不同香型烟区农业地质背景特征比较研究

2012-07-31龙怀玉刘鸣达

中国烟草科学 2012年5期

高琳，龙怀玉，刘鸣达

（1.韶关学院英东农业科学与工程学院，广东韶关 512005；2.中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，北京 100081；3.沈阳农业大学土地与环境学院，沈阳 110161）

烤烟是一种对环境极为敏感的经济作物[1]，由于中国烟区生态条件的巨大差异，我国烟叶形成了不同的质量风格类型和香味风格。我国烤烟依据烟叶香气分类，主要有清香型、浓香型和中间香型 3种类型[2]。烟叶香型是烟叶质量和使用的重要依据和主要指标[3]，在我国烟叶生产的历史上，形成了具有一定地域特点的特色烟叶类型，如以河南襄城为代表的浓香型烤烟和以云南南涧为代表的清香型烤烟。生态条件差异是影响烤烟产量、质量和烟叶香型风格的主要因素[4]。前人对烤烟种植区域的气象条件、气候适宜性、土壤培肥以及作物营养等方面做了大量研究，并形成了较为成熟的理论与技术体系，但这些研究主要是依据光照、降雨和作物肥料等因素进行的，没有考虑烤烟所在地域的农业地质背景条件与烤烟特色品质密切相关的因素。烤烟的生长依赖于水土条件，但水土条件除受气候影响外，又直接受岩石类型、地球化学、地质构造等农业地质背景的影响而衍生变化[5]，不同的农作物都要求适合自身生长的农业地质背景[6]。因此，国家烟草专卖局 2009年启动特色优质烟叶重大开发专项，对典型烟叶产区进行调查，根据野外调查结果，本研究介绍了我国不同香型烟叶产区的地质年代、成土母质等农业地质背景特征，及其对烟叶香型的影响，以期为典型区域特色优质烟的发展和品质规划提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究地点

在我国5大烤烟种植区域[7]中选取浓香型4个代表县（河南襄城、安徽宣城、湖南桂阳和江华）和清香型4个代表县（福建永定和泰宁、云南江川和南涧）进行比较研究（表1），并在烟区选取能代表烟区香型的地质背景、土壤和气候等生态条件的典型烟田，并用GPS定位不同香型烟区的烟点。

表1 代表烟区的选择Table 1 Selection of representative sites

1.2 数据获取

1.2.1 图像资料主要以1:500 000地质图为基准，提取2种香型烟区的地质年代和岩石地层特征。

1.2.2 野外调查在地质图和土壤图等图像资料的基础上，由中国科学院南京土壤所、中国农业科学院烟草研究所、中国农业科学院农业资源与农业区划研究所具有丰富野外调查经验的土壤专家、地质专家和烟草专家，以及各地区烟草研究院和烟草公司的专题人员组建成野外地质土壤调查队，统一到代表烟区开展农业地质背景和土壤调查，现场挖掘土壤剖面，通过目测和野外速测的方法鉴定烟区的岩石、成土母质和土壤类型，在野外难以鉴定的岩石，取样拿回实验室进行室内分析鉴定。

1.3 数据处理

采用ArcGIS 9.3进行图像资料处理，属性数据资料应用EXCEL软件进行处理。

2 结果

2.1 不同香型烟叶产区的地质年代特征

从表2可看出，浓香型烟区的地质年代跨度较大，主要有新生代、中生代和古生代。其中新生代为第四纪，第四纪中包括中更新世 Q2、晚更新世Q3和全新世 Q4；中生代为白垩纪，白垩纪中主要为晚白垩世K2；古生代包括二叠纪，石炭纪，泥盆纪，二叠纪为早二叠世 P1，石炭纪包括早石炭世C1和晚石炭世C3，泥盆纪包括中泥盆世D2和晚泥盆世D3。按地质年代类型所占样点数由多到少排列依次为古生代＞新生代＞中生代，其中古生代的样点数为19个，所占比例最大，为51%，新生代次之，其样点数为13个，占总数的35%，而中生代的样点数为5个，仅占总数的14%。

从岩石地层的角度来看，浓香型烟区的主要包括坡积洪积层、冲积洪积层、冲积层、戚家矶组、金陵组、芜湖组、赤山组、壶天群、孤峰组、锡矿山组、马栏边组、罗镜滩组、榴江组、黄公塘组、欧家冲组和跳马涧组16种。

从表3可看出，与浓香型烟区相比，清香型烟区的地质年代跨度更大，主要包括5种地质年代，分别为新生代、中生代、古生代、新元古代和中元古代。其中，新生代包括第四纪全新世 Q4和第三纪上新世N2；中生代包括白垩纪（早白垩世K1和晚白垩世K2），侏罗纪（早侏罗世J1、中侏罗世J2和晚侏罗世J3）和三叠纪（早三叠世T1和晚三叠世T3）；古生代包括二叠纪（早二叠世P1），石炭纪（中石炭世C2）和泥盆纪（晚泥盆世D3）；新元古代为震旦纪Z。按地质年代类型所占样点数由多到少排列依次为中生代＞古生代＞新生代＞中元古代＞新元古代，中生代的样点数为 15个，所占比例最大，为44%，古生代的样点数为8个，仅占总数的23.5%，新生代的样点数为6个，占总数的17.5%，而中元古代和新元古代总共仅占总数的15%。

从岩石地层的角度来看，我国清香型烟区主要包括冲积层、峨眉山玄武岩组、梁山组、澄江组、茨营组、宰格组、三合洞组、江底河组、漾江组、景星组、麦初箐组、林地组、溪口组、漳平组、藩坑组、古竹超单元组、永安超单元组、赤水组、西溪组、交溪（岩）组和万全（岩）群21种。

总体来看，浓香型和清香型的地质年代类型跨度均较大，前者覆盖了新生代、中生代和古生代中的5个纪、9个世。清香型的地质年代跨度更大，覆盖了新生代、中生代、古生代、新元古代和中元古代中的10个纪、12个世。但浓香型烟区较更多地分布在新生代和古生代上，而清香型烟区更集中分布在中生代上（图1）。

表2 浓香型烟区的地质年代和成土母岩类型Table 2 The types of geological time and parent rocks in tobacco region for full-bodied type

表3 清香型烟区的地质年代和成土母岩类型Table 3 The types of geological time and parent rock in tobacco region for clean aroma type

图1 不同香型烟区的地质年代类型频数分布图Fig.1 Frequency distribution of geological time in different aroma type tobacco regions

2.2 不同香型烟叶产区的成土母质特征

从表2可看出，浓香型烟区的成土母岩类型包括碳酸钙含量较高的母岩、黏土岩类沉积岩、碎屑类沉积岩和河流冲积物。碳酸钙含量较高的母岩包括石灰岩、白云岩和黄土状沉积物，黏土岩类沉积岩包括紫色页岩和页岩，碎屑岩类沉积岩为紫砂岩。从图2中还可以看出，碳酸钙含量较高的成土母岩的样点数为27个，所占比例达到总数的73%；黏土岩类成土母岩的样点数为2个，占总数的5%；碎屑类沉积岩的样点数为1个，仅占总数的3%；河流冲积物的样点数为7个，约占19%。由上面分析可知，浓香型烟区主要以碳酸钙含量较高的成土母岩为主。

图2 不同香型烟区的成土母岩类型的比例图Fig.2 Proportion of parent rocks in different aroma type tobacco region

石灰岩和白云岩均属于沉积岩中的化学岩，主要矿物成分为方解石和白云石等碳酸盐矿物，这种矿物的化学风化和生物活动较强，主要发生溶解、碳酸化作用，是易风化矿物，风化产物黏细，黏粒含量相对较高[8]；黄土状沉积物的颗粒主要以粉粒为主，质地黏细[9]；紫色页岩和页岩属于沉积岩中的细粒岩，岩石颗粒较细，黏土矿物含量高，吸水膨胀，失水收缩，容易破碎，岩石碎块进一步化学风化形成的产物黏重[8]；而根据野外调查发现的河流冲积物，质地较细，粉粒和黏粒含量也相对较高。总体来看，浓香型烟区成土母岩的岩石颗粒小，形成的风化产物黏粒含量高，并且黏粒均较细。母质特征对土壤发育及其性状都有着直接的影响，发育在上述母质上的土壤质地细，保水能力强，养分状况良好，有机质含量高，富含钙质，水分渗透性差，淋洗强度小，盐基离子迁移速度慢[10]。

从表3可看出，清香型烟区的成土母岩类型包括碎屑类沉积岩、酸性岩浆岩、区域类变质岩和沼泽沉积物。其中，碎屑类沉积岩主要有砂岩、紫砂岩、石英砂岩、粉砂岩、青砂岩和砾岩，酸性岩浆岩有花岗岩，变质岩有千枚岩，此外还有两个样点的成土母质为有机成土母质中的沼泽沉积物。从图2中还可以看出，碎屑类沉积岩的样点数为29个，所占比例达到总数的85%，酸性岩浆岩中的花岗岩样点数为2个，约占6%，而变质岩中的千枚岩的样点数仅为1个，约占3%，有机成土母质中的沼泽沉积物的样点数为2个，约占6%。由上面分析可知，清香型烟区的成土母岩主要以碎屑类沉积岩为主。

砂岩、砾岩和花岗岩都属于中颗粒或粗颗粒岩石，其岩石矿物成分中，石英、长石和碎屑物含量较多，而石英和长石的抗风化能力强，其风化产物中含有大量砂粒，花岗岩和千枚岩也属于中颗粒到粗颗粒岩石，因此形成的风化物质的砂性或石质性较强[11]。总体来看，清香型烟区成土母岩岩石颗粒大，大部分由抗风化矿物组成，砂粒含量大。岩石矿物成分和结构对形成的母质性质有很大影响，进而对土壤特征有着直接的影响，发育上述母质上的土壤质地偏砂，渗透性强，水分和养分易流失，淋洗强度大，盐基离子易于流失[10]。

3 讨论

地质年代是各种地质事件发生的时代，表征着各种地质作用和地史演化。不同的地质年代内会形成不同的岩石地层，而岩石或地质体经过一系列地质作用，特别是风化作用和成土作用而最终演变成土壤层[12]，进而影响土壤中的作物生长。李正积[13]研究表明四川中部的岩石地层中，蓬莱镇组地层上形成的土壤含有相当丰富的营养物质，可生产出优质棉花，这说明地质年代对农作物的生长具有一定的制约性。但本研究发现，地质年代对烟叶香型风格的形成影响较小。这可能是由于土壤成土过程中受到地质、气候、水文和植被等多种因素的共同作用，所以地质年代对烟叶品质的影响不是很明显，不是烟叶香型分异的主导因素；另外，地质作用常常与气候、地貌等相关因子结合[13]，因此烟区自然地理条件的影响也是导致地质年代和烟叶香型关系不明显的因素之一。

不同成土母岩上发育的土壤的理化性质、营养元素含量有着明显差异，进而对农作物的长势、产量、品质等方面的分异产生影响。从目前的大多数文献来看，成土母岩对农作物的作用主要表现在 2个方面[14]。首先，成土母岩的矿物组成通过影响土壤理化性状而影响作物品质，如辽宁盖县的优质国光苹果易生长在含有云母类、石英、斜长石的片岩、片麻岩和变质岩地区，因为此区域岩石风化破碎形成的砂质土壤，结构性良好，通气性强，酸碱度适当，可促进植物根系发育，吸取养分能力增强[15]。其次，成土母岩的化学成分通过地球化学元素影响土壤状况进而影响特色作物的品质，因为成土母岩的化学元素不同，其发育的土壤的化学元素含量差异也较为明显。如赵兵等[16]研究山东沂水县烤烟品质与农业地质背景的关系，结果表明沉积岩所衍生的土壤中，Si，Al，Ca，Mg，K等化学元素含量较高，而这些元素都是有益于烟叶品质的元素。康桂玲等[17]研究显示，由碳酸盐风化物和第四纪黄土母质的混合物质发育而成的褐土是山东肥城桃优势区的岩土条件，因为此区域衍生的土壤中富含有益于肥城桃生长的Ca、Mg、K、P、N和Fe等元素。本研究对我国浓香型烟区和清香型烟区的成土母岩的对比分析结果显示，浓香型烟区以碳酸盐岩类沉积岩和黄土状沉积物两种碳酸钙含量较高的成土母岩为主，而清香型烟区的成土母岩以碎屑类沉积岩为主，不同香型烟区的成土母岩类型差异较明显，在一定程度上说明成土母岩与烟叶香型和品质有着密切的关系，但是对于不同香型烟区的成土母岩对烟叶香气成分、含量和香型形成的影响机理还有待进一步深入研究，进而更准确的指导烤烟种植生产及烤烟品质区划。

4 结论

（1）浓香型烟区和清香型烟区的地质年代类型跨度均较大，并且重叠交叉。前者的地质年代覆盖了新生代、中生代和古生代3代中的5个纪、9个世。清香型烟区的地质年代跨度更大，覆盖了新生代、中生代、古生代、新元古代和中元古代5代中的10个纪、12个世。说明地质年代特征似乎不是主导烟叶香型分异的因素。因此，在以后的典型区域特色优质烟的发展和种植区规划中，地质年代对烟叶的影响作用可以不作为重点研究的因素。

（2）不同香型烟区的成土母岩类型差异较明显，浓香型烟区以石灰岩、白云岩和黄土状沉积物等碳酸钙含量较高的成土母岩为主，母岩颗粒较细，发育的土壤质地较黏重，而清香型烟区的成土母岩以碎屑类沉积岩为主，母岩颗粒均粗，发育的土壤质地偏砂。说明成土母岩对烟叶香型风格的形成影响较大。

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