桃源县植烟土壤微量元素与烟叶常规化学成分相关性分析

刘文龙 宁尚辉 曹明锋 祝 利 高玉珍张学伟 文梓祥 姜宝迪 景延秋 邓 勇

（1河南农业大学烟草学院，450002，河南郑州；2湖南省烟草公司常德市公司，415000，湖南常德；3甘肃烟草工业有限责任公司，730050，甘肃兰州；4广东中烟工业有限责任公司，510310，广东广州）

土壤是大田烟株生长必不可少的条件之一，而土壤中的微量元素虽然含量较低，但对烟株的生长发育有重要影响。因此，研究土壤微量元素与烟叶常规化学成分的关系有利于指导平衡施肥，从而稳定烟叶质量。烟株所需微量元素主要从土壤中吸取，其对烟株生长发育至关重要[1]。烟草幼苗对铁元素缺乏最为敏感，缺铁易导致根系发育不良及植株矮小[2]。锰参与烟株的碳氮代谢，缺锰时，蛋白质合成和光合作用受到抑制[3]。锌是生长素合成过程中的必需元素，能提高烟株氮代谢效率和抗逆性，缺锌会导致烟株生长发育减缓[4]。铜参与烟株氧化还原反应和呼吸作用，是多种酶的组成成分或催化剂，缺铜时会导致烟株矮小、叶片呈暗绿色且顶部新叶缺绿[5]。硼影响细胞分裂素和生物碱的合成及生长素代谢，缺硼会导致茎秆疏导组织发育不良、节距缩短及顶芽坏死[6]。钼参与烟株内多种酶的合成及固氮和碳水代谢，缺钼导致光合速率降低和氧化还原反应受阻[7]。有研究[8-9]表明，增施微量元素可以促进根系发育，提高烟株抗逆性，改善烟叶化学物质的协调性，提高产值、产量等。这些元素都直接或间接地影响了烟叶的化学成分[10]。目前关于桃源县烟区土壤与烟叶品质相关性的分析较少。本文基于多元统计分析中的典型相关分析对桃源县土壤微量元素与烤烟烟叶常规化学成分的关系进行了量化分析，旨在揭示土壤微量元素与烤烟烟叶常规化学成分的相关性，为烟叶合理施肥和稳定烟叶品质提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 土壤样品采集与指标测定

于2019年1月在湖南省常德市桃源县主要烟区的6个植烟乡镇（盘塘镇、三阳港镇、青林乡、泥窝潭乡、九溪乡和牛车河镇）采集具有代表性的耕作层（0～20cm）土样54个，其中盘塘镇17个，三阳港镇7个，青林乡4个，泥窝潭乡8个，九溪镇10个，牛车河镇8个。采用5点取样法，取样深度为20cm，每个地块取5个样点土壤，制成约1kg的混合土样。样品登记编号，经过风干、研磨、过筛后，进行土壤微量元素检测。测定方法参照文献[11]，具体方法为采用DTPA浸提－原子吸收分光光度法测定铁、锰、铜、锌含量；采用甲亚胺比色法测定有效硼含量；采用示波极谱法测定有效钼含量。

1.2 烟叶样品采集与成分测定

2019年在桃源县植烟区的土壤取样点采集烟样。由分级人员按照GB 2635-92烤烟标准采集当地主栽品种云烟87的C3F（中橘三）烤后烟叶样品54个，每份2kg。

烟叶样品由河南农业大学烟草学院进行检测，用连续流动分析法[9]测定烟叶总糖、还原糖、总氮、烟碱、钾、氯和蛋白质含量。并计算糖碱比、氮碱比和钾氯比。

1.3 数据处理

采用SPSS 20和Excel 2010进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 桃源县植烟土壤微量元素含量分析

根据罗建新等[11]建立的湖南土壤养分丰缺体系，各元素的适宜范围为有效铁4.50～10.00mg/kg，有效锰10.00～20.00mg/kg，有效铜0.50～1.00mg/kg，有效锌1.00～2.00mg/kg，有效硼0.30～0.60mg/kg，有效钼0.10～0.15mg/kg。由表1可得，有效铁的平均值为 196.69mg/kg，远大于适宜范围；有效锰的平均值为35.37mg/kg，高于适宜范围；有效铜的平均值为 3.05mg/kg，高于适宜范围；有效锌的平均值为 2.10mg/kg，略高于适宜范围；有效硼的平均值为 0.55mg/kg，处于适宜范围内，变幅为 0.16～1.08mg/kg，分布上呈向右偏的平顶峰；有效钼的平均值含量为0.16mg/kg，变幅为0.05～0.58mg/kg，分布上呈向右偏的尖顶峰。按变异系数划分等级：变异系数＜10%为弱变异性，变异系数为10%～100%为中等变异性，变异系数＞100%为强变异性[12]。有效铁、锰、铜、锌、硼、钼的变异系数较大，均属于中等变异，最高的为有效锌，为75.78%，最低的为有效铁（48.79%）。桃源县这6种微量元素多数高于适宜范围，可在一定程度上改良土壤酸碱度，能降低铁、锰、铜元素的有效性，但还要维持锌、硼、钼的含量。

表1 桃源县土壤微量元素含量分析Table 1 Contents analysis of soil micronutrient in Taoyuan county

2.2 桃源县烤烟烟叶化学成分含量分析

由表2可得，桃源县烤烟烟叶还原糖和总糖含量平均值分别为 26.80%和 32.30%，变幅分别为20.96%～31.87% 和27.14%～37.88%；钾含量平均值为1.97%，变幅为1.38%～2.67%；氯含量平均值为0.20%，变幅为 0.05%～0.45%；烟碱和总氮含量平均值分别为 2.31%和 1.62%，变幅分别为 1.57%～3.32%和1.20%～1.98%；蛋白质含量平均值为7.62%，变幅为 5.80%～9.25%；糖碱比平均值为 12.07，变幅为 6.47～19.51；氮碱比平均值为 0.71，变幅为0.59～0.92；钾氯比平均值为 12.25，变幅为3.67～45.90。还原糖、总糖变异系数最小，分别为9.26%和7.62%，属于弱变异性；其他化学成分指标变异系数均相对较大，达到中等变异性，钾氯比变异系数最大，为67.26%。

表2 桃源县烟叶常规化学成分含量分析Table 2 Analysis of routine chemical components contents in Taoyuan county tobacco leaves

2.3 桃源县植烟土壤微量元素与烟叶常规化学成分相关性分析

由表3可得，有效铜与钾呈极显著负相关，相关系数为-0.399；有效硼与还原糖、总糖、氯和糖碱比呈极显著正相关，相关系数分别为 0.463、0.443、0.497和0.392，与总氮、蛋白质和钾氯比呈极显著负相关，相关系数分别为-0.389、-0.416和-0.417；有效钼含量与还原糖、总糖和糖碱比呈极显著负相关，相关系数分别为-0.595、-0.479和-0.409，与总氮和蛋白质含量呈极显著正相关，相关系数分别为0.396和0.421。

表3 桃源县植烟土壤微量元素与烤烟烟叶常规化学成分相关性分析Table 3 Correlation analysis of soil micronutrient and routine chemical components of flue-cured tobacco leaves in Taoyuan county

2.4 桃源县植烟土壤微量元素与烟叶常规化学成分典型相关性分析

为了研究植烟土壤微量元素与烟叶常规化学成分的相关关系，把植烟土壤微量元素看作一组变量，烟叶常规化学成分看作另一组变量，进行典型相关性分析。由表4可得，植烟土壤微量元素与烤烟烟叶常规化学成分含量的第 1对典型变量达到了显著水平，第 2～6对典型变量都没有达到显著水平。

表4 桃源县植烟土壤微量元素与烟叶常规化学成分典型相关性分析Table 4 Canonical correlation analysis on soil micronutrient and chemical components of fluecured tobacco leaves in Taoyuan county

由于原始变量间单位和数量级不同，首先将原始数据进行标准化，之后再进行典型相关性分析，结果见表5和表6。

由表5和表6可知，桃源县植烟土壤微量元素与烤烟烟叶常规化学成分的第1对典型变量的构成分别如式（1）和式（2）。

表5 桃源县植烟土壤微量元素典型变量的构成Table 5 Composition of typical variables of soil micronutrient in Taoyuan county

表6 桃源县烤烟烟叶常规化学成分典型变量的构成Table 6 Composition of typical variables of routine chemical compositions of flue-cured tobacco leaves in Taoyuan county

式（1）和式（2）中，U1和V1表示植烟土壤微量元素和烤烟烟叶常规化学成分组成的第1对典型变量，其中U1为植烟土壤微量元素组成的典型变量，V1为烟叶常规化学成分组成的典型变量，X1～X6分别表示 6种土壤微量元素的标准化典型系数，Y1～Y10分别表示10种烤烟烟叶化学成分的标准化典型系数。由表5可知，在第1对典型变量（U1，V1）中，由U1与原始数据的相关系数可得，它与有效锰含量呈显著负相关，相关系数为-0.2697，与有效硼含量呈极显著负相关，相关系数为-0.8322，与有效钼含量呈极显著正相关，相关系数为0.7622，植烟土壤微量元素对烟叶化学成分的影响为有效硼＞有效钼＞有效锰＞有效锌＞有效铁＞有效铜。V1与还原糖、总糖、氯和糖碱比均有极显著负相关，相关系数分别为-0.8528、-0.7422、-0.5734 和-0.6337；与烟碱、总氮、蛋白质和钾氯比呈极显著正相关，相关系数分别为0.3555、0.6097、0.6542和0.4899。因此，U1可理解为描述了土壤中有效锰、有效硼和有效钼的综合性状；V1可理解为描述了烤后烟叶中还原糖、总糖、氯、烟碱、总氮、蛋白质、糖碱比和钾氯比的综合性状。随着桃源县土壤中有效锰、有效硼的减少或有效钼的增加，能够引起烤后烟叶烟碱、总氮、蛋白质、钾氯比的增加以及还原糖、总糖、氯、糖碱比的降低。

3 讨论

桃源县烟区土壤有效铁的平均含量为196.69mg/kg，有效锰为 35.37mg/kg，有效铜为3.05mg/kg，远高于适宜范围，可能与其成土母质有关；有效锌平均含量为 2.10mg/kg，略高于适宜范围；有效硼平均含量为0.55mg/kg，有效钼平均含量为0.16mg/kg，都处于适宜范围。这与刘勇军等[13]对常德桃源县的分析结果基本一致。因此，桃源县烟区植烟土壤铁、锰、铜含量过高，需在一定程度上控制其含量，并稳定其他元素含量。桃源县烟叶化学成分分析结果表明，还原糖和总糖比较稳定，变异系数分别为9.26%和7.62%，属于弱变异性；氯含量偏低，可能是南方降雨量大，导致土壤中水溶性氯流失，所以应注意平衡氯肥料的施用。

梁兵等[14]通过简单相关分析表明，土壤有效硼含量与烟叶总糖和氯含量呈显著正相关，这与本试验部分结果相同，本研究还表明，在一定范围内，有效硼含量与还原糖含量和糖碱比呈极显著正相关，与总氮、蛋白质含量和钾氯比呈极显著负相关，可能与两地硼含量是否超过适宜范围有关。有研究[15-16]表明，土壤有效钼含量与总糖含量呈极显著正相关，与还原糖含量和糖碱比呈显著正相关；而周童[17]研究表明，烤烟增施钼元素，在一定范围内降低了烟叶总糖含量，增加了烟碱和总氮含量，与本试验结果有效钼含量与总糖含量呈极显著负相关，与总氮和蛋白质含量呈极显著正相关基本相同。沈晗等[18]研究表明，在第Ⅱ典型变量中，随着土壤中有效硼含量的增加，烤后烟叶中烟碱、总氮和氯含量增加，还原糖含量、钾氯比、糖碱比和氮碱比降低。而本试验通过典型相关分析表明，随着桃源县土壤中有效硼含量的减少，能够引起烤后烟叶还原糖、总糖、氯含量和糖碱比的降低以及烟碱、总氮、蛋白质含量和钾氯比的增加，与沈晗等[18]在氯和糖碱比的研究结果相同，在关于还原糖、烟碱、总氮含量和钾氯比的结果不同，可能是地理因素不同导致。

4 结论

通过相关分析表明，植烟土壤微量元素与烟叶化学成分有一定的相关性。土壤有效铜含量与烟叶中钾含量呈极显著负相关；土壤有效硼含量与烟叶中还原糖、总糖、氯含量和糖碱比呈极显著正相关，与总氮、蛋白质含量和钾氯比呈极显著负相关；有效钼含量与还原糖、总糖含量和糖碱比呈极显著负相关，与总氮和蛋白质含量呈极显著正相关。通过典型相关分析表明，随着桃源县土壤中有效锰和有效硼含量的减少或有效钼含量的增加，能够引起烤后烟叶烟碱、总氮、蛋白质含量和钾氯比的增加以及还原糖、总糖、氯含量和糖碱比的降低。