植煙土壤有效硼、鋅及其交互作用對煙葉硼、鋅及品質的影響

任志廣，張勇剛，項波卡，劉化冰，程昌合，張曉兵，劉建國

（浙江中煙工業(yè)有限責任公司技術中心，浙江 杭州 310024）

植煙土壤有效態(tài)微量元素含量與烤煙光合效能、能量代謝和蛋白質合成等過程密切相關［1］，它們的缺乏不僅會使煙葉化學成分失調、品質下降，還會影響煙葉整體可用性。研究表明，氮、磷、鉀等大量營養(yǎng)元素施用量增多，引起土壤養(yǎng)分比例失衡，而微量營養(yǎng)元素的增產提質效果越來越明顯［2］。目前，硼、鋅微肥［3-5］在小麥、水稻、玉米等作物生產上已被廣泛使用，作用效果顯著?？緹熥鳛槲覈饕洕魑镏?，硼、鋅同樣也是其正常生長的必要營養(yǎng)。李強等［6］對曲靖煙區(qū)植煙土壤養(yǎng)分空間變異及肥力的評價發(fā)現，有效鋅含量整體適中，有效硼含量偏低；趙曉繞等［7］研究發(fā)現，曲靖羅平煙區(qū)植煙土壤鋅含量中等，硼普遍欠缺。另外，王林等［8］研究了6種微量元素與煙葉外觀質量的關系，表明鋅是提升煙葉外觀品質的主要元素。胡瑞文等［9］、方秀等［10］認為硼、鋅可調控煙株體內多種酶活性，促進煙株生理代謝平衡和煙葉質量提升。近年來土壤有效硼、鋅方面的研究已取得一定成果，但多集中在地區(qū)間的變異及單個指標的分析上［11-12］。針對土壤有效硼、鋅互作對煙葉化學成分、多酚類香氣物質及感官質量影響和貢獻程度的研究鮮有報道。因此，本文以陸良植煙土壤為基礎，以土壤有效硼與有效鋅互作為出發(fā)點進行探討，旨在為植煙土壤適宜有效硼、鋅含量區(qū)間和硼、鋅微肥規(guī)范使用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

1.1.1 土壤樣品采集

采用GPS定位技術，于云南陸良植煙區(qū)連續(xù)2年開展土壤樣品采集。采集工作統一在基肥施入、煙苗移栽前完成，且近7～10 d無較大降雨，以真實反映各采樣單元地塊土壤養(yǎng)分狀況和供肥能力。采用“S”取樣法布點并標記，平均5～15 hm2采集1個土樣，去掉表皮土2～4 cm，用土鉆再垂直向下挖耕層土（20 cm左右），用四分法棄去多余部分，每個土壤樣品取樣量為2.0 kg，在實驗室經風干、去雜及研磨過0.25 mm篩后待測。土壤樣品共采集319份。

1.1.2 煙葉樣品采集

于各土樣標記點采集烤煙煙葉樣品。由專業(yè)評級人員依據GB 2635-92《烤煙》分級標準判定煙葉樣品C3F等級，合格率確保90%以上。每份煙葉樣品1.5 kg，共采集319份。經電烘箱75℃烘干、研磨過0.25 mm篩網后，備煙葉硼、鋅、各化學成分指標及多酚類物質含量檢測。

1.2 測定指標及方法

土壤有效硼（Available boron）和煙葉硼（B）測定采用甲亞胺比色法［13］，有效鋅（Available zinc）測定采用DTPA浸提-原子吸收分光光度法［13］。煙葉鋅（Zn）測定采用微波消解-原子吸收火焰分光光度法［14］。煙葉總糖、還原糖、煙堿、總氮、鉀、氯測定參照文獻［15］，煙葉綠原酸、莨菪亭、蕓香苷測定參照YC/T 202-2006［16］。感官質量由7名專職評吸人員組成評價小組，對煙葉香氣質、香氣量、透發(fā)性、雜氣、刺激性和余味進行評價打分，單項滿分10分［17］。

1.3 數據統計分析

采用Excel 2016進行數據整理和圖表制作，采用SPSS 24.0進行描述統計分析、方差分析和回歸分析。在進行各處理多重比較時引入偏Eta2值（Partial Eta squared檢驗，以下簡稱p.η2），分析各因素對指標的變異貢獻率。若p.η2≥0.14，表示該因素對指標有強影響效應，若0.06≤p.η2＜0.14表示中度影響效應，0.01≤p.η2＜0.06，表示弱影響效應［18］。

2 結果與分析

2.1 土壤有效硼、鋅含量分布狀況

由表1可知，陸良植煙區(qū)土壤有效硼平均值為0.54 mg·kg-1，變幅在0.08～1.57 mg·kg-1之間，變異系數53.73%，屬中等變異水平。根據前人研究并結合生產實踐［19］，將土壤有效硼含量分為很低（≤0.2 mg·kg-1）、低（0.2～0.4 mg·kg-1）、適中（0.4～0.7 mg·kg-1）、豐（0.7～1.0 mg·kg-1）和 很 豐（＞1.0 mg·kg-1）5個 等 級，其 中 分 布于0.4～0.7 mg·kg-1適中區(qū)間的樣本數比例最大，占34.80%；另外，各區(qū)間有效硼含量差異均達到顯著水平，其中最大值與最小值相差8.1倍。有效硼含量狀況分布在缺乏、適中、豐富的比例分別為37.30%、34.80%、27.90%。該區(qū)土壤有效硼平均含量適中，但整體呈現出一定的空間變異。

表1 土壤有效硼含量分布狀況

由表2可知，陸良植煙區(qū)土壤有效鋅平均值為2.74 mg·kg-1，變幅在0.15～7.19 mg·kg-1之間，變異系數為51.17%，屬中等變異水平。根據前人研究及生產實踐［19］，將土壤有效鋅含量分為很低（≤1.0 mg·kg-1）、低（1.0～2.0 mg·kg-1）、適中（2.0～3.5 mg·kg-1）、豐（3.5～5.0 mg·kg-1）和很豐（＞5.0 mg·kg-1）5個等級，分布于2.0～3.5 mg·kg-1適中區(qū)間的樣本數最多，占41.07%，同時各區(qū)間有效鋅含量差異顯著，最大值與最小值相差8.8倍，但在組間變異程度相對較小。有效鋅含量狀況分布在缺乏、適中、豐富的比例分別為33.86%、41.07%、25.08%。該區(qū)土壤有效鋅空間變異性較強，含量分布不均勻。

表2 土壤有效鋅含量分布狀況

2.2 土壤有效硼、鋅對煙葉硼、鋅含量的影響

2.2.1 土壤有效硼對煙葉硼、鋅含量的影響

采用等組距法對收集的植煙土壤有效硼含量進行區(qū)間劃分，組距為0.1%，對應區(qū)間內的煙葉硼、鋅含量均值作為該區(qū)間的煙葉硼、鋅水平，分別劃出10個有效鋅區(qū)間以及相對應的10個煙葉硼、鋅水平。

由圖1可知，煙葉硼與土壤有效硼含量呈線性回歸關系（r=0.873**，r表示相關系數，下同）。若有效硼＞1.0 mg·kg-1，對煙株生長有毒害作用［20］。而有效硼處于0.6～1.0 mg·kg-1時，各區(qū)間煙葉硼含量未有顯著差異，說明煙葉硼并不會隨土壤有效硼的富集而顯著變化。兩者之間的關系可用方程式（R2=0.763，R2表示擬合度，下同）表示，回歸方程達極顯著水平（經F檢驗，P＜0）。隨土壤有效硼的增加，煙葉鋅表現為先增加后降低的趨勢（r=0.346**），并且當有效鋅為0.6～0.7 mg·kg-1時，煙葉鋅含量顯著最高，為52.16 mg·kg-1，兩者關系擬合方程式為47.585x+17.646（R2=0.395），回歸方程達極顯著水平（經F檢驗，P＜0）。我國優(yōu)質烤煙煙葉硼、鋅含量的適宜范圍［21］分別是10～40、40～60mg·kg-1，帶入擬合方程曲線可得出土壤有效硼含量區(qū)間分別為0.3～1.0、0.4～0.7 mg·kg-1，若同時保障煙葉硼、鋅保持較高含量水平，土壤有效硼含量應在0.6～0.7 mg·kg-1之間。

圖1 土壤有效硼對煙葉硼、鋅含量的影響

2.2.2 土壤有效鋅對煙葉硼、鋅含量的影響

按照2.2.1分組方法，將土壤有效鋅以0.5%的組距劃分，同時分組計算煙葉硼、鋅平均含量。由圖2可知，土壤有效鋅≤4.0 mg·kg-1時，煙葉硼與土壤有效鋅協同增長，之后煙葉硼顯著降低（r=0.356**）。當有效鋅范圍在3.5～4.0 mg·kg-1之間時，煙葉硼含量顯著最高，為29.65 mg·kg-1。兩者關系擬合方程式為=2.074x3+0.260x2-0.039x+9.277（R2=0.361），回歸方程達極顯著水平（經F檢驗，P＜0）。煙葉鋅含量整體隨有效鋅增加而增加（r=0.225**），當有效鋅＜3.5 mg·kg-1時，各區(qū)間煙葉鋅含量差異顯著；當有效鋅＞3.0 mg·kg-1時，煙葉鋅含量變化幅度變小。兩者關系的線性方程為回歸方程達極顯著水平（經F檢驗，P＜0）。按擬合方程曲線可得出煙葉硼、鋅含量均保持相對較高水平的土壤有效鋅含量區(qū)間為3.0～4.0 mg·kg-1。

圖2 土壤有效鋅對煙葉硼、鋅含量的影響

2.3 土壤有效硼、鋅交互對煙葉硼、鋅含量的影響

根據表1、2分布情況，為便于比較土壤有效硼、鋅交互處理對各指標的互作效應，將土壤有效硼分為低（≤0.4 mg·kg-1）、中（0.4～0.7 mg·kg-1）、高（＞0.7 mg·kg-1）3個水平，同理將土壤有效鋅也分為低（≤2.0 mg·kg-1）、中（2.0～3.5 mg·kg-1）、高（＞3.5 mg·kg-1）3個水平。共設置為9個處理B1Zn1（T1）、B1Zn2（T2）、B1Zn3（T3）、B2Zn1（T4）、B2Zn2（T5）、B2Zn3（T6）、B3Zn1（T7）、B3Zn2（T8）、B3Zn3（T9）。

由表3可知，土壤有效硼以T9顯著最高，T1、T2、T3顯著最低；土壤有效鋅以T6、T9顯著最高，T1、T4、T7顯著最低，煙葉硼、鋅含量分別以T9、T6顯著最高，T1、T2、T3顯著最低。由表4可知，土壤有效硼、鋅對煙葉硼有強影響效應，對煙葉鋅有中等影響效應，而兩者互作對煙葉硼、鋅有中等影響效應。將各因素對煙葉硼、鋅的p.η2轉換為百分率，可知有效硼對煙葉硼、鋅變異的貢獻率分別為58.3%、30.5%，有效鋅的貢獻率分別為30.0%、34.5%，互作的貢獻率分別為11.6%、35.0%。

表3 土壤有效硼、鋅交互對煙葉硼、鋅含量的影響 （mg·kg-1）

表4 土壤有效硼、鋅交互下土壤有效硼、鋅及煙葉硼、鋅的p.η2值

2.4 土壤有效硼、鋅交互對煙葉化學成分含量的影響

為尋找煙葉主要化學成分綜合表現相對較好的組合處理，參照前人的研究方法［22］確定各化學成分指標的模糊數學隸屬函數，求出隸屬度；運用層次分析法［23］確定煙堿、總糖、還原糖、總氮、鉀、氯權重分別為27.84%、9.02%、16.72%、18.76%、22.09%、5.57%。并用化學成分可用性指數（Chemical components usability index，CCUI）綜合表征，即2，…，m）。式中，Nij和Wij分別表示第i個樣品的第j個化學成分指標的隸屬度值和對應的權重系數。

由表5可知，T1、T8煙堿含量顯著高于其他處理，T6最低；各處理總糖、還原糖含量差異并不顯著；T7、T5和T2總氮含量顯著高于其他處理，T1、T8相對較低；鉀含量以T6最高，T1最 低，T6較T1顯 著 高30.6%，其 他 處理差異不顯著；氯含量以T2最高，T6最低，T6較T2顯著低42.3%。而T6、T4的煙葉CCUI顯著最高，T1、T2、T3及T7之間差異較小，但均顯著低于其他處理，各處理CCUI整體表現為：T6＞T4＞T8＞T5＞T9＞T3＞T1＞T2＞T7。由表6可知，有效硼、鋅對煙堿、鉀、氯有強影響效應，對總糖、還原糖分別有弱、中等影響效應；而互作對總氮、鉀、氯有強影響效應，對煙堿有中等影響效應。將各因素對CCUI的p.η2轉換為百分率，可知有效硼對CCUI總變異貢獻率為61.5%，有效鋅為9.0%，交互為29.5%。

表5 土壤有效硼、鋅交互對煙葉化學成分含量的影響

表6 土壤有效硼、鋅交互下煙葉化學成分含量的p.η2值

2.5 土壤有效硼、鋅交互對煙葉多酚類物質含量的影響

由表7可知，T1～T3各多酚物質含量相對較低，T6顯著最高，T6多酚總量較T1～T3高36.2%～59.1%，整體表現為中硼或高硼與不同鋅水平處理組合對多酚類物質積累有明顯的促進作用。由表8可知，有效硼對綠原酸、蕓香苷有強影響效應，有效鋅對綠原酸、蕓香苷分別有強、中等影響效應，而互作除莨菪亭外，對其他指標均為中度影響效應。將各因素對多酚總量的p.η2轉換為百分率，可知有效硼對多酚總變異貢獻率為52.9%，有效鋅為33.0%，互作為14.1%。

表7 土壤有效硼、鋅交互對煙葉多酚類物質含量的影響（mg·g-1）

表8 土壤有效硼、鋅交互下煙葉多酚類物質含量的p.η2值

2.6 土壤有效硼、鋅交互對煙葉感官質量的影響

由表9可知，T5、T6煙葉感官質量相對較好，各指標評價得分均高于其他處理，T1～T3整體表現較差。低硼或低鋅交互不利于煙葉感官內在質量的表達，中硼與中或高鋅交互煙葉評吸質量較好。由表10可知，有效硼對感官各指標均表現強影響效應，有效鋅對香氣質、透發(fā)性有強影響效應，對其他指標有中等影響效應，而兩者互作僅對香氣量、透發(fā)性和刺激性有強影響效應。將各因素對感官質量的p.η2轉換為百分率，可知有效硼對感官總變異貢獻率為58.7%，有效鋅為20.2%，互作為21.1%。

表9 土壤有效硼、鋅交互對煙葉感官質量的影響

表10 土壤有效硼、鋅交互下煙葉感官質量的p.η2值

3 討論

3.1 植煙土壤有效硼、鋅含量空間分布

陸良植煙區(qū)土壤有效硼平均值為0.54 mg·kg-1，高于曲靖植煙土壤平均水平（0.46 mg·kg-1）［24］；有效鋅平均值為2.74 mg·kg-1，低于曲靖植煙土壤平均水平（4.37 mg·kg-1）［25］。陸良土壤有效硼、鋅兩者變異系數分別為53.73%、51.17%，表現為不均衡的地域分布，一方面可能與當地地形復雜，多為坡度各異的山地和丘陵有關；另一方面為當地土壤質地和類型多樣，導致基礎肥力存在差異。另外，本研究發(fā)現土壤有效硼、鋅缺乏比例分別有37.30%、33.86%，約占1/3。李強等［6］研究認為，土壤有效硼含量主要受栽培制度、施肥和管理水平等隨機因子的影響；土壤有效鋅則受生態(tài)氣候、土壤母質等結構性和隨機性因子共同作用。而土壤作為一個具有高度空間異質性的變異體［26］，陸良植煙區(qū)優(yōu)質煙葉生產應根據土壤質地、類型、海拔及前茬作物等因素適宜補施硼、鋅等微肥。

3.2 土壤有效硼、鋅及其交互對煙葉硼、鋅的影響

本研究結果表明，土壤和煙葉硼、鋅同一元素間均呈現極顯著的線性回歸關系，與Sharma等［27］認為土壤微量元素對煙葉內相對應元素直接作用系數大，且兩者相關性極顯著的結果一致。而隨著土壤有效硼或有效鋅富集，煙葉硼、鋅含量變化幅度并不明顯。Wang等［28］認為pH值升高會降低土壤鋅的有效性，姚旺等［29］認為隨pH值升高，土壤硼會從B（OH）3向B（OH）4-轉變，土壤對其吸附能力增強，解吸量降低。本研究表明，煙葉鋅隨有效硼含量增加呈先升高后降低的趨勢，煙葉硼與有效鋅表現規(guī)律與之一致，但與趙曉繞等［7］研究結果不同，可能受植煙區(qū)域生態(tài)、土壤類型及烤煙品種等因素影響。另外，中或高有效硼與高有效鋅交互，煙葉硼、鋅顯著最高，并結合擬合回歸方程，當土壤有效硼、鋅含量分別在0.6～0.7、3.0～4.0 mg·kg-1之間，煙葉硼、鋅均能保持在滿足優(yōu)質煙葉需求范圍內的較高含量水平。

3.3 土壤有效硼、鋅交互對煙葉化學成分的影響

煙葉化學成分是煙葉風格和品質特征最終彰顯的內在基礎，協調煙葉各化學指標相對含量是提高煙葉質量的重要措施［30］。本研究表明，T1～T9煙葉總糖、還原糖無顯著差異，鋅對兩糖物質影響效應稍高于硼；低有效硼或鋅交互處理煙葉煙堿、氯含量較高，鉀含量偏低，而中或高有效硼、鋅交互的煙堿、氯含量降幅分別達4.3%～16.5%、13.5%～42.3%，鉀含量升高14.4%～30.6%，與前人研究［31-32］硼或鋅元素有利于降低煙堿、氯，顯著增加煙葉鉀含量結果一致，說明中或高有效硼、鋅交互有助于提升煙株氮代謝酶活性，刺激調控煙株體內鉀素累積及NKT1和NTORK1鉀離子通道基因的表達［33］，抑制了根系對Cl-的吸收。本研究結果顯示，T6煙葉CCUI最高，比低有效硼、鋅交互高9.1%～13.1%，說明中有效硼和高有效鋅交互處理有利于煙葉化學成分及可用性的提升，同時有效硼對煙葉CCUI變異貢獻率達61.5%，高于有效鋅及兩者互作，是影響煙葉CCUI高低的主要因子。

3.4 土壤有效硼、鋅交互對煙葉多酚類物質的影響

多酚類物質是煙葉中重要的次生代謝物質之一，占干重的0.5%～2.5%，其對煙葉外觀質量、煙氣質量和風格起著重要作用［34］。姜慧娟等［35］認為綠原酸、蕓香苷對煙葉香氣質、香氣量有直接正面影響。在多酚氧化酶的作用下，多酚類物質會被氧化為醌類物質，造成煙葉褐變，此時煙葉香吃味變差，雜氣變重［36］。另外，煙葉多酚氧化酶活性與多酚類物質含量呈負相關，低硼或低鋅條件下，多酚氧化酶活性較高［37-39］。董淑君等［40］研究表明，中或高硼、鋅含量水平有利于降低多酚氧化酶活性，避免了多酚類物質轉變?yōu)轷惻c氨基酸及蛋白質聚合發(fā)生棕色化反應，利于煙葉多酚類物質積累及香氣品質的生成。本研究發(fā)現中或高有效硼、鋅交互煙葉綠原酸、莨菪亭、蕓香苷及多酚總量相對較高，印證了上述結論。

3.5 土壤有效硼、鋅交互對煙葉感官評級質量的影響

煙葉感官評吸質量是評價煙葉質量和工業(yè)可用性的重要依據，其質量影響著煙葉原料使用屬性和檔次判定。盧莉芳等［41］、韋鳳杰等［42］研究表明，提高硼或鋅素含量，可顯著改善煙葉的香氣質、香氣量，減輕雜氣和刺激性，提高余味舒適度。本研究結果與前人基本一致，隨土壤有效硼、鋅含量的增加，煙葉感官評吸質量有逐步改善趨勢。另有研究表明，土壤有效鋅與香氣質、香氣量及余味呈顯著正相關，與雜氣、刺激性呈顯著負相關［12］，而硼可與富含羥基的糖類化合物絡合形成帶有電荷并具有極性的硼酯，容易穿過細胞膜并促進糖分運轉［43］，對提升煙香豐滿度、透發(fā)性有積極作用。本文表明若土壤有效硼、鋅含量偏低，煙葉感官評吸質量各指標評分較低，卷煙工業(yè)配方使用性弱，本文以T5、T6的各感官評價指標評分最高，即中硼與中或高鋅交互，同時有效硼對煙葉感官質量總變異貢獻率最大。

4 結論

植煙土壤有效硼總體上偏低，有效鋅相對豐富，兩者均有1/3呈缺乏狀態(tài)，表現出較強的空間變異，而煙葉硼、鋅含量整體處于適宜范圍。土壤有效硼與煙葉硼及土壤有效鋅與煙葉鋅間呈顯著線性回歸關系，隨著土壤有效硼、鋅含量富集，煙葉硼、鋅均呈先升高后降低的變化趨勢。另外，同一水平有效硼含量下提升有效鋅含量，或同一水平有效鋅含量下增加有效硼含量，均有利于提高煙葉多酚類物質含量，協調化學成分，提升感官評吸質量；且有效硼對各成分指標變異貢獻率最大。綜合研究結果表明，在0.6～0.7 mg·kg-1土壤有效硼與3.0～4.0 mg·kg-1有效鋅比例搭配中，煙葉品質最佳。