文山烟区海拔和气象因子对烟叶化学成分的影响

王跃能，李大肥，李鹏飞，杨 细，何文炜，蒋福昌，许 龙，李水平

（云南省烟草公司文山州公司，云南 文山 663000）

烟草是我国重要的经济作物，种植面积和产量均居世界首位，烟草产业是我国重要的实体经济之一，烟草行业已连续四年实现税利总额和上缴财政总额超1万亿元，是我国财政收入重要来源［1］。烟叶的质量和风格主要由生态条件决定，生态条件主要包括气候和土壤条件，其中气候条件对品质的影响更显著［2-4］。气候条件中的光照、温度、水分等因素是植物生命活动的基础［5］，对烟叶品质的形成至关重要［6-9］，环境因子海拔对其也具有重要影响［10-11］。前人对气象因子与烟叶化学成分的关系进行了大量研究，采用的分析方法主要有简单相关、典型相关、灰色关联度分析等。王育军等［12-13］运用简单相关和典型相关统计针对气温、降雨量和日照对烟叶化学成分的影响进行研究，研究表明气象因子对烟叶化学品质影响为气温＞降雨＞日照，结果只是明确了各气象因子与化学成分是否存在相关性以及两组变量间的变化关系，并不能很好解决各气象因子与化学成分之间的关联程度。而杨天旭等［14］研究表明，与遵义烤烟总糖和还原糖含量关联度最大的气象因子主要是各生育期的日照时数，而影响烤烟烟碱和总氮含量的主要气象因子则是旺长期的降雨量，沈燕金等［15］研究表明，文山烟区月平均温度对主要化学成分的影响明显大于降水量，且3个部位烟叶主要常规化学成分与月平均温度和降水量的关联顺序不一致，灰色关联度分析方法很好地解决了气象因子与化学成分之间的关联程度大小。我们结合灰色关联分析和典型相关分析两种方法的优点，对文山州海拔和4个主要气象因子与烤烟主要常规化学成分的关系进行了分析，旨在揭示海拔和不同气象因子与烟叶化学成分间的关联程度及其变化趋势，从而探明生态条件对文山烟叶品质的影响，剖析文山烟叶风格特色成因和进行烤烟合理种植区划提供理论依据和参考。

1 材料与方法

文山州地处103 ° 35＇～106 °12＇E、22°40＇～24°48＇N，东与广西百色接壤，南与越南接界，西与红河州毗邻，北与曲靖市相连，全州国土面积31 456 km2，国境线长438 km，共辖8县（市）101个乡（镇）3个街道办事处，总人口362.1万人，农业人口占92.3%［16］。全州干湿季节分明，终年太阳高度角大，日照时间长，光照充分，光质较好，光热资源在全国和云南优质烟区中首屈一指，且接近于津巴布韦特色优质烟区。全州总耕地面积634 000 hm2，其中宜烟面积520 000 hm2，是云南仅次于曲靖的第二大潜力烟区，得天独厚的区位优势和优越的光热水土资源造就了文山“香气质好、香气量足”风格特色鲜明的烟叶品质。北回归线横贯文山州全境，是“云南黄金走廊”生态特色优质烟区的核心区域。从1998年与上海烟草集团合作建立第一个优质烟叶基地以来，目前，与全国11家卷烟工业企业和2家商业企业建立调拨关系，成为“中华”“云烟”“芙蓉王”等重点卷烟品牌核心原料基地。

1.2 试验材料

于2015年在文山州7个植烟县（市）51个植烟乡镇137个取样点采集烟样，选取中部烟叶C3F等级代表样品，每份1.5 kg，共137份样品，样品等级由专业烟叶分级人员按照《中华人民共和国国家标准:烤烟（GB2635-1992）》进行分级，等级合格率要求90%以上，样品品种均为云烟87。样本经烘干、去梗、粉碎、过筛，于4℃棕色瓶中保存，用于烤烟常规化学成分测定。

1.3 试验方法

1.3.1 样品化学成分测定 总氮含量测定采用YC/T161方法［17］，烟碱含量测定采用YC/T160方法［18］，水溶性糖含量测定采用YC/T159方法［19］，钾含量测定采用YC/T173方法［20］，氯含量测定采用YC/T162方法［21］，石油醚提取物含量的测定采用YC/T176方法［22］，淀粉含量测定采用YC/T216方法［23］。

1.3.2 海拔和气象数据收集 收集2015年文山州51个植烟乡镇烤烟生长大田期（5～8月）平均气温、降雨量、日照时数、平均湿度等数据，并在采集样品时通过GPS定位获取海拔数据。

1.4 数据处理与分析

运用SPSS19.0统计软件进行描述性统计分析，运用DPS数据处理系统V17.10对烟叶主要化学成分含量和海拔及气象因子进行灰色关联度分析和典型相关分析。

1.4.1 灰色关联度分析 （1）将海拔和气象因子作为比较数列，烟叶主要化学成分含量作为参考数列。

（3）比较数列Xi对参考数列X0的关联系数为：

根据灰色关联的原则，灰色关联度系数越大，表示该序列与参考数列的关系越密切，反之则疏远，以此建立关联序列，并对其进行排列。

1.4.2 典型相关分析 典型相关分析是研究两组变量之间相关关系的一种统计方法。其基本原理为：为整体上把握2组指标之间的相关关系，分别在2组变量中提取有代表性的2个综合变量U1和V1（分别为2个变量组中各变量的线性组合），利用这2个综合变量之间的相关关系反映2组指标之间的整体相关性。本研究将海拔和气象因子包括海拔（x1）、大田期降雨量（x2）、大田期均温（x3）、大田期日照时数（x4）、大田期空气湿度（x5）当作一组变量，把烟叶化学成分指标包括总氮（y1）、烟碱（y2）、水溶性总糖（y3）、还原糖（y4）、钾（y5）、氯（y6）、石油醚提取物（y7）和淀粉（y8）看作一组变量。

2 结果与分析

2.1 文山烟区海拔和气象因子基本情况

从表1可以看出，文山烟区51个植烟乡镇的平均海拔为1 528 m，大田期平均降雨量为699 mm，大田期平均温度21.1℃，大田期日照时数608.9 h，大田期平均空气湿度为80.4%。海拔的极差较大、为713 m，但是变异系数较小，仅为9.60%，且大田期降雨量、大田期平均温度、大田期日照时数和大田期空气湿度变异系数都较小，在2.12%～7.05%之间，说明文山烟区各植烟乡镇在烤烟生长大田期气候差异不大。

表1 文山烟区海拔和5～8月气象因子描述性统计

2.2 文山烟叶主要化学成分基本情况

从表2可以看出，文山烟区各乡镇的中部烟叶总氮、烟碱、水溶性总糖、还原糖、钾和石油醚提取物含量变异程度近似，变异系数在12.31%～20.39%之间，但是烟叶氯和淀粉含量变异程度高，变异系数分别为60.41%和45.60%。对照文山烟叶主要化学成分与全国8种香型风格区划之一的“西南高原-清甜青香型”化学成分指标特征值（总糖含量26%～37%、还原糖含量22%～32%、总氮含量1.4%～2.1%、烟碱含量1.6%～2.9%、钾离子含量1.2%～2.1%、氯离子含量0.1%～1.0%），发现文山烟叶除总氮含量略超过特征值范围外，总体符合典型“清甜青香型”优质烟叶化学成分特征。

表2 文山烟区烟叶主要化学成分描述性统计

2.3 文山烟叶主要化学成分与海拔和气象因子的灰色关联度分析

由表3可知，海拔和气象因子与烟叶还原糖和石油醚提取物含量的灰色关联度值相对较小，与烟碱、氯和淀粉含量的灰色关联度值相对较大。由表4可知，文山烟叶总氮、烟碱、水溶性总糖、还原糖、钾、氯、石油醚提取物和淀粉等化学成分含量受海拔和气象因子影响的大小不一致，总氮、水溶性总糖和还原糖含量主要受大田期日照影响，且三者受海拔和气象因子影响趋势较为一致，均表现为大田期日照＞大田期空气湿度＞大田期均温＞海拔＞大田期降雨量，烟碱、钾和石油醚提取物含量主要受大田期空气湿度影响，氯和淀粉含量主要受大田期平均温度影响，海拔对烟叶主要化学成分含量的影响相对较小。

表3 烟叶主要化学成分与海拔和气象因子的灰色关联度分析结果

表4 海拔和气象因子与烟叶化学成分的灰色关联度顺序结果

2.4 文山烟叶主要化学成分与海拔和气象因子的典型相关分析

对文山烟叶主要化学成分与海拔和气象因子进行典型相关分析，从典型相关系数的显著性检验结果（表5）可以看出，前2个典型相关系数分别是0.6078、0.4248，统计检验达到极显著和显著水平，说明文山烟叶主要化学成分与海拔和气象因子之间有显著相关关系。由于原始变量的计量单位不同，不宜进行直接比较，这里采用标准化的典型系数给出典型相关模型li和mi，并计算观察值与典型变量之间的相关系数，结果见表6，由表6可知，第1典型变量的回归方程如下：

在达到极显著水平的第1对典型变量（U1，V1）中，U1与大田期日照时数存在较高负相关，相关系数为-0.8247，与大田期降雨量（x2）存在较高正相关，相关系数为0.6499，故U1可以理解为主要描述了大田期日照时数和大田期降雨量的综合性状；V1与钾（y5）存在较高正相关，相关系数为0.6312，与还原糖（y4）存在较高负相关，相关系数为-0.4634，因此，V1为描述了烟叶化学成分中钾和还原糖含量的综合性状。这一线性组合说明大田期日照时数和大田期降雨量与烟叶钾含量和还原糖关系密切，反映出在一定范围内，随着大田期日照时数减少，大田期降雨量增加，文山烟叶中的钾含量有增加趋势，还原糖含量有降低趋势。

表5 典型相关系数显著性检验

第2典型变量的回归方程如下：

在达到显著水平的第2对典型变量（U2，V2）中，U2与海拔（x1）存在较高正相关，相关系数为0.6725，与大田期均温（x3）存在较高负相关，相关系数为-0.4556，故U2可以理解为主要描述了海拔和大田期均温的综合性状；V2与氯（y6）和还原糖（y4）存在较高负相关，相关系数分别为-0.6041和-0.4495，因此，V2可以理解为主要描述了烟叶化学成分中氯和还原糖含量的综合性状。这一线性组合说明海拔和大田期均温与烟叶氯和还原糖含量关系密切，反映在一定范围内，随着海拔升高，大田期均温降低，文山烟叶中的氯和还原糖含量有降低趋势。

表6 典型变量和其与观察值间的相关系数

3 结论与讨论

文山州地处云贵高原东南部，在低纬高海拔和境内地形起伏等地理条件和亚热带气候综合影响下，光、热、水资源充足，但在时空分布上有一定差异。描述性统计分析结果表明，文山烟区各植烟乡镇的降雨量、温度、日照时数和空气湿度在烤烟生长大田期气候差异不大，且烟叶的总氮、烟碱、水溶性总糖、还原糖、钾和石油醚提取物含量的一致性较好，但烟叶氯和淀粉含量变异程度高。优质烤烟大田生长期日照时数需要500～700 h，最适温度为24～28℃，文山烟区的大田生长期日照时数和温度均在最适宜范围内，且大田期降雨量高于美国（593.5 mm）、巴西（657 mm）、津巴布韦（689.4 mm）、玉溪（698 mm）等其他烟区，烟区整体气候非常适宜优质烤烟生产［24］，化学成分具有“西南高原-清甜青香型”典型特征。

我们对文山烟区海拔和气象因子与烟叶化学成分的关系进行了灰色关联度分析，结果表明文山烟叶的总氮、水溶性总糖和还原糖含量主要受大田期日照影响，烟碱、钾和石油醚提取物含量主要受大田期空气湿度影响，氯和淀粉含量主要受大田期平均温度影响，海拔对烟叶主要化学成分的影响相对较小。这与戴冕等［25］研究的光照时数与烤后烟叶还原糖积累呈显著相关，降雨量和平均相对湿度则与烤后烟叶烟碱的积累呈极显著的相关关系结果相似，也与杨天旭等［14］和古战朝等［26］研究的总糖和还原糖含量与旺长期平均日照时数和平均日照全辐射的关联度最大结果部分一致。但常乃杰等［27］研究发现，总糖含量与温差灰色关联度最高，还原糖和淀粉含量与平均相对湿度关联度最高，烟碱、氯和钾含量均与日照时数关联度最高，笔者的结论与其存在一定的差异，这可能是因为不同产区气候条件有所不同导致。

另外，为进一步研究二者之间的关系，我们对两组变量进行典型相关性分析，结果表明，在一定范围内，随着大田期日照时数减少，大田期降雨量增加，文山烟叶中的钾含量有增加趋势，还原糖含量有降低趋势；随着海拔升高，大田期均温降低，文山烟叶中的氯和还原糖含量有降低趋势。这与汪孝国等［28］研究的糖含量与气温呈正相关，而与日照呈显著负相关结果有所出入，但是进一步印证了灰色关联度分析结果，烟叶糖含量主要受大田日照影响，因为植物依靠光合作用同化二氧化碳和水制造以糖类化合物为主的有机物储存能量，而延长光合时间是提高光能利用率，产生更多糖类物质的重要途径之一［5］；结果与周翔等［29］研究的烟叶钾含量与5月和8月降水量呈正相关结论基本一致，可能是因为文山烟区5～6月份降雨量较少，而在烤烟生育前期土壤水分过多或过少均会导致烟叶中钾含量降低［30］，因此，在文山烟区烤烟大田生长期适当增加降雨量烟叶钾含量有增加趋势。近两年卷烟工业企业反馈文山烟叶质量波动较大，质量有所下滑，可能正是因为近两年文山烟区气候异常，多低温阴雨寡照，烤烟生长期雨水过多导致烟叶中还原糖、氯离子含量降低所致。烟叶品质特征的形成受生态条件、品种［31］、栽培管理技术等因素综合影响，笔者仅对生态条件中的日照、降水、温度、湿度等几个气象因子和环境因子海拔与烟叶常规化学成分进行了初步分析，要想全面解读文山烟叶风格成因，需要进一步分析其与感官质量的关系，以及研究土壤、品种、栽培技术与烟叶品质的关系。