古巴Pinar del Rio省优质雪茄烟种植区主要生态因子特征研究

陶健，刘好宝，辛玉华，刘光亮，王程栋，徐宜民，梁洪波，王树声

1 中国农业科学院烟草研究所，青岛 266101；2 海南省雪茄研究所，海口 571100

古巴Pinar del Rio省优质雪茄烟种植区主要生态因子特征研究

陶健1，刘好宝1，辛玉华2，刘光亮1，王程栋1，徐宜民1，梁洪波1，王树声1

1 中国农业科学院烟草研究所，青岛 266101；2 海南省雪茄研究所，海口 571100

为提供中国雪茄烟种植区域生态适宜性评价的基础数据支持，研究采用NCDC-GSOD气象数据和ISRIC-GSIF土壤信息数据，解析古巴Pinar del Rio省优质雪茄烟产区主要生态因子的动态特征与数值规律。结果表明：研究区大田期气温呈上升趋势，月平均气温（21.21～24.41℃）、月平均最高气温（27.25～30.25℃）、月平均最低气温（15.91～19.21℃）。其中，1月份气温的变异性较大，月平均最低气温在整个生育期内的温差最大（6.84℃）。大田期（次年1—4月）内的月降水总量均稳定在90 mm以下（55.97～87.02 mm），移栽后至旺长阶段1—2月份，平均56.74 mm。东、中部地区湿润老成土和潮湿老成土为主，西部地区湿润氧化土所占比例最高；东、中部地区土壤pH值（5.93和6.00）高于西部（5.62）；有机质含量（18.39 g/kg和19.40 g/kg）则低于西部（22.43 g/kg）；东、中部地区的土壤质地以沙粒为主（平均值分别为44.18%和43.89%），而西部地区则以沙粒和粘粒为主（平均值分别为42.45%和33.38%）。

气象因子；土壤性状；时间动态；数值特征

雪茄烟自清代传入中国以来，消费群体及销量不断上升。据统计，2015年上半年，在中国卷烟生产与销售量分别下降3.11%和2.23%的同时，中国雪茄烟产量增长37.20%，销量增长82.00%，销售额增长55.40%[1]，雪茄烟已成为中国烟草行业新的增长点。然而，当前中国的优质雪茄烟原料严重匮乏，绝大部分依赖于进口，给中国优质雪茄烟的产品开发和品牌发展带来了极大的困难。

气象、土壤等生态因子是决定烟叶风格特色的重要因素，就雪茄烟而言，不同雪茄结构部位（茄衣、茄套和茄芯）的雪茄烟原料对区域生态因子的需求各异且较为苛刻[2]，即使在优质产区，也仅限于小部分烟区生产优质雪茄烟[3]。以茄衣为例，优质茄衣需要在高空气温度、高空气湿度、多云少风的气象条件下栽培[4]，在不同生育阶段对气象条件的需求各异[3,5]。在大田生长期，日平均温度在20℃左右，在烟叶采收期和调制期，日平均温度需超过22 ℃，空气相对湿度则需要在70%以上[5]。土壤理化特性是决定优质雪茄烟特色形成的关键因素，土壤类型、质地、有机质含量、养分元素含量等因子是优质烟叶产区的关键生态要素[6-7]，也是雪茄烟品牌的重要生态标识[3]。土壤类型、质地、容重等物理指标制约土壤肥力水平，影响植物根系的养分利用效率[8-10]。土壤养分元素含量则是烟叶产量与品质的决定因素，土壤有机质与土壤肥力呈正相关关系，增加其含量更能够有效增强烟株对土壤病害的自我防控能力[11]。世界上的优质雪茄烟产地均分布在南北回归线之间，特别是在23°N附近地区，该地区具有优质雪茄烟生产的独特生态条件，其中尤其以古巴共和国（以下简称古巴）最为著名。古巴最重要的优质雪茄烟种植区为Pinar del Rio省的Vuelta Abajo地区。通过分析古巴Vuelta Abajo地区的气象、土壤等主要生态因子，解析优质雪茄烟种植区关键生态因子的数值规律及其时空动态特征，把握优质雪茄烟生长发育对气象、土壤等因子的生态需求，能够有针对性地在中国选取优质雪茄烟种植区、对比中国雪茄烟种植区相应因子的差异，为发展相应的生产技术配套体系提供科学依据和数据支持。

1 研究区与数据来源

1.1 研究区简介

古巴Pinar del Rio省位于古巴西部，是哈伯纳斯公司（Habanos）雪茄烟原料的主要产区，也是古巴唯一种植所有种类原料的地区。该省份内的Vuelta Abajo烟区为古巴乃至全球最著名的优质雪茄烟种植区，可以细分为Vuelta Abajo、San Luis、San Juan y Martínez三个片区（图1）。整个Vuelta Abajo烟区仅有不到四分之一区域的生态条件达到哈伯纳斯公司的雪茄烟最佳产地（古巴Vegas Finas de Primera种植园）标准[3]，其中Vuelta Abajo和San Luis片区为古巴优质茄衣的著名产区。研究基于Vuelta Abajo片区内的气象站点数据分析气象因子特征，并根据Vuelta Abajo、San Luis、San Juan y Martínez 三个片区的边界数据提取土壤信息数据分析各片区的土壤理化特性。

图1 研究区海拔及优质雪茄烟种植区格局Fig. 1 Patterns of elevation and premium cigar planting areas

1.2 数据来源

1.2.1 气象数据

研究采用的气象数据来源于美国国家气候中心的全球地表日值数据集（NCDC-GSOD），选取了古巴Pinar del Rio省Vuelta Abajo片区内气象站点（图1）的日值观测数据。然后，综合考虑数据的可用性及气象特征分析的代表性，选取了1980—2014年的平均气温、最高气温、最低气温和降水总量共4项指标的日值数据处理为月平均气温、月平均最高气温、月平均最低气温和月降水总量。对缺失值超过10%的月统计数据进行剔除后，以月为时间尺度对4项气象指标进行分析。研究区雪茄烟生育期确定为9月至次年4月，其中9—12月的气象数据为1980—2013年平均值，次年1—4月气象数据为1981—2014年平均值。研究区雪茄烟生育期的农事安排时间一般为：9—10月开始育苗，45～60d后开始移栽，移栽45～70d后烟叶成熟（一般为2—3月）。

1.2.2 土壤数据

采用ISRIC-GSIF土壤数据，结合古巴Pinar del Rio省Vuelta Abajo烟区内三大片区的边界数据，提取土壤理化信息。该数据基于全球共计约100000个土壤剖面数据，采用线性-克里金方法结合样条函数，对全球土壤理化性状数据进行制图。该数据的空间分辨率为1 km×1 km，已被广泛应用于全球生态学研究中[12-13]。综合考虑土壤对雪茄烟种植的影响和对人类施肥与农事操作响应的敏感性，研究中选取土壤亚纲类型（USDA分类标准）、土壤pH、土壤有机质含量、土壤质地（包括沙粒含量、粉粒含量和粘粒含量）共6项重要而较为稳定的指标进行分析，其中土壤pH、有机质含量和质地均为土壤深度为0～22.5 cm平均值。

2 结果与分析

2.1 气象因子的时间动态特征

2.1.1 空气温度

由图2可知，研究区空气温度在育苗期（9—12月）内呈下降趋势，移栽期（次年1月）的气温最低，次年2—4月的气温逐渐升高。月平均气温（图2a）、月平均最高气温（图2b）、月平均最低气温（图2c）在全生育期内的平均值分别为23.41℃、29.19℃、18.62℃，其中育苗期平均值分别为24.21℃、29.80℃、20.00℃，大田期平均值分别为22.61℃、28.58℃、17.25℃，成熟期平均值分别为22.41℃、28.41℃、16.94℃，在整个生育期内的温差分别为5.05℃（21.21～26.26℃）、4.66℃（27.25～31.91℃）、6.84℃（15.91～22.75℃）。综合对比箱形图和各月份的标准偏差可知，月平均气温（图2a）在大田期内1月、3月和育苗期内11月的变异性较大，标准偏差分别为1.26℃、1.17℃、1.15℃，育苗期初期9—10月及末期12月平均气温的变异性最小；月平均最高气温（图2b）在大田期（次年1—4月）内的变异性较大，尤其是次年4月和1月份，标准偏差分别为1.28℃、1.07℃；月平均最低气温（图2c）在11月—次年4月内的变异性较大，其中次年1月平均最低气温的变异性最大，标准偏差为1.71℃。

图2 研究区气温月平均值变化趋势Fig. 2 Trends of monthly average temperatures

2.1.2 降水总量

研究区月降水总量在全生育期内的总量为737.93 mm，其中育苗期总量为455.11 mm，大田期总量为282.82 mm，成熟期总量为142.98 mm。由图3可知，研究区育苗期初期（9—10月）的月降水总量最高，均在150 mm以上，末期（12月）降水最低（1980—2013年平均值：31.51 mm），大田期内（次年1—4月）的月降水总量稳定在90 mm以下。育苗期9—10月降水总量的变异性最大，标准偏差分别为121.60 mm、73.55 mm，11月到次年2月降水总量的变异性较小。

图3 研究区月降水总量变化趋势Fig. 3 Trend of monthly total precipitation

2.2 土壤因子的空间格局

2.2.1 土壤类型

由图4a可知，研究区东部、中部地区以潮湿与湿润土壤为主，而西部则以半湿润土壤为主。东、中部地区位于奥尔加诺斯山南部，为地势平缓的山麓平原，空气湿度高，河流密集而短促，河谷农业发达，土纲以老成土为主；西部为奥尔加诺斯山西南末端，海拔较高而空气湿度较低，土纲以氧化土和软土为主。

图4 研究区土壤分类格局（a）及各亚纲面积比例（b）Fig.4 Pattern of soil class (a) and area percentage of each suborder (b)

由图4b可知，研究区土壤类型主要以湿润老成土和潮湿老成土为主，两者面积占研究区总面积的51.22%（湿润老成土占30.20%，潮湿老成土占21.02%）。对比三个片区来看，Vuelta Abajo片区中的湿润老成土所占比例最高（46.06%），San Luis片区则以潮湿老成土（占37.56%）和湿润老成土（占29.85%）为主，San Juan y Martínez片区中的湿润氧化土所占比例最高（30.58%）。

2.2.2 土壤pH

由图5a可知，研究区土壤pH呈西北部低而东部、中部高的空间格局，中部土壤pH最高。由图5b可知，研究区土壤pH的平均值为5.89（范围：5.30～6.30），其中pH在5.80～6.10间的土壤面积占研究区总面积的63.49%。对比三个片区来看，Vuelta Abajo和San Luis片区的土壤pH平均值分别为5.93和6.00，主要在5.80～6.10范围内（Vuelta Abajo占84.62%，San Luis占 76.69%），San Juan y Martínez片区的土壤pH平均值为5.62，主要在5.40～5.60范围内（占63.03%）。

图5 研究区土壤pH格局（a）及面积比例（b）Fig. 5 Pattern (a) and area percentage (b) of soil pH

2.2.3 土壤有机质含量

图6 研究区土壤有机质含量格局（a）及面积比例（b）Fig. 6 Pattern (a) and area percentage (b) of soil organic matter content

由图6a可知，研究区土壤有机质含量呈东北部、中部低而西部高的空间格局，西部奥尔加诺斯山的西南末端土壤有机质含量较高。由图6b可知，研究区土壤有机质含量的平均值为20.40 g/kg（范围：10.67～31.33 g/kg），其中有机质含量在14.00～26.00 g/kg间的土壤面积占研究区总面积的92.02%。对比三个片区来看，Vuelta Abajo和San Luis片区的土壤有机质含量平均值分别为18.39 g/kg和19.40 g/kg，主要在15.00～21.00 g/kg范围内（Vuelta Abajo占63.84%，San Luis占 63.97%），San Juan y Martínez片区的土壤有机质含量平均值为22.43 g/kg，主要在20.00～26.00 g/kg范围内（占84.41%）。

2.2.4 土壤质地

研究区土壤沙粒含量呈南部高而北部、西北部低的空间格局（图7a），土壤粉粒含量呈北部高而西北部低的空间格局（图7c），土壤粘粒含量呈北部、西北部高而南部低的空间格局（图7e）。北部、西北部地区分别为奥尔加诺斯山的山麓和西南末端，土壤中沙粒含量较低，而粘粒含量较高；南部则为河谷平原区域，土壤中沙粒含量高，而土壤粉粒和粘粒含量低。

研究区土壤沙粒含量的平均值为43.52%（范围：32.67～50.67%）,土壤粉粒含量的平均值为27.09%（范围：18.00～33.33%）,土壤粘粒含量的平均值为29.40%（范围：24.00～41.00%）。其中，土壤沙粒含量主要在40.00～47.00%间（占76.73%），土壤粉粒含量主要在26.00～31.00%间（占73.00%），土壤粘粒含量主要在25.00～28.00%间（占62.92%）。

对比来看，Vuelta Abajo和San Luis片区的土壤质地相近：两者的土壤沙粒含量（图7b）平均值分别为44.18%和43.89%，主要在42.00～47.00%范 围 内（Vuelta Abajo占70.31%，San Luis占69.85%）；土壤粉粒含量（图7d）平均值分别为28.44%和28.55%，主要在26.00～31.00%范围内（Vuelta Abajo占 88.74%，San Luis占 91.18%）；土壤粘粒含量（图7f）平均值分别为27.42%和27.52%，主要在25.00～28.00%范围内（Vuelta Abajo占78.67%，San Luis占80.39%）。San Juan y Martínez片区的土壤沙粒含量平均值为42.45%，主要在40.00～43.00%范围内（占54.55%）；粉粒含量平均值为24.18%，主要在19.00～22.00%范围内（占50.62%）；粘粒含量平均值为33.38%，主要在35.00～39.00%范围内（占55.59%）。

图7 研究区土壤质地格局及其面积比例Fig. 7 Patterns and area percentages of soil texture factors

3 讨论

3.1 生态因子特征

研究区大田期气温均呈上升趋势（月平均气温：21.21～24.41℃、月平均最高气温：27.25～30.25℃、月平均最低气温：15.91～19.21℃），大田期降水则基本稳定在90 mm以下（55.97～87.02 mm）。尽管Pinar del Rio省位于古巴最湿润地区，年降水量在1600 mm以上，但大田期内平均仅70.71 mm，尤其是移栽后至旺长阶段1—2月份，平均56.74 mm，研究表明在该阶段内月降水量在50.80 mm左右符合雪茄烟生长最佳条件[3]。对土壤亚纲类型、pH、有机质含量、质地（包括土壤沙粒、粉粒、粘粒含量）的空间格局和数值规律进行分析发现东部、中部的Vuelta Abajo、San Luis片区与西部的San Juan y Martínez片区间的土壤理化特性有明显差异。Vuelta Abajo和San Luis片区属于著名的优质茄衣产区，而San Juan y Martínez片区则以种植优质茄芯为主。不同雪茄烟原料的生态条件需求和种植管理方式存在明显的差异，因此未来研究需要对优质茄衣产区（如：Vuelta Abajo）和优质茄芯产区（如：Semi Vuelta）的关键气象、土壤因子进行对比，解析不同雪茄烟原料的生态条件差异，揭示不同雪茄烟原料特色风格的生态成因。

中国雪茄烟传统种植区以四川省什邡市以及浙江省桐乡市最为著名，两者的地理分布距23°N较远，因此种植时间与古巴不同。以什邡烟区为例，一般12月上旬育苗，3月上中旬移栽，5月中下旬开始采收晾制，大田期4—5月日平均气温20℃作用，低于古巴雪茄烟区，降水总量150.90 mm，高于古巴雪茄烟区[14,5]。什邡烟区土壤为沙壤土，土壤pH大多在5.5～6.5之间，有机质含量为22.8～52.5 g/kg[5]，有机质含量高于古巴雪茄烟区。此外，中国海南省、雷州半岛及台湾省南部地区属于23°N以南地区，并与古巴同属于海岛和半岛的海洋性气候，土壤理化特性类型也极为相近。因此，下一步将基于本研究结果，依据Vuelta Abajo烟区数据，对上述地区的气象、土壤因子进行对比评价。

3.2 特征分析的意义与不确定性

解析古巴Pinar del Rio省Vuelta Abajo烟区气温、降水因子的月尺度动态和土壤主要理化指标的数值特征，能够为中国雪茄烟种植区的选址和种植、管理措施的制定提供数据基础。基于研究结果，结合中国传统雪茄烟种植区和中国热带农业区的气象和土壤理化信息，采用数据统计分析或物种分布模型，选择与Vuelta Abajo烟区生态因子最为相似的区域作为中国雪茄烟种植的重点发展区域；通过捕捉与Vuelta Abajo烟区大田期气象因子动态的相关程度最高的时段，调整中国雪茄烟种植区的种植时间节律；通过对比中国雪茄烟种植区生态因子与Vuelta Abajo烟区的差异及相应时间点，改进管理措施以提升本地生态条件。

研究中，气象数据和土壤信息数据均来源于全球数据集，因此在研究区内应用时受区域内数据量及数据来源站点或采样点空间分布的限制，数据精度有一定的不确定性。在气象指标选取时，NCDC-GSOD数据中的指标包括气温、降水、风速、露点温度、海平面高度、大气压力，缺乏雪茄烟种植的重要指标空气湿度，因此研究中未对该指标进行分析。土壤指标的选取则主要考虑到对雪茄烟种植的影响和对施肥与农事操作响应的敏感性。未来研究需要结合多源气象数据确保数据精度和指标完善性，如NCEP Reanalysis，并获取完整的土壤理化指标数据，对雪茄烟种植的关键生态因子进行全面分析，如：太阳辐射、空气湿度、土壤容重等。此外，研究中以月为时间尺度对雪茄烟生育期气象因子进行动态分析，然而就烟草作物种植而言，月尺度的时间分辨率较低，未来研究需要进一步细化至旬或按照研究区雪茄烟种植的不同生育期进行时间划分，深入细化优质雪茄烟叶生长发育的气象要素特征及不同原料产地间的差异。

3.3 遮荫效应

优质茄衣产区（如古巴、尼加拉瓜、多米尼加等）一般采用遮光棚（Cheese-cloth/muslin）对雪茄烟田进行遮光处理，实现优质茄衣的最佳生长环境[15-16]，而茄套和茄芯一般在日光条件下生长，不需要进行遮光处理。采用光度测量法对遮光棚效果的研究发现，棚内的光照总量比棚外减少约1/3，但散射光基本不变，棚内散射光所占光照总量的比率（0.33～0.72）远高于棚外（0.27～0.52）。遮光棚对日平均气温的影响较小，遮光棚内气温比棚外低约0.08℃（60d平均值），但是遮光棚内外气温日较差的差异较大。气温日较差的差异易导致作物叶片呼吸和蒸腾作用的日夜间差异[17-19]，进而影响烟叶同化物质积累[20-21]。遮光棚对日间空气相对湿度的影响则远远高于气温，并且作物叶片蒸腾作用的日夜间差异能够增强遮光棚内外空气湿度的差异[18,22]。因此，未来研究需要进一步就遮光棚对气象条件的调控作用及其生态效应进行深入解析。

4 结论

（1）研究采用NCDC-GSOD气象数据解析古巴Vuelta Abajo烟区气温、降水因子的时间动态特征，为中国雪茄烟种植区域评价提供基础气象信息。研究区平均气温、最高气温、最低气温三者在整个生育期内的时间动态特征基本一致，大田期气温均呈一致的上升趋势。其中1月份气温的变异性较大，最低气温在整个生育期内的温差最大（6.84℃），然后为平均气温（5.05℃）、最高气温（4.66℃）。雪茄烟生育期内的降水量主要集中在育苗期初期（9—10月），并且该时段内月降水总量的变异性较大，末期（12月）降水最低，大田期（次年1—4月）内的月降水总量均稳定在90 mm以下（55.97～87.02 mm），尤其是移栽后至旺长阶段1—2月份，平均56.74 mm。

（2）研究区主要为地势平缓的山麓平原，河谷农业发达，土壤类型以湿润老成土和潮湿老成土为主，不同雪茄烟原料种植区域的土壤理化性状呈明显的差异。东、中部地区（优质茄衣产区）与西部地区（优质茄芯产区）的土壤理化性状有明显的空间差异：东、中部地区湿润老成土和潮湿老成土所占比例最高，西部地区湿润氧化土所占比例最高；东、中部地区的土壤pH值（5.93和6.00）高于西部（5.62），有机质含量（18.39 g/kg和19.40 g/kg）低于西部（22.43 g/kg），东、中部地区的土壤质地中沙粒含量最高（平均值分别为44.18%和43.89%），土壤粉粒和粘粒含量相近（粉粒含量平均值分别为28.44%和28.55%，粘粒含量平均值分别为27.42%和27.52%），西部地区的土壤沙粒含量最高（平均值为42.45%），其次为土壤粘粒含量（平均值为33.38%），土壤粉粒含量最低（平均值为24.18%）。

（3）研究能为中国雪茄烟种植区生态适宜性评价提供数据基础：基于研究结果，结合中国植烟区域生态数据，能够准确评估中国种植雪茄烟的生态适宜区，并精确捕捉适宜的种植时间节律，量化中国雪茄烟种植区的生态差异及相应时间点，在相应时间点改进管理措施以弥补差异。未来将就上述内容开展生态适宜性评价、移栽期及种植节律时间提取和生态资源匹配评估三方面的相关研究。

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Research on characteristics of major ecological factors in growing areas for premium cigar tobacco in Pinar del Rio province of Cuba

TAO Jian1，LIU Haobao1，XIN Yuhua2，LIU Guangliang1，WANG Chengdong1，XU Yimin1，LIANG Hongbo1，WANG Shusheng1
1 Tobacco Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Qingdao 266101, China；2 Hainan Cigar Research Institute, Haikou 571100, China

Meteorological records from NCDC-GSOD and soil property dataset obtained from ISRIC-GSIF were used to investigate temporal tendency of meteorological factors and spatial pattern, numerical feature of soil property in premium cigar planting area of Pinar del Rio Province, Cuba. Results showed that: during fi eld growth period after transplantation, temperature showed an increasing trend (monthly average temperature: 21.21～24.41 ℃ , monthly average highest temperature: 27.25～30.25 ℃ , monthly average lowest temperature: 15.91～19.21℃ ). Temperature changed greatly in January with averaged lowest temperature having the largest temperature di ff erence of 6.84 ℃. At the same time, the monthly precipitation remained below 90 mm (from 55.97 mm to 87.02mm), and at average 56.74 mm between January and February. The spatial patterns of soil class and properties showed distinctive diversity between di ff erent planting areas of di ff erent cigar parts, i.e. wrapper planting areas (WPAs) in the eastern (Vuelta Abajo) and central (San Luis) parts of the study area, fi ller planting area (FPA) in the western (San Juan y Martínez) part of the study area. Soil pH values in WPAs (mean values were 5.93 and 6.00 respectively) were greater than that in FPA (mean value: 5.62) and content of organic substance was lower in WPAs(18.39g/kg and 9.40g/kg respectively) than that in FPA (22.43g/kg). Sand was the main type of soil texture in WPAs, with contents of 44.18%(Vuelta Abajo) and 43.89% (San Luis) respectively. In FPA, soil sand and clay were the main types, with contents of 42.45 % and 33.38 %respectively.

meteorological factors; soil property; temporal tendency; numerical feature

陶健，刘好宝，辛玉华，等. 古巴Pinar del Rio省优质雪茄烟种植区主要生态因子特征研究[J]. 中国烟草学报，2016，22(4)

中国农业科学院烟草研究所青年科学基金资助项目（No. 2015A02）

陶健（1983—），博士，助理研究员，主要研究方向为农田生态学，Tel：0532-66715598，Email：taojiancaas@163.com

2016-01-15

:TAO Jian，LIU Haobao，XIN Yuhua, et al. Research on characteristics of major ecological factors in growing areas for premium cigar tobacco in Pinar del Rio province of Cuba [J]. Acta Tabacaria Sinica, 2016,22(4)