古巴Pinar del Rio省優質雪茄煙種植區主要生態因子特征研究

陶健，劉好寶，辛玉華，劉光亮，王程棟，徐宜民，梁洪波，王樹聲

1 中國農業科學院煙草研究所，青島 266101；2 海南省雪茄研究所，海口 571100

古巴Pinar del Rio省優質雪茄煙種植區主要生態因子特征研究

陶健1，劉好寶1，辛玉華2，劉光亮1，王程棟1，徐宜民1，梁洪波1，王樹聲1

1 中國農業科學院煙草研究所，青島 266101；2 海南省雪茄研究所，海口 571100

為提供中國雪茄煙種植區域生態適宜性評價的基礎數據支持，研究采用NCDC-GSOD氣象數據和ISRIC-GSIF土壤信息數據，解析古巴Pinar del Rio省優質雪茄煙產區主要生態因子的動態特征與數值規律。結果表明：研究區大田期氣溫呈上升趨勢，月平均氣溫（21.21～24.41℃）、月平均最高氣溫（27.25～30.25℃）、月平均最低氣溫（15.91～19.21℃）。其中，1月份氣溫的變異性較大，月平均最低氣溫在整個生育期內的溫差最大（6.84℃）。大田期（次年1—4月）內的月降水總量均穩定在90 mm以下（55.97～87.02 mm），移栽后至旺長階段1—2月份，平均56.74 mm。東、中部地區濕潤老成土和潮濕老成土為主，西部地區濕潤氧化土所占比例最高；東、中部地區土壤pH值（5.93和6.00）高于西部（5.62）；有機質含量（18.39 g/kg和19.40 g/kg）則低于西部（22.43 g/kg）；東、中部地區的土壤質地以沙粒為主（平均值分別為44.18%和43.89%），而西部地區則以沙粒和粘粒為主（平均值分別為42.45%和33.38%）。

氣象因子；土壤性狀；時間動態；數值特征

雪茄煙自清代傳入中國以來，消費群體及銷量不斷上升。據統計，2015年上半年，在中國卷煙生產與銷售量分別下降3.11%和2.23%的同時，中國雪茄煙產量增長37.20%，銷量增長82.00%，銷售額增長55.40%[1]，雪茄煙已成為中國煙草行業新的增長點。然而，當前中國的優質雪茄煙原料嚴重匱乏，絕大部分依賴于進口，給中國優質雪茄煙的產品開發和品牌發展帶來了極大的困難。

氣象、土壤等生態因子是決定煙葉風格特色的重要因素，就雪茄煙而言，不同雪茄結構部位（茄衣、茄套和茄芯）的雪茄煙原料對區域生態因子的需求各異且較為苛刻[2]，即使在優質產區，也僅限于小部分煙區生產優質雪茄煙[3]。以茄衣為例，優質茄衣需要在高空氣溫度、高空氣濕度、多云少風的氣象條件下栽培[4]，在不同生育階段對氣象條件的需求各異[3,5]。在大田生長期，日平均溫度在20℃左右，在煙葉采收期和調制期，日平均溫度需超過22 ℃，空氣相對濕度則需要在70%以上[5]。土壤理化特性是決定優質雪茄煙特色形成的關鍵因素，土壤類型、質地、有機質含量、養分元素含量等因子是優質煙葉產區的關鍵生態要素[6-7]，也是雪茄煙品牌的重要生態標識[3]。土壤類型、質地、容重等物理指標制約土壤肥力水平，影響植物根系的養分利用效率[8-10]。土壤養分元素含量則是煙葉產量與品質的決定因素，土壤有機質與土壤肥力呈正相關關系，增加其含量更能夠有效增強煙株對土壤病害的自我防控能力[11]。世界上的優質雪茄煙產地均分布在南北回歸線之間，特別是在23°N附近地區，該地區具有優質雪茄煙生產的獨特生態條件，其中尤其以古巴共和國（以下簡稱古巴）最為著名。古巴最重要的優質雪茄煙種植區為Pinar del Rio省的Vuelta Abajo地區。通過分析古巴Vuelta Abajo地區的氣象、土壤等主要生態因子，解析優質雪茄煙種植區關鍵生態因子的數值規律及其時空動態特征，把握優質雪茄煙生長發育對氣象、土壤等因子的生態需求，能夠有針對性地在中國選取優質雪茄煙種植區、對比中國雪茄煙種植區相應因子的差異，為發展相應的生產技術配套體系提供科學依據和數據支持。

1 研究區與數據來源

1.1 研究區簡介

古巴Pinar del Rio省位于古巴西部，是哈伯納斯公司（Habanos）雪茄煙原料的主要產區，也是古巴唯一種植所有種類原料的地區。該省份內的Vuelta Abajo煙區為古巴乃至全球最著名的優質雪茄煙種植區，可以細分為Vuelta Abajo、San Luis、San Juan y Martínez三個片區（圖1）。整個Vuelta Abajo煙區僅有不到四分之一區域的生態條件達到哈伯納斯公司的雪茄煙最佳產地（古巴Vegas Finas de Primera種植園）標準[3]，其中Vuelta Abajo和San Luis片區為古巴優質茄衣的著名產區。研究基于Vuelta Abajo片區內的氣象站點數據分析氣象因子特征，并根據Vuelta Abajo、San Luis、San Juan y Martínez 三個片區的邊界數據提取土壤信息數據分析各片區的土壤理化特性。

圖1 研究區海拔及優質雪茄煙種植區格局Fig. 1 Patterns of elevation and premium cigar planting areas

1.2 數據來源

1.2.1 氣象數據

研究采用的氣象數據來源于美國國家氣候中心的全球地表日值數據集（NCDC-GSOD），選取了古巴Pinar del Rio省Vuelta Abajo片區內氣象站點（圖1）的日值觀測數據。然后，綜合考慮數據的可用性及氣象特征分析的代表性，選取了1980—2014年的平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫和降水總量共4項指標的日值數據處理為月平均氣溫、月平均最高氣溫、月平均最低氣溫和月降水總量。對缺失值超過10%的月統計數據進行剔除后，以月為時間尺度對4項氣象指標進行分析。研究區雪茄煙生育期確定為9月至次年4月，其中9—12月的氣象數據為1980—2013年平均值，次年1—4月氣象數據為1981—2014年平均值。研究區雪茄煙生育期的農事安排時間一般為：9—10月開始育苗，45～60d后開始移栽，移栽45～70d后煙葉成熟（一般為2—3月）。

1.2.2 土壤數據

采用ISRIC-GSIF土壤數據，結合古巴Pinar del Rio省Vuelta Abajo煙區內三大片區的邊界數據，提取土壤理化信息。該數據基于全球共計約100000個土壤剖面數據，采用線性-克里金方法結合樣條函數，對全球土壤理化性狀數據進行制圖。該數據的空間分辨率為1 km×1 km，已被廣泛應用于全球生態學研究中[12-13]。綜合考慮土壤對雪茄煙種植的影響和對人類施肥與農事操作響應的敏感性，研究中選取土壤亞綱類型（USDA分類標準）、土壤pH、土壤有機質含量、土壤質地（包括沙粒含量、粉粒含量和粘粒含量）共6項重要而較為穩定的指標進行分析，其中土壤pH、有機質含量和質地均為土壤深度為0～22.5 cm平均值。

2 結果與分析

2.1 氣象因子的時間動態特征

2.1.1 空氣溫度

由圖2可知，研究區空氣溫度在育苗期（9—12月）內呈下降趨勢，移栽期（次年1月）的氣溫最低，次年2—4月的氣溫逐漸升高。月平均氣溫（圖2a）、月平均最高氣溫（圖2b）、月平均最低氣溫（圖2c）在全生育期內的平均值分別為23.41℃、29.19℃、18.62℃，其中育苗期平均值分別為24.21℃、29.80℃、20.00℃，大田期平均值分別為22.61℃、28.58℃、17.25℃，成熟期平均值分別為22.41℃、28.41℃、16.94℃，在整個生育期內的溫差分別為5.05℃（21.21～26.26℃）、4.66℃（27.25～31.91℃）、6.84℃（15.91～22.75℃）。綜合對比箱形圖和各月份的標準偏差可知，月平均氣溫（圖2a）在大田期內1月、3月和育苗期內11月的變異性較大，標準偏差分別為1.26℃、1.17℃、1.15℃，育苗期初期9—10月及末期12月平均氣溫的變異性最小；月平均最高氣溫（圖2b）在大田期（次年1—4月）內的變異性較大，尤其是次年4月和1月份，標準偏差分別為1.28℃、1.07℃；月平均最低氣溫（圖2c）在11月—次年4月內的變異性較大，其中次年1月平均最低氣溫的變異性最大，標準偏差為1.71℃。

圖2 研究區氣溫月平均值變化趨勢Fig. 2 Trends of monthly average temperatures

2.1.2 降水總量

研究區月降水總量在全生育期內的總量為737.93 mm，其中育苗期總量為455.11 mm，大田期總量為282.82 mm，成熟期總量為142.98 mm。由圖3可知，研究區育苗期初期（9—10月）的月降水總量最高，均在150 mm以上，末期（12月）降水最低（1980—2013年平均值：31.51 mm），大田期內（次年1—4月）的月降水總量穩定在90 mm以下。育苗期9—10月降水總量的變異性最大，標準偏差分別為121.60 mm、73.55 mm，11月到次年2月降水總量的變異性較小。

圖3 研究區月降水總量變化趨勢Fig. 3 Trend of monthly total precipitation

2.2 土壤因子的空間格局

2.2.1 土壤類型

由圖4a可知，研究區東部、中部地區以潮濕與濕潤土壤為主，而西部則以半濕潤土壤為主。東、中部地區位于奧爾加諾斯山南部，為地勢平緩的山麓平原，空氣濕度高，河流密集而短促，河谷農業發達，土綱以老成土為主；西部為奧爾加諾斯山西南末端，海拔較高而空氣濕度較低，土綱以氧化土和軟土為主。

圖4 研究區土壤分類格局（a）及各亞綱面積比例（b）Fig.4 Pattern of soil class (a) and area percentage of each suborder (b)

由圖4b可知，研究區土壤類型主要以濕潤老成土和潮濕老成土為主，兩者面積占研究區總面積的51.22%（濕潤老成土占30.20%，潮濕老成土占21.02%）。對比三個片區來看，Vuelta Abajo片區中的濕潤老成土所占比例最高（46.06%），San Luis片區則以潮濕老成土（占37.56%）和濕潤老成土（占29.85%）為主，San Juan y Martínez片區中的濕潤氧化土所占比例最高（30.58%）。

2.2.2 土壤pH

由圖5a可知，研究區土壤pH呈西北部低而東部、中部高的空間格局，中部土壤pH最高。由圖5b可知，研究區土壤pH的平均值為5.89（范圍：5.30～6.30），其中pH在5.80～6.10間的土壤面積占研究區總面積的63.49%。對比三個片區來看，Vuelta Abajo和San Luis片區的土壤pH平均值分別為5.93和6.00，主要在5.80～6.10范圍內（Vuelta Abajo占84.62%，San Luis占 76.69%），San Juan y Martínez片區的土壤pH平均值為5.62，主要在5.40～5.60范圍內（占63.03%）。

圖5 研究區土壤pH格局（a）及面積比例（b）Fig. 5 Pattern (a) and area percentage (b) of soil pH

2.2.3 土壤有機質含量

圖6 研究區土壤有機質含量格局（a）及面積比例（b）Fig. 6 Pattern (a) and area percentage (b) of soil organic matter content

由圖6a可知，研究區土壤有機質含量呈東北部、中部低而西部高的空間格局，西部奧爾加諾斯山的西南末端土壤有機質含量較高。由圖6b可知，研究區土壤有機質含量的平均值為20.40 g/kg（范圍：10.67～31.33 g/kg），其中有機質含量在14.00～26.00 g/kg間的土壤面積占研究區總面積的92.02%。對比三個片區來看，Vuelta Abajo和San Luis片區的土壤有機質含量平均值分別為18.39 g/kg和19.40 g/kg，主要在15.00～21.00 g/kg范圍內（Vuelta Abajo占63.84%，San Luis占 63.97%），San Juan y Martínez片區的土壤有機質含量平均值為22.43 g/kg，主要在20.00～26.00 g/kg范圍內（占84.41%）。

2.2.4 土壤質地

研究區土壤沙粒含量呈南部高而北部、西北部低的空間格局（圖7a），土壤粉粒含量呈北部高而西北部低的空間格局（圖7c），土壤粘粒含量呈北部、西北部高而南部低的空間格局（圖7e）。北部、西北部地區分別為奧爾加諾斯山的山麓和西南末端，土壤中沙粒含量較低，而粘粒含量較高；南部則為河谷平原區域，土壤中沙粒含量高，而土壤粉粒和粘粒含量低。

研究區土壤沙粒含量的平均值為43.52%（范圍：32.67～50.67%）,土壤粉粒含量的平均值為27.09%（范圍：18.00～33.33%）,土壤粘粒含量的平均值為29.40%（范圍：24.00～41.00%）。其中，土壤沙粒含量主要在40.00～47.00%間（占76.73%），土壤粉粒含量主要在26.00～31.00%間（占73.00%），土壤粘粒含量主要在25.00～28.00%間（占62.92%）。

對比來看，Vuelta Abajo和San Luis片區的土壤質地相近：兩者的土壤沙粒含量（圖7b）平均值分別為44.18%和43.89%，主要在42.00～47.00%范 圍 內（Vuelta Abajo占70.31%，San Luis占69.85%）；土壤粉粒含量（圖7d）平均值分別為28.44%和28.55%，主要在26.00～31.00%范圍內（Vuelta Abajo占 88.74%，San Luis占 91.18%）；土壤粘粒含量（圖7f）平均值分別為27.42%和27.52%，主要在25.00～28.00%范圍內（Vuelta Abajo占78.67%，San Luis占80.39%）。San Juan y Martínez片區的土壤沙粒含量平均值為42.45%，主要在40.00～43.00%范圍內（占54.55%）；粉粒含量平均值為24.18%，主要在19.00～22.00%范圍內（占50.62%）；粘粒含量平均值為33.38%，主要在35.00～39.00%范圍內（占55.59%）。

圖7 研究區土壤質地格局及其面積比例Fig. 7 Patterns and area percentages of soil texture factors

3 討論

3.1 生態因子特征

研究區大田期氣溫均呈上升趨勢（月平均氣溫：21.21～24.41℃、月平均最高氣溫：27.25～30.25℃、月平均最低氣溫：15.91～19.21℃），大田期降水則基本穩定在90 mm以下（55.97～87.02 mm）。盡管Pinar del Rio省位于古巴最濕潤地區，年降水量在1600 mm以上，但大田期內平均僅70.71 mm，尤其是移栽后至旺長階段1—2月份，平均56.74 mm，研究表明在該階段內月降水量在50.80 mm左右符合雪茄煙生長最佳條件[3]。對土壤亞綱類型、pH、有機質含量、質地（包括土壤沙粒、粉粒、粘粒含量）的空間格局和數值規律進行分析發現東部、中部的Vuelta Abajo、San Luis片區與西部的San Juan y Martínez片區間的土壤理化特性有明顯差異。Vuelta Abajo和San Luis片區屬于著名的優質茄衣產區，而San Juan y Martínez片區則以種植優質茄芯為主。不同雪茄煙原料的生態條件需求和種植管理方式存在明顯的差異，因此未來研究需要對優質茄衣產區（如：Vuelta Abajo）和優質茄芯產區（如：Semi Vuelta）的關鍵氣象、土壤因子進行對比，解析不同雪茄煙原料的生態條件差異，揭示不同雪茄煙原料特色風格的生態成因。

中國雪茄煙傳統種植區以四川省什邡市以及浙江省桐鄉市最為著名，兩者的地理分布距23°N較遠，因此種植時間與古巴不同。以什邡煙區為例，一般12月上旬育苗，3月上中旬移栽，5月中下旬開始采收晾制，大田期4—5月日平均氣溫20℃作用，低于古巴雪茄煙區，降水總量150.90 mm，高于古巴雪茄煙區[14,5]。什邡煙區土壤為沙壤土，土壤pH大多在5.5～6.5之間，有機質含量為22.8～52.5 g/kg[5]，有機質含量高于古巴雪茄煙區。此外，中國海南省、雷州半島及臺灣省南部地區屬于23°N以南地區，并與古巴同屬于海島和半島的海洋性氣候，土壤理化特性類型也極為相近。因此，下一步將基于本研究結果，依據Vuelta Abajo煙區數據，對上述地區的氣象、土壤因子進行對比評價。

3.2 特征分析的意義與不確定性

解析古巴Pinar del Rio省Vuelta Abajo煙區氣溫、降水因子的月尺度動態和土壤主要理化指標的數值特征，能夠為中國雪茄煙種植區的選址和種植、管理措施的制定提供數據基礎。基于研究結果，結合中國傳統雪茄煙種植區和中國熱帶農業區的氣象和土壤理化信息，采用數據統計分析或物種分布模型，選擇與Vuelta Abajo煙區生態因子最為相似的區域作為中國雪茄煙種植的重點發展區域；通過捕捉與Vuelta Abajo煙區大田期氣象因子動態的相關程度最高的時段，調整中國雪茄煙種植區的種植時間節律；通過對比中國雪茄煙種植區生態因子與Vuelta Abajo煙區的差異及相應時間點，改進管理措施以提升本地生態條件。

研究中，氣象數據和土壤信息數據均來源于全球數據集，因此在研究區內應用時受區域內數據量及數據來源站點或采樣點空間分布的限制，數據精度有一定的不確定性。在氣象指標選取時，NCDC-GSOD數據中的指標包括氣溫、降水、風速、露點溫度、海平面高度、大氣壓力，缺乏雪茄煙種植的重要指標空氣濕度，因此研究中未對該指標進行分析。土壤指標的選取則主要考慮到對雪茄煙種植的影響和對施肥與農事操作響應的敏感性。未來研究需要結合多源氣象數據確保數據精度和指標完善性，如NCEP Reanalysis，并獲取完整的土壤理化指標數據，對雪茄煙種植的關鍵生態因子進行全面分析，如：太陽輻射、空氣濕度、土壤容重等。此外，研究中以月為時間尺度對雪茄煙生育期氣象因子進行動態分析，然而就煙草作物種植而言，月尺度的時間分辨率較低，未來研究需要進一步細化至旬或按照研究區雪茄煙種植的不同生育期進行時間劃分，深入細化優質雪茄煙葉生長發育的氣象要素特征及不同原料產地間的差異。

3.3 遮蔭效應

優質茄衣產區（如古巴、尼加拉瓜、多米尼加等）一般采用遮光棚（Cheese-cloth/muslin）對雪茄煙田進行遮光處理，實現優質茄衣的最佳生長環境[15-16]，而茄套和茄芯一般在日光條件下生長，不需要進行遮光處理。采用光度測量法對遮光棚效果的研究發現，棚內的光照總量比棚外減少約1/3，但散射光基本不變，棚內散射光所占光照總量的比率（0.33～0.72）遠高于棚外（0.27～0.52）。遮光棚對日平均氣溫的影響較小，遮光棚內氣溫比棚外低約0.08℃（60d平均值），但是遮光棚內外氣溫日較差的差異較大。氣溫日較差的差異易導致作物葉片呼吸和蒸騰作用的日夜間差異[17-19]，進而影響煙葉同化物質積累[20-21]。遮光棚對日間空氣相對濕度的影響則遠遠高于氣溫，并且作物葉片蒸騰作用的日夜間差異能夠增強遮光棚內外空氣濕度的差異[18,22]。因此，未來研究需要進一步就遮光棚對氣象條件的調控作用及其生態效應進行深入解析。

4 結論

（1）研究采用NCDC-GSOD氣象數據解析古巴Vuelta Abajo煙區氣溫、降水因子的時間動態特征，為中國雪茄煙種植區域評價提供基礎氣象信息。研究區平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫三者在整個生育期內的時間動態特征基本一致，大田期氣溫均呈一致的上升趨勢。其中1月份氣溫的變異性較大，最低氣溫在整個生育期內的溫差最大（6.84℃），然后為平均氣溫（5.05℃）、最高氣溫（4.66℃）。雪茄煙生育期內的降水量主要集中在育苗期初期（9—10月），并且該時段內月降水總量的變異性較大，末期（12月）降水最低，大田期（次年1—4月）內的月降水總量均穩定在90 mm以下（55.97～87.02 mm），尤其是移栽后至旺長階段1—2月份，平均56.74 mm。

（2）研究區主要為地勢平緩的山麓平原，河谷農業發達，土壤類型以濕潤老成土和潮濕老成土為主，不同雪茄煙原料種植區域的土壤理化性狀呈明顯的差異。東、中部地區（優質茄衣產區）與西部地區（優質茄芯產區）的土壤理化性狀有明顯的空間差異：東、中部地區濕潤老成土和潮濕老成土所占比例最高，西部地區濕潤氧化土所占比例最高；東、中部地區的土壤pH值（5.93和6.00）高于西部（5.62），有機質含量（18.39 g/kg和19.40 g/kg）低于西部（22.43 g/kg），東、中部地區的土壤質地中沙粒含量最高（平均值分別為44.18%和43.89%），土壤粉粒和粘粒含量相近（粉粒含量平均值分別為28.44%和28.55%，粘粒含量平均值分別為27.42%和27.52%），西部地區的土壤沙粒含量最高（平均值為42.45%），其次為土壤粘粒含量（平均值為33.38%），土壤粉粒含量最低（平均值為24.18%）。

（3）研究能為中國雪茄煙種植區生態適宜性評價提供數據基礎：基于研究結果，結合中國植煙區域生態數據，能夠準確評估中國種植雪茄煙的生態適宜區，并精確捕捉適宜的種植時間節律，量化中國雪茄煙種植區的生態差異及相應時間點，在相應時間點改進管理措施以彌補差異。未來將就上述內容開展生態適宜性評價、移栽期及種植節律時間提取和生態資源匹配評估三方面的相關研究。

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Research on characteristics of major ecological factors in growing areas for premium cigar tobacco in Pinar del Rio province of Cuba

TAO Jian1，LIU Haobao1，XIN Yuhua2，LIU Guangliang1，WANG Chengdong1，XU Yimin1，LIANG Hongbo1，WANG Shusheng1
1 Tobacco Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Qingdao 266101, China；2 Hainan Cigar Research Institute, Haikou 571100, China

Meteorological records from NCDC-GSOD and soil property dataset obtained from ISRIC-GSIF were used to investigate temporal tendency of meteorological factors and spatial pattern, numerical feature of soil property in premium cigar planting area of Pinar del Rio Province, Cuba. Results showed that: during fi eld growth period after transplantation, temperature showed an increasing trend (monthly average temperature: 21.21～24.41 ℃ , monthly average highest temperature: 27.25～30.25 ℃ , monthly average lowest temperature: 15.91～19.21℃ ). Temperature changed greatly in January with averaged lowest temperature having the largest temperature di ff erence of 6.84 ℃. At the same time, the monthly precipitation remained below 90 mm (from 55.97 mm to 87.02mm), and at average 56.74 mm between January and February. The spatial patterns of soil class and properties showed distinctive diversity between di ff erent planting areas of di ff erent cigar parts, i.e. wrapper planting areas (WPAs) in the eastern (Vuelta Abajo) and central (San Luis) parts of the study area, fi ller planting area (FPA) in the western (San Juan y Martínez) part of the study area. Soil pH values in WPAs (mean values were 5.93 and 6.00 respectively) were greater than that in FPA (mean value: 5.62) and content of organic substance was lower in WPAs(18.39g/kg and 9.40g/kg respectively) than that in FPA (22.43g/kg). Sand was the main type of soil texture in WPAs, with contents of 44.18%(Vuelta Abajo) and 43.89% (San Luis) respectively. In FPA, soil sand and clay were the main types, with contents of 42.45 % and 33.38 %respectively.

meteorological factors; soil property; temporal tendency; numerical feature

陶健，劉好寶，辛玉華，等. 古巴Pinar del Rio省優質雪茄煙種植區主要生態因子特征研究[J]. 中國煙草學報，2016，22(4)

中國農業科學院煙草研究所青年科學基金資助項目（No. 2015A02）

陶健（1983—），博士，助理研究員，主要研究方向為農田生態學，Tel：0532-66715598，Email：taojiancaas@163.com

2016-01-15

:TAO Jian，LIU Haobao，XIN Yuhua, et al. Research on characteristics of major ecological factors in growing areas for premium cigar tobacco in Pinar del Rio province of Cuba [J]. Acta Tabacaria Sinica, 2016,22(4)