.71），顯著性檢驗(yàn)P均小于0.01。施氮量達(dá)到顯著水平（P＜0.05），移栽密度及二者的交互作用未達(dá)到顯著水平，其方差從大到小依次為施氮量（2.82）、移栽密度（0.94）、交互作用（0.24）。以上說明，相比移栽密度，主因素中施氮量對總植物堿影響較大，且施氮量與移栽密度無顯著的交互作用；土壤肥力因素中速效磷、速效鉀和土壤pH對總植物堿產(chǎn)生一定影響，而年份對總植物堿影響較大，主要與年份間的總植物堿差別較大有關(guān)。

表2 施氮量和移栽密度對總植物堿的協(xié)方差分析

2.3 土壤因素對總植物堿的影響

為了更直觀地描述土壤因素對總植物堿的影響，剔除施氮量與移栽密度因素，以各試驗(yàn)點(diǎn)總植物堿的平均值為基礎(chǔ)，與其土壤因素進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。根據(jù)相關(guān)分析（表3）可知，2017年和2018年速效磷均與總植物堿呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01），其他指標(biāo)在分年度統(tǒng)計(jì)中均未達(dá)到顯著相關(guān)，說明土壤速效磷與總植物堿有顯著關(guān)系。同時(shí)，以pH、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀為自變量，分年度建立因變量為總植物堿的逐步回歸模型，發(fā)現(xiàn)回歸模型均極顯著通過了整體檢驗(yàn)（P＜0.01），R2分別為0.16和0.28。由表4可知，僅有速效磷進(jìn)入了2017年和2018年逐步回歸模型，說明速效磷對總植物堿起重要控制作用。

表3 煙草上部葉總植物堿與土壤因素的Pearson相關(guān)分析

表4 煙草上部葉總植物堿的逐步回歸參數(shù)統(tǒng)計(jì)

進(jìn)一步探討土壤速效磷與總植物堿之間的內(nèi)在聯(lián)系，采取基于結(jié)構(gòu)方程模型（SEM）的路徑分析方法檢測此類聯(lián)系是否真實(shí)存在，并評價(jià)土壤速效磷是否通過其他因素對總植物堿產(chǎn)生間接影響。結(jié)構(gòu)方程建模在AMOS 23.0統(tǒng)計(jì)軟件中，采取最大似然估計(jì)進(jìn)行建模。通過表5可知，模型的x2/df為0.99，相應(yīng)的P為0.41（＞0.05），其他擬合指數(shù)也均符合評判標(biāo)準(zhǔn)，故認(rèn)為所建模型合理。在結(jié)構(gòu)方程模型（圖3）中單箭頭表示路徑，其值為標(biāo)準(zhǔn)化路徑系數(shù)（r），表明正或負(fù)影響作用的相對大??；雙箭頭表示二者的相關(guān)性，其值為相關(guān)系數(shù)。由圖3可知，隨著速效磷的增加，總植物堿的降低趨勢顯著（r=-0.34、P=0.003）；年份對總植物堿的作用性較強(qiáng)（r=0.59、P=0.000），主要與2年的數(shù)據(jù)具有一定差別有關(guān)；堿解氮、有機(jī)質(zhì)、速效鉀和pH的r均未達(dá)到顯著，對總植物堿的影響不明顯，但是速效磷的間接路徑系數(shù)顯著（r=-0.11，P=0.034），與速效鉀間接路徑系數(shù)較大，為-0.086，占間接路徑系數(shù)的80%左右，可通過速效鉀間接對總植物堿產(chǎn)生影響。

表5 結(jié)構(gòu)方程模型擬合指數(shù)

圖3 主要土壤因素與煙草上部葉總植物堿的結(jié)構(gòu)方程模型

3 討論

本研究協(xié)方差分析中，施氮量可顯著提高總植物堿（P=0.022＜0.05），這主要與氮是合成總植物堿的主要物質(zhì)有關(guān)。在總植物堿中氮含量高達(dá)17.3%，其中，肥料氮對總植物堿合成的平均貢獻(xiàn)為21.0%～25.5%，隨著肥料氮施用量的上升，總植物堿具有上升趨勢［13，14］，表明采取施肥控氮措施對降低總植物堿具有一定的效果。同時(shí)，雖然移栽密度與總植物堿之間關(guān)聯(lián)未達(dá)到顯著水平（P=0.28＞0.05），且與施氮量也無顯著的交互作用，但高移栽密度對總植物堿具有降低作用，尤其是2017年在施氮量≤97.5 kg/hm2，此方法可顯著降低總植物堿，但當(dāng)施氮量提高時(shí)，高移栽密度降堿作用的差異顯著性消失，與在栽培措施中施氮量為控制總植物堿因素，移栽密度為調(diào)控的次要因素有關(guān)。綜上所述，煙葉生產(chǎn)中適度控制氮肥用量，在部分總植物堿較高區(qū)域采取高移栽密度措施，將對總植物堿偏高產(chǎn)生一定的抑制作用。

值得關(guān)注的是，磷素雖不直接參與煙葉總植物堿的合成［15］，但其是影響本區(qū)域總植物堿的首要因素，根據(jù)回歸方程測算，土壤速效磷每上升10 mg/kg，總植物堿絕對含量降低約0.13%～0.22%。對比歷史數(shù)據(jù)，也得出了類似結(jié)果（圖4），2002—2008年由于土壤速效磷含量較低，其總植物堿顯著高于2013—2017年。同時(shí)，已有研究證實(shí)，土壤磷素的提高對總植物堿積累不利［16］，在土壤速效磷＞20 mg/kg時(shí)繼續(xù)施磷可降低總植物堿［17］。以上現(xiàn)象可能歸因于以下幾點(diǎn)：①磷是一種直接調(diào)控根系發(fā)育的信號物質(zhì)［18，19］，對作物根系構(gòu)造產(chǎn)生影響，提高磷素供應(yīng)量將降低不定根數(shù)量［20］，減少了總植物堿合成的位點(diǎn)數(shù)［21，22］；②磷加速合成煙堿之前的硝酸鹽還原等過程，促進(jìn)煙株生長［23］，縮短植株達(dá)到成熟的時(shí)間，從而減少打頂?shù)匠墒斓臅r(shí)間［24］，縮短了總植物堿累積時(shí)間；③在供應(yīng)滿足煙葉基本生理需求的條件下，磷素可與土壤中其他養(yǎng)分產(chǎn)生交互作用，進(jìn)而對總植物堿產(chǎn)生影響［25］，本研究中速效磷的間接路徑系數(shù)達(dá)到顯著水平，圖5也直觀地顯示出速效磷通過速效鉀對總植物堿影響較大。

圖4 時(shí)間尺度上土壤速效磷對煙草上部葉總植物堿的影響

圖5 土壤速效磷與其他因素對煙草上部葉總植物堿的影響

4 結(jié)論

通過協(xié)方差分析發(fā)現(xiàn)，施氮量對總植物堿的影響達(dá)到顯著水平，而施氮量和移栽密度間的交互作用不顯著，但在中低施氮量條件下，提高移栽密度將有助于降低總植物堿。因此，在煙葉生產(chǎn)中，適度控制氮肥用量，在部分總植物堿易高區(qū)域采取高移栽密度措施，有利于降低總植物堿。通過SEM的路徑分析發(fā)現(xiàn)，速效磷能直接顯著降低總植物堿，且間接路徑系數(shù)顯著，與速效鉀的間接路徑系數(shù)較大（占總間接路徑系數(shù)的80%），可通過土壤速效鉀間接地增強(qiáng)對總植物堿的影響。