王 政，刘久羽，阚宏伟，黄劭理，李 智，董树超，刘杨旭，李晓婷，杨晓斌，李先才

（1广西中烟工业有限责任公司，南宁 530001；2云南省烟草公司保山市公司，云南保山 678000；3云南五佳生物科技有限公司，昆明 650106）

0 引言

根系是植物吸收水分和养分的最重要器官，其形态与地上部的生长发育、产量和品质形成有密切的关系。自1919年首次报道根系相关的研究结果以来，人们对作物根系形态结构、根系活性、根系形态与作物营养与品质等方面进行了大量研究[1]。根长、根表面积和根总体积是衡量作物根系分布范围的重要指标；而根系平均直径、根尖计数和根分叉计数成为衡量根系吸收功能的重要指标。同时，根系形态受环境因子光、温、水、气和肥的影响[2]。研究表明，适量的氮能促进植物根系生长，增大植物摄取水分和养分的土壤空间，提高养分利用率[3-4]。近年来，国内关于施氮量对植物根系形态和产质量的影响研究较多，主要集中在根系生物量、根系活力、根系长度和侧根数目等方面。邹文桐等[5]发现，施氮和钙肥可改善烤烟侧根长、根干重和生理代谢指标。杨宇虹等[6]研究表明，水田90 kg/hm2和旱地112.5 kg/hm2的氮肥施用量使烤烟根系的干重和活力达到最大。刘国顺等[7]指出，施氮过量抑制根系早期发育，影响根干重和根系活力。但是关于施氮量对不同时期烤烟根系总面积、总体积、根尖计数等的研究较少。为此，笔者以保山烟区主栽品种‘红花大金元’（简称‘红大’）为供试对象，通过设置不同氮素水平的田间试验，研究氮素对烤烟根系形态与产量和品质的影响，以期从根系生长调控和烟叶产量品质的角度为保山烟区‘红大’品种合理施肥提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2019年在保山市昌宁县珠街镇羊街村罗汉田地块开展。供试烤烟品种为‘红大’；供试肥料为烤烟专用有机无机专用肥(N:P2O5:K2O=8:12:19)、过磷酸钙(P2O5=18%)、氮钾肥(N:P2O5:K2O=16:0:30)以及硫酸钾(K2O=50%)；供试土壤为红壤，肥力中等，pH 7.11、有机质22.86 g/kg、碱解氮100.68 mg/kg、速效磷11.90 mg/kg、速效钾245.10 mg/kg、有效硼0.46 mg/kg、有效镁288.40 mg/kg、有效锌0.70 mg/kg、水溶性氯离子24.93 mg/kg。

1.2 试验设计

试验共设4个氮肥施用水平（表1），分别为45 kg/hm2(N1)、60 kg/hm2(N2)、75 kg/hm2(N3)、90 kg/hm2(N4)。各处理采用随机区组设计，重复3次，共计12个小区，每个小区种植烤烟100株，种植密度为行距110 cm、株距55 cm。氮钾肥施用75 kg/hm2，硫酸钾施用150 kg/hm2，各处理烟草专用有机无机复合肥施用量依据氮素水平减去氮钾肥所供氮素计算，对于减氮造成的磷、钾肥不足则追加过磷酸钙、硫酸钾补齐，保证试验仅有氮素水平一个变量。施肥方法为移栽时各处理按照50%有机无机复合肥、补充过磷酸钙与硫酸钾做基肥在塘内环施，移栽后10天75 kg/hm2氮钾肥做提苗肥兑水浇施，揭膜培土时剩余50%有机无机复合肥与150 kg/hm2硫酸钾做追肥兑水浇施，其他栽培措施按当地优质烟叶管理规范进行。

表1 试验设计kg/hm2

1.3 测定项目与方法

烟苗移栽后，分别于烟株团棵期、旺长期、现蕾期和封顶后按照《烟草农艺性状调查方法(YC/T 142—2010)》标准要求调研记载不同处理农艺性状。同时，每个时期选择长势均匀一致的3株烤烟，用土铲挖取烟株整个根系，尽量不伤根，然后用清水冲洗根部泥土，应用WinRHIZO植物根系分析仪检测根系分布特征，主要包括根总长、根总体积、根总面积、根平均直径、分叉计数、根尖计数。因根系较大，需将根系分剪开，过程中尽量保证根系完整，将根盘放置于扫描仪上，加入自来水，用玻璃棒或钝头镊子将根系分散开，保证没有根系重叠，即可盖上盖子扫描。采烤后按照GB 2635—1992进行烟叶分级，统计各小区产量、产值、中上等烟比例和均价，并采集B2F和C3F烟叶样品进行品质分析与评价。

烟叶品质主要进行外观质量、物理特性、常规化学成分和感官质量分析，同时参照《中国烟草种植区划》[8]进行烟叶品质评价。其中，烟叶外观质量检测参照GB 2635—1992；烟叶物理特性的含梗率、抗张强度、平衡含水率、叶面密度分别参照GB/T 21136—2007、DB53/T 644—2014、YC/T 3l—1996及文献[9]进行检测；分别参照YC/T 216—2013、YC/T 217—2007、YC/T 159—2002、YC/T 160—2002、YC/T 161—2002、YC/T 162—2002检测淀粉、钾、总糖、还原糖、烟碱、总氮、氯7项指标的含量；烟叶感官质量组织7名评吸专家参考《烟草及烟草制品感官评价方法(YC/T 138—1998)》进行评吸鉴定，采用单料烟“九分制”标准打分。

1.4 数据处理与分析

试验所得数据采用Excel 2010和SPSS 21.0进行处理，Excel 2010制作柱状图，SPSS 21.0进行LSD法多重比较，不同的小写字母表示各处理在0.05水平上差异显著，未标注小写字母表示各处理差异不显著。

2 结果与分析

2.1 烤烟农艺性状

由表2可知，不同处理在团棵期和旺长期的农艺性状无显著性差异，但随着总氮用量的增加，株高、叶数、最大叶宽呈现逐渐增加的趋势，N4处理烟株农艺性状较优。现蕾期，不同处理间的最大叶长和最大叶宽存在差异显著性，最大叶长以N4处理显著最高，最大叶宽以N3处理显著最高；而N1处理显著最低。其中N3处理的最大叶宽比N1显著增加了21.92%，N4处理的最大叶长比N1显著增加了18.83%。封顶后，不同处理间的烟株农艺性状差异不显著，N4处理的株高较高，N3处理的最大叶长和最大叶宽较优。因此，从不同时期烤烟农艺性状看，N3处理和N4处理即纯氮用量为75、90 kg/hm2的农艺性状较优。

表2 施氮量对烟株农艺性状的影响

2.2 烤烟根系发育

由图1可知，随着生育期的推进，不同处理的烤烟根系生长加快，均在封顶后达到最大值。同时不同处理的根总长、分叉计数均表现为从旺长期到现蕾期增长率最高，根总长增长率达到68.56%～341.73%。分叉计数增长率为72.43%～313.47%；根平均直径、根总面积、根总体积表现为从团棵期至旺长期增长率最高，根平均直径增长率幅度252.34%～511.23%，根总面积83.21%～218.58%，根总体积218.52%～553.47%；根尖计数表现为从现蕾期到封顶后增长率最高，增长率达到36.13%～124.07%。其中，不同处理间的根总长在团棵期、旺长期和封顶后无显著差异，但在现蕾期存在显著性差异，N4处理显著高于N1和N2处理，与N3差异不显著。不同处理间的根平均直径在团棵期和旺长期无显著差异，在现蕾期和封顶后差异显著，N3处理较高，且在现蕾和封顶后显著高于N1处理。不同处理间的根总面积无显著性差异，旺长期至封顶后的3个时期总体表现以N3处理较优，并且根总面积可以用来表征植株对养分的吸收和转运能力，是反映根系形态和生理特性的重要指标[10]。结果表明，N3处理即纯氮用量为75 kg/hm2的‘红大’烤烟对养分吸收能力较好。不同处理间的根系总体积在现蕾期至封顶后表现出差异显著性，N3处理显著最高，但在封顶后与N4处理无差异显著性，显著高于N1和N2处理。不同处理间的根尖计数在现蕾期存在差异显著性，N3和N4处理显著高于N1和N2处理。不同处理间的根系分叉计数在现蕾期至封顶后存在差异显著性，现蕾期时N3处理显著高于N1和N2处理，低于N4处理，但与N4差异不显著，封顶后显著最高。

图1 施氮量对烤烟根系发育的影响

综合考虑不同施氮量下的烤烟根系发育情况，根系参数均以N3处理和N4处理较优，尤其N3处理的根系平均直径和根总体积显著最高。同时根平均直径、根总面积、根总体积表现从团棵期至旺长期增长率最高，因此在施肥措施上考虑进一步研究基追肥比例，着重团棵期追施肥料促进烤烟根系发育。

2.3 烤烟生物量

由表3可知，随着施氮水平的增加，烤烟不同器官干重和整株生物量呈增加趋势。其中，N1处理的干重和总生物量最低，其次N2处理，N3和N4处理较优，表明纯氮75～90 kg/hm2有利于烤烟干物质积累和提高地上部烟叶产量。

表3 施氮量对烤烟生物量的影响g/株

2.4 烟叶品质分析与评价

2.4.1 外观质量 由表4可知，上部烟叶的不同施氮量之间得分差异较大，N3处理最高，主要表现在烟叶颜色桔黄、成熟度好、叶片结构尚疏松、身份稍厚、油分有、色度强，而其他处理的上部烟叶主要为烟叶颜色柠檬黄，尤其N1和N2处理成熟度完熟，这可能是因为N1和N2处理的施氮量稍低，导致上部烟叶供肥不充足，影响烟叶质量。中部烟叶各处理间得分差异不大，N3和N4处理得分较高。综合上部烟叶和中部烟叶得分认为N3处理烟叶外观质量较优。

表4 施氮量对烟叶外观质量的影响

2.4.2 物理特性 一般烤烟含梗率多数集中在28%左右，中部烟叶叶面密度55～70 g/m2，上部烟叶75～90 g/m2，拉力1.1～1.4 N[11-12]。由表5可知，不同处理的‘红大’烟叶含梗率偏高，上部烟叶叶面密度偏低，抗张力整体偏高，仅N2、N3上部叶及N2、N4中部叶较适宜。从物理特性综合评价看，上部烟叶以N4处理的得分较高；中部烟叶随着施氮量增加，烟叶物理特性综合评价得分降低，以N1处理较高。综合中部和上部烟叶物理特性评价，以N1处理最高，主要体现在烟叶叶面密度较适宜，还需进一步深入研究不同氮肥应用量对烟叶叶面密度的影响。

表5 施氮量对烟叶物理特性的影响

2.4.3 化学成分 根据云南优质烟叶标准[13]，一般烤烟适宜的糖含量为15%～35%，适宜总氮与烟碱含量均在1.5%～3.5%之间，钾离子为1.5%～6%，氯离子为0.3%～0.7%，淀粉为2%～5%，糖碱比为5～8，氮碱比为0.8～1，钾氯比为4～10。由表6可知，上部烟叶各处理的烟碱含量均偏高，导致氮碱比偏低，N2处理的糖含量偏低、总氮含量偏高；中部烟叶糖含量整体偏高，N4处理的总氮和烟碱含量相对较低，糖碱比偏高，而N3处理烟碱含量略高。糖碱比、氮碱比、钾氯比能较好地体现化学成分协调性，各处理上部烟叶氮碱比均偏低，中部烟叶糖碱比偏高，均影响烟叶化学成分协调性。从化学成分综合评价得分看，上部烟叶各处理总分表现为N4＞N1＞N3＞N2，中部烟叶表现为N2＞N3＞N1＞N4。结合中部烟叶和上部烟叶整体化学成分考虑，N3处理化学成分协调性较好，利于提高烟叶品质。

表6 施氮量对烟叶化学成分的影响

2.4.4 感官质量 由表7可知，上部烟叶感官质量综合评价得分为N1＞N2＞N3/N4处理，随着施氮量提高，烟叶香气质、香气量呈下降趋势，对燃烧性也存在一定影响；中部烟叶感官质量综合评价得分为N1＞N3＞N4＞N2。整体上，上部烟叶感官质量随施氮量增加呈降低趋势，中部烟叶无明显变化规律，以低氮处理N1的感官质量较优。

表7 施氮量对烟叶感官质量的影响

3 结论与讨论

植物根系发育受诸多因素的影响，土壤水分决定植物根系分布，影响作物对水分和养分的吸收。烟草的根系生长和生理特性对环境水分条件的响应存在明显的基因型差异，不同烤烟抗旱能力存在差别[14]。在遭遇干旱胁迫时，烤烟根系一级、二级侧根显著增加，进而能保持较高的光合特性以抵御逆境胁迫[15]。同时氮素和水分两者既相互关联又相互制约，两者对烤烟生长及光合能力存在明显的耦合效应[16-17]。保山烟区雨水分布不均，生长前期干旱少雨，因此，探索‘红大’烤烟品种的适宜施氮量对提高土壤的水分利用效率和肥料利用率具有重要意义。

研究表明，氮、磷、钾等矿质元素以及不同有机肥的缺乏及过量会对烤烟根系产生不同的影响，进而影响烤烟经济性状和烟叶品质[18]。王艳丽等[19]认为适当提高磷素供应使烟株根系总吸收表面积和根系活跃吸收表面积增大，根系活力提高，并促使烤烟生长后期烟叶适时落黄。贾志红等[20]报道高磷处理有利于烟株根系活力和生长指标。林昌华等[21]研究认为烤烟根系在低钾环境中生长受到影响，但在高钾环境同样受到一定程度的抑制。本研究结果表明，不同施氮量对烤烟团棵期、旺长期的根系生长影响有限，从现蕾期以后，氮素供应开始显著影响根总长、根平均直径、根总体积、根尖计数、分叉计数，且不同氮素水平对不同根系指标的影响不同，与何文高[22]的研究较为一致。另外，前人研究认为氮素形态会对烤烟根系生长产生影响，根系吸收铵态氮伴随着H+产生，易使土壤pH降低，吸收硝态氮则相反。邢瑶等[23]研究认为，铵硝混合态氮素更有利于根系的生长发育和碳氮积累。同时，施用有机肥、生物炭等均有利于烟株前期根系体积和根干重增加[10,24]。因此，后续可研究云南保山烟区主栽品种‘红大’在不同氮素形态下和应用不同种类有机肥的根系生长情况，为烟区制定切实的抗旱促根配套生产措施提供理论依据。

‘红大’烤烟品种对氮肥的利用率高，氮肥施用过高易造成贪青晚熟且不易烘烤，但其耐肥性较弱，如果旺长期雨期较长容易脱肥和返青[25]，所以氮肥用量把握不当极易影响烟叶产质量。本研究中，在4个氮素水平下，上部烟叶烟碱含量均偏高，且随着施氮量的提高烟叶感官评吸质量逐渐下降。烟碱与烟叶制品的吸食质量与安全性密切相关，其含量过低则吸食无味，含量过高则造成刺激性上升、安全性降低，并已成为提高烟叶工业可用性的关键限制性因素[26]。此外，本研究中，随着施氮量的提高，烟叶物理特性呈下降趋势，可见虽然增加施氮量提高了烟叶外观质量和化学成分协调性，但也对感官评吸质量和物理特性产生了不利影响。研究表明，增施土壤改良剂、深耕等有利于协调烤烟地上和地下协调生长，促进烟叶光合特性，提高烟叶钾含量，提升烟叶品质[27-28]。因此，考虑从氮素形态、碳氮比调控、耕作措施等多方面着手，进一步挖掘保山烟区‘红大’烤烟品种的配套生产措施，促使烤烟地下部分与地上部分协调生长，这将有利于根系生长发育，促进水分和养分吸收，进而提高烟叶产量和品质，保障烤烟生产可持续发展。