氣候與土壤因子對煙葉特征物質的影響

陳 懿，潘文杰，李章海，陳 偉，李洪勛，張紀利

（1.貴州省煙草科學研究所，貴陽 550081；2.中國科學技術大學煙草與健康研究中心，合肥 230051）

生態因子對煙葉風格特色形成有重要作用，特定生態條件是特色煙葉形成的基礎。在明確貴州不同地域綜合生態因子對煙葉特色影響的前提下，研究氣候、土壤中單一因子對特色煙葉特征基礎物質的影響，為特色煙葉的形成機理提供理論依據。與化學成分達到顯著相關的氣象因子為 5—8月的氣溫，其中5、8月氣溫為化學成分的促進因子，而6、7月氣溫為限制因子。在化學成分因子中，煙堿和還原糖對氣候條件反應最為顯著，且都表現為正相關[1]。海拔增加，中、上部煙葉的總糖和氯含量增加，而煙堿含量降低。氣象因子中，對煙葉化學成分影響最大的因素是6月份的日照時數、7月份的降水量和氣溫。土壤養分中，硝態氮含量與上部煙葉的煙堿、總氮、蛋白質含量呈正相關；速效鉀含量與中、上部煙葉鉀含量呈正相關[2]。關于氣候、土壤因子對煙葉化學成分的影響研究很多，但將氣候、土壤因子同時作試驗因子設計的小區試驗未見報道，這樣可以減少取樣品種、栽培措施不同給多元線性回歸分析造成的誤差，同時可以直接分析兩因子對煙葉特征物質的貢獻率大小。在貴州3個煙葉產地，互換土壤，結合打破犁底層的栽培措施，通過兩因素方差分析和多元線性回歸分析（逐步法），研究氣候、土壤因子對煙葉特征物質的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗時間、地點

本研究田間試驗于 2009年在貴州省威寧縣、天柱縣、開陽縣進行。具體試驗點位置：威寧縣牛棚鎮魚塘村，北緯 27°06'40.8"，東經 103°48'57.3"，海拔2111 m；天柱縣社學鄉平甫村，北緯26°57'15.1"，東經109°15'30.1"，海拔640 m；開陽縣龍崗鎮貴州省烤煙良種繁育基地，北緯26°52'24.8"，東經107°06'40.8"，海拔 1130 m。

1.2 試驗地概況

威寧試驗點緩坡地貌，灰泡黃泥土，前作玉米。天柱試驗點丘陵地貌，黃泥土，前作烤煙。開陽試驗點丘陵地貌，黃泥土，前作玉米。

1.3 試驗材料

1.3.1 烤煙品種 云煙85，試驗種子由貴州省烤煙良種繁育基地提供。

1.3.2 供試土壤 威寧、天柱試驗點均采用試驗點當地土壤及開陽試驗點土壤。開陽試驗點采用試驗點當地土壤、威寧試驗點土壤及天柱試驗點土壤。

1.3.3 肥料 采用貴州省金福責任有限公司提供的烤煙專用復合肥，其中基肥 m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)＝ 10∶10∶25，專用追肥m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)＝13∶0∶26。采用貴州省煙草科學研究所統一采購的油枯。

1.4 試驗方法

1.4.1 試驗設計 開陽點設4個處理，每個處理3次重復，共12個小區，隨機區組排列。處理1：天柱土壤；處理 2：威寧土壤；處理 3：開陽土壤，耕作層、犁底層與下層土壤保持原狀（未打破犁底層）；處理4：開陽土壤，耕作層與犁底層分層挖出后，再依序填入（打破犁底層）。

威寧、天柱點設3個處理，每個處理3次重復，共9個小區，隨機區組排列。處理1：開陽土壤；處理 2：當地土壤，耕作層與犁底層分層挖出后，再依序填入（打破犁底層）；處理3：當地土壤，耕作層、犁底層與下層土壤保持原狀（未打破犁底層）。

1.4.2 試驗過程 所選試驗地能較好代表當地典型生態特色的山地，土壤肥力中等，肥力均勻一致。按長5.2 m、寬3 m、深0.5 m挖坑。將需要置換土壤的耕作層與犁底層分開，運往相應試驗點，同時分層依序填入對應點運回土壤。分層依序回填土壤之前，在坑四周鋪上較厚的塑料膜。試驗正區移栽前一周順坡起壟，土粒細碎，壟高25 cm，壟距1 m，壟長5.2 m，各小區共3行，兩側再起保護壟兩行。移栽密度1280株/667m2，行距1 m，株距0.52 m。施純氮6 kg/667m2，油枯20 kg/667m2。含4.2 kg純氮的復合基肥和油枯移栽時窩施，含1.8 kg純氮的復合追肥在栽后20 d窩施。移栽時間為當地最佳移栽期，同一上午完成移栽過程。當50%煙株達盛花期時一次性打頂，有效留葉數為20片。

1.5 樣品及氣象數據采集

1.5.1 土壤樣品 各試驗點在移栽前取各處理土壤樣品1 kg，風干備測。

1.5.2 煙葉樣品 各試驗點在烘烤結束后按處理、部位進行取樣。

1.5.3 氣象數據 采用當地氣象局提供的 2009年氣象資料。

1.6 測定指標及方法

1.6.1 光照強度測定 每天上午 9∶30—10∶00 用照度計 JD-3在接近試驗田并無障礙物區域測定自然光照強度，連續測3次，取平均值并記錄。

1.6.2 腺毛分泌物的提取、分析方法 將煙樣稱重，然后在裝有1000 mL二氯甲烷的3個燒杯中浸洗4次，每浸一次在溶劑中停留2 s。待二氯甲烷揮發后，再在第二、三只燒杯中重復浸洗，每次浸洗時葉片倒順提取（即上次最后提取的葉片首先被浸洗）。3次提取完成后，將含有腺毛分泌物的溶劑過濾到平底燒瓶內（濾紙內放無水硫酸鈉 50 g），過濾漏斗、燒杯和濾紙均用二氯甲烷沖3次以上。然后將浸提液轉移至旋轉蒸發儀中，在40℃下濃縮，最后移入琥珀色瓶中，定容至10 mL，置于0℃左右暗處備測。用芳樟醇作內標，提取定容的煙葉腺毛分泌物提取濃縮物2 mL，加入1內標，再濃縮至1 mL，用GC和GC/MS進行分析。

1.6.3 土壤樣品測定 土壤樣品送貴州省農業科學院測定。

1.6.4 煙葉樣品化學成分測定 煙堿、總氮、總糖、還原糖、鉀由AA3連續流動分析儀測定。

1.7 統計分析

利用SPSS 17.0軟件進行兩因素方差分析和多元線性回歸分析（逐步法）。

進行兩因素方差分析時，指定的固定因子分別為氣候因子、土壤因子。氣候因子3水平，分別代表威寧氣候、天柱氣候、開陽氣候。土壤因子3水平，分別代表威寧土壤、天柱土壤、開陽土壤。

對30個樣本進行多元線性回歸分析（逐步法）。針對氣候因子作回歸分析的自變量包括5—8、5、6、7、8月各時段均溫、總降雨量、總日照時數及6月23日—8月12日光照強度。針對土壤因子作回歸分析的自變量包括全氮、氨態氮、硝態氮、全磷、有效磷、全鉀、硝酸提取鉀、緩效鉀、有效鉀、有效硼、有效銅、有效鋅、有效錳、有效鐵、水溶性氯、有效硫、陽離子交換量、有機質含量、pH。

2 結 果

2.1 不同氣候與土壤條件下煙葉特征物質含量

2.1.1 上部葉特征物質含量 威寧氣候下煙株上部葉6種特征物質含量變化均較小，天柱氣候下煙株上部葉腺毛分泌物含量差異相對較大，開陽氣候下煙株上部葉總糖、還原糖含量不穩定。威寧土壤煙株上部葉6種特征物質含量變化均較小，天柱土壤煙株上部葉總糖、還原糖、總氮及腺毛分泌物含量差異相對較大，開陽土壤煙株上部葉腺毛分泌物含量極不穩定（表1）。

2.1.2 中部葉特征物質含量 威寧、天柱及開陽氣候下煙株中部葉6種特征物質含量變化均較小。威寧、開陽土壤煙株中部葉腺毛分泌物含量不穩定，天柱土壤煙株中部葉總氮、腺毛分泌物含量差異相對較大（表2）。

2.1.3 下部葉特征物質含量 威寧、天柱及開陽氣候下煙株下部葉6種特征物質含量變化均較小。威寧、開陽土壤煙株下部葉腺毛分泌物含量不穩定，天柱土壤煙株下部葉煙堿、總氮及腺毛分泌物含量差異相對較大（表3）。

2.2 氣候與土壤因子對煙葉特征物質含量的影響

由表4可以看出，兩因子對各部位煙葉煙堿、總糖、還原糖、總氮以及腺毛分泌物含量的主效應趨勢一致，呈現為氣候因子大于土壤因子，表明氣候因子對各部位煙葉煙堿、總糖、還原糖、總氮以及腺毛分泌物含量的貢獻率大于土壤因子。氣候因子對各部位煙葉煙堿、總氮以及腺毛分泌物含量的主效應達0.05的顯著水平。土壤因子對中部煙葉煙堿含量的主效應達0.05的顯著水平。兩因子對各部位煙葉鉀含量的主效應趨勢一致，呈現為土壤因子大于氣候因子，表明土壤因子對各部位煙葉鉀含量的貢獻率大于氣候因子。土壤因子對中、下部煙葉鉀含量的主效應達0.05的顯著水平。

表1 不同氣候與土壤條件下煙株上部葉特征物質含量Table1 Characteristic material contents in the upper leaves under the condition of different climate and soils

表2 不同氣候與土壤條件下煙株中部葉特征物質含量Table2 Characteristic material contents in the middle leaves under the condition of different climate and soils

表3 不同氣候與土壤條件下煙株下部葉特征物質含量Table3 Characteristic material contents in the lower leaves under the condition of different climate and soils

表4 主體間效應的F檢驗Table4 F tests of main effects

2.3 影響煙葉特征物質含量的因子分析

由表5可以看出，6個模型回歸系數均具有顯著意義，建立的回歸方程依次為：煙堿=6.695-0.204*5—8月均溫，總糖=17.728+0.075*6月總降雨量，還原糖=6.653+0.154*6月總日照時數，總氮=6.507-0.031*7月總日照時數，鉀=2.227-0.407*土壤全氮含量，腺毛分泌物=-718.645+1.974*5至8月總降雨量。上述回歸方程表明，5—8月均溫在氣候因子中對煙葉煙堿含量的貢獻率最大，表現為負相關關系；6月總降雨量在氣候因子中對煙葉總糖含量的貢獻率最大，互為正相關；6月總日照時數在氣候因子中對煙葉還原糖含量的貢獻率最大，互為正相關；7月總日照時數在氣候因子中對煙葉總氮含量的貢獻率最大，表現為負相關關系；5—8月總降雨量在氣候因子中對煙葉腺毛分泌物含量的貢獻率最大，互為正相關；土壤全氮含量在土壤因子中對煙葉鉀含量的貢獻率最大，表現為負相關關系。

表5 回歸系數估計Table5 Estimation of regression coefficients

3 討 論

3.1 氣候與土壤因子對煙葉腺毛分泌物含量的影響

氣候因子對各部位煙葉腺毛分泌物含量的貢獻率大于土壤因子。5—8月總降雨量在氣候因子中對煙葉腺毛分泌物含量的貢獻率最大，呈現正相關關系，這間接表明，水分條件對煙葉腺毛分泌物形成的影響大于光照條件、氣溫條件，若要增加腺毛分泌物含量，煙株整個生育期需適度充足的水分。本研究與齊永杰等[3]報道的結果相似，成熟期輕度干旱，煙株生育期延長，腺毛脫落較少，腺毛密度高于常規栽培處理，但成熟期輕度干旱不利于西柏三烯二醇、高級脂肪烴和茄酮等致香物質的形成和轉化，烤后煙葉香吃味不如常規栽培處理；烤煙生長發育的任一時期嚴重干旱，或全生育期干旱都對香氣物質的形成有不良影響。

3.2 氣候與土壤因子對煙葉煙堿、總氮、還原糖及總糖含量的影響

氣候因子對各部位煙葉煙堿、總氮、還原糖及總糖含量的貢獻率大于土壤因子。丁根勝等[4]研究發現，在一定范圍內，平均氣溫升高、降水量減少、日照時數增多有利于碳水化合物的積累，而不利于含氮化合物的積累。該結論大部分在本研究中得到驗證：5—8月均溫在氣候因子中對煙葉煙堿含量的貢獻率最大，表現為負相關關系；7月總日照時數在氣候因子中對煙葉總氮含量的貢獻率最大，表現為負相關關系；6月總日照時數在氣候因子中對煙葉還原糖含量的貢獻率最大，呈現正相關關系；6月總降雨量在氣候因子中對煙葉總糖含量的貢獻率最大，呈現正相關關系。6月正值煙株進入快速營養生長階段，煙葉正值功能旺盛期，在氮素供應水平一定的情況下，隨著日照時數、降雨的適量增加，煙株光合作用加強，煙葉碳的固定及轉化代謝也相應加強，最終煙葉碳的積累增加。氮代謝的關鍵酶NR活性隨著生長發育進程的推進而降低，在正常情況下，移栽后60 d左右快速下降并降至穩定狀態[5]。在煙葉生長發育和成熟過程中，煙葉總氮和蛋白質含量呈逐漸下降趨勢，表明氮代謝在煙葉生長和成熟過程中逐漸減弱[6]。7月煙株進入煙葉成熟階段，日照時數增加至某種程度，可能加劇煙葉硝酸還原酶活性的快速下降，煙葉由以氮代謝為主進入以碳的積累代謝為主的階段。

3.3 氣候與土壤因子對煙葉鉀含量的影響

土壤因子對各部位煙葉鉀含量的貢獻率大于氣候因子。土壤全氮含量在土壤因子中對煙葉鉀含量的貢獻率最大，表現為負相關關系。農作土的全氮量取決于作物氮素吸收、雨水淋刷、田間揮發與施肥、生物固氮、作物殘體還田之間的收支平衡。土壤中氮形態可分為有機氮和無機氮，有機氮占全氮量的98%，其中水溶性有機氮容易水解釋放銨離子，成為作物最大潛力速效氮源。速效鉀進入黏土礦物晶層轉化為非交換性鉀，稱土壤鉀固定。由于銨離子的直徑和鉀離子的直徑相近，在黏土礦物晶格中的固定機制也類似，因此成為影響土壤鉀素釋放、固定的重要因素之一。一般認為，銨態氮肥可以提高土壤鉀素的有效性，但Singh B、Singh A P[7]的研究結果卻表明，土壤鉀素的有效性隨銨態氮肥用量的增加而降低。也有人認為，大量施用銨態氮肥后，晶層間的鈣鎂離子被代換，使鉀緊閉在孔穴內，非交換性鉀的釋放能力降低[8]。因此當土壤礦物組成、土壤速效鉀含量接近的情況下，土壤全氮尤其水溶性有機氮含量與土壤供鉀能力可能互為消長，進而影響煙葉鉀含量。

[1]李天福，王彪，楊煥文，等.氣象因子與煙葉化學成分及香吃味間的典型相關分析[J].中國煙草學報，2006，12（1）：23-26.

[2]石俊雄，陳雪，雷璐，等.生態因子對貴州煙葉主要化學成分的影響[J].中國煙草科學，2008，29（2）：18-22.

[3]齊永杰，徐錦錦，梁偉.干旱脅迫對煙草腺毛密度及葉面分泌物的影響[J].廣東農業科學，2008（6）：39-41.

[4]丁根勝，王允白，陳朝陽，等.南平煙區主要氣候因子與煙葉化學成分的關系[J].中國煙草科學，2009，30（4）：26-30.

[5]Weybrew J A, Wanismail W A, Long R C.The cultural management of flue-cured tobacco quality[J].Tobacco International, 1983, 185(10)∶ 82-87..

[6]董惠萍.不同施肥量對烤煙煙葉氮碳代謝的影響[J].云南農業大學學報，1992（4）：237-243.

[7]Singh B, Singh A P.Fixation of Potassium in soil as affected by an ammoniacal fertilizer[J].Soil Science Society of India Journal, 1979, 27(3)∶ 272-276.

[8]謝建昌.土壤鉀素研究的現狀和展望[J].土壤學進展，1981（1）：1-16.