利用均匀设计研究氮磷钾肥对烤烟养分吸收和经济性状的影响

毛家伟，孙大为，张 翔，杨立均，李 亮，司贤宗，吴俊林

（1.河南省农业科学院植物营养与资源环境研究所，河南郑州450002；2.驻马店市烟草公司，河南驻马店463000）

利用均匀设计研究氮磷钾肥对烤烟养分吸收和经济性状的影响

毛家伟1，孙大为2，张 翔1，杨立均2，李 亮1，司贤宗1，吴俊林2

（1.河南省农业科学院植物营养与资源环境研究所，河南郑州450002；2.驻马店市烟草公司，河南驻马店463000）

为探讨豫南烟区烤烟品种云烟87生产的适宜氮磷钾配比，采用施氮量（X1）、施磷量（X2）和施钾量（X3）3因素均匀设计，研究氮磷钾肥对烤烟养分吸收和经济性状的影响。结果表明，以最佳产值（Y）为目标建立的方程为：Y＝45 767.8＋355.8 X1＋34.59X3－3.43 X12－0.11 X32（R2＝0.999 8），产值最高的各因素组合为：N51.8 kg/hm2，K2O155.4 kg/hm2。施磷量对产值的影响不显著，从磷素农学利用率来看，当施磷量为37.5 kg/hm2时，磷素农学利用率最高，达8.83 kg/kg。

均匀设计；烤烟；氮磷钾用量；养分吸收；经济性状

氮、磷、钾是作物正常生长发育的三大必需营养[1]，优质烤烟生产一般要求土壤中氮素适中，磷素和钾素含量丰富[2-3]。烟叶质量受品种、栽培技术、气候等因素的影响[4]，在栽培上，合理的养分管理是决定烟叶品质的第一因子[5]。其中，氮素营养是决定烟草生长及产量和质量的首要元素[6]，它以蛋白质、核酸、叶绿素、烟碱等的形式存在于烟株体内，在生命活动中具有特殊的作用，有“生命元素”之称[7]；磷是植物体内磷脂和核酸的主要组成成分，是构成细胞核与原生质的重要物质[8]；钾素参与烤烟的碳氮代谢，烟叶中含钾量直接影响香气质、香气量和燃烧性[9]。烤烟的生长过程中各种营养元素需要平衡搭配，过多或过少施用某些元素都会影响烟株的正常生长。

均匀设计是由中国统计学家方开泰和中国科学院院士王元首创[10]将数论和多元设计相结合，在正交设计的基础上，创造出的一种新的试验设计方法，其显著优点是试验量较正交设计明显减少，尤其适合于多因素水平的试验[11]。有关氮磷钾配施对烤烟的影响报道较多[12-14]，但利用均匀设计对烤烟氮磷钾配比的研究尚未见报道。

此外，由于不同烟区生态条件迥异造成烤烟施肥上存在较大差异。长期以来，豫南烟区在烟叶生产中存在氮肥施用过量、磷钾肥施用不足的现象，造成烟叶不易成熟落黄、烤后烟叶烟碱含量偏高等问题，严重制约了当地烟叶质量的提升。

本试验采用田间试验，利用均匀设计法，研究氮磷钾肥不同配比对烤烟养分吸收和经济性状的影响，旨在为豫南烟区烟叶的生产提供合理的氮磷钾配施比例。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试烤烟品种为云烟87。供试肥料种类有：一铵（N 10%，P2O545%），硝铵磷（N 32%，P2O54%），硫酸钾（K2O50%）。

1.2 试验地概况

试验于2015年在河南省确山县竹沟镇大里河村进行，供试土壤耕层基础理化性状为：pH值7.5，有机质13.6 g/kg，碱解氮87.3 mg/kg，速效磷20.8 mg/kg，速效钾126 mg/kg。试验地肥力均匀一致，地势平坦，排灌方便。试验前茬作物为烟草。

1.3 试验设计

试验采用3因子6水平均匀设计，以施氮量（X1）、施磷量（X2）和施钾量（X3）为试验因素，同时以不施肥处理为对照，共7个处理。试验处理因子与水平列于表1。3次重复，随机区组排列，小区面积72 m2。施肥方式：氮肥70%条施、30%穴施，磷肥全部条施，钾肥50%条施、20%穴施、30%追施，计算各处理具体肥料施用量。8月13日采烤结束。其他各项田间生产管理措施统一按当地规范化措施进行。

表1 各处理因子与水平 kg/hm2

1.4 测定项目及方法

1.4.1 干物质 每个处理固定1株烟进行取样，于烟叶第1次采收时开始，逐次取成熟叶片，在105℃下杀青30 min，然后在70℃下烘干至恒质量，称质量。试验结束后，用清水将固定烟株冲洗干净，把根、茎分开，然后在70℃下烘干至恒质量，立即称质量。

1.4.2 土壤养分 分别在移栽后45，60，80 d和试验结束后取各处理耕层土壤样品，经风干、过筛、混匀后，按文献[15]的方法测定碱解氮、速效磷、速效钾含量。

1.4.3 烟株养分 将烟株干物质各部位粉碎过0.42 mm筛后，按文献[15]的方法测定全氮、全磷和全钾含量。

1.4.4 肥料农学利用率 其参照文献[5]的方法进行计算。肥料农学利用率＝（施肥区烟叶产量－无肥区烟叶产量）/单元素施用量。

1.4.5 经济性状 各小区单独计产，并根据烤烟国标对烤后烟叶进行分级，确定烤烟的产值、均价、上等烟比例及中上等烟比例。

1.5 数据分析

采用Excel 2010和SPSS软件对试验数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对土壤养分动态变化的影响

从图1-A可以看出，在移栽后45 d，土壤中碱解氮含量随着施氮量的增加而增加，在移栽后60 d，与移栽后45 d相比，施氮量最高的处理T7土壤碱解氮含量明显下降，对照不施氮处理T1略有下降，其他处理土壤中碱解氮均有不同程度的提高，幅度为2.1～24 mg/kg，以处理T5增加最明显；在移栽60 d之后，各处理土壤中的碱解氮含量逐渐降低，以处理T4，T5，T6土壤碱解氮含量明显低于其他处理。

从图1-B可以看出，整体来看，各处理土壤速效磷含量均呈现先上升后下降的趋势，除处理T4外，其他处理均从移栽后60 d后开始下降。在移栽后的45 d，土壤速效磷含量均随着施磷量增加而增加。在移栽后60 d到试验结束，各处理土壤速效磷含量由高至低的顺序为：T4＞T3＞T7＞T2＞T6＞T5＞T1。

从图1-C可以看出，除处理T1和处理T6土壤速效钾含量在整个生育期变化幅度不明显外，其他处理土壤速效钾含量均表现出移栽后60 d前上升之后下降的趋势。在移栽后45～60 d，处理T3和T5土壤速效钾含量明显高于其他处理。60～80 d，各处理土壤速效钾含量下降，从下降幅度看，T5（70.4 mg/kg）＞T3（57.9 mg/kg）＞T2（21.0 mg/kg）＞T4（13.8 mg/kg）＞T7（12.9 mg/kg）＞T1（7.4 mg/kg）＞T6（5.1 mg/kg）。试验结束后，处理T3和T4土壤速效钾含量明显高于其他处理。

2.2 不同处理对烟株中养分含量的影响

从图2-A可以看出，烟株不同部位氮含量大小表现为叶＞根＞茎；不同部位叶片间相比，在施氮量大于等于72 kg/hm2时，以下部叶氮含量最高，当施氮量小于等于54 kg/hm2时，以中部叶含量最高；不同处理间相比，上部叶除处理T7外，其他处理氮含量间差异不显著，而下部叶各处理间差异较显著。提高施氮量能显著提高下部叶氮含量。

从图2-B可以看出，整体上以叶中磷含量略高于根和茎，中部叶全磷含量以处理T6显著高于其他处理，上部叶施磷处理除T6外，其他施磷处理间差异不显著；从根中全磷含量看，除处理T1（CK）和处理T2外，其他处理根中全磷含量差异不显著；从茎中全磷含量看，处理T4和处理T6显著高于处理T1（CK），T2，T5。

从图2-C可以看出，不同部位比较，钾含量大小表现为叶＞茎＞根；不同部位叶片间相比，除处理T3外，均以下部叶钾含量最高。与T1（CK）处理相比，除处理T6下部叶外，施钾处理烟株中钾含量均有所提高，下部叶提高幅度为0.17～0.81百分点，中部叶提高幅度为0.17～0.85百分点，上部叶提高幅度为0.03～0.89百分点；根提高幅度为0.02～0.31百分点；茎提高幅度为0.01～0.60百分点。差异分析表明，中部叶钾含量以处理T3显著高于其他处理（处理T7除外），上部叶以处理T3和T5显著高于其他处理（处理T7除外）。

2.3 不同处理对烟株干物质和养分农学利用率的影响

从各处理整株干物质来看，以处理T5，T6，T7最高，干物质积累均在360 g/株以上，处理T3，T4干物质积累均在300 g/株左右，不施肥处理T1（CK）和施氮量最小处理T2烟株干物质积累最小；从公顷养分吸收量比较，处理T6表现出氮的吸收量大于钾的吸收量，这是因为其施入的氮肥过多而钾肥过少，其他处理养分吸收量均表现出钾＞氮＞磷，符合烤烟生长对养分的吸收规律[7]；从氮的农学利用率来看，当施氮量不大于54 kg/hm2时，氮的农学利用率较高，以处理T4（施氮量54 kg/hm2）最高，达10.65 kg/kg；从磷的农学利用率比较，以处理T5和T6较高，分别达8.83，4.20 kg/kg；从钾素养分农学利用率看，以处理T6和T4较高，分别为5.25，3.19 kg/kg。

表2 不同处理对干物质、养分吸收和农学利用率的影响

2.4 不同处理对烤烟经济性状的影响

从表3可以看出，从产量上看，与对照T1处理相比，施肥处理均显著提高了产量，提高幅度为79～842 kg/hm2，各施肥处理间相比，以处理T6产量最高，达2 778 kg/hm2；从产值上看，处理T4最高，达57 468元/hm2，显著高于其他处理；烟叶产值是产量和质量的综合体现，因此，选择产值与各因素建立方程，利用二次多项式逐步回归得到方程：Y＝45767.8＋355.8X1＋34.59X3－3.43X12－0.11X32（R2＝0.999 8）。

偏相关分析和通径分析的结果表明，施氮量和施钾量对产值的影响均达到极显著水平，通径系数分别为1.80和0.88，施磷量对产值的影响不显著，获得最佳产值的组合为施氮量X1＝51.8 kg/hm2，施钾量X3＝155.4 kg/hm2；从均价和上等烟比例来看，均以处理T4最高，分别达到24.26元/kg和46.24%。

表3 不同处理对烤烟经济性状的影响

3 结论与讨论

施肥是作物产量形成的首要条件，而养分积累则是作物产量形成的基础[16]。对烤烟而言，施肥是调控烟叶产量和质量的核心技术[17]。氮磷钾3要素是影响烟株生长发育的主要元素，适宜的氮磷钾配施比例可协调烟叶的内在化学成分，显著提高烟叶品质[18-20]。目前，关于氮磷钾配比对烤烟生长发育和产量的影响已做了较多研究[21-23]，不同地区最佳氮磷钾配比存在一定差异，陈建忠[24]研究表明，川南烟区富氮缺磷、钾，N∶P2O5∶K2O为1∶2∶3或1∶2∶2比较适宜；马武军等[25]研究表明，在广东烟区，氮磷钾比为1∶1∶2.5时最佳。

均匀设计将试验点在高维空间内充分均匀分散，使之具有更好的代表性[26]。由于不再考虑“整齐可比”性，因而大大减少了试验次数[27]。另外，由于增加了试验因子和水平数，可以从结果中得到更多的信息量。以本研究为例，共3个试验因子，6个水平，如采用常规随机区组设计，则需要216个试验处理组合，利用正交设计则至少需要36个处理组合，而采用均匀设计则仅需6个处理组合。可见，在开展多因素、多水平试验研究时，均匀设计是一种比较科学的试验设计方法。

本试验结果表明，在移栽后45 d以前，土壤中碱解氮、速效磷和速效钾含量均随着施用量的增加而增加，试验结束后各处理养分含量比较表明，以处理T4碱解氮含量较低，速效磷和速效钾含量较高，更加符合优质烟叶对土壤养分的需求[7]。从各养分的农学利用率来看，当施氮量小于等于54kg/hm2时，氮的农学利用率较高，以处理T4（施氮量54 kg/hm2）最高，达10.65 kg/kg；从磷的农学利用率来看，处理T5，T6较高，分别达8.83，4.20 kg/kg；从钾素情况看，以处理T6和T4较高，分别为5.25，3.19 g/kg。

通过产值与各因素建立方程结果来看，方程达极显著水平，获得最佳产值的组合为施氮量X1＝51.8 kg/hm2，施钾量X3＝155.4 kg/hm2。而施磷量对产值的影响则不显著，这可能与当地土壤中速效磷含量较高有关，基础土壤速效磷含量为20.8 mg/kg，已经达到了丰富的程度[28]。从不同处理间比较，以处理T4产值、均价和上等烟比例最高，分别为57 468元/hm2，24.26元/kg，46.24%。

从以上分析可以看出，在豫南烟区，较适宜的氮钾用量分别为N：51.8 kg/hm2，K2O：155.4 kg/hm2。烟区速效磷含量较丰富，当施磷量为37.5 kg/hm2时，磷素农学利用率最高。另外，农业试验受外界环境影响因素较多，一般需要多年多点试验进行验证。因此，本试验结果应进一步在豫南烟区进行多点验证，最终确定适宜的氮磷钾用量。

［1］李艳芳，陈平平，黎娟，等.氮磷钾配比对宁乡烟后晚稻产量和养分积累分配的影响[J].作物研究，2015，29（6）：590-594.

［2］贺丹锋，周冀衡，孙书斌，等.罗平烟区不同植烟土壤养分状况对中部烟叶化学成分可用性的影响[J].天津农业科学，2016，22（5）：27-33.

［3］方明，符云鹏，刘国顺，等.磷钾配施对晒红烟碳氮代谢和光合效率的影响[J].中国烟草科学，2007，28（2）：27-30.

［4］邢云霞，刘世亮，刘芳，等.施氮量对豫中烟区植烟土壤无机氮含量和氮素吸收的调控 [J].水土保持学报，2015，29（5）：266-272.

［5］化党领，曹荣，魏修彬，等.不同氮磷钾施肥量对烤烟农艺性状及养分吸收的影响[J].中国土壤与肥料，2012（4）：53-58.

［6］张晨东.施氮量及氮磷钾比例对红土晒烟产质量的影响 [J].中国农学通报，2008，24（7）：276-279.

［7］刘国顺.烟草栽培学[M].北京：中国农业出版社，2003.

［8］胡国松.烤烟营养原理[M].北京：科学出版社，2000.

［9］毛家伟，翟文汇，孙大为，等.覆盖方式和钾施用量对烤烟生长、叶绿素含量及产质量的影响 [J].河南农业科学，2015，44（3）：36-39.

［10］周洋，李勇，王晶英，等.基于均匀设计研究氮、磷、钾肥对马铃薯产量的影响[J].中国马铃薯，2011，25（2）：108-111.

［11］江宁，刘春泉，李大婧.均匀设计法优化冬瓜膨化工艺[J].核农学报，2014，28（2）：270-277.

［12］刘刚，文光红，钱祖坤，等.氮磷钾配比对马里兰烟产量和品质的影响[J].湖北农业科学，2014，53（17）：4082-4085.

［13］叶协锋，张春华，刘国顺，等.不同氮磷钾肥配施对烤烟质体色素及其降解产物含量的影响 [J].华北农学报，2011，26（4）：178-183.

［14］汪健，王松峰，毕庆文，等.氮磷钾用量对烤烟红花大金元产质量的影响[J].中国烟草科学，2009，30（5）：19-23.

［15］鲁如坤.土壤农业化学分析法 [M].北京：中国农业科技出版社，1998.

［16］杨勇，刘强，宋海星，等.氮磷钾配比对油菜养分吸收、碳氮代谢产物和籽粒产量的影响 [J].浙江农业学报，2012，24（1）：99-104.

［17］张翔，黄元炯，范艺宽.河南植烟土壤与烤烟营养[M].北京：中国农业科学技术出版社，2009.

［18］郭濛濛，邱宝平，符云鹏，等.氮磷钾配施比例对晒红烟碳氮代谢关键酶活性及化学成分的影响 [J].江苏农业科学，2015，43（5）：95-98.

［19］汪耀富，高华军，刘国顺，等.氮、磷、钾肥配施对烤烟化学成分和致香物质含量的影响 [J].植物营养与肥料学报，2006，12（1）：76-81.

［20］毛家伟，翟文汇，孙大为，等.不同种类钾肥对烤烟SPAD值、根系活力及经济性状的影响 [J].山西农业科学，2015，43（5）：584-587.

［21］尹鹏达，朱文旭，赵丽娜，等.氮磷钾配施对填充型烤烟烟碱含量的影响[J].应用生态学报，2011，22（5）：1189-1194.

［22］陈义强.氮磷钾肥对烤烟内在品质的影响及其施肥模型[D].郑州：河南农业大学，2008.

［23］潘艳华，胡靖，杨树明，等.土壤氮磷钾肥量比对烤烟产量品质的影响[J].西南农业大学学报，2000，22（2）：120-122.

［24］陈建忠.川南烟区土壤测试与最佳施肥模式的研究初报[J].土壤肥料，2001（3）：24-29.

［25］马武军，詹碰寿，王政仁，等.烤烟优质高产施肥技术研究初报[J].土壤与环境，2000，9（l）：79-80.

［26］李章海，韩忠明，王能如，等.均匀设计在烤烟栽培技术中的应用[J].中国烟草科学，2008，29（6）：49-53，59.

［27］周鸿飞，张志学.均匀设计法及其在谷子栽培上的应用[J].辽宁农业科学，2001（2）：19-21.

［28］毛家伟，李华荣，李彰，等.洛阳烟区土壤养分演变及不同茬口

Effects of NPK Application on Nutrient Absorption and Economic Characters
of Flue-cured Tobacco Based on Uniform Design

MAOJiawei1，SUNDawei2，ZHANGXiang1，YANGLijun2，LI Liang1，SI Xianzong1，WUJunlin2
（1.Institute ofPlant Nutrition and Agricultural Resources and Environmental Science，Henan AcademyofAgricultural Sciences，Zhengzhou 450002，China；2.TobaccoCompanyofZhumadian，Zhumadian 463000，China）

To discuss the reasonable NPK combination of Yunyan 87 in tobacco-growing region in south of Henan,the paper adopted uniform design of the 3 factors,including nitrogen application rate（X1）,phosphate application rate（X2）,potassium application rate（X3）,and studied the effects ofNPK application on nutrient absorption and economic characters of flue-cured tobacco.The results showed that fertilization effect model oftobaccooutput value（Y）was:Y＝45 767.8＋355.8 X1＋34.59X3－3.43X12－0.11 X32（R2＝0.999 8），and the optimum output value might be obtained in combination ofN rate of 51.8 kg/hm2,K2O rate of 155.4 kg/hm2.Phosphate application rate had no significant effect on output value.According to the agronomic phosphate efficiency（APE）,the APE got the highest value of8.83 kg/kgunder the phosphate application rate of37.5 kg/hm2.

uniformdesign;flue-cured tobacco;N,P,Kfertilization rate;nutrients absorption;economic characters

S572

：A

：1002-2481（2017）01-0078-05

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.12.21

2016-08-01

河南省烟草专卖局重点科技项目（HYKJ201303，HYKJ201403）；驻马店市烟草公司科技项目（ZMD201501）

毛家伟（1981-），男，湖北广水人，助理研究员，硕士，主要从事植物营养与施肥研究及推广工作。