桃源縣植煙土壤微量元素與煙葉常規(guī)化學(xué)成分相關(guān)性分析

劉文龍 寧尚輝 曹明鋒 祝 利 高玉珍張學(xué)偉 文梓祥 姜寶迪 景延秋 鄧 勇

（1河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院，450002，河南鄭州；2湖南省煙草公司常德市公司，415000，湖南常德；3甘肅煙草工業(yè)有限責(zé)任公司，730050，甘肅蘭州；4廣東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，510310，廣東廣州）

土壤是大田煙株生長必不可少的條件之一，而土壤中的微量元素雖然含量較低，但對煙株的生長發(fā)育有重要影響。因此，研究土壤微量元素與煙葉常規(guī)化學(xué)成分的關(guān)系有利于指導(dǎo)平衡施肥，從而穩(wěn)定煙葉質(zhì)量。煙株所需微量元素主要從土壤中吸取，其對煙株生長發(fā)育至關(guān)重要[1]。煙草幼苗對鐵元素缺乏最為敏感，缺鐵易導(dǎo)致根系發(fā)育不良及植株矮小[2]。錳參與煙株的碳氮代謝，缺錳時，蛋白質(zhì)合成和光合作用受到抑制[3]。鋅是生長素合成過程中的必需元素，能提高煙株氮代謝效率和抗逆性，缺鋅會導(dǎo)致煙株生長發(fā)育減緩[4]。銅參與煙株氧化還原反應(yīng)和呼吸作用，是多種酶的組成成分或催化劑，缺銅時會導(dǎo)致煙株矮小、葉片呈暗綠色且頂部新葉缺綠[5]。硼影響細(xì)胞分裂素和生物堿的合成及生長素代謝，缺硼會導(dǎo)致莖稈疏導(dǎo)組織發(fā)育不良、節(jié)距縮短及頂芽壞死[6]。鉬參與煙株內(nèi)多種酶的合成及固氮和碳水代謝，缺鉬導(dǎo)致光合速率降低和氧化還原反應(yīng)受阻[7]。有研究[8-9]表明，增施微量元素可以促進(jìn)根系發(fā)育，提高煙株抗逆性，改善煙葉化學(xué)物質(zhì)的協(xié)調(diào)性，提高產(chǎn)值、產(chǎn)量等。這些元素都直接或間接地影響了煙葉的化學(xué)成分[10]。目前關(guān)于桃源縣煙區(qū)土壤與煙葉品質(zhì)相關(guān)性的分析較少。本文基于多元統(tǒng)計(jì)分析中的典型相關(guān)分析對桃源縣土壤微量元素與烤煙煙葉常規(guī)化學(xué)成分的關(guān)系進(jìn)行了量化分析，旨在揭示土壤微量元素與烤煙煙葉常規(guī)化學(xué)成分的相關(guān)性，為煙葉合理施肥和穩(wěn)定煙葉品質(zhì)提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 土壤樣品采集與指標(biāo)測定

于2019年1月在湖南省常德市桃源縣主要煙區(qū)的6個植煙鄉(xiāng)鎮(zhèn)（盤塘鎮(zhèn)、三陽港鎮(zhèn)、青林鄉(xiāng)、泥窩潭鄉(xiāng)、九溪鄉(xiāng)和牛車河鎮(zhèn)）采集具有代表性的耕作層（0～20cm）土樣54個，其中盤塘鎮(zhèn)17個，三陽港鎮(zhèn)7個，青林鄉(xiāng)4個，泥窩潭鄉(xiāng)8個，九溪鎮(zhèn)10個，牛車河鎮(zhèn)8個。采用5點(diǎn)取樣法，取樣深度為20cm，每個地塊取5個樣點(diǎn)土壤，制成約1kg的混合土樣。樣品登記編號，經(jīng)過風(fēng)干、研磨、過篩后，進(jìn)行土壤微量元素檢測。測定方法參照文獻(xiàn)[11]，具體方法為采用DTPA浸提－原子吸收分光光度法測定鐵、錳、銅、鋅含量；采用甲亞胺比色法測定有效硼含量；采用示波極譜法測定有效鉬含量。

1.2 煙葉樣品采集與成分測定

2019年在桃源縣植煙區(qū)的土壤取樣點(diǎn)采集煙樣。由分級人員按照GB 2635-92烤煙標(biāo)準(zhǔn)采集當(dāng)?shù)刂髟云贩N云煙87的C3F（中橘三）烤后煙葉樣品54個，每份2kg。

煙葉樣品由河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院進(jìn)行檢測，用連續(xù)流動分析法[9]測定煙葉總糖、還原糖、總氮、煙堿、鉀、氯和蛋白質(zhì)含量。并計(jì)算糖堿比、氮堿比和鉀氯比。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 20和Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 桃源縣植煙土壤微量元素含量分析

根據(jù)羅建新等[11]建立的湖南土壤養(yǎng)分豐缺體系，各元素的適宜范圍為有效鐵4.50～10.00mg/kg，有效錳10.00～20.00mg/kg，有效銅0.50～1.00mg/kg，有效鋅1.00～2.00mg/kg，有效硼0.30～0.60mg/kg，有效鉬0.10～0.15mg/kg。由表1可得，有效鐵的平均值為 196.69mg/kg，遠(yuǎn)大于適宜范圍；有效錳的平均值為35.37mg/kg，高于適宜范圍；有效銅的平均值為 3.05mg/kg，高于適宜范圍；有效鋅的平均值為 2.10mg/kg，略高于適宜范圍；有效硼的平均值為 0.55mg/kg，處于適宜范圍內(nèi)，變幅為 0.16～1.08mg/kg，分布上呈向右偏的平頂峰；有效鉬的平均值含量為0.16mg/kg，變幅為0.05～0.58mg/kg，分布上呈向右偏的尖頂峰。按變異系數(shù)劃分等級：變異系數(shù)＜10%為弱變異性，變異系數(shù)為10%～100%為中等變異性，變異系數(shù)＞100%為強(qiáng)變異性[12]。有效鐵、錳、銅、鋅、硼、鉬的變異系數(shù)較大，均屬于中等變異，最高的為有效鋅，為75.78%，最低的為有效鐵（48.79%）。桃源縣這6種微量元素多數(shù)高于適宜范圍，可在一定程度上改良土壤酸堿度，能降低鐵、錳、銅元素的有效性，但還要維持鋅、硼、鉬的含量。

表1 桃源縣土壤微量元素含量分析Table 1 Contents analysis of soil micronutrient in Taoyuan county

2.2 桃源縣烤煙煙葉化學(xué)成分含量分析

由表2可得，桃源縣烤煙煙葉還原糖和總糖含量平均值分別為 26.80%和 32.30%，變幅分別為20.96%～31.87% 和27.14%～37.88%；鉀含量平均值為1.97%，變幅為1.38%～2.67%；氯含量平均值為0.20%，變幅為 0.05%～0.45%；煙堿和總氮含量平均值分別為 2.31%和 1.62%，變幅分別為 1.57%～3.32%和1.20%～1.98%；蛋白質(zhì)含量平均值為7.62%，變幅為 5.80%～9.25%；糖堿比平均值為 12.07，變幅為 6.47～19.51；氮堿比平均值為 0.71，變幅為0.59～0.92；鉀氯比平均值為 12.25，變幅為3.67～45.90。還原糖、總糖變異系數(shù)最小，分別為9.26%和7.62%，屬于弱變異性；其他化學(xué)成分指標(biāo)變異系數(shù)均相對較大，達(dá)到中等變異性，鉀氯比變異系數(shù)最大，為67.26%。

表2 桃源縣煙葉常規(guī)化學(xué)成分含量分析Table 2 Analysis of routine chemical components contents in Taoyuan county tobacco leaves

2.3 桃源縣植煙土壤微量元素與煙葉常規(guī)化學(xué)成分相關(guān)性分析

由表3可得，有效銅與鉀呈極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.399；有效硼與還原糖、總糖、氯和糖堿比呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為 0.463、0.443、0.497和0.392，與總氮、蛋白質(zhì)和鉀氯比呈極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.389、-0.416和-0.417；有效鉬含量與還原糖、總糖和糖堿比呈極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.595、-0.479和-0.409，與總氮和蛋白質(zhì)含量呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.396和0.421。

表3 桃源縣植煙土壤微量元素與烤煙煙葉常規(guī)化學(xué)成分相關(guān)性分析Table 3 Correlation analysis of soil micronutrient and routine chemical components of flue-cured tobacco leaves in Taoyuan county

2.4 桃源縣植煙土壤微量元素與煙葉常規(guī)化學(xué)成分典型相關(guān)性分析

為了研究植煙土壤微量元素與煙葉常規(guī)化學(xué)成分的相關(guān)關(guān)系，把植煙土壤微量元素看作一組變量，煙葉常規(guī)化學(xué)成分看作另一組變量，進(jìn)行典型相關(guān)性分析。由表4可得，植煙土壤微量元素與烤煙煙葉常規(guī)化學(xué)成分含量的第 1對典型變量達(dá)到了顯著水平，第 2～6對典型變量都沒有達(dá)到顯著水平。

表4 桃源縣植煙土壤微量元素與煙葉常規(guī)化學(xué)成分典型相關(guān)性分析Table 4 Canonical correlation analysis on soil micronutrient and chemical components of fluecured tobacco leaves in Taoyuan county

由于原始變量間單位和數(shù)量級不同，首先將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，之后再進(jìn)行典型相關(guān)性分析，結(jié)果見表5和表6。

由表5和表6可知，桃源縣植煙土壤微量元素與烤煙煙葉常規(guī)化學(xué)成分的第1對典型變量的構(gòu)成分別如式（1）和式（2）。

表5 桃源縣植煙土壤微量元素典型變量的構(gòu)成Table 5 Composition of typical variables of soil micronutrient in Taoyuan county

表6 桃源縣烤煙煙葉常規(guī)化學(xué)成分典型變量的構(gòu)成Table 6 Composition of typical variables of routine chemical compositions of flue-cured tobacco leaves in Taoyuan county

式（1）和式（2）中，U1和V1表示植煙土壤微量元素和烤煙煙葉常規(guī)化學(xué)成分組成的第1對典型變量，其中U1為植煙土壤微量元素組成的典型變量，V1為煙葉常規(guī)化學(xué)成分組成的典型變量，X1～X6分別表示 6種土壤微量元素的標(biāo)準(zhǔn)化典型系數(shù)，Y1～Y10分別表示10種烤煙煙葉化學(xué)成分的標(biāo)準(zhǔn)化典型系數(shù)。由表5可知，在第1對典型變量（U1，V1）中，由U1與原始數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)可得，它與有效錳含量呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.2697，與有效硼含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.8322，與有效鉬含量呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.7622，植煙土壤微量元素對煙葉化學(xué)成分的影響為有效硼＞有效鉬＞有效錳＞有效鋅＞有效鐵＞有效銅。V1與還原糖、總糖、氯和糖堿比均有極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.8528、-0.7422、-0.5734 和-0.6337；與煙堿、總氮、蛋白質(zhì)和鉀氯比呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.3555、0.6097、0.6542和0.4899。因此，U1可理解為描述了土壤中有效錳、有效硼和有效鉬的綜合性狀；V1可理解為描述了烤后煙葉中還原糖、總糖、氯、煙堿、總氮、蛋白質(zhì)、糖堿比和鉀氯比的綜合性狀。隨著桃源縣土壤中有效錳、有效硼的減少或有效鉬的增加，能夠引起烤后煙葉煙堿、總氮、蛋白質(zhì)、鉀氯比的增加以及還原糖、總糖、氯、糖堿比的降低。

3 討論

桃源縣煙區(qū)土壤有效鐵的平均含量為196.69mg/kg，有效錳為 35.37mg/kg，有效銅為3.05mg/kg，遠(yuǎn)高于適宜范圍，可能與其成土母質(zhì)有關(guān)；有效鋅平均含量為 2.10mg/kg，略高于適宜范圍；有效硼平均含量為0.55mg/kg，有效鉬平均含量為0.16mg/kg，都處于適宜范圍。這與劉勇軍等[13]對常德桃源縣的分析結(jié)果基本一致。因此，桃源縣煙區(qū)植煙土壤鐵、錳、銅含量過高，需在一定程度上控制其含量，并穩(wěn)定其他元素含量。桃源縣煙葉化學(xué)成分分析結(jié)果表明，還原糖和總糖比較穩(wěn)定，變異系數(shù)分別為9.26%和7.62%，屬于弱變異性；氯含量偏低，可能是南方降雨量大，導(dǎo)致土壤中水溶性氯流失，所以應(yīng)注意平衡氯肥料的施用。

梁兵等[14]通過簡單相關(guān)分析表明，土壤有效硼含量與煙葉總糖和氯含量呈顯著正相關(guān)，這與本試驗(yàn)部分結(jié)果相同，本研究還表明，在一定范圍內(nèi)，有效硼含量與還原糖含量和糖堿比呈極顯著正相關(guān)，與總氮、蛋白質(zhì)含量和鉀氯比呈極顯著負(fù)相關(guān)，可能與兩地硼含量是否超過適宜范圍有關(guān)。有研究[15-16]表明，土壤有效鉬含量與總糖含量呈極顯著正相關(guān)，與還原糖含量和糖堿比呈顯著正相關(guān)；而周童[17]研究表明，烤煙增施鉬元素，在一定范圍內(nèi)降低了煙葉總糖含量，增加了煙堿和總氮含量，與本試驗(yàn)結(jié)果有效鉬含量與總糖含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，與總氮和蛋白質(zhì)含量呈極顯著正相關(guān)基本相同。沈晗等[18]研究表明，在第Ⅱ典型變量中，隨著土壤中有效硼含量的增加，烤后煙葉中煙堿、總氮和氯含量增加，還原糖含量、鉀氯比、糖堿比和氮堿比降低。而本試驗(yàn)通過典型相關(guān)分析表明，隨著桃源縣土壤中有效硼含量的減少，能夠引起烤后煙葉還原糖、總糖、氯含量和糖堿比的降低以及煙堿、總氮、蛋白質(zhì)含量和鉀氯比的增加，與沈晗等[18]在氯和糖堿比的研究結(jié)果相同，在關(guān)于還原糖、煙堿、總氮含量和鉀氯比的結(jié)果不同，可能是地理因素不同導(dǎo)致。

4 結(jié)論

通過相關(guān)分析表明，植煙土壤微量元素與煙葉化學(xué)成分有一定的相關(guān)性。土壤有效銅含量與煙葉中鉀含量呈極顯著負(fù)相關(guān)；土壤有效硼含量與煙葉中還原糖、總糖、氯含量和糖堿比呈極顯著正相關(guān)，與總氮、蛋白質(zhì)含量和鉀氯比呈極顯著負(fù)相關(guān)；有效鉬含量與還原糖、總糖含量和糖堿比呈極顯著負(fù)相關(guān)，與總氮和蛋白質(zhì)含量呈極顯著正相關(guān)。通過典型相關(guān)分析表明，隨著桃源縣土壤中有效錳和有效硼含量的減少或有效鉬含量的增加，能夠引起烤后煙葉煙堿、總氮、蛋白質(zhì)含量和鉀氯比的增加以及還原糖、總糖、氯含量和糖堿比的降低。