宣威高端卷煙原料產區土壤特征及其與煙葉品質的相關性

袁國慶， 蔡憲杰， 李先才， 鄧 濤， 吳淑俊， 郭啟超，陳 彪，王全貞， 沈應歡， 潘義宏，4*

(1.云南省煙草公司 曲靖市公司， 云南 曲靖 655000； 2.上海煙草集團有限責任公司， 上海 200082； 3.西南林業大學 化學工程學院， 云南 昆明 650224； 4.云南五佳生物科技有限公司， 云南 昆明 650106)

0 引言

【研究意義】煙葉品質的形成是生態環境、品種和栽培管理措施共同作用的結果，其貢獻度為生態環境(46.71%)>種植品種(30.55%)>栽培措施(22.74%)[1]。生態環境因子主要包括土壤和氣候等因素，土壤是煙株吸收營養和水分的場所，同時各種環境條件也通過土壤影響煙草的生長發育乃至最終的風格類型，優質土壤是生產優質煙葉的重要前提之一[2-3]。曲靖宣威是全國最大的縣級煙區，致力于打造全國需求最旺煙區。近年來，已成為熊貓、中華及大重九等高端卷煙品牌的重要原料基地。研究土壤特征及其與煙葉品質相關性，明確宣威高端煙葉產區植煙土壤限制因子，對提高煙葉產質、改良土壤及合理規劃植煙區，實現高端煙葉的定向生產具有重要現實意義。【前人研究進展】趙鵬力等[4-6]研究表明，土壤養分與烤煙化學成分及感官評吸質量之間存在較強關聯度。李衛等[7]在評價曲靖煙區土壤肥力狀況時認為，宣威煙區土壤肥力較好，綜合得分較高。楊森等[8]對宣威典型植煙區土壤養分進行綜合評價認為，宣威植煙區土壤氮及有機質含量過高，而磷元素缺乏，大部分植煙土壤具備優質煙葉生產條件。【研究切入點】土壤等生態環境因子是卷煙風格特征的重要影響因素，目前鮮有對宣威高端卷煙原料產區土壤特征分類的相關報道。【擬解決的關鍵問題】以25個煙葉產出率較高的植煙區為研究對象，通過檢測宣威高端卷煙原料產區土壤養分及煙葉品質指標，研究土壤特征及其與煙葉品質的相關性，明確其土壤特征、區域內煙葉風格特征及高端卷煙原料產區植煙土壤限制因子，以期為提高煙葉產質、改良土壤、高端煙葉的定向生產及煙區的合理規劃提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

土壤和煙葉樣本，2020年采自宣威市熱水(窯上、阿浪和秧草)、板橋(石缸、東屯、花山四線和永安)、落水(馬圖和三道)、倘塘(新樂、松林和發宏)、寶山(虎場和寶山)、羊場(小箐)、田壩(中和)、務德(務德一庫、務德二庫和茨嘎一庫)、西澤(西澤、迤畢和馬嘎)及龍潭(二九七、龍潭和新啟)共10個鄉鎮煙葉站25個煙葉收購點所在高端煙葉原料產出區域。各產煙區分別采集2份土樣及煙樣(C2F)。

1.2 方法

1.2.1 土壤取樣及分級評價 在25個取樣點分別選取往年高端煙葉產出率較高的2戶農戶的對應地塊，于烤煙移栽前，在每個地塊各采集2份土壤樣品，長方形土塊采取之字形、較為方正的地塊采用對角線或棋盤形采集耕層土壤20 cm深的土樣，同一采樣單元內每8～10個點土樣構成1個1.0～2.0 kg的混合土樣。土壤樣品經風干后，參照文獻[9]的方法測定土壤團聚體含量，并測定pH及有機質、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀含量，根據主成分分析法及模糊數學分別確定各項肥力指標的權重和隸屬度，二者的乘積作為土壤肥力綜合指標值(Integrated Fertility Index，IFI)[8]，根據土壤分級標準[10](表1)對土壤進行分級。以提取出的土壤特征養分指標為自變量，烤煙品質為因變量擬合線性模型，皮爾遜相關系數|r|<0.3時呈低度相關，當0.3≤|r|<0.8時呈中度相關，當|r|≥0.8時呈高度相關[11]。煙葉物理特性、外觀質量均參照《中國煙草種植區劃》采用賦值權重指數和法進行評價[12]。

表1 土壤養分的分級標準

1.2.2 煙葉指標測定與評價

1) 煙葉常規化學成分。試樣采用YC/T 31-1996 煙草及煙草制品試樣的制備和水分測定 烘箱法制備；檢測項目包括煙葉總糖、氯離子、鉀離子、還原糖、總氮和總植物堿共6項指標的含量，采用YC/T 217-2007和YC/T 159～162-2002(連續流動法)進行檢測。煙葉常規化學成分采用模糊數學隸屬函數的數據模型進行評價，并參照文獻[13]根據煙葉常規化學成分的綜合指數(I)劃分等級，即：高(I≥0.75)、較高(0.65≤I<0.75)、中(0.55≤I<0.65)、較低(0.45≤I<0.55)和低(I<0.45)。

2) 青團外觀質量。包括煙葉的身份、顏色、色度、成熟度、油分及組織結構共6項指標，依據GB 2635-1992 烤煙進行打分評價。

3) 物理特性。包括煙葉抗張力、厚度、平衡含水率、葉面密度和含梗率共5項指標，分別依據GB/T 12914-2008 紙和紙板 抗張強度的測定、GB/T 451.3-2002 紙和紙板厚度的測定和YC/T 142-2010 煙草農藝性狀調查測量方法進行測定。

1.3 數據處理

采用Excel 2010進行數據統計及作圖，采用SPSS 21.0進行聚類及統計分析，聚類分析歐氏距離取5。

2 結果與分析

2.1 宣威高端卷煙原料產區的土壤特征

2.1.1 養分聚類 由圖1可知，宣威高端卷煙原料產區土壤養分可聚為3類。Ⅰ類，包括秧草、馬圖、永安、阿浪、務德二庫、虎場、發宏及寶山等收購點，主要分布在宣威西南部和東北部，涉及熱水鎮、落水鎮、板橋鎮、務德鎮、寶山鎮及倘塘鎮；Ⅱ類，包括窯上、三道、花山四線、新樂、松林、石缸和東屯等收購點，主要分布于宣威南部，少量分布于北部，涉及熱水鎮、落水鎮、板橋鎮及倘塘鎮；Ⅲ類，包括中和、迤畢、務德一庫、西澤、龍潭、新啟、茨嘎一庫、馬戛、二九七及小箐等收購點，主要分布于宣威西南部，少量分布于北部及東部，涉及田壩鎮、西澤鎮、務德鎮、龍潭鎮和羊場鎮。

圖1 宣威高端卷煙原料產區土壤養分的聚類分析圖譜

2.1.2 土壤養分含量 從表2看出，3類土壤的全氮、全磷、全鉀、有效磷含量及綜合肥力指數均無顯著差異，差異主要表現在pH、有機質、堿解氮及速效鉀含量方面。

表2 3類植煙土壤的養分含量

1) pH。3類土壤的pH為5.95～6.81，表現為Ⅱ>Ⅰ>Ⅲ，變異系數為2.71%～4.64%。其中，Ⅱ類土壤pH最高，為6.81，呈中性，變異系數為2.71%；其次為Ⅰ類和Ⅲ類土壤，pH分別為6.52和5.95，均呈微酸性，變異系數分別為3.69%和4.64%；3類土壤的pH彼此間差異均達顯著水平。

2) 有機質含量。3類土壤的有機質含量為23.85～31.22 g/kg，表現為Ⅲ>Ⅰ>Ⅱ，變異系數為19.74%～26.25%。其中，以Ⅲ類土壤最高，達31.22 g/kg，為豐富水平，顯著高于Ⅱ類土壤(23.85 g/kg，中等水平)，Ⅰ類土壤有機質含量為29.94 g/kg，為中等水平，與其余2類土壤無顯著差異。

3) 全氮、全磷和全鉀含量。3類土壤的全氮含量為1.97～2.25 g/kg，表現為Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ，變異系數為11.74%～34.27%。全磷含量為0.98～1.23 g/kg，表現為Ⅱ>Ⅲ>Ⅰ，變異系數為14.94%～62.10%。全鉀含量為213.61～18.00 g/kg，表現為Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ，變異系數為23.91%～45.96%。其中，全氮和全磷含量為豐富至很豐富水平，全鉀含量為豐富水平；3類土壤全氮、全磷及全鉀含量均無顯著差異。

4) 堿解氮含量。3類土壤的堿解氮含量為43.93～71.75 g/kg，表現為Ⅲ>Ⅰ>Ⅱ，變異系數為25.26%～43.09%，除Ⅲ類為缺乏水平外，其余均為很缺乏水平；Ⅲ類與Ⅱ類差異達顯著水平。

5) 速效磷含量。3類土壤速效磷含量為15.30～18.76 mg/kg，表現為Ⅱ>Ⅰ>Ⅲ，均為中等水平；變異系數為39.62%～50.95%。各類土壤間無顯著差異。

6) 速效鉀含量。3類土壤速效鉀含量為128.91～379.45 mg/kg，表現為Ⅱ>Ⅰ>Ⅲ，分別為豐富、很豐富和中等水平；變異系數為7.68%～25.66%。3類土壤間差異顯著。

7) 綜合肥力指數(IFI)。3類土壤的IFI為0.72～0.76，表現為Ⅰ>Ⅱ(0.75)>Ⅲ，變異系數為10.12%～12.38%。3類土壤綜合肥力指數變異系數均大于10%，屬中等變異。3類土壤間均無顯著差異。

綜上看，除pH外，其余指標均存在較大波動；Ⅰ類土壤表現為土質微酸，有機質、堿解氮、速效磷及速效鉀含量處于其余2類中間，其全磷、全鉀、堿解氮及有效磷含量的變異系數較大；Ⅱ類土壤為高鉀、高pH、低氮及低有機質土壤，其全氮、全鉀、有效磷含量的變異系數較大；Ⅲ類土壤為高氮和高有機質土壤，全氮、堿解氮及有機質含量均最高，但pH及速效鉀含量均最低，其全氮、全鉀、堿解氮、有效磷含量變異系數較大。總之，植煙區堿解氮含量較為缺乏，其余指標均較適宜。

2.1.3 土壤結構 從圖2看出，3類土壤均以壤土為主，Ⅰ類土壤共16個土樣，其中有壤土11個，占68.75%；Ⅱ類土壤共14個土樣，其中有壤土12個，占85.72%；Ⅲ類土壤共20個土樣，其中有壤土15個，占75.00%。Ⅰ類、Ⅲ類的黏土占比較Ⅱ類更高，均以輕黏土為主。各類土壤不同粒徑土粒的組成存在差異，但均不顯著，其中，Ⅰ類土壤中有72.26%的土粒粒徑<0.05 mm，有53.06%土粒粒徑<0.01 mm；Ⅱ類土壤中有70.92%的土粒粒徑<0.05 mm，有51.59%土粒粒徑<0.01 mm；Ⅲ類土壤中有68.99%的土粒粒徑<0.05 mm，有50.71%土粒粒徑<0.01 mm。粒徑<0.05 mm和<0.01 mm的土粒占比均表現為Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ，3類土壤間差異不顯著。

圖2 宣威高端卷煙原料產區的土壤結構

2.2 3類土壤生產煙葉的品質特征

2.2.1 外觀質量 由表3可知，3類土壤生產的煙葉外觀質量存在差異，其中，煙葉油分和綜合得分存在顯著差異。煙葉油分，3類煙葉油分得分為6.45～6.86分，Ⅱ類土壤的煙葉油分得分最高，顯著高于Ⅰ類(6.47分)和Ⅲ類(6.45分)。煙葉顏色得分為7.58～7.61分，成熟度得分為7.05～7.32分，結構得分為7.05～7.32分，身份得分為7.08～7.13分，色度得分為6.98～7.13分，均存在不同程度的差異，但均未達到顯著水平，其中，Ⅱ類煙葉各項指標均表現更好，Ⅰ類其次，Ⅲ類相對較差。3類土壤生產的煙葉外觀質量綜合得分為0.72～0.74分，差異不顯著。

表3 3類土壤生產煙葉的外觀質量

2.2.2 物理特性 由表4可知，3類土壤生產的煙葉在厚度、含梗率、葉面密度、抗張力、抗張強度、平衡含水率及綜合得分等方面雖存在差異但均未達顯著水平。一般認為，煙葉含梗率越低經濟性狀越好，葉面密度在75～80 g/cm2最好，抗張力為1.4～2.4N較好，平衡含水率以大于13.5%表現最好[11]。3類土壤產區的煙葉含梗率為33.50%～34.95%，表現為Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ，均偏高，影響加工性能；葉面密度為56.64～58.95 g/cm2，表現為Ⅱ>Ⅲ>Ⅰ，均偏低；抗張力(1.26～1.31 N)和抗張強度(0.08～0.09 kN/m)均較小；平衡含水率為13.75%～13.92%，表現為Ⅲ>Ⅰ>Ⅱ，均大于13.50%，表明煙葉吸濕性較好。表明，在不同土壤條件下煙葉的物理特性較為穩定，無明顯地域差異。

表4 3類土壤產區煙葉的物理特性

2.2.3 常規化學成分 一般認為優質烤煙常規化學成分：總糖含量為19%～28%，還原糖含量為16%～25%，總氮含量為1.5%～2.5%，鉀含量高于1.5%，氯含量低于0.6%，中部煙葉煙堿含量為2.1%～2.9%，糖堿比為8～10，氮堿比接近1，鉀氯比大于4[14]。由表5可知，3類土壤生產的煙葉常規化學成分含量存在差異，其中，僅還原糖含量的差異達顯著水平，而總糖、總氮、總植物堿、鉀離子和氯離子含量及糖堿比、氮堿比、鉀氯比均無顯著差異。還原糖含量以Ⅲ類土壤生產的煙葉最低，為13.31%，顯著低于Ⅰ類(15.81%)和Ⅱ類的煙葉(15.84%)。綜合得分表現為Ⅰ(0.62)=Ⅱ(0.62)>Ⅲ(0.58)。表明，3類土壤煙區生產的煙葉總糖含量偏高，總植物堿偏低，Ⅰ類和Ⅱ類的還原糖含量接近適宜值，Ⅲ類的偏低，其余指標均在適宜范圍。

表5 3類土壤產區煙葉的常規化學成分

2.3 土壤養分與煙葉品質的相關性

從表6看出，有機質含量與烤煙油分存在顯著負相關關系；pH與油分呈中度正相關，堿解氮含量與油分呈高度負相關，速效鉀含量與油分呈高度正相關；有機質含量與烤煙還原糖含量呈中度負相關，堿解氮含量與還原糖含量呈高度負相關，pH與速效鉀含量和還原糖含量呈高度正相關。

表6 土壤養分與煙葉油分及還原糖含量間的相關性

3 討論

朱經偉等[15]認為，施用腐殖酸鉀可以有效緩解土壤酸害，提高速效養分含量和改善煙葉品質。沈玉葉等[16]認為，速效鉀含量對pH變化較敏感，二者關聯度較高。夏磊等[17]研究表明，土壤pH與土壤速效鉀呈極顯著正相關。研究結果表明，土壤pH、有機質、堿解氮及速效鉀含量是劃分宣威高端卷煙原料產區土壤的特征指標。Ⅰ類與Ⅱ類和Ⅲ類土壤間均以pH及速效鉀含量為特征指標，其在3類土壤間的變化關系為Ⅱ>Ⅰ>Ⅲ，存在較高的一致性；同時，3類土壤產區煙葉的綜合品質也存在相似趨勢，由此認為，在一定范圍內土壤pH與速效鉀對煙葉品質的影響為協同作用。與朱經偉等[15-17]的研究結果一致。Ⅱ類和Ⅲ類土壤間以pH、有機質、堿解氮及速效鉀含量為特征指標，與pH和速效鉀含量變化不同的是，有機質和堿解氮含量反而以Ⅲ類土壤較高，由于堿解氮含量整體偏低，因此認為，土壤pH偏低、速效鉀含量略低及有機質含量偏高導致Ⅲ類土壤產區煙葉的綜合品質較差。整體看，3類土壤pH為中性至偏酸性，速效鉀含量在中等以上，有機質和全氮含量均較豐富，但堿解氮含量卻較缺乏。王艷杰等[18]研究認為，氮素礦化與土壤有機質、全氮含量呈顯著正相關，與土壤水分、溫度及耕作方式等密切相關。由此推測，由于煙區近年來氣候較干旱，土壤水分不足，氮素礦化受阻，從而導致原料區部分土壤堿解氮含量偏低。

3類土壤產區烤煙油分及還原糖含量存在顯著差異，與土壤特征指標的簡單相關分析表明，油分、還原糖含量與土壤有機質、堿解氮含量呈負相關，與pH、速效鉀含量呈正相關。高旭[19]研究認為，烤煙身份、油分及色度隨土壤pH升高呈逐步下降趨勢。該研究結果與之相悖，原因在于土壤pH的差異。研究樣本pH僅5.95～6.81，波動較小，高旭[19]的研究pH在4.28～8.37，并將其分為低、中及高3個區間，再研究油分在不同區間的變化規律，因此不具可比性。謝利麗[20]認為，土壤有機質含量小于25 g/kg時，烤煙油分隨有機質含量的上升而增加，但當有機質含量大于25 g/kg后，油分隨有機質含量的上升而減少；同時還認為，烤煙油分隨土壤速效鉀含量的上升而增加，本研究結果與之一致。黎妍妍等[21]研究表明，煙葉糖含量一般隨土壤鉀素含量增加而增加，隨土壤氮素含量增加而降低，本研究結果與之一致。

有機質含量與土壤肥力水平密切相關，與作物生長發育和品質形成密不可分。王小東等[22]認為，土壤有機質對烤煙主要碳水化合物含量具有負效應，而對含氮化合物、多酚類物質、香氣品質及感官評吸總分等指標具有正效應。而且有機質含量并非越高越好，若土壤肥力過高，則會使烤煙葉片肥厚、主脈較粗，蛋白質和煙堿等含氮化合物含量增加，影響感官評吸質量[23]。宣威高端卷煙原料產區土壤有機質含量偏高，堿解氮含量偏低，制約了煙葉品質的提高，所以應適當控制宣威煙區有機物料的投入，同時優化灌溉措施、施肥模式及栽培技術等對土壤養分欠協調的煙區進行土壤改良。

4 結論

宣威高端卷煙原料產區土壤以壤土為主，根據養分指標將其分為3類，土壤pH、有機質、堿解氮、速效鉀含量為特征指標，Ⅰ類土壤表現為土質微酸，有機質、堿解氮及速效鉀含量相較其余2類表現中等；Ⅱ類土壤為高速效鉀、高pH、低氮、低有機質土壤；Ⅲ類土壤為高氮、高有機質土壤、低pH、低速效鉀土壤。不同土壤條件下煙葉物理特性穩定，無顯著差異，但煙葉含梗率和葉面密度等有待進一步優化。Ⅱ類煙葉油分顯著高于Ⅰ類和Ⅲ類，Ⅲ類煙葉還原糖含量顯著低于Ⅰ類和Ⅱ類，整體看，Ⅱ類土壤生產的煙葉綜合品質最高，Ⅰ類其次，Ⅲ類較差。土壤養分特征指標與烤煙油分及還原糖含量均呈中度至高度相關，其中有機質含量與烤煙油分呈顯著負相關。