植煙土壤氮形態與煙葉化學成分及品質的關系研究

李 明 楊 艷 蔣廣峰 章 新 艾華林

摘要采用相關以及多元線性回歸分析法,對植煙土壤中的有機氮、堿解氮、銨態氮、硝態氮等氮形態與煙葉化學成分及評吸質量的關系進行研究,結果表明:對煙葉化學成分及評吸質量作用最為顯著、貢獻率最高的是有機氮,其次是堿解氮,再次是銨態氮和硝態氮。

關鍵詞土壤氮形態;煙葉化學成分;評吸質量;相關分析;回歸分析

中圖分類號S572;S143.1文獻標識碼A文章編號 1007-5739(2009)11-0165-03

烤煙是一種對氮素敏感的作物,氮素在烤煙生長發育、生理生化過程和品質中起重要作用。很多研究表明,土壤中的氮素主要以有機氮和無機氮2種形式存在[1],其中有機氮占95%以上,有機氮不易被烤煙吸收,烤煙可以直接吸收土壤中占總氮5%的無機形態的硝態氮、銨態氮以及少量有機態氮如尿素態氮[2]。而堿解氮則是無機的礦物氮和部分有機質中易分解的、比較簡單的有機態氮,是銨態氮、硝態氮、氨基酸、酰胺和易水解的蛋白質氮的總和[3],也是土壤氮素的一種綜合形態。長期以來,人們對植煙土壤中總氮以及硝態氮、銨態氮對烤煙及其品質的影響進行了大量研究,取得了很多研究成果[4-7]。但對氮素的有機氮、堿解氮等其他形態對烤煙及其品質的影響的研究,少見報道。筆者測定了云南玉溪地區的植煙土壤氮形態以及對應煙葉的常規化學成分,并進行煙葉質量評吸,對植煙土壤氮形態與煙葉化學成分及評吸結果的關系進行了研究,得出相應的定量關系,以期能為改善植煙土壤氮素環境、提高煙葉質量和合理施肥提供一定的科學依據。

1材料與方法

1.1試驗材料

供試煙葉采自云南玉溪主產煙區包括B2F、C3F、X2F 3個等級,共計150個,品種為K326,每個樣品2kg。同時選擇津巴布韋相應等級的煙葉樣品作參照。

1.2土壤氮形態測定方法

全氮、有機氮、堿解氮、銨態氮、硝態氮的測定均按照森林土壤中元素有效態分析方法系列標準(LY/T 1210-LY/T 1275)進行測定。其中全氮和有機氮的測定采用高氯酸-硫酸消化法消解土樣,用凱氏定氮儀直接測定;堿解氮的測定采用堿解擴散法(康惠法);銨態氮的測定采用氧化鎂浸提-擴散法;硝態氮的測定采用還原蒸餾法。

1.3煙葉化學成分的測定方法

測定的化學成分主要包括總糖、還原糖、堿、總氯、鉀、總氮,并計算出糖氮比、鉀氯比的值,各項指標的測定方法參見文獻[8]進行。

1.4質量評吸方法

由云南省煙草科學研究院統一卷制成單料煙樣品,并且組織專家進行評吸打分。

1.5統計分析方法

主要進行相關分析和回歸分析,具體統計方法參見文獻[9]。

2結果與分析

2.1植煙土壤氮形態與煙葉化學成分的分析

2.1.1植煙土壤氮形態與煙葉化學成分的相關分析。將土壤有機氮、堿解氮、銨態氮、硝態氮以及總氮與煙葉中化學成分全氮、總糖、總還原糖、石油醚提取物、游離氨基酸、尼古丁、蛋白質、淀粉、多酚、有機酸、鉀氯比、施木克值進行相關分析,相關系數及其顯著性見表1。分析結果表明,各種氮形態與煙葉中全氮含量呈極顯著正相關;與多酚、有機酸、總還原糖含量呈顯著正相關;與淀粉、游離氨基酸含量呈顯著負相關;與蛋白質含量相關性較小。另外,總氮與總糖、石油醚提取物、尼古丁、鉀氯比、施木克值有一定的正相關性,有機氮與游離氨基酸負相關性最顯著,堿解氮與淀粉、尼古丁相關性最顯著,硝態氮、銨態氮與石油醚提取物正相關性最顯著。

2.1.2植煙土壤氮形態與煙葉化學成分的全部進入法(enter)回歸分析。將土壤有機氮(X1)、堿解氮(X2)、銨態氮(X3)、硝態氮(X4)等4個形態與煙葉中化學成分全氮(Y1)、總糖(Y2)、總還原糖(Y3)、石油醚提取物(Y4)、游離氨基酸(Y5)、尼古丁(Y6)、蛋白質(Y7)、淀粉(Y8)、多酚(Y9)、有機酸(Y10)、鉀氯比(Y11)、施木克值(Y12)進行全部進入法(enter)回歸分析,并對回歸方程進行顯著性檢驗,結果見表2。

由表2可知,植煙土壤有機氮(X1)、堿解氮(X2)、銨態氮(X3)、硝態氮(X4)等4個氮形態與煙葉中化學成分全氮(Y1)的回歸極顯著,對各自變量進行顯著性檢驗,各自變量對因變量的作用都達到極顯著水平。另外,由標準偏回歸系數(Beta)可知,各自變量對因變量的貢獻率大小依次為:有機氮(X1)>堿解氮(X2)>銨態氮(X3)>硝態氮(X4);R2=0.887,說明該方程可解釋總體方差的88.7%,方程的線性擬合度很好。另外,4個氮形態對煙葉中化學成分淀粉(Y8)、石油醚提取物(Y4)的作用都達到顯著水平,對多酚(Y9)、有機酸(Y10)、游離氨基酸(Y5)、尼古丁(Y6)、蛋白質(Y7)的作用都達到較為顯著水平,而對總糖(Y2)、總還原糖(Y3)、鉀氯比(Y11)、施木克值(Y12)的作用顯著水平較低,方程的線性擬合度不高。

2.1.3植煙土壤氮形態與煙葉化學成分的逐步回歸(step wise)法分析。為進一步提高回歸方程的顯著性,用逐步回歸(stepwise)法進行分析,分析結果見表3。

由表3可知,氮形態對總糖(Y2)、總還原糖(Y3)、蛋白質(Y7)、鉀氯比(Y11)、施木克值(Y12)的作用顯著水平較低,用逐步回歸(stepwise)法無法得到結果,被剔除。而有機氮(X1)對葉中化學成分全氮(Y1)的作用達到極顯著水平,對多酚(Y9)、有機酸(Y10)、游離氨基酸(Y5)的作用達到顯著水平;堿解氮(X2)對葉中化學成分淀粉(Y8)的作用達到極顯著水平,對尼古丁(Y6)的作用達到顯著水平;硝態氮(X4)對葉中化學成分石油醚提取物(Y4)的作用達到顯著水平。

2.2植煙土壤氮形態與煙葉評吸質量的分析

2.2.1植煙土壤氮形態與煙葉評吸質量的相關分析。將土壤有機氮、堿解氮、銨態氮、硝態氮以及總氮與煙葉評吸結果中的香氣質、香氣量、余味、雜氣、刺激性、勁頭、評吸總分進行相關分析,相關系數及其顯著性見表4。分析結果表明,各種氮形態與香氣質、評吸總分、勁頭、雜氣極顯著或顯著正相關;與余味、香氣量有一定的正相關性;與刺激性相關性較小。另外,總氮與香氣質正相關性最顯著,有機氮與余味正相關性最顯著,堿解氮與勁頭、香氣量正相關性最顯著。與評吸總分相關性排序為:總氮>堿解氮>有機氮>銨態氮>硝態氮,相關性均達顯著水平。

2.2.2植煙土壤氮形態與煙葉評吸結果的全部進入法(enter)回歸分析。將土壤有機氮(X1)、堿解氮(X2)、銨態氮(X3)、硝態氮(X4)等4個形態與煙葉評吸得分香氣質(Z1)、香氣量(Z2)、余味(Z3)、雜氣(Z4)、刺激性(Z5)、勁頭(Z6)、評吸總分(Z7)進行全部進入法(enter)回歸分析,并對回歸方程進行顯著性檢驗,結果列于表5。4個氮形態對煙葉評吸得分香氣質(Z1)、評吸總分(Z7)的影響都達到較為顯著水平,而對雜氣(Z4)、勁頭(Z6)、余味(Z3)、香氣量(Z2)、刺激性(Z5)的影響顯著水平較低,方程的線性擬合度不高。

2.2.3植煙土壤氮形態與煙葉評吸結果的逐步回歸(stepwise)分析。為進一步提高回歸方程的線性擬合度,用逐步回歸(stepwise)法進行分析,結果見表6。由表6可知,氮形態對香氣量(Z2)、刺激性(Z5)的影響顯著水平最低,用逐步回歸(stepwise)法無法得到結果,被剔除。而有機氮(X1)對香氣質(Z1)的影響達到極顯著水平,對勁頭(Z6)、余味(Z3)的影響都達到顯著水平;堿解氮(X2)對評吸總分(Z7)的影響達到極顯著水平,對雜氣(Z4)的影響達到顯著水平。

3結論與討論

對云南玉溪植煙土壤氮形態與煙葉化學成分以及煙葉評吸質量進行相關分析,然后應用全部進入法(enter)進行回歸分析,最后用逐步回歸(stepwise)求得了土壤氮形態與煙葉化學成分以及煙葉評吸得分的量化方程。結果表明:各種氮形態與煙葉中全氮含量呈極顯著正相關,其中,有機氮貢獻率最大;有機氮對多酚、有機酸、游離氨基酸的作用達到顯著水平,其中,與游離氨基酸呈顯著負相關,其余為顯著正相關;堿解氮對葉中化學成分淀粉的作用達到極顯著水平,且呈顯著負相關,對尼古丁的作用達到顯著水平,呈顯著正相關;硝態氮對葉中化學成分石油醚提取物的作用達到顯著水平,且呈顯著負相關。4個氮形態對煙葉評吸香氣質得分、評吸總分的影響都達到顯著水平,呈顯著正相關;有機氮對香氣質的影響達到極顯著水平,對勁頭、余味的影響都達到顯著水平;堿解氮對評吸總分的影響達到極顯著水平,對雜氣的影響達到顯著水平。

研究發現,該地區植煙土壤氮形態對煙葉中全氮含量的影響達到極顯著正相關,對香氣質得分、評吸總分的影響達到顯著正相關。對煙葉化學成分及評吸質量作用最為顯著,貢獻率最高的是有機氮,其次是堿解氮,再次是銨態氮和硝態氮。這個結論似乎與很多研究者所述的煙葉吸收的主要有效氮源是無機形態的銨態氮和硝態氮結論相悖,其實不然。土壤中的氮存在著較為復雜的循環過程,該過程是氮素不斷進行生物、生物化學、化學、物理、物理化學變化的過程,也是不斷進行氮素形態變化的過程。土壤中無機氮的轉化途徑是多方面的,施到土壤中的無機氮素可快速轉化成某種形態有機氮,新形成的這種有機氮包被在土壤礦物-有機復合體或團聚體的表面,具有較高的活性和循環速率,在特定條件下,這種有機態氮又會礦化釋放出無機態氮,因而這種有機態氮處于不斷轉化循環之中,這種特殊的有機態氮就構成土壤有效氮的暫存“過渡庫”。“過渡庫”對土壤有效氮的循環和供應具有調節作用,因而影響土壤無機氮素或肥料氮的利用率。有學者研究表明,無機氮只占煙草吸氮的18%～20%,煙草吸收的氮素主要通過土壤或外源有機物中有機氮的礦化而獲得[10]。而堿解氮包括無機礦物氮和部分有機質中易分解、比較簡單的有機態氮,是銨態氮、硝態氮、氨基酸、酰胺和易水解的蛋白質氮的總和,其易被煙草吸收,對煙葉化學成分貢獻率排名第2。通過上述分析,不難看出,對煙葉化學成分及評吸質量作用最為顯著、貢獻率最高的是有機氮,其次是堿解氮,再次是銨態氮和硝態氮的結論是合理的。

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