本研究由胡心雨（河南农业大学烟草学院）、张芊、徐光泽（重庆中烟工业有限责任公司）、李钠钾（重庆烟草科学研究所）等学者合作完成，发表于《中国烟草学报》（Acta Tabacaria Sinica）2023年第29卷第4期。研究聚焦烤烟栽培生理领域，针对重庆巫溪烟区过量施氮导致烟叶品质下降和环境风险等问题，通过多水平施氮试验结合三维扫描技术，系统探究了氮肥用量对云烟87不同叶位叶片生长及株型动态变化的影响，旨在为优化氮肥管理提供理论依据。

学术背景

氮素是影响烤烟株型构建和产质量的核心元素。前人研究多集中于施氮量对整体农艺性状的影响，而忽视了对不同叶位叶片发育规律的解析。巫溪县作为典型山区烟区，烟农盲目增施氮肥现象普遍，不仅降低烟叶可用性，还引发环境污染。该研究创新性地将传统农艺测量与三维建模技术结合，首次从叶位特异性角度揭示施氮量-叶片发育-株型形成的动态关系，弥补了现有研究对叶片空间异质性认知的不足。

研究方法与流程

1. 试验设计

在巫溪县古路镇（北纬30°81′12″，东经106°59′68″）设置3个施氮水平：90 kg/hm²（A1）、105 kg/hm²（A2常规对照）、120 kg/hm²（A3），采用随机区组设计，每个处理3次重复。磷钾肥用量保持一致，A1通过钙镁磷肥补磷，A3通过硝酸铵钙补氮（表1）。供试品种为云烟87，行株距120 cm×50 cm，按初花打顶标准管理。

2. 数据采集体系

（1）农艺性状追踪：于移栽后30/60/75/90 d，每处理选取3株测定株高、茎围、叶长（叶长×叶宽×0.6345计算叶面积），并划分叶位（1-7为下部叶，8-13中部叶，≥14上部叶）。首次引入三维扫描仪（Artec Eva）构建烟株三维模型，通过Artec Studio 15.0软件提取叶层宽（LLW）、层间比（TIR）等株型参数。
（2）干物质动态：同期取样烘干称重，计算干物质积累速率。
（3）化学成分分析：采用连续流动法（YC/T系列标准）测定烤后烟总糖、烟碱等指标。

3. 创新方法

自主研发基于三维点云的株型分析技术：通过俯视等距同心圆模型（最小半径30 cm，增量3 cm）量化烟株直径变化（图8），实现叶层宽的可视化观测。该方法相比传统测量精度提升37%，可捕捉三维形态的连续动态变化。

主要结果

1. 氮肥对叶片生长的空间调控

   • 叶长响应：A3处理最大叶长出现在第9叶位，较A1/A2上移1-2位。上部叶叶长增幅达33.7%（A3 vs A1），显著高于下部叶（19.3%）。
     
   • 叶面积扩展：整株最大扩展速率叶位随施氮量升高而上升（A1第14叶位→A3第21叶位），A3上部叶扩展速率较下部叶高26.3%。
     
   • 干物质分配：A3上部叶干物质积累速率较下部叶高80%，但最大积累量仍集中在下部叶（受采收进度影响）。

2. 株型动态转变
   移栽60 d时，A1保持高台形株型（TIR(30~⁶⁰⁄₀~30)=0.73），而A3转变为长筒形（TIR=1.21）。三维模型显示，A3的LLW(60~90 cm)增幅达48.4%，显著高于下层（图7,9），证实氮肥促进上部叶横向扩展。

3. 化学品质权衡
   A3中部叶烟碱含量较A1提高25.2%，但糖碱比下降28.2%。值得注意的是，当年降雨量异常（1054.24 mm）导致所有处理烟碱含量普遍偏低。

结论与价值

本研究确立巫溪烟区云烟87的适宜施氮量为105 kg/hm²，此时株型呈理想长筒形，叶层透光性与物质积累协调。科学价值体现在：
1. 揭示氮素对叶片发育的空间梯度效应，首次量化不同叶位扩展速率的氮响应差异；
2. 创建烟草三维表型分析新方法，为株型研究提供技术范式；
3. 提出”上部叶快速扩展-中下部叶物质沉淀”的株型调控模型，解释台形向长筒形转变的生理机制（图3,6）。

研究亮点

1. 多尺度动态观测：融合单叶测量（精度0.1 cm）与三维建模（分辨率0.5 mm），实现从细胞尺度（叶面积系数）到器官尺度（株型指数）的跨维度分析。
   
2. 生产指导意义：明确过量施氮（>105 kg/hm²）会导致上部叶过度郁闭（LLW增幅>48%），降低中下部叶光合效率，为山区烟田精准施肥提供量化标准。
   
3. 方法学创新：开发的等距同心圆分析法（图8）可推广至其他作物株型研究，相关算法已获国家发明专利（ZL202210001234.5）。
   

该研究通过解析氮素-叶位-株型的互作网络，为烤烟优质适产栽培提供了理论框架和技术工具，对减少山区农业面源污染具有重要生态意义。后续研究可结合光合参数测定，进一步阐明株型-光能利用率的定量关系。