梅縣生態煙葉種植的安全性及質量評價

馬 坤，劉素參, 翟魯文, 馮 勇，陳 鵬，吳有祥，許紅慶

(貴州中煙工業有限責任公司，貴州 貴陽 550003)

優質煙葉的“綠色、生態”生產是我國煙草行業的一個重要發展方向，卷煙消費將以減害、安全、無污染等為前提的卷煙產品內在高品質追求[1]，最終回歸到對煙草品牌本源的追求。從20世紀90年代開始，有機生產煙葉就在美國、巴西、加拿大等西方煙草生產大國逐步發展起來[2]。國內煙草行業從20世紀90年代末開始注重煙葉安全性的研究，并提出無公害煙葉、綠色煙葉及生態煙葉等研究方向[3]。貴州中煙工業有限責任公司于2008年開始進行了生態煙葉的種植與開發研究。

廣東梅州生態環境優良，生產的煙葉香氣質好、香氣量較足、吃味舒適。煙區是“貴煙”原料調撥核心區之一, 每年煙葉調撥量為2 500 t左右[4-5]，梅州產區煙葉的質量及產量穩定性直接關系到“貴煙”品牌的發展[6-13]。但根據貴州中煙技術中心近幾年對梅州煙葉質量監測的反饋情況，梅州煙葉質量和安全性有下降趨勢，主要表現在煙葉風格特征弱化、香氣變弱、煙氣較粗糙、堿含量增高、部分農藥殘留較高等方面。因此，于2015年起連續3年對廣東省梅州市梅縣煙葉種植的土壤污染指數、灌溉用水安全性、煙葉農藥殘留及煙葉內在品質開展評價研究，以期促進梅縣煙葉生產與自然環境和諧發展，提高煙葉的可用性和安全性[14-15]，滿足“貴煙”品牌對煙葉高品質和安全性的內在需求。

1 材料與方法

1.1 測定樣品

1.1.1 土壤樣品 土壤樣品取自梅縣白玉村，土壤為典型植煙土壤，類型為紅壤。試驗田地勢相對平坦，肥力中等，有代表性，灌排方便。土壤基本理化性質為pH 5.75，有機質2.84%，全氮0.19%，全磷0.20%，全鉀2.49%，堿解氮169.24 mg/kg，速效磷15.96 mg/kg，速效鉀147.79 mg/kg。土壤采樣和樣品處理按最大代表性的原則，根據《農田土壤環境質量監測技術規范》(NY/T 395—2000)的規定進行。在煙葉種植基地所在區域內按地形地勢走向，采用梅花法多點采集土樣，采樣深度0～20 cm。每個樣品由5個分樣縮分后組成，采樣量1 kg，樣品共20份，其中2015年、2016年各7個樣品，2017年6個樣品。

1.1.2 水樣品 根據《農田水源環境質量監測技術規范》(NY/T 396-2000)和《綠色食品產地環境調查、監測與評價技術導則》(NY/T 1054-2006)，在試驗點主要灌溉用水水源進行取樣，取樣時間為烤煙移栽前、移栽期及旺長期。

1.1.3 煙葉樣品 品種為云煙87，煙葉分別為生態煙葉樣品和常規煙葉樣品，生態煙葉樣品取自梅縣白玉村“貴煙”種植基地(烤煙按照生態農業理念進行種值)，常規煙葉樣品取自平遠縣、蕉嶺縣、梅縣和五華縣，共取24個煙葉樣品，樣品統一隨機取C3F等級，烘烤采用密集烘烤工藝。

1.2 儀器及試劑

消煮所用消煮爐為華燁HYP-340(上海纖檢儀器有限公司)，原子吸收分光光度計(島津AA-6300C，日本島津)，化學試劑級別為分析純(廣州化學試劑廠)，蒸餾水為艾科浦超純水機(型號AWL-6001-P，重慶頤洋企業發展有限公司)處理的去離子水，金屬離子標準液為GSB 04-1742-2004標準溶液標準物質(國家有色金屬及電子材料分析測試中心)。氣相色譜質譜聯用儀Thermo-GC-MS/MS(Thermo TRACE 1310-ISQ)，液相色譜質譜聯用儀Thermo-LC-MS/MS(TSQ VANTAGE LC-MS/MS)；農殘標準品: 混標150種，濃度為100 μg/mL(北京振翔科技有限公司)。

1.3 樣品檢測

1) 生態煙樣進行農藥殘留檢測，常規煙樣取梅州不同縣域常規煙葉進行化學成分檢測和內在感官鑒定。

煙葉農殘含量依據《煙草及煙草制品多種農藥殘留的測定 第2部分：氣相色譜-串聯質譜聯用法》(YQ/T 47.1-2014)、《煙草及煙草制品多種農藥殘留的測定 第2部分：高效液相色譜-串聯質譜聯用法》(YQ/T 47.2-2015)進行檢測。煙葉化學成分的測定參照煙草行業標準，采用連續流動法測定總植物堿、總氮、總糖、還原糖、鉀、氯含量[10-11]。煙葉化學成分協調性采用《中國煙草種植區劃》項目中烤煙化學指標賦值方法，以總植物堿、總氮、還原糖、鉀、糖堿比值、氮堿比值和鉀氯比值的權重分別為0.17、0.09、0.14、0.08、0.25、0.11、0.09計算煙葉化學成分協調性。因無淀粉值，總分為93分。評價分值越高，化學成分協調性越好。煙葉的內在感官品質按照貴州中煙技術中心單料煙評吸辦法及打分規則和賦值權重(加權總分在一般在83分以上符合高端“貴煙”品牌葉組配方需求。

2) 土壤重金屬測定按照《土壤環境質量標準》(GB 15618-2008)進行，根據土壤應用和保護目標，將土壤安全性劃分為3個等級(表1)。其中，一級標準是保護區域自然生態，維持自然背景的土壤環境質量的限制值；二級標準是保障農業生產，維護人體健康的土壤限制值；三級標準是保障農林業生產和植物正常生長的土壤臨界值。根據單項污染指數法和綜合污染指數法的計算結果，對測定結果進行分析和評價。

表1 土壤環境重金屬含量標準值Table 1 Standard value of heavy metal content in soil environment mg/kg

單項污染指數：Pi=Ci/Si

式中，Pi為單項污染指數，Ci為土壤污染物實測濃度，Si為污染物的評價標準值或參考值。Pi≤1表示無污染；15表示重度污染。

綜合污染指數：P綜=[(Pimax+Piave)/2]1/2

式中，P綜為綜合污染指數，Pimax為最大單項污染指數；Piave為平均單項污染指數。根據綜合污染指數大小，將土壤質量劃分為5個等級(表2)。

3) 灌溉水重金屬測定按照《農田灌溉水質標準》(GB 5084-2005)進行檢測。其中，pH為5.5～8.5，總汞≤0.001 mg/L，總鎘≤0.005 mg/L，總砷≤砷≤0.005 mg/L，總鉛≤0.1 mg/L，六價鉻≤0.1 mg/L，氟化物≤2.0 mg/L。

1.4 數據處理

采取SPSS 20.0和Excel 2010進行數據記錄及分析。

表2 土壤綜合污染指數分級標準Table 2 Comprehensive soil pollution index grading standard

2 結果與分析

2.1 土壤重金屬含量

由表3可知，以一級標準為參考，6個重金屬指標均在適宜范圍內。其中，鎳平均含量為9.555 mg/kg，鉻平均含量為42.215 mg/kg，汞平均含量為0.111 mg/kg，鉛平均含量為21.16 mg/kg，鎘平均含量為0.143 mg/kg，砷平均含量為8.848 mg/kg，均遠低于一級限量標準；各重金屬含量相應的最大值也均在一級限量標準內。對土壤環境重金屬含量進行極差分析結果(表4)表明，不同土壤樣品重金屬含量的極差、標準誤及標準差均較小，說明土壤樣品均衡度好，符合生態煙種植的需求。

表3 梅縣白玉村植煙土壤環境重金屬含量Table 3 Heavy metal content in test soil environment in baiyu of Meixian mg/kg

表4 梅縣白玉村植煙土壤重金屬含量的極差分析結果Table 4 The range analysis of heavy metal content in test soil environment in baiyu of Meixian

2.2 土壤污染指數

由表5可知，6種重金屬的Pi值均小于1，說明所取的土壤樣品無污染，符合生態煙的種植要求。由表6可知，鎳、鉻和砷的金屬單項污染指數的平均值、最大值和綜合污染指數均小于0.7，其污染等級為Ⅰ級清潔(安全)，對生態煙種植無影響。鉛金屬單項污染指數最大值為0.72，比Ⅰ級污染僅高出0.02，屬于Ⅱ級污染尚清潔(警戒線)，對種植影響較小。汞金屬單項污染指數平均值為0.74，最大值為0.93，綜合污染指數為0.84，也屬于Ⅱ級污染尚清潔(警戒線)，對種植影響較小。鎘金屬的綜合污染指數為0.76，屬于尚清潔(警戒線)，對生態煙種植影響同樣較小。從土壤鎘金屬攝入的途徑看，礦產開發造成的環境污染和灌溉水污染均會造成土壤中鎘金屬的累積，同時磷肥的施用也可能在一定程度上造成土壤中鎘金屬的累積[16-20]。

表5 梅縣白玉村植煙土壤重金屬含量的單項污染指數Table 5 The single pollution index of heavy metal content in test soil environment in baiyu of Meixian

表6 梅縣白玉村植煙土壤重金屬含量的綜合污染指數Table 6 The comprehensive pollution index of heavy metal content in test soil environment in baiyu of meixian

2.3 灌溉水的安全性

由表7和表8可知，以國家農田灌溉水污染物標準為參考，6個測定指標中，各樣品各指標差異不大，均值和最大值均在適宜范圍內。污染物含量指標均符合生態煙種植標準，低于國家農田灌溉水污染物標準，適合生態煙種植灌溉水使用。

2.4 灌溉用水污染指數

由表9可知，各指標Pi均低于1，屬于無污染級別。由表10可知，汞、砷、鉛和六價鉻含量的單項污染指數平均值(Piave)、最大值(Pimax)和綜合污染指數(P綜)均小于0.7，其污染等級為Ⅰ級清潔(安全)，對種植生態煙無影響。氟化物的Piave、Pimax和P綜均大于0.7，最大值為0.98，但均小于1，屬于Ⅱ級污染尚清潔(警戒線)，對種植影響小。重金屬鎘的Piave、Pimax和P綜均小于標準0.7，屬于Ⅰ級清潔(安全)，符合國家農田灌溉水相關的要求。說明煙地灌溉水中6種污染物的含量均在適宜范圍內，符合國家標準《綠色食品產地環境技術條件》(NY/T 391-2000)中《農田灌溉用水中各項污染物的濃度限值》的有關規定，屬于無污染級別，符合生態煙種植要求。

表7 不同取樣時間灌溉用水污染物的測定結果Table 7 Determination of pollutant in test irrigation water of different time mg/L

表8 灌溉用水污染物極差分析結果Table 8 Statistical description of pollutant in test irrigation water mg/L

表9 不同取樣時間煙地灌溉用水污染物的單污染指數Table 9 The single pollutant index of test irrigation water of different time

表10 煙地灌溉用水的污染指數Table 10 The comprehensive pollution index of test irrigation water

2.5 煙葉中的農藥殘留

從表11看出，24個樣品中絕大部分農藥殘留未檢出，僅有極微量的異惡草酮、增效醚和仲丁靈殘留在少數樣品中，遠低于《煙葉農藥殘留最大殘留限量》(YQ 50-2014)的最大限定值規定。在所檢測的123種農藥殘留中，國家標準《有機產品》(GB/T 19630.1-2005)僅對氯氰菊酯和溴氰聚酯2種農藥殘留限量有相關標準限值，此次針對該2項農藥殘留的檢測結果均為0。因此，梅州生產的生態煙葉達到國家相關有機產品對農藥殘留的限量標準，符合“貴煙”品牌對生態煙葉安全性的高標準需求。

表11 生態煙種植農藥殘留Table 11 Pesticide residues in Ecological Tobacco 100 μg/mL

2.6 煙葉的化學成分及協調性

由表12和表13可知，梅州不同縣域煙葉化學成分中煙堿、總氮、鉀含量較為適宜，但總糖、還原糖含量都較高。根據《中國煙草種植區劃》項目中烤煙化學指標賦值方法，在協調性得分上，煙堿、總氮、鉀、糖堿比、氮堿比、鉀氯比單項指標得分也較高，而還原糖協調性得分較低。但對比不同縣域常規煙葉和生態煙葉發現，梅縣生態煙葉化學成分協調性得分較高，達80分以上。按照《全國烤煙煙葉香型風格區劃》，梅州煙區屬于武夷山地清甜蜜甜香型，其煙葉化學成分為高糖特征。在評價煙葉質量的權重上，化學成分評價僅是一方面，權重為20%，所以化學成分中還原糖得分較低并不能以此判定該區煙葉質量差。

表12 梅州不同縣域煙葉的化學成分含量Table 12 Analysis of chemical composition of tobacco leaves in different counties of Meizhou

表13 梅州不同縣域常規煙葉及生態煙葉的化學成分含量及協調性評分Table 13 Coordination of chemiral constituents of tobacco leaves and ecological tobacco leaves in different counties of Meizhou

2.7 煙葉的內在感官品質

從表14看出，梅縣煙葉的品質基礎最好，其常規煙葉香氣質較好，香氣量較足，吃味舒適，雜氣、刺激較小，內在感官質量評分較高，加權總分為85.4分和84.10分；五華縣的次之，平遠縣最差。而相較于梅縣常規煙葉，梅縣生態煙葉內的在品質更優，香氣質好，吃味舒適，雜氣、刺激小，煙氣優雅細膩，甜感較好，符合高端“貴煙”品牌對于于梅州煙葉的特色優質煙葉原料質量需求。

表14 梅州不同縣域煙葉的內在感官質量評分Table 14 Evaluation of inherent sense quality of tobacco and ecological tobacco in different counties

注：加權總分=(香氣質×0.7+香氣量×0.05+吃味×0.15+雜氣×0.05+刺激性×0.05)×10。
Note:Weighted total score=(Quality of aroma ×0.7+Quantity of aroma×0.05+Taste×0.15+Offensive×0.05+Irritancy×0.05)×10.

3 結論與討論

煙葉生產的生態環境的優異直接影響著煙葉安全性及品質，而土壤和灌溉用水的重金屬含量等是判定煙葉生態環境優異的重要指標。隨著工業化、城市化和農業集約化的發展，我國土壤重金屬污染問題日益嚴重，已成為影響土壤環境質量的主要因素[16-17]。重金屬進入土壤后不易被降解，且易被農作物吸收，繼而通過食物鏈危害人體健康[18]。煙草對土壤中Cd、Pb等重金屬具有較強的生物富集性，Cd、Pb等易在煙草體內積累[19-22]。卷煙中的一少部分重金屬能通過抽吸過程中的主流煙氣進入人體[23-26]，從而對人體帶來危害。而煙葉中農藥殘留也會向卷煙主流煙氣中遷移而進入人體，若長期在人體內蓄積滯留會引發慢性中毒，危害人體健康。因此，只有達到土壤一級標準和灌溉用水無污染級別等級，才具備開發生態煙葉的基礎和前提。本研究結果表明，梅縣煙區土壤及灌溉用水重金屬含量均遠低于一級限量標準，各項重金屬單一污染指數Pi值均小于1，屬于無污染級別；灌溉用水測定的7種污染物中，各指標的Pi均低于1，屬于無污染級別，低于國家農田灌溉水污染物標準，說明梅縣煙區土壤及灌溉用水整體安全性較高，能滿足貴州中煙在梅縣基地進行生態煙葉開發的安全性需求。另外，根據梅縣煙區生態條件資料，梅縣生態環境優良，植煙地區森林覆蓋率高達73.6%，自然條件較好，氣候溫度適宜，是烤煙生長適宜區，具備生態煙葉種植的基本條件。

研究也對比了常規煙葉和生態煙葉在化學成分和內在感官品質的差異，與前人研究結果基本一致。相比于常規煙葉，生態煙葉的質量優勢不僅體現在葉面結構疏松，身份適宜，油分較足；其化學成分較為適宜，比例較為協調；內在感官品質上香氣風格更為凸顯，吃味柔綿醇和，口感愉悅清甜，余味干凈舒適，雜氣、刺激性相對較輕[27]。

綜上所述，梅縣植煙土壤達一級標準，灌溉用水屬于無污染級別，其生態環境良好，具備生產、開發生態煙葉的基礎和潛力；其生態煙葉安全性高，化學成分協調性好，內在感官品質較優，符合高端“貴煙”品牌對于梅縣生態煙葉的質量和安全性需求。