韓會閣閻海濤 郭芳陽 常棟 陰廣宇張凱閻小毛吳照輝 劉巧真徐文正李雪君李俊營

(1. 河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所/煙草行業(yè)黃淮煙區(qū)煙草病蟲害綠色防控重點實驗室，河南許昌 461100；2. 河南省煙草公司平頂山市公司，河南平頂山 467000)

氮素是烤煙重要的營養(yǎng)元素，決定著烤煙的生長發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)[1]。 目前我國植煙區(qū)煙農(nóng)為追求烤煙產(chǎn)量，長期過量施肥，致使土壤肥力逐年增加，導(dǎo)致烤煙葉片貪青晚熟、生育期推遲，影響了煙葉品質(zhì)形成與質(zhì)量風(fēng)格彰顯[2]。 而種植氮素利用率高、低氮條件下生長勢強(qiáng)的烤煙品種，不僅能減少肥料投入、降低土壤面源污染，還能夠在一定程度上解決煙區(qū)土壤肥力過高的問題。 因此，此特性烤煙品種的選育與應(yīng)用種植是目前土壤氮素狀況下煙草育種的重要目標(biāo)之一。

中煙100 是豫中煙區(qū)烤煙主栽品種，耐肥性強(qiáng)、增產(chǎn)潛力大。 但煙農(nóng)為追求產(chǎn)量，在土壤肥力較高情況下仍大量施用氮肥，煙葉“大深厚”、貪青晚熟、株型倒掛等現(xiàn)象突出，已成為制約豫中煙區(qū)煙葉品質(zhì)的關(guān)鍵因素，同時也對煙田生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成了潛在威脅[3]。 基于此，河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所培育出烤煙新品系Y2001，該品系生長勢更強(qiáng)、生育期短、成熟集中、落黃明顯、易烘烤，且煙葉質(zhì)量與產(chǎn)量優(yōu)于中煙100 品種，是當(dāng)?shù)乜緹煼N植優(yōu)勢替代品系。 但目前其對氮素響應(yīng)的規(guī)律及其強(qiáng)生長勢的內(nèi)在機(jī)理尚不清楚。

烤煙團(tuán)棵期生長迅速，煙株頂端生長由分化葉片轉(zhuǎn)變?yōu)榉只ㄐ蛟俭w，以營養(yǎng)生長為主，是干物質(zhì)積累的重要時期，也是為產(chǎn)量和品質(zhì)形成打基礎(chǔ)的時期[4-5]。 已有研究表明，移栽后30 d煙株對氮素的吸收開始增加，移栽40 d 后對氮素的吸收達(dá)到極大值[6]，所以研究該時期烤煙對養(yǎng)分的響應(yīng)至關(guān)重要。 本試驗選擇豫中有代表性的偏高肥力煙田，通過研究不同氮素水平下中煙100 和Y2001 移栽后40 d 生理、生長發(fā)育特性和氮素效應(yīng)指標(biāo)的變化，揭示二者的氮素響應(yīng)差異。研究結(jié)果結(jié)合二者烤后煙葉產(chǎn)量和產(chǎn)值預(yù)期，為提高土壤氮素利用率、減少化肥施用、降低土壤面源污染提供一定的科學(xué)途徑。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2021年3—9月在河南省平頂山市郟縣李口鎮(zhèn)小張莊村進(jìn)行。 試驗地土壤類型為褐土，耕層基本理化性狀:有機(jī)質(zhì)含量15.99 g/kg、全氮0.76 g/kg、堿解氮87.37 mg/kg、有效磷17.27 mg/kg、速效鉀147.07 mg/kg、緩效鉀531.53 mg/kg，pH值7.82。 供試烤煙品種(系)為中煙100(Z)和

Y2001(Y)。

1.2 試驗設(shè)計

根據(jù)土壤肥力確定氮素參考用量為56.25 kg/hm2，據(jù)此設(shè)置4個氮水平處理:N1 (不施氮)、N2(低氮，30 kg/hm2)、N3(中氮，60 kg/hm2)和N4 (高氮，90 kg/hm2)。 隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3 次，小區(qū)面積72 m2。 不同處理磷、鉀肥用量一致，分別為90 kg/hm2(P2O5)、180 kg/hm2(K2O)。 試驗用肥為當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)肥，氮來源為芝麻餅肥、硝酸鉀與煙草專用有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥，磷鉀素不足部分用重鈣和硫酸鉀提供。 除N1 外，各處理移栽時穴施有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥(37.5 kg/hm2)和硝酸鉀(75 kg/hm2)，小苗偏管時追施硝酸鉀45 kg/hm2，其它氮、磷和鉀肥均在煙苗移栽前作為基肥條施。 在大田生長的各個時期均不追肥。 供試煙苗為河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所培育的漂浮苗。 2021年5月8日7 葉1心時選健壯幼苗移栽，栽植密度15 000 株/hm2、行株距1.2 m×0.55 m。 其它栽培管理措施按常規(guī)進(jìn)行。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 烤煙團(tuán)棵期生理特性栽后40 d(6月17日)，每品種每處理選擇5 株代表性煙株測定各指標(biāo)。

煙葉SPAD 值和氮平衡指數(shù):分別用日本生產(chǎn)的SPAD-502 Plus 葉綠素儀和法國生產(chǎn)的DX1442 N 平衡儀測定第6 位葉距葉尖1/3 處的SPAD 值、葉綠素指數(shù)(Chl)、類黃酮指數(shù)(Flav)和氮平衡指數(shù)(NBI)，每片葉測定兩側(cè)邊緣處，取其平均值。

干物質(zhì)積累量和養(yǎng)分含量:上述指標(biāo)測定完成后，將整株煙取出，分為葉、莖和根三部分，帶回實驗室。 所有植株樣品經(jīng)105 ℃殺青30 min 后，70 ℃烘干至恒重并稱重。 樣品氮、磷、鉀含量按照魯如坤[7]的方法測定。

1.3.2 煙株器官養(yǎng)分積累量及氮肥利用率的計算器官養(yǎng)分積累量＝器官養(yǎng)分含量×器官生物量；器官氮素生產(chǎn)能力＝器官干物質(zhì)積累量/器官氮素養(yǎng)分含量；器官氮素農(nóng)學(xué)效率(NAE)＝(施氮區(qū)器官干物質(zhì)積累量-不施氮區(qū)器官干物質(zhì)積累量)/施氮量×100；器官氮肥表觀回收效率(NRE)＝(施氮區(qū)器官氮素積累量-不施氮區(qū)器官氮素積累量)/施氮量×100；氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率(NDMPE)＝器官干物質(zhì)積累量/器官氮素積累量；器官干物質(zhì)生產(chǎn)效率(DMPE )＝器官干物質(zhì)積累量/施氮量。

1.3.3 烤后煙葉經(jīng)濟(jì)性狀收獲期，各處理煙葉烘烤后按照國家烤煙分級標(biāo)準(zhǔn)GB2635—92 進(jìn)行分級，統(tǒng)計煙葉產(chǎn)量、產(chǎn)值、均價、上等煙比例等[8]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗數(shù)據(jù)分別采用Origin 2015 和SPSS 18.0進(jìn)行圖表繪制和統(tǒng)計分析。 采用單因素方差分析法(One-way ANOVA，LSD)進(jìn)行多重比較；采用配對樣品t檢驗分析中煙100 和Y2001 之間的差異性。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮水平對不同品種(系)烤煙團(tuán)棵期氮磷鉀養(yǎng)分含量的影響

由表1 看出，隨施氮量增加，中煙100 葉片氮含量逐漸增加，莖和根氮含量均表現(xiàn)為低氮處理(N2)最低、中氮(N3)處理最高、高氮(N4)處理又不同程度降低的變化趨勢；葉、莖和根鉀含量均逐漸增加，N4 處理最大；葉片磷含量中氮處理顯著增加、低高氮處理無顯著變化，莖和根磷含量無顯著變化。 在氮肥梯度上，Y2001 葉、莖和根氮、鉀含量均表現(xiàn)為N2 處理增加、N3 處理降低、N4處理再增加的變化趨勢；莖磷含量逐漸增加且均顯著高于對照，葉和根磷含量無顯著變化。

表1 施氮水平對不同品種(系)烤煙氮磷鉀養(yǎng)分含量的影響g/kg

由表1 還可看出，Y2001 葉、莖和根氮含量在N1 處理下均略高于中煙100 但無顯著差異，其葉片氮含量在低氮處理下顯著高于中煙100、中高氮處理下顯著低于中煙100，莖和根氮含量在3種施氮水平下均高于中煙100，且低氮處理差異更大。 葉、莖磷含量在低、中和高氮處理下均顯著高于中煙100，根磷含量在各氮肥梯度下與中煙100 無顯著差異。 葉片鉀含量在低氮和無氮處理下顯著高于中煙100、中高氮梯度下顯著低于中煙100，莖鉀含量在各氮肥梯度下均不同程度高于中煙100，根中鉀含量在低氮和無氮處理下顯著高于中煙100、中氮處理顯著低于中煙100、高氮處理無顯著差異。

2.2 施氮水平對不同品種(系)烤煙團(tuán)棵期干物質(zhì)積累量的影響

由圖1 看出，隨著氮肥施用量增加，中煙100和Y2001 各器官干物質(zhì)積累量逐漸增加(Y2001莖除外)，其中中煙100 的根、莖和葉干物質(zhì)積累量N4 處理分別為N1 處理的2.45、3.27 倍和1.98倍，Y2001 的根、莖和葉干物質(zhì)積累量N4 處理分別為N1 處理的1.73、1.89 倍和1.70 倍。

圖1 施氮水平對烤煙不同器官干物質(zhì)積累的影響

Y2001 葉干物質(zhì)積累量在N1、N2、N3 和N4處理下均高于中煙100，分別是中煙100 的1.18、1.33、1.03 倍和1.02 倍；莖和根的干物質(zhì)積累量除在N1 處理下高于中煙100 外(1.30 倍和1.08倍)，在N2、N3 和N4 處理下均低于中煙100，分別是中煙100 的87.5%、75.0%、75.1%和73.3%、83.9%、72.4%。

結(jié)合表1 結(jié)果分析可知，低中高3個施氮水平下Y2001 葉的氮素生產(chǎn)力較高且均高于中煙100，莖和根較低并低于中煙100。

2.3 施氮水平對不同品種(系)烤煙團(tuán)棵期氮、磷、鉀養(yǎng)分積累量的影響

由表2 看出，隨氮肥施用量增加，中煙100 全株及各器官氮、磷、鉀積累量均逐漸增加，N4 處理最大，其葉、莖、根和整株氮、磷、鉀積累量分別為N1 處理的2.7、2.1、3.8 倍，3.5、3.5、5.8 倍，2.2、2.3、3.7 倍和2.7、2.4、4.3 倍。 Y2001 葉中鉀積累量表現(xiàn)為N4＞N2＞N3＞N1，且處理間差異均達(dá)顯著水平；根中磷積累量表現(xiàn)為N3＞N4＞N2＞N1，且處理間差異均達(dá)顯著水平；葉、莖和根中的氮積累量均逐漸增加，N4 處理下最大，其葉、莖、根和整株的氮積累量分別為N1 處理的2.0、2.3、1.7、2.0 倍，葉、莖及整株的磷積累量逐漸增加，N4 處理分別為N1 處理的1.8、3.0、2.0 倍，莖、根及整株的鉀積累量總體呈增加趨勢，N4 處理分別為N1 處理的2.6、2.5、2.3 倍。

表2 施氮水平對烤煙氮、磷、鉀養(yǎng)分積累量的影響g/株

表2 結(jié)果還顯示，Y2001 葉中磷積累量在各施氮處理下均顯著高于中煙100，莖中磷積累量略高于中煙100，根中磷積累量除在N1 處理下與中煙100 接近外，在各施氮處理下均顯著低于中煙100；Y2001 葉、莖和根中的氮、鉀積累量均在N1 和N2 處理下不同程度高于中煙100、在N3 和N4 處理下低于中煙100。

2.4 施氮水平對不同品種(系)烤煙團(tuán)棵期氮磷鉀養(yǎng)分利用效率的影響

由表3 看出，各施氮處理兩品種(系)葉的NDMPE 均不同程度低于不施氮處理，且Y2001除葉在中高氮處理下顯著高于中煙100 外，葉在低氮處理及根、莖在低、中和高氮處理下均不同程度低于中煙100；DMPE 隨氮肥施用量增加而減小， 各施氮處理Y2001 葉的DMPE 高于中煙100，莖和根則顯著低于中煙100；中高氮處理下中煙100 葉和莖的NAE 顯著高于低氮處理，但Y2001 葉片的NAE 中高氮處理顯著低于低氮處理，且Y2001 除低氮處理下葉的NAE 顯著高于中煙100 外，各器官的NAE 在各施氮水平下均顯著低于中煙100；與低氮處理相比，中煙100 各器官及全株和Y2001 莖的NRE 中高氮處理顯著提高，Y2001 葉的NRE 中高氮處理則顯著降低，且Y2001葉的NRE 除低氮處理下顯著高于中煙100 外，各器官的NRE 在各施氮水平下均顯著低于中煙100。

2.5 施氮水平對不同品種(系)烤煙團(tuán)棵期葉片氮平衡指數(shù)的影響

由表4 看出，隨氮肥施用量增加，中煙100 葉片的氮平衡指數(shù)(NBI)、葉綠素指數(shù)(Ch1)逐漸增大，類黃酮指數(shù)(Flav)降低；Y2001 葉片的NBI增大，Ch1 無明顯變化、Flav 逐漸降低。 隨氮肥施用量增加，中煙100 葉片SPAD 值先增大后減小，N3 處理最大；Y2001 葉片SPAD 值在中低氮處理下無顯著變化、高氮處理下顯著增大。

表4 施氮水平對烤煙葉片NBI和SPAD 值的影響

由表4 還可看出，各氮肥梯度下，中煙100 葉片NBI 顯著小于Y2001，而Flav 和SPAD 值則顯著大于Y2001，Ch1 均低于Y2001，但僅不施氮(N1)條件下差異顯著。

2.6 施氮水平對不同品種(系)烤煙烤后煙葉產(chǎn)量和產(chǎn)值的影響

由表5 看出，在0～60 kg/hm2范圍內(nèi)，隨氮肥施用量增加中煙100 產(chǎn)量提高、中部上等煙比例降低，但上部上等煙比例增加，其產(chǎn)值增加。 氮用量超過60 kg/hm2，烤煙產(chǎn)量和產(chǎn)值均下降，中氮處理產(chǎn)量和產(chǎn)值最高，不施氮處理最低。 隨著氮肥施用量的增加，Y2001 中部上等煙比例逐漸下降，上部上等煙比例和均價在高氮處理下低于其它處理，產(chǎn)量和產(chǎn)值先增大后減小，低氮處理下(30 kg/hm2)最大，高氮處理下最小。 最大產(chǎn)值Y2001 較中煙100 高6 600 元/hm2。

表5 不同處理烤煙經(jīng)濟(jì)效益比較

3 討論與結(jié)論

3.1 烤煙氮素利用效率對氮肥用量差異的響應(yīng)

肥料尤其是氮肥的利用率一直是我國學(xué)術(shù)界和政府部門關(guān)注的熱點，因此在充分發(fā)揮產(chǎn)量潛力、保障品質(zhì)的基礎(chǔ)上，盡可能提高作物肥料利用率、降低肥料用量是一個永恒的主題[9]。 不同作物品種的氮肥利用率不同，對氮肥的響應(yīng)也不盡相同。 相關(guān)研究表明，氮高效品種在氮素不足的條件下優(yōu)勢更明顯，但高效和低效品種間的差異隨施氮量的增加而減小[10]。 因此，培育氮高效品種可能是在降低氮肥施用量的同時實現(xiàn)高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)的重要途徑之一。

目前關(guān)于氮素利用效率評價指標(biāo)的研究較多，如氮肥農(nóng)學(xué)效率(NAE)、氮肥表觀回收效率(NRE)、氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率(NDMPE)等。 NAE可以用來評價氮肥的增產(chǎn)效果，過量施氮導(dǎo)致作物干物質(zhì)生產(chǎn)能力增幅變小，NAE 降低；NRE 反映植物氮素吸收和氮肥施用量之間的平衡狀況[11]；NDMPE 即吸收單位氮素形成的產(chǎn)量，該指標(biāo)從作物自身角度分析，概念清晰、簡明直觀且與植株產(chǎn)量相聯(lián)系，能夠直接反映植株對氮素的利用率[12-15]。 本研究結(jié)果顯示， Y2001 葉的NAE和NRE 均在低氮處理下顯著高于中煙100、中高氮處理下顯著低于中煙100；兩品種NDMPE 無氮處理下差異不顯著，低氮處理下Y2001 葉片NDMPE 顯著低于中煙100，中高氮處理下顯著高于中煙100。 與無氮處理相比，低氮處理下Y2001葉片干物質(zhì)積累量和氮含量增幅均大于中煙100，其葉片NAE 和NRE 均較高，NDMPE 較低；而在中、高氮處理下，Y2001 葉片干物質(zhì)積累量和氮含量增幅均小于中煙100，其葉片NAE 和NRE均較低、NDMPE 較高。 因此，與中煙100 相比，低氮對Y2001 氮素吸收的促進(jìn)作用可能更強(qiáng)，而中高氮對其促進(jìn)作用可能較弱，這表明Y2001 在不同土壤氮素營養(yǎng)條件下維持葉片氮含量相對穩(wěn)定的能力可能更強(qiáng)。

本研究中，Y2001 莖和根氮含量在中高氮處理下均低于中煙100，因此，Y2001 莖和根的氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率在各氮肥梯度下均低于中煙100。 另外，Y2001 葉片和根莖的氮素生產(chǎn)力在低中高氮處理下均高于中煙100。 這表明，與中煙100 相比，Y2001 可能通過根莖較低的氮素生產(chǎn)力和干物質(zhì)分配、葉片較高的氮素生產(chǎn)力和干物質(zhì)分配來維持其較強(qiáng)的葉片生產(chǎn)能力。

3.2 烤煙葉片氮平衡指數(shù)對氮肥用量差異的響應(yīng)

氮平衡指數(shù)(NBI)是植物多酚-葉綠素測量儀測量的葉綠素指數(shù)(Chl)和類黃酮指數(shù)(Flav)的比值，是反映作物長勢的重要指標(biāo)之一[16，20]。葉片中多酚類物質(zhì)類黃酮是植物重要的次生代謝產(chǎn)物，對植物脅迫十分敏感。 與葉綠素相反，其含量在缺氮時會增加，對氮含量的響應(yīng)更為靈敏，當(dāng)未發(fā)生氮肥脅迫時，作物生長健康，合成葉綠素較多，產(chǎn)生的類黃酮較少，NBI 較高；當(dāng)?shù)嗜狈Γ魑锖铣扇~綠素較少，產(chǎn)生的類黃酮較多，NBI 較低[16]。 相比單一的葉綠素指標(biāo)，NBI 已證實能夠更精確、更靈敏地反映水稻、小麥、甜瓜等作物的氮素營養(yǎng)狀況[16-19]，因此，通過測量NBI 可以避免傳統(tǒng)方法的延遲效應(yīng)、快速監(jiān)測作物氮肥盈虧狀況[20]。 本研究中，隨氮肥用量增加，中煙100葉片Chl 逐漸增大、Y2001 葉片Chl 無顯著變化，二者的Flav 均逐漸降低、NBI 逐漸增大；中煙100葉片SPAD 值先增大后減小、Y2001 只在高氮處理下增大。 這表明，與Chl 和SPAD 值相比，烤煙葉片的Flav 和NBI 可能更敏感反映其土壤氮素營養(yǎng)狀況的改變；不同土壤氮素狀況下，Y2001 主要通過降低類黃酮合成提高NBI，其相對穩(wěn)定的Chl 可能是其葉片生產(chǎn)受土壤養(yǎng)分條件影響較小的重要原因之一。

本研究結(jié)果還顯示，Y2001 的Chl 在無氮處理下顯著高于中煙100，在低、中和高氮處理下略高于中煙100 但無顯著差異；在各施氮水平下Y2001 的Flav 均低于中煙100，NBI 高于中煙100。 這表明，與中煙100 相比，氮肥脅迫時，Y2001 葉片氮素(二者氮含量無顯著差異)合成葉綠素的能力較強(qiáng)，這可能是其在無氮條件下葉片生產(chǎn)能力較強(qiáng)的原因之一；而中高氮條件下其較低的類黃酮合成可能是其氮含量較低而NBI指數(shù)卻較高的原因之一。

3.3 烤煙氮、磷、鉀含量對氮肥用量差異的響應(yīng)

徐國偉等[21]研究認(rèn)為養(yǎng)分之間存在相互作用，如磷、鉀間，氮、鉀間表現(xiàn)出正交互作用，從而提高植物對養(yǎng)分的吸收利用，另外鉀能夠促進(jìn)氮的吸收運輸、代謝和積累，提高氮素利用率。 因此，不同氮素水平可影響煙株的碳氮代謝平衡和各化學(xué)組分含量[22]。 本研究結(jié)果顯示，在0 ～90 kg/hm2范圍內(nèi)增加氮肥施用量，中煙100 根、莖、葉的氮、磷、鉀積累量均逐漸增加，Y2001 根、莖、葉的氮、磷、鉀積累量也基本表現(xiàn)為逐漸增加。 這表明，增施一定量的氮肥，植物對磷、鉀的需求和吸收量也增大，烤煙氮、磷、鉀的積累量均提高。該研究結(jié)果與錢朗等[23]對黑豆、陳娟等[24]對甘薯、劉煜祥等[25]對綠豆和左青松等[12]對油菜的研究結(jié)果均一致，也與薛如君等[26]研究得出的烤煙氮肥利用率提高能夠促進(jìn)煙株磷、鉀累積和氮磷鉀吸收利用的結(jié)果相似。

本研究結(jié)果還顯示，在0 ～90 kg/hm2范圍內(nèi)增加施氮量，中煙100 根、莖和葉鉀積累量的增幅大于氮和磷，而Y2001 氮、磷、鉀積累量的增幅比較接近；且中煙100 中高氮梯度下葉及各氮肥梯度下莖和根氮、磷、鉀積累量的增幅均大于Y2001。 Y2001 根、莖、葉的氮和鉀積累量在無氮和低氮處理下高于中煙100，但在中高氮處理下低于中煙100。 這表明，與中煙100 相比，Y2001在土壤氮素供應(yīng)相對不足時較高的鉀素吸收能力和土壤氮素條件改善時較強(qiáng)的氮磷鉀平衡能力可能是其葉片生產(chǎn)受土壤養(yǎng)分狀況影響較小的另一個重要原因。

3.4 烤煙產(chǎn)量和產(chǎn)值對氮肥用量差異的響應(yīng)

氮素被稱為生命元素，它是植物體內(nèi)蛋白質(zhì)、核酸、葉綠素和一些激素的重要組成部分，是限制植物生長和產(chǎn)量形成的首要因素[25]。 在烤煙生產(chǎn)中，氮素也是影響其產(chǎn)量和品質(zhì)最為重要的營養(yǎng)元素[6]。 本研究表明，適量增施氮肥能夠提高Y2001 和中煙100 的產(chǎn)量和產(chǎn)值，二者分別在30 kg/hm2和60 kg/hm2施氮量條件下達(dá)到最高，達(dá)到最大值時Y2001 的產(chǎn)量比中煙100 略高，但產(chǎn)值顯著高于中煙100。 這表明，與中煙100 相比，Y2001 能夠?qū)崿F(xiàn)煙農(nóng)增收的同時減少氮肥施用和降低土壤面源污染。