陜西烤煙主產(chǎn)區(qū)氣象因子和煙葉化學成分特征及關(guān)系分析

杜興華,胡穎梅,高明博,過偉民,王林虹,王愛國

(1.中國煙草總公司陜西省公司,西安 710061;2.中國煙草總公司鄭州煙草研究院/煙草行業(yè)生態(tài)環(huán)境與煙葉質(zhì)量重點實驗室,鄭州 450001)

煙草是一種對于生態(tài)環(huán)境較為敏感的作物,生態(tài)條件影響煙草的形態(tài)特征、農(nóng)藝性狀以及化學成分。很多研究者認為,生態(tài)條件是煙葉品質(zhì)和風格特色的決定性影響因素[1],其中氣象因素起主導作用[2-7],但氣象因素對不同區(qū)域煙葉化學成分的影響有所差異[8]。

陜西是中國重要的烤煙產(chǎn)區(qū)之一,主要植煙區(qū)包括安康、寶雞、漢中、商洛、咸陽和延安等6個產(chǎn)區(qū),近年來植煙面積約2萬hm2,收購量約3.75萬t。陜西烤煙產(chǎn)區(qū)橫跨4個緯度,南北相距超400km,最南端產(chǎn)區(qū)安康平利縣緯度為32.09° N,而最北端產(chǎn)區(qū)延安富縣緯度為36.00° N,加之秦嶺對氣流的阻擋作用,使得省內(nèi)南北氣候差異明顯,因此,明確氣象因子對產(chǎn)區(qū)煙葉質(zhì)量的影響具有重要意義。關(guān)于陜西產(chǎn)區(qū)氣象因子與煙葉產(chǎn)量和品質(zhì)的研究較多,韋成才等[9]、王玉璽等[10]分析了陜南5個植煙縣烤煙質(zhì)量與氣象因子的關(guān)系,認為大田平均氣溫和日均氣溫≥20℃的持續(xù)時間對煙葉質(zhì)量最重要;李小芳等[11]研究了生育期氣象因子對安康產(chǎn)區(qū)煙葉產(chǎn)量和質(zhì)量的影響,認為旺長期平均溫度和降水量是決定烤煙產(chǎn)量的最關(guān)鍵因素;李淑娥等[12]對陜南白河縣烤煙生育期氣象因子與煙葉產(chǎn)量進行灰色關(guān)聯(lián)分析,認為與煙葉產(chǎn)量關(guān)聯(lián)度最大的3個氣象因子分別是5月煙田土壤5cm平均最低低溫、8月平均最高氣溫和8月有效積溫。但以上研究關(guān)注的地理范圍均相對較小,局限于某一個或者幾個產(chǎn)區(qū)縣,氣象因子的變異范圍也相對較小。尚未見到以整個陜西烤煙產(chǎn)區(qū)為研究范圍的煙葉質(zhì)量與氣象因子關(guān)系分析研究。因此,以2010-2019年陜西省6個烤煙主產(chǎn)區(qū)煙葉的化學成分和對應采樣點的氣象數(shù)據(jù)為資料,探討氣象因子對陜西產(chǎn)區(qū)煙葉化學成分的影響,篩選影響煙葉化學成分的關(guān)鍵氣象因素,以期為指導陜西產(chǎn)區(qū)煙葉科學生產(chǎn)和品質(zhì)提升提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與氣象數(shù)據(jù)

采集陜西省6個主要植煙地市13個縣(區(qū))的煙葉樣品,取樣時間為2010-2019年,共采集56個C3F等級煙葉樣品。具體的采樣產(chǎn)區(qū)及樣品數(shù)量為:安康市旬陽縣14個、平利縣1個,漢中市南鄭區(qū)3個、西鄉(xiāng)縣9個,商洛市洛南縣10個、鎮(zhèn)安縣1個,寶雞市麟游縣2個、隴縣6個,咸陽市旬邑縣7個,延安市富縣2個、黃龍縣1個。采樣縣(區(qū))的氣象資料均來源于中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng),氣象資料包括逐日平均氣溫、降水量、日照時數(shù)和相對濕度。將烤煙生育期劃分為3個時期,其中4月下旬至5月底為伸根期(移栽-還苗-團棵),6月為旺長期(團棵-現(xiàn)蕾),7月至9月上旬為成熟期(現(xiàn)蕾-采收完畢),分別計算各縣(區(qū))逐年大田生育期的氣象指標,并進行統(tǒng)計分析。

1.2 煙葉化學成分指標測定方法

采用煙草行業(yè)標準要求的方法測定煙葉樣品的煙堿、總氮、還原糖、總糖、鉀、氯和淀粉含量,其中,煙堿含量和總氮含量分別依據(jù)YC/T 160-2002[13]和YC/T 161-2002[14]測定,水溶性總糖含量和還原糖含量依據(jù)YC/T 159-2002[15]測定,鉀含量和氯含量分別依據(jù)YC/T 217-2007[16]和YC/T 162-2002[17]測定,淀粉含量依據(jù)YC/T 216-2007[18]測定。

1.3 數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計方法

采用DPS v17.10 統(tǒng)計軟件對氣象指標和煙葉化學成分進行相關(guān)分析、逐步回歸分析和灰色關(guān)聯(lián)度分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣象特征分析

由表1和表2可知,2010-2019年,陜西煙區(qū)烤煙生育期平均氣溫為18.2～25.3 ℃,其中咸陽產(chǎn)區(qū)最低,整個生育期均溫僅為18.6 ℃,除咸陽產(chǎn)區(qū)外,其他產(chǎn)區(qū)烤煙成熟期的氣溫均在20～25 ℃的最佳區(qū)間[15];烤煙生育期的相對濕度為68%～86.4%,其中漢中產(chǎn)區(qū)相對濕度顯著高于其他5個產(chǎn)區(qū);烤煙生育期日照時數(shù)為456.1～ 1 109.9 h,大田生育期日照時數(shù)超過400～600 h即可滿足烤煙生長發(fā)育所需[15],因此陜西各烤煙產(chǎn)區(qū)的日照時數(shù)均較為適宜;烤煙生育期降水量為286.9～1 047.7 mm,其中漢中降水量最高,均值為689 mm,咸陽產(chǎn)區(qū)相對較低,均值為473 mm。分析烤煙各生育期的降水量發(fā)現(xiàn),伸根-旺長期間降水量相對較少,而在煙葉成熟期降雨較多,成熟期降水量約占整個生育期降水量的 65.7%～73.3%。

表1 陜西煙區(qū)烤煙生育期主要氣象因素統(tǒng)計分析Table 1 Statistic indices of main meteorological factors during field growth period of flue-cured tobacco in Shaanxi

表2 各煙區(qū)烤煙生育期主要氣象因素Table 2 Main meteorological factors during field growth period of flue-cured tobacco in six tobacco planting regions of Shaanxi province

2.2 煙葉化學成分狀況分析

由表3和表4可知,陜西各產(chǎn)區(qū)的煙葉煙堿含量為0.76%～3.38%,其中咸陽和延安兩地的煙葉煙堿含量均值分別為1.59%和1.26%,顯著低于其他4個市(P<0.05);煙葉總氮含量為 1.35%～2.58%,6個產(chǎn)區(qū)間無顯著差異(P> 0.05);漢中市煙葉的鉀含量顯著高于寶雞市 (P<0.05),但與其他4個產(chǎn)區(qū)間均無顯著差異(P>0.05)。延安、咸陽兩地煙葉的氮堿比和糖堿比相對較高,顯著高于其他4個產(chǎn)區(qū) (P<0.05),而其他4個產(chǎn)區(qū)間無顯著差異(P>0.05)。

表3 陜西煙葉主要化學成分及指標Table 3 Statistic indices of main chemical components in tobacco leaves from Shaanxi

表4 陜西6個產(chǎn)區(qū)煙葉主要化學成分Table 4 Main chemical components of tobacco leaves from six tobacco planting regions in Shaanxi

2.3 氣象因素對煙葉化學成分的影響

由表5可知,與氮相關(guān)的指標,如煙堿、總氮、氮堿比和糖堿比均與氣象因子有較為明顯的相關(guān)性,其中,煙堿含量與各生育期的平均氣溫均呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),與伸根的降水量和相對濕度分別呈顯著(P<0.05)或極顯著(P<0.01)正相關(guān),與伸根期和旺長期的日照時數(shù)呈顯著負相關(guān)(P<0.05);總氮與煙堿類似,與各生育時期的平均氣溫呈顯著(P<0.05)或極顯著(P< 0.01)正相關(guān);糖堿比、氮堿比與各生育時期的平均氣溫及與伸根期和旺長期的相對濕度均呈顯著(P<0.05)或極顯著(P<0.01)負相關(guān),而與旺長期的日照時數(shù)則呈顯著正相關(guān)(P<0.05)。

表5 氣象因子與煙葉化學成分相關(guān)性分析Table 5 Correlation analysis between meteorological factors and chemical components of tobacco leaves

進一步對各生育時期的氣象因子和煙葉化學成分進行逐步回歸分析,探討多種氣象因子對煙葉化學成分的綜合影響。選取回歸系數(shù)顯著且決定系數(shù)(R2)大于0.15的方程進行分析(表6),并計算各氣象因素對化學成分作用的直接通徑系數(shù)(表7)。

表6 陜西產(chǎn)區(qū)氣象因子與煙葉化學成分逐步回歸分析Table 6 Stepwise regression analysis between meteorological factors and chemical components of tobacco leaves

表7 陜西產(chǎn)區(qū)氣象因子對煙葉化學成分直接通徑系數(shù)Table 7 Direct path coefficient of meteorological factors on chemical components of tobacco leaves in Shaanxi

逐步回歸和通徑分析結(jié)果顯示,煙堿回歸模型的決定系數(shù)相對較高,生育期平均氣溫和伸根期相對濕度對煙葉煙堿含量有正向影響,而生育期相對濕度對煙葉煙堿含量有負向影響;旺長期平均氣溫對總氮含量有正向影響;伸根期平均氣溫對糖堿比有負向影響,而旺長期日照時數(shù)對糖堿比有正向影響。

灰色關(guān)聯(lián)分析(表8)表明,成熟期平均氣溫與煙堿關(guān)聯(lián)度最高,總氮含量與旺長期和成熟期平均氣溫關(guān)聯(lián)度最高,還原糖、總糖和鉀含量與生育期相對濕度及生育期平均氣溫的關(guān)聯(lián)度均較高,兩糖比與生育期相對濕度及旺長期平均氣溫的關(guān)聯(lián)度均較高?；疑P(guān)聯(lián)分析的結(jié)果與相關(guān)性和回歸分析的結(jié)果基本一致。

表8 氣象因子與化學成分灰色關(guān)聯(lián)度Table 8 Grey correlation degree between climatic factor and chemical components of tobacco leaves

3 討 論

3.1 陜西產(chǎn)區(qū)氣象條件特點

烤煙是喜溫作物,溫度是影響烤煙品質(zhì)的重要因素[11,19-20]。一般認為,烤煙在大田生長的最適宜溫度是22 ℃～28 ℃,在該溫度范圍內(nèi),煙葉的化學成分隨著成熟期平均氣溫的升高而提高[19],但這也不是絕對的,在云南一些高海拔地區(qū)最熱月份日均溫低于20 ℃依然可生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)煙葉[21]。陜西6個煙葉產(chǎn)區(qū)在烤煙生育期的平均氣溫表現(xiàn)安康>漢中>商洛>寶雞>咸陽≈延安,同一生育時期不同產(chǎn)區(qū)間最大溫差可達5 ℃。降雨是維持烤煙生長的重要氣象因素,降水量及其在不同生育時期的分布也直接影響煙葉的品質(zhì),在烤煙移栽伸根期,月降水量80～100 mm為優(yōu),旺長期的適宜降水量宜為100～200 mm[22-24]。本研究顯示,近10年來,安康、漢中、寶雞和商洛等煙葉產(chǎn)區(qū)在烤煙伸根期的平均降水量為75～103 mm,而咸陽和延安同期平均降水量僅有50 mm左右,可能會影響烤煙正常的還苗伸根。除漢中產(chǎn)區(qū)旺長期降水量均值為103 mm外,其他產(chǎn)區(qū)旺長期降水量均低于100 mm,伸 根-旺長期降水量不足是影響陜西產(chǎn)區(qū)烤煙種植較為突出問題。另外,成熟期降雨偏多也給煙葉成熟采烤帶來一定的壓力[25]。

3.2 煙葉化學成分特點及其與氣象因子關(guān)系

本研究顯示,陜西各產(chǎn)區(qū)間煙葉的化學成分差異較大,尤其是煙堿及其衍生指標差異較大。安康、漢中、商洛和寶雞產(chǎn)區(qū)的C3F煙葉煙堿含量均為2.12%～2.32%,較為適宜,而咸陽和延安產(chǎn)區(qū)煙葉煙堿含量相對較低。本研究還顯示,生育期平均氣溫尤其是成熟期平均氣溫是影響煙堿含量的最重要因素。這一結(jié)論與董繼國等[26]在環(huán)神農(nóng)架地區(qū)的研究結(jié)果類似,因為煙堿主要在根系合成,在一定范圍內(nèi),溫度越高,根系活力越強,有利于根系合成煙堿;煙堿的積累主要發(fā)生在烤煙打頂后的成熟期,因此成熟期氣溫是影響煙葉煙堿含量的關(guān)鍵因素。而韋成才等[9]和王玉璽等[10]對陜南煙區(qū)的研究顯示,煙堿與大田期降水量和7月濕度呈負相關(guān);周翔等[27]對于山東煙區(qū)的研究也表明,煙堿受5月至8月的降水總量影響較大,呈負相關(guān)。由于陰雨天往往氣溫也較低,因此上述研究結(jié)論與本研究結(jié)論也是基本一致的。戴冕[28]關(guān)于全國10個主產(chǎn)植煙省的研究顯示,煙葉生育期降水量與煙葉煙堿積累的相關(guān)性高于溫度因素(包括成熟采烤期旬平均氣溫、積溫和 ≥30 ℃的高溫天數(shù)),且降水量與煙堿呈正相關(guān)關(guān)系,因此作者認為水對煙葉積累煙堿起主導作用,溫和熱因素僅起輔助作用。戴冕[28]分析的10個產(chǎn)煙省中煙堿含量較高的地市為廣東南雄、湖南郴州、河南寶豐和福建龍巖,而煙葉煙堿含量比較低的地市為安徽宿縣、遼寧寬甸和貴州遵義,從中也可以發(fā)現(xiàn)煙堿含量較高的產(chǎn)區(qū)煙葉成熟期的氣溫較高,而多數(shù)煙堿含量相對較低的產(chǎn)區(qū)烤煙成熟期的氣溫也相對較低。

4 小 結(jié)

綜合來看,陜西各產(chǎn)區(qū)的氣象條件均適宜烤煙生長發(fā)育,但不同產(chǎn)區(qū)的氣象條件差異較大,其中氣溫和降水量表現(xiàn)尤為明顯,部分北部煙區(qū)烤煙成熟期氣溫較低,多數(shù)產(chǎn)區(qū)煙葉移栽-旺長期降水量相對較少且波動較大,而成熟期降水量偏多。漢中、安康、寶雞和商洛4個烤煙產(chǎn)區(qū)的C3F煙葉的煙堿含量適宜,而咸陽和延安產(chǎn)區(qū)煙葉的煙堿含量稍低。各產(chǎn)區(qū)煙葉的煙堿和總氮含量與生育期平均氣溫呈顯著或極顯著正相關(guān),氮堿比和糖堿比與生育期平均氣溫及伸根期和旺長期的相對濕度呈顯著或極顯著負相關(guān)?？緹熒谄骄鶜鉁睾拖鄬穸仁怯绊戧兾骺緹煯a(chǎn)區(qū)煙葉品質(zhì)的主要因素。