氣象因子、土壤理化性狀與煙葉內(nèi)在化學(xué)成分的關(guān)聯(lián)度研究

周效峰，金亞波

（廣西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，廣西 南寧 530001）

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氣象因子、土壤理化性狀與煙葉內(nèi)在化學(xué)成分的關(guān)聯(lián)度研究

周效峰，金亞波

（廣西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，廣西 南寧 530001）

摘 要：對廣西省代表性煙區(qū)的氣象因子、土壤理化性狀與煙葉內(nèi)在化學(xué)成分的關(guān)聯(lián)度以及這3個方面在烤煙品質(zhì)形成中的貢獻(xiàn)率進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：影響烤煙品質(zhì)最主要的氣象因子是氣溫、濕度（降水）、日照，影響烤煙品質(zhì)的土壤理化性狀主要有土壤有機(jī)質(zhì)和氮、磷含量，影響烤煙品質(zhì)的化學(xué)成分有煙堿、總氮、鉀；從主成分分析結(jié)果來看，氣象因子是影響煙葉品質(zhì)的重要因素。對于氣象因子，5～8月的氣溫是影響化學(xué)成分積累的重要因素，特別是成熟期（7～8月）的氣溫影響最為顯著。全年氣象因子與煙葉總氮含量關(guān)聯(lián)度最高，與總糖含量關(guān)系密切。在煙葉內(nèi)在化學(xué)成分中，總氮、煙堿、揮發(fā)堿、揮發(fā)酸對氣候條件反應(yīng)最為顯著（生長期）；石油醚與土壤有機(jī)質(zhì)關(guān)聯(lián)度最高。

關(guān)鍵詞：烤煙品質(zhì)；氣象；土壤理化性狀；化學(xué)成分；關(guān)聯(lián)度

烤煙對環(huán)境相當(dāng)敏感，國內(nèi)外許多研究已證明，氣象條件、土壤性狀是影響烤煙物質(zhì)積累和化學(xué)成分變化的重要因子[1-6]。但是揭示累年逐侯氣候條件和主要土壤性狀對烤煙化學(xué)成分的影響，以及這些因子對烤煙品質(zhì)的貢獻(xiàn)率等方面的研究還比較少見。筆者對氣象因子、土壤理化性狀與煙葉內(nèi)在化學(xué)成分以及這3個方面在烤煙品質(zhì)形成中的貢獻(xiàn)率進(jìn)行關(guān)聯(lián)度和主成分相關(guān)分析，旨在揭示不同時期氣象因子、主要土壤性狀因子、煙葉內(nèi)在化學(xué)成分與烤煙品質(zhì)關(guān)聯(lián)的緊密程度，從而為烤煙區(qū)域布局和生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1　數(shù)據(jù)收集與處理

1.1數(shù)據(jù)收集

1.1.1煙葉內(nèi)在化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù) 采集了廣西省22個代表煙區(qū)的煙葉為樣本。取樣等級均為C3F，品種為云85，樣本數(shù)共計589個，測定項目有總糖、還原糖、總植物堿、總氮、揮發(fā)酸、揮發(fā)堿、石油醚、鉀、氯。1.1.2 土壤性狀數(shù)據(jù) 利用GPS定位技術(shù)在廣西省22個煙區(qū)采集土壤樣本388個，測定指標(biāo)為土壤有機(jī)質(zhì)、pH值、有效氮、有效磷、有效鉀、氯含量。

1.1.3氣象數(shù)據(jù) 氣象數(shù)據(jù)來源于廣西省氣象局和相關(guān)縣（市）氣象局，時間為1998～2012年。氣候考察因子為累年逐候平均氣溫、累年逐候最高氣溫、累年逐候最低氣溫、累年逐候降水總量、累年逐候蒸發(fā)量、累年逐候日照時數(shù)、累年逐候相對濕度。

1.2數(shù)據(jù)處理

利用因子、灰色系統(tǒng)分析[7-8]。灰色系統(tǒng)以總糖、還原糖、總植物堿、總氮等9 種化學(xué)成分為母序列，以烤煙7個氣候因子（侯氣溫、侯降雨量、侯蒸發(fā)量、侯日照時數(shù)等）和6個土壤理化性狀（pH值、有機(jī)質(zhì)、堿解氮等）為子序列，對不同氣候因子及土壤理化性狀與化學(xué)成分進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度分析。

計算關(guān)聯(lián)系數(shù)：經(jīng)過數(shù)據(jù)變換的母數(shù)列記為：{X0（t）}，子數(shù)列記為{Xi（t）}，則在時刻t=k時母序列{X0（t）}與子序列{Xi（t）}的關(guān)聯(lián)系數(shù)L0i（k）可由下式計算：

式中，△0i（k）表示k時刻兩序列的絕對差，即△0i（k）=|x0（k）-xi（k）|（1≤i≤m）；△max和△min分別表示所有比較序列各個時刻絕對差中的最大值與最小值。因為需要比較序列相交，故一般取△min=0；ρ稱為分辨系數(shù)，其意義是削弱最大絕對差數(shù)值太大引起的失真，提高關(guān)聯(lián)系數(shù)之間的差異顯著性，ρ∈（0，1），一般情況下可取0.1～0.5。關(guān)聯(lián)系數(shù)反映兩個被比較序列在某一時刻的緊密（靠近）程度。

2　結(jié)果與分析

2.1不同氣象因子對煙葉內(nèi)在化學(xué)成分的關(guān)聯(lián)度分析

2.1.1總 糖 總糖是決定烤煙品質(zhì)的重要化學(xué)成分，由表1～5可以看出，團(tuán)棵期（4月）空氣相對濕度、旺長期（5月）蒸發(fā)量、打頂期（6月）降水總量以及成熟期（7、8月）的蒸發(fā)量、日照時數(shù)等氣象因子與煙葉總糖的關(guān)聯(lián)度較大。就日照時數(shù)而言，與總糖關(guān)聯(lián)度較大的為旺長期（5月）和成熟期（7、8月）的日照時數(shù)；從氣溫來看，與總糖的關(guān)聯(lián)度較大的為打頂期（6月）和成熟期（7月）的最高氣溫；對降雨量來講，降雨量與總糖的積累關(guān)聯(lián)度在5月旺長期與6月打頂期最大，但相比較而言，6月的降雨量是影響煙葉總糖的主要因子。從總體上看來，旺長期和打頂期的蒸發(fā)量、降雨量為影響煙葉水溶性總糖的相對重要的氣象因子，而成熟期的溫度和日照、蒸發(fā)量起著重要的作用。

表1　4月團(tuán)棵期氣象因子與煙葉內(nèi)在化學(xué)成分的關(guān)聯(lián)度分析

表2　5月旺長期氣象因子與煙葉內(nèi)在化學(xué)成分的關(guān)聯(lián)度分析

表3　6月打頂期氣象因子與煙葉內(nèi)在化學(xué)成分的關(guān)聯(lián)度分析

表4　7月成熟初、中期氣象因子與煙葉內(nèi)在化學(xué)成分的關(guān)聯(lián)度分析

2.1.2還原糖 還原糖與氣象因子的關(guān)聯(lián)度分析（表1～5）表明，氣象因子與水溶性總糖和與還原糖的關(guān)聯(lián)度基本一致，總體上以成熟期的蒸發(fā)量、日照時數(shù)、旺長期蒸發(fā)量、降雨量和日照時數(shù)與煙葉還原糖的關(guān)系較緊密。不同的是在4月即團(tuán)棵期的蒸發(fā)量對還原糖的影響較大。

表5　8月成熟后期氣象因子與煙葉內(nèi)在化學(xué)成分的關(guān)聯(lián)度分析

2.1.3總 氮 煙草中總氮含量和其中各類型的氮化合物含量之間有著密切的相關(guān)性，總氮含量高的煙葉，往往其他的氮化合物含量亦高。從表1～5中可以看出，成熟期（7、8月）的氣溫和蒸發(fā)量以及旺長期（5月）的氣溫與煙葉總氮的關(guān)聯(lián)度較高。就日照而言，打頂期日照與總氮含量的關(guān)聯(lián)度最高，說明光照對煙葉中總氮的合成與積累的貢獻(xiàn)與烤煙打頂也有很大的關(guān)系，即人為技術(shù)措施可以調(diào)控烤煙的總氮含量；從降雨量來看，成熟后期（8月）的降雨量與總氮的關(guān)聯(lián)度最高，旺長期次之。

2.1.4煙 堿 煙堿是煙葉中生物堿的主要存在形式，煙堿的形成受遺傳、農(nóng)業(yè)栽培、生理生物學(xué)、氣候因素等的影響[6]。由表1～5可知，與烤煙煙堿關(guān)聯(lián)度最為密切的氣象因子為團(tuán)棵期和旺長期的氣溫、打頂期的蒸發(fā)量、成熟初中期（7月）的溫度和日照時數(shù)、成熟后期（8月）的降水量與濕度。就降雨量而言，旺長期（5月）和團(tuán)棵期的降雨量與煙堿含量的關(guān)聯(lián)度最高；從氣溫來看，成熟期（7月）的氣溫與煙堿的積累關(guān)系最為密切；對日照時數(shù)來說，打頂期和成熟初中期的日照時數(shù)與煙堿的關(guān)聯(lián)度最大。

2.1.5揮發(fā)酸和揮發(fā)堿 揮發(fā)酸的含量對煙葉評吸質(zhì)量有較大的影響，含量適宜時煙氣吃味醇和；其中的丙烯酸、異戊酸和β–甲基戊酸等，不僅可降低煙氣堿性，使吃味變得醇和，而且有利于提升煙葉香氣。一般來說，揮發(fā)性有機(jī)酸含量高，煙葉吃味較好；揮發(fā)堿含量低，煙氣平淡或粗糙；揮發(fā)堿含量高則出現(xiàn)濃烈的刺激性煙氣或苦味。由表1～5可知，團(tuán)棵期（4月）的蒸發(fā)量、日照時數(shù)對揮發(fā)酸影響較大，而氣溫和日照時數(shù)對揮發(fā)堿有影響；旺長期氣溫和相對濕度與揮發(fā)酸關(guān)系密切，而日照時數(shù)和濕度與揮發(fā)堿關(guān)系密切；打頂期氣溫對揮發(fā)酸和揮發(fā)堿的關(guān)聯(lián)度最大，具有一致性；成熟初中期（7月）的日照和氣溫與二者的關(guān)聯(lián)度最為密切。就日照而言，旺長期（5月）和成熟初中期（7月）的日照與揮發(fā)堿含量關(guān)聯(lián)度最高；從氣溫來看，氣溫是影響烤煙揮發(fā)酸、揮發(fā)堿形成的重要氣溫因素。

2.1.6鉀、氯、石油醚 氯是影響煙葉燃燒性的主要元素，氯含量高的煙葉不但燃燒性不良，而且雜氣、刺激性重，工業(yè)使用價值低。由表1～5可知，團(tuán)棵期對煙葉氯、石油醚等含量影響較大的是降水量，對煙葉鉀含量影響較大的是日照時數(shù)；旺長期對煙葉氯含量影響較大的是氣溫，對煙葉石油醚和鉀含量影響最大的是相對濕度；打頂期與煙葉氯和石油醚含量關(guān)聯(lián)度最大的是氣溫，與煙葉鉀含量關(guān)聯(lián)度最大的是蒸發(fā)量；成熟期（7月），日照對煙葉氯、石油醚含量影響最大，而氣溫對煙葉鉀含量影響較大；烤煙生長后期（8月）對三者影響較大的是降水量和相對濕度。

2.2土壤理化性狀與煙葉內(nèi)在化學(xué)成分的關(guān)聯(lián)度分析

從表6中可以看出，總體上，煙葉內(nèi)在化學(xué)成分與土壤理化性狀關(guān)聯(lián)度最大的是揮發(fā)堿，其次是鉀離子，再次是揮發(fā)酸；而影響煙葉揮發(fā)堿形成的主要土壤理化性狀是有機(jī)質(zhì)，影響煙葉鉀、氯含量的土壤理化性狀是磷元素，而不是鉀、氯本身，這說明土壤中磷元素增多的情況下或與鉀、氯元素產(chǎn)生拮抗作用。因此，在肥料使用比例上可以考慮增加鉀肥的比例，而氯對烤煙來講是敏感元素，可根據(jù)土壤狀況適量運用。煙草石油醚提取物中含有芳香油、樹脂、磷脂、蠟脂等體現(xiàn)煙草香氣的物質(zhì)，其含量越高，煙葉的香氣量越足。煙葉石油醚的含量與土壤理化性狀的關(guān)聯(lián)度僅次于揮發(fā)酸，而影響煙葉石油醚生成的主要土壤理化性狀是土壤有機(jī)質(zhì)，關(guān)聯(lián)系數(shù)高達(dá)0.483 4。與煙葉氮化合物和糖含量關(guān)聯(lián)度最高的土壤理化性狀是氮、有機(jī)質(zhì)、磷。

表6　土壤理化性狀與化學(xué)成分的關(guān)聯(lián)度分析

2.3影響烤煙品質(zhì)因素的主成分分析

對氣象、土壤、化學(xué)成分共計22個因子進(jìn)行主成分分析，根據(jù)特征根（大于1）與累計貢獻(xiàn)率提取6個主成分，解釋22個因子影響烤煙品質(zhì)的大小規(guī)律。由表7和圖1可知，第一主成分是累年逐侯最高氣溫，第二主成分是煙堿，第三主成分是土壤有機(jī)質(zhì)，第四主成分是總氮，第五主成分是鉀離子，第六主成分累年逐候相對濕度。

第一到第六主成分的計算公式依次為：

圖1　主成分旋轉(zhuǎn)立體圖

表7　主成分因子負(fù)荷矩陣

3　結(jié)論與討論

不同生育期氣象條件與烤煙品質(zhì)的形成有著密切的聯(lián)系[9-11]。在影響烤煙品質(zhì)的氣象因子中，不同的氣象因子以及不同生育時期的氣象條件對烤煙化學(xué)品質(zhì)的形成有著不同的作用。影響烤煙品質(zhì)最主要的氣象因子是氣溫、濕度（降水）、日照；影響烤煙品質(zhì)的土壤理化性狀主要是土壤有機(jī)質(zhì)和氮、磷含量；對烤煙品質(zhì)貢獻(xiàn)率較大的化學(xué)成分是煙堿、總氮和鉀含量。

從主成分分析結(jié)果來看，氣象因子是影響烤煙品質(zhì)的重要因素。其中，5～8月的氣溫是影響煙葉內(nèi)在化學(xué)成分積累的重要因素，特別是成熟期（7～8月）的氣溫影響最為顯著。全年氣象與煙葉總氮含量的關(guān)聯(lián)度最高，與總糖的關(guān)系也較密切。

在化學(xué)成分因子中，總氮、煙堿、揮發(fā)堿和揮發(fā)酸對氣候條件反應(yīng)最為顯著（生長期）；而石油醚的含量與土壤有機(jī)質(zhì)關(guān)聯(lián)度最高，說明增施有機(jī)肥對烤煙香氣形成有重要作用。

對氣象因子、土壤理化性狀與煙葉內(nèi)在化學(xué)成分以及這3個方面在烤煙品質(zhì)形成中的貢獻(xiàn)率進(jìn)行關(guān)聯(lián)度和主成分相關(guān)分析，得出一些較為明顯的規(guī)律，從而指導(dǎo)煙葉的生產(chǎn)和區(qū)域規(guī)劃。

此外，影響烤煙品質(zhì)的因素還有品種、施肥、栽培技術(shù)等，其綜合影響還需進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)：

[1] 肖金香，劉正和，王 燕，等. 氣候生態(tài)因素對烤煙產(chǎn)量與品質(zhì)的影響及植煙措施研究[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報， 2003，11（4）：158-160.

[2] 林敬凡，魯心正. 氣候條件對烤煙質(zhì)量的影響[J]. 氣象，1995，21 （1）：44-47.

[3] 許自成，王 林，王金平，等. 湖南烤煙化學(xué)成分與土壤有機(jī)質(zhì)含量的關(guān)系[J]. 生態(tài)學(xué)雜志，2006，25（10）：1186-1190.

[4] 黎妍妍，許自成，王金平，等. 湖南烤煙總糖、還原糖含量與幾種土壤養(yǎng)分的關(guān)系分析[J]. 土壤通報，2007，38（5）：911-914.

[5] 秦 松，劉大翠，劉 靜，等. 土壤肥力對煙葉化學(xué)成分及品質(zhì)的影響[J]. 土壤通報，2007，38（5）：901-905.

[6] 朱尊權(quán)（譯）. 煙草的生產(chǎn)、生理和生物化學(xué)[M]. 上海：上海遠(yuǎn)東出版社，1993.

[7] 鄧聚龍. 灰色預(yù)測與決策[M]. 武漢：華中理工大學(xué)出版社，1986.

[8] 張文彤. SPSSⅡ統(tǒng)計分析教程（高級篇）[M]. 北京：北京希望電子出版社，2002.

[9] 周金仙，盧江平，劉敬業(yè)，等. 云南煙草品種區(qū)域化布局研究初報[R]. 云南煙草科學(xué)研究院科研年報，2000. 44-48.

[10] 賀長華，任 緯. 烤煙氣象[M]. 昆明：云南科技出版社，2001.

[11] 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所. 中國煙草栽培學(xué)[M]. 上海：上?？茖W(xué)出版社，1987.

（責(zé)任編輯：成 平）

Correlation Study of Meteorological Factors， Soul Physical and Chemical Properties and Tobacco Leaves Chemical Composition

ZHOU Xiao-feng，JIN Ya-bo
（Guangxi China Tobacco Industry Co.， Ltd， Nanning 530001， PRC）

Abstract：The correlation between meteorological factors, soil physical and chemical properties and the chemical composition of tobacco leaves in Guangxi province were analyzed. The contribution rate of these 3 aspects to the formation of flue-cured tobacco quality was analyzed. The results showed that the main meteorological factors affecting the quality of flue-cured tobacco were air temperature，humidity (precipitation), and sunshine, the soil physical and chemical properties were the contents of soil organic matter, nitrogen and phosphorus， which influenced the quality of flue-cured tobacco， the chemical components which affecting the flue-cured tobacco quality were nicotine, total nitrogen and potassium; according to the results of principal component analysis, meteorological factors are important factors affecting the intrinsic chemical composition of tobacco leaves. For meteorological factors, the temperature from May to August is an important factor affecting the accumulation of chemical components， especially the maturity period （July to August） has significant impact on temperature. The meteorological factors of whole year has highest correlation with total nitrogen content of tobacco leaves, closely related to the total sugar. In the intrinsic chemical composition of tobacco leaves, total nitrogen, nicotine, volatile base and volatile acid have the most significant response to climate conditions； the petroleum ether has the highest correlation with soil organic matter.

Key words：flue cured tobacco quality； meteorological； soil physical and chemical properties； chemical composition； correlation

作者簡介：周效峰（1976-）男，壯族，廣西上林縣人，助理農(nóng)藝師，主要從事烤煙栽培與煙葉調(diào)撥等工作。

基金項目：廣西中煙科技項目（2011YL01）

收稿日期：2016-02-22

DOI:10.16498/j.cnki.hnnykx.2016.04.023

中圖分類號：S572.05

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1006-060X（2016）04-0076-04