鄧小華，楊麗麗，鄒凱，齊永杰，徐文兵，張光利，于慶濤，雷天義

（1湖南農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，長沙市410128；2湖南省煙草公司邵陽市公司，湖南邵陽422000；3廣西中煙工業(yè)有限責任公司，廣西南寧530001）

煙稻輪作模式下烤煙增密減氮的主要化學成分效應分析

鄧小華1，楊麗麗1，鄒凱2*，齊永杰3，徐文兵3，張光利2，于慶濤2，雷天義2

（1湖南農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，長沙市410128；2湖南省煙草公司邵陽市公司，湖南邵陽422000；3廣西中煙工業(yè)有限責任公司，廣西南寧530001）

【目的】增密減氮是一項綠色增產(chǎn)增效技術(shù)，明確我國南方煙稻輪作模式下烤煙增密和減氮的可行性，對指導特色優(yōu)質(zhì)煙葉開發(fā)具有重要意義?！痉椒ā吭诤仙坳枱焻^(qū)煙稻輪作田塊進行了密度和施氮量雙因素三水平完全隨機田間試驗。三個種植密度分別為16667(習慣種植密度)、18182和20000株/hm2，三個施氮量分別為N105、120和135kg/hm2。測定了烤后煙葉主要化學成分，采用隸屬函數(shù)對化學成分數(shù)據(jù)進行標準化，用主成分分析計算每個成分權(quán)重，構(gòu)建了煙葉化學成分可用性指數(shù)，采用分析了烤煙種植密度和施氮量及其互作對煙葉化學成分的效應。【結(jié)果】烤煙化學成分可用性指數(shù)以種植密度18182株/hm2和施氮量120kg/hm2組合處理最高，其次是密度18182株/hm2和施氮量135kg/hm2組合處理。施氮量對煙葉化學成分可用性的效應約為46.3%，種植密度對煙葉化學成分可用性的效應約為30.1%，種植密度和施氮量互作對煙葉化學成分可用性的效應約為23.6%?！窘Y(jié)論】采用更能客觀地定量分析種植密度和施氮量及其互作對煙葉化學成分的影響。種植密度、施氮量及二者互作對煙葉化學成分可用性的效應不同，以施氮量為主，其次是種植密度。與邵陽當?shù)睾臀覈戏筋愃频貐^(qū)現(xiàn)行的種植密度(16675株/hm2)和施氮量(N135kg/hm2)相比，邵陽地區(qū)烤煙適當增加種植密度和減施氮肥是可行的，煙稻輪作模式下烤煙推薦種植密度和施氮量分別為18182株/hm2、120kg/hm2。

烤煙；煙葉化學成分；增密減氮；化學成分可用性指數(shù)；偏Eta2值

煙葉化學成分是煙葉質(zhì)量的內(nèi)在基礎(chǔ)，也是煙葉質(zhì)量評價的重要指標[1–2]。煙葉化學成分是由多指標構(gòu)成，每個指標反映煙葉化學成分的某個質(zhì)量[2]，但單指標較難完整描述煙葉化學成分狀況，因而需要對煙葉化學成分進行綜合評價。煙葉化學成分綜合評價方法在對煙區(qū)化學成分特征研究中被廣泛應用，如薛超群等[3]、丁云生等[4]和李偉等[5]采用模糊綜合評判方法分別對上海集團申豫烤煙基地、大理州、湖南濃香型煙葉產(chǎn)區(qū)化學成分進行了綜合評價。增密減氮作為一項綠色增產(chǎn)增效技術(shù)，已在玉米[6]、水稻[7]、油菜[8]等作物上得到較為廣泛的應用。種植密度和施氮量影響煙株生長發(fā)育、產(chǎn)量和產(chǎn)值[9–12]，更影響煙葉化學成分[9–14]。張黎明等[9]、張建[10]、毛家偉等[11]、張喜峰[12]研究了種植密度和施氮量對煙葉化學成分的影響，楊躍華等[13]、劉晶等[14]采用方差分析對種植密度和施氮量的煙葉化學成分效應進行了分析，但上述研究或是沒有對煙葉化學成分進行綜合評價分析，或是就兩者對煙葉化學成分評價指標的影響缺乏深入研究。

邵陽市位于湖南省中部略偏西南，屬典型的中亞熱帶濕潤季風氣候，常年產(chǎn)煙1.5萬噸左右，是湖南省濃香型烤煙的重要產(chǎn)煙區(qū)[15–16]，煙稻輪作是其主要種植模式。如同我國南方其他煙稻輪作地區(qū)一樣，邵陽煙區(qū)烤煙種植也是普遍采用稀植和大肥大水方式，這樣的種植方式雖然可以提高煙葉產(chǎn)量，但煙葉化學成分不協(xié)調(diào)和工業(yè)可用性差的問題日趨突出。增密減氮技術(shù)是否能夠在保證產(chǎn)量的基礎(chǔ)上改善煙葉化學成分和提高煙葉可用性無疑是非常值得研究的。為此，本文通過在邵陽煙區(qū)開展小區(qū)烤煙栽培試驗，構(gòu)建煙葉化學成分可用性指數(shù)和采用(partial eta-squared,偏Eta2值)，分析種植密度和施氮量及其互作對煙葉化學成分的效應，明確增密減氮栽培措施在邵陽煙區(qū)以及我國南方類似煙稻輪作區(qū)的可行性，為特色優(yōu)質(zhì)煙葉栽培提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地點和材料

小區(qū)栽培試驗于2014年在湖南省邵陽縣金稱市鎮(zhèn)金洲村(26.84°N，111.15°E)煙稻輪作田塊進行?？緹熎贩N為K326，試驗地土壤質(zhì)地為粘壤土，pH 5.93、有機質(zhì)39.50g/kg、堿解氮142.32mg/kg、有效磷15.42mg/kg、速效鉀188.72mg/kg。供試肥料包括湖南金葉眾望科技股份有限公司生產(chǎn)的煙草專用基肥(N–P2O5–K2O為8%–10%–11%)、生物發(fā)酵餅肥(N–P2O5–K2O為5%–0.8%–1%)、提苗肥(N–P2O5為20%–9%)和專用追肥(N–P2O5–K2O為10.0%–5.0%–29.0%)；新疆羅布泊鉀鹽有限責任公司生產(chǎn)的硫酸鉀(K2O為51%)。

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用雙因素隨機區(qū)組設(shè)計，設(shè)置三個種植密度(A)：A1(CK)，邵陽煙區(qū)烤煙習慣種植密度，16667株/hm2，行距120cm×株距50cm；A2，18182株/hm2，行距110cm×株距50cm；A3，20000株/hm2，行距100cm×株距50cm。三個施氮量(B)：B1，純氮105kg/hm2；B2，施純氮120 kg/hm2；B3，邵陽煙區(qū)習慣施氮量，施純氮135 kg/hm2。合計9個處理，每個處理設(shè)置3次重復，共27個小區(qū)，小區(qū)面積60m2。采用漂浮育苗，3月24日移栽。各處理施氮、磷、鉀肥比例為1∶1∶2.8。60%的專用基肥和生物發(fā)酵餅肥在起壟前條施于壟底，其余在移栽前10～15d穴施。移栽后約1周和2周分別澆施一半的提苗肥，約3周穴施煙草專用追肥，約4周穴施硫酸鉀。初花期打頂，留葉數(shù)16～18片。按邵陽市優(yōu)質(zhì)烤煙生產(chǎn)標準開展其他田間管理。

1.3 化學成分測定項目及方法

按照標準[17]選取具有代表性的中部煙葉C3F等級進行化學成分測定。采用荷蘭SKALAR San++間隔流動分析儀測定烤后煙葉總糖、還原糖、煙堿、總氮和氯含量[18]，火焰光度法測定煙葉鉀含量。

1.4 化學成分可用性指數(shù)構(gòu)建

煙葉化學成分屬于多指標，為尋找主要化學成分綜合表現(xiàn)好的試驗處理，采用隸屬函數(shù)、加權(quán)指數(shù)和法構(gòu)建化學成分可用性指數(shù)(chemical components usability index，CCUI)，依據(jù)化學成分可用性指數(shù)高低判斷不同處理優(yōu)劣，其值越大，化學成分綜合表現(xiàn)越好[5]。

第一步，煙葉化學成分數(shù)據(jù)的標準化。煙葉化學成分不同指標的最適值范圍不一致。運用模糊數(shù)學理論中的隸屬函數(shù)將各化學成分指標的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為0～1的標準化數(shù)值，其標準化公式與參數(shù)如下：

煙葉總糖、還原糖、總氮、煙堿、氯含量采用拋物線型(parabola，簡稱P)隸屬函數(shù)[3–5]，按以下公式計算隸屬度，

式中：x為煙葉化學成分實際檢測值，x1、x2、x3、x4分別代表各化學成分的下臨界值、上臨界值、最優(yōu)值下限、最優(yōu)值上限，其值參考相關(guān)文獻[3,5]確定(表1)。

第二步，煙葉化學成分各指標權(quán)重的確定。煙葉化學成分不同指標各自具有相對重要性，在綜合評價中應賦予權(quán)重，采用主成分分析方法進行[5,19]。煙葉化學成分球形假設(shè)檢驗表明Bartlett值為84.453， P<0.05，說明煙葉化學成分6個指標非獨立，可進行主成分分析；提取主成分累積貢獻率達88.7%的前3個主成分計算載荷矩陣。計算出總糖、還原糖、煙堿、總氮、鉀、氯的權(quán)重分別為14.4%、15.9%、27.8%、24.6%、10.4%、6.9%。

第三步，化學成分可用性指數(shù)計算。采用加權(quán)指數(shù)和法計算不同處理煙葉化學成分可用性指數(shù)。其計算公式[5]如下：

車142-6塊沙四段油藏呈多層發(fā)育，區(qū)塊不同位置的井沙四段油藏縱向上分布不均勻，車142-斜23縱向油層相對集中，采用直井長縫籠統(tǒng)壓裂可改造各段油層；與車142-斜30類似的油層縱向上跨度大，油層之間的隔層較好且厚，采用機械分層結(jié)合大型壓裂改造油層更有針對性。因此車142-6塊主要采用這兩種大型壓裂手段，均取得較好的效果。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

采用Microsoft Excel2013軟件初步整理試驗數(shù)據(jù)后，用IBM Statistics SPSS17.0統(tǒng)計軟件進行方差分析，多重比較采用新復極差法。當方差分析結(jié)果為顯著性差異時，同時引入(偏Eta2值)來比較種植密度和施氮量及其互作對煙葉化學成分指標變異的貢獻率大小。當0.01<≤0.06表示低度影響效應，0.06<≤0.14表示中度影響效應，>0.14為高度影響效應[20–21]。種植密度和施氮量及其互作的煙葉化學成分指標求和后轉(zhuǎn)換為百分率，其結(jié)果便是種植密度和施氮量及其互作對煙葉化學成分總變異貢獻率的大小。

表1 煙葉化學成分的隸屬函數(shù)類型和拐點值Table 1 Function types and inflection point of chemical components of flue-cured tobacco

2 結(jié)果與分析

2.1 對烤煙產(chǎn)量的影響

從表2看，A2和A1處理的產(chǎn)值極顯著高于A3處理，但產(chǎn)量差異不顯著，這表明適中密度的產(chǎn)值最高。施氮量處理多重比較結(jié)果顯示，B3處理的產(chǎn)量、產(chǎn)值極顯著高于B1，這表明適當?shù)臏p氮(B2處理)，其產(chǎn)量和產(chǎn)值與高施氮量沒有顯著差異。以上分析說明，與習慣的種植密度和施氮量相比，推薦的種植密度和施氮量可以維持或提高烤煙的產(chǎn)量和產(chǎn)值。

由表3可知，總糖含量三個密度處理之間差異不顯著，還原糖含量A3處理顯著高于A2和A1處理。煙堿含量各處理表現(xiàn)為A1>A2>A3，總氮含量各處理是A3>A2、A1，鉀含量各處理是A3、A2 >A1，氯含量各處理是A2>A3>A1，三者之間差異顯著。從化學成分可用性指數(shù)(CCUI)看，A2處理顯著高于A3和A1處理，表明適中密度的化學成分可用性指數(shù)最高。

由表4可知，總糖和還原糖含量是B1>B2> B3，三者之間差異顯著；煙堿、總氮、鉀和氯含量是B3>B2>B1，三者之間差異顯著。從化學成分可用性指數(shù)看，B2>B3>B1，三者之間差異顯著，表明適中施氮量的化學成分可用性指數(shù)最高。

表2 種植密度和施氮量對煙葉產(chǎn)量和產(chǎn)值的影響Table 2 Effect of nitrogen level and planting density on the yield and output value of flue-cured tobacco

表3 不同種植密度下煙葉化學成分含量Table 3 Chemical component contents of flue-cured tobacco under different planting densities

表4 不同施氮量下煙葉化學成分含量Table 4 Contents of chemical components of flue-cured tobacco under different nitrogen levels

2.3 種植密度和施氮量組合對煙葉化學成分的影響

由表5可知，從總糖和還原糖含量看，以A3B1處理最高，其次是A2B1處理，A1B3處理最低，不同處理之間差異不顯著。不同處理之間煙堿含量差異顯著，以A1B3處理最高，其次是A2B3、A1B2、A2B2和A3B3處理，A2B1和A3B1處理相對較低。不同處理之間總氮含量差異顯著，以A3B3、A2B3和A1B3處理相對較高，A1B1處理相對較低。不同處理之間鉀含量差異顯著，以A3B3和A2B3處理相對較高，A1B1處理相對較低。不同處理之間氯含量差異顯著，以A2B3、A3B3和A2B2處理相對較高，A1B3、A3B2和A1B1處理相對較低。從化學成分可用性指數(shù)看，A2B2最高，A2B3次之，兩者顯著高于其他處理，A1B3處理最低。

表5 不同種植密度和施氮量組合下煙葉化學成分含量Table 5 Content of chemical components in flue-cured tobacco under different N levels and planting densities

2.4 種植密度和施氮量及其互作對煙葉化學成分的貢獻率

3 討論

目前，南方煙稻輪作地區(qū)的煙農(nóng)習慣采用稀植和大肥大水管理方式，烤煙種植密度在16667株/hm2以下，施氮量在N135kg/hm2以上，旨在通過提高單葉重、增加單株產(chǎn)量來獲得較好經(jīng)濟效益。但這種方式烤煙用氮量高，造成氮肥利用率低，不但增加烤煙種植成本，更加重環(huán)境污染的威脅。從本研究來看，以18182株/hm2烤煙化學成分可用性指數(shù)最高，表明適當增加密度是可行的；從施氮水平看，以施氮量120kg/hm2烤煙化學成分可用性指數(shù)最高，表明適當減少氮肥施用也是可行的。綜合來看，適當增加烤煙種植密度和減少氮肥施用可以改善煙葉化學成分協(xié)調(diào)性。但需要指出的是，我國不同煙區(qū)的氣候和土壤條件不同，烤煙種植方式不同，得出的化學成分指標隸屬函數(shù)拐點值和權(quán)重可能也不同[3–5]，導致其烤煙種植密度和施氮量不同。如張黎明等[9]指出湖南省龍山煙區(qū)以施純氮120kg/hm2、移栽密度為15159株/hm2的烤煙產(chǎn)值最高；張建[10]認為貴州省畢節(jié)煙區(qū)以施純氮90kg/hm2、移栽密度為16230株/hm2的初烤煙葉產(chǎn)值、產(chǎn)量、外觀質(zhì)量等最佳；楊躍華等[13]提出云南省玉溪煙區(qū)烤煙種植密度16680株/hm2及施氮量90kg/hm2較適宜；周文亮等[22]研究表明廣西自治區(qū)百色煙區(qū)烤煙合理種植密度16680株/hm2及施氮量112.5kg/hm2能夠得到較好的經(jīng)濟效益和煙葉質(zhì)量。本試驗從煙葉化學成分研究認為，邵陽稻茬烤煙以種植密度18182株/hm2、施氮量120kg/hm2的煙葉化學成分可用性指數(shù)最高。上述結(jié)果表明各煙區(qū)在制定合理種植密度和施氮量方案時，不能機械地照搬其他地方的模式，必須充分考慮本地的實情，通過大田試驗獲取適宜的參數(shù)。

一般可以用平方和(SS)或F值粗略比較多變量效應強弱[23–25]，但更能客觀地反映變量效應強弱[22–23]。本研究利用值表明，種植密度和施氮量及其互作對煙葉化學成分具有重要影響，施氮量、種植密度、兩者互作的影響分別約為46%、30%和24%，這表明在烤煙生產(chǎn)中，同時考慮控制氮肥用量和適當提高種植密度，是可以在穩(wěn)定或提高產(chǎn)量的前提下，改善煙葉化學成分的可用性。

煙葉化學成分指標在反映煙葉內(nèi)在質(zhì)量優(yōu)劣的時候存在最優(yōu)區(qū)間。單一指標或憑經(jīng)驗進行的判斷難免會存在一定的偏差。采用隸屬函數(shù)模型對化學成分指標進行歸一化處理后獲取綜合得分(化學成分可用性指數(shù))，不僅使復雜多指標問題得到簡化，而且計算和判斷更為便捷和客觀。

表6 種植密度和施氮量對煙葉化學成分的影響Table 6 Effect of planting density and nitrogen level on chemical component of flue-cured tobacco

4 結(jié)論

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Effect of density-increasing and nitrogen-saving on chemical components of flue-cured tobacco under tobacco-rice rotation system

DENG Xiao-hua1,YANG Li-li1,ZOU Kai2*,QI Yong-jie3,XU Wen-bin3,ZHANG Guang-li2,YU Qing-tao2,LEI Tian-yi2
(1 Hunan Agricultural University, Changsha, Hunan 410128, China; 2 Shaoyang Tobacco Company of Hunan Province, Shaoyang, Hunan 422000, China; 3 China Tobacco Guanxi Industrial Co., Ltd,, Nanning, Guangxi 530001, China)

【Objectives】Density-increasing and nitrogen-saving are main techniques for high yield and high quality.The feasibility of the density-increasing and nitrogen-saving in flue-cured tobacco production was studied in this paper in South China tobacco-rice rotation field.【Methods】A field experiment with two factor and three levels was conducted using tobacco cultivar of K326as materials in Shaoyang tobacco-rice rotation area in Hunan Province.The three density levels were16667plant/hm2(currently used)、18182plant/hm2and20000 plant/hm2，and the three nitrogen application levels were105,120and135kg/hm2.The contents of important chemical components in flue-cured tobacco leaves were measured and standardized by the membership function and the principal component analysis method,their weight to construct the chemical composition of tobacco leaf usability index of chemical composition were calculated.The effects of planting density,nitrogen level and their interaction on chemical components of flue-cured tobacco were analyzed by establishing chemical components usability index(CCUI)and adopting partial eta-squaredvalue.【Results】The highest chemical availability index was in density treatment of18182plant/hm2,in nitrogen treatment of N120kg/hm2,and in the combination of density18182plant/hm2with nitrogen120kg/hm2among the respective treatment groups.The combination ofdensity18182plant/hm2and N135kg/hm2showed the second highest chemical availability index.The contribution of nitrogen fertilizer on tobacco chemical components usability was about46.3%,and that of planting density was about30.1%,and that of the interaction of planting density and Nrate was about23.6%.【Conclusions】Nitrogen application rate plays major role in contents of chemical components in tobacco leaves and planting density does the secondary role.Compared with the currently planting density of16675plant/hm2and nitrogen application rate of135kg/hm2in southern China tobacco production areas,it is feasible to increase planting density to18182plant/hm2and reduce nitrogen application rate to120kg/hm2.

flue-cured tobacco;chemical component content;plant density-increasing and nitrogen-saving; chemical components usability index(CCUI);partial eta-squared

2016–09–26接受日期：2017–03–18

邵陽市煙草公司項目（sy13-15ky01）；廣西中煙工業(yè)有限責任公司項目（201545000034011）資助。

鄧小華（1965—），男，湖南永州人，博士，教授，主要從事煙草科學與工程技術(shù)研究。E-mail：yzdxh@163.com

*通信作者E-mail:zouksy@hntobacco.com