氮磷钾肥对烤烟内在品质的影响及其施肥模型

摘要

氮磷钾是烟草栽培中的三大营养元素。如何进行合理施氮、有效施磷、高效施钾以实现烟叶生产的最佳品质一直是烟草栽培的关键。自80年代以来，我国烟草工作者重视烤烟施肥技术的研究，开展了大量有针对性的工作，取得了重要研究成果，但是，由于受多种因素的影响，目前我国烤烟施肥技术还存在许多问题和不足。如以烟叶的外观质量和产值为标准作为判断施肥效果好坏的依据：还未实现烟草需肥与土壤供肥的动态平衡；以经验施肥为主，缺乏科学可靠的量化施肥依据等等。随着烟草农业现代化的发展和精准农业的兴起，传统农业生产中的粗放施肥方式已无法满足优质烟叶生产的需要，以烟叶的综合品质为判断施肥效果的标准并依此建立烟草施肥模型已是当前烟草生产中急需解决的问题。 本研究以经典统计学和地统计学为研究方法，在土壤养分空间变异性研究的基础上选择试验地，进行两年的盆栽及大田正交回归试验，对氮、磷、钾肥三因子间的双因素、三因素交互作用进行分析，对烟草栽培中的氮磷钾肥这三因子与烟草产值、品质的关系进行研究，在此基础上建立二者之间的经验模型及施肥模型。本研究主要结论如下： (1)建立了基于地统计学的土壤养分空间变异性的评价方法。根据所建立的评价方法对试验地土壤碱解氮、速效磷、速效钾、全氮、全磷、全钾、有机质含量和pH值的空间变异性进行评价。结果表明，2006年试验地中碱解氮、全氮、全磷、全钾、有机质含量和pH值的空间变异程度都小于20％，相对均匀面积比都为100％，速效磷和速效钾的空间变异程度大子20％，但相对均匀面积比分别为82.18％和94.99％，都大于80％。2007年试验地中碱解氮、速效钾、全氮、全磷、全钾含量和pH值的空间变异程度都小于20％，相对均匀面积比都为100％，速效磷和有机质的空间变异程度大于20％，但相对均匀面积比分别为91.34％和95.70％，都大于80％。可见，2006年和2007年的试验地土壤养分的空间分布虽存在差异，但空间变异性不明显，都属于肥力较为均匀的烟田。在此基础上进行了氮磷钾肥的正交回归试验，两年的试验结果都较为理想，说明所建立的基于地统计学肥力均匀的试验地的选择方法及其评价方法较为合理。 (2)在盆栽条件下0～10 gpot-1纯氮，大田条件下0～105kg hm-2纯氮的施氮范围内，随氮用量的增加，产值呈现先增加而后降低的趋势，烤后烟叶中总氮、烟碱含量都相应提高，而总糖、还原糖含量都降低，钾离子、氯离子含量的变化规律不明显。在盆栽条件下0～20gpot-1P2O5，大田条件下0～210kg hm-2P2O5的施磷范围内，随着磷肥施用量的增加，产值呈现先增加而后缓慢降低的趋势，烤后烟叶中总氮、烟碱、总糖、还原糖、钾、氯含量的变化规律都不明显。在盆栽条件下0～50 gpot-1K2O，大田条件下0～525kghm-2K2O的施钾范围内，随着钾月巴施用量的增加，烤后烟叶的钾、总糖和还原糖含量都相应提高，烟碱、总氮则相应减少，氯含量变化规律不明显，产值呈现先明显增加而后缓慢降低的趋势。因此，虽然烟草是喜钾作物，在烟叶生产中还是要掌握好钾肥的施用量。 (3)烤后烟叶中的类胡萝卜素基本上只剩下叶黄素和β-胡萝卜素，其含量分布区间为70～130μg g-1，州璜素含量略高于β-胡萝卜索含量。各处理新黄质、叶黄素和β-胡萝卜素三者含量相加后的类胡萝卜素总量都小于250μg -1g。较高的氮肥施用量(盆栽条件下每株施氮量大于或等于6g纯氮，大田条件下每公顷施氮量大于或等于67.5kg纯氮)，较高的钾肥施用量(盆栽条件下每株施钾量大于或等于18 g K2O，大田条件下每公顷施钾量大于或等予202.5kgK2O)和中等磷目巴施用量以及氮磷钾合理配施(1:1.3:3.0)明显促进了类胡萝卜素的积累。 (4)在试验施肥范围内，随着氮、磷肥施用量的增加，类胡萝卜素类中性致香物、新植二烯含量增加，棕色化产物类、类西柏烷类中性致香物含量降低，苯丙氨酸类中性致香物的变化不明显；随着钾肥巴施用量的增加，类胡萝卜素类中性致香物、新植二烯含量增加，棕色化产物类、苯丙氨酸类、西柏烷类中性致香物含量降低。 (5)当施肥区间足够大时，氮磷肥、氮钾肥、磷钾肥间互作中都存在一个阀值，低于这个阀值时氮磷钾肥间都表现为协同促进作用，高于这个阀值时则都表现为拮抗作用。 (6)可溶性总糖与总氮、烟碱含量呈极显著负相关，与还原糖含量呈极显著正相关。总氮与还原糖含量呈极显著负相关，与烟碱含量呈极显著正相关。钾含量与可溶性总糖和还原糖呈极显著正相关，与总氮、烟碱呈极显著负相关。烟叶磷含量与总氮、烟碱呈显著正相关。叶黄素含量和β-胡萝卜素含量里极显著正相关。叶黄素、β-胡萝卜素含量都与烟叶钾含量呈极显著正相关，都与烟叶氯含量呈显著负相关。叶黄素含量与烟叶总氮含量呈显著正相关。烤后烟叶钾含量与棕色化产物类、苯丙氨酸类中性致香物呈极显著负相关，与类胡萝卜素类中性致香物、新植二烯呈极显著正相关。 (7)对各处理烤后烟叶的内在品质进行模糊综合评价，采用层次分析法(AHP)确定了各指标的权重，并建立了烟叶品质的隶属函数。以模糊综合评价的总得分为品质指数，建立氮、磷、钾旎肥量与品质指数豹回归方程，并对回归方程进行优化。结果表明，盆栽试验适宜的氮肥施用量为每株4.66～5.84g纯氮，施磷量为每株8.03～10.47 g P2O5，施钾量为每株22.79～28.46gK2O。在回归方程优化的基础上以两年盆栽试验结果建立了包含土壤基础肥力贡献率和烟草品种需肥量等参数的烟草氮磷钾的施肥模型，并以两年大田试验的结果对施肥模型进行了验证。 本研究的主要创新点如下： (1)提出并建立了基于地统计学的农业田间试验地选择及评价的新方法; (2)建立了基于频次分析的三因素交互作用的分析方法，并用该方法分析了氮磷钾肥对烟草类胡萝卜素的交互作用； (3)建立了烟草氮磷钾肥与综合品质指数的经验模型，并在此基础上建立了包含土壤基础肥力贡献率和烟草品种需肥量等参数的施肥模型。

目录

论文说明：英文缩写符号及中英文对照表

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致谢

摘要

1文献综述

1.1我国烟草氮磷钾肥的施肥现状分析

1.2氮磷钾肥与烤烟内在品质关系的研究进展

1.2.1氮磷钾肥对烟草生长、产量、产值及烤后烟叶常规化学成分的影响

1.2.2施肥对烤后烟叶类胡萝卜素的影响

1.2.3施肥对烤后烟叶中性致香物质的影响

1.2.4烟叶香型风格与烟叶常规化学成分、中性致香物质的关系

1.2.5氮磷钾肥对烤后烟叶矿质营养元素的影响

1.3土壤养分的空间变异性及其在农业田间试验中的应用

1.4作物施肥模型的研究进展及其建模技术

1.4.1作物施肥模型的研究进展

1.4.2作物建模技术

2引言

3材料与方法

3.1试验地概况

3.2材料与处理

3.3测定方法

3.3.1土壤养分

3.3.2烟叶常规化学成分

3.3.3烟叶类胡萝卜素

3.3.4烟叶中性香气物质

3.3.5烟叶矿质营养元素的测定

3.4数据处理与分析方法

4结果与分析

4.1试验地土壤养分的空间变异性分析

4.1.1试验地土壤养分的统计特征分析

4.1.2部分土壤肥力因子的各向同性半方差函数分析

4.1.3部分土壤肥力因子的Kriging插值图

4.1.4土壤养分空间变异性的评价方法

4.1.5试验地部分土壤肥力因子空间变异性的评价

4.1.6小结

4.2氮磷钾肥对烤烟产值的影响及其回归模型

4.2.1氮磷钾肥对产值的单因子效应分析

4.2.2氮磷钾肥对产值的双因素交互效应分析

4.2.3氮磷钾肥对产值的三因素交互效应分析

4.2.4回归模型的建立

4.2.5模型的优化方案

4.3氮磷钾肥对烤后烟叶总糖和还原糖的影响

4.3.1氮磷钾肥对烤后烟叶总糖的影响

4.3.2氮磷钾肥对烤后烟叶还原糖的影响

4.4氮磷钾肥对烤后烟叶总氮和烟碱的影响

4.4.1氮磷钾肥对烤后烟叶总氮的影响

4.4.2氮磷钾肥对烤后烟叶烟碱的影响

4.5氮磷钾肥对烤后烟叶类胡萝卜素的影响

4.5.1烤后烟叶中类胡萝卜素各组分的含量

4.5.2氮磷钾肥对烤后烟叶中叶黄素含量的影响

4.5.3氮磷钾肥对烤后烟叶中β-胡萝卜素含量的影响

4.6氮磷钾肥对烤后烟叶中性致香物质的影响

4.6.1氮磷钾肥对烤后烟叶类胡萝卜素类中性致香物含量的影响

4.6.2氮磷钾肥对烤后烟叶苯丙氨酸类中性致香物含量的影响

4.6.3氮磷钾肥对烤后烟叶棕色化产物类中性致香物的影响

4.6.4氮磷钾肥对烤后烟叶类西柏烷类中性致香物含量的影响

4.6.5氮磷钾肥对烤后烟叶新植二烯的影响

4.7氮磷钾肥对烤后烟叶矿质营养元素的影响

4.7.1氮磷钾肥对烤后烟叶钾含量的影响

4.7.2氮磷钾肥对烤后烟叶磷含量的影响

4.8烤烟部分内在品质指标的相关分析

4.8.1烤烟常规化学成分的相关分析

4.8.2烤烟常规化学成分与类胡萝卜素的相关分析

4.8.3烤烟常规化学成分与中性致香物质的相关分析

4.9试验各处理烤后烟叶内在品质的模糊综合评价

4.9.1建立评判因素集

4.9.2采用层次分析法(AHP)确定权重

4.9.3确定模糊综合评价的标准

4.9.4建立各指标相应的隶属函数

4.9.5总得分的计算

4.9.6各施肥处理烟叶化学品质综合评价的结果

4.10氮磷钾施肥模型的建立及验证

4.10.1经验模型的建立

4.10.2模型的优化方案

4.10.3土壤基础肥力贡献率的计算

4.10.4供试品种适宜的总氮磷钾肥供应量的计算

4.10.5施肥模型的建立及验证

5结论与讨论

5.1土壤差异给农业田间试验带来的误差及其控制措施

5.2氮磷钾肥对烤后烟叶产值及常规化学成分的影响

5.3氮磷钾肥对烤后烟叶类胡萝卜素的影响

5.4钾肥对烤后烟叶中性致香物质的影响

5.5氮磷钾肥对烤后烟叶营养元素的影响及其交互效应

5.6氮磷钾的配比

5.7施肥模型的应用

5.8主要结论

5.9主要创新点

5.10下一步的研究工作

参考文献

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