玉溪煙區(qū)烤煙化學成分特征分析

許志文，謝新喬，王夢雅，李湘?zhèn)?，楊繼周，田育天

（紅塔煙草（集團）有限責任公司，云南 玉溪 653100）

煙草（Nicotiana tabacum）作為世界上最廣泛種植的商業(yè)性非食物葉用經(jīng)濟作物，其經(jīng)濟價值取決于自身品質(zhì)[1]。多年來，煙葉的品質(zhì)都是從外觀性狀、感官評級與化學成分3個維度來進行判定，但前兩者易受人的主觀因素影響，而化學成分既是對前兩者判定結(jié)果的客觀量化，又是煙葉內(nèi)在質(zhì)量的真實反映，因此顯得尤為重要。研究表明，優(yōu)質(zhì)烤煙的化學成分含量為總糖18%～22%，還原糖14%～18%，煙堿1.5%～3.5%，總氮1.4%～2.7%，氯0.3%～0.8%，鉀2%以上，鉀氯比（鉀/氯）為4以上，糖堿比（總糖/煙堿）6～10，氮堿比（總氮/煙堿）0.8～0.9，兩糖比（還原糖/總糖）0.9以上[2-3]。由于我國烤煙生產(chǎn)具有地域和質(zhì)量風格差異較大的特點，研究各烤煙產(chǎn)區(qū)化學成分并對當?shù)責熑~質(zhì)量特點做出評價是十分必要的[4]。王曉賓[5]等分析了廣東8個主產(chǎn)煙區(qū)煙葉的6種常規(guī)化學成分指標和2種衍生指標的區(qū)域特征，發(fā)現(xiàn)廣東煙葉質(zhì)量表現(xiàn)出總糖、還原糖以及氯離子含量低，總植物堿、總氮含量高的特點，并對不同產(chǎn)區(qū)做出了針對性的栽培措施建議。張強[6]等利用一元線性回歸、集成相關(guān)以及典型相關(guān)分析等方法對20個化學指標進行分析，篩選出總糖、總氮、揮發(fā)堿、鉀、氯等11個指標建立云南烤煙主產(chǎn)區(qū)煙葉質(zhì)量評價指標體系。劉政欽等[7]對百色烤煙的化學成分特征進行研究并對各縣區(qū)煙葉進行了可用性分析，得出了百色市烤煙化學成分可用性指數(shù)呈從中部向北向南遞減的結(jié)論。李曉霞等[8]對重慶12個烤煙種植縣區(qū)的煙葉化學品質(zhì)進行了比較分析，根據(jù)化學成分特征將其劃分為5類地區(qū)，并提出了針對性的栽培及調(diào)制建議。

玉溪位于云南省中部，平均海拔1 800 m左右，年平均氣溫16.4～24.6℃，年平均降水674～1 023 mm，是中國優(yōu)質(zhì)烤煙主產(chǎn)區(qū)和中式高檔卷煙的主要原料基地[9]，羅登山等[10]的研究表明，玉溪市生態(tài)資源優(yōu)良，生產(chǎn)規(guī)模大，產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)條件較好，屬于煙葉種植的適宜區(qū)和優(yōu)勢區(qū)，其下屬各地煙葉香型風格整體突出，且不同年份間相對保持穩(wěn)定。當前，對玉溪烤煙的研究主要集中在海拔[11]、氣候[12]、品種等[13]方面，關(guān)于各縣區(qū)煙葉化學成分特征的研究較少。本研究對玉溪市2019—2021年所有植煙面積在53 hm2以上的202個村委會連續(xù)3年進行取樣，測定并計算了6個常規(guī)化學指標（煙堿、總糖、還原糖、總氮、氯、鉀）和4個衍生指標（氮堿比、糖堿比、鉀氯比、兩糖比），綜合分析各縣區(qū)的化學成分特征，并提出針對性的栽培措施建議，以期為玉溪優(yōu)質(zhì)烤煙的生產(chǎn)提供參考。

1 材料和方法

1.1 樣品來源

對玉溪市所有縣區(qū)植煙面積在53 hm2以上的202個村委會登記列表（表1），每年在收購站點以在表村委會為單位，隨機選取10戶煙農(nóng)的烤煙，由專業(yè)評級人員每戶選取10片C3F煙葉組成一個樣品待用，連續(xù)取樣3年（2019—2021），共計606個樣品。

表1 取樣地點列表

1.2 化學成分的測定

煙葉的煙堿、總氮、總糖、還原糖、鉀、氯含量的測定采用連續(xù)流動分析法(YC/T 468—2013、YC/T 161—2002、YC/T 159—2019、YC/T 159—2019、YC/T 217—2007、YC/T162—2011)。鉀氯比為鉀/氯，氮堿比為總氮/煙堿，糖堿比為總糖/煙堿，兩糖比為還原糖/總糖。

1.3 統(tǒng)計分析方法

采用Minitab16、SPSS 25.0以及Excel 2016等數(shù)據(jù)分析軟件進行方差比較、基本統(tǒng)計量、多重比較、聚類分析和主成分分析。其中主成分分析特征向量的計算公式如下：

式中，aij為第i個指標對應(yīng)第j個主成分的特征向量；Ai為載荷矩陣中第i個指標在第j個主成分上的載荷Aij，Qj為第j個主成分的特征根。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉溪各縣區(qū)不同年度烤煙化學成分差異性分析

從表2可知，玉溪市烤煙總氮含量和氮堿比表現(xiàn)為2020、2021年顯著高于2019年，兩糖比表現(xiàn)為2020年顯著高于2021年。而玉溪市烤煙的煙堿含量、總糖含量、還原糖含量、氯含量、鉀含量、鉀氯比和糖堿比等指標在年份間均無顯著差異；總體上看，3年間各縣區(qū)烤煙化學成分差異指標較少，說明玉溪煙區(qū)生態(tài)氣候條件及栽培措施較為穩(wěn)定，這與羅登山等[10]的研究相符。

表2 不同年度烤煙化學成分的差異性

2.2 玉溪各縣區(qū)烤煙化學成分的差異性分析

從表3可知，玉溪煙區(qū)煙堿含量在2.4%～3.13%之間，全市中位數(shù)為2.57%，華寧的煙堿含量顯著高于江川、通海、易門、峨山、新平、元江?？偟吭?.78%～2.16%之間，全市中位數(shù)為2.03%，各縣區(qū)之間差異不顯著?？偺呛吭?1.57%～35.94%之間，全市中位數(shù)為34.29%，各縣區(qū)之間差異不顯著。還原糖含量在24.52%～29.5%之間，全市中位數(shù)為26.92，其中通?？緹熀匡@著高于易門。氯含量在0.1%～0.74%之間，全市中位數(shù)為0.26%，各縣區(qū)之間差異較大，其中通海煙區(qū)顯著高于其他煙區(qū)，江川煙區(qū)顯著高于華寧、易門、新平、元江煙區(qū)。鉀含量在1.48%～2.1%之間，全市中位數(shù)為1.76%，各縣區(qū)間差異較大，其中新平煙區(qū)顯著高于澄江、華寧、江川、通海、易門、峨山等煙區(qū)，除新平、元江外，其余各縣烤煙鉀含量均未達到2%，說明玉溪烤煙鉀含量偏低。全市鉀氯比在2.61～19.01之間，中位數(shù)為8.92，各縣區(qū)間差異較大。其中元江煙區(qū)最高，顯著高于其他煙區(qū)。全市氮堿比在0.66～0.85之間，中位數(shù)為0.76，各縣區(qū)之間差異不顯著。全市糖堿比在10.63～15.35之間，中位數(shù)為13.57，其中江川煙區(qū)顯著高于華寧和紅塔煙區(qū)。全市兩糖比在0.74～0.84之間，中位數(shù)為0.80，各縣區(qū)之間差異不顯著。

表3 不同產(chǎn)區(qū)烤煙化學成分差異性

2.3 玉溪煙區(qū)烤煙化學成分的基本統(tǒng)計特征分析

由表4可知，從均值來看，玉溪煙區(qū)呈現(xiàn)出總糖、還原糖含量較高，糖堿比高，兩糖比略低的特點，其他指標均在優(yōu)質(zhì)煙葉范圍之內(nèi)。從峰度系數(shù)來看，總氮、總糖、還原糖、糖堿比、兩糖比為負值，說明其正態(tài)分布為平頂峰，其他指標為尖頂峰。從偏度系數(shù)來看，總氮、總糖、還原糖、氮堿比、兩糖比為負值，說明其數(shù)據(jù)分布形態(tài)右偏，其余指標為左偏，其中最接近于0的是糖堿比，說明其數(shù)據(jù)相對均勻的分布在均值兩側(cè)。從變異系數(shù)來看，從高到低依次是氯、鉀氯比、糖堿比、鉀、氮堿比、煙堿、總氮、還原糖、兩糖比、總糖，說明玉溪市各縣區(qū)烤煙糖類含量波動較小，相對穩(wěn)定，氯含量波動較大，需重點關(guān)注。

表4 玉溪煙葉的化學成分的基本統(tǒng)計特征

2.4 玉溪煙區(qū)烤煙化學成分評價指標間的相關(guān)關(guān)系

從各指標間的相關(guān)關(guān)系（表5）看，玉溪煙區(qū)煙葉的煙堿含量與糖堿比呈極顯著負相關(guān)；總糖含量與還原糖、糖堿比呈極顯著正相關(guān)，與總氮含量呈顯著負相關(guān)；還原糖含量與兩糖比呈顯著正相關(guān)；鉀含量與鉀氯比、氮堿比呈極顯著正相關(guān)，與氯含量顯著負相關(guān)；氯含量與鉀氯比呈極顯著負相關(guān)。以上結(jié)果說明，玉溪烤煙內(nèi)部化學成分之間存在較多的相關(guān)關(guān)系，適合做主成分分析。

表5 玉溪煙葉化學成分評價指標間的相關(guān)關(guān)系

2.5 玉溪煙區(qū)烤煙化學成分主成分分析

將煙堿、總氮兩個指標正向化[14]后進行主成分分析，提取特征根大于1的3個主成分，累計方差貢獻率可達到93.903%，說明前3個主成分可基本反映原始數(shù)據(jù)的全部信息。由圖1及表6可知，第一主成分的方差貢獻率為46.345%，其中總氮、氯、總糖占據(jù)了較高的載荷；第二主成分方差貢獻率為30.926%，其中煙堿、糖堿比、氮堿比、鉀占據(jù)了較高的載荷；第三主成分的方差貢獻率為16.632%，其中還原糖、鉀氯比、兩糖比占據(jù)了較高的載荷。3個主成分得分分別以PC1、PC2、PC3表示，根據(jù)特征向量公式計算后可得各主成分得分函數(shù)為：

表6 主成分因子載荷矩陣

圖1 各化學成分的主成分載荷圖

式中，X1-X10分別代表煙堿、總氮、還原糖、鉀、氯、總糖、氮堿比、糖堿比、鉀氯比、兩糖比。

根據(jù)3個主成分貢獻率可知玉溪各縣區(qū)烤煙化學成分綜合得分：

計算結(jié)果見表7，各縣區(qū)烤煙化學成分的主成分綜合得分從高到低依次為元江、江川、通海、澄江、易門、峨山、新平、紅塔、華寧。

表7 各產(chǎn)區(qū)烤煙化學成分主成分得分

2.6 玉溪煙區(qū)烤煙化學成分聚類分析

根據(jù)主要化學成分含量將玉溪9個縣區(qū)的烤煙按照組間聯(lián)接方法進行系統(tǒng)聚類（圖2），結(jié)果表明，在相似度為90.04處，可將玉溪分為三類煙區(qū)，第一類為澄江、通海、江川；第二類為華寧、紅塔、易門、峨山、新平；第三類為元江。三類煙區(qū)分別地處玉溪東北部、中部、西南部，說明玉溪烤煙化學成分特征呈現(xiàn)出明顯的地域性。從三類煙區(qū)烤煙的化學成分特征（圖3）來看，不同類別煙區(qū)烤煙煙堿含量無顯著差異，且均在優(yōu)質(zhì)煙葉范圍之內(nèi)，說明玉溪煙區(qū)烤煙煙堿含量適中，且較為穩(wěn)定；總氮含量第一類煙區(qū)顯著低于第二類和第三類煙區(qū)，但均在優(yōu)質(zhì)煙葉范圍之內(nèi)；氮堿比第三類煙區(qū)顯著高于第一類，但三類地區(qū)均屬優(yōu)質(zhì)煙葉范疇；還原糖、總糖、糖堿比第二類煙區(qū)顯著低于第一類煙區(qū)，但三類煙區(qū)均處在相對較高水平，說明玉溪煙區(qū)烤煙糖類含量值得重點關(guān)注；從第一類到第三類煙區(qū)氯含量顯著降低，鉀含量和鉀氯比逐漸增加且不同地區(qū)間差異顯著，說明玉溪自東北至西南，表現(xiàn)出氯含量顯著降低，鉀含量和鉀氯比顯著增加的趨勢。

圖2 玉溪煙區(qū)烤煙主要化學成分聚類圖

圖3 三類煙區(qū)的烤煙化學成分特征

3 結(jié)論與討論

本研究表明，玉溪烤煙各化學指標含量均值為煙堿2.65%，總氮1.98%，總糖33.9%，還原糖27.07%，氯0.32%，鉀1.75%，鉀氯比8.82，氮堿比0.76，糖堿比13.22，兩糖比0.8，表現(xiàn)出總糖、還原糖、糖堿比高，鉀含量、兩糖比略低的特點。各縣區(qū)化學成分主成分得分依次為元江、江川、通海、澄江、易門、峨山、新平、紅塔、華寧；聚類分析可將玉溪劃分為三類煙區(qū)，第一類澄江、通海、江川，應(yīng)重點關(guān)注的指標為糖含量高、糖堿比高、兩糖比低、鉀含量低、鉀氯比低；第二類華寧、紅塔、易門、峨山、新平，應(yīng)重點關(guān)注的指標為糖含量高、糖堿比高、兩糖比低、鉀含量低；第三類元江，應(yīng)重點關(guān)注的指標為糖含量高、糖堿比高、兩糖比低。

本研究中化學成分聚類分析將玉溪各縣區(qū)分為三類，從玉溪市地理區(qū)劃來看，第一類澄江、通海、江川地處玉溪市東北部，第二類華寧、紅塔、易門、峨山、新平地處玉溪市中間，第三類元江地處玉溪市西南部，可見玉溪市烤煙化學成分表現(xiàn)出明顯的地域性，可對三類地區(qū)的土壤養(yǎng)分狀況進一步研究。主成分得分表現(xiàn)依次為元江、江川、通海、澄江、易門、峨山、新平、紅塔、華寧，按順序分別隸屬于第三類煙區(qū)、第一類煙區(qū)、第二類煙區(qū)，說明同類煙區(qū)內(nèi)部化學成分主成分得分較為接近。此外元江作為第三類煙區(qū)，除糖類指標外各項化學成分均較適宜，這可能是其主成分得分較高的原因。

糖類在煙草植株中的含量可達自身干重的25%～50%，是煙草光合作用的主要產(chǎn)物[1]。作為煙葉內(nèi)在品質(zhì)評價的重要指標，糖類參與形成煙葉的香氣物質(zhì)，并在煙葉燃吸過程中進行酸性反應(yīng)，調(diào)節(jié)煙氣的酸堿平衡，使吃味醇和[15-16]。本研究中玉溪烤煙總糖含量在31.57%～35.94%之間，還原糖含量在24.52%～29.50%之間，均處于較高水平，這與吳興富等[17]、張佳佳等[18]研究相符，推測原因為玉溪晝夜溫差較大，白天光照充足，十分有利于干物質(zhì)積累。此外，李志剛[19]對我國不同香型產(chǎn)區(qū)的烤煙化學成分進行分析，得出了總糖與還原糖含量表現(xiàn)為清香型＞中間香型＞濃香型；張佳佳等[18]的研究表明，以云南為代表的清甜香型烤煙總糖與還原糖含量極顯著高于以河南為代表的濃香型烤煙；而黃中艷等[20]研究發(fā)現(xiàn)，云南烤煙大田前期“多光少雨氣溫較高”有利于糖分快速積累，大田中后期“寡照多雨氣溫典型偏低”主導云產(chǎn)煙“清香型”風格的形成，同時有效降低糖分的耗失和轉(zhuǎn)化，云南煙葉糖含量和糖堿比高、煙堿和總氮含量適中，氣味清香高雅的風格特點是云南獨特的氣候造就的。可見，糖類含量高是玉溪作為典型清香型烤煙產(chǎn)地的生理基礎(chǔ)。

本研究中玉溪烤煙糖堿比在10.63～15.35之間，全市均處在稍高水平，而煙堿含量在2.40%～3.13%之間，處于優(yōu)質(zhì)煙葉范圍之內(nèi)，說明玉溪烤煙糖堿比高是由于糖含量高的緣故。關(guān)于降低煙葉糖含量的研究早有報道，李小勇等[21]的研究表明，團顆期輕度斷根處理的煙株生長后期根系活力顯著高于其他處理，可以顯著提高煙葉煙堿和鉀含量，適度降低了煙葉的糖含量，使糖堿比更加協(xié)調(diào)。王韋燕等[16]、李海平等[22]的研究表明,土壤速效鉀含量與煙葉總糖與還原糖含量呈負相關(guān)，因此在生產(chǎn)過程中可通過調(diào)節(jié)土壤鉀素的供應(yīng)，以適當調(diào)控煙葉的糖含量。此外，在調(diào)制過程中適當增加變黃期溫度也可降低烤后煙葉的糖含量[23]。但由于糖含量高是玉溪烤煙呈現(xiàn)清香型的生理基礎(chǔ)，因此降低糖含量對玉溪烤煙品質(zhì)及香型是否會造成其他不利影響有待于進一步研究。

兩糖比是衡量煙葉內(nèi)碳水化合物轉(zhuǎn)化程度的重要指標。通常認為，烤煙兩糖比在0.9以上時，煙葉的成熟度好，協(xié)調(diào)性好[2]。王建波等[24]研究表明，烤煙總糖、糖堿比和兩糖差呈現(xiàn)隨海拔的升高而升高的態(tài)勢。劉輝等[25]研究表明，隨著成熟度的增加，淀粉分解加快，兩糖差會顯著改善。本研究中玉溪烤煙兩糖比在0.74～0.84之間，處在稍低水平,推測與玉溪市海拔較高，或采收成熟度不夠有關(guān)。馮圭如等[26]研究表明，適當增施鋅肥、硼肥、鎂肥可以有效降低中下部葉的兩糖差；楊趁義[27]的研究表明，與過熟、欠熟相比，適熟采收煙葉的兩糖比更加適宜，且延長變黃時間能夠顯著促進煙葉內(nèi)含物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，在變黃36 h取樣與鮮煙葉相比兩糖差顯著降低了60.51%。因此，可通過栽培過程中適當增施硼肥、鋅肥等微量元素肥料，采收過程中調(diào)整采收成熟度，調(diào)制過程中適當延長變黃時間等方式來提高玉溪烤煙兩糖比。

烤煙鉀含量和煙葉的燃燒性、陰燃?；鹆蜕珴沙收嚓P(guān)，含鉀多的葉片柔軟，組織細致，外觀質(zhì)量好，一般認為，烤煙鉀含量在2%以上為宜[1]。李強等[28]研究發(fā)現(xiàn)，云南烤煙鉀含量偏低，變幅較大，并得出了鉀含量與海拔、土壤pH值呈顯著負相關(guān)的結(jié)論。本研究中玉溪第一類和第二類煙區(qū)表現(xiàn)出鉀含量偏低，推測與玉溪市海拔較高有關(guān)或土壤速效鉀含量不足有關(guān)。代曉燕等[29]的研究表明，增加鉀肥追施比例可顯著提高中上部煙葉中鉀素含量；鄒焱等[30]的研究表明，煙株打頂后噴施生長素和赤霉素能顯著提高煙葉鉀含量。因此針對第一類第二類煙區(qū)，可以通過增施鉀肥，或者打頂后噴施生長素、赤霉素來提高葉片鉀含量，但其具體效果有待于進一步研究。