影响云南清香型烟叶化学品质的土壤因子分析

李孟霞，李军营，文国松，李永忠

(1.云南农业大学烟草学院，云南 昆明 650201；2.云南省烟草农业科学研究院，云南 玉溪 653100; 3.云南农业大学农学与生物技术学院,云南 昆明 650201)

【研究意义】土壤质量是影响烟叶品质的重要因子之一，适宜的土壤环境是烟叶优质适产的重要基础[1]。【前人研究进展】大量的研究表明[2-5]，烟叶化学品质与土壤各指标之间存在密切关系。比如土壤酸碱度影响烟叶中烟碱、总氮、蛋白质以及总糖的含量[6]。土壤有机质含量影响烟叶中烟碱和糖的含量，其中，烟碱含量与土壤有机质含量间存在正相关关系，与糖含量为负相关关系[7-8]。湖南烟区的研究结果表明，烟叶中钾含量与土壤含钾量显著相关[7]。当土壤速效磷含量较低时，随着烤烟磷含量增加迅速[8]。贵州烟区的研究结果表明，影响贵州烟叶化学成分的最重要的土壤指标是全氮、全钾、有效钾和有效磷含量[9]。常乃杰等[10]认为土壤中阳离子交换量、有效铁、有效硼、水溶性氯和有效磷的含量对典型清香型烤烟化学成分产生影响，进而影响烟叶的香气量、香气质等感官指标。云南烟草为清甜型烟叶的代表，在全省13个州市广泛种植，优良的土壤环境是造就云南烟叶优良品质的基础，但哪些土壤因子起着关键作用至今尚未明确。【本研究切入点】尽管近年来在研究烟叶化学成分与土壤因子的关系方面取得了一定的认识和共识，但烟叶化学成分与土壤因子的关系易受取样年份、品种、地点和部位等因素影响，研究结果不尽相同。【拟解决的关键问题】利用主成分分析烟叶质量评价模型，以云南烟区烟叶主要化学成分与土壤化学性状的抽样分析为基础，通过数理统计，旨在找出植烟土壤化学性状与烟叶化学成分之间存在的内在关系，为云南省优质烟叶生产提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

根据云南烟区生态特点及烤烟在云南省分布情况，于2011年在云南省13个植烟州、市(昆明、玉溪、曲靖、红河、普洱、大理、文山、楚雄、临沧、保山、昭通、丽江、德宏)71个主要植烟县作为采样点，在烤烟移栽前确定最具代表性的烟田作为具体采样点，种植当地主栽烤烟品种，在烟叶采收后按GB2635分级，选取C3F、B2F、X2F 3个等级烤烟样品各1套作为分析样品。在烤烟种植前采集烟叶对应田块的植烟土壤样品，采集深度为5～15 cm的耕层土壤，每个地块选取8～10个点组成一个混合样，按四分法留取0.5 kg左右的混合土样，共采集一一对应的烟叶和土壤样品235套。

1.2 样品处理

每个烟叶样品取0.5 kg，烘干、粉碎、过60目筛，用于化学成分测定。从田间采来的土样经过风干、磨细、过筛、混匀、装瓶后备用。

1.3 土壤化学质量指标的测定

土壤中化学质量指标的测定参照《土壤农化分析》(第二版)[11]进行，表1列出了采用的主要测定方法。

1.3.1 烟叶样品化学成分测定方法 烤烟烟叶中总糖与还原糖含量、总氮含量、烟碱含量、钾含量、氯含量、淀粉含量、多酚及石油醚含量分别按烟草行业标准YC/T159-2002[12]、YC/T 161-2002[13]、YC/T 160-2002[14]、YC/T 173-2003[15]规定的方法测定。

1.3.2 植烟土壤质量等级评价 按照《中国植烟土壤及烟草养分综合管理》[16]和全国第二次土壤普查暂行技术规程[17]规定的土壤养分分级标准评价云南植烟土壤养分丰缺程度。

1.3.3 烟叶化学品质综合评价方法 首先对原始的烟叶化学性状进行主成分分析，筛选出对烟叶化学品质敏感的因子及各个指标的公因子方差。指标筛选标准：选取特征值>1 的所有主成分[18]。各指标公因子方差占公因子方差和的比例定为数据集指标的权重值[19]。采用加权求和模型计算烟叶化学质量综合得分(Tobacco Quality Score,TQS)，其数学表达式为：

式中，TQS为烟叶化学质量综合得分，Wi为第i项烟叶化学指标的权重，Ti为经主成分分析得出的第i项因子的得分值，P为所有参评指标总数。

1.4 数据分析与处理

采用Excel 2010 对试验数据进行数据处理，采用SPSS 20.0相关程序包进行土壤养分与烟叶品质相关分析和逐步回归分析。

2 结果与分析

2.1 云南植烟土壤化学特征

对云南植烟土壤主要化学性状(表2)的分析结果表明，各土壤化学指标除土壤全钾、有效硫、阳离子交换总量和活性铁变异较强(变异系数大于90 %)，其余指标均处于中等变异之内。对照植烟土壤质量评价等级[16-17]，云南烟区植烟土壤酸碱适中，平均值为6.30；全氮、全磷、有效钼、有效硫含量丰富，均值分别为1.68 g·kg-1、1.06 g·kg-1、0.22 mg·kg-1和61.44 mg·kg-1；富里酸、水溶性氯离子、盐分含量和CEC(阳离子交换总量)处于中等水平，均值分别为3.53 g·kg-1、22.79 mg·kg-1、1.38 g·kg-1和13.84 cmol·kg-1；全钾、有效硼、胡敏酸含量整体处于偏低水平，均值分别为11.70 g·kg-1、0.45 mg·kg-1、和1.89 g·kg-1。表明云南植烟土壤主要的化学特征是酸碱适中、氮磷丰富、缓冲能力中等、硼钾含量低的特征。

2.2 云南烟叶主要化学成分特征

云南烟叶化学成分含量情况如表3所示，云南各烟区烟叶化学指标变异较大，氯离子含量变异最强，变异系数达126.96 %；两糖差、糖碱比、淀粉含量处于中等变异强度，变异系数分别为62.62 %、50.41 %、67.69 %，其余指标变异相对较小，变异系数均处于40 %以下。与优质烟叶对烟叶化学指标的要求相对照，云南烟叶总糖、还原糖含量相对较高，平均含量分别达到30.87 %和27.21 %；总氮、烟碱和钾含量分别为1.91 %、2.63 %和1.91 %，处于适宜范围；淀粉含量平均值为2.90 %，含量适宜；多酚含量平均值为4.66 %，含量较高；石油醚提取物含量平均值为5.78 %，含量适中。从复合指标来看，由于糖含量较高，导致糖碱比较高，平均值为14.08，氮碱比平均值为0.80，处于适宜范围。综合来看，云南烟叶具有糖类物质和多酚类物质含量高，烟碱、淀粉等物质含量适宜的整体特征。

表3 云南烟叶主要化学成分含量

表4 烟叶主要化学成分与土壤常规化学性状相关系数

2.3 云南烟叶化学质量与土壤化学性状的关系

2.3.1 云南烟叶主要化学成分与土壤常规化学性状的相关性分析 由表4可以得出，土壤富里酸与烟叶总糖、淀粉含量呈显著负相关，与烟叶还原糖含量呈极显著负相关；烟叶两糖差与土壤胡敏酸、盐分呈显著正相关；淀粉含量与土壤pH值呈显著正相关；土壤中钾与烟叶总糖、淀粉含量呈显著负相关，与烟叶还原糖含量呈极显著负相关。可见，烟叶中糖类物质受土壤中腐殖质和钾含量的影响较大；烟叶总氮与土壤全钾呈显著负相关，而土壤中的化学指标对烟碱含量影响不显著；烟叶含氯量与土壤全氮呈显著正相关，与土壤有机碳、盐分呈极显著正相关，尤其是与盐分的相关系数达到0.221；影响烟叶钾含量的土壤指标较多，与土壤全钾呈极显著正相关，与土壤pH、全磷呈显著负相关，与土壤盐分呈极显著正相关；烟叶多酚含量与土壤全磷呈显著正相关；石油醚提取物含量与土壤胡敏酸呈极显著正相关，与土壤pH值呈显著负相关。综上分析可以看出，初烤烟叶的糖类物质含量、钾含量、氯含量受土壤化学指标影响较大，烟碱、总氮含量受影响较小。

2.3.2 烟叶主要化学成分与土壤中微量元素含量的关系 由表5可知，烟叶中糖含量与土壤中的中微量元素含量相关性不强，但两糖差受土壤中有效硫、有效钼和氯离子含量影响较大，与土壤有效钼呈显著正相关、与有效硫呈极显著正相关，与土壤水溶性氯离子呈显著负相关；烟叶含氯量与土壤中氯离子含量相关性明显，同时受土壤有效硫和土壤有效硼含量的正影响；烟叶糖碱比与土壤有效钼呈显著正相关，氮碱比与土壤有效硼呈显著负相关。可见，土壤的中微量元素含量对烟叶的两糖差和含氯量影响较大。

2.4 烟叶化学质量综合评价及其与植烟土壤化学性状的关系

2.4.1 烟叶化学质量综合评价因子权重的确定 运用主成分分析法对烟叶化学性状进行因子分析，确定评价因子的权重，定量计算烤烟综合得分，即烟叶化学综合质量。对均值化后12个烟叶主要化学性状数据进行主成分分析，得出解释的总方差(表6)，分析特征根>1的主成分，发现成分1、2、3、4的特征根分别是3.592、3.149、1.343和1.28，4个主成分的累计贡献率为78.045 %，表明4个主成分构成的信息能够反映原来变量的大部分信息，因此确定主成分为F1、F2、F3和F4。

表5 烟叶主要化学成分与土壤中微量元素相关系数

2.4.2 烟叶化学综合质量与植烟土壤化学指标的关系 主成分越重要，方差贡献率越大，因此方差贡献率可作为主成分的权重。根据前4个主成分的贡献率，生成主成分的综合得分(F)公式为：

F=0.29932F1+0.26242F2+0.11192F3+0.10679F4

通过公式计算得到各烤烟烟叶样品的综合得分，以主成分的综合得分作为新因变量，14种土壤化学性状为自变量，建立逐步回归方程，得到关于烟叶综合质量(y)的逐步回归方程：

y=-0.206+0.017x全钾+0.220x有效钼+0.045x胡敏酸-0.002x水溶性氯离子

经F检验，方程的决定系数R2为0.314，回归方程达到0.01的极显著水平，表明所建立的回归方程有意义。从方程中可以看出，烟叶综合质量除与土壤水溶性氯离子含量呈负相关外，与土壤全钾、有效钼、胡敏酸含量呈正相关。从方程各系数可以看出，土壤有效钼、胡敏酸、全钾和水溶性氯离子含量是影响云南烟叶化学品质的主要指标。

3 讨 论

云南烟区地处中国西南部，独特的低纬高原气候造就了云南烟叶的清甜香风格，这个风格明显区别于国内其它优质烟叶产区。但在云南烟区内部，植烟土壤质量的差异影响着云南烟叶质量的内部变异。通过本文的数据分析，云南烟叶化学质量指标与植烟土壤的化学指标之间关系密切，烟叶中总糖、还原糖、总氮、氯、淀粉、钾、多酚和石油醚等提取物多个指标均对土壤化学指标达到显著性相关，许东亚等[20]的研究结果也表明，烟叶化学成分对土壤理化性状较为敏感，与本文的研究结果基本一致。

表6 解释的总方差

云南省植烟土壤与烟叶综合质量的回归分析表明有效钼、胡敏酸、全钾和水溶性氯离子4个指标，对云南烟叶综合质量的形成贡献较大，是影响云南烟叶质量形成的主要土壤因素。众所周知，烟叶中的钾和氯是影响烟叶质量的重要化学指标，直接受土壤中钾和氯含量的影响，本研究结果表明土壤中全钾含量与糖类物质含量呈正相关，氯离子含量与两糖差呈显著负相关。这个结果与以往的研究结论一致。

土壤有效钼含量是反映土壤供钼能力的重要指标，云南植烟土壤有效钼含量为0.22 mg·kg-1，略高于李章海等[21]在贵州研究确定的植烟土壤有效钼临界值0.15～0.20 mg·kg-1的范围。钼是烤烟生产的有益元素，施钼能不同程度地提高烟草叶片叶绿素含量、光合速率和产量产值[21]，调节烟叶中烟碱和糖含量[22-23]，本研究结果表明云南植烟土壤中有效钼与烟叶的两糖差和糖碱比呈显著正相关，这与钼元素促进烟叶碳代谢，调控氮代谢密切相关。

胡敏酸是土壤腐殖质的重要组成部分，影响着土壤的供肥能力和水平。云南植烟土壤胡敏酸含量为1.89 g·kg-1，明显低于中国植烟土壤3.66 g·kg-1的平均值[24]，其含量的高低会影响到腐殖质含量和组分构成，进而影响烟叶品质[25]。以往的研究结果多集中在腐殖质总量对烟叶品质的影响[25]，未分析过胡敏酸与烟叶品质的关系，本研究结果表明，胡敏酸与还原糖含量呈显著负相关，与烟碱、石油醚提取物和两糖差呈显著正相关。

4 结 论

(1)云南烟叶具有总糖、还原糖含量较高的特征，含量分别为30.87 %和27.21 %；总氮、烟碱和钾含量处于适宜范围，分别为1.91 %、2.63 %和1.91 %。

(2)云南烟区主要植烟土壤酸碱度适中，均值为6.3，全氮、全磷、有效钼和有效硫处于丰富水平，全钾、胡敏酸含量整体处于偏低水平，有机质、富里酸、有效硼、水溶性氯离子、盐分含量和CEC(阳离子交换总量)为中等水平。

(3)烟叶总糖、还原糖、淀粉和钾含量与土壤全钾含量呈显著或极显著正相关，两糖差和糖碱比与土壤有效钼含量呈显著正相关，两糖差与土壤胡敏酸含量呈显著正相关，与土壤氯离子含量呈显著负相关。

(4)综合分析结果表明，云南烟区植烟土壤中全钾、有效钼、胡敏酸、水溶性氯离子含量是影响云南烟叶化学品质最主要的指标。云南在烤烟种植过程中应增加有机肥的施用量，并采取适当农艺措施提高钾肥的有效性，控制氯离子含量，补充钼元素，可提高云南烟区烟叶的化学品质。