气象因子、土壤理化性状与烟叶内在化学成分的关联度研究

周效峰，金亚波

（广西中烟工业有限责任公司，广西 南宁 530001）



气象因子、土壤理化性状与烟叶内在化学成分的关联度研究

周效峰，金亚波

（广西中烟工业有限责任公司，广西 南宁 530001）

摘 要：对广西省代表性烟区的气象因子、土壤理化性状与烟叶内在化学成分的关联度以及这3个方面在烤烟品质形成中的贡献率进行了分析。结果表明：影响烤烟品质最主要的气象因子是气温、湿度（降水）、日照，影响烤烟品质的土壤理化性状主要有土壤有机质和氮、磷含量，影响烤烟品质的化学成分有烟碱、总氮、钾；从主成分分析结果来看，气象因子是影响烟叶品质的重要因素。对于气象因子，5～8月的气温是影响化学成分积累的重要因素，特别是成熟期（7～8月）的气温影响最为显著。全年气象因子与烟叶总氮含量关联度最高，与总糖含量关系密切。在烟叶内在化学成分中，总氮、烟碱、挥发碱、挥发酸对气候条件反应最为显著（生长期）；石油醚与土壤有机质关联度最高。

关键词：烤烟品质；气象；土壤理化性状；化学成分；关联度

烤烟对环境相当敏感，国内外许多研究已证明，气象条件、土壤性状是影响烤烟物质积累和化学成分变化的重要因子[1-6]。但是揭示累年逐侯气候条件和主要土壤性状对烤烟化学成分的影响，以及这些因子对烤烟品质的贡献率等方面的研究还比较少见。笔者对气象因子、土壤理化性状与烟叶内在化学成分以及这3个方面在烤烟品质形成中的贡献率进行关联度和主成分相关分析，旨在揭示不同时期气象因子、主要土壤性状因子、烟叶内在化学成分与烤烟品质关联的紧密程度，从而为烤烟区域布局和生产提供理论依据。

1　数据收集与处理

1.1数据收集

1.1.1烟叶内在化学成分数据 采集了广西省22个代表烟区的烟叶为样本。取样等级均为C3F，品种为云85，样本数共计589个，测定项目有总糖、还原糖、总植物碱、总氮、挥发酸、挥发碱、石油醚、钾、氯。1.1.2 土壤性状数据 利用GPS定位技术在广西省22个烟区采集土壤样本388个，测定指标为土壤有机质、pH值、有效氮、有效磷、有效钾、氯含量。

1.1.3气象数据 气象数据来源于广西省气象局和相关县（市）气象局，时间为1998～2012年。气候考察因子为累年逐候平均气温、累年逐候最高气温、累年逐候最低气温、累年逐候降水总量、累年逐候蒸发量、累年逐候日照时数、累年逐候相对湿度。

1.2数据处理

利用因子、灰色系统分析[7-8]。灰色系统以总糖、还原糖、总植物碱、总氮等9 种化学成分为母序列，以烤烟7个气候因子（侯气温、侯降雨量、侯蒸发量、侯日照时数等）和6个土壤理化性状（pH值、有机质、碱解氮等）为子序列，对不同气候因子及土壤理化性状与化学成分进行灰色关联度分析。

计算关联系数：经过数据变换的母数列记为：{X0（t）}，子数列记为{Xi（t）}，则在时刻t=k时母序列{X0（t）}与子序列{Xi（t）}的关联系数L0i（k）可由下式计算：

式中，△0i（k）表示k时刻两序列的绝对差，即△0i（k）=|x0（k）-xi（k）|（1≤i≤m）；△max和△min分别表示所有比较序列各个时刻绝对差中的最大值与最小值。因为需要比较序列相交，故一般取△min=0；ρ称为分辨系数，其意义是削弱最大绝对差数值太大引起的失真，提高关联系数之间的差异显著性，ρ∈（0，1），一般情况下可取0.1～0.5。关联系数反映两个被比较序列在某一时刻的紧密（靠近）程度。

2　结果与分析

2.1不同气象因子对烟叶内在化学成分的关联度分析

2.1.1总 糖 总糖是决定烤烟品质的重要化学成分，由表1～5可以看出，团棵期（4月）空气相对湿度、旺长期（5月）蒸发量、打顶期（6月）降水总量以及成熟期（7、8月）的蒸发量、日照时数等气象因子与烟叶总糖的关联度较大。就日照时数而言，与总糖关联度较大的为旺长期（5月）和成熟期（7、8月）的日照时数；从气温来看，与总糖的关联度较大的为打顶期（6月）和成熟期（7月）的最高气温；对降雨量来讲，降雨量与总糖的积累关联度在5月旺长期与6月打顶期最大，但相比较而言，6月的降雨量是影响烟叶总糖的主要因子。从总体上看来，旺长期和打顶期的蒸发量、降雨量为影响烟叶水溶性总糖的相对重要的气象因子，而成熟期的温度和日照、蒸发量起着重要的作用。

表1　4月团棵期气象因子与烟叶内在化学成分的关联度分析

表2　5月旺长期气象因子与烟叶内在化学成分的关联度分析

表3　6月打顶期气象因子与烟叶内在化学成分的关联度分析

表4　7月成熟初、中期气象因子与烟叶内在化学成分的关联度分析

2.1.2还原糖 还原糖与气象因子的关联度分析（表1～5）表明，气象因子与水溶性总糖和与还原糖的关联度基本一致，总体上以成熟期的蒸发量、日照时数、旺长期蒸发量、降雨量和日照时数与烟叶还原糖的关系较紧密。不同的是在4月即团棵期的蒸发量对还原糖的影响较大。

表5　8月成熟后期气象因子与烟叶内在化学成分的关联度分析

2.1.3总 氮 烟草中总氮含量和其中各类型的氮化合物含量之间有着密切的相关性，总氮含量高的烟叶，往往其他的氮化合物含量亦高。从表1～5中可以看出，成熟期（7、8月）的气温和蒸发量以及旺长期（5月）的气温与烟叶总氮的关联度较高。就日照而言，打顶期日照与总氮含量的关联度最高，说明光照对烟叶中总氮的合成与积累的贡献与烤烟打顶也有很大的关系，即人为技术措施可以调控烤烟的总氮含量；从降雨量来看，成熟后期（8月）的降雨量与总氮的关联度最高，旺长期次之。

2.1.4烟 碱 烟碱是烟叶中生物碱的主要存在形式，烟碱的形成受遗传、农业栽培、生理生物学、气候因素等的影响[6]。由表1～5可知，与烤烟烟碱关联度最为密切的气象因子为团棵期和旺长期的气温、打顶期的蒸发量、成熟初中期（7月）的温度和日照时数、成熟后期（8月）的降水量与湿度。就降雨量而言，旺长期（5月）和团棵期的降雨量与烟碱含量的关联度最高；从气温来看，成熟期（7月）的气温与烟碱的积累关系最为密切；对日照时数来说，打顶期和成熟初中期的日照时数与烟碱的关联度最大。

2.1.5挥发酸和挥发碱 挥发酸的含量对烟叶评吸质量有较大的影响，含量适宜时烟气吃味醇和；其中的丙烯酸、异戊酸和β–甲基戊酸等，不仅可降低烟气碱性，使吃味变得醇和，而且有利于提升烟叶香气。一般来说，挥发性有机酸含量高，烟叶吃味较好；挥发碱含量低，烟气平淡或粗糙；挥发碱含量高则出现浓烈的刺激性烟气或苦味。由表1～5可知，团棵期（4月）的蒸发量、日照时数对挥发酸影响较大，而气温和日照时数对挥发碱有影响；旺长期气温和相对湿度与挥发酸关系密切，而日照时数和湿度与挥发碱关系密切；打顶期气温对挥发酸和挥发碱的关联度最大，具有一致性；成熟初中期（7月）的日照和气温与二者的关联度最为密切。就日照而言，旺长期（5月）和成熟初中期（7月）的日照与挥发碱含量关联度最高；从气温来看，气温是影响烤烟挥发酸、挥发碱形成的重要气温因素。

2.1.6钾、氯、石油醚 氯是影响烟叶燃烧性的主要元素，氯含量高的烟叶不但燃烧性不良，而且杂气、刺激性重，工业使用价值低。由表1～5可知，团棵期对烟叶氯、石油醚等含量影响较大的是降水量，对烟叶钾含量影响较大的是日照时数；旺长期对烟叶氯含量影响较大的是气温，对烟叶石油醚和钾含量影响最大的是相对湿度；打顶期与烟叶氯和石油醚含量关联度最大的是气温，与烟叶钾含量关联度最大的是蒸发量；成熟期（7月），日照对烟叶氯、石油醚含量影响最大，而气温对烟叶钾含量影响较大；烤烟生长后期（8月）对三者影响较大的是降水量和相对湿度。

2.2土壤理化性状与烟叶内在化学成分的关联度分析

从表6中可以看出，总体上，烟叶内在化学成分与土壤理化性状关联度最大的是挥发碱，其次是钾离子，再次是挥发酸；而影响烟叶挥发碱形成的主要土壤理化性状是有机质，影响烟叶钾、氯含量的土壤理化性状是磷元素，而不是钾、氯本身，这说明土壤中磷元素增多的情况下或与钾、氯元素产生拮抗作用。因此，在肥料使用比例上可以考虑增加钾肥的比例，而氯对烤烟来讲是敏感元素，可根据土壤状况适量运用。烟草石油醚提取物中含有芳香油、树脂、磷脂、蜡脂等体现烟草香气的物质，其含量越高，烟叶的香气量越足。烟叶石油醚的含量与土壤理化性状的关联度仅次于挥发酸，而影响烟叶石油醚生成的主要土壤理化性状是土壤有机质，关联系数高达0.483 4。与烟叶氮化合物和糖含量关联度最高的土壤理化性状是氮、有机质、磷。

表6　土壤理化性状与化学成分的关联度分析

2.3影响烤烟品质因素的主成分分析

对气象、土壤、化学成分共计22个因子进行主成分分析，根据特征根（大于1）与累计贡献率提取6个主成分，解释22个因子影响烤烟品质的大小规律。由表7和图1可知，第一主成分是累年逐侯最高气温，第二主成分是烟碱，第三主成分是土壤有机质，第四主成分是总氮，第五主成分是钾离子，第六主成分累年逐候相对湿度。

第一到第六主成分的计算公式依次为：

图1　主成分旋转立体图

表7　主成分因子负荷矩阵

3　结论与讨论

不同生育期气象条件与烤烟品质的形成有着密切的联系[9-11]。在影响烤烟品质的气象因子中，不同的气象因子以及不同生育时期的气象条件对烤烟化学品质的形成有着不同的作用。影响烤烟品质最主要的气象因子是气温、湿度（降水）、日照；影响烤烟品质的土壤理化性状主要是土壤有机质和氮、磷含量；对烤烟品质贡献率较大的化学成分是烟碱、总氮和钾含量。

从主成分分析结果来看，气象因子是影响烤烟品质的重要因素。其中，5～8月的气温是影响烟叶内在化学成分积累的重要因素，特别是成熟期（7～8月）的气温影响最为显著。全年气象与烟叶总氮含量的关联度最高，与总糖的关系也较密切。

在化学成分因子中，总氮、烟碱、挥发碱和挥发酸对气候条件反应最为显著（生长期）；而石油醚的含量与土壤有机质关联度最高，说明增施有机肥对烤烟香气形成有重要作用。

对气象因子、土壤理化性状与烟叶内在化学成分以及这3个方面在烤烟品质形成中的贡献率进行关联度和主成分相关分析，得出一些较为明显的规律，从而指导烟叶的生产和区域规划。

此外，影响烤烟品质的因素还有品种、施肥、栽培技术等，其综合影响还需进一步研究。

参考文献：

[1] 肖金香，刘正和，王 燕，等. 气候生态因素对烤烟产量与品质的影响及植烟措施研究[J]. 中国生态农业学报， 2003，11（4）：158-160.

[2] 林敬凡，鲁心正. 气候条件对烤烟质量的影响[J]. 气象，1995，21 （1）：44-47.

[3] 许自成，王 林，王金平，等. 湖南烤烟化学成分与土壤有机质含量的关系[J]. 生态学杂志，2006，25（10）：1186-1190.

[4] 黎妍妍，许自成，王金平，等. 湖南烤烟总糖、还原糖含量与几种土壤养分的关系分析[J]. 土壤通报，2007，38（5）：911-914.

[5] 秦 松，刘大翠，刘 静，等. 土壤肥力对烟叶化学成分及品质的影响[J]. 土壤通报，2007，38（5）：901-905.

[6] 朱尊权（译）. 烟草的生产、生理和生物化学[M]. 上海：上海远东出版社，1993.

[7] 邓聚龙. 灰色预测与决策[M]. 武汉：华中理工大学出版社，1986.

[8] 张文彤. SPSSⅡ统计分析教程（高级篇）[M]. 北京：北京希望电子出版社，2002.

[9] 周金仙，卢江平，刘敬业，等. 云南烟草品种区域化布局研究初报[R]. 云南烟草科学研究院科研年报，2000. 44-48.

[10] 贺长华，任 纬. 烤烟气象[M]. 昆明：云南科技出版社，2001.

[11] 中国农业科学院烟草研究所. 中国烟草栽培学[M]. 上海：上海科学出版社，1987.

（责任编辑：成 平）

Correlation Study of Meteorological Factors， Soul Physical and Chemical Properties and Tobacco Leaves Chemical Composition

ZHOU Xiao-feng，JIN Ya-bo
（Guangxi China Tobacco Industry Co.， Ltd， Nanning 530001， PRC）

Abstract：The correlation between meteorological factors, soil physical and chemical properties and the chemical composition of tobacco leaves in Guangxi province were analyzed. The contribution rate of these 3 aspects to the formation of flue-cured tobacco quality was analyzed. The results showed that the main meteorological factors affecting the quality of flue-cured tobacco were air temperature，humidity (precipitation), and sunshine, the soil physical and chemical properties were the contents of soil organic matter, nitrogen and phosphorus， which influenced the quality of flue-cured tobacco， the chemical components which affecting the flue-cured tobacco quality were nicotine, total nitrogen and potassium; according to the results of principal component analysis, meteorological factors are important factors affecting the intrinsic chemical composition of tobacco leaves. For meteorological factors, the temperature from May to August is an important factor affecting the accumulation of chemical components， especially the maturity period （July to August） has significant impact on temperature. The meteorological factors of whole year has highest correlation with total nitrogen content of tobacco leaves, closely related to the total sugar. In the intrinsic chemical composition of tobacco leaves, total nitrogen, nicotine, volatile base and volatile acid have the most significant response to climate conditions； the petroleum ether has the highest correlation with soil organic matter.

Key words：flue cured tobacco quality； meteorological； soil physical and chemical properties； chemical composition； correlation

作者简介：周效峰（1976-）男，壮族，广西上林县人，助理农艺师，主要从事烤烟栽培与烟叶调拨等工作。

基金项目：广西中烟科技项目（2011YL01）

收稿日期：2016-02-22

DOI:10.16498/j.cnki.hnnykx.2016.04.023

中图分类号：S572.05

文献标识码：A

文章编号：1006-060X（2016）04-0076-04