影響云南清香型煙葉化學品質的土壤因子分析

李孟霞，李軍營，文國松，李永忠

(1.云南農業(yè)大學煙草學院，云南 昆明 650201；2.云南省煙草農業(yè)科學研究院，云南 玉溪 653100; 3.云南農業(yè)大學農學與生物技術學院,云南 昆明 650201)

【研究意義】土壤質量是影響煙葉品質的重要因子之一，適宜的土壤環(huán)境是煙葉優(yōu)質適產的重要基礎[1]?！厩叭搜芯窟M展】大量的研究表明[2-5]，煙葉化學品質與土壤各指標之間存在密切關系。比如土壤酸堿度影響煙葉中煙堿、總氮、蛋白質以及總糖的含量[6]。土壤有機質含量影響煙葉中煙堿和糖的含量，其中，煙堿含量與土壤有機質含量間存在正相關關系，與糖含量為負相關關系[7-8]。湖南煙區(qū)的研究結果表明，煙葉中鉀含量與土壤含鉀量顯著相關[7]。當土壤速效磷含量較低時，隨著烤煙磷含量增加迅速[8]。貴州煙區(qū)的研究結果表明，影響貴州煙葉化學成分的最重要的土壤指標是全氮、全鉀、有效鉀和有效磷含量[9]。常乃杰等[10]認為土壤中陽離子交換量、有效鐵、有效硼、水溶性氯和有效磷的含量對典型清香型烤煙化學成分產生影響，進而影響煙葉的香氣量、香氣質等感官指標。云南煙草為清甜型煙葉的代表，在全省13個州市廣泛種植，優(yōu)良的土壤環(huán)境是造就云南煙葉優(yōu)良品質的基礎，但哪些土壤因子起著關鍵作用至今尚未明確?！颈狙芯壳腥朦c】盡管近年來在研究煙葉化學成分與土壤因子的關系方面取得了一定的認識和共識，但煙葉化學成分與土壤因子的關系易受取樣年份、品種、地點和部位等因素影響，研究結果不盡相同?！緮M解決的關鍵問題】利用主成分分析煙葉質量評價模型，以云南煙區(qū)煙葉主要化學成分與土壤化學性狀的抽樣分析為基礎，通過數(shù)理統(tǒng)計，旨在找出植煙土壤化學性狀與煙葉化學成分之間存在的內在關系，為云南省優(yōu)質煙葉生產提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

根據(jù)云南煙區(qū)生態(tài)特點及烤煙在云南省分布情況，于2011年在云南省13個植煙州、市(昆明、玉溪、曲靖、紅河、普洱、大理、文山、楚雄、臨滄、保山、昭通、麗江、德宏)71個主要植煙縣作為采樣點，在烤煙移栽前確定最具代表性的煙田作為具體采樣點，種植當?shù)刂髟钥緹熎贩N，在煙葉采收后按GB2635分級，選取C3F、B2F、X2F 3個等級烤煙樣品各1套作為分析樣品。在烤煙種植前采集煙葉對應田塊的植煙土壤樣品，采集深度為5～15 cm的耕層土壤，每個地塊選取8～10個點組成一個混合樣，按四分法留取0.5 kg左右的混合土樣，共采集一一對應的煙葉和土壤樣品235套。

1.2 樣品處理

每個煙葉樣品取0.5 kg，烘干、粉碎、過60目篩，用于化學成分測定。從田間采來的土樣經過風干、磨細、過篩、混勻、裝瓶后備用。

1.3 土壤化學質量指標的測定

土壤中化學質量指標的測定參照《土壤農化分析》(第二版)[11]進行，表1列出了采用的主要測定方法。

1.3.1 煙葉樣品化學成分測定方法 烤煙煙葉中總糖與還原糖含量、總氮含量、煙堿含量、鉀含量、氯含量、淀粉含量、多酚及石油醚含量分別按煙草行業(yè)標準YC/T159-2002[12]、YC/T 161-2002[13]、YC/T 160-2002[14]、YC/T 173-2003[15]規(guī)定的方法測定。

1.3.2 植煙土壤質量等級評價 按照《中國植煙土壤及煙草養(yǎng)分綜合管理》[16]和全國第二次土壤普查暫行技術規(guī)程[17]規(guī)定的土壤養(yǎng)分分級標準評價云南植煙土壤養(yǎng)分豐缺程度。

1.3.3 煙葉化學品質綜合評價方法 首先對原始的煙葉化學性狀進行主成分分析，篩選出對煙葉化學品質敏感的因子及各個指標的公因子方差。指標篩選標準：選取特征值>1 的所有主成分[18]。各指標公因子方差占公因子方差和的比例定為數(shù)據(jù)集指標的權重值[19]。采用加權求和模型計算煙葉化學質量綜合得分(Tobacco Quality Score,TQS)，其數(shù)學表達式為：

式中，TQS為煙葉化學質量綜合得分，Wi為第i項煙葉化學指標的權重，Ti為經主成分分析得出的第i項因子的得分值，P為所有參評指標總數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)分析與處理

采用Excel 2010 對試驗數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理，采用SPSS 20.0相關程序包進行土壤養(yǎng)分與煙葉品質相關分析和逐步回歸分析。

2 結果與分析

2.1 云南植煙土壤化學特征

對云南植煙土壤主要化學性狀(表2)的分析結果表明，各土壤化學指標除土壤全鉀、有效硫、陽離子交換總量和活性鐵變異較強(變異系數(shù)大于90 %)，其余指標均處于中等變異之內。對照植煙土壤質量評價等級[16-17]，云南煙區(qū)植煙土壤酸堿適中，平均值為6.30；全氮、全磷、有效鉬、有效硫含量豐富，均值分別為1.68 g·kg-1、1.06 g·kg-1、0.22 mg·kg-1和61.44 mg·kg-1；富里酸、水溶性氯離子、鹽分含量和CEC(陽離子交換總量)處于中等水平，均值分別為3.53 g·kg-1、22.79 mg·kg-1、1.38 g·kg-1和13.84 cmol·kg-1；全鉀、有效硼、胡敏酸含量整體處于偏低水平，均值分別為11.70 g·kg-1、0.45 mg·kg-1、和1.89 g·kg-1。表明云南植煙土壤主要的化學特征是酸堿適中、氮磷豐富、緩沖能力中等、硼鉀含量低的特征。

2.2 云南煙葉主要化學成分特征

云南煙葉化學成分含量情況如表3所示，云南各煙區(qū)煙葉化學指標變異較大，氯離子含量變異最強，變異系數(shù)達126.96 %；兩糖差、糖堿比、淀粉含量處于中等變異強度，變異系數(shù)分別為62.62 %、50.41 %、67.69 %，其余指標變異相對較小，變異系數(shù)均處于40 %以下。與優(yōu)質煙葉對煙葉化學指標的要求相對照，云南煙葉總糖、還原糖含量相對較高，平均含量分別達到30.87 %和27.21 %；總氮、煙堿和鉀含量分別為1.91 %、2.63 %和1.91 %，處于適宜范圍；淀粉含量平均值為2.90 %，含量適宜；多酚含量平均值為4.66 %，含量較高；石油醚提取物含量平均值為5.78 %，含量適中。從復合指標來看，由于糖含量較高，導致糖堿比較高，平均值為14.08，氮堿比平均值為0.80，處于適宜范圍。綜合來看，云南煙葉具有糖類物質和多酚類物質含量高，煙堿、淀粉等物質含量適宜的整體特征。

表3 云南煙葉主要化學成分含量

表4 煙葉主要化學成分與土壤常規(guī)化學性狀相關系數(shù)

2.3 云南煙葉化學質量與土壤化學性狀的關系

2.3.1 云南煙葉主要化學成分與土壤常規(guī)化學性狀的相關性分析 由表4可以得出，土壤富里酸與煙葉總糖、淀粉含量呈顯著負相關，與煙葉還原糖含量呈極顯著負相關；煙葉兩糖差與土壤胡敏酸、鹽分呈顯著正相關；淀粉含量與土壤pH值呈顯著正相關；土壤中鉀與煙葉總糖、淀粉含量呈顯著負相關，與煙葉還原糖含量呈極顯著負相關。可見，煙葉中糖類物質受土壤中腐殖質和鉀含量的影響較大；煙葉總氮與土壤全鉀呈顯著負相關，而土壤中的化學指標對煙堿含量影響不顯著；煙葉含氯量與土壤全氮呈顯著正相關，與土壤有機碳、鹽分呈極顯著正相關，尤其是與鹽分的相關系數(shù)達到0.221；影響煙葉鉀含量的土壤指標較多，與土壤全鉀呈極顯著正相關，與土壤pH、全磷呈顯著負相關，與土壤鹽分呈極顯著正相關；煙葉多酚含量與土壤全磷呈顯著正相關；石油醚提取物含量與土壤胡敏酸呈極顯著正相關，與土壤pH值呈顯著負相關。綜上分析可以看出，初烤煙葉的糖類物質含量、鉀含量、氯含量受土壤化學指標影響較大，煙堿、總氮含量受影響較小。

2.3.2 煙葉主要化學成分與土壤中微量元素含量的關系 由表5可知，煙葉中糖含量與土壤中的中微量元素含量相關性不強，但兩糖差受土壤中有效硫、有效鉬和氯離子含量影響較大，與土壤有效鉬呈顯著正相關、與有效硫呈極顯著正相關，與土壤水溶性氯離子呈顯著負相關；煙葉含氯量與土壤中氯離子含量相關性明顯，同時受土壤有效硫和土壤有效硼含量的正影響；煙葉糖堿比與土壤有效鉬呈顯著正相關，氮堿比與土壤有效硼呈顯著負相關。可見，土壤的中微量元素含量對煙葉的兩糖差和含氯量影響較大。

2.4 煙葉化學質量綜合評價及其與植煙土壤化學性狀的關系

2.4.1 煙葉化學質量綜合評價因子權重的確定 運用主成分分析法對煙葉化學性狀進行因子分析，確定評價因子的權重，定量計算烤煙綜合得分，即煙葉化學綜合質量。對均值化后12個煙葉主要化學性狀數(shù)據(jù)進行主成分分析，得出解釋的總方差(表6)，分析特征根>1的主成分，發(fā)現(xiàn)成分1、2、3、4的特征根分別是3.592、3.149、1.343和1.28，4個主成分的累計貢獻率為78.045 %，表明4個主成分構成的信息能夠反映原來變量的大部分信息，因此確定主成分為F1、F2、F3和F4。

表5 煙葉主要化學成分與土壤中微量元素相關系數(shù)

2.4.2 煙葉化學綜合質量與植煙土壤化學指標的關系 主成分越重要，方差貢獻率越大，因此方差貢獻率可作為主成分的權重。根據(jù)前4個主成分的貢獻率，生成主成分的綜合得分(F)公式為：

F=0.29932F1+0.26242F2+0.11192F3+0.10679F4

通過公式計算得到各烤煙煙葉樣品的綜合得分，以主成分的綜合得分作為新因變量，14種土壤化學性狀為自變量，建立逐步回歸方程，得到關于煙葉綜合質量(y)的逐步回歸方程：

y=-0.206+0.017x全鉀+0.220x有效鉬+0.045x胡敏酸-0.002x水溶性氯離子

經F檢驗，方程的決定系數(shù)R2為0.314，回歸方程達到0.01的極顯著水平，表明所建立的回歸方程有意義。從方程中可以看出，煙葉綜合質量除與土壤水溶性氯離子含量呈負相關外，與土壤全鉀、有效鉬、胡敏酸含量呈正相關。從方程各系數(shù)可以看出，土壤有效鉬、胡敏酸、全鉀和水溶性氯離子含量是影響云南煙葉化學品質的主要指標。

3 討 論

云南煙區(qū)地處中國西南部，獨特的低緯高原氣候造就了云南煙葉的清甜香風格，這個風格明顯區(qū)別于國內其它優(yōu)質煙葉產區(qū)。但在云南煙區(qū)內部，植煙土壤質量的差異影響著云南煙葉質量的內部變異。通過本文的數(shù)據(jù)分析，云南煙葉化學質量指標與植煙土壤的化學指標之間關系密切，煙葉中總糖、還原糖、總氮、氯、淀粉、鉀、多酚和石油醚等提取物多個指標均對土壤化學指標達到顯著性相關，許東亞等[20]的研究結果也表明，煙葉化學成分對土壤理化性狀較為敏感，與本文的研究結果基本一致。

表6 解釋的總方差

云南省植煙土壤與煙葉綜合質量的回歸分析表明有效鉬、胡敏酸、全鉀和水溶性氯離子4個指標，對云南煙葉綜合質量的形成貢獻較大，是影響云南煙葉質量形成的主要土壤因素。眾所周知，煙葉中的鉀和氯是影響煙葉質量的重要化學指標，直接受土壤中鉀和氯含量的影響，本研究結果表明土壤中全鉀含量與糖類物質含量呈正相關，氯離子含量與兩糖差呈顯著負相關。這個結果與以往的研究結論一致。

土壤有效鉬含量是反映土壤供鉬能力的重要指標，云南植煙土壤有效鉬含量為0.22 mg·kg-1，略高于李章海等[21]在貴州研究確定的植煙土壤有效鉬臨界值0.15～0.20 mg·kg-1的范圍。鉬是烤煙生產的有益元素，施鉬能不同程度地提高煙草葉片葉綠素含量、光合速率和產量產值[21]，調節(jié)煙葉中煙堿和糖含量[22-23]，本研究結果表明云南植煙土壤中有效鉬與煙葉的兩糖差和糖堿比呈顯著正相關，這與鉬元素促進煙葉碳代謝，調控氮代謝密切相關。

胡敏酸是土壤腐殖質的重要組成部分，影響著土壤的供肥能力和水平。云南植煙土壤胡敏酸含量為1.89 g·kg-1，明顯低于中國植煙土壤3.66 g·kg-1的平均值[24]，其含量的高低會影響到腐殖質含量和組分構成，進而影響煙葉品質[25]。以往的研究結果多集中在腐殖質總量對煙葉品質的影響[25]，未分析過胡敏酸與煙葉品質的關系，本研究結果表明，胡敏酸與還原糖含量呈顯著負相關，與煙堿、石油醚提取物和兩糖差呈顯著正相關。

4 結 論

(1)云南煙葉具有總糖、還原糖含量較高的特征，含量分別為30.87 %和27.21 %；總氮、煙堿和鉀含量處于適宜范圍，分別為1.91 %、2.63 %和1.91 %。

(2)云南煙區(qū)主要植煙土壤酸堿度適中，均值為6.3，全氮、全磷、有效鉬和有效硫處于豐富水平，全鉀、胡敏酸含量整體處于偏低水平，有機質、富里酸、有效硼、水溶性氯離子、鹽分含量和CEC(陽離子交換總量)為中等水平。

(3)煙葉總糖、還原糖、淀粉和鉀含量與土壤全鉀含量呈顯著或極顯著正相關，兩糖差和糖堿比與土壤有效鉬含量呈顯著正相關，兩糖差與土壤胡敏酸含量呈顯著正相關，與土壤氯離子含量呈顯著負相關。

(4)綜合分析結果表明，云南煙區(qū)植煙土壤中全鉀、有效鉬、胡敏酸、水溶性氯離子含量是影響云南煙葉化學品質最主要的指標。云南在烤煙種植過程中應增加有機肥的施用量，并采取適當農藝措施提高鉀肥的有效性，控制氯離子含量，補充鉬元素，可提高云南煙區(qū)煙葉的化學品質。