種植密度與施氮量及其交互作用對烤煙煙氣特性的影響

李 松，李永忠，晉 艷，陳增敏，李軍營*

1.云南農業大學煙草學院，昆明市北市區灃源路452 號 650201

2.云南省煙草農業科學研究院，昆明市五華區圓通街33 號 650106

煙葉燃燒產生的煙氣是多種化學物質的混合體，主要是在燃燒過程中通過熱裂解產生的，影響著卷煙的風格和安全性［1］。鄧小華等［2］研究表明，隨著煙氣中總粒相物、煙堿、焦油量等的增加，煙氣中雜氣和刺激性增加，燃燒性變差，灰色加深，但香氣量和濃度增加。煙氣一氧化碳以及總粒相物中焦油、煙堿是卷煙煙氣危害性的評價指標［3-7］。因此，降低煙氣中有害成分一直是煙草行業研究的熱點［8］。目前，煙草行業在控制煙氣有害成分方面通常從原輔料安全性、卷煙加工工藝、外源添加物質安全性等環節著手。楊松等［9］和陳敏等［10］從煙葉產地和部位上分析了煙氣焦油等有害成分釋放量的差異，表明煙葉產地對煙氣焦油、煙堿、一氧化碳的釋放量影響較??；彭斌等［11］試驗表明，一氧化碳等煙氣有害成分釋放量隨著煙葉部位而變化，煙葉部位對煙氣煙堿的釋放量影響顯著；焦油危害性指數表現為上部葉＞中部葉＞下部葉。王毅等［12］通過對不同海拔（1 200～2 000 m）煙區初烤煙葉煙氣焦油量及其他主要煙氣指標值的分析發現，不同海拔高度煙氣焦油量、煙堿、總粒相物及一氧化碳等主要指標存在較大差異。在卷煙加工工藝方面，煙氣有害性控制效果較明顯，劉鴻等［13］和張亞平等［14］研究提出，卷煙紙添加劑可在不同程度上降低主流煙氣中有害成分的釋放量；王亮等［15］和楊建禮等［16］研究認為，調整切絲寬度搭配，濾嘴旋轉前后煙樣焦油、煙堿、CO、水分、單口焦油量和單口煙堿量增加?？梢?，以上研究多集中在不同產地［9-10］、部位［9-11］、海拔［12］等條件下煙氣指標的差異分析，以及輔料［13-14］、加工工藝［15-16］等對煙氣特性的影響，而關于田間農藝措施對煙氣特性影響方面的研究則鮮見報道。因此，設置了種植密度與施氮量對煙葉煙氣指標的影響試驗，旨在探索在當前煙葉生產條件下，通過田間措施調控煙葉煙氣成分的可能性，為優質煙葉生產及提高卷煙品質提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗基本情況

供試烤煙品種為K326，由玉溪中煙種子有限責任公司提供。試驗于2018 年在云南省玉溪市紅塔區趙桅試驗基地（24°18′N，102°29′E，海拔1 645 m）進行，當地無霜期大于120 d，4—9 月日照大于800 h，6—8 月平均氣溫大于20 ℃的持續天數在70 d 以上，9 月下旬平均氣溫在17 ℃以上。試驗地前茬作物為油菜，地勢平坦、土壤肥力均勻，土壤類型為水稻土。供試土壤基本理化性狀：pH6.3，有機質25.48 g/kg，有效氮80.5 mg/kg，有效磷12.0 mg/kg，速效鉀70.3 mg/kg。

1.2 試驗設計

設置種植密度和施氮量兩因素三水平裂區試驗。主處理為種植密度，分別為縮行距縮株距（110 cm×45 cm，1 345 株/667 m2）、常規種植密度（120 cm×50 cm，1 100 株/667 m2）、擴行縮株距（130 cm×40 cm，1 282 株/667 m2）；副處理為施氮量，分別為減氮40%（質量分數，純氮3.6 kg/667 m2）、常規施氮量（純氮6 kg/667 m2）和增氮40%（質量分數，純氮8.4 kg/667 m2），肥料為煙草專用復合肥［m（N）∶m（P2O5）∶m（K2O）=12 ∶10 ∶24］。共計9 個處理，每處理3 次重復，每重復1 個小區，小區面積約66 m2，共計27 個小區。其他管理措施按當地優質煙葉生產技術規范執行。

1.3 樣品制備

每個小區分別采集上部葉（B2F）、中部葉（C3F）和下部葉（X2F）3 個部位的煙葉樣品各1 kg，共計81 份。將煙葉切絲卷制成圓周24.5 mm、長84.0 mm 的單料樣煙，從中選取平均質量（0.90 ±0.01）g 和平均吸阻（1 000 ± 50）Pa 規格的煙支，進行煙氣特性指標測定。

1.4 測定項目與方法

采用GB/T19069—2004［17］的方法測定煙氣總粒相物、焦油量以及抽吸口數；采用GB/T 23203.1—2008［18］的方法測定煙氣水分；采用GB/T 23355—2009［19］的方法測定煙氣煙堿；采用GB/T 23356—2009［20］的方法測定煙氣一氧化碳。

1.5 數據處理

采用Excel2013、SPSS23.0 軟件進行方差分析，采用Duncan’s 新復極差法進行數據間差異的顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 種植密度和施氮量對烤煙不同部位煙葉煙氣特性的影響

由表1 和表2 可以看出，對烤煙上部煙葉而言，種植密度對煙氣水分的影響達到極顯著水平，對其他指標影響不顯著；施氮量對煙氣總粒相物、焦油量的影響達到顯著或極顯著水平，對其他指標的影響不顯著；種植密度和施氮量間交互作用對煙氣總粒相物、水分的影響達到顯著或極顯著水平。在相同的種植密度條件下，煙氣總粒相物隨著施氮量的增加而增加；在常規種植密度（120 cm×50 cm）水平下，焦油量隨施氮量的增加而增加；在縮行距縮株距（110 cm×45 cm）水平下，煙氣煙堿量隨施氮量的增加而增加，一氧化碳量隨施氮量的減少而降低。在增氮40%水平下，煙氣總粒相物、煙堿量，以及單支煙抽吸口數隨著種植密度的增大而增加，焦油量隨著種植密度的增大而降低。綜合來看，不同種植密度和施氮量處理中，以擴行距縮株距（130 cm×40 cm）×減氮40%處理組合的煙氣總粒相物量最低，為14.95 mg/支；縮行距縮株距（110 cm×45 cm）×減氮40%處理組合的煙氣水分、煙堿量最低，單支煙抽吸口數最多，分別為1.39 mg/支、1.56 mg/支、12.70 口/支；煙氣焦油量以擴行距縮株距（130 cm×40 cm）×減氮40%處理組合最低，為11.44 mg/支；一氧化碳量則以常規種植密度（120 cm×50 cm）×減氮40%處理組合最低，為11.1 mg/支。

由表3 和表4 可以看出，中部葉煙氣總粒相物、水分、煙堿、焦油量以及單支煙抽吸口數受種植密度的影響達到顯著或極顯著水平，而一氧化碳受種植密度的影響不顯著；施氮量對中部葉煙氣總粒相物、水分和焦油量的影響達到顯著或極顯著水平；二者交互作用對煙氣水分影響達到極顯著水平。在常規種植密度水平下，煙氣總粒相物、水分、焦油量隨施氮量的增加而增加。在減氮40%和增氮40%水平下，隨種植密度的增大，煙氣總粒相物、焦油量降低，單支煙抽吸口數增多；在常規施氮量水平下，煙氣煙堿量隨種植密度的增大而降低。綜合來看，常規種植密度×增氮40%處理組合的煙氣總粒相物、水分、焦油量、一氧化碳量最高，分別為17.65、2.63、13.35、12.4 mg/支；擴行距縮株距×增氮40%處理組合的煙氣煙堿量最高，為1.95 mg/支；縮行距縮株距×增氮40%處理組合的單支煙抽吸口數最多，為13.30 口/支。

表3 種植密度和施氮量對烤煙中部葉煙氣特性指標影響的方差分析Tab.3 Variance analysis of effects of planting density and nitrogen application rate on smoke characteristics of middle flue-cured tobacco leaves

表4 種植密度和施氮量對烤煙中部葉煙氣特性指標的影響Tab.4 Effects of planting density and nitrogen application rate on smoke characteristics of middle flue-cured tobacco leaves

由表5 和表6 可以看出，就下部葉而言，種植密度對煙氣總粒相物、水分、煙堿、一氧化碳的影響達到極顯著水平，對煙氣焦油量、抽吸口數無顯著影響；施氮量對水分、單支煙抽吸口數的影響達到極顯著水平，對煙氣總粒相物、煙堿、焦油、一氧化碳無顯著影響；種植密度與施氮量交互作用對單支煙抽吸口數影響極顯著，對煙氣總粒相物、水分、煙堿、焦油、一氧化碳影響不顯著。在擴行距縮株距、縮行距縮株距的密度水平下，煙氣總粒相物隨著施氮量的增加而增加；在縮行距縮株距的密度水平下，煙氣煙堿量、單支煙抽吸口數隨施氮量的增加而降低。在減氮40%和增氮40%的水平下，隨著種植密度的增大，煙氣總粒相物、焦油和一氧化碳量呈降低趨勢。綜合來看，縮行距縮株距×增氮40%處理組合的煙氣總粒相物、水分量最大，分別為13.70 和1.71 mg/支；擴行距縮株距×常規施氮處理組合的煙氣煙堿最高，為1.32 mg/支；常規種植密度×常規施氮處理組合的煙氣焦油量最高，為11.18 mg/支；縮行距縮株距×減氮40%處理組合的一氧化碳量最高，單支煙抽吸口數最多，分別為12.0 mg/支和12.70 口/支。

表5 種植密度和施氮量對烤煙下部葉煙氣特性指標影響的方差分析Tab.5 Variance analysis of effects of planting density and nitrogen application rate on smoke characteristics of lower flue-cured tobacco leaves

表6 種植密度和施氮量對烤煙下部葉煙氣特性指標的影響Tab.6 Effects of planting density and nitrogen application rate on smoke characteristics of lower flue-cured tobacco leaves

2.2 種植密度和施氮量交互作用對烤煙煙葉煙氣特性的影響

對烤煙上、中、下3 個部位的煙葉煙氣指標影響的綜合分析結果見表7。由表7 可知，種植密度對煙氣總粒相物、水分、煙堿、焦油量以及抽吸口數的影響達到顯著或極顯著水平；施氮量對煙氣水分、焦油量影響顯著或極顯著，對其他指標影響不顯著。種植密度與施氮量交互作用對煙氣水分、煙堿的影響達到顯著或極顯著水平?？傮w來看，種植密度對煙氣的影響較大，其次為施氮量。

表7 種植密度和施氮量對煙葉煙氣特性指標影響的方差分析Tab.7 Variance analysis of effects of planting density and nitrogen application rate on smoke characteristics of tobacco leaves

3 討論

（1）本研究中發現，種植密度影響煙氣總粒相物、水分、煙堿、焦油量和抽吸口數，且對不同部位煙葉煙氣特性的影響程度不同，中下部葉煙氣特性受種植密度的影響大于上部葉，這可能是由于種植密度對中下部葉在光和養分的吸收等方面造成的影響大于上部葉。隨著種植密度的增大，中下部葉煙氣總粒相物和焦油量呈降低趨勢。試驗中還發現，種植密度對煙氣一氧化碳的影響不顯著，考慮到煙葉化學成分對煙氣一氧化碳的釋放有直接影響［21］，而種植密度又影響煙葉化學成分［22-23］，因而在種植密度與煙氣一氧化碳的相關性方面還有待進一步研究。

（2）氮素作為烤煙生長的必要元素，影響其生長發育和物質的積累，不同的施氮水平下，葉內物質的積累及代謝存在差異，導致煙葉煙氣各成分含量和變化也隨之不同［24-26］。本試驗中，在常規種植密度條件下，中部葉煙氣焦油量隨施氮量的增加而升高；在上部葉縮行距縮株距、中部葉擴行距縮株距的條件下，增加氮肥用量的處理煙氣煙堿量顯著增加。這與徐旭光等［25］、常乃杰等［26］的研究結果基本一致。

（3）種植密度和施氮量是影響煙氣特性的重要栽培因子，二者交互作用下對煙氣特性不同指標的影響程度不同，排序依次為水分＞煙堿＞其他指標。研究中還發現，二者交互作用對焦油量的影響存在負效應，具體原因還有待進一步的試驗驗證。

4 結論

種植密度是煙氣總粒相物、水分、煙堿以及抽吸口數等指標的主要影響因子，施氮量是煙氣焦油量的主要影響因子。種植密度、施氮量二者的影響效應存在顯著的互作關系，種植密度與施氮量交互作用對煙氣水分、煙堿的影響達到極顯著或顯著水平，且對煙氣特性指標變異的貢獻率為種植密度＞施氮量。因此，通過田間農藝措施的優化配置，可在一定程度上實現對煙葉煙氣指標的調控。