摘要
为明确施氮量对打顶后 30 d 内的上部烟叶生长和碳氮代谢的影响，探索不同施氮量与上部烟叶经济性状指标的关系。以云烟 87 为材料，设置了 90.0、112.5、135.0、157.5、180.00 kg/hm2 施氮量处理，测定了不同处理的上部 6 片烟叶在打顶时和打顶后 10、20、30 d 的叶片长度和宽度、干物质量、SPAD 值、硝酸还原酶和α- 淀粉酶活性、总氮和淀粉含量，以及上部烟叶的经济性状。结果表明，随着施氮量增加，上部烟叶的长度和宽度、干物质量、SPAD 值、硝酸还原酶和α- 淀粉酶活性、总氮和淀粉含量增加。烤烟打顶后 30 d，上部叶片仍然在生长和积累干物质，其增加量随叶位增加而增加，增加速度逐渐减缓；叶片 SPAD 值、硝酸还原酶活性、总氮和淀粉含量在烤烟打顶后先增加再降低，其在较高叶位的叶片下降相对较迟，在较低叶位的叶片下降较早；α- 淀粉酶在烤烟打顶后先降低再增加，其在较高叶位的叶片增加相对较迟，在较低叶位的叶片增加较早。施氮量与烟叶上等烟比例为线性关系，与均价、产量、产值均为二次抛物线关系。施氮量为 148.50～158.49 kg/hm2 时，烟叶产量和产值均较为理想。
Abstract
The study aimed to clarify the influence of nitrogen application rate on the growth and carbon-nitrogen metabolism of upper tobacco leaves within 30 days after topping，and to explore the relationship between different nitrogen application rate with the economic trait indicators of upper tobacco leaves. Yunyan 87 was used as the material，and nitrogen application rate treatments of 90.0，112.5，135.0，157.5，and 180.00 kg/hm2 were set up. The leaf length，width，dry matter mass， SPAD value，activities of nitrate reductase andα-amylase，total nitrogen and starch contents of the upper six tobacco leaves in different treatments were measured at the time of topping and 10，20，and 30 d after topping，as well as the economic traits of the upper tobacco leaves. The results showed that with the increase of nitrogen application rate，the length，width， dry matter mass，SPAD value，activities of nitrate reductase and α-amylase，total nitrogen and starch contents of the upper tobacco leaves increased. Thirty days after topping of flue-cured tobacco，the upper leaves were still growing and accumulating dry matter，and their increment increased with the increase of leaf position，while the growth rate gradually slowed down. The SPAD value，nitrate reductase activity，total nitrogen and starch contents of the leaves first increased and then decreased after topping of flue-cured tobacco. The decrease occurred relatively later in the leaves at higher positions and earlier in the leaves at lower positions. The activity ofα-amylase first decreased and then increased after topping of flue-cured tobacco. The increase occurred relatively later in the leaves at higher positions and earlier in the leaves at lower positions. The relationship between the nitrogen application rate and the proportion of high-grade tobacco leaves was linear，while the relationships with the average price，yield，and output value were quadratic parabolic. When the nitrogen application rate was 148.50-158.49 kg/hm2 ，both the yield and output value of tobacco leaves were relatively ideal.
氮素是烤烟生长发育和品质形成的最敏感的营养元素[1]。氮肥适宜供给不仅使烤烟健康生长[2]，促进叶片碳氮代谢平衡[3-4]，而且烟叶适时成熟落黄是中棵烟培育和烤烟优质适产的重要保障措施[5]。不同生态烟区[6-7]、不同烟草品种[8] 的优质烟叶生产需要氮肥不同施用量；优化氮肥施用方式[9-10]，使烟田土壤供肥强度与烟株需肥强度一致，能有效减少肥料流失，提高烟叶可用性。施氮量显著影响烤烟大田生长和碳氮代谢，增施氮肥会使烤烟株高、叶片数、叶长和叶宽增加[11]，根、茎、叶和烟株的氮累积量增加[12]；增加烤烟追肥量可促进烤烟生长，提高干物质和氮、磷、钾积累[13]；烤烟各生育期烟叶氮和叶绿素及胡萝卜素含量、硝酸还原酶和淀粉酶活性随施氮量的增加逐渐提高[3]，适宜施氮量可促进烤烟氮代谢及提高关键酶活性[14]；随着施氮量的增加，上部叶片中的叶绿体降解减缓，淀粉粒与嗜锇颗粒体积增大[15]，有利于烟叶淀粉积累。施氮量与烟叶产量和品质关系密切，过高的施氮量虽然可增加烟株生物量，但由于烟叶难落黄导致烘烤损失大，烤后烟叶产量和品质并不一定高；过低施氮量导致烟株生物量低，烟叶产量和品质也会下降。不同烟区的植烟土壤和气候等生态环境及生产技术差异较大，致使烤烟吸收利用土壤和肥料中养分的状况不同，造成烟区的施氮量各异，生产中常依据烟叶产量和产值来优化施氮量[6-7，16]。施氮量对烤烟生长和产量及品质影响的相关研究一直是烟草营养学研究的热点，但有关施氮量对打顶后上部烟叶烤烟生长、碳氮代谢和经济性状影响的相关报道较少。基于此，本研究以低海拔山地烟区花垣县种植的云烟 87 为试验材料，研究烤烟打顶后的不同施氮量处理的上 6 片烟叶生长、碳氮代谢动态变化，以及上部烟叶经济性状与施氮量的关系，为制定合理施肥策略提供参考。
1 材料与方法
1.1 试验材料
试验于 2024 年在湖南省湘西自治州花垣县（东经 109°28′，北纬 28°31′，海拔 310 m）进行，烤烟品种为云烟 87。试验土壤为山地黄壤，土壤 pH 5.38，有机质 36.42 g/kg，碱解氮 164.78 mg/kg，有效磷 31.45 mg/kg，速效钾 114.15 mg/kg。肥料主要有长沙新源氨基酸生物肥料有限公司生产的长沙新源复合肥[m（N）∶m（P2O5）∶m（K2O）=8∶15∶7]； 湖南金叶众望科技股份有限公司生产的生物发酵菜籽饼肥[m（N）∶m（P2O5）∶m（K2O）=2∶0.5∶0.5，有机质≥ 47%]和提苗肥[m（N）∶m（P2O5）∶m（K2O）= 20∶9∶0]及金叶众望复合肥[m（N）∶m（P2O5）∶m （K2O）=10∶5∶29]；国投新疆罗布泊钾盐有限责任公司生产的农用硫酸钾[m（N）∶m（P2O5）∶m （K2O）=0∶0∶52]；潍坊奥奇生物科技股份有限公司生产的磷酸二氢钾[m（N）∶m（P2O5）∶m（K2O） =0∶52∶34]；山东东巨化工股份有限公司生产的硫酸铵[m（N）∶m（P2O5）∶m（K2O）=21∶0∶0]。
1.2 试验设计
大田试验采用单因素随机区组设计。设 5 个施氮量水平，即 T1，施氮量 90.0 kg/hm2；T2，施氮量 112.5 kg/hm2；T3，施氮量 135.0 kg/hm2；T4，施氮量 157.5 kg/hm2；T5，施氮量 180.0 kg/hm2。磷钾肥保持不变。长沙新源复合肥、金叶众望复合肥、生物发酵菜籽饼肥和硫酸钾充分混合均匀条施作基肥； 移栽当天和移栽后 7 d，兑水浇施提苗肥；移栽后 30 d，金叶众望复合肥、硫酸钾、磷酸二氢钾、硫酸铵兑水打穴浇施并中耕培土，具体施肥情况见表1。每处理重复 3 次，15 个小区，小区面积 66 m2，随机区组排列。漂浮育苗，单垄栽培。4 月 16 日移栽，6 月 25 日打顶。种植密度为 50 cm（株距） ×120 cm（行距）。其他农艺措施均按照当地优质烤烟生产标准执行。
1.3 主要测定指标与方法
（1）烤烟生长和碳氮代谢指标。每个小区取有代表性烤烟 30 株作为试验烟株。在烤烟打顶时及打顶后 10、20、30 d，选择 5 株分别测定上部 6 片烟叶（从上至下分别标记为 D1～D6 叶位）的长度和宽度；每片烟叶选取 6 个点，避开叶脉，采用 SPAD-502 型叶绿素计测定 SPAD 值，取平均值。每次测定完毕后，每个小区按叶位分开采集 1 株的 6 片烟叶，105℃杀青，70℃烘干至恒重，样品粉碎过筛，采用流动分析仪测定烟叶中氮、淀粉含量；同时按叶位分开采集 1 株的 6 片烟叶，用铝箔纸和纱布包裹，迅速置于液氮中带回，存放于-80℃的冰箱中，用于测定硝酸还原酶（活体法[17]）、α-淀粉酶（3，5-二硝基水杨酸比色法[17]）的活性。
（2）烤烟经济性状考查。试验上部烟叶按小区单采后挂牌烘烤，分别统计上等烟率、均价、产量和产值。采用多项式或线性回归探讨施氮量与烟叶上等烟比例、均价、产量和产值的数量关系。
1.4 统计分析方法
统计分析采用 Excel 2010、SPSS 20.0、DPS 15.10 等进行，新复极差法多重比较。
2 结果与分析
2.1 施氮量对打顶后上部烟叶长度和宽度的影响
由表2可知，随施氮量增加，上部 6 片烟叶平均长度、宽度增加。打顶后 10、20、30 d 的 T1～T5 处理的叶片长度增长量分别为 0.38～5.20、0.49～2.02、0.20～1.41 cm，平均增长 4.74%、2.48%、1.17%；叶片宽度增长量分别为 1.85～1.98、0.34～1.24、0.14～0.54 cm，平均增长 11.86%、4.38%、1.92%。随叶位升高，叶片长度和宽度减少；打顶后 30 d 的 D1～D6 叶位的叶片长度增长量分别为 5.42、5.20、5.05、4.87、 4.82、4.74 cm，平均增长 7.87%～12.33%；叶片宽度增长量分别为 4.19、3.57、3.31、2.79、2.32、2.06 cm，平均增长 10.43%～37.54%。可见，烤烟打顶后 30 d，叶片仍然在生长，叶片长度和宽度增加量随叶位增加而增加，但叶片长度和宽度的增加速度逐渐减缓。
表1不同处理的肥料施用方法
表2打顶后不同阶段的上部烟叶长度和宽度
注：表中小写英文字母表示差异显著性为 0.05 水平，同一因子字母不同为差异显著。下同。
2.2 施氮量对打顶后上部烟叶干物质量的影响
由表3可知，随施氮量的增加，上部 6 片烟叶平均干物质量增加。打顶后 10、20、30 d T1～T5 处理的叶片干物质增长率分别为 19.50%～31.45%、 9.96%～13.20%、6.49%～8.93%，平均分别增长 22.68%、 11.92%、8.04%。打顶后 30 d 的 D1～D6 叶位的叶片干物质增长量分别为 2.36、2.16、2.01、1.86、1.79、 1.58 g/ 片，平均增长 20.13%～58.13%。可见，烤烟打顶后 30 d 的叶片仍然在积累干物质，其增加量随叶位增加而增加，但增加速度逐渐减缓。
2.3 施氮量对打顶后上部烟叶 SPAD 值的影响
由表3可知，随施氮量增加，上部 6 片烟叶平均 SPAD 值增加；打顶后 10 d T1～T5 处理的叶片 SPAD 值增加量为 0.17～1.51，平均增长 2.56%；打顶后 20、30 d 的 T1～T5 处理的叶片 SPAD 值下降量分别为 4.79～5.81、2.32～5.83，平均下降 14.73%、 14.31%。但这种表现在不同叶位不一致，打顶后 10 d D1～D4 叶位的 SPAD 值增加，D5、D6 叶位的 SPAD 值降低； 打顶后 20、30 d D1～D6 叶位的 SPAD 值下降量分别为 2.68～6.91、4.47～8.14； 打顶后 30 d 的 D1～D6 叶位的 SPAD 值分别下降了 10.61%、21.10%、24.81%、36.87%、43.37%、52.69%。可见，烤烟打顶后叶片 SPAD 值变化与叶位有关， D1～D4 叶位的 SPAD 值先增加后降低，D5～D6 叶位的 SPAD 值一直在下降；打顶后叶片 SPAD 值下降速度逐渐增加。
2.4 施氮量对打顶后上部烟叶碳氮代谢关键酶活性的影响
2.4.1 对硝酸还原酶活性的影响
由表4可知，随着施氮量的增加，上部 6 片烟叶平均硝酸还原酶活性增加。打顶后 10 d T1～T5 处理的叶片硝酸还原酶活性增加率为 11.11%～17.39%，平均增加 14.96%；打顶后 20、 30 d 的 T1～T5 处理的叶片硝酸还原酶活性下降率分别为 3.45%～6.67%、3.57%～8.33%，平均下降 4.28%、6.83%。从不同叶位看，打顶后 10 d D1～D6 叶位的硝酸还原酶活性增加 7.69%～14.81%；打顶后 20 d D1～D2 叶位的硝酸还原酶活性增加，但 D3～D6 叶位的硝酸还原酶活性降低； 打顶后 30 d D1～D6 叶位的硝酸还原酶活性下降 3.70%～8.70%。可见，烤烟打顶后的叶片硝酸还原酶活性先增加后减少，其变化与叶位有关，较低叶位 D3～D6 叶的硝酸还原酶活性在打顶后 20 d 就出现下降的趋势，较高叶位 D1～D2 叶的硝酸还原酶活性在打顶后 30 d 才出现下降。
表3打顶后不同阶段的上部烟叶干物质量和 SPAD 值
表4打顶后不同阶段的上部烟叶硝酸还原酶和蔗糖转化酶活性
2.4.2 对α-淀粉酶活性的影响
由表4可知，随施氮量的增加，上部 6 片烟叶平均α-淀粉酶活性增加。打顶后 10 d T1～T5 处理的叶片α-淀粉酶活性减少率为 6.94%～12.35%，平均下降 9.27%；打顶后 20、30 d T1～T5 处理的叶片α-淀粉酶活性增加率分别为 12.10%～20.42%、3.16%～5.68%，平均增加 15.62%、4.26%。打顶后 10 d D1～D3 叶位的α-淀粉酶活性增加， D4～D6 叶位的α-淀粉酶活性减少；打顶后 20 d D1～D2 叶位的α-淀粉酶活性增加，D3～D6 叶位的α-淀粉酶活性减少；打顶后 30 d D1～D6 叶位的α-淀粉酶活性增加 5.38%～23.24%。可见，烤烟打顶后的叶片α-淀粉酶活性变化总体趋势是先减少再增加，其变化与叶位有关，较高叶位的α-淀粉酶活性增加相对较迟（在打顶后 30 d 开始增加），较低叶位的α-淀粉酶活性增加较早（在打顶后 20 d 就开始增加）。
2.5 施氮量对打顶后上部烟叶碳氮代谢主要产物的影响
2.5.1 对总氮含量的影响
由表5可知，随施氮量的增加，上部 6 片烟叶平均总氮含量增加。打顶后 10 d T1～T5 处理的叶片总氮含量增加率为 46.85%～50.78%，平均增加 48.63%；打顶后 20、30 d T1～T5 处理的叶片总氮含量下降率分别为 2.07%～5.71%、4.15%～8.21%，平均下降 4.26%、5.82%。但这种表现在不同叶位不一致，打顶后 10 d D1～D6 叶位的总氮含量增加 5.69%～10.20%；打顶后 20 d 较 10 d 的 D1～D3 叶位的总氮含量增加，D4～D6 叶位的总氮含量降低；打顶后 30 d 较 20 d D1～D6 叶位的总氮含量下降率为 4.81%～7.34%。可见，烤烟打顶后的叶片总氮含量先增加后减少，其变化与叶位有关，较低叶位的 D4～D6 叶的总氮含量在打顶后 20 d 就出现下降，较高叶位的 D1～D3 叶的总氮含量在打顶后 30 d 才出现下降。
表5打顶后不同阶段的上部烟叶总氮和淀粉含量
2.5.2 对淀粉含量的影响
由表5可知，随施氮量的增加，上部 6 片烟叶平均淀粉含量增加，但差异不显著。打顶后 10、 20 d 的 T1～T5 处理的叶片淀粉含量增加率分别为 5.10%～10.46%、1.34%～6.05%，平均增加 6.74%、 3.94%；打顶后 30 d T1～T5 处理的叶片淀粉含量下降率为 1.33%～1.47%，平均下降 1.38%，下降幅度较少。打顶后 10 d 的 D1～D6 叶位的淀粉含量增加 15.39%～23.75%；打顶后 20、30 d 的 D1～D2 叶位的淀粉含量增加，但 D3～D6 叶位的淀粉含量减少。可见，烤烟打顶后叶片淀粉含量变化总体趋势是先增加再减少，其变化与叶位有关，较高叶位 D1～D2 叶位的淀粉含量在打顶后 30 d 还在增加，较低叶位的 D3～D6 叶位的淀粉含量在打顶后 10 d 就开始下降。
2.6 施氮量对上部烟叶经济性状的影响
2.6.1 不同施氮量的烟叶经济性状比较
从表6看，上等烟比例随施氮量先提高后降低；T1 处理较 T2～T5 处理分别高 1.24%、4.70%、 37.40%、52.44%。均价以 T4 处理最低，随施氮量提高，先下降后升高；T1、T2、T3、T5 处理较 T4 处理分别高 14.02%、13.89%、13.64%、4.00%。产量、产值均随施氮量的提高呈先升高后下降的趋势；其中， T4 处理产量较 T1、T2、T3、T5 处理分别高 46.81%、 16.95%、11.65%、7.81%；T3 处理产值较 T1、T2、 T4、T5 处理分别高 31.05%、4.51%、1.78%、5.52%。总体上看，以 T3 处理的上部烟叶经济性状最好。
2.6.2 施氮量与上部烟叶经济性状的量化关系
从图1看，施氮量与烟叶上等烟比例为线性关系，与均价、产量、产值均为二次抛物线关系。其关系方程：y 上等烟比例 =-0.2921x 施氮量 +99.426（R2 = 0.8647*）；y 均价 =-0.0002x 2 施氮量 +0.0127x 施氮量 +32.934 （R2 =0.663*）；y 产量 =-0.0321x 2 施氮量 +10.175x 施氮量-293.18 （R2 =0.948**）；y 产值 =-1.0542x 2 施氮量 +313.1x 施氮量-7928.7 （R2 =0.9804**）。对烟叶产量和产值来说，并不是施氮量越高越好，而是要有一个合适值。对烟叶产量和产值与施氮量的方程求解，施氮量为 158.49 kg/hm2 时产量最高，施氮量为 148.50 kg/hm2 时产值最高。可见，施氮量为 148.50～158.49 kg/hm2 时，烟叶产量和产值均较为理想。
表6不同施氮量的上部烟叶经济性状
图1施氮量与烟叶经济性状指标的回归分析
3 讨论与结论
3.1 施氮量对烤烟上部烟叶生长的影响
氮素对烤烟生长发育具有重要的促进作用。烤烟生长发育过程中吸收的氮素主要来源于土壤和肥料。研究结果表明，上部烟叶的长度和宽度、干物质量、SPAD 值等均随着施氮量增加而增加，这与李伟等[9]、刘久羽等[18]、陈旭等[19]研究结论一致，表明氮肥用量增加可促进上部烟叶生长，但会导致上部烟叶成熟推迟[5]。烤烟打顶后 30 d，上部叶片仍然在生长和积累干物质，这可能与烟株打顶时上部叶片正好处在细胞伸长期有关[20]；上部叶片 SPAD 值在烤烟打顶后先增加再降低，其降低速度随施氮量增加而减少，表明适当控制施氮量有利于促进上部烟叶落黄成熟。
3.2 施氮量对上部烟叶碳氮代谢及产物的影响
碳氮代谢强度影响烟叶次生代谢强度和代谢产物种类与含量，进而影响烟叶有机化合物含量及其组成，从而影响烟叶品质。施氮量是影响烟草碳氮代谢过程和产物的关键因素[21]。黄佳等[22]、许晨曦等[23]研究认为，烟叶硝酸酶活性和总氮含量均随着施氮量的增加有所提高，这与本研究结论基本一致。许晨曦等[23]研究认为在烟草成熟期的淀粉酶活性随施氮量增加反而降低，这与本研究的α-淀粉酶活性和淀粉含量随施氮量增加而增加的结果不一致，这可能与本研究取样时期较晚有关。研究结果表明，烤烟打顶后的α-淀粉酶活性变化是先减少再增加，硝酸还原酶活性先增加后减少；较高叶位的α-淀粉酶活性在打顶后 30 d 开始增加，硝酸还原酶活性在打顶后 30 d 才出现下降；较低叶位的α-淀粉酶活性在打顶后 20 d 就开始增加，硝酸还原酶活性在打顶后 20 d 就出现下降；这表明烤烟打顶后碳氮代谢是负相关关系，生产上要协调上部烟叶的碳氮平衡和促进向碳代谢转化，使上部烟叶适时落黄成熟，提高上部烟叶品质。
3.3 低海拔山地烟区施氮量
烤烟对氮素的要求较严格，过多或过少都不利于烤烟优质适产。本研究结果表明，上部烟叶产量和产值随施氮量的提高先升高再下降，这与郑宏斌等[15]、李传胜等[24]的研究结果基本一致；但与常明杰等[5]研究的烤烟上部叶的产量和产值随着施氮量的增加而上升的结果不一致，这可能与常明杰等[5]试验的施氮量相对较低和烟叶成熟度较高有关。合理施用氮肥是优质烟叶形成的关键，我国不同烟区的土壤、温度、降水、光照、热量等生态因素和栽培技术不同，烤烟对养分的吸收利用状况也不同。在云南昭通烟区的连作地块，施氮量为 97.5 kg/hm2 的烟叶经济性状较好[25]；在陕西的渭北地区井窖式膜上移栽，施氮量 67.5 kg/hm2 可提高经济效益[26]；在江西烟区，施氮量 150 kg/hm2 的烤后烟叶的产值较高[27]。本研究通过对施氮量与上部烟叶产量和产值的回归方程计算，认为湖南低海拔山地烟区施氮量为 148.50～158.49 kg/hm2 时较为理想，可兼顾烟叶产量和产值；这个施氮量较传统认为的山地烟区施肥要高[28]，与低海拔山地烟区雨水多和基肥所占比例大可能有关。湖南低海拔山地烟区的烟地主要是原种植水稻的高岸田改造，或烟稻隔年轮作，不同于传统的山地旱土。由于地势相对较低，烤烟大田生长前期的降水量多导致肥料易流失；加之，施肥方案还是沿袭旱地施肥的重施基肥模式，肥料流失相对传统旱地烤烟更多；再之，这些地块的土壤黏性较重，施肥量要高于传统山地旱土才能保证烟叶产量。因此，针对当前山地烟区的烟田“下山、下水”趋势，优化烤烟施肥量和施肥方式是一个值得研究的课题。