1. 引言
氮磷钾是烤烟生长发育全过程中需求量较大的营养元素，在烤烟代谢中起到重要的作用，对烤烟的产量和品质有着直接的影响 [1] [2] [3] ，有相关研究表明，在一定的范围以内，施氮量的增加，烟叶产量和质量都会有所提高，但是如果施氮量超过一定的值时，烤烟植株氮代谢向碳代谢的转化时间会推迟，会使烤后烟叶的内在化学成分不协调，同时还会导致烟叶产量品质下降 [4] [5] [6] ；磷肥的施用量减少50%和75%会对烟叶的产量以及质量产生不良影响，主要表现在降低烟叶的产值和中上等烟叶的比率等经济性状指标 [7] ；烤烟是一种喜钾的经济作物，施用钾肥能够有效改善烤烟的农艺性状提高其抗病性等 [8] 。很多研究表明不同配比氮磷钾肥施用会对烤烟的农艺性状、经济性状等造成影响 [9] [10] ，其中氮含量是主要的影响因素 [11] [12] 。
“云烟87”的母本是国内自育品种云烟2号，而父本则是美国引进品种K326，二者杂交经系谱选育而成，于2000年12月通过全国烟草品种审定委员会审定，其优点是抗性强和适应性广 [13] [14] [15] 。科学合理的施肥配比是获得高产优质烟叶的重点。贵州省中低产田土面积占比达到85.6%，黄泥土是中低产田土的主要类型 [16] ，因此对黄泥土进行综合技术改良尤为重要。关于黄泥土地区“云烟87”的合理施肥研究鲜见报道，为此，采用“3414”不完全试验方案设计，探索不同肥料配比所产生的肥料效应对“云烟87”生长发育以及产量、质量等方面的影响，为进一步优化肥料配方提供科学依据。
2. 材料和方法
2.1. 试验地概况
试验区域选在开阳县楠木渡镇龙井湾，于2020年4月~9月进行田间试验。该试验地地处海拔1125 m，属于亚热带季风湿润气候，年平均气温14℃~17℃，年降雨量1179.3~1194.15 mm，全年无霜期平均276.5 d。试验地选择平坦、肥力均匀，具有代表性的中等肥力地块；避开靠近道路、堆肥场所等特殊地块。试验地块土壤类型为黄壤，土种为黄泥土，占全省旱耕地面积的46.2% [17] ，是贵州主要的种烟土壤，具有代表性。
供试土壤0~20 cm耕层土壤pH为6.34，有机质为25.39 g/kg，全氮含量为1.52 g/kg，碱解氮为150 mg/kg，速效磷为24 mg/kg，速效钾为191 mg/kg。
2.2. 试验材料与设计
供试肥料：尿素(N = 46%)、过磷酸钙(P2O5 = 16%)、硫酸钾(K2O = 52%)；供试烤烟品种为云烟87。以云烟87为试验材料，田间试验采用“3414”部分实施方案设计，试验方案处理如下表。“3414”是指氮、磷、钾3个因素、4个水平、14个处理。4个水平的含义：0水平指不施肥，2水平指当地推荐施肥量，1水平 = 2水平 × 0.5，3水平 = 2水平 × 1.5 (该水平为过量施肥水平)。为便于汇总，同一区域内施肥量要保持一致。设置三个重复，小区面积为以1分地计算为66.7 m2，共42个小区，采取随机区组排列，区组内土壤、地形等条件应相对一致。试验小区之间设置保护行，宽度为1 m。小区应单灌单排，避免串灌串排。试验方案处理见表1。
2.3. 肥料施用方法
每株都要施肥，基肥:追肥为6:4，基肥施用为条状深施，追肥浇施。在移栽后第10、15、20天分3次施完追肥，每次施用追肥总量的1/3。施肥方案见表2：
2.4. 测定内容与方法
在施肥前，采集试验地块的基础土样，对试验地块进行多点取样。均以“S”形取样法进行取样，按四分法处理，取1公斤左右。将取回来的土壤样品进行自然风干、磨碎、过筛后进行化学成分测定。
大田观测记载项目包括团棵期、旺长期、成熟期每个小区连续测定5株烟的株高、茎围、留叶数、最大叶长、最大叶宽以及最大叶面积。
分小区采收、绑竿(采收、绑竿均做好标记)、中层烘烤，下炕时对每小区烟叶称重，分小区堆放；分别在烤完下、中、上部后对烟叶进行分级(请烟叶站分级技术员帮助)、各等级称重，统计产量、产值、均价、上等率、上中等烟率。
对14个处理的上部叶、中部叶及下部叶的烟叶分别采集，装入密封袋后带回实验室在70℃烘箱中进行24~36小时烘干处理，进行化学品质指标分析。分析项目包括总氮、总磷、全钾、总糖、还原糖和烟碱含量。
烤烟化学成分分析：烟株叶片中氮、磷、钾的测定(H2SO4-H2O2消化法)；氯含量(硝酸银容量法)；烟碱的测定(国标法GB/T23225)；总糖、还原糖的测定(3,5-二硝基水杨酸比色法)。
2.5. 数据处理
利用DPS (LSD法)，Tbtools [18] ，Origin2021等软件进行统计分析。
3. 结果与分析
3.1. 不同肥料配比对烤烟农艺性状的影响
从图1(a)可以看出，在团棵期，T6处理对提高株高、茎围、留叶数、最大叶长、最大叶宽、最大叶面积的效果最好，其次为T12较好。T7、T8、T12处理对提高最大叶长、最大叶宽、最大叶面积效果较好，说明在烤烟团棵期适量增施PK肥对烟叶有益。株高、茎围、最大叶长、最大叶宽和最大叶面积处理效果最差的是T13，和CK相比差异不显著，甚至最大叶宽相比CK更低。
从图1(b)可以看出旺长期提高株高、茎围、留叶数、最大叶长、最大叶宽、最大叶面积的效果最好的是T6，效果最差的是T2。
在烤烟生长成熟期(图1(c))，不同的施肥处理对最大叶宽影响不大，在成熟期施肥效果最好的是T4、T9、T10，与CK相比，除了最大叶宽外，其余性状与CK均达到显著差异，最差的是T2、T8、T11，与CK相比，这三个处理的农艺性状均未达显著水平。
(a) 
(b) 
(c)
Figure 1. Agronomic traits of flue-cured tobacco in different periods. The period corresponding to (a) in the figure is the clustering period, (b) corresponds to the prosperous period, and (c) corresponds to the maturity period; the letters correspond to ZG—plant height (cm), JW—stem circumference (cm), LYS—Number of remaining leaves (pieces), ZDYC—maximum leaf length (cm), ZDYK—maximum leaf width (cm), ZDYMJ—maximum leaf area (cm2)
图1. 不同时期烤烟的农艺性状。图中(a)对应的时期为团棵期，(b)对应旺长期，(c)对应成熟期；字母分别对应ZG——株高(cm)、JW——茎围(cm)、LYS——留叶数(片)、ZDYC——最大叶长(cm)、ZDYK——最大叶宽(cm)、ZDYMJ——最大叶面积(cm2)
烤烟农艺性状是烟株生长发育状况的直观表征指标 [19] [20] ，不同的肥料配比对烤烟的农艺性状有很大的影响，综上所述，在烤烟的团棵期和旺长期，T6所表现出来的农艺性状是最好的，都与CK达到了显著差异，旺长期除了T6外，还有T3、T4与CK差异显著，成熟期则有T4、T9、T10与CK差异均不大，综合烤烟的生长发育以及成熟期的表现状况，较次为T9和T10，处理T4效果是最好的，T4为N2P1K2，即尿素施用量12.5 kg/666.67m2，过磷酸钙施用量18 kg/666.67m2，硫酸钾施用量33.2 kg/666.67m2。
3.2. 不同肥料配比对烤烟不同部位化学成分的影响
3.2.1. 不同肥料配比对烤烟不同部位全氮含量的影响
由图2可以看出，不同的肥料配比对烤烟不同部位的全氮含量影响不同。增加上中部叶全氮含量效果最好的是T10，下部叶是T4，综合来说最差的是T10，对上部叶来说增加全氮含量效果差异不明显，氮肥施用量低于当地推荐用量的对增加中部叶全氮含量的效果都不显著，氮肥为推荐用量或稍微高于推荐用量对中部叶的全氮含量效果最好的，下部叶全氮含量的最佳氮肥施用量是当地推荐用量，高于或低于当地推荐用量效果都不明显。
不同小写字母表示处理间差异显著(P < 0.05)，相同小写字母表示处理间差异不显著。
Figure 2. Total nitrogen content in different parts
图2. 不同部位的全氮含量
3.2.2. 不同肥料配比对烤烟不同部位全磷含量的影响
磷是必需营养元素之一，对烤烟来说，磷可以促进烤烟早发，使烤烟提前成熟 [21] [22] ，因此，尽管磷是烤烟的必须营养元素，但烤烟对磷肥的需求量不大，除了磷含量特别低的土壤外，施用磷肥对烤烟产量影响较小 [23] 。因此需要探索适宜的磷肥施用量，图3为不同处理下烤烟不同部位的全磷含量，由表可以看出对上部叶全磷含量效果最好的是T6，T7虽没T6好，但效果也很显著，中部叶全磷含量最高的是T1，下部叶是T8，综合来说提高烟叶全磷含量效果最好的是T7，与CK均达到显著水平，即提高烟叶全磷的最佳施用量为：尿素施用量12.5 kg/666.67m2，过磷酸钙施用量54 kg/666.67m2，硫酸钾施用量33.2 kg/666.67m2。
不同小写字母表示处理间差异显著(P < 0.05)，相同小写字母表示处理间差异不显著。
Figure 3. Total phosphorus content in different parts
图3. 不同部位的全磷含量
3.2.3. 不同肥料配比对烤烟不同部位全钾含量的影响
烤烟是喜钾作物，钾肥的施用是烟叶吸收钾元素的重要来源，我国烟叶含钾量普遍不高，但是烟叶钾的含量对烟叶香气、燃烧性和阴燃持火能力有着重要影响 [24] 。
如图4可以看出不同肥料配比对烤烟不同部位的全钾含量的影响差别较大，14个处理中，中部叶全钾含量有8个处理全钾含量与CK相比差异显著，下部叶有7个处理与CK相比差异显著，上部叶的全钾含量仅有2个效果较好，综合来说，T9、T10对增加全钾含量的效果十分显著，为最佳施肥用量，即尿素施用量12.5 kg/666.67m2、过磷酸钙施用量36 kg/666.67m2、硫酸钾施用量16.6 kg/666.67m2或者尿素施用量12.5 kg/666.67m2、过磷酸钙施用量36 kg/666.67m2、硫酸钾施用量49.8 kg/666.67m2。
3.2.4. 不同肥料配比对烤烟不同部位双糖含量的影响
烟叶中的总糖和还原糖可以消除烟叶中蛋白质燃烧时产生的不良气味，它们与烟碱共同决定烤烟的吸味和刺激性，起到平衡烟叶质量的作用 [25] 。此外，还原糖在烟叶燃烧时通过热解形成多种有香气的物质，影响烟气的醇和性 [26] 。图5可以看出不同处理下的不同部位还原糖含量差别较大，14个处理中，还原糖积累效果最差的是T13，效果最好的是T3，其次是T11、T2、T12。总糖积累效果最差的是T13，最佳的处理是T3，其次是T11、T12、T2、T6。
不同小写字母表示处理间差异显著(P < 0.05)，相同小写字母表示处理间差异不显著。
Figure 4. Total potassium content in different parts
图4. 不同部位全钾含量
(a) 
(b) 
(c)
Figure 5. Contents of disaccharide and nicotine in different parts of flue-cured tobacco. (a) reducing sugar; (b) total sugar; (c) Nicotine
图5. 烤烟不同部位双糖及烟碱含量。(a) 还原糖；(b) 总糖；(c) 烟碱
3.2.5. 不同肥料配比对烤烟不同部位烟碱含量的影响
烤烟中的烟碱含量也是影响烤烟品质的一项重要指标 [27] ，肖明礼等通过试验试验指出烟碱与烤烟香气质、香气量、刺激性以及余味等评吸质量呈明显负相关，与劲头和浓度呈正相关 [28] [29] 。程传玲等的研究指出，烟碱含量与烤烟湿润程度、透发性得分均呈显著负相关 [29] 。通过图5可以得出综合各部位来说对烟碱积累效果最好的是T9、T10，上部叶片积累烟碱最差的是T3，最好的是T13，其次是T10、T9、CK，因此针对烟碱的积累来说，T9、T10为最佳施肥量。
3.3. 不同肥料配比对烤烟经济性状的影响
研究烤烟的经济性状是烤烟配方施肥的最终目的，通过田间试验得出亩产量，对烤烟的上等、中等、中上等烟率进行统计，最终得出均价与产值，从而获得最佳的施肥量，以获得最佳的经济效益。
Table 3. Economic characters of flue-cured tobacco under different treatments
表3. 不同处理下烤烟经济性状
根据表3可以得出14个处理下的烤烟不同的经济性状差异较大，14个处理下的烤烟亩产量最高的T5为151.78 kg/666.67m2，其次是T10和T9，与CK相比增加了38.79%、33.03%、30.74%，T12是除CK外13个处理中亩产量最低的，但相比CK提高了15.86%，说明各施肥处理下的亩产量增加效果都较为明显；14个处理均价差异也十分的明显，最大的T5高达3460.6元/kg，相比最低的CK的2171.36元/kg增加了59.37%，施肥的十三个处理中，最低的T7为2597.51元/kg，相比CK也提高了19.62%，相对来说效果也较为明显；产值之间的差异不是那么的明显，但相比CK都有一定程度的提高，最高的是T6，为22.88，比CK提高了15.21%，最低的是T10，相比CK增加了2.06%；上等烟率各处理间均有一定差别，除T1外，与CK相比都有一定提高，最高的是T11，为53.49%，相比CK提高了50.53%；中等烟率最高的为T2，其次是T1、T8，分别是49.31%、49.11%、48.51%，相比CK (45.91%)有一定提高，其余处理均小于CK；中上等烟率最高的为T5，其次是T9，分别是90.18%、90.14%，最低的为CK，为81.83%，14个处理之间差异不大，但相比CK都有一定提高。
综上，对提高亩产量和均价效果最好的是T5，提高产值效果最好的是T6，提高上等烟率效果最好的是T11，其次是T6、T5，提高中等烟率效果最好的是T2，其次是T1、T8，中上等烟率效果最好的是T5，其次是T9、T8。烤烟产量和中上等烟比例是评定烤烟产值和经济效益的决定因子，因此，综合来说，对提高烤烟经济性状效果最好的是T5，其次是T9，即提高烤烟经济效益最佳施肥量为尿素施用量12.5 kg/666.67m2，过磷酸钙施用量18 kg/666.67m2，硫酸钾施用量33.2 kg/666.67m2。
3.3.1. 隶属函数综合评价
从图6可以看出，不同用量的氮磷钾肥处理的隶属函数均值都大于CK，所以，氮磷钾肥施用量对烤烟的产量产值等经济性状有重要的影响。其中，综合评价得出T6为最佳处理。
Figure 6. Membership function comprehensive evaluation diagram
图6. 隶属函数综合评价图
3.3.2. 一元二次肥料效应
以处理2、3、6、11进行子函数拟合, 得氮肥肥料效应函数方程和抛物线型的肥效效应曲线图7所示，可知当氮肥施用量为12.83 kg/666.67m2时，可获得最大产量为149.14 kg/666.67m2。
选择4、5、6、7 进行子函数拟合，得磷肥肥料效应函数方程和抛物线型的肥效效应曲线图7所示，得磷肥施肥量为35 kg/666.67m2时，获得的最大产量为147.51 kg/666.67m2。
将处理8、9、6、10进行函数拟合，得钾肥肥料效应函数方程和抛物线型的肥效效应曲线图7所示，发现当钾肥施用量为34.04 kg/666.67m2时，可获得最大产量为148.68 kg/666.67m2。
Figure 7. Parabolic response curve of nitrogen fertilizer/phosphate fertilizer/potassium fertilizer
图7. 抛物线型的氮肥/磷肥/钾肥肥效反应曲线
4. 结论与讨论
很多研究表明不同的肥料施用量会对烤烟生长发育产生影响 [30] [31] [32] ，熊承飞的研究发现在一定水平之内，增加氮素用量，测得代表烟株生长速率的农艺性状(株高，茎围，叶面积，有效叶片数)有明显的增加 [33] ；不同的磷钾施用量处理下的烤烟农艺性状没有显著差异 [34] ，这均与本试验结论相符。这可能与所选试验地磷肥与钾肥的肥力水平有关。其中在烤烟的团棵期和旺长期，T6处理的农艺性状均显著高于CK处理，成熟期则有T4、T9、T10与CK差异均达到显著差异，但综合烤烟的生长发育以及成熟期的表现状况，处理T4效果是最好的，即当施肥量为：尿素12.5 kg/666.67m2，过磷酸钙18 kg/666.67m2，硫酸钾33.2 kg/666.67m2时，农艺性状是最好的。
高林 [35] 和钟秋瓒等 [36] 的试验发现处在磷肥和钾肥施用量相同的情况下，在施氮水平最高的处理下烟叶总糖和还原糖含量是最低的，但是总氮含量较高；实验表明，烤烟体内的全氮和烟碱含量随着施氮量的增加而增加，这与前面学者的研究结果一致，且14个处理各部位化学成分含量通过分析得出增加上中部叶全氮含量效果最好的是T10，下部叶是T4；提高烟叶全磷含量效果最好的是T7，与CK达到显著水平；烤烟化学成分含量比较适宜的范围通常是总氮1.5%~3%，还原糖16%~18%，烟碱1.5%~3.5%，钾3%以上 [37] ，14个处理各部位的全钾含量均未达优质烟叶的钾含量要求，而烟叶的全钾含量对烟叶品质有很重要的影响，因此需要对提高烟叶内全钾含量还需要进一步深入探究，但总体来说，T9、T10对增加全钾含量的效果十分显著。14个处理还原糖和总糖含量不同处理间差别较大，且上部叶片还原糖含量大部分处理都略低于最适宜的还原糖含量，少部分略高于最适宜值，只有T1、T4、T6、T8达到最适宜的还原糖含量要求；中部叶大部分都比最适宜的还原糖含量高，积累效果最好的是T3，综合品质最好的是T4和T8。综合各部位来说对烟碱积累效果最好的是T9、T10，各处理的烟碱含量值都比较适宜，结合肖明礼、程传玲等的试验结论 [28] [29] ，得知T9、T10处理的烟叶香气质、香气量、刺激性以及余味等评吸质量、劲头和浓度都比较适宜。
但是另一方面，虽然施肥对于增产有着很好的效果，却也不能盲目为了追求高产过多施肥，极易造成种植烤烟的养分收支不平衡、烤烟品质下降，不但浪费肥料，又使农业投入不合理 [38] [39] [40] ，还可能对环境造成污染。烤烟合理施肥具有显著的增产增收效果，但施肥量(特别是氮、磷肥)超过一定范围后，烤烟产量以及经济效益不但不能提高，反而下降。郑传刚 [31] [41] 的试验指出烤烟适量施用氮肥可促进烟株发棵生长，但过量施用，不仅会造成叶片徒长、变青，病虫害加剧，而且导致烤青、挂灰烟叶增多，影响烤烟质量，所以在烤烟生长发育过程中要注意控制氮肥用量。采用隶属函数综合评价发现施肥和不施肥相比能够增加经济效益，但并不是施肥最多，经济效益越好，与前人研究结果相符合 [40] [42] ，通过试验发现提高亩产量和均价效果最好的是T5，提高产值效果最好的是T6，提高上等烟率效果最好的是T11，其次是T6、T5，提高中等烟率效果最好的是T2，其次是T1、T8，中上等烟率效果最好的是T5，其次是T9、T8。而根据所建立的一元二次肥料效应函数得知当NPK肥料施用量分别为12.83 kg/666.67m2、35 kg/666.67m2、34.04 kg/666.67m2时，可获得最大产量分别为149.14 Kg/666.67m2、147.51 Kg/666.67m2、148.68 Kg/666.67m2。
综合来说，对提高烤烟经济性状效果最好的是T5，其次是T9，即提高烤烟经济效益最佳施肥量为尿素施用量12.5 kg/666.67m2，过磷酸钙施用量18 kg/666.67m2，硫酸钾施用量33.2 kg/666.67m2。结合产量统计分析，可知N、P、K三个因素对产量的一元二次方程，根据建立的方程模型可以预测出N、P、K的最高施肥量分别为12.83 kg/666.67m2、35 kg/666.67m2、34.04 kg/666.67m2。
基金项目
贵州省烟草公司贵阳市公司科技项目(编号：筑烟科技[2019] 2号)；贵州省科学技术协会项目：贵州遵义辣椒科技小院建设；贵州省科技厅基础条件平台建设项目：贵州省山地畜禽养殖污染控制与资源化检测基础条件平台，黔科合平台人才[2019] 5701号。
NOTES
*通讯作者。