腾冲火山灰土壤区域烟叶化学成分特征

沈晗，周冀衡

1*,赵百东2，李强1，刘晓颖1，陈丽娟1，赵文涛1,3，黄婷1

(1.湖南农业大学烟草研究院，长沙 410128；2.国家烟草专卖局，北京 100053；3.上海烟草集团有限责任公司，上海 200082)

腾冲火山灰土壤区域烟叶化学成分特征

沈晗1,3，周冀衡

1*,赵百东2，李强1，刘晓颖1，陈丽娟1，赵文涛1,3，黄婷1

(1.湖南农业大学烟草研究院，长沙 410128；2.国家烟草专卖局，北京 100053；3.上海烟草集团有限责任公司，上海 200082)

为研究云南腾冲火山灰土烟叶质量特征及原因，通过田间试验比较了水稻土、黄壤、红壤和火山灰土的土壤理化性状及其烟叶的化学成分特征。结果表明，火山灰土容重最低，物理性状优良，养分性状与其他土壤差异不显著。火山灰土烟叶总糖为 30.14%，显著低于黄壤和水稻土。钾含量和烟叶化学成分可用性指数分别为 2.55%和 0.71，显著高于黄壤和水稻土。叶黄素、β-胡萝卜素和芸香苷含量分别为 130.40 μg/g、133.40 μg/g 和 11.75 mg/g，均显著高于其他土壤。质体色素降解产物总体含量与其他土壤差异不显著。非挥发性有机酸总量为 70.03 mg/g，显著高于黄壤和红壤，其中苹果酸含量为45.10 mg/g，显著高于其他土壤。土壤物理性状优良可能是火山灰土烟叶独具特色的重要原因。

火山灰土；化学成分；烤烟；腾冲

特色优质烟叶开发具有十分重要的意义[1]。研究表明，土壤是形成特色烟叶的重要基础之一，不同类型的地带性土壤上生长的烟叶，有着不同的质量特色[2]，土壤类型和土壤质地对于烟叶化学成分有重要的影响[3-5]。云南腾冲是我国为数不多的火山灰土壤区域之一，火山灰土具有有机质含量和钾含量高、土壤容重小、孔隙度与持水能力高等特点[6]。目前对于火山灰土烟叶质量特征研究尚未见报道，本研究通过对不同土壤类型理化性状及其烟叶化学成分进行分析，以期为云南腾冲火山灰土壤区域特色优质烟叶研究与开发提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

2011 年在保山市腾冲县，采用 GPS 技术，在火山灰土壤区域不同土壤类型定点布置试验取样点 309 个，其中水稻土 93 个，黄壤 100 个，红壤66 个，火山灰土 50 个，每取样点代表面积为3.33 hm2左右。土壤采样时间在整地理墒之前，采样深度为 0～20 cm 耕作层，按五点取样法取土样，同时特别注明土壤类型，经过风干、磨细、过筛、混匀、装瓶后备测定分析用。分别在选取当地规划种植的主栽品种，各取样点烟叶生产栽培措施均按保山优质烟叶生产标准进行。采集 C3F(中部橘黄三级)初烤烟叶样品，烟叶样品由专职评级人员按照国家标准《烤烟》(GB 2635—92)进行分级，等级合格率达到 85%以上，每个样品取 3.0 kg。

1.2 样品测定

1.3 数据处理与分析

烟 叶 化 学 成 分 可 用 性 指 数 (Chemical Components Usability Index, CCUI)采用隶属度函数模型与指数和法来确定，即按公式计算，式中 Nij和 Wij分别表示第 i个烟叶样本、第 j个指标的隶属度值和权重系数，其中 0＜Nij≤1，0≤Wij≤1 且满足=1。参照关于云南西部烟区烟叶化学成分已有研究[15]，结合实践经验，确定各参评指标的函数类型及转折点，采用主成分分析法确定各参评指标的权重，m为化学成分指标的个数。采用 SPSS17.0 处理分析数据。

2 结 果

2.1 土壤物理性状和养分状况

由表1可以看出，按国际土壤质地分类标准对土壤质地进行分类，水稻土为砂质壤土，黄壤和红壤为壤质砂土，火山灰土为砂质动壤土。水稻土的容重最高，为 1.05 g/cm3，火山灰土的容重最低，为 0.73 g/cm3。

由表2可知，火山灰土与水稻土的速效磷和有效锌含量差异不显著，其他指标差异均达显著，火山灰土与黄壤的速效磷、速效钾和有效硼含量差异不显著，其余指标差异均达显著，火山灰土与红壤的水溶性氯和有效硼含量差异显著，其他各项指标含量差异均不显著，分析可以说明火山灰土在化学指标上与红壤差异不显著，总体上各化学指标均处于其余3种土壤之间，因此火山灰土壤养分无明显突出特征。

表1 腾冲火山灰土壤物理性状Table 1 Physical characters of volcanic ash soil in tengchong tobacco area

表2 腾冲火山灰土壤区域养分状况Table 2 Soil nutrients of volcanic ash soil in Tengchong tobacco area

2.2烟叶化学成分

由表3可知，火山灰土烟叶总糖、还原糖含量和糖碱比显著低于水稻土，总糖含量和糖碱比显著低于黄壤，钾含量显著高于黄壤，总氮含量显著低于红壤，总体上火山灰土烟叶化学成分与红壤差异不明显。

表3 腾冲火山灰土壤区域烟叶化学成分Table 3 Chemical composition of flue-cured tobacco leaves from volcanic ash soil in Tengchong tobacco area

2.3 烟叶主要化学成分可用性综合评价

将主要化学成分指标作为评价不同土壤类型烤烟化学成分可用性的因子，运用模糊数学理论计算各质量指标的隶属度，使各参评指标的原始数据转换为 0.1～1.0 的数值。常用于综合评价的隶属函数类型主要有 2种，分别为抛物线型函数表达式为:

S型函数表达式为:

式中，x1为下限；x2为上限；x3为最优值下限；x4为最优值上限，x 为各化学成分的实际含量。结合实践经验，确定各参评指标的函数类型及转折点，并采用主成分分析方法计算权重(表 4)。

由表5可知，火山灰土烟叶化学成分可用性指数较高，变异系数最小，火山灰土和红壤烟叶化学成分可用性显著高于水稻土和黄壤。以上说明水稻土烟叶化学成分可用性最低，稳定性最差，而红壤和火山灰烟叶化学成分可用性较高，其中火山灰土烟叶化学成分可用性变异系数最小，化学品质最稳定。

表4 腾冲火山灰土壤区域烟叶化学成分可用性评价的指标选取、函数拐点及权重值Table 4 Type of membership function, critical value and index weight of the chemical compositions of flue-cured tobacco leaves of volcanic ash soil in Tengchong tobacco area

2.4 烟叶多酚和色素特征分析

由表 6 可知，火山灰土烟叶叶黄素、β-胡萝卜素和芸香苷含量显著高于其他土壤类型，其绿原酸含量最低，显著低于红壤，与水稻土和黄壤差异不显著。

表5 腾冲火山灰土壤区域烟叶化学成分可用性指数Table 5 Usability index of chemical compositions of tobacco leaves of volcanic ash soil in tengchong tobacco area

表6 腾冲火山灰土壤区域烟叶色素和多酚含量Table 6 The content of the pigment and polyphenol of tobacco leaves of volcanic ash soil in tengchong tobacco area

2.5 烟叶质体色素降解产物含量特征分析

由表7可知，火山灰土烟叶质体色素降解产物总体含量最高，为 31.42 µg/g，显著高于水稻土，但与红壤和黄壤差异不显著，其中火山灰土烟叶 6-甲基-5-庚烯-2-酮、香芹酮、巨豆三烯酮 3 和巨豆三烯酮 1 含量表现最为突出，明显高于其他土壤类型。

2.6 烟叶其他挥发性香气物质含量的特征分析

由表8可知，火山灰土烟叶其他挥发性香气物质含量总量最高，为 25.00 mg/g，但与其他 3 种土壤类型土壤烟叶无显著差异，其中火山灰土烟叶糠醇、苯乙醛和 2-乙酰基吡咯含量明显高于其他土壤类型。

2.7 烟叶非挥发性有机酸含量特征分析

由表9可知，火山灰土非挥发性有机酸总量最高，为 70.03 mg/g，显著高于黄壤和红壤，与水稻土差异不显著，其中草酸、苹果酸、柠檬酸、月桂酸含量表现相对突出，苹果酸显著高于其他土壤类型，黄壤和红壤非挥发性有机酸总量较低。

3 讨 论

本试验表明，火山灰土烟叶总糖含量、钾含量和烟叶化学成分可用性与水稻土和黄壤差异显著，烟叶色素、多酚、质体色素降解产物、挥发性香气物质和非挥发性有机酸含量显著高于其他土壤，同时火山灰土容重最低，物理性状优良，而不同土壤类型养分差异不显著，说明火山灰土烟叶化学成分与其他土壤烟叶存在差异可能主要是由土壤物理性状差异导致。

表7 腾冲火山灰土壤区域烟叶质体色素降解产物含量 µg/gTable 7 The content of plastid pigment degradation products of tobacco leaves from volcanic ash soil in tengchong tobacco area

表8 腾冲火山灰土壤区域烟叶其他挥发性香气物质含量 µg/gTable 8 The content of other volatile aroma of flue-cured tobacco leaves of volcanic ash soil in tengchong tobacco area

表9 腾冲火山灰土壤区域烟叶非挥发性有机酸含量 mg/gTable 9 The content of nonvolatile organic acids in tobacco leaves from volcanic ash soil in tengchong tobacco area

有研究表明，土壤类型和土壤性状的差异可导致烟叶碳代谢和氮代谢强度、协调性和动态变化的不同，进而对烟叶化学成分和香气成分形成产生影响[3]。土壤质地对烟叶中钾含量有重要影响[4]， 土壤质地越粘重则烟叶钾含量越低[5]。在本试验中，由于火山灰土为砂质动壤土，容重最低，结构疏松、通透性好，烟株根系发达，而根系是吸收钾素的主要器官，因而火山灰土烟叶钾含量相对较高，主要化学成分协调，可用性高。同时，烟株根系的生长环境良好，有利于养分的吸收和利用，能为前、中期烟叶旺盛的碳氮代谢、充足的光合产物形成和大量的香气前体物的积累奠定基础[16-17]，火山灰土上烟株根系生长环境良好，烟株早生快发，为后期烟株光合作用等物质代谢提供有力基础，从而导致火山灰土烟叶色素、多酚、质体色素降解产物、挥发性香气物质和非挥发性有机酸含量相对较高。本试验关于火山灰土土壤物理性状对烟叶化学成分影响作了初步判断和分析，具体的内在机理还有待进一步探索。

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Chemical Composition of Flue-cured Tobacco in Volcanic Ash Soil Region in Tengchong

SHEN Han1,3, ZHOU Jiheng1*, ZHAO Baidong2, LI Qiang1, LIU Xiaoying1, CHEN Lijuan1, ZHAO Wentao1,3, HUANG Ting1
(1. Institute of Tobacco, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China; 2. State Tobacco Monopoly Administration, Beijing 100053, China; 3. Shanghai Tobacco Group Co., Ltd., Shanghai 200082, China)

To explore quality characteristics of flue-cured tobacco, field experiments were conducted to study the characteristics of the chemical composition of flue-cured tobacco in four soils (paddy soil, yellow soil, red soil, and volcanic ash soil). The results showed that the physical properties of volcanic ash soils were fine, and its bulk density was 0.73 g/cm3, which was the lowest among the four soils. The content of total sugar was 30.14% in flue-cured tobacco planted in volcanic ash soil, which was significantly lower than those in the yellow soil and paddy soil. The content of potassium and the availability index of chemical composition were 2.55% and 0.71, respectively, which were significantly higher than those in yellow soil and paddy soil. The content of lutein, beta-carotene and rutin were 130.40 μg/g, 133.40 μg/g and 11.75 mg/g respectively, which were the highest among the four soils. The content of pigment degradation products was 31.42 mg/g, and there was not significant difference observed among four soils; The content of total volatile organic acids was 70.03 mg/g, which was significantly higher than those in yellow soil and red soil. Malic acid was 45.10 mg/g, which was the highest among the four soils. The physical characteristics of volcanic ash soils seems to be important factors for high quality tobacco with characteristics in volcanic ash soil.

volcanic ash soil; chemical composition; flue-cured tobacco; Tengchong

S572.01

1007-5119（2014）04-0070-05 DOI：10.13496/j.issn.1007-5119.2014.04.013

云南省烟草公司项目“北回归线火山灰土壤区域特色优质烟叶研究与开发”(2010YN25)

沈 晗，男，硕士生，研究方向为烟草生理生化，E-mail:hanshenxx@hotmail.com。*通信作者，E-mail:jhzhou2005@163.com

2013-05-06

2013-09-20