陳相君，張永輝，郭仕平，夏 春，吳潤(rùn)生，李 鑫，劉 雷，劉雅潔*，曾淑華*

（1 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)，四川成都 611130；2 四川省煙草公司瀘州市公司，四川瀘州 646600；3 四川省煙草公司，四川成都 610041）

烤煙的上部葉占煙葉產(chǎn)量的40%[1]，品質(zhì)僅次于中部葉。隨著國(guó)內(nèi)卷煙消費(fèi)市場(chǎng)向細(xì)支煙、中支煙、短支煙轉(zhuǎn)變，對(duì)上部煙葉的需求增加。然而上部煙葉存在偏窄偏厚、組織結(jié)構(gòu)緊密、成熟度偏低，煙堿和總氮含量偏高、淀粉殘留過多，香氣風(fēng)格不突出、刺激性較大等問題[2–7]。因此提升上部煙葉質(zhì)量具有重要意義。

研究表明，加強(qiáng)微量營(yíng)養(yǎng)調(diào)控是提高上部葉質(zhì)量的有效途徑[8–12]。其中硼是煙草生長(zhǎng)發(fā)育中必需的元素之一，參與煙草的一系列代謝過程[13]。研究表明土壤有效硼含量與煙葉硼含量呈正相關(guān)[14]，土壤有效硼≤0.40 mg/kg時(shí)，煙葉就會(huì)出現(xiàn)缺硼現(xiàn)象[15]。前人研究表明增施硼肥對(duì)煙株生長(zhǎng)和煙葉質(zhì)量具有提升作用[16–21]。瀘州是四川省的主要煙區(qū)之一，調(diào)查發(fā)現(xiàn)瀘州植煙土壤的有效硼含量為0.4 mg/kg左右，部分煙區(qū)<0.3 mg/kg。缺硼主要影響煙株的生長(zhǎng)點(diǎn)和新生葉，煙株進(jìn)入旺長(zhǎng)期后對(duì)營(yíng)養(yǎng)的需求大量增加，因此缺硼對(duì)中上部煙葉影響更大，而硼肥對(duì)上部煙葉品質(zhì)的影響鮮見報(bào)道。故研究硼肥基施量、噴施濃度和噴施時(shí)期對(duì)烤煙上部煙葉質(zhì)量的影響，篩選出最佳的硼肥施用措施，為缺硼煙區(qū)合理施用硼肥及提高上部煙葉質(zhì)量提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在瀘州市古藺縣大寨苗族鄉(xiāng)進(jìn)行，供試土壤為黃壤，基本理化性質(zhì)：pH為5.03，有機(jī)質(zhì)41.67 g/kg，堿解氮 129.97 mg/kg，速效鉀 96.18 mg/kg，有效磷12.73 mg/kg，水溶性氯17.09 mg/kg，有效硼 0.34 mg/kg (硼含量處于低水平[22])，土壤交換性鈣1.37 g/kg，交換性鎂0.13 g/kg，有效鐵 14.13 g/kg。

1.2 供試材料和方法

供試烤煙品種為‘中川208’，硼砂(硼含量≥15%，四川麗隆添易農(nóng)業(yè)科技有限公司生產(chǎn))。

試驗(yàn)設(shè)置3個(gè)硼砂基施量：9、12、15 kg/hm2，3個(gè)硼砂噴施濃度：0.1%、0.25%、0.4%，和3個(gè)噴施時(shí)期：移栽后60、70、80天，采用Box-Behnken軟件設(shè)計(jì)共16個(gè)處理(表1)，對(duì)照不施用硼肥。小區(qū)面積為36 m2，每小區(qū)64株煙，株行距為50×120 cm。N、P2O5、K2O 施用量均為 127.65、219.75、337.95 kg/hm2，硼肥基肥于煙苗移栽時(shí)施入。在晴天下午5點(diǎn)之后對(duì)上部葉噴施不同濃度的硼肥，每株噴施 100 mL。

表1 依據(jù)Box-Behnken法設(shè)計(jì)的處理因素與水平Table 1 Treatment design at different factors and levels using the Box-Behnken method

1.3 分析測(cè)定方法

煙葉化學(xué)成分測(cè)定：烤后取每個(gè)小區(qū)上部煙葉1 kg，等級(jí)為B2F。將烤后的煙葉樣品置于烘箱中，在60℃下烘干后，研磨成粉，反復(fù)研磨后過0.25 mm篩，之后裝入塑封袋中密封保存。各項(xiàng)化學(xué)指標(biāo)參照王瑞新[23]的方法測(cè)定，總糖的測(cè)定采用乙醇提取—蒽酮顯色法；還原糖的測(cè)定采用乙醇提取—DNS顯色法；總氮的測(cè)定采用凱式定氮法；煙堿的測(cè)定采用紫外分光光度法；鉀的測(cè)定采用火焰分光光度法；氯的測(cè)定采用硝酸銀容量法。

外觀質(zhì)量評(píng)價(jià)：按照GB 2635—1992[24]標(biāo)準(zhǔn)中顏色、成熟度、結(jié)構(gòu)、身份、油分、色度等指標(biāo)量化分?jǐn)?shù)進(jìn)行評(píng)分。

感官質(zhì)量評(píng)價(jià)：各處理樣品制成的單料煙參照GB 5606.4—2005[25]評(píng)吸標(biāo)準(zhǔn)由評(píng)吸專家進(jìn)行評(píng)吸評(píng)價(jià)。

煙葉綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)：參照王彥亭等[26]的方法進(jìn)行煙葉質(zhì)量的綜合評(píng)價(jià)。由于未進(jìn)行物理特性評(píng)價(jià)，因此煙葉品質(zhì)值計(jì)算公式調(diào)整為：Y (煙葉品質(zhì)值)=(外觀質(zhì)量評(píng)價(jià)得分×15%+化學(xué)成分評(píng)價(jià)得分×25%+感官質(zhì)量評(píng)價(jià)得分×50%)×100/90。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用 Excel 2010整理數(shù)據(jù)，Design Expert 11.0進(jìn)行響應(yīng)曲面分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施硼處理對(duì)上部煙葉化學(xué)成分的影響

由表2 可知，按上部葉各項(xiàng)化學(xué)指標(biāo)百分制權(quán)重總氮0.109、還原糖0.125、煙堿0.159、鉀0.102、糖堿比0.184、氮堿比0.130、鉀氯比0.073、淀粉0.118計(jì)算，不同硼肥施用水平煙葉化學(xué)成分存在差異。其中處理13得分最高，協(xié)調(diào)性表現(xiàn)最好。硼肥處理中處理6得分最低，與處理13相比降低了10.32%。與處理6相比，處理13總氮含量增加2.96%，還原糖含量降低10.29%，淀粉含量降低5.78%，煙堿含量增加了2.49%。糖堿比、鉀氯比、氮堿比更趨于協(xié)調(diào)，提高了煙葉化學(xué)得分。各處理鉀含量均處于優(yōu)質(zhì)煙葉標(biāo)準(zhǔn)含量。各處理得分均高于對(duì)照，說明施用硼肥有效改善烤煙上部葉化學(xué)成分含量，化學(xué)得分顯著提升了0.17%～11.70%，使得化學(xué)成分更加協(xié)調(diào)，提高上部煙葉品質(zhì)。

表2 不同施硼水平的烤煙上部葉化學(xué)得分Table 2 Chemical scores of the upper leaves of flue-cured tobacco at different boron levels

2.2 不同施硼處理對(duì)上部煙葉外觀質(zhì)量的影響

不同硼肥施用水平對(duì)烤煙上部葉外觀質(zhì)量的影響如表3所示，其中處理6的外觀質(zhì)量得分最高，處理8的外觀質(zhì)量得分最低。各處理間外觀質(zhì)量得分無(wú)明顯差異。與對(duì)照相比，施用硼肥提升了上部葉的外觀結(jié)構(gòu)、油分和色度，對(duì)顏色、成熟度及身份方面沒有促進(jìn)作用。施用硼肥對(duì)上部葉外觀得分沒有明顯提升。

表3 不同施硼水平的烤煙上部葉外觀得分Table 3 Appearance score of the upper leaves of flue-cured tobacco at different boron levels

2.3 不同施硼處理對(duì)上部煙葉感官質(zhì)量的影響

不同硼肥施用水平對(duì)烤煙上部煙葉感官質(zhì)量的影響如表4所示。處理11得分最高，硼肥處理中處理6得分最低。與處理6相比，處理11香氣質(zhì)、香氣量、柔和程度、細(xì)膩程度、圓潤(rùn)感有所提升，雜氣明顯減少，余味刺激性、干燥感明顯降低。與對(duì)照相比，各個(gè)指標(biāo)均有提升，感官質(zhì)量得分提升了2.96%～10.26%，表現(xiàn)為香氣質(zhì)、香氣量較足，煙氣細(xì)膩透發(fā)，吸食雜氣減少，口感較好。

表4 不同施硼水平的烤煙上部葉評(píng)吸得分Table 4 Evaluation scores of the upper leaves of flue-cured tobacco at different boron levels

2.4 不同施硼處理對(duì)上部煙葉綜合質(zhì)量的影響

通過對(duì)烤煙上部葉化學(xué)成分、外觀質(zhì)量及感官評(píng)析得分進(jìn)行賦權(quán)，得到不同施硼水平對(duì)上部葉質(zhì)量的影響得分 (表5)。其中處理11的得分最高，處理9的得分最低。各處理得分均高于對(duì)照，質(zhì)量比對(duì)照提升了2.04%～8.40%。隨著硼肥施用量增加，烤煙上部葉片的化學(xué)質(zhì)量及感官質(zhì)量得分均提升，外觀質(zhì)量得分無(wú)明顯提升。以硼肥基肥施用12 kg/hm2、噴施濃度為0.25%、施用時(shí)期為移栽后70天的綜合得分最高，為最佳處理。

表5 不同施硼水平的烤煙上部葉質(zhì)量得分Table 5 Quality scores of the upper flue-cured leaves as affected by boron levels

2.5 施硼效果的響應(yīng)曲面分析

2.5.1 響應(yīng)曲面模型及其準(zhǔn)確性分析模型的準(zhǔn)確性直接影響試驗(yàn)的誤差以及最終結(jié)論。利用方差分析回歸方程中系數(shù)的顯著性可以判斷模型的準(zhǔn)確性。響應(yīng)曲面模型的可信度及方差分析結(jié)果如下：模型決定系數(shù)R2＝0.98，校正決定系數(shù)R2adj＝0.95，說明本試驗(yàn)響應(yīng)曲面優(yōu)化設(shè)計(jì)的模型擬合度高；可信數(shù)據(jù)/不可信數(shù)據(jù)=15.51>4 (即信噪比>4表示可信度較強(qiáng)[27])，標(biāo)準(zhǔn)差0.34，均值75.02，說明該模型能夠很好地模擬本試驗(yàn)。

由表5中數(shù)據(jù)進(jìn)行多元線性擬合，建立硼肥基施量(A)、噴施濃度(B)、噴施時(shí)期(C)的二次線性回歸擬合曲面模型，并對(duì)模型以及模型失擬項(xiàng)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)(表6），可得該模型的F值為32.20，P<0.0001。模型失擬項(xiàng)的P值大于0.05，表明模型統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著，精確度高，模擬效果好，可以使用。

表6 回歸模型方差分析Table 6 Analysis of variance of the regression model

由表7可得該模型常數(shù)項(xiàng)極顯著，一次項(xiàng)A、C、互作項(xiàng)AB、二次項(xiàng)B2及C2顯著，二次項(xiàng)A2極顯著。以上部葉質(zhì)量得分為因變量，硼肥基施量、噴施濃度、噴施時(shí)期為因素，對(duì)本試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析擬合得到上部葉質(zhì)量的二次多項(xiàng)式回歸方程：Y=76.69+0.38A–0.29C–0.54AB–2.53A2–0.51B2–0.51C2。

表7 回歸模型系數(shù)的顯著性檢驗(yàn)Table 7 Significance test for the regression model coefficients

2.5.2 上部葉質(zhì)量的響應(yīng)曲面分析及優(yōu)化根據(jù)回歸方程做出響應(yīng)曲面和等高線，考察擬合響應(yīng)曲面的圖形，分析硼肥基施量、噴施濃度和噴施時(shí)期對(duì)烤煙上部葉質(zhì)量的影響(圖1)。3D響應(yīng)面圖能直觀反應(yīng)出各因素互相作用對(duì)響應(yīng)值的影響。

由圖1可以看出，烤煙上部葉質(zhì)量得分先隨著硼肥基施量和噴施濃度的增加而增加，在硼肥基施量12 kg/hm2，噴施濃度為0.25%時(shí)達(dá)到最大值77.14分。隨著硼肥基施量及噴施濃度的繼續(xù)增加，上部葉質(zhì)量得分逐漸下降。適當(dāng)增加硼肥基施量和噴施濃度有利于提高烤煙上部葉質(zhì)量，其中兩者交互作用顯著。由于硼肥噴施時(shí)期為非數(shù)值因素，所代表的水平只能取整數(shù)。用響應(yīng)面分析法分析得出含有小數(shù)的結(jié)果，以實(shí)際情況為準(zhǔn)，代表水平取其靠近的真實(shí)值。硼肥基施量與噴施時(shí)期、噴施濃度與噴施時(shí)期交互作用不顯著。但是可以得出在同一噴施時(shí)期，隨著硼肥基施量的增加，上部葉質(zhì)量逐步提升且達(dá)到最大值。然而隨著噴施濃度增加，上部葉質(zhì)量得分變化不明顯。

本試驗(yàn)經(jīng)過 Design Expert 11.0軟件優(yōu)化分析，得到最佳硼肥施用方案，基施量12.20 kg/hm2、噴施濃度0.26%、噴施時(shí)期移栽后67.24天，葉質(zhì)量得分為76.74。

由Design Expert軟件優(yōu)化可得，對(duì)應(yīng)試驗(yàn)值硼肥基施量12.20 kg/hm2、噴施濃度為0.26%、噴施時(shí)期為移栽后67天時(shí)，此時(shí)上部葉質(zhì)量得分為76.74。說明在此水平下施用硼肥，上部煙葉質(zhì)量表現(xiàn)最佳。

3 討論

增施硼肥可以提高烤煙質(zhì)量，這與前人[16–18]研究結(jié)果一致。其中化學(xué)成分方面，聶新柏等[17]認(rèn)為增施硼肥后煙葉中還原糖含量提高，煙堿、總氮含量下降。韓冰等[28]認(rèn)為硼肥處理的煙株煙堿、還原糖增加，氯離子降低。施用硼肥使烤煙上部葉化學(xué)成分更協(xié)調(diào)，提高煙葉內(nèi)在品質(zhì)。齊永杰等[29]認(rèn)為施用硼肥有利于提高烤煙上部葉感官質(zhì)量。李嬌嬌等[30]認(rèn)為適當(dāng)增施硼肥有利于烤煙中部葉身份、色度、油分的改善，但對(duì)葉片結(jié)構(gòu)影響不大。本試驗(yàn)結(jié)果表明增施硼肥后煙葉中淀粉、總氮含量降低，使得上部葉化學(xué)成分協(xié)調(diào)，提高煙葉內(nèi)在品質(zhì)。感官評(píng)析口感較好，香氣質(zhì)、香氣量較足。施用硼肥后有利于上部葉后期落黃成熟，但烤煙外觀質(zhì)量得分沒有明顯提升，可能是成熟后期當(dāng)?shù)夭焕臍夂驐l件所致。

響應(yīng)曲面在試驗(yàn)條件優(yōu)化中可以連續(xù)的對(duì)試驗(yàn)條件的各個(gè)水平進(jìn)行分析，克服了正交試驗(yàn)對(duì)一個(gè)個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)分析。本試驗(yàn)設(shè)計(jì)中先給出獨(dú)立的試驗(yàn)點(diǎn)，目的是通過響應(yīng)曲面分析擬合的回歸方程及響應(yīng)曲面圖形確定最佳優(yōu)化條件。因此利用Box-Behnken進(jìn)行3因素3水平試驗(yàn)設(shè)計(jì)硼肥施用水平的方案，以烤煙上部葉質(zhì)量為響應(yīng)值，擬合響應(yīng)曲面模型。其中以硼肥基施量12 kg/hm2，噴施濃度為0.25%，噴施時(shí)期為移栽后70天為最佳處理。在此處理水平下，雜氣減少，柔和細(xì)膩程度都有所增加。方差分析結(jié)果顯示，擬合模型顯著，可用于試驗(yàn)分析預(yù)測(cè)。通過響應(yīng)曲面優(yōu)化分析得到瀘州地區(qū)硼肥最佳施用方案為，硼肥基施量12.20 kg/hm2、噴施濃度為0.26%、噴施時(shí)期為移栽后67天。利用Box-Benhnken法優(yōu)化了試驗(yàn)方案，減少試驗(yàn)工作量，是一種可行的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。

4 結(jié)論

在缺硼土壤上，施硼能使烤煙化學(xué)成分更加協(xié)調(diào)，感官質(zhì)量有所提高，葉片結(jié)構(gòu)、顏色等方面有所提升，綜合質(zhì)量明顯提高，因此施用硼肥是提高烤煙質(zhì)量的有效方式。通過響應(yīng)曲面法優(yōu)化得到的最佳硼肥施用措施為：基施12.20 kg/hm2配合在移栽后67天噴施0.26%的硼肥。