河南烟区主要气候因子与烤烟烟叶化学成分的关系

（河南省气候中心，郑州 450003）

河南烟区主要气候因子与烤烟烟叶化学成分的关系

姬兴杰，孟寒冬，左璇，刘雅星，吴璐，李凤秀

（河南省气候中心，郑州 450003）

为明确影响河南烟区烤烟烟叶化学成分的主要气候因子，利用1981—2013年河南烟区64个气象站气象资料以及烤烟中部烟叶主要化学成分数据，采用数理统计分析方法，分析了河南烟区主要气候特征和中部叶化学成分状况以及二者之间的关系。结果表明，河南烟区烤烟大田期气温适宜、光照充足、雨热同步，9个地市烤烟化学成分含量多在优质烟叶的适宜范围内。烤烟中部叶主要化学成分指标受气候要素的综合影响，不同指标间具有差异；影响的主导气候因子表明，在一定范围内，伸根期高温日数增加对总糖含量和糖碱比增加有利，大田期高温日数增多对两糖比增大不利，旺长期高温日数增多对钾含量增加不利，旺长期日平均气温≥20 ℃以上日数增多烟碱含量下降，旺长期相对湿度增大总氮含量下降、钾氯比增大，伸根期最高气温上升对氮碱比增加有利，成熟期最低气温上升不利于还原糖含量增加，大田期降雨日数增加氯含量下降。主要气候因子对河南烟区烤烟中部烟叶化学成分的影响以温热因素的影响程度最大、水湿因素次之、光照因素最小。

烤烟；气候因子；化学成分；河南

烟草是中国重要的经济作物，是一种叶用作物，也是嗜好类作物[1]。烟叶是卷烟工业的基础，其质量优劣对卷烟品质的作用举足轻重。气候资源条件是决定烟叶特色风格和品质优劣的关键生态因素之一[2-3]。烟碱、总氮、还原糖、钾含量和钾氯比等指标作为烤烟化学成分协调性的评价指标，是评价烟叶品质好坏的标准之一[1]。光照、温度、降雨量等气象因子直接影响烟叶的生长发育以及烤后烟叶不同物质积累和化学成分变化[4]。在不同烟区，气候要素对烟叶化学成分的影响也有差异[5-12]。河南省处于中国中东部内陆地区，位于黄河中下游，华北大平原的南端，地表形态复杂，境内有山地、丘陵、平原、盆地等多种地貌类型，气候特征为亚热带向暖温带过渡的大陆性季风气候。全省各地年平均气温在 12.3～15.8 ℃，平均气温日较差为10.6 ℃，全年无霜期 196～246 d，年均降雨量在516.6～1294.1 mm，主要集中在夏季（6—8月），占全年的54%，年均日照时数1733～2368 h，年均相对湿度在59.6%～77.9%。气候资源条件适宜于烤烟种植，统计资料显示，2014年河南省烤烟种植面积达12.4万hm2，总产量为29.67万t，占全国烤烟总产量的11%[13]。许昌、三门峡、洛阳、驻马店、南阳、平顶山、周口、信阳和漯河等9个地市烤烟种植面积较大，为河南烤烟主产地区。李亚男等[9]、汪孝国等[10]对河南典型烟区化学成分指标与气候要素的关系进行了分析，但利用完备的气候资料对全省烟区进行的分析报道尚不多见。因此，本研究拟基于河南烟区气候资料和烤烟中部叶主要化学成分数据，分析河南烟区主要气候特征和烤烟中部叶主要化学成分特点，明确烟区烤烟生长不同生育期时期和大田期主要气候因子与烟叶化学成分的关系，以期为河南烟区烤烟生产趋利避害和充分利用气候资源提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 基础数据

1.1.1 化学成分数据 本研究使用的河南烟区烤烟中部叶化学成分数据主要来源于中国烟草科教网（http://sjk.ztri.com.cn/tobacco/yccx/），包括河南植烟区9个地市（表1），年限在2003—2012年，总有效样本数为105个，主要化学成分指标包括总糖、还原糖、总氮、总碱、钾和氯。化学成分含量的比值是反映烟叶化学组分及其协调性的重要内容，钾氯比、糖碱比、两糖比和氮碱比由上述相关化学成分指标推算得出。

1.1.2 气象数据 研究所用河南烟区 9个地市 64个气象站的气象数据来自河南省气候中心，时间序列为1981—2013年，包括逐日的降雨量（mm）、平均气温（℃）、最高气温（℃）、最低气温（℃）、日照时数（h）以及相对湿度（%）等，基于以上这些要素计算了不同生育时段（伸根期、旺长期、成熟期和大田期）与烤烟生长密切相关的温热因素、水湿因素和光照因素。其中，温热因素包括≥10 ℃活动积温（AT10，℃·d，日平均气温≥10 ℃的和）、日平均气温≥20 ℃日数（N20，d）、平均气温（Tmean，℃）、最高气温（Tmax，℃）、最低气温（Tmin，℃）、气温日较差（DTR，℃，最高气温和最低气温之差）和高温日数（N35，d，日最高气温≥35 ℃的日数）；水湿因素包括降雨量（Pre，mm）、降雨日数（Pred，d，日降雨量≥0.1 mm的日数）和相对湿度（RH，%）；光照因素为日照时数（SD，h）。气象站点覆盖9个地市，其空间分布见图1。

表1 河南烟区中部叶烤烟化学成分基础数据Table 1 Data of chemical components of middle tobacco leaves in Henan flue-cured tobacco-growing areas

图1 河南烟区气象观测站点空间分布Fig. 1 Spatial distribution of meteorological stations in Henan flue-cured tobacco-growing areas

1.2 数据处理方法

利用Microsoft Excel和SPSS统计软件，采用1981—2010年河南烟区9个地市64个气象站对烟区烤烟伸根期、旺长期、成熟期和大田期的主要气候资源条件及其差异进行了分析。利用河南烟区9个地市烤烟中部叶主要化学成分数据及其对应的伸根期、旺长期、成熟期和大田期共计44个主要气候因子进行线性逐步回归分析，并进行显著性检验，概率水平为P＜0.05和P＜0.01，分别表示达到显著和极显著水平。

由于河南各地气候条件具有差异，因而烤烟在各地的生长发育期起止日期略有差异。河南烟区烤烟伸根期、旺长期、成熟期和大田期的划分主要是综合以往研究[11]和许昌、卢氏和襄城3个烤烟农业气象试验站生育期观测资料来确定的。本研究将洛阳和三门峡2个地市烤烟大田生长期定为5月10日至9月20日，其中，5月10日至6月20日为伸根期，6月21日至8月10日为旺长期，8月11日至9月20日为成熟期；其余地市大田期定为5月1日至8月31日，其中，5月1日至6月10日为伸根期，6月11日至7月20日为旺长期，7月21日至8月31日为成熟期。

2 结 果

2.1 河南烟区1981—2010年主要气候条件

由表2看出，1981—2010年河南烟区伸根期、旺长期、成熟期和大田期的温热因素、水湿因素、光照因素等气候条件在 9个地市间变化范围较大，空间分布较不均匀，差异明显。大田期平均气温在23.4～25.1 ℃，总体平均为24.7 ℃；≥20℃持续日数在 108.6～116.2 d，≥10 ℃活动积温 3052.4～3228.0 ℃，总体平均为3091.3 ℃。大田期总降雨量在398.3～648.4 mm，总体平均为509.6 mm。大田期日照时数在718.9～867.1 h，总体平均为772.2 h。

表2 河南烟区1981—2010年烤烟大田期主要气候条件Table 2 The main climatic conditions from 1981 to 2010 during field growing period in Henan flue-cured tobacco-growing areas

河南烟区大田期气候资源条件在烤烟不同生育阶段的分布具有差异。随着烤烟的生长发育，温热因素中的气温日较差呈现出逐渐缩小，其余指标均表现出先升后降，在旺长期达到最高，成熟期次之，伸根期最小；水湿因素中的降雨量和降雨日数均表现出先增加后减少，在旺长期达到最高，成熟期次之，伸根期最小，相对湿度表现出逐渐增大；光照因素中的日照时数呈现出递减的特点。从总体上看，高温日数的变异系数最大，其次为降雨量，气候资源分布虽然在空间上具有一定差异，但河南烟区温热因素、水湿因素、光照因素等气候条件比较能够满足烟区烤烟生长发育对大田生长期及不同生育阶段适宜气候资源的要求[14-15]。

2.2 河南烟区烤烟中部叶主要化学成分含量

从表3可以看出，河南烟区烤烟中部叶主要化学成分指标在空间上具有明显差异。从总体上看，河南烟区烤烟中部叶6个化学成分指标间以氯含量的变异系数最大，为55.8%；总氮的变异系数最小，为11.4%；烤烟化学成分4个比值指标以钾氯比变异系数最大，为73.0%；以两糖比变异系数最小，为5.8%。总糖含量、还原糖含量、氮碱比、糖碱比和钾氯比呈现出南低北高、东高西低，烟碱、氯和总氮含量以及两糖比与之相反，钾在空间上的分布特征不明显。

与巴西和津巴布韦烟区化学成分相比（表3），河南烟区烤烟中部叶还原糖含量、氯含量和糖碱比较高，钾含量和钾氯比较低，烟碱含量接近，总氮含量与津巴布韦烟区接近，低于巴西烟区，氮碱比高于津巴布韦烟区，低于巴西烟区。从总体上看，河南烟区各地市烤烟中部叶化学成分含量多在优质烟叶的适宜范围内。

2.3 主要化学指标和气候要素的逐步回归分析

本研究以气候因子作为自变量，烤烟中部叶主要化学成分作为因变量，采用多元逐步回归分析方法建立统计模型，着重分析烤烟中部叶主要化学指标与44个气候要素之间的关系，并将通过显著性检验的气侯因子引入回归方程。如表4所示，烤烟中部叶主要化学指标受气候要素的综合影响，不同指标间具有差异。从单一气候要素贡献率来看（表4、图2），伸根期高温日数是影响总糖和糖碱比含量的主要气候因素，呈极显著正相关；大田期高温日数是影响两糖比的主要气候因素，呈极显著负相关；旺长期高温日数和日平均气温≥20 ℃以上日数是分别影响钾和烟碱的主要气候因素，均呈极显著负相关；伸根期最高气温是影响氮碱比的主要气候因素，呈极显著正相关；旺长期相对湿度是影响总氮和钾氯比的主要气候因素，并且其与总氮呈极显著负相关，与钾氯比呈极显著正相关；成熟期最低气温是影响还原糖的主要气候因素，呈极显著负相关；大田期降雨日数是影响氯的主要气候因素，呈极显著负相关。

表3 河南烟区烤烟中部烟叶主要化学成分统计特征Table 3 The statistical characters of main chemical components of middle tobacco leaves in Henan flue-cured tobacco-growing areas

图2 河南烟区烤烟中部叶主要化学成分与主导气候因子的相关关系（n=105）Fig. 2 Correlation coefficients between the dominant climatic factors and the contents of main chemical components of middle flue-cured tobacco leaves in Henan flue-cured tobacco-growing areas

表4 河南烟区烤烟中部叶主要化学成分与气候要素的逐步回归分析（n=105）Table 4 Sequential correlation between the main chemical components of middle tobacco leaves vs climatic variables in Henan province in Henan flue-cured tobacco-growing areas in Henan flue-cured tobacco-growing areas

3 讨 论

有研究认为[14-15]，优质烟叶生产一般要求大田期平均气温为25～28 ℃最适宜，≥10 ℃活动积温以大于2800 ℃为适宜，日均温≥20℃持续日数以大于85 d为适宜，降雨量以500～600 mm适当分布为好，最低不能少于300 mm，最高不能大于800 mm，相对湿度在70%～80%，日照时数以在600～800 h为适宜，最高不能多于1000 h，最低不能少于500 h。本研究显示，1981—2010年河南烟区大田期平均气温在 23.4～25.1 ℃，≥20 ℃持续日数在108.6～116.2 d，≥10℃活动积温3052.4～3228.0 ℃；总降雨量在398.3～648.4 mm，相对湿度在71.1%～79.7%，日照时数在718.9～867.1 h，这些气候条件都在上述适宜气候条件的范围内，能够满足主产烟区烟草生长对大田期气候资源的要求，对于烟株干物质的合成与积累以及浓香型烟叶风格的形成较为有利。特别是烤烟大田期降雨时空分布不均匀，生长前期降雨量偏少，中后期雨量充沛，但这为伸根期烟株发育发达根系和旺长期烤烟茎叶迅速生长创造了良好的条件。上述气候特点可能是河南烟区浓香型烟叶风格特色形成的主要生态学外因。

李亚男等[9]研究认为，平顶山烟区8月昼夜温差的减小、7月降雨量的增多有利于烟叶中总糖和还原糖含量的提高，而不利于烟碱和总氮含量的提高；8月昼夜温差的增大、日照时数的减少，有利于钾氯比的提高。汪孝国等[10]研究，认为三门峡烤烟还原糖含量与6月均温呈显著正相关，与8月日照时数呈显著负相关；总氮含量与7月日照时数呈显著负相关；钾含量与8月日照时数呈显著负相关；氯含量与6月降水呈显著负相关。杨军杰等[11]研究认为，中国浓香型烤烟钾含量与多个温度指标呈极显著负相关，其中与旺长期日均温的相关系数最大，与各个时期降雨量呈极显著正相关；氯含量与各个时期的降雨量呈极显著负相关。陈伟等[8]研究发现，在中国北方烟区影响烟叶化学成分的主导因子为相对湿度、气温日较差和10 cm地温。戴冕[5]研究认为，中国主产烟区光照因素与烟叶还原糖积累呈显著负相关，雨湿因素与烟碱的积累呈极显著正相关。其中，氯含量与降水因素呈显著负相关，与汪孝国等[10]和杨军杰等[11]的研究结果具有一致性，但上述研究成果与本研究的结论不尽一致，研究结果的差异可能与不同烟区气候因子的变化规律不同，或者是选取的气候因子具有差异，导致影响烟叶质量的关键气候因子不同有关。这也表明气候因素在不同区域烟叶品质特色形成中的决定性作用。

4 结 论

从总体上看，河南烟区气候资源条件在空间上具有差异，但各地市比较能够满足烟区烤烟生长发育对适宜气候资源的要求，光温水的结合奠定了河南烟区浓香型优质烤烟生长的基础。河南烟区烤烟中部叶主要化学成分指标在空间上具有明显差异，但多在优质烟叶的适宜范围内。伸根期高温日数是影响总糖含量和糖碱比的主要气候因素，对其贡献为正。大田期高温日数是影响两糖比主要气候因素，对其贡献为负。旺长期高温日数和日平均气温≥20 ℃以上日数是分别影响钾和烟碱含量的主要气候因素，对其贡献均为负。旺长期相对湿度是影响总氮和钾氯比主要气候因素，并且其对总氮的贡献为负，对钾氯比的贡献为正。成熟期最低气温是影响还原糖含量的主要气候因素，对其贡献为负。伸根期最高气温是影响氮碱比的主要气候因素，对其贡献为正。大田期降雨日数是影响氯主要气候因素，对其贡献为负。主要气候因子对化学成分的影响，以温热因素的影响程度最大、水湿因素次之、光照因素最小。

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Relationships between Main Climatic Factors and Chemical Components of Flue-cured Tobacco Leaves in Henan Tobacco-growing Areas

JI Xingjie, MENG Handong, ZUO Xuan, LIU Yaxing, WU Lu, LI Fengxiu
(Henan Provincial Climate Centre, Zhengzhou 450003, China)

In order to reveal the main climatic factors that affect the chemical components of the flue-cured tobacco leaves in Henan, the meteorological data from 64 meteorology stations of Henan flue-cured tobacco-growing areas between 1981 and 2013 and the data of the main chemical components of the middle tobacco leaves were used in analyzing the main climatic characters and the status of chemical components of the middle tobacco leaves of Henan flue-cured tobacco-growing areas and the relationship between them. The results showed that, Henan flue-cured tobacco-growing areas had suitable temperature, sufficient sunlight, with the rainfall and heat having the same changes. The chemical component contents of flue-cured tobacco leaves in 9 cities contained reasonable and harmonious chemical constituents and were appropriate for high quality cigarette production. Stepwise regression analysis suggested that the main chemical components of the middle tobacco leaves had close relationship with meteorological factors as a whole and differed for different indexes. The results of dominant climatic factor analysis indicated that, in a certain range, the increase of day number of daily maximum temperature ≥35℃ during root elongating stage was favorable to the increase of total sugar and the ratio of total sugar to nicotine. The increase of day number of daily maximum temperature ≥35℃ during field growing period was unfavorable to the increase of the ratio of reducing sugar to total sugar. The increase of day number of daily maximum temperature ≥35℃ during fast growing stage decreased the content of potassium. The increase of day number of daily mean temperature ≥20℃during fast growing stage decreased the content of nicotine. The increase of relative humidity during fast growing stage decreased the content of total nitrogen and raised the ratio of potassium to chlorine. The increase of maximum temperature during root elongating stage was favorable to the increase of the ratio of total nitrogen to nicotine. The increase of minimum temperature during maturing stage was unfavorable to the increase of the content of reducing sugar. The increase of day number of daily precipitation ≥0.1mm during field growing period was favorable to the decrease of the content of chlorine. As the influence degree of dominant climatic factors on the chemical components, the temperature factor was the largest with the second being the humidity factor, and the light factor being the weakest.

flue-cured tobacco; climatic factor; chemical component; Henan

S572.01

1007-5119（2017）01-0035-07

10.13496/j.issn.1007-5119.2017.01.006

中国气象局气候变化专项项目“气候变化对河南省浓香型烤烟种植及品质的影响”（CCSF201524）

姬兴杰（1982-），博士，高级工程师，主要从事气候变化与农业气象研究。E-mail：jixingjie2004@aliyun.com

2016-06-02

2016-10-24