土壤質(zhì)地和氯含量對烤煙葉片區(qū)位化學(xué)成分的影響

王東旭，武云杰，曾 超，趙明陽，余海濤，周 軍，薛子鐘，劉 流，葉協(xié)鋒，張錦韜

（1. 河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 煙草學(xué)院/國家煙草栽培生理生化研究基地/煙草行業(yè)煙草栽培重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450002；2. 南陽市煙草公司鄧州市分公司，河南 鄧州 474150；3. 湖南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，湖南 長沙 410007；4. 河南省煙草公司南陽市公司，河南 南陽 473000）

煙葉原料是卷煙工業(yè)的基礎(chǔ)，隨著市場消費(fèi)需求的轉(zhuǎn)變以及行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的要求，卷煙工業(yè)對煙葉原料的品質(zhì)需求更加具體化與個(gè)性化[1?2]。煙葉的化學(xué)成分是形成煙葉風(fēng)格及品質(zhì)特色的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，其協(xié)調(diào)性對于煙葉風(fēng)格的彰顯具有重要作用，直接影響烤煙的工業(yè)可用性和卷煙生產(chǎn)的安全性[3?4]。烤煙在生長發(fā)育過程中，由于其地理環(huán)境、莖葉夾角、營養(yǎng)運(yùn)輸、光照條件等因素的影響[5?7]，導(dǎo)致同一葉片不同區(qū)位的化學(xué)成分存在較大差異。研究發(fā)現(xiàn)，即使等級(jí)高的煙葉也存在品質(zhì)相對較差的區(qū)位[1]，使得這類煙葉在葉組配方中常被降級(jí)使用，其風(fēng)格特征得不到充分彰顯，造成上等煙原料減少甚至浪費(fèi)[8?10]。近年來，國內(nèi)科研人員對烤煙單葉片采用不同的分區(qū)方法[11?12]進(jìn)行葉片區(qū)位間化學(xué)成分分析，發(fā)現(xiàn)煙葉化學(xué)品質(zhì)在不同區(qū)位間呈現(xiàn)顯著差異[13?14]。氯是煙葉生長所必需的元素，其含量過高或過低均會(huì)對煙葉品質(zhì)造成不利影響。我國高氯煙區(qū)主要集中在河南煙區(qū)，高氯已成為制約河南煙區(qū)煙葉品質(zhì)的重要因素，烤煙對氯的吸收主要來源于土壤，通過施肥等傳統(tǒng)栽培技術(shù)手段降低煙葉氯含量逐漸陷入瓶頸[15?17]；此外，有研究表明，氯與煙葉中的蛋白質(zhì)、煙堿、糖含量關(guān)系密切[18]，但增施氯肥對煙葉化學(xué)成分的影響結(jié)果并不統(tǒng)一[19?20]。因此，進(jìn)一步加強(qiáng)煙區(qū)氯素營養(yǎng)的研究十分必要?；谇叭岁P(guān)于烤煙葉片區(qū)位的研究結(jié)果，選取南陽鄧州砂壤土和黏土2 種主要土壤質(zhì)地，設(shè)置不同氯含量處理并對烤后煙葉進(jìn)行分區(qū)測定，旨在探明土壤質(zhì)地和土壤氯含量對烤煙葉片不同區(qū)位化學(xué)成分的影響，為高氯煙區(qū)優(yōu)化種植布局和工業(yè)企業(yè)精準(zhǔn)使用煙葉原料、提高煙葉原料配方的適配性提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2020年在河南省鄧州市開展，參照美國農(nóng)業(yè)部質(zhì)地分類標(biāo)準(zhǔn)確定土壤質(zhì)地[21]，分別選擇張村鎮(zhèn)賈橋村（32.82°N，111.90°E）砂壤土（S）和彭橋鎮(zhèn)丁南村（32.60°N，111.83°E）黏土（N）2 種土壤質(zhì)地，試驗(yàn)開展前測定試驗(yàn)地的土壤理化性狀，在2種土質(zhì)下選取基礎(chǔ)氯含量較低的煙田開展試驗(yàn)，試驗(yàn)地點(diǎn)地勢較平坦，土壤基礎(chǔ)理化性狀見表1。供試烤煙品種為云煙87。

表1 供試土壤基礎(chǔ)理化性狀Tab.1 Basic physical and chemical properties of tested soil

采用分析純CaCl2和MgCl2按照1∶1的比例在移栽前對土壤氯含量進(jìn)行補(bǔ)充，使砂壤土和黏土0～20 cm 土壤氯含量分別達(dá)到30 mg/kg（T1）、45 mg/kg（T2）、60 mg/kg（T3）。由于砂壤土試驗(yàn)點(diǎn)土壤基礎(chǔ)氯含量較低，為12.62 mg/kg，故補(bǔ)充至15 mg/kg（T0）進(jìn)行研究。黏土試驗(yàn)點(diǎn)基礎(chǔ)氯含量普遍較高，為30.13 mg/kg，故設(shè)為T1處理進(jìn)行試驗(yàn)，不再補(bǔ)充氯。試驗(yàn)地施純N 60 kg/hm2，N∶P2O5∶K2O配比為1∶1.5∶3，基追肥比7∶3，氯肥與基肥一同施入。兩處試驗(yàn)田均在2020年4月11日進(jìn)行烤煙移栽，采用小苗膜下移栽，于5月上旬揭膜，砂壤土和黏土試驗(yàn)地打頂時(shí)間分別為移栽后65 d 和67 d。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每處理小區(qū)面積為66.67 m2，重復(fù)3 次，行株距120 cm×50 cm，小區(qū)四周設(shè)保護(hù)行，其他大田管理參照當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)技術(shù)方案進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)方法

在煙葉采收前，每個(gè)小區(qū)標(biāo)記30 株煙，并對下部葉（自下向上數(shù)2～4 片）、中部葉（自下向上數(shù)9～11 片）和上部葉（自下向上數(shù)16～18 片）指定葉位進(jìn)行標(biāo)記。煙葉成熟后，采收標(biāo)記葉片進(jìn)行烘烤，選取X2F、C3F、B2F 煙葉進(jìn)行區(qū)位劃分（圖1）。每小區(qū)選取各等級(jí)煙葉10 片，去除主脈，每片煙葉劃分為30 個(gè)部分，主脈兩側(cè)相同區(qū)位合二為一，共劃分15 個(gè)區(qū)位。橫向分為3 條區(qū)位帶，分別為近主、近中、近緣；縱向分為5 條區(qū)位帶，分別為葉基、近基、葉中、近尖、葉尖。由于煙葉在實(shí)際中并不完全按主脈對稱，橫向劃分時(shí)將葉脈至葉片最寬處進(jìn)行三等分，縱向劃分時(shí)將葉柄去除進(jìn)行五等分。

圖1 煙葉區(qū)位劃分圖Fig.1 Diagrammatic sketch of tobacco location division

按照處理和煙葉等級(jí)，將各個(gè)葉片同一區(qū)位混合，置于60 ℃烘箱內(nèi)烘干，粉碎、研磨后過0.42 mm孔篩。分別采用煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法YC/T 159—2019、YC/T 160—2002、YC/T 217—2007、YC/T 162—2011 測定煙葉水溶性糖（總糖和還原糖）、煙堿、鉀、氯含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2017 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，Origin 2018 統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和制圖，制圖時(shí)顏色變化根據(jù)其極值進(jìn)行線性排列。

2 結(jié)果與分析

2.1 烤煙葉片不同區(qū)位常規(guī)化學(xué)成分分析

2.1.1 氯含量 由圖2 可以看出，砂壤土和黏土2種土壤質(zhì)地上煙葉區(qū)位間的氯含量呈現(xiàn)從葉片基部到葉尖逐漸下降、從近主到近緣逐漸下降的規(guī)律，各處理煙葉同一區(qū)位的氯含量隨土壤氯含量的增加而增大。2 種土壤質(zhì)地各處理煙葉氯含量均在近主-葉基區(qū)位最高、近緣-葉尖區(qū)位最低；相同水平土壤氯含量下，煙葉相同區(qū)位的氯含量整體表現(xiàn)為黏土高于砂壤土。下部葉中，NT1—NT3 處理葉片近主-葉基區(qū)位氯含量均相應(yīng)高于ST1—ST3 處理，且ST1 與NT1、ST2 與NT2 處理該區(qū)位氯含量差異顯著，中部葉和上部葉中各區(qū)位氯含量也存在著差異，但不同區(qū)位氯含量在煙葉整體中的差異小于下部葉。

圖2 烤煙葉片不同區(qū)位氯含量Fig.2 Chloride ion content in different locations of flue-cured tobacco leaves

2.1.2 鉀含量 由圖3 可知，煙葉各區(qū)位間鉀含量呈現(xiàn)從葉片基部到葉尖逐漸下降、從近主到近緣逐漸下降的規(guī)律。砂壤土中，各部位鉀含量在近主位置表現(xiàn)為ST2 處理較高，ST0 處理較低；黏土中煙葉相同區(qū)位鉀含量均隨土壤氯含量的增加而增加。相同水平土壤氯含量下，葉片相同區(qū)位鉀含量總體上表現(xiàn)為黏土高于砂壤土。

圖3 烤煙葉片不同區(qū)位鉀含量Fig.3 Potassium ion content in different locations of flue-cured tobacco leaves

2.1.3 煙堿含量 根據(jù)圖4 所示，煙葉各區(qū)位間煙堿含量整體表現(xiàn)為近緣-葉尖區(qū)位較高，近主-葉基區(qū)位較低，分布規(guī)律與鉀、氯含量相反，并且煙葉不同區(qū)位煙堿含量在2種土壤質(zhì)地中均呈現(xiàn)隨土壤氯含量增加而增加。下部葉中，各區(qū)位間煙堿含量整體以NT3 處理最高，NT1、NT2 處理近緣-葉尖區(qū)位的煙堿含量分別相應(yīng)顯著高于ST1、ST2 處理；中部葉中，NT1—NT3 處理近緣-葉尖區(qū)位的煙堿含量相應(yīng)較ST1—ST3 處理提高29.11%、25.19%、25.18%；上部葉中，當(dāng)土壤氯含量相同時(shí)，2種土壤質(zhì)地中煙葉近緣-葉尖區(qū)位的煙堿含量無顯著差異。

圖4 烤煙葉片不同區(qū)位煙堿含量Fig.4 Nicotine content in different locations of flue-cured tobacco leaves

2.1.4 還原糖及總糖含量 如圖5 所示，2 種土壤質(zhì)地?zé)熑~各區(qū)位間還原糖和總糖含量在縱向區(qū)位帶上整體呈現(xiàn)從葉基到葉尖逐漸升高的趨勢，橫向區(qū)位帶上整體以近中位置最大，近緣位置最??；砂壤土中煙葉還原糖和總糖含量在不同部位葉片中總體呈現(xiàn)上部葉>中部葉>下部葉的規(guī)律，而黏土中以上部葉居高。當(dāng)2 種土質(zhì)氯含量相同時(shí)，砂壤質(zhì)地?zé)熑~同一區(qū)位還原糖和總糖含量均明顯高于黏土質(zhì)地。

圖5 烤煙葉片不同區(qū)位還原糖及總糖含量Fig.5 Content of reducing sugar and total sugar in different locations of flue-cured tobacco leaves

2.2 土壤氯含量對不同土壤質(zhì)地烤煙葉片橫縱向區(qū)位帶化學(xué)成分及協(xié)調(diào)性的影響

2.2.1 橫向區(qū)位帶 如圖6 所示，當(dāng)土壤氯含量相同時(shí)，砂壤土上烤煙中部葉各橫向區(qū)位帶中氯、鉀、煙堿含量均低于黏土，而還原糖、總糖含量以及鉀氯比、糖堿比則高于黏土。除ST0處理外，砂壤土上各處理煙葉不同橫向區(qū)位帶間氯含量差異均不顯著，在黏土中則表現(xiàn)為近緣帶與近主帶差異顯著。除ST3 處理外，相同處理煙葉不同橫向區(qū)位帶間鉀含量均差異顯著；除ST0 處理外，2 種土壤質(zhì)地上烤煙中部葉煙堿含量均表現(xiàn)為近緣帶顯著高于近主帶；同水平土壤氯含量下，砂壤土各橫向區(qū)位帶中鉀氯比、糖堿比均大于黏土，且鉀氯比、糖堿比隨土壤氯含量升高呈下降趨勢。

圖6 土壤氯含量對不同土壤質(zhì)地烤煙中部葉橫向區(qū)位帶化學(xué)成分及協(xié)調(diào)性的影響Fig.6 Effects of soil chlorine content on chemical composition and coordination of transverse location zone of middle leaves of flue-cured tobacco in different texture soils

2.2.2 縱向區(qū)位帶 如圖7 所示，當(dāng)土壤氯含量相同時(shí)，2 種土壤質(zhì)地烤煙中部葉縱向區(qū)位帶的化學(xué)成分差異表現(xiàn)與橫向區(qū)位帶表現(xiàn)相同。除葉尖帶外，NT1—NT3 處理烤煙其他縱向區(qū)位帶間氯含量無顯著差異；烤煙鉀含量僅ST3 處理表現(xiàn)為葉尖帶顯著低于其他縱向區(qū)位帶；各處理烤煙葉基帶煙堿含量顯著低于葉尖帶；除ST0處理外，還原糖和總糖含量在其他處理中均表現(xiàn)為葉基<近基<葉中<近尖<葉尖。除ST2處理外，其他各處理縱向區(qū)位帶的鉀氯比及糖堿比均無顯著差異，且隨土壤氯含量升高，2種土壤質(zhì)地中煙葉鉀氯比和糖堿比均逐漸降低。

圖7 土壤氯含量對不同土壤質(zhì)地烤煙中部葉縱向區(qū)位帶化學(xué)成分及協(xié)調(diào)性的影響Fig.7 Effects of soil chlorine content on chemical composition and coordination of longitudinal location zone of middle leaves of flue-cured tobacco in different texture soils

2.3 土壤氯含量對不同土壤質(zhì)地烤煙化學(xué)成分的影響

由圖8 可知，對上、中、下部煙葉共15 個(gè)區(qū)位進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，各處理化學(xué)成分平均值均與中位數(shù)表現(xiàn)一致，且施氯能夠促進(jìn)烤煙煙堿、鉀、氯的積累，減少還原糖及總糖的積累。在烤煙各部位中，煙堿、還原糖、總糖含量表現(xiàn)為上部葉>中部葉>下部葉的規(guī)律，氯含量表現(xiàn)為下部葉>中部葉>上部葉，鉀含量在下部葉中最低，在中部葉和上部葉中差異不明顯。當(dāng)2 種土質(zhì)氯含量相同時(shí)，黏土質(zhì)地上烤煙各部位煙葉煙堿、氯和鉀含量均高于砂壤質(zhì)地，而還原糖和總糖含量則低于砂壤質(zhì)地。中部葉煙堿平均含量表現(xiàn)為NT3>NT2>NT1>ST3>ST2>ST1>ST0，NT1—NT3 處理相應(yīng)較ST1—ST3 處理分別高16.96%、18.00%、32.58%。

圖8 土壤氯含量對不同土壤質(zhì)地烤煙不同部位葉片化學(xué)成分的影響Fig.8 Effects of soil chlorine content on chemical composition of different parts of flue-cured tobacco leaves in different texture soils

3 結(jié)論與討論

烤煙對氯有“奢侈吸收”的特性，使得土壤中的氯離子易被煙株根系吸收并富集在煙葉中。本試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著土壤氯含量的增加，烤煙葉片各部位氯含量均提升顯著，并且對鉀、煙堿含量有一定的提升作用。通常，高含量的氯與鉀一起作為植物體內(nèi)主要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，而施氯促進(jìn)了烤煙對鉀吸收的伴隨離子效應(yīng)[22]。研究表明，氯也可促進(jìn)煙葉對氮的吸收[23]，其原因可能是氯離子限制根系對NO3-的吸收，而促進(jìn)植物吸收更多的NH4+來滿足氮素營養(yǎng)的要求[24]，最終使含氮化合物煙堿含量上升。本試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)土壤氯含量增加時(shí)，煙葉各區(qū)位煙堿含量升高，但還原糖和總糖含量降低，這可能是施氯促進(jìn)煙葉對氮素的積累，而減緩了淀粉向可溶性糖的轉(zhuǎn)化；當(dāng)2 種土壤質(zhì)地氯含量相同時(shí)，黏土質(zhì)地中烤煙葉片氯、鉀、煙堿含量均高于砂壤質(zhì)地。通過對比2 種質(zhì)地土壤肥力差異，其基礎(chǔ)理化指標(biāo)值均在烤煙種植的適宜范圍內(nèi)，但黏土土壤養(yǎng)分和理化特性略優(yōu)于砂壤土，造成2 種土壤質(zhì)地中煙葉化學(xué)成分差異的主要原因在于黏土質(zhì)地對養(yǎng)分的吸附和固定能力強(qiáng)于砂壤質(zhì)地[25]。陳杰等[26]研究發(fā)現(xiàn)，生長在質(zhì)地較輕的砂壤土上的煙葉具有高糖、低堿和高糖堿比的特征，而生長在質(zhì)地較重的粉黏土上的煙葉表現(xiàn)為低糖、高堿和低糖堿比的特征，與本試驗(yàn)研究結(jié)果一致。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，單片煙葉不同區(qū)位間化學(xué)成分存在較大差異，但不同土質(zhì)和部位的煙葉化學(xué)成分在15 個(gè)區(qū)位間的分布規(guī)律一致，氯、鉀含量表現(xiàn)為葉基>近基>葉中>近尖>葉尖、近主>近中>近緣；而煙堿含量在葉片上的分布規(guī)律同氯、鉀含量相反，糖堿比整體表現(xiàn)為近主>近中>近尖的規(guī)律，這與王小東等[13]的研究結(jié)果一致。此外，氯含量在葉片葉基帶與葉尖帶之間的差異隨土壤氯含量增加而增大，并且氯含量高于0.80%的區(qū)位數(shù)量也隨之逐漸增多。前人利用36Cl 示蹤試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，氯含量在烤煙葉脈及支脈等養(yǎng)分輸送部位積累量較大[7]。本試驗(yàn)中，葉片對鉀的吸收分配規(guī)律與對氯的吸收分配規(guī)律相似。有研究表明，煙草中煙堿含量與光照密切相關(guān)[27]，本試驗(yàn)中葉片煙堿含量在葉尖帶高于葉基帶，這可能與葉尖部位光照強(qiáng)度大，代謝活動(dòng)較其他區(qū)位旺盛有關(guān)[28]。分析煙葉鉀氯比和糖堿比的分布規(guī)律可知，煙葉鉀氯比以近主帶和葉尖帶較高，而糖堿比在近主帶及近中帶區(qū)域較高。因此，針對煙葉不同區(qū)位化學(xué)成分的差異，復(fù)烤加工時(shí)可進(jìn)一步優(yōu)化工藝提高煙葉原料使用水平。

綜上所述，施氯能夠促進(jìn)煙葉鉀、氯和煙堿的積累，降低還原糖和總糖的積累；砂壤質(zhì)地?zé)熑~氯、鉀和煙堿含量的積累低于黏土質(zhì)地，煙葉還原糖含量、總糖含量、鉀氯比和糖堿比高于黏土質(zhì)地?？緹煵煌瑓^(qū)位間化學(xué)成分在2種土壤質(zhì)地中分布規(guī)律一致，氯、鉀含量在葉片區(qū)位間表現(xiàn)為葉基>近基>葉中>近尖>葉尖、近主>近中>近緣，煙堿含量的分布規(guī)律與鉀、氯含量表現(xiàn)相反，糖堿比呈現(xiàn)近主>近中>近緣的規(guī)律。結(jié)合河南煙區(qū)土壤高氯現(xiàn)狀，優(yōu)化煙區(qū)布局時(shí)選擇低氯土壤可以有效減少煙葉對氯的積累，且選擇砂壤質(zhì)地更有利于降低烤煙對氯的積累。根據(jù)葉基帶區(qū)域具有氯含量偏高、鉀氯比偏低的特點(diǎn)，在復(fù)烤加工時(shí)可將葉基區(qū)域和其他區(qū)域分別處理，并應(yīng)用于不同的模塊配方，這對于提高卷煙配方設(shè)計(jì)的精細(xì)化程度、增強(qiáng)卷煙原料的保障能力具有重要意義。