緯度和海拔二維因素對(duì)云南煙葉化學(xué)成分的影響

宋鵬飛，馬 迅，王蘿萍，董高峰，閆 輝，王 熾，李枝武，倪 明，胡 靖，陳興位，召 陽

(1.云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心, 云南 昆明 650231; 2.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境資源研究所, 云南 昆明 650205；3.永德縣土肥站, 云南 臨滄 677600)

【研究意義】煙葉的生長(zhǎng)發(fā)育是對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收、轉(zhuǎn)化和積累的過程，是吸收氮素等營(yíng)養(yǎng)元素合成各種含氮化合物(氮代謝)同時(shí)進(jìn)行光合作用合成并積累碳水化合物(碳代謝)的過程[1]。收獲煙葉作為烤煙種植的主要目的，煙葉受生態(tài)環(huán)境的不同表現(xiàn)出化學(xué)成分及協(xié)調(diào)性的差異，進(jìn)而影響煙氣特性和評(píng)吸質(zhì)量，最終決定煙葉品質(zhì)的形成?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】關(guān)于煙葉品質(zhì)與土壤條件、施肥狀況、栽培管理等因素的影響已有不少研究[2-3]，煙葉是煙株與環(huán)境接觸面積最大的器官，其內(nèi)在成分的變化被認(rèn)為是對(duì)環(huán)境適應(yīng)性的表現(xiàn)[4]。【本研究的切入點(diǎn)】試驗(yàn)研究表明，海拔對(duì)煙葉產(chǎn)量、質(zhì)量以及香吃味有著較明顯的影響[5-6]。但對(duì)煙葉內(nèi)在化學(xué)成分隨生態(tài)環(huán)境緯度和海拔二維因素階梯性變化研究較少，因此，研究不同生態(tài)環(huán)境條件下煙葉內(nèi)在化學(xué)成分變化，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)生態(tài)環(huán)境主效應(yīng)和交互效應(yīng)對(duì)煙葉代謝活動(dòng)的影響。云南是世界上海拔最高的烤煙種植區(qū)，其地勢(shì)由西北向東南形成3個(gè)階梯依次降低，立體氣候特征明顯，生態(tài)環(huán)境差異化特征突出。煙葉受生態(tài)環(huán)境和空間分布的差異，影響煙葉的代謝活動(dòng)和品質(zhì)形成?！緮M解決的關(guān)鍵問題】文章通過在云南煙區(qū)抽樣、調(diào)查、對(duì)比試驗(yàn)研究云南煙區(qū)不同緯度、不同海拔階梯分布下煙葉化學(xué)成分特征，系統(tǒng)地分析煙葉碳代謝、氮代謝隨生態(tài)環(huán)境階梯性的變化，為煙葉品質(zhì)形成和質(zhì)量穩(wěn)定提供理論依據(jù)，并對(duì)煙葉原料體系的構(gòu)建具有重要指導(dǎo)作用。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

云南省烤煙主產(chǎn)區(qū)，緯度跨度為北緯23.0°～27.0°，海拔高程跨度為600～2400 m，分布于云南省的普洱、紅河、臨滄、文山、玉溪、德宏、保山、楚雄、昆明、大理、曲靖、昭通等12個(gè)州(市)。年均降水量800～1600 mm，年平均溫度11.0～19.0℃，年均日照時(shí)數(shù)1000～3300 h，氣候溫暖濕潤(rùn)、雨熱同季、紫外線輻射強(qiáng)烈，烤煙主栽品種以K326、紅大、云87為主。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

圖1 緯度對(duì)煙葉總糖的估算邊際均值Fig.1 The figure of marginal mean in total sugar of flue-cured tobacco with different latitude

本研究在云南主要煙葉產(chǎn)區(qū)范圍北緯23°～27°，按1.0°緯度帶劃分，共分為5個(gè)緯度帶，按200 m海拔段劃分，分為1200、1400、1600、1800、2000、2200 m共6個(gè)海拔段。篩選出306個(gè)代表性煙葉產(chǎn)區(qū)，采集C3F煙葉進(jìn)行化學(xué)成分(總糖、還原糖、總氮、煙堿、鉀、氯)的檢測(cè)。總糖和還原糖的測(cè)定采用連續(xù)流動(dòng)法(YC/T 159-2002)，總氮采用連續(xù)流動(dòng)法(YC/T 161-2002)，煙堿采用連續(xù)流動(dòng)法(YC/T 160-2002)，鉀采用火焰光度法(YC/T 173-2003)，氯采用連續(xù)流動(dòng)法(YC/T 162-2011)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 18.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析與作圖，使用多因素方差分析(UNIANOVA)對(duì)不同緯度、海拔的煙葉化學(xué)成分指標(biāo)差異進(jìn)行分析，方差分析F檢驗(yàn)達(dá)顯著水平(P<0.05)時(shí)，采用Duncan多重比較分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 緯度、海拔對(duì)煙葉總糖和還原糖的影響

將緯度和海拔二維因素做多因素方差分析，結(jié)果表明(表1)，緯度分布的主效應(yīng)對(duì)煙葉總糖、還原糖含量在0.05水平上具有顯著差異，海拔分布的主效應(yīng)和緯度*海拔的交互效應(yīng)對(duì)煙葉總糖、還原糖含量的影響差異不顯著。在相同海拔分布下，不同緯度分布對(duì)煙葉總糖、還原糖的含量具有顯著差異。Duncan多重比較分析(表2)和緯度對(duì)煙葉總糖、還原糖的邊際均值圖(圖1～2)可看出，北緯25°～26°地區(qū)的煙葉總糖含量顯著高于其余緯度帶，北緯27°地區(qū)的煙葉還原糖含量顯著低于其余緯度帶，其余緯度帶的還原糖含量差異不顯著。由此造成云南煙區(qū)北緯25°～26°煙葉兩糖差含量高于其余緯度帶。

圖2 緯度對(duì)煙葉還原糖的估算邊際均值Fig.2 The figure of marginal mean in reduced sugar of flue-cured tobacco with different latitude

表1 不同緯度、海拔對(duì)煙葉總糖、還原糖的效果方差分析

表2不同緯度分布煙葉總糖、還原糖含量

Table 2 The content of total sugar and reduced sugar in flue-cured tobacco with different latitude

緯度Latitude總糖Totalsugar還原糖Reducingsugar23°31 94±3 75a26 99±3 76b24°33 25±4 30a26 33±4 13b25°36 01±4 33b27 12±4 50b26°36 23±4 89b26 92±4 26b27°31 61±5 10a24 38±4 59a

注：表中小寫字母ab表示不同緯度帶在0.05水平上的差異顯著性。

Notes：The ab indicated the difference between different latitudes at the 0.05 level.

2.2 緯度、海拔對(duì)煙葉總氮和煙堿的影響

將緯度和海拔二維因素做多因素方差分析，結(jié)果表明(表3)，緯度和海拔分布的主效應(yīng)和交互效應(yīng)對(duì)煙葉總氮、煙堿含量在0.05水平上差異不顯著。說明地理空間分布對(duì)煙葉總氮和煙堿含量的影響較小。通過計(jì)算得煙葉總氮和煙堿含量的變異系數(shù)大于總糖和還原糖的變異系數(shù)，煙堿(c.v.27.29 %)>總氮(c.v.18.37 %)>還原糖(c.v.15.99 %)>總糖(c.v.13.95 %)，煙葉煙堿和總氮均為含氮化合物，與土壤氮含量和施氮量相關(guān)，總體看來，土壤環(huán)境與人為施肥管理對(duì)煙葉總氮和煙堿含量的影響大。

2.3 緯度、海拔對(duì)煙葉鉀和氯的影響

將緯度和海拔二維因素做多因素方差分析，結(jié)果表明(表4)，海拔分布的主效應(yīng)對(duì)煙葉鉀、氯含量在0.05水平上具有顯著差異，緯度分布的主效應(yīng)和緯度*海拔的交互效應(yīng)對(duì)煙葉鉀、氯含量的影響差異不顯著。在相同緯度分布下，不同海拔分布對(duì)煙葉鉀、氯的含量具有顯著差異。Duncan多重比較分析(表5)和緯度對(duì)煙葉鉀、氯的邊際均值圖(圖3～4)可看出，隨海拔升高，煙葉鉀含量總體呈下降趨勢(shì)，而煙葉氯含量總體呈上升趨勢(shì)。這可能與鉀離子、氯離子作為正、負(fù)離子在土壤中的運(yùn)移和煙株根系對(duì)離子的吸收有關(guān)。

3 討 論

緯度和海拔分布涉及溫度、光照、降水等諸多環(huán)境因子，是影響烤煙生長(zhǎng)發(fā)育、物質(zhì)代謝、結(jié)構(gòu)和功能等重要的生態(tài)因素。云南低緯度煙區(qū)，烤煙整個(gè)生長(zhǎng)季內(nèi)持續(xù)高溫，溫差變化小，空氣濕度大，烤煙前期生長(zhǎng)迅速，旺長(zhǎng)期縮短，煙株過早開始生殖生長(zhǎng)，提早進(jìn)入成熟期，但煙葉光合作用的碳代謝不足，煙葉糖類物質(zhì)合成累積較少。云南日照時(shí)數(shù)在區(qū)域分布上具有西邊多，東邊相對(duì)較少，中南部比北部多，滇東北及以北地區(qū)日照最少[7]。處于北緯25°-26°的云南重要煙葉產(chǎn)區(qū)，其光照資源優(yōu)越，促進(jìn)煙葉面積增長(zhǎng)，葉片增厚，碳的累積代謝增強(qiáng)，煙葉碳氮代謝協(xié)調(diào)[8]。云南日照時(shí)數(shù)在時(shí)間上分布為干季(11月至翌年4月)多，雨季(5-10月)少的特征，如遇降水偏多年份，煙葉成熟期陰雨天氣造成煙葉光合作用合成的碳水化合物和能量不足，分解煙葉體內(nèi)貯存的碳水化合物和釋放能量用于氮代謝，煙葉碳氮代謝協(xié)調(diào)性不好，煙葉品質(zhì)下降。這與戴冕，楊天旭，黃中艷等研究結(jié)論相同，煙葉糖類累積含量與日照時(shí)數(shù)關(guān)系密切，呈顯著正相關(guān)關(guān)系，降水對(duì)煙堿累積起主導(dǎo)作用，呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系[9-11]。

表3 不同緯度、海拔對(duì)煙葉總氮、煙堿效果的方差分析

表4 不同緯度、海拔對(duì)煙葉鉀、氯效果的方差分析

圖3 海拔對(duì)煙葉鉀的估算邊際均值Fig.3 The figure of marginalmean in potassium of flue-cured tobacco with different altitude

煙葉生長(zhǎng)發(fā)育過程中進(jìn)行的碳氮代謝是最基礎(chǔ)、最重要的代謝活動(dòng)，其代謝強(qiáng)度和協(xié)調(diào)程度對(duì)煙葉的生長(zhǎng)發(fā)育和煙葉品質(zhì)及各類化學(xué)成分的形成與轉(zhuǎn)化有著重要影響。煙葉生長(zhǎng)成熟過程中，只有對(duì)氮的吸收保持在一定水平下，煙葉的代謝適時(shí)由氮代謝為主轉(zhuǎn)為碳代謝為主，才有可能獲得香吃味較協(xié)調(diào)的煙葉[7]。據(jù)林彩麗研究表明，煙葉碳代謝在不同基因型間差異較小，在煙株的不同生長(zhǎng)階段變化幅度小，主要受地理位置及其大氣候環(huán)境影響，而煙葉氮代謝對(duì)碳氮代謝的平衡和協(xié)調(diào)程度起著決定性作用[12]。因此有必要根據(jù)煙葉產(chǎn)區(qū)緯度和海拔地理位置內(nèi)的溫度、光照、降水和土壤環(huán)境等條件，調(diào)節(jié)烤煙施氮量，以協(xié)調(diào)煙葉光合產(chǎn)物的分配，從而滿足碳代謝和氮代謝的需要，達(dá)到煙葉化學(xué)成分的協(xié)調(diào)[13-14]。

表5不同海拔分布煙葉鉀、氯含量

Table 5 The potassium and chlorine in flue-cured tobacco with different altitude

海拔(m)Altitude鉀Potassium氯Chlorine12002 03±0 32c0 173±0 082a14001 95±0 42bc0 239±0 147ab16001 90±0 46b0 247±0 218ab18001 74±0 39ab0 306±0 273b20001 69±0 39a0 299±0 278ab22001 68±0 39a0 327±0 367b

注：表中小寫字母abc表示不同緯度帶在0.05水平上的差異顯著性。

Notes：The abc indicated the difference between different latitudes at the 0.05 level.

圖4 海拔對(duì)煙葉氯的估算邊際均值Fig.4 The figure of marginalmean in chlorine of flue-cured tobacco with different altitude

4 結(jié) 論

云南烤煙種植區(qū)域，緯度和海拔分布影響區(qū)域內(nèi)溫度、光照、降水等氣候環(huán)境條件，進(jìn)而影響煙葉總糖和還原糖含量隨緯度變化差異顯著，煙葉總糖和還原糖含量隨緯度增加呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)，北緯25°～26°的煙葉總糖和還原糖含量高于其余緯度帶；煙葉總氮和煙堿含量與緯度和海拔變化差異不顯著，主要受土壤環(huán)境與施氮量影響；煙葉鉀和氯含量隨海拔變化差異顯著，隨海拔升高煙葉鉀含量呈下降趨勢(shì)，而煙葉氯含量呈增加趨勢(shì)。綜合研究表明，云南煙區(qū)北緯25°～26°，煙葉總糖和還原糖含量高，總氮和煙堿含量低，鉀和氯含量中等，煙葉化學(xué)成分協(xié)調(diào)性、穩(wěn)定性較好。

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