文山煙區海拔和氣象因子對煙葉化學成分的影響

王躍能，李大肥，李鵬飛，楊 細，何文煒，蔣福昌，許 龍，李水平

（云南省煙草公司文山州公司，云南 文山 663000）

煙草是我國重要的經濟作物，種植面積和產量均居世界首位，煙草產業是我國重要的實體經濟之一，煙草行業已連續四年實現稅利總額和上繳財政總額超1萬億元，是我國財政收入重要來源［1］。煙葉的質量和風格主要由生態條件決定，生態條件主要包括氣候和土壤條件，其中氣候條件對品質的影響更顯著［2-4］。氣候條件中的光照、溫度、水分等因素是植物生命活動的基礎［5］，對煙葉品質的形成至關重要［6-9］，環境因子海拔對其也具有重要影響［10-11］。前人對氣象因子與煙葉化學成分的關系進行了大量研究，采用的分析方法主要有簡單相關、典型相關、灰色關聯度分析等。王育軍等［12-13］運用簡單相關和典型相關統計針對氣溫、降雨量和日照對煙葉化學成分的影響進行研究，研究表明氣象因子對煙葉化學品質影響為氣溫＞降雨＞日照，結果只是明確了各氣象因子與化學成分是否存在相關性以及兩組變量間的變化關系，并不能很好解決各氣象因子與化學成分之間的關聯程度。而楊天旭等［14］研究表明，與遵義烤煙總糖和還原糖含量關聯度最大的氣象因子主要是各生育期的日照時數，而影響烤煙煙堿和總氮含量的主要氣象因子則是旺長期的降雨量，沈燕金等［15］研究表明，文山煙區月平均溫度對主要化學成分的影響明顯大于降水量，且3個部位煙葉主要常規化學成分與月平均溫度和降水量的關聯順序不一致，灰色關聯度分析方法很好地解決了氣象因子與化學成分之間的關聯程度大小。我們結合灰色關聯分析和典型相關分析兩種方法的優點，對文山州海拔和4個主要氣象因子與烤煙主要常規化學成分的關系進行了分析，旨在揭示海拔和不同氣象因子與煙葉化學成分間的關聯程度及其變化趨勢，從而探明生態條件對文山煙葉品質的影響，剖析文山煙葉風格特色成因和進行烤煙合理種植區劃提供理論依據和參考。

1 材料與方法

文山州地處103 ° 35＇～106 °12＇E、22°40＇～24°48＇N，東與廣西百色接壤，南與越南接界，西與紅河州毗鄰，北與曲靖市相連，全州國土面積31 456 km2，國境線長438 km，共轄8縣（市）101個鄉（鎮）3個街道辦事處，總人口362.1萬人，農業人口占92.3%［16］。全州干濕季節分明，終年太陽高度角大，日照時間長，光照充分，光質較好，光熱資源在全國和云南優質煙區中首屈一指，且接近于津巴布韋特色優質煙區。全州總耕地面積634 000 hm2，其中宜煙面積520 000 hm2，是云南僅次于曲靖的第二大潛力煙區，得天獨厚的區位優勢和優越的光熱水土資源造就了文山“香氣質好、香氣量足”風格特色鮮明的煙葉品質。北回歸線橫貫文山州全境，是“云南黃金走廊”生態特色優質煙區的核心區域。從1998年與上海煙草集團合作建立第一個優質煙葉基地以來，目前，與全國11家卷煙工業企業和2家商業企業建立調撥關系，成為“中華”“云煙”“芙蓉王”等重點卷煙品牌核心原料基地。

1.2 試驗材料

于2015年在文山州7個植煙縣（市）51個植煙鄉鎮137個取樣點采集煙樣，選取中部煙葉C3F等級代表樣品，每份1.5 kg，共137份樣品，樣品等級由專業煙葉分級人員按照《中華人民共和國國家標準:烤煙（GB2635-1992）》進行分級，等級合格率要求90%以上，樣品品種均為云煙87。樣本經烘干、去梗、粉碎、過篩，于4℃棕色瓶中保存，用于烤煙常規化學成分測定。

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品化學成分測定 總氮含量測定采用YC/T161方法［17］，煙堿含量測定采用YC/T160方法［18］，水溶性糖含量測定采用YC/T159方法［19］，鉀含量測定采用YC/T173方法［20］，氯含量測定采用YC/T162方法［21］，石油醚提取物含量的測定采用YC/T176方法［22］，淀粉含量測定采用YC/T216方法［23］。

1.3.2 海拔和氣象數據收集 收集2015年文山州51個植煙鄉鎮烤煙生長大田期（5～8月）平均氣溫、降雨量、日照時數、平均濕度等數據，并在采集樣品時通過GPS定位獲取海拔數據。

1.4 數據處理與分析

運用SPSS19.0統計軟件進行描述性統計分析，運用DPS數據處理系統V17.10對煙葉主要化學成分含量和海拔及氣象因子進行灰色關聯度分析和典型相關分析。

1.4.1 灰色關聯度分析 （1）將海拔和氣象因子作為比較數列，煙葉主要化學成分含量作為參考數列。

（3）比較數列Xi對參考數列X0的關聯系數為：

根據灰色關聯的原則，灰色關聯度系數越大，表示該序列與參考數列的關系越密切，反之則疏遠，以此建立關聯序列，并對其進行排列。

1.4.2 典型相關分析 典型相關分析是研究兩組變量之間相關關系的一種統計方法。其基本原理為：為整體上把握2組指標之間的相關關系，分別在2組變量中提取有代表性的2個綜合變量U1和V1（分別為2個變量組中各變量的線性組合），利用這2個綜合變量之間的相關關系反映2組指標之間的整體相關性。本研究將海拔和氣象因子包括海拔（x1）、大田期降雨量（x2）、大田期均溫（x3）、大田期日照時數（x4）、大田期空氣濕度（x5）當作一組變量，把煙葉化學成分指標包括總氮（y1）、煙堿（y2）、水溶性總糖（y3）、還原糖（y4）、鉀（y5）、氯（y6）、石油醚提取物（y7）和淀粉（y8）看作一組變量。

2 結果與分析

2.1 文山煙區海拔和氣象因子基本情況

從表1可以看出，文山煙區51個植煙鄉鎮的平均海拔為1 528 m，大田期平均降雨量為699 mm，大田期平均溫度21.1℃，大田期日照時數608.9 h，大田期平均空氣濕度為80.4%。海拔的極差較大、為713 m，但是變異系數較小，僅為9.60%，且大田期降雨量、大田期平均溫度、大田期日照時數和大田期空氣濕度變異系數都較小，在2.12%～7.05%之間，說明文山煙區各植煙鄉鎮在烤煙生長大田期氣候差異不大。

表1 文山煙區海拔和5～8月氣象因子描述性統計

2.2 文山煙葉主要化學成分基本情況

從表2可以看出，文山煙區各鄉鎮的中部煙葉總氮、煙堿、水溶性總糖、還原糖、鉀和石油醚提取物含量變異程度近似，變異系數在12.31%～20.39%之間，但是煙葉氯和淀粉含量變異程度高，變異系數分別為60.41%和45.60%。對照文山煙葉主要化學成分與全國8種香型風格區劃之一的“西南高原-清甜青香型”化學成分指標特征值（總糖含量26%～37%、還原糖含量22%～32%、總氮含量1.4%～2.1%、煙堿含量1.6%～2.9%、鉀離子含量1.2%～2.1%、氯離子含量0.1%～1.0%），發現文山煙葉除總氮含量略超過特征值范圍外，總體符合典型“清甜青香型”優質煙葉化學成分特征。

表2 文山煙區煙葉主要化學成分描述性統計

2.3 文山煙葉主要化學成分與海拔和氣象因子的灰色關聯度分析

由表3可知，海拔和氣象因子與煙葉還原糖和石油醚提取物含量的灰色關聯度值相對較小，與煙堿、氯和淀粉含量的灰色關聯度值相對較大。由表4可知，文山煙葉總氮、煙堿、水溶性總糖、還原糖、鉀、氯、石油醚提取物和淀粉等化學成分含量受海拔和氣象因子影響的大小不一致，總氮、水溶性總糖和還原糖含量主要受大田期日照影響，且三者受海拔和氣象因子影響趨勢較為一致，均表現為大田期日照＞大田期空氣濕度＞大田期均溫＞海拔＞大田期降雨量，煙堿、鉀和石油醚提取物含量主要受大田期空氣濕度影響，氯和淀粉含量主要受大田期平均溫度影響，海拔對煙葉主要化學成分含量的影響相對較小。

表3 煙葉主要化學成分與海拔和氣象因子的灰色關聯度分析結果

表4 海拔和氣象因子與煙葉化學成分的灰色關聯度順序結果

2.4 文山煙葉主要化學成分與海拔和氣象因子的典型相關分析

對文山煙葉主要化學成分與海拔和氣象因子進行典型相關分析，從典型相關系數的顯著性檢驗結果（表5）可以看出，前2個典型相關系數分別是0.6078、0.4248，統計檢驗達到極顯著和顯著水平，說明文山煙葉主要化學成分與海拔和氣象因子之間有顯著相關關系。由于原始變量的計量單位不同，不宜進行直接比較，這里采用標準化的典型系數給出典型相關模型li和mi，并計算觀察值與典型變量之間的相關系數，結果見表6，由表6可知，第1典型變量的回歸方程如下：

在達到極顯著水平的第1對典型變量（U1，V1）中，U1與大田期日照時數存在較高負相關，相關系數為-0.8247，與大田期降雨量（x2）存在較高正相關，相關系數為0.6499，故U1可以理解為主要描述了大田期日照時數和大田期降雨量的綜合性狀；V1與鉀（y5）存在較高正相關，相關系數為0.6312，與還原糖（y4）存在較高負相關，相關系數為-0.4634，因此，V1為描述了煙葉化學成分中鉀和還原糖含量的綜合性狀。這一線性組合說明大田期日照時數和大田期降雨量與煙葉鉀含量和還原糖關系密切，反映出在一定范圍內，隨著大田期日照時數減少，大田期降雨量增加，文山煙葉中的鉀含量有增加趨勢，還原糖含量有降低趨勢。

表5 典型相關系數顯著性檢驗

第2典型變量的回歸方程如下：

在達到顯著水平的第2對典型變量（U2，V2）中，U2與海拔（x1）存在較高正相關，相關系數為0.6725，與大田期均溫（x3）存在較高負相關，相關系數為-0.4556，故U2可以理解為主要描述了海拔和大田期均溫的綜合性狀；V2與氯（y6）和還原糖（y4）存在較高負相關，相關系數分別為-0.6041和-0.4495，因此，V2可以理解為主要描述了煙葉化學成分中氯和還原糖含量的綜合性狀。這一線性組合說明海拔和大田期均溫與煙葉氯和還原糖含量關系密切，反映在一定范圍內，隨著海拔升高，大田期均溫降低，文山煙葉中的氯和還原糖含量有降低趨勢。

表6 典型變量和其與觀察值間的相關系數

3 結論與討論

文山州地處云貴高原東南部，在低緯高海拔和境內地形起伏等地理條件和亞熱帶氣候綜合影響下，光、熱、水資源充足，但在時空分布上有一定差異。描述性統計分析結果表明，文山煙區各植煙鄉鎮的降雨量、溫度、日照時數和空氣濕度在烤煙生長大田期氣候差異不大，且煙葉的總氮、煙堿、水溶性總糖、還原糖、鉀和石油醚提取物含量的一致性較好，但煙葉氯和淀粉含量變異程度高。優質烤煙大田生長期日照時數需要500～700 h，最適溫度為24～28℃，文山煙區的大田生長期日照時數和溫度均在最適宜范圍內，且大田期降雨量高于美國（593.5 mm）、巴西（657 mm）、津巴布韋（689.4 mm）、玉溪（698 mm）等其他煙區，煙區整體氣候非常適宜優質烤煙生產［24］，化學成分具有“西南高原-清甜青香型”典型特征。

我們對文山煙區海拔和氣象因子與煙葉化學成分的關系進行了灰色關聯度分析，結果表明文山煙葉的總氮、水溶性總糖和還原糖含量主要受大田期日照影響，煙堿、鉀和石油醚提取物含量主要受大田期空氣濕度影響，氯和淀粉含量主要受大田期平均溫度影響，海拔對煙葉主要化學成分的影響相對較小。這與戴冕等［25］研究的光照時數與烤后煙葉還原糖積累呈顯著相關，降雨量和平均相對濕度則與烤后煙葉煙堿的積累呈極顯著的相關關系結果相似，也與楊天旭等［14］和古戰朝等［26］研究的總糖和還原糖含量與旺長期平均日照時數和平均日照全輻射的關聯度最大結果部分一致。但常乃杰等［27］研究發現，總糖含量與溫差灰色關聯度最高，還原糖和淀粉含量與平均相對濕度關聯度最高，煙堿、氯和鉀含量均與日照時數關聯度最高，筆者的結論與其存在一定的差異，這可能是因為不同產區氣候條件有所不同導致。

另外，為進一步研究二者之間的關系，我們對兩組變量進行典型相關性分析，結果表明，在一定范圍內，隨著大田期日照時數減少，大田期降雨量增加，文山煙葉中的鉀含量有增加趨勢，還原糖含量有降低趨勢；隨著海拔升高，大田期均溫降低，文山煙葉中的氯和還原糖含量有降低趨勢。這與汪孝國等［28］研究的糖含量與氣溫呈正相關，而與日照呈顯著負相關結果有所出入，但是進一步印證了灰色關聯度分析結果，煙葉糖含量主要受大田日照影響，因為植物依靠光合作用同化二氧化碳和水制造以糖類化合物為主的有機物儲存能量，而延長光合時間是提高光能利用率，產生更多糖類物質的重要途徑之一［5］；結果與周翔等［29］研究的煙葉鉀含量與5月和8月降水量呈正相關結論基本一致，可能是因為文山煙區5～6月份降雨量較少，而在烤煙生育前期土壤水分過多或過少均會導致煙葉中鉀含量降低［30］，因此，在文山煙區烤煙大田生長期適當增加降雨量煙葉鉀含量有增加趨勢。近兩年卷煙工業企業反饋文山煙葉質量波動較大，質量有所下滑，可能正是因為近兩年文山煙區氣候異常，多低溫陰雨寡照，烤煙生長期雨水過多導致煙葉中還原糖、氯離子含量降低所致。煙葉品質特征的形成受生態條件、品種［31］、栽培管理技術等因素綜合影響，筆者僅對生態條件中的日照、降水、溫度、濕度等幾個氣象因子和環境因子海拔與煙葉常規化學成分進行了初步分析，要想全面解讀文山煙葉風格成因，需要進一步分析其與感官質量的關系，以及研究土壤、品種、栽培技術與煙葉品質的關系。