全 文 ：氮磷钾配施对填充型烤烟烟碱含量的影响*
尹鹏达1 摇 朱文旭1 摇 赵丽娜1 摇 许摇 楠1 摇 张会慧1 摇 焦玉生2 摇 赵光伟2 摇 孙广玉1**
( 1 东北林业大学生命科学学院, 哈尔滨 150040; 2 中国烟草东北农业试验站, 黑龙江牡丹江 157011)
摘摇 要摇 以东北填充型烤烟品种“龙江 911冶为试验材料,通过正交回归田间试验,建立了氮、
磷、钾肥与烤烟上部叶片烟碱含量的回归效应模型,并对各因子和交互作用进行了分析,模拟
计算得出以降低上部叶片烟碱含量为目标的优化施肥方案.对模型解析表明,随施氮量增加,
上部叶片烟碱含量呈先上升后下降趋势;随施磷量增加,烟碱含量呈上升趋势;随施钾量增
加,烟碱含量呈急剧下降趋势.双因素效应大小依次为:氮钾>磷钾>氮磷,在一定范围内,氮
磷、磷钾与烟碱含量表现为负相关,存在拮抗作用;而氮钾则相反,存在促进作用.对氮、磷、钾
肥与烤烟上部叶片烟碱含量模型的综合分析得出:在植烟土壤为河淤土的生产区,烟田的基
础施肥量建议为:氮肥 33郾 5 ~ 47郾 8 kg·hm-2,磷肥 40郾 2 ~ 63郾 6 kg·hm-2,钾肥 78郾 0 ~ 119郾 6
kg·hm-2 .
关键词摇 烤烟摇 烟碱含量摇 肥料摇 施肥模型
文章编号摇 1001-9332(2011)05-1189-06摇 中图分类号摇 S147. 21摇 文献标识码摇 A
Effects of combined fertilization of N, P, and K on nicotine content of filling type flue鄄cured
tobacco. YIN Peng鄄da1, ZHU Wen鄄xu1, ZHAO Li鄄na1, XU Nan1, ZHANG Hui鄄hui1, JIAO Yu鄄
sheng2, ZHAO Guang鄄wei2, SUN Guang鄄yu1 ( 1College of Life Science, Northeast Forestry Universi鄄
ty, Harbin 150040, China; 2China Tobacco Northeast Agricultural Experimental Station, Mudan鄄
jiang 157011, Heilongjiang, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2011,22(5): 1189-1194.
Abstract: An orthogonal regression field experiment was conducted to study the effects of combined
fertilization of N, P, and K on the nicotine content in the upper leaves of filling type flue鄄cured
tobacco (Nicotiana tobacum) variety “Longjiang 911冶 from Northeast China. The regression effect
models of N, P, and K fertilization rates and upper leaf nicotine content were established, and the
effects of the fertilization rates and their interactions were analyzed. Based on these, an optimized
NPK fertilization scheme was drawn up to reduce the nicotine content in the upper leaves of
“Longjiang 911冶. The model analyses showed that the nicotine content in the upper leaves of
“Longjiang 911冶 decreased after an initial increase with the increasing fertilization rate of N,
increased with the increasing fertilization rate of P, and had a sharp decrease with the increasing
fertilization rate of K. The two鄄factor effects of NKP on the nicotine content were in the order of NK
>PK>NP. Within a certain range of fertilization rates, NP and PK had negative correlations with the
nicotine content, suggesting the antagonistic effects between N and P and between P and K, while
NK was on the contrary, suggesting the synergistic effects between N and K. A comprehensive anal鄄
ysis on the regression effect models of N, P, and K fertilization rates and upper leaf nicotine content
showed that the basal fertilization rates of N, P, and K for the tobacco production on warp soil were
recommended as 33郾 5 -47郾 8 kg·hm-2, 40郾 2 -63郾 6 kg·hm-2, and 78郾 0 -119郾 6 kg·hm-2,
respectively.
Key words: flue鄄cured tobacco; nicotine content; fertilizer; fertilization model.
*国家自然科学基金项目(30771746, 31070307)和黑龙江省烟草专
卖局项目(2007, 2009)资助.
**通讯作者. E鄄mail: sungy@ vip. sina. com
2010鄄10鄄12 收稿,2011鄄02鄄19 接受.
摇 摇 烟碱是烤烟中含氮生物碱的主要成分,约占总 生物碱的 90%以上,烟叶中烟碱含量是评价烟叶质
量的关键指标之一[1] .在所有影响烟碱积累和含量
的因素中,施肥是重要因子之一[2-3] .黑龙江省是我
国优质填充型烤烟生产基地.多年来,生产上氮、磷、
应 用 生 态 学 报摇 2011 年 5 月摇 第 22 卷摇 第 5 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, May 2011,22(5): 1189-1194
钾肥的施用多以经验施肥为主,导致烤烟叶片中烟
碱含量过高,烟叶化学成分的协调性不够,尤其是上
部烟叶,不太适合进入配方,从而影响了烟叶的品质
和工业可用性[4] .目前有关氮、磷、钾肥对烤烟烟碱
含量的影响已有较多研究,发现以氮肥对烤烟烟碱
含量的影响较大,二者之间呈极显著正相关[5],增
施磷肥能够提高上部烟叶烟碱含量,降低下部烟叶
烟碱含量[6],而施钾肥可以降低烟碱含量[7] .但是,
这些研究大多集中于某一单因子对烤烟烟碱含量的
影响,而有关氮、磷、钾多因素对烤烟烟碱尤其是东
北填充型烤烟烟碱含量的影响研究鲜见报道.为此,
本研究在大田试验条件下采用二次回归最优组合设
计和计算机模拟寻优的方法,拟建立氮、磷、钾肥与
烤烟上部烟叶烟碱含量的经验回归模型,分析氮、
磷、钾肥对烤烟上部烟叶烟碱含量的影响及其交互
作用,为东北填充型烤烟达到优质烟叶烟碱量
(1郾 5% ~3郾 5% ) [8-9]提供科学依据.
1摇 材料与方法
1郾 1摇 试验区概况
试验在位于黑龙江省宁安市的中国烟草东北农
业试验站进行,该区属于第二积温带 (44毅58忆 N,
129毅06忆 E),无霜期 130 ~ 140 d,大田生长期(5—9
月)年均降雨量约 450 mm.土壤类型为河淤土,土壤
质地为壤土,是东北填充型烤烟的主要植烟土壤.土
壤理 化 性 质 为: 有 机 质 27郾 7 g · kg-1, 全 氮
1郾 9 g·kg-1,全磷 1郾 6 g·kg-1,全钾 13郾 0 g·kg-1,
碱解氮 87 mg·kg-1,速效磷 36 mg·kg-1,速效钾
300 mg·kg-1 .供试烤烟品种为“龙江 911冶.试验于
2009 年进行,5 月 12 日移栽烟苗,地膜覆盖,采用定
株施肥和双侧施肥,施肥深度为 10 cm.氮肥选硝酸
铵(N 34郾 4% ),磷肥选重过磷酸钙(P2O5 46% ),钾
肥选硫酸钾(K2O 50% ).
1郾 2摇 试验设计
试验采用“3414冶二次回归最优设计,3 个因素
为氮(N)、磷(P)、钾(K);4 个水平为:0 水平指不施
肥,2 水平指当地最佳施肥量,1 水平等于 2 水平伊
0郾 5,3 水平等于 2 水平伊1郾 5;共 14 个处理组合(表
1 和表 2). 小区面积不小于 99 m2,重复间设走道
50 cm,小区之间筑埂隔离,各小区设灌水口和排水
口,独立排灌,四周设保护行 1郾 8 ~ 2郾 2 m.
1郾 3摇 测定项目与方法
试验中每个处理单独采收,采收时选取各处理
中成熟一致的上部叶片(15、16、17、18叶位) ,5次
表 1摇 试验施肥水平及编码
Table 1摇 Levels and codes of the experimental factors
肥料
Fertilizer
施肥水平 Fertilization level (kg·hm-2)
0 1 2 3
N 0 22郾 50 45郾 00 67郾 50
P2O5 0 33郾 75 67郾 50 101郾 25
K2O 0 67郾 50 135郾 00 202郾 50
表 2摇 施肥方案
Table 2摇 Fertilizer application program
处理
Treatment
N
(kg·hm-2)
P2O5
(kg·hm-2)
K2O
(kg·hm-2)
N0P0K0 0 0 0
N0P2K2 0 67郾 50 135郾 0
N1P2K2 22郾 5 67郾 50 135郾 0
N2P0K2 45郾 0 0 135郾 0
N2P1K2 45郾 0 33郾 75 135郾 0
N2P2K2 45郾 0 67郾 50 135郾 0
N2P3K2 45郾 0 101郾 25 135郾 0
N2P2K0 45郾 0 67郾 50 0
N2P2K1 45郾 0 67郾 50 67郾 5
N2P2K3 45郾 0 67郾 50 202郾 5
N3P2K2 67郾 5 67郾 50 135郾 0
N1P1K2 22郾 5 33郾 75 135郾 0
N1P2K1 22郾 5 67郾 50 67郾 5
N2P1K1 45郾 0 33郾 75 67郾 5
重复.取样后在 105 益杀青 30 min、60 益烘 30 h、粉
碎过 40 目筛,装入塑料袋中密封保存. 采用自动分
析仪法测定样品的烟碱含量[10] .
1郾 4摇 数据处理
试验数据采用 Excel 和 DPS 软件进行统计分
析.采用单因素方差分析(one鄄way ANOVA)和最小
显著差异法( LSD)比较不同处理间的差异. 利用
DPS软件建立二次多项式回归模型,并对模型进行
模拟和检验.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 氮、磷、钾肥与烟碱含量经验模型的建立
由表 3 可知,不同肥料处理间的烤烟上部叶片
烟碱含量达到显著差异,说明不同氮、磷、钾肥配施
对烤烟上部叶片烟碱含量有显著影响.
摇 摇 由于各变量的量纲不同,对数据进行标准化处
理,建立 N、P、K施用量与上部叶片烟碱含量(Y)的
回归经验模型:
Y=0郾 061+0郾 202N+0郾 251P-0郾 525K-0郾 129N2 -
0郾 003P2-0郾 021K2 -0郾 007N伊P+0郾 716N伊K-
0郾 368P伊K (1)
回归方程F值为2 郾 383 ( F0郾 01 = 3 郾 07 ,F0郾 05 =
0911 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 22 卷
表 3摇 不同肥料处理的烤烟上部叶片烟碱含量
Table 3摇 Nicotine content in the upper leaves of flue鄄cured
tobacco under different fertilizer treatments (mean依SD)
处理
Treatment
烟碱含量
Nicotine content (% )
N0P0K0 3郾 1依0郾 4abc
N0P2K2 2郾 4依0郾 2d
N1P2K2 2郾 3依0郾 4bcd
N2P0K2 3郾 0依0郾 3ab
N2P1K2 2郾 4依0郾 1bcd
N2P2K2 3郾 3依0郾 2ab
N2P3K2 2郾 9依0郾 2abc
N2P2K0 3郾 1依0郾 4a
N2P2K1 3郾 0依0郾 3abcd
N2P2K3 2郾 9依0郾 1d
N3P2K2 3郾 0依0郾 2cd
N1P1K2 2郾 8依0郾 2ab
N1P2K1 3郾 3依0郾 3abcd
N2P1K1 3郾 0依0郾 2abcd
不同小写字母表示差异显著(P<0郾 05) Different small letters meant
significant difference at 0郾 05 level.
2郾 20) [11],说明该数学模型在 0郾 05 水平显著;相关
系数 R= 0郾 918,说明模型拟合性较好,复相关系数
R2 =0郾 843,表明氮、磷、钾肥对上部叶片烟碱含量的
影响占所有影响因素的 84郾 3% ,而其他因素的影响
和误差占 15郾 7% .
2郾 2摇 模型各因素效应分析
2郾 2郾 1 单因素效应对烟碱含量的影响 摇 通过模型
(1)中的一次项标准回归系数的绝对值大小可以直
接判断氮、磷、钾肥对烤烟上部叶片烟碱含量的影响
程度.一次项系数中氮肥(N)和磷肥(P)为正值,钾
肥(K)为负值,表明氮肥和磷肥与烟碱含量呈正相
关关系,钾肥与烟碱含量呈负相关关系,影响程度依
次为:钾肥>磷肥>氮肥.单因素分析采用降维法,分
析不同施肥水平下上部叶片烟碱含量的变化规律,
即在 3 个因素中,固定 2 个因素于 0 水平,做 X鄄Y折
线图(图 1).从图 1 可以看出,氮肥呈先上升后下降
趋势,氮肥施用量为 22郾 5 kg·hm-2时上部叶片烟碱
含量最高,磷肥呈上升趋势,钾肥呈急剧下降趋势.
2郾 2郾 2 双因素交互效应对烟碱含量的影响摇 将其中
2 个因素水平设为 0,可以得到以下子模型:
Y= 0郾 061+0郾 202N+0郾 251P-0郾 129N2 -0郾 003P2
-0郾 007N伊P (2)
Y= 0郾 061+0郾 251P-0郾 525K-0郾 003P2 -0郾 021K2
-0郾 368P伊K (3)
Y=0郾 061+0郾 202N-0郾 525K-0郾 129N2 -0郾 021K2
+0郾 716N伊K (4)
图 1摇 N、P、K单因素对烤烟上部叶片烟碱含量的影响
Fig. 1摇 Effects of N, P, K fertilizer on nicotine content in the
upper leaves of flue鄄cured tobacco.
摇 摇 将氮、磷、钾的不同施肥水平值分别代入方程
(2)、(3)、(4)计算得出标准化后的上部烟叶烟碱含
量(表 4).通过以上 3 个子模型可知,氮肥和磷肥、
磷肥和钾肥对上部叶位烟碱含量表现为拮抗作用,
氮肥和钾肥对上部叶位烟碱含量表现为促进作用.
由表 4 可知,中氮高磷、低钾高磷和低氮低钾时烟碱
含量最高,低氮低磷、高钾高磷和低氮高钾时烟碱含
量最低.随着氮肥水平的提高,烟碱含量呈上升趋
势,但当磷肥水平在 2 和 3 及钾肥水平在 0 和 1 时,
随着氮肥的增加烟碱含量呈先上升后下降的趋势.
随着磷肥水平的提高,烟碱含量呈上升趋势,但当钾
肥水平在 3 时,随着磷肥的增加,烟碱含量呈先上升
后下降趋势.随着钾肥水平的提高,烟碱含量呈下降
趋势,但当氮肥水平在 3 时,随着钾肥的增加,烟碱
含量呈上升趋势. 说明氮、磷、钾肥对上部烟叶烟碱
含量的影响存在一个适宜的范围,低于或高于这个
范围都无法降低上部烟叶的烟碱含量.
2郾 3摇 优化施肥方案的选择
根据单因素、双因素交互效应结果及氮、磷、钾
肥与烤烟烟碱含量的经验模型,为了在当地生态环
境条件下取得最适宜的施肥方案,本研究采用频数
分析法[11]进行模型的优化.在试验约束条件范围内
(0臆R臆3),经计算机模拟寻优得到了 43 = 64 套组
合方案,将这 64 个理论值按一定的区域统计频率,
频次分布见表 5.一般认为,优质烟叶的烟碱含量为
1郾 5% ~ 3郾 5% ,其中上部叶位是 2郾 5% ~ 3郾 5% ,中
部叶位是 2郾 0% ~ 2郾 8% ,下部叶位是 1郾 5% ~
2郾 0% [10] . 大田试验中当上部烟叶烟碱含量在
2郾 5% ~3郾 5%范围内,氮肥水平主要分布在 1 水平
至 3 水平,即施氮量为 22郾 5 ~ 67郾 5 kg·hm-2;磷肥
水平主要分布在 0水平至 3水平 ,即施磷量为
19115 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 尹鹏达等: 氮磷钾配施对填充性烤烟烟碱含量的影响摇 摇 摇 摇 摇
表 4摇 双因素交互效应对烟碱含量的影响
Table 4摇 Effects of two factors interaction on the nicotine
content
因素 Factor 水平 Level
氮 /磷 N / P 0 1 2 3
0 -1郾 249 -0郾 929 -0郾 619 -0郾 317
1 -0郾 615 -0郾 306 -0郾 005 0郾 288
2 -0郾 337 -0郾 038 0郾 254 0郾 537
3 -0郾 414 -0郾 125 0郾 157 0郾 430
磷 /钾 P / K 0 1 2 3
0 -0郾 768 -0郾 525 -0郾 340 -0郾 213
1 0郾 333 0郾 068 -0郾 254 -0郾 634
2 1郾 426 0郾 654 -0郾 176 -1郾 064
3 2郾 510 1郾 231 -0郾 107 -1郾 502
氮 /钾 N / K 0 1 2 3
0 2郾 584 0郾 478 -1郾 685 -3郾 907
1 1郾 651 0郾 533 -0郾 644 -1郾 878
2 0郾 362 0郾 231 0郾 042 -0郾 205
3 -1郾 282 -0郾 426 0郾 372 1郾 112
0 ~ 101郾 25 kg·hm-2;钾肥水平主要分布在 1 水平
至 2 水平,即施钾量为 67郾 5 ~ 135 kg·hm-2 .
摇 摇 计算 41 个方案中各个因子的加权平均数和标
准误,并进行参数的区间估计(表 6).当上部烟叶烟
碱含量在 2郾 5% ~3郾 5%时,大田试验适宜的氮肥施
用量为 33郾 47 ~ 47郾 75 kg· hm-2,磷肥施用量为
40郾 17 ~ 63郾 55 kg·hm-2,钾肥施用量为 77郾 96 ~
119郾 6 kg·hm-2 .
表 5摇 烟碱含量为 2郾 5% ~ 3郾 5%时 41 个施肥方案中各变量
取值的频率分布
Table 5 摇 Frequency distribution of variable values in 41
fertilizer application schemes with nicotine content between
2郾 5% and 3郾 5%
水平
Level
氮肥
N
频率
Frequency
(% )
磷肥
P2O5
频率
Frequency
(% )
钾肥
K2O
频率
Frequency
(% )
0 5 12郾 2 9 22郾 0 7 17郾 1
1 10 24郾 4 11 26郾 8 15 36郾 6
2 14 34郾 2 11 26郾 8 12 29郾 3
3 12 29郾 3 10 24郾 4 7 17郾 1
表 6摇 优化施肥方案
Table 6摇 Optimum fertilizer application scheme
因素
Factor
加权平均数
Mean of
additive
weight
标准误
Standard
error
95%的分布区间
Distribution range of 95%
下限
Lower limit
上限
Upper limit
氮肥 N 40郾 61 3郾 53 33郾 5 47郾 8
磷肥 P2O5 51郾 86 5郾 79 40郾 2 63郾 6
钾肥 K2O 98郾 78 10郾 30 78郾 0 119郾 6
3摇 讨摇 摇 论
施肥是影响烤烟叶片烟碱合成和积累的重要外
部因素[12] . 研究表明,氮、磷、钾肥配施对烟叶的化
学成分有显著影响[13],其中以氮素对烟碱含量和积
累的影响最显著[14] .汪耀富等[15]研究表明,施氮量
与烟叶中烟碱含量呈正相关. 招启柏等[16]研究认
为,不同时期氮肥对烟碱合成的贡献有显著差别,尤
其在烤烟打顶前后施氮肥对烟碱含量的影响最明
显;不同氮素形态对烟碱含量的影响也存在差异,成
熟期烟碱含量随硝态氮施用比例的增加而下降. 本
研究通过建立氮、磷、钾肥与上部叶片烟碱含量之间
的经验模型发现,氮肥与上部叶片烟碱含量呈正相
关关系,但是随施氮量的增加,上部叶片烟碱含量呈
先上升后下降的趋势,这与烤烟生长期间的土壤矿
化氮含量[17]和烤烟不同时期对氮素的利用量有直
接关系,本试验是以松花江和牡丹江流域的填充型
烤烟为材料,因此,与其生长的河淤土的供氮水平有
密切关系.烤烟植株对氮素的大量需求主要集中在
旺长阶段,而烟株生长后期土壤氮素营养供应不足
减少了烟株特别是上部叶片对氮素的积累[18] .
有关磷肥对烟碱的影响主要集中在磷素与氮素
的配比上,磷肥与 NH4 + 鄄N 配合施用能显著促进烟
碱的合成,而与 NO3 - 鄄N 配合施用的效果则不明显,
说明磷不能直接参与生物碱的合成,但能加速烟碱
合成之前的硝酸还原等过程[19] . 本研究表明,磷肥
与上部叶片烟碱含量呈正相关,这与肖庆礼等[6]的
部分研究结果相似,不同的是随着磷肥的增加烟碱
含量并未出现下降趋势(图 1),这可能是由于施入
磷肥的上限不够大,对烟碱合成和积累的时间未出
现显著影响,另外长期施入磷肥使土壤速效磷积累
过多也可能是导致烟碱增加的原因[20] .
钾肥对改善烤烟品质有显著作用[21],被认为是
烤烟的品质元素.一般情况下,烟碱含量随钾肥用量
的增加而显著降低,不同施钾水平与烟碱含量间表
现为极显著负相关[22] . 本研究表明,钾肥与上部叶
片烟碱含量呈负相关关系,这可能与烤烟是喜钾作
物有关,烤烟大量吸收钾元素降低了对氮元素的吸
收[23],从而抑制了烟碱的合成;并且增施钾肥导致
植株生物学产量增加,由此形成的稀释效应超过了
氮肥合成烟碱的作用,这可能是导致烟碱含量下降
的另一个原因.氮、磷、钾双因素对烟碱含量的影响
2911 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 22 卷
依次为氮钾>磷钾>氮磷,在一定的值域内,氮肥和
磷肥、磷肥和钾肥互作与烟碱含量表现为负相关,即
存在拮抗作用;而氮肥和钾肥互作则相反,即存在促
进作用.但是高于或低于这个值域则表现出相反的
效果,因此,氮、磷、钾肥互作存在一个合理的值域,
在这个值域内可以降低上部叶片的烟碱含量,提高
叶片的工业可用性和降低对人体的危害.
4摇 结摇 摇 论
以国际优质烟叶上部叶片烟碱含量 2郾 5% ~
3郾 5% [8-9]为目标函数,建立了填充型烤烟氮、磷、钾
肥与烤烟烟碱含量的经验模型,并进行优化.结果表
明,上部叶片烟碱含量达到优质烟叶指标的田间氮
肥施用量为 33郾 5 ~ 47郾 8 kg·hm-2,磷肥施用量为
40郾 2 ~ 63郾 6 kg·hm-2,钾肥施用量为 78郾 0 ~ 119郾 6
kg·hm-2,即 N 颐 P 颐 K = 1 颐 1郾 3 颐 2郾 4. 试验中建立
的回归经验模型在一定范围内能够指导烤烟生产,
但是应用于实际烤烟生产中还需要结合产量、产值
及品质等指标进行更系统的研究.
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作者简介摇 尹鹏达,男,1984 年生,硕士.主要从事烤烟栽培
和生理生态研究. E鄄mail: enfighter006@ 163. com
责任编辑摇 张凤丽
4911 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 22 卷