洛陽(yáng)市植煙區(qū)生態(tài)環(huán)境聚類(lèi)及煙葉化學(xué)成分分析

董洪旭 董昆樂(lè) 宋紀(jì)真 劉芳 郭建華 趙世民

摘要 [目的]分析不同生態(tài)環(huán)境煙葉的化學(xué)成分差異性及適宜性。[方法]以降雨、海拔和日照條件為因子，對(duì)洛陽(yáng)市煙區(qū)生態(tài)環(huán)境進(jìn)行系統(tǒng)聚類(lèi)，并抽取34個(gè)樣品分析了不同生態(tài)環(huán)境中煙葉的化學(xué)成分含量及適宜性。[結(jié)果]與2015年全國(guó)平均含量相比，洛陽(yáng)市煙葉的總植物堿、總氮和鉀含量較低，淀粉和游離氨基酸含量略高，樣品間氯含量、鉀氯比和糖堿比變異較大；聚類(lèi)分析將洛陽(yáng)市煙區(qū)劃分為A、B、C、D 4類(lèi)小生態(tài)環(huán)境煙區(qū)；A類(lèi)煙區(qū)煙葉的總植物堿、氯含量相對(duì)較高，D類(lèi)煙區(qū)煙葉的鉀氯比、糖堿比和氮堿比相對(duì)較高；4類(lèi)煙區(qū)煙葉的總植物堿、總氮、游離氨基酸含量和氮堿比適宜性較好，碳水化合物含量高出適宜范圍，糖堿比例不協(xié)調(diào)，鉀、氯含量偏低。[結(jié)論]總體來(lái)看，A類(lèi)煙區(qū)煙葉化學(xué)成分適宜性最佳。

關(guān)鍵詞 烤煙；生態(tài)環(huán)境；化學(xué)成分

中圖分類(lèi)號(hào) TS41+1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2017）04-0021-04

Cluster Analysis of Ecological Environment and Analysis of Chemical Compositions of Tobacco Leaf in Tobacco Planting Area of Luoyang City

DONG Hong-xu1，DONG Kun-le2，SONG Ji-zhen1 ，ZHAO Shi-min2* et al

（1. Zhengzhou Tobacco Research Institute of CNTC，Zhengzhou，Henan 450001； 2. Luoyang Branch，Henan Provincial Tobacco Company，Luoyang，Henan 471000）

Abstract [Objective] Differences between the chemical compositions and suitability of tobacco leaves in different ecological environments were analyzed.[Method]The ecological environment of tobacco growing in Luoyang City was cluster based on the factors of rainfall，altitude and sunshine，and 34 samples were collected to analyze the content and suitability of the chemical components of tobacco leaves in different ecological environments. [Result]The results showed that compared with the national average in 2015，the total alkaloid，nitrogen and potassium content of Luoyang Citys tobacco leaves were lower，however，starch and total free amino acids were slightly higher. And the variation coefficient of chlorine content，ratio of potassium to chlorine and ratio of sugar to nicotine among samples was larger than other indices. The cluster analysis divided the Luoyang tobacco growing area into four kinds of small ecological environment whitch were called kind A，kind B，kind C and kind D. The total alkaloid and chlorine content were relatively high in leaves of kind A， ratio of potassium to chlorine，ratio of reducing sugar to nicotine and ratio of nitrogen to nicotine were relatively high in leaves of kind D.In four kinds of tobacco growing area，the content of total alkaloid，total nitrogen and free amino acid and ratio of nitrogen to nicotine were at right levels，and carbohydrate content indices were higher than the appropriate range while the content of potassium and chlorine were lower. [Conclusion] Tobacco chemical composition suitability of A kind tobacco growing area is the best.

Key words Flue-cured tobacco；Ecological environment；Chemical composition

化學(xué)成分協(xié)調(diào)性是評(píng)價(jià)煙葉品質(zhì)的重要手段，已成為卷煙工業(yè)企業(yè)原料質(zhì)量控制和質(zhì)量目標(biāo)設(shè)定[1-2]的重要內(nèi)容。煙葉化學(xué)成分除受栽培和烘烤等因素影響外，還受海拔、降雨、日照等生態(tài)因子的影響。對(duì)于不同生態(tài)環(huán)境與煙葉化學(xué)成分的相關(guān)性已有大量研究[3-6]。王建偉等[7]分析了不同移栽期條件下烤煙主要生育期氣象條件的變化和烤后煙葉主要化學(xué)成分的差異，并對(duì)兩者的相關(guān)性進(jìn)行了分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，總氮與日照時(shí)數(shù)呈負(fù)相關(guān)，而碳水化合物與日照時(shí)數(shù)呈正相關(guān)，與降雨量呈負(fù)相關(guān)；石俊雄等[8]通過(guò)逐步回歸，綜合分析海拔、氣象、土壤等生態(tài)因素對(duì)煙葉化學(xué)成分的影響，發(fā)現(xiàn)日照時(shí)數(shù)與還原糖、總糖、淀粉和鉀含量呈正相關(guān)，與總植物堿和總氮含量呈負(fù)相關(guān)，降水量與總糖、還原糖、總植物堿和氯含量呈負(fù)相關(guān)；李亞飛等[9]認(rèn)為海拔與煙葉主要含氮化合物含量呈負(fù)相關(guān)，與煙葉主要含碳化合物呈正相關(guān)；李洪勛[10]、穆彪等[11]認(rèn)為，總植物堿含量和總氮含量均隨海拔升高而降低。

洛陽(yáng)市位于河南西部，屬于黃淮煙草種植一級(jí)區(qū)和豫西丘陵山地烤煙二級(jí)區(qū)，是烤煙種植適宜區(qū)和次適宜區(qū)[12]，由于洛陽(yáng)市地處我國(guó)第二階梯與第三階梯交界帶，丘陵和山地面積較多，生態(tài)環(huán)境復(fù)雜。筆者以洛陽(yáng)市降水、日照和海拔信息為依據(jù)，對(duì)其主煙區(qū)生態(tài)環(huán)境進(jìn)行聚類(lèi)，并分析不同生態(tài)環(huán)境煙葉的化學(xué)成分差異性及適宜性，以期為洛陽(yáng)市煙區(qū)以品牌為導(dǎo)向改善煙葉品質(zhì)、實(shí)現(xiàn)烤煙的優(yōu)質(zhì)適產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 自然條件信息和樣品來(lái)源

洛陽(yáng)市主煙區(qū)（64個(gè)煙站）的自然條件（降雨量、日照時(shí)數(shù)、海拔）信息由洛陽(yáng)市氣象局提供。2015年我國(guó)主產(chǎn)區(qū)C3F等級(jí)煙葉化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)摘自2015年版中國(guó)煙葉質(zhì)量白皮書(shū)（由中國(guó)煙葉公司、中國(guó)煙草總公司鄭州煙草研究院發(fā)布）。

抽取洛陽(yáng)市34個(gè)煙站的初烤煙葉樣品進(jìn)行化學(xué)成分檢測(cè)，等級(jí)為C3F，每樣品3 kg，品種為當(dāng)?shù)刂髟云贩N，具體抽樣點(diǎn)：洛寧（楊坡煙站、興華煙站、長(zhǎng)水煙站、羅嶺煙站、山底收購(gòu)點(diǎn)、下峪煙站、東宋煙站）；宜陽(yáng)（鹽鎮(zhèn)煙站、柳泉煙站、三鄉(xiāng)煙站、白楊煙站、上觀收購(gòu)點(diǎn)、蓮莊收購(gòu)點(diǎn)、趙保煙站、董王莊煙站、高村煙站、穆冊(cè)收購(gòu)點(diǎn)）；汝陽(yáng)（劉店煙葉工作站、上店收購(gòu)點(diǎn)、蔡店煙葉工作站、柏樹(shù)煙葉工作站）；嵩縣（舊縣煙站、大坪煙站、閆莊煙站、田湖煙站、飯坡煙站、九店煙站）；伊川（呂店煙站、鳴皋煙站、酒后煙站、葛寨煙站）；新安（鐵門(mén)煙站、李村煙站、曹村煙站）。

1.2 煙葉化學(xué)成分的測(cè)定

按照YC/T 160—2002、YC/T 161—2002、YC/T 159—2002、YC/T 162—2002、YC/T 173—2003方法測(cè)定煙葉總植物堿、總氮、還原糖、氯、鉀含量；按照YC/T 31—1996方法測(cè)定游離氨基酸含量，包括標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的天門(mén)冬氨酸、谷氨酸、脯氨酸等21種氨基酸；按照高氯酸萃取-碘比色法（根據(jù)YC/T 216—2007及Mohapatra[13]的方法）測(cè)定煙葉淀粉含量；運(yùn)用推算法得出糖堿比（還原糖/總植物堿）、氮堿比（總氮/總植物堿）、鉀氯比（鉀/氯）。

1.3 數(shù)據(jù)處理 采用SPSS 19.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)、聚類(lèi)分析及方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 煙葉化學(xué)成分

由表1、2可知，與2015年我國(guó)主產(chǎn)區(qū)C3F等級(jí)煙葉化學(xué)成分含量相比，洛陽(yáng)市煙葉總植物堿和總氮含量中等略低；還原糖、總糖含量中等，且樣品間變異較小，95%置信區(qū)間分別為27.12%～28.81%、31.21%～33.10%；淀粉含量中等略高，鉀含量較低；樣品間的氯含量、鉀氯比和糖堿比變異較大，95%置信區(qū)間為分別為0.23%～0.32%、4.75～6.82、14.45～18.42；氮堿比中等，95%置信區(qū)間為0.83～0.97。除上述常見(jiàn)指標(biāo)外，游離氨基酸也是煙草中重要的含氮化合物，研究表明，煙葉中共存在43種氨基酸，常見(jiàn)的有20種，總量在2.00～10.00 mg/g，洛陽(yáng)市煙葉游離氨基酸總量中等略高，95%置信區(qū)間為7.89～9.36 mg/g。

2.2 生態(tài)環(huán)境聚類(lèi)分析

以降雨量、日照時(shí)數(shù)和海拔作為變量，采用平方歐氏距離來(lái)衡量洛陽(yáng)主要煙區(qū)自然條件差異，用最短距離法對(duì)各煙站的氣候條件進(jìn)行聚類(lèi)分析，64個(gè)煙站在平方歐氏距離為15.0處被劃分為4類(lèi)不同的小生態(tài)環(huán)境煙區(qū)（A、B、C和D類(lèi)），結(jié)果見(jiàn)圖1和表3。

A類(lèi)包含24個(gè)煙站，包括新安縣、宜陽(yáng)縣大部分地區(qū)及整個(gè)汝陽(yáng)縣，其自然條件主要表現(xiàn)：多雨寡照，年降雨量在640.00 mm以上，平均656.80 mm，年日照時(shí)數(shù)2 068.00 h以下，平均2 038.82 h；海拔中等偏低，多數(shù)在350.00～500.00 m，平均海拔413.88 m。

B類(lèi)包含9個(gè)煙站，包括伊川縣、孟津縣部分區(qū)域和洛寧縣小部分區(qū)域，其自然條件主要表現(xiàn)：雨量中等，年均降雨量631.41 mm；日照較長(zhǎng)，年日照時(shí)數(shù)2 181.00 h以上，平均 2 221.20 h；海拔較低，多數(shù)海拔330.00 m以下，平均海拔292.56 m。

C類(lèi)包含21個(gè)煙站，包括伊川縣、孟津縣、洛寧縣部分區(qū)域以及整個(gè)嵩縣，其自然條件主要表現(xiàn)：雨量中等，平均年降雨量632.08 mm；日照較長(zhǎng)，年日照時(shí)數(shù)2 181.00 h以上，平均2 205.50 h；海拔中等偏高，為400.00～590.00 m，平均海拔490.67 m。

D類(lèi)包含10個(gè)煙站，包括宜陽(yáng)、新安小部分區(qū)域以及洛寧縣部分區(qū)域，其自然條件主要表現(xiàn)：雨量較少，平均年降雨量605.03 mm；日照中等，年日照時(shí)數(shù)2 068.00～2 181.00 h，平均2 154.46 h；海拔較高，590.00 m以上。

綜上所述，洛陽(yáng)市各植煙區(qū)的自然條件具有一定差異，聚類(lèi)分析將其劃分為4類(lèi)小生態(tài)環(huán)境。不同生態(tài)環(huán)境可能會(huì)影響煙葉化學(xué)成分，因此，進(jìn)一步分析不同小生態(tài)環(huán)境間烤煙煙葉的化學(xué)成分差異性。

2.3 不同生態(tài)環(huán)境間煙葉化學(xué)成分比較

依據(jù)自然條件聚類(lèi)分析的結(jié)果，將34個(gè)煙葉樣品劃分至相應(yīng)的類(lèi)別，測(cè)定其主要化學(xué)成分含量，分析不同生態(tài)環(huán)境間煙葉化學(xué)成分差異，并評(píng)價(jià)化學(xué)成分的適宜性，結(jié)果見(jiàn)表4。

2.3.1 含氮化合物。

總植物堿和總氮含量是烤煙常用的含氮化合物指標(biāo)，總氮含量反映煙葉田間營(yíng)養(yǎng)狀況和內(nèi)在化學(xué)成分協(xié)調(diào)性，總植物堿決定了卷煙煙氣的勁頭，優(yōu)質(zhì)烤煙總氮、總植物堿在1.5%～3.5%，以2.5%最優(yōu)[15]。由表4可知，洛陽(yáng)市4類(lèi)煙區(qū)的總植物堿、總氮含量均在適宜范圍內(nèi)，其中A類(lèi)煙區(qū)總植物堿和總氮含量接近最適值。A類(lèi)煙區(qū)總植物堿含量最高，D類(lèi)煙區(qū)最低，且二者間差異顯著；4類(lèi)煙區(qū)間總氮含量無(wú)顯著差異。

游離氨基酸也是煙草中一類(lèi)非常重要的含氮化合物，若煙葉中游離氨基酸含量太高，煙氣辛辣、味苦，刺激性強(qiáng)烈，若含量太低，煙氣則平淡無(wú)味，缺少豐滿度[16-17]。洛陽(yáng)市烤煙煙葉游離氨基酸含量最高的是A類(lèi)煙區(qū)，C類(lèi)次之，B類(lèi)、D類(lèi)含量最低，但4個(gè)煙區(qū)間差異不顯著。

2.3.2 碳水化合物。

還原糖和總糖含量是烤煙重要的碳水化合物指標(biāo)，還原糖和總糖含量適宜，煙葉品質(zhì)好，葉片柔軟，彈性好，色澤鮮亮[18]。優(yōu)質(zhì)烤煙總糖含量在20%～26%，還原糖含量在18%～25%[15]。由表4可知，洛陽(yáng)市4類(lèi)煙區(qū)碳水化合物指標(biāo)均偏高，且均高出適宜范圍的上限，會(huì)導(dǎo)致煙葉吸味平淡，香氣不足[19]。還原糖含量最高的為A類(lèi)煙區(qū)，總糖含量最高的為D類(lèi)煙區(qū)，還原糖、總糖含量最低的均為B類(lèi)煙區(qū)，4類(lèi)煙區(qū)間碳水化合物指標(biāo)間差異未達(dá)顯著水平。

淀粉在煙葉燃燒時(shí)對(duì)煙氣質(zhì)量產(chǎn)生不良影響，一般認(rèn)為煙葉淀粉含量越低越好，優(yōu)質(zhì)烤煙的淀粉含量應(yīng)低于3.5%[20]。4類(lèi)煙區(qū)淀粉含量均大于3.5%，含量最低的為A類(lèi)煙區(qū)，最高的為C類(lèi)煙區(qū)，但差異不顯著。

2.3.3 其他化學(xué)成分。鉀影響煙葉的燃燒性，優(yōu)質(zhì)烤煙鉀含量一般不低于2%[15]，由表4可知，洛陽(yáng)市4類(lèi)煙區(qū)鉀含量偏低，均低于2%，各煙區(qū)間鉀含量差異不顯著。

烤煙氯含量在0.4%～0.8%較為適宜[15]，氯含量太低則煙葉易碎，太高則燃燒性變差。4類(lèi)煙區(qū)煙葉氯含量均低于適宜范圍的下限，其中A類(lèi)煙區(qū)煙葉氯含量最高，為0.35%，接近適宜范圍下限，B類(lèi)、D類(lèi)煙區(qū)煙葉氯含量顯著低于A類(lèi)煙區(qū)煙葉。

2.3.4 化學(xué)成分派生值。

鉀氯比是衡量煙葉燃燒性的重要指標(biāo)，優(yōu)質(zhì)烤煙的鉀氯比為4～10[15]。洛陽(yáng)市4類(lèi)煙區(qū)煙葉鉀氯比均在適宜范圍內(nèi)，其中D類(lèi)最高，A類(lèi)最低，二者間差異顯著。

糖堿比反映煙氣的酸堿平衡關(guān)系，優(yōu)質(zhì)烤煙的糖堿比應(yīng)在8～10。4類(lèi)煙區(qū)煙葉糖堿比均超過(guò)最適范圍，其中B類(lèi)、D類(lèi)煙區(qū)遠(yuǎn)超出最適范圍上限。A類(lèi)煙區(qū)煙葉糖堿比最低，且顯著低于D類(lèi)煙區(qū)。

氮堿比是衡量煙葉含氮化合物轉(zhuǎn)化率的重要指標(biāo)，優(yōu)質(zhì)烤煙氮堿比應(yīng)在1左右。4類(lèi)煙區(qū)煙葉氮堿比均接近最適值，其中D類(lèi)最高，A類(lèi)最低，二者間差異顯著。

3 結(jié)論與討論

（1）與2015年我國(guó)主產(chǎn)區(qū)C3F等級(jí)煙葉化學(xué)成分含量相比，洛陽(yáng)市煙區(qū)煙葉的總植物堿、總氮和鉀含量較低，淀粉和游離氨基酸含量略高，樣品間氯含量、鉀氯比和糖堿比的變異較大。

（2）依據(jù)自然條件可將洛陽(yáng)煙區(qū)可劃分為A類(lèi)（多雨寡照，中偏低海拔）、B類(lèi)（雨量中等，長(zhǎng)日照，低海拔）、C類(lèi)（雨量中等，長(zhǎng)日照，中偏高海拔）、D類(lèi)（少雨，日照中等，高海拔）4類(lèi)小生態(tài)環(huán)境煙區(qū)。A類(lèi)和D類(lèi)煙區(qū)降雨、日照和海拔均有較大差異，二者自然條件差異較大；B類(lèi)和C類(lèi)煙區(qū)除海拔差異外，降雨和日照均較為接近，總體自然條件差異較小。不同小生態(tài)環(huán)境間煙葉化學(xué)成分有一定差異，其中以總植物堿、氯以及3類(lèi)派生值指標(biāo)差異最為顯著：A類(lèi)煙區(qū)煙葉的總植物堿含量顯著高于D類(lèi)，氯含量顯著高于B類(lèi)和D類(lèi)，D類(lèi)煙區(qū)煙葉的鉀氯比、糖堿比和氮堿比均顯著高于A類(lèi)煙區(qū)。戴冕[21]研究發(fā)現(xiàn)，水對(duì)煙葉總植物堿積累起主導(dǎo)作用，溫和熱僅起輔助作用，該研究中總植物堿含量高的A類(lèi)煙區(qū)降雨量大，總植物堿含量低的B類(lèi)煙區(qū)降雨量小，這與其研究結(jié)果一致。

（3）化學(xué)成分適宜性方面，A類(lèi)煙區(qū)煙葉化學(xué)成分適宜性最好，其氮素相關(guān)的指標(biāo)（總植物堿、總氮和氮堿比）均在適宜范圍內(nèi)，且最接近最適值，此外A類(lèi)煙區(qū)煙葉的氯含量最接近適宜范圍；B類(lèi)、C類(lèi)和D類(lèi)煙區(qū)化學(xué)成分適宜性相對(duì)較差。整體來(lái)看，洛陽(yáng)市各煙區(qū)煙葉的總植物堿、總氮含量適宜，氮堿比適中，因此煙葉經(jīng)卷制后勁頭較好，且煙葉游離氨基酸含量均相對(duì)較高，這對(duì)增進(jìn)煙葉品質(zhì)、提高香吃味有利。4類(lèi)產(chǎn)區(qū)煙葉存在的問(wèn)題也較為相似：碳水化合物含量高出適宜范圍，糖堿比例不協(xié)調(diào)，鉀、氯含量偏低，這與孫建鋒等[22]研究結(jié)果較為一致。因此，在今后煙葉生產(chǎn)時(shí)應(yīng)注意：烘烤時(shí)適當(dāng)延長(zhǎng)變黃期時(shí)間，使淀粉較多地降解，讓糖類(lèi)充分地參與到美拉德反應(yīng)中[23]，以降低糖、淀粉含量，增加香氣物質(zhì)的積累；栽培期應(yīng)適當(dāng)增施或適時(shí)補(bǔ)施鉀肥，并注意氮、磷、鉀肥平衡，促進(jìn)煙株對(duì)鉀的吸收；根據(jù)需要，在煙株生長(zhǎng)期適當(dāng)補(bǔ)氯。

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