洛陽市植煙區生態環境聚類及煙葉化學成分分析

董洪旭 董昆樂 宋紀真 劉芳 郭建華 趙世民

摘要 [目的]分析不同生態環境煙葉的化學成分差異性及適宜性。[方法]以降雨、海拔和日照條件為因子，對洛陽市煙區生態環境進行系統聚類，并抽取34個樣品分析了不同生態環境中煙葉的化學成分含量及適宜性。[結果]與2015年全國平均含量相比，洛陽市煙葉的總植物堿、總氮和鉀含量較低，淀粉和游離氨基酸含量略高，樣品間氯含量、鉀氯比和糖堿比變異較大；聚類分析將洛陽市煙區劃分為A、B、C、D 4類小生態環境煙區；A類煙區煙葉的總植物堿、氯含量相對較高，D類煙區煙葉的鉀氯比、糖堿比和氮堿比相對較高；4類煙區煙葉的總植物堿、總氮、游離氨基酸含量和氮堿比適宜性較好，碳水化合物含量高出適宜范圍，糖堿比例不協調，鉀、氯含量偏低。[結論]總體來看，A類煙區煙葉化學成分適宜性最佳。

關鍵詞 烤煙；生態環境；化學成分

中圖分類號 TS41+1 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2017）04-0021-04

Cluster Analysis of Ecological Environment and Analysis of Chemical Compositions of Tobacco Leaf in Tobacco Planting Area of Luoyang City

DONG Hong-xu1，DONG Kun-le2，SONG Ji-zhen1 ，ZHAO Shi-min2* et al

（1. Zhengzhou Tobacco Research Institute of CNTC，Zhengzhou，Henan 450001； 2. Luoyang Branch，Henan Provincial Tobacco Company，Luoyang，Henan 471000）

Abstract [Objective] Differences between the chemical compositions and suitability of tobacco leaves in different ecological environments were analyzed.[Method]The ecological environment of tobacco growing in Luoyang City was cluster based on the factors of rainfall，altitude and sunshine，and 34 samples were collected to analyze the content and suitability of the chemical components of tobacco leaves in different ecological environments. [Result]The results showed that compared with the national average in 2015，the total alkaloid，nitrogen and potassium content of Luoyang Citys tobacco leaves were lower，however，starch and total free amino acids were slightly higher. And the variation coefficient of chlorine content，ratio of potassium to chlorine and ratio of sugar to nicotine among samples was larger than other indices. The cluster analysis divided the Luoyang tobacco growing area into four kinds of small ecological environment whitch were called kind A，kind B，kind C and kind D. The total alkaloid and chlorine content were relatively high in leaves of kind A， ratio of potassium to chlorine，ratio of reducing sugar to nicotine and ratio of nitrogen to nicotine were relatively high in leaves of kind D.In four kinds of tobacco growing area，the content of total alkaloid，total nitrogen and free amino acid and ratio of nitrogen to nicotine were at right levels，and carbohydrate content indices were higher than the appropriate range while the content of potassium and chlorine were lower. [Conclusion] Tobacco chemical composition suitability of A kind tobacco growing area is the best.

Key words Flue-cured tobacco；Ecological environment；Chemical composition

化學成分協調性是評價煙葉品質的重要手段，已成為卷煙工業企業原料質量控制和質量目標設定[1-2]的重要內容。煙葉化學成分除受栽培和烘烤等因素影響外，還受海拔、降雨、日照等生態因子的影響。對于不同生態環境與煙葉化學成分的相關性已有大量研究[3-6]。王建偉等[7]分析了不同移栽期條件下烤煙主要生育期氣象條件的變化和烤后煙葉主要化學成分的差異，并對兩者的相關性進行了分析，結果發現，總氮與日照時數呈負相關，而碳水化合物與日照時數呈正相關，與降雨量呈負相關；石俊雄等[8]通過逐步回歸，綜合分析海拔、氣象、土壤等生態因素對煙葉化學成分的影響，發現日照時數與還原糖、總糖、淀粉和鉀含量呈正相關，與總植物堿和總氮含量呈負相關，降水量與總糖、還原糖、總植物堿和氯含量呈負相關；李亞飛等[9]認為海拔與煙葉主要含氮化合物含量呈負相關，與煙葉主要含碳化合物呈正相關；李洪勛[10]、穆彪等[11]認為，總植物堿含量和總氮含量均隨海拔升高而降低。

洛陽市位于河南西部，屬于黃淮煙草種植一級區和豫西丘陵山地烤煙二級區，是烤煙種植適宜區和次適宜區[12]，由于洛陽市地處我國第二階梯與第三階梯交界帶，丘陵和山地面積較多，生態環境復雜。筆者以洛陽市降水、日照和海拔信息為依據，對其主煙區生態環境進行聚類，并分析不同生態環境煙葉的化學成分差異性及適宜性，以期為洛陽市煙區以品牌為導向改善煙葉品質、實現烤煙的優質適產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 自然條件信息和樣品來源

洛陽市主煙區（64個煙站）的自然條件（降雨量、日照時數、海拔）信息由洛陽市氣象局提供。2015年我國主產區C3F等級煙葉化學成分數據摘自2015年版中國煙葉質量白皮書（由中國煙葉公司、中國煙草總公司鄭州煙草研究院發布）。

抽取洛陽市34個煙站的初烤煙葉樣品進行化學成分檢測，等級為C3F，每樣品3 kg，品種為當地主栽品種，具體抽樣點：洛寧（楊坡煙站、興華煙站、長水煙站、羅嶺煙站、山底收購點、下峪煙站、東宋煙站）；宜陽（鹽鎮煙站、柳泉煙站、三鄉煙站、白楊煙站、上觀收購點、蓮莊收購點、趙保煙站、董王莊煙站、高村煙站、穆冊收購點）；汝陽（劉店煙葉工作站、上店收購點、蔡店煙葉工作站、柏樹煙葉工作站）；嵩縣（舊縣煙站、大坪煙站、閆莊煙站、田湖煙站、飯坡煙站、九店煙站）；伊川（呂店煙站、鳴皋煙站、酒后煙站、葛寨煙站）；新安（鐵門煙站、李村煙站、曹村煙站）。

1.2 煙葉化學成分的測定

按照YC/T 160—2002、YC/T 161—2002、YC/T 159—2002、YC/T 162—2002、YC/T 173—2003方法測定煙葉總植物堿、總氮、還原糖、氯、鉀含量；按照YC/T 31—1996方法測定游離氨基酸含量，包括標準中規定的天門冬氨酸、谷氨酸、脯氨酸等21種氨基酸；按照高氯酸萃取-碘比色法（根據YC/T 216—2007及Mohapatra[13]的方法）測定煙葉淀粉含量；運用推算法得出糖堿比（還原糖/總植物堿）、氮堿比（總氮/總植物堿）、鉀氯比（鉀/氯）。

1.3 數據處理 采用SPSS 19.0軟件對試驗數據進行描述性統計、聚類分析及方差分析。

2 結果與分析

2.1 煙葉化學成分

由表1、2可知，與2015年我國主產區C3F等級煙葉化學成分含量相比，洛陽市煙葉總植物堿和總氮含量中等略低；還原糖、總糖含量中等，且樣品間變異較小，95%置信區間分別為27.12%～28.81%、31.21%～33.10%；淀粉含量中等略高，鉀含量較低；樣品間的氯含量、鉀氯比和糖堿比變異較大，95%置信區間為分別為0.23%～0.32%、4.75～6.82、14.45～18.42；氮堿比中等，95%置信區間為0.83～0.97。除上述常見指標外，游離氨基酸也是煙草中重要的含氮化合物，研究表明，煙葉中共存在43種氨基酸，常見的有20種，總量在2.00～10.00 mg/g，洛陽市煙葉游離氨基酸總量中等略高，95%置信區間為7.89～9.36 mg/g。

2.2 生態環境聚類分析

以降雨量、日照時數和海拔作為變量，采用平方歐氏距離來衡量洛陽主要煙區自然條件差異，用最短距離法對各煙站的氣候條件進行聚類分析，64個煙站在平方歐氏距離為15.0處被劃分為4類不同的小生態環境煙區（A、B、C和D類），結果見圖1和表3。

A類包含24個煙站，包括新安縣、宜陽縣大部分地區及整個汝陽縣，其自然條件主要表現：多雨寡照，年降雨量在640.00 mm以上，平均656.80 mm，年日照時數2 068.00 h以下，平均2 038.82 h；海拔中等偏低，多數在350.00～500.00 m，平均海拔413.88 m。

B類包含9個煙站，包括伊川縣、孟津縣部分區域和洛寧縣小部分區域，其自然條件主要表現：雨量中等，年均降雨量631.41 mm；日照較長，年日照時數2 181.00 h以上，平均 2 221.20 h；海拔較低，多數海拔330.00 m以下，平均海拔292.56 m。

C類包含21個煙站，包括伊川縣、孟津縣、洛寧縣部分區域以及整個嵩縣，其自然條件主要表現：雨量中等，平均年降雨量632.08 mm；日照較長，年日照時數2 181.00 h以上，平均2 205.50 h；海拔中等偏高，為400.00～590.00 m，平均海拔490.67 m。

D類包含10個煙站，包括宜陽、新安小部分區域以及洛寧縣部分區域，其自然條件主要表現：雨量較少，平均年降雨量605.03 mm；日照中等，年日照時數2 068.00～2 181.00 h，平均2 154.46 h；海拔較高，590.00 m以上。

綜上所述，洛陽市各植煙區的自然條件具有一定差異，聚類分析將其劃分為4類小生態環境。不同生態環境可能會影響煙葉化學成分，因此，進一步分析不同小生態環境間烤煙煙葉的化學成分差異性。

2.3 不同生態環境間煙葉化學成分比較

依據自然條件聚類分析的結果，將34個煙葉樣品劃分至相應的類別，測定其主要化學成分含量，分析不同生態環境間煙葉化學成分差異，并評價化學成分的適宜性，結果見表4。

2.3.1 含氮化合物。

總植物堿和總氮含量是烤煙常用的含氮化合物指標，總氮含量反映煙葉田間營養狀況和內在化學成分協調性，總植物堿決定了卷煙煙氣的勁頭，優質烤煙總氮、總植物堿在1.5%～3.5%，以2.5%最優[15]。由表4可知，洛陽市4類煙區的總植物堿、總氮含量均在適宜范圍內，其中A類煙區總植物堿和總氮含量接近最適值。A類煙區總植物堿含量最高，D類煙區最低，且二者間差異顯著；4類煙區間總氮含量無顯著差異。

游離氨基酸也是煙草中一類非常重要的含氮化合物，若煙葉中游離氨基酸含量太高，煙氣辛辣、味苦，刺激性強烈，若含量太低，煙氣則平淡無味，缺少豐滿度[16-17]。洛陽市烤煙煙葉游離氨基酸含量最高的是A類煙區，C類次之，B類、D類含量最低，但4個煙區間差異不顯著。

2.3.2 碳水化合物。

還原糖和總糖含量是烤煙重要的碳水化合物指標，還原糖和總糖含量適宜，煙葉品質好，葉片柔軟，彈性好，色澤鮮亮[18]。優質烤煙總糖含量在20%～26%，還原糖含量在18%～25%[15]。由表4可知，洛陽市4類煙區碳水化合物指標均偏高，且均高出適宜范圍的上限，會導致煙葉吸味平淡，香氣不足[19]。還原糖含量最高的為A類煙區，總糖含量最高的為D類煙區，還原糖、總糖含量最低的均為B類煙區，4類煙區間碳水化合物指標間差異未達顯著水平。

淀粉在煙葉燃燒時對煙氣質量產生不良影響，一般認為煙葉淀粉含量越低越好，優質烤煙的淀粉含量應低于3.5%[20]。4類煙區淀粉含量均大于3.5%，含量最低的為A類煙區，最高的為C類煙區，但差異不顯著。

2.3.3 其他化學成分。鉀影響煙葉的燃燒性，優質烤煙鉀含量一般不低于2%[15]，由表4可知，洛陽市4類煙區鉀含量偏低，均低于2%，各煙區間鉀含量差異不顯著。

烤煙氯含量在0.4%～0.8%較為適宜[15]，氯含量太低則煙葉易碎，太高則燃燒性變差。4類煙區煙葉氯含量均低于適宜范圍的下限，其中A類煙區煙葉氯含量最高，為0.35%，接近適宜范圍下限，B類、D類煙區煙葉氯含量顯著低于A類煙區煙葉。

2.3.4 化學成分派生值。

鉀氯比是衡量煙葉燃燒性的重要指標，優質烤煙的鉀氯比為4～10[15]。洛陽市4類煙區煙葉鉀氯比均在適宜范圍內，其中D類最高，A類最低，二者間差異顯著。

糖堿比反映煙氣的酸堿平衡關系，優質烤煙的糖堿比應在8～10。4類煙區煙葉糖堿比均超過最適范圍，其中B類、D類煙區遠超出最適范圍上限。A類煙區煙葉糖堿比最低，且顯著低于D類煙區。

氮堿比是衡量煙葉含氮化合物轉化率的重要指標，優質烤煙氮堿比應在1左右。4類煙區煙葉氮堿比均接近最適值，其中D類最高，A類最低，二者間差異顯著。

3 結論與討論

（1）與2015年我國主產區C3F等級煙葉化學成分含量相比，洛陽市煙區煙葉的總植物堿、總氮和鉀含量較低，淀粉和游離氨基酸含量略高，樣品間氯含量、鉀氯比和糖堿比的變異較大。

（2）依據自然條件可將洛陽煙區可劃分為A類（多雨寡照，中偏低海拔）、B類（雨量中等，長日照，低海拔）、C類（雨量中等，長日照，中偏高海拔）、D類（少雨，日照中等，高海拔）4類小生態環境煙區。A類和D類煙區降雨、日照和海拔均有較大差異，二者自然條件差異較大；B類和C類煙區除海拔差異外，降雨和日照均較為接近，總體自然條件差異較小。不同小生態環境間煙葉化學成分有一定差異，其中以總植物堿、氯以及3類派生值指標差異最為顯著：A類煙區煙葉的總植物堿含量顯著高于D類，氯含量顯著高于B類和D類，D類煙區煙葉的鉀氯比、糖堿比和氮堿比均顯著高于A類煙區。戴冕[21]研究發現，水對煙葉總植物堿積累起主導作用，溫和熱僅起輔助作用，該研究中總植物堿含量高的A類煙區降雨量大，總植物堿含量低的B類煙區降雨量小，這與其研究結果一致。

（3）化學成分適宜性方面，A類煙區煙葉化學成分適宜性最好，其氮素相關的指標（總植物堿、總氮和氮堿比）均在適宜范圍內，且最接近最適值，此外A類煙區煙葉的氯含量最接近適宜范圍；B類、C類和D類煙區化學成分適宜性相對較差。整體來看，洛陽市各煙區煙葉的總植物堿、總氮含量適宜，氮堿比適中，因此煙葉經卷制后勁頭較好，且煙葉游離氨基酸含量均相對較高，這對增進煙葉品質、提高香吃味有利。4類產區煙葉存在的問題也較為相似：碳水化合物含量高出適宜范圍，糖堿比例不協調，鉀、氯含量偏低，這與孫建鋒等[22]研究結果較為一致。因此，在今后煙葉生產時應注意：烘烤時適當延長變黃期時間，使淀粉較多地降解，讓糖類充分地參與到美拉德反應中[23]，以降低糖、淀粉含量，增加香氣物質的積累；栽培期應適當增施或適時補施鉀肥，并注意氮、磷、鉀肥平衡，促進煙株對鉀的吸收；根據需要，在煙株生長期適當補氯。

參考文獻

[1] 張偉峰.上海煙草（集團）公司煙葉原料質量體系的建立和完善[D].杭州：浙江大學，2006.

[2] 石錦輝，葉為民，文俊，等.發展特色煙葉的卷煙工業使用基礎探討：以始興煙葉在廣東中煙使用為例[J].廣東農業科學，2011，38（3）：33-36.

[3] 梁洪波，劉昌寶，許家來，等.山東不同土壤類型對煙葉品質的影響[J].中國煙草科學，2006，27（2）：41-43.

[4] 許自成，劉國順，劉金海，等.銅山煙區生態因素和煙葉質量特點[J].生態學報，2005，25（7）：1748-1753.

[5] 王闖，符云鵬，艾永峰.土壤特性與煙葉品質的關系[J].安徽農業科學，2005，33（5）：862-863.

[6] 黃中艷，朱勇，王樹會，等.云南烤煙內在品質與氣候的關系[J].資源科學，2007，29（2）：83-90.

[7] 王建偉，張艷玲，過偉民，等.氣象條件對烤煙煙葉主要化學成分含量的影響[J].煙草科技，2011（12）：73-76.

[8] 石俊雄，陳雪，雷璐.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.

[9] 李亞飛，喻奇偉，符云鵬，等.不同海拔生態條件對烤煙化學成分的影響[J].江蘇農業科學，2012，40（4）：88-91.

[10] 李洪勛.海拔高度對貴州烤煙化學成分的影響[J].生態環境學報，2008，17（3）：1170-1172.

[11] 穆彪，楊健松，李明海.黔北大婁山區海拔高度與烤煙煙葉香吃味的關系研究[J].中國生態農業學報，2003，11（4）：148-151.

[12] 王彥亭，謝劍平，李志宏.中國煙草種植區劃[M].北京：科學出版社，2009.

[13] MOHAPATRA S C.Comparison of methods for starch extraction and estimation[J].CORESTA，1988：71-73.

[14] DAVIS L D，NIELSEN M T.煙草：生產，化學和技術[M].北京：化學工業出版社，2003.

[15] 中國農業科學院煙草研究所.中國煙草栽培學[M].上海：上海科學技術出版社，2005.

[16] 殷延齊，劉惠民，夏巧玲，等.卷煙煙絲中游離態氨基酸的主成分分析和聚類分析[J].煙草科技，2007（10）：36-40.

[17] 吳文斗，楊志雷，王超，等.煙葉氨基酸、質體色素和多酚含量與評吸質量的相關性分析[J].云南農業大學學報（自然科學版），2013，28（3）：353-359.

[18] 賀帆，王濤，余金恒，等.不同典型濃香型產區煙葉化學成分差異分析[J].福建農業學報，2012，27（11）：1189-1193.

[19] 張曉蘊，趙銘欽，盧葉，等.南陽煙區不同品種烤煙打頂后酶活性及化學成分分析[J].湖南農業大學學報（自然科學版），2010，36（2）：155-159.

[20] 景延秋，張紅立，李愛芳，等.河南煙區不同烤煙品種化學成分差異分析[J].廣西農業科學，2010，41（11）：1214-1218.

[21] 戴冕.我國主產煙區若干氣象因素與煙葉化學成分關系的研究[J].中國煙草學報，2000（1）：27-34.

[22] 孫建鋒，章新軍，畢慶文，等.河南烤煙主產區煙葉化學成分的比較分析[J].鄭州輕工業學院學報（自然科學版），2006，21（2）：40-43.

[23] 賀帆，王濤，余金恒，等.不同典型濃香型產區煙葉化學成分差異分析[J].福建農業學報，2012，27（11）：1189-1193.