普洱景东烟区不同地貌类型对植烟土壤与烟叶质量的影响

李旺阳, 谢 晋, 黄 浩, 梁增发, 罗 强, 曾繁东, 蔡一霞, 王 维*

(1.华南农业大学 农学院, 广东 广州 510642; 2.广东中烟工业有限责任公司, 广东 广州 510310; 3.云南省烟草公司 普洱市景东县分公司, 云南 普洱 676200; 4.华南农业大学 资源环境学院, 广东 广州 510642)

0 引言

【研究意义】云南普洱景东彝族自治县位于云南省西南中部,县内地貌多为坡度较大、面积分散、垂直气候明显的山地,面积约占总面积的95.5%;由河谷堆积形成的、海拔较低、面积较大、土壤较肥沃的坪坝仅占全县总面积的3.81%[1-2]。这2种地貌的生态环境差异大,均有种植烟叶,分别称为坝区烟叶和山地烟叶。近年来全县的烤烟种植面积均在5 333 hm2以上,产量在4 400 kg/hm2以上,因此,烤烟作为该地区主要种植的经济作物之一,探究适宜其生长发育和形成优质烟叶的地貌类型对促进普洱烟区烤烟的可持续发展具有重要意义。【前人研究进展】不同环境区域对土壤质量及烟叶质量的影响不同。在普洱烟区,不同县区烟叶的化学成分、香气物质及感官质量均存在较大差异[3];在百色烟区,不同县的植烟土壤各养分含量变异系数高[4],靖西和隆林两大烟区的烟叶质量表现为中部叶以隆林烟区的较好,上部叶以靖西烟区的较好[5];在四川地区,攀枝花、广元、宜宾和泸州四大植烟区的土壤肥力质量可分为4个等级,其中以泸州烟区的土壤肥力最高[6]。凉山烟区的河谷、山地、盆地3个区域的烟叶综合质量以山地区域的最优[7]。区域环境不同主要表现在气候条件存在差异,TANG等[8]通过对红河烟区烟叶产质量、土壤理化性质和气候因子进行方差分析、相关性分析及冗余分析发现,各指标与气候因子均存在不同的显著相关关系;HARLIANINGTYAS等[9]对詹伯烟区烟叶的产量与气候因子构建模型发现,降雨量、雨天天数、温湿度均对烟叶产量起决定性作用。【研究切入点】目前,关于普洱烟区植烟土壤质量及烟叶质量的研究较多,但有关不同地貌类型(坝区、山地)对植烟土壤及烟叶质量的影响,并对其进行综合评价的研究鲜见报道。【拟解决的关键问题】探明普洱市景东烟区不同地貌类型(坝区、山地)对植烟土壤和烟叶质量的影响,并对其进行综合评价,旨在为当地优质烟叶的生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2021年4-10月在云南省普洱市景东彝族自治县进行,取样地貌类型为平坝和山地,森林覆盖率高,海拔1 100～1 900 m,属亚热带季风气候,冬季最低月平均温度>10 ℃,夏季最高月平均温度≤25.6 ℃,光热充足,年平均降水量为1 218.2 mm,降雨集中,适宜烤烟生长。

1.2 土壤及烟叶样品采集

取样时间为2021年9～10月,取样地点为云南普洱市景东彝族自治县,结合景东县烤烟种植基地单元规划情况,分别在坝区、山地选取具有代表性的9个取样点(表1)。土壤样品在烤烟采收完成后采用五点取样法采集20 cm处的耕层土壤,土样充分混匀后留取1 kg,每个取样点取3次重复,共采集土样54个,自然风干过60目筛,密封保存,待测;烤烟品种为云烟87,烟叶样品在烘烤结束后,依据GB 2635—1992[10]对烟叶进行分级,选取具有代表性的C3F、B2F烟叶各1 kg,密封避光保存,待测。

表1 坝区和山地取样点基本概况

1.3 指标测定

1.3.1 土壤理化特性测定 参照鲍士旦[11]的方法测定土壤样品的pH、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾和有机质含量。

1.3.2 烟叶样品测定

1) 常规化学成分。取B2F、C3F烟叶于烘箱60 ℃烘干粉碎后,依照韩富根[12]的方法,测定烟叶还原糖、总糖、淀粉、烟碱、钾、总氮和石油醚提取物含量,并计算氮碱比、糖碱比及两糖比。

2) 外观质量。依据《烤烟》(GB 2635—1992)[10]分级标准对烤后烟叶进行分级,由5名广东中烟专业人员参照蔡宪杰等[13]的方法,对B2F、C3F烟叶的颜色、成熟度、色度、身份、叶面色差、油分和叶片结构进行外观质量评价。

3) 感官质量。烟叶感官质量由广东中烟公司10名卷烟评吸专家参照《烟草及烟草制品 感官评价方法》(YC/T 138—1998)[14]对烟叶的香型彰显程度、浓度、劲头、香气质、香气量、杂气、刺激性及余味进行评价。烟叶外观质量和感官质量总分参照杜薇等[15-16]的方法计算综合得分,综合得分越高,烟叶各指标质量越好。

1.4 评价方法

1.4.1 土壤养分及烟叶化学成分指标的隶属度函数类型、曲线拐点值及权重 隶属度函数是将各项土壤肥力指标依据植烟适宜性赋予其0.1～1的值,再将各项指标数据进行标准化。常用的隶属度函数类型有3种[17],主要采用抛物线型和S型隶属度函数,各肥力指标的隶属度函数、阈值及权重参照胡玲等[18]的研究结果。

结合吴殿信等[19]的研究、中烟公司对普洱产区烟叶化学成分含量和协调性要求以及实际调查研究情况,确定各烟叶化学成分含量及协调性的隶属度函数类型和阈值。运用主成分分析法对普洱景东基地单元烟叶的7个指标进行主成分分析,以特征值大于1为条件选取公因子,求出各指标的公因子方差,将公因子方差归一化,得到各指标的权重值(表2)。

表2 烟叶主要化学成分指标的隶属度函数权重及拐点

1.4.2 土壤养分、烟叶化学成分适宜性评价及烟叶质量综合评价

1) 土壤养分和烟叶化学成分适宜性评价。利用主成分分析法分别计算出各土壤肥力指标和烟叶化学成分指标的权重,再用隶属度函数分别计算土壤肥力适宜性指数(suitability fertility index,SFI)和烟叶化学成分适宜性指数(Chemical Components Usability Index,CCUI)[17],以此评价土壤肥力和烟叶化学成分的适宜性,并将其划分为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级和Ⅴ级5个等级。SFI和CCUI值为0～1,值越高,说明土壤肥力质量越适宜植烟,烟叶的内在品质越好。

2) 烟叶质量综合评价。以烤后烟叶的常规化学成分、外观质量和感官质量为评价指标,采用褚旭等[20]的方法对烤烟质量进行综合评价,常规化学成分、外观质量和感官质量的权重分别为23.4%、6.40%和70.20%。

1.5 数据统计与分析

采用Excel 2010、SPSS 20和Origin 2021对试验数据进行统计分析与绘图。

2 结果与分析

2.1 坝区与山地植烟土壤的理化特性及适宜性评价

由表3看出,不同地貌类型植烟土壤的肥力状况不同。坝区植烟土壤的全钾、全氮、有机质、全磷、速效钾、碱解氮、速效磷和pH均值分别为15.27 g/kg、1.99 g/kg、29.24 g/kg、1.20 g/kg、192.59 mg/kg、108.11 mg/kg、31.03 mg/kg和6.70,山地分别为12.32 g/kg、1.66 g/kg、30.03 g/kg、1.14 g/kg、167.98 mg/kg、108.22 mg/kg、26.61 mg/kg和5.59。其中,除坝区的土壤全氮含量与山地呈显著差异外,其余指标差异均不显著。从土壤理化指标的变幅和变异系数看,坝区土壤全氮和有机质含量的变异系数均<0.1,说明其空间变异性小,不同区域间植烟土壤的全氮和有机质含量差异较小;山地土壤速效磷含量的变异系数大(COV>0.5),说明其空间变异性大,不同区域间植烟土壤的速效磷含量存在较大差异。坝区土壤的全钾含量和pH的变幅、均值和变异系数均较山地大,全氮、速效钾和速效磷含量均值较山地高,而有机质、碱解氮含量的变幅、均值和变异系数均较山地小。综上,坝区植烟土壤的肥力相对较好,磷、钾含量相对较高,除全钾和pH外,其余指标的空间变异性均较山地小。

表3 坝区与山地植烟土壤理化性状指标的描述性统计分析

从表4可得,坝区土壤肥力适宜性在Ⅰ级、Ⅱ级和Ⅲ级的占比分别为33.33%、44.45%和22.22%,Ⅳ级和Ⅴ级所占比均为0,SFI均值为0.68;山地分别为66.67%、11.11%和22.22%,Ⅳ级和Ⅴ级所占比均为0,SFI均值为0.69。山地土壤的变异系数(0.12)较坝区大(0.10),其空间变异性较大,其土壤肥力适宜性在Ⅰ级的占比较坝区高33.34百分点,表明该地区土壤肥力质量较好,更适宜烤烟种植。

表4 坝区与山地植烟土壤肥力的适宜性评价

2.2 坝区与山地烟叶的常规化学成分及适宜性评价

从表5看出,不同地貌类型不同烟叶部位的常规化学成分含量存在差异。B2F:坝区和山地烟叶的还原糖、总糖、淀粉、烟碱、钾、总氮、石油醚提取物含量均值分别为22.52%、29.54%、5.70%、2.96%、2.80%、2.70%、8.02%和23.17%、30.67%、4.64%、2.95%、2.97%、3.06%、7.10%,氮碱比、糖碱比和两糖比分别为0.91、10.09、0.76和1.04、10.48、0.76,其中山地烟叶的淀粉含量和氮碱比与坝区存在显著性差异。从变幅和变异系数看,山地烟叶总糖含量的变幅、均值及变异系数较坝区大,还原糖、钾、总氮含量及氮碱比、糖碱比的均值均较坝区高,而淀粉含量的变幅、均值及变异系数较坝区小,烟碱、石油醚提取物含量均值及变异系数较坝区低。且山地烟叶总氮含量的变异系数最小,为0.04,而坝区烟叶总氮含量的变异系数最大,为0.2,说明不同区域对烟叶常规化学指标的影响不同。C3F:坝区和山地烟叶的还原糖、总糖、淀粉、烟碱、钾、总氮、石油醚提取物含量均值分别为23.89%、29.65%、3.93%、2.67%、3.21%、2.38%、6.88%和25.81%、32.30%、3.63%、2.53%、2.89%、2.46%、6.63%,氮碱比、糖碱比和两糖比分别为0.89、11.12、0.81和0.97、12.04、0.80,其中山地烟叶的还原糖和总糖含量与坝区存在显著性差异。从变幅和变异系数看,山地烟叶的淀粉、烟碱、石油醚提取物含量的变幅、均值及变异系数均较坝区小,而糖碱比的变幅、均值及变异系数均较坝区大,还原糖、总糖、总氮含量及氮碱比的均值均较坝区高。且山地和坝区上、中部烟叶各化学成分指标的变异系数均<0.2,表明其烟叶常规化学成分在不同区域的空间变异性较小。

表5 坝区与山地烟叶常规化学成分指标的描述性统计分析

从表6看出,B2F:坝区烟叶化学成分适宜性在Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级和Ⅳ级的占比分别为11.11%、44.44%、22.22%和22.22%,Ⅴ级所占比为0,CCUI均值为0.79;山地烟叶化学成分适宜性在Ⅱ级和Ⅲ级的占比分别为66.67%和33.33%,Ⅰ级、Ⅳ级和Ⅴ级所占比均为0,CCUI均值为0.81。其中,坝区烟叶的CCUI值较山地小,烟叶化学成分适宜性Ⅱ级以上的占比较山地低11.12百分点,两地区CCUI值的空间变异性均较小(0.03～0.010)。C3F:坝区烟叶化学成分适宜性在Ⅰ级和Ⅱ级的占比分别为44.44%和55.56%,Ⅲ级、Ⅳ级和Ⅴ级所占比均为0,CCUI均值为0.91;山地分别为66.67%和33.33%,Ⅲ级、Ⅳ级和Ⅴ级所占比均为0,CCUI均值为0.92。其中,坝区烟叶的CCUI值较山地小,烟叶化学成分适宜性Ⅰ级以上的占比较山地低22.23百分点,两地区CCUI值的空间变异性均为0.05。表明,山地更适宜种植烤烟,其化学成分协调性更好。

表6 坝区与山地烟叶常规化学成分的适宜性评价

2.3 坝区与山地烟叶的外观质量

由图1可知,坝区上、中部烟叶的外观质量综合得分均较山地烟叶低。B2F:坝区和山地烟叶的颜色、成熟度、色度、身份、叶面色差、油分和结构分别为7.17分、7.17分、6.17分、5.67分、7.17分、6.33分、6.33分和8.17分、8.17分、7.00分、6.17分、8.17分、7.17分、7.17分,综合得分分别为6.55分和7.40分。C3F:坝区和山地烟叶的颜色、成熟度、色度、身份、叶面色差、油分和结构分别为7.33分、7.83分、4.67分、8.00分、8.17分、6.67分、8.17分、和8.33分、8.33分、5.17分、8.67分、8.33分、7.00分、8.67分,综合得分分别为7.31分和7.85分。整体看,山地烟叶的颜色佳,成熟度好,色度适中,身份稍薄,叶面色差小,油分较足,结构较疏松,其外观质量优于坝区烟叶。

2.4 坝区与山地烟叶的感官质量

由图2可知,坝区和山地烟叶的感官质量存在一定差异。B2F:坝区和山地烟叶的浓度、劲头、香型彰显程度、香气质、香气量、杂气、刺激性、余味分别为5.86分、6.07分、3.21分、6.21分、6.11分、6.29分、6.29分、6.00分和5.83分、5.86分、3.38分、6.45分、6.55分、6.36分、6.38分、6.36分,分别为6.84分和7.14分,除坝区烟叶的浓度和劲头大于山地烟叶外,其余指标得分均较山地烟叶低。C3F:坝区和山地烟叶的浓度、劲头、香型彰显程度、香气质、香气量、杂气、刺激性、余味分别为5.54分、5.43分、3.61分、6.64分、6.61分、6.61分、6.57分、6.57分和5.52分、5.50分、3.81分、6.79分、6.62分、6.74分、6.76分、6.76分,评吸总分分别为7.33分和7.47分,除坝区烟叶的浓度大于山地烟叶外,其余指标得分均较山地烟叶低。总体而言,山地烟叶的上、中部烟叶的评吸质量均优于坝区烟叶。

图2 坝区与山地烟叶的感官质量

2.5 坝区与山地烟叶质量的综合评价

由表7可得,不同地区不同部位的烟叶质量存在一定差异。B2F:坝区烟叶的外观质量、感官质量和常规化学成分得分分别为65.50分、68.44分和81.25分,综合得分为71.25分;山地分别为74.00分、71.39分和79.00分,综合得分为73.34分。C3F:坝区烟叶的外观质量、感官质量和常规化学成分得分分别为73.08分、73.31分和90.56分,综合得分为77.33分;山地分别为78.50分、74.68分和91.51分,综合得分为78.86分。整体看,同一地区C3F烟叶的各评价指标和综合得分均较B2F高;不同部位烟叶质量均表现为山地较坝区好。

表7 坝区与山地烟叶各评价指标得分及综合得分

3 讨论

土壤养分的适宜性评价是判断某一环境区域能否生产优质烟叶的重要指标。李倩等[21]运用适宜性指数(SFI)对河南南阳烟区不同县的植烟土壤进行评价,发现淅川的土壤肥力适宜性较其他区域差;孙奕荷等[22]通过模糊综合评价法对三大典型植烟生态区的土壤养分进行适宜性评价发现,安徽皖南的土壤养分适宜性更高,其次是四川会东、河南洛阳。可见,不同的地貌类型、环境区域土壤养分的适宜性存在较大差异。研究表明,虽然坝区植烟土壤的肥力相对较好,磷、钾含量相对较高,但山地土壤肥力适宜性指数(SFI)及Ⅰ级占比均较高于坝区,更适宜烤烟种植。

烟叶的常规化学成分、外观质量及感官质量是对烟叶品质进行可行性评价的重要指标,汤浒[23]对宜宾烟区烟叶的外观质量、感官质量及化学成分进行综合评价发现,筠连县和屏山县的得分最高,烟叶质量最好。本研究通过比较坝区和山地烟区烟叶的常规化学成分、外观质量、感官质量以及综合评价的差异发现,山地烟区烟叶化学成分协调性、外观质量、感官质量更好,不同部位烟叶质量综合得分最高,较坝区更适宜烤烟种植,与郭群召等[7]的试验结果一致,可能与山地独特的气候有关,山地的海拔较高,温光水热条件好,适合烟株生长发育[24],有利于优质烟叶的生产;而由河谷冲积形成的坝区水分充足,土壤肥沃,易造成烟叶贪青晚熟,不利于烟叶质量的形成。因此,在普洱景东烟区实际生产中,对于山地土壤,可通过控制氮磷钾肥施用量,或施用少量生石灰,调节土壤pH值至适宜范围,从而提高烟叶的内在品质;对于坝区土壤,应控制氮磷钾肥施用量,防止烟株因徒长难以烘烤,影响烟叶的产质量。

坝区和山地的地貌类型差异主要表现为生态条件差异较大,而生态条件的影响因素诸多,海拔高度和土壤类型为影响生态条件的重要因素,从而会对土壤养分含量及烟叶质量产生不同程度影响。杨策等[25]研究表明,在云南烟区,随着海拔升高,土壤肥力逐渐下降;罗维斌等[26]发现,湖南祁东烟区,紫色土壤较其他土壤类型适宜植烟;黄泽生[27]研究认为,福建南平政和县烟区,以海拔500～700 m地区烟叶的品质最好。本研究仅在取样时仅考虑了不同海拔高度及土壤类型2个因素,选取不同地貌类型(坝区、山地)的植烟土壤进行对比分析,在今后可进一步探究不同的生态因素对植烟土壤和烟叶质量的影响,从而提高试验结果的可靠性和全面性。

4 结论

通过比较分析普洱市景东烟区坝区和山地对植烟土壤和烟叶质量的影响,并对其进行综合评价表明,山地的土壤肥力适宜性、烟叶化学成分适宜性以及烟叶质量均优于坝区。其种植的烤烟化学成分协调性更好,烟叶的颜色佳,成熟度好,色度适中,身份稍薄,叶面色差小,油分较足,结构较疏松,且具有较好的香气量、香气质和香型彰显程度,燃烧性好,中部叶劲头足。因此,可通过适当扩大山地植烟面积,以达提高烤烟产质量目的。