气候与土壤因子对烟叶特征物质的影响

陈 懿，潘文杰，李章海，陈 伟，李洪勋，张纪利

（1.贵州省烟草科学研究所，贵阳 550081；2.中国科学技术大学烟草与健康研究中心，合肥 230051）

生态因子对烟叶风格特色形成有重要作用，特定生态条件是特色烟叶形成的基础。在明确贵州不同地域综合生态因子对烟叶特色影响的前提下，研究气候、土壤中单一因子对特色烟叶特征基础物质的影响，为特色烟叶的形成机理提供理论依据。与化学成分达到显著相关的气象因子为 5—8月的气温，其中5、8月气温为化学成分的促进因子，而6、7月气温为限制因子。在化学成分因子中，烟碱和还原糖对气候条件反应最为显著，且都表现为正相关[1]。海拔增加，中、上部烟叶的总糖和氯含量增加，而烟碱含量降低。气象因子中，对烟叶化学成分影响最大的因素是6月份的日照时数、7月份的降水量和气温。土壤养分中，硝态氮含量与上部烟叶的烟碱、总氮、蛋白质含量呈正相关；速效钾含量与中、上部烟叶钾含量呈正相关[2]。关于气候、土壤因子对烟叶化学成分的影响研究很多，但将气候、土壤因子同时作试验因子设计的小区试验未见报道，这样可以减少取样品种、栽培措施不同给多元线性回归分析造成的误差，同时可以直接分析两因子对烟叶特征物质的贡献率大小。在贵州3个烟叶产地，互换土壤，结合打破犁底层的栽培措施，通过两因素方差分析和多元线性回归分析（逐步法），研究气候、土壤因子对烟叶特征物质的影响。

1 材料与方法

1.1 试验时间、地点

本研究田间试验于 2009年在贵州省威宁县、天柱县、开阳县进行。具体试验点位置：威宁县牛棚镇鱼塘村，北纬 27°06'40.8"，东经 103°48'57.3"，海拔2111 m；天柱县社学乡平甫村，北纬26°57'15.1"，东经109°15'30.1"，海拔640 m；开阳县龙岗镇贵州省烤烟良种繁育基地，北纬26°52'24.8"，东经107°06'40.8"，海拔 1130 m。

1.2 试验地概况

威宁试验点缓坡地貌，灰泡黄泥土，前作玉米。天柱试验点丘陵地貌，黄泥土，前作烤烟。开阳试验点丘陵地貌，黄泥土，前作玉米。

1.3 试验材料

1.3.1 烤烟品种 云烟85，试验种子由贵州省烤烟良种繁育基地提供。

1.3.2 供试土壤 威宁、天柱试验点均采用试验点当地土壤及开阳试验点土壤。开阳试验点采用试验点当地土壤、威宁试验点土壤及天柱试验点土壤。

1.3.3 肥料 采用贵州省金福责任有限公司提供的烤烟专用复合肥，其中基肥 m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)＝ 10∶10∶25，专用追肥m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)＝13∶0∶26。采用贵州省烟草科学研究所统一采购的油枯。

1.4 试验方法

1.4.1 试验设计 开阳点设4个处理，每个处理3次重复，共12个小区，随机区组排列。处理1：天柱土壤；处理 2：威宁土壤；处理 3：开阳土壤，耕作层、犁底层与下层土壤保持原状（未打破犁底层）；处理4：开阳土壤，耕作层与犁底层分层挖出后，再依序填入（打破犁底层）。

威宁、天柱点设3个处理，每个处理3次重复，共9个小区，随机区组排列。处理1：开阳土壤；处理 2：当地土壤，耕作层与犁底层分层挖出后，再依序填入（打破犁底层）；处理3：当地土壤，耕作层、犁底层与下层土壤保持原状（未打破犁底层）。

1.4.2 试验过程 所选试验地能较好代表当地典型生态特色的山地，土壤肥力中等，肥力均匀一致。按长5.2 m、宽3 m、深0.5 m挖坑。将需要置换土壤的耕作层与犁底层分开，运往相应试验点，同时分层依序填入对应点运回土壤。分层依序回填土壤之前，在坑四周铺上较厚的塑料膜。试验正区移栽前一周顺坡起垄，土粒细碎，垄高25 cm，垄距1 m，垄长5.2 m，各小区共3行，两侧再起保护垄两行。移栽密度1280株/667m2，行距1 m，株距0.52 m。施纯氮6 kg/667m2，油枯20 kg/667m2。含4.2 kg纯氮的复合基肥和油枯移栽时窝施，含1.8 kg纯氮的复合追肥在栽后20 d窝施。移栽时间为当地最佳移栽期，同一上午完成移栽过程。当50%烟株达盛花期时一次性打顶，有效留叶数为20片。

1.5 样品及气象数据采集

1.5.1 土壤样品 各试验点在移栽前取各处理土壤样品1 kg，风干备测。

1.5.2 烟叶样品 各试验点在烘烤结束后按处理、部位进行取样。

1.5.3 气象数据 采用当地气象局提供的 2009年气象资料。

1.6 测定指标及方法

1.6.1 光照强度测定 每天上午 9∶30—10∶00 用照度计 JD-3在接近试验田并无障碍物区域测定自然光照强度，连续测3次，取平均值并记录。

1.6.2 腺毛分泌物的提取、分析方法 将烟样称重，然后在装有1000 mL二氯甲烷的3个烧杯中浸洗4次，每浸一次在溶剂中停留2 s。待二氯甲烷挥发后，再在第二、三只烧杯中重复浸洗，每次浸洗时叶片倒顺提取（即上次最后提取的叶片首先被浸洗）。3次提取完成后，将含有腺毛分泌物的溶剂过滤到平底烧瓶内（滤纸内放无水硫酸钠 50 g），过滤漏斗、烧杯和滤纸均用二氯甲烷冲3次以上。然后将浸提液转移至旋转蒸发仪中，在40℃下浓缩，最后移入琥珀色瓶中，定容至10 mL，置于0℃左右暗处备测。用芳樟醇作内标，提取定容的烟叶腺毛分泌物提取浓缩物2 mL，加入1内标，再浓缩至1 mL，用GC和GC/MS进行分析。

1.6.3 土壤样品测定 土壤样品送贵州省农业科学院测定。

1.6.4 烟叶样品化学成分测定 烟碱、总氮、总糖、还原糖、钾由AA3连续流动分析仪测定。

1.7 统计分析

利用SPSS 17.0软件进行两因素方差分析和多元线性回归分析（逐步法）。

进行两因素方差分析时，指定的固定因子分别为气候因子、土壤因子。气候因子3水平，分别代表威宁气候、天柱气候、开阳气候。土壤因子3水平，分别代表威宁土壤、天柱土壤、开阳土壤。

对30个样本进行多元线性回归分析（逐步法）。针对气候因子作回归分析的自变量包括5—8、5、6、7、8月各时段均温、总降雨量、总日照时数及6月23日—8月12日光照强度。针对土壤因子作回归分析的自变量包括全氮、氨态氮、硝态氮、全磷、有效磷、全钾、硝酸提取钾、缓效钾、有效钾、有效硼、有效铜、有效锌、有效锰、有效铁、水溶性氯、有效硫、阳离子交换量、有机质含量、pH。

2 结 果

2.1 不同气候与土壤条件下烟叶特征物质含量

2.1.1 上部叶特征物质含量 威宁气候下烟株上部叶6种特征物质含量变化均较小，天柱气候下烟株上部叶腺毛分泌物含量差异相对较大，开阳气候下烟株上部叶总糖、还原糖含量不稳定。威宁土壤烟株上部叶6种特征物质含量变化均较小，天柱土壤烟株上部叶总糖、还原糖、总氮及腺毛分泌物含量差异相对较大，开阳土壤烟株上部叶腺毛分泌物含量极不稳定（表1）。

2.1.2 中部叶特征物质含量 威宁、天柱及开阳气候下烟株中部叶6种特征物质含量变化均较小。威宁、开阳土壤烟株中部叶腺毛分泌物含量不稳定，天柱土壤烟株中部叶总氮、腺毛分泌物含量差异相对较大（表2）。

2.1.3 下部叶特征物质含量 威宁、天柱及开阳气候下烟株下部叶6种特征物质含量变化均较小。威宁、开阳土壤烟株下部叶腺毛分泌物含量不稳定，天柱土壤烟株下部叶烟碱、总氮及腺毛分泌物含量差异相对较大（表3）。

2.2 气候与土壤因子对烟叶特征物质含量的影响

由表4可以看出，两因子对各部位烟叶烟碱、总糖、还原糖、总氮以及腺毛分泌物含量的主效应趋势一致，呈现为气候因子大于土壤因子，表明气候因子对各部位烟叶烟碱、总糖、还原糖、总氮以及腺毛分泌物含量的贡献率大于土壤因子。气候因子对各部位烟叶烟碱、总氮以及腺毛分泌物含量的主效应达0.05的显著水平。土壤因子对中部烟叶烟碱含量的主效应达0.05的显著水平。两因子对各部位烟叶钾含量的主效应趋势一致，呈现为土壤因子大于气候因子，表明土壤因子对各部位烟叶钾含量的贡献率大于气候因子。土壤因子对中、下部烟叶钾含量的主效应达0.05的显著水平。

表1 不同气候与土壤条件下烟株上部叶特征物质含量Table1 Characteristic material contents in the upper leaves under the condition of different climate and soils

表2 不同气候与土壤条件下烟株中部叶特征物质含量Table2 Characteristic material contents in the middle leaves under the condition of different climate and soils

表3 不同气候与土壤条件下烟株下部叶特征物质含量Table3 Characteristic material contents in the lower leaves under the condition of different climate and soils

表4 主体间效应的F检验Table4 F tests of main effects

2.3 影响烟叶特征物质含量的因子分析

由表5可以看出，6个模型回归系数均具有显著意义，建立的回归方程依次为：烟碱=6.695-0.204*5—8月均温，总糖=17.728+0.075*6月总降雨量，还原糖=6.653+0.154*6月总日照时数，总氮=6.507-0.031*7月总日照时数，钾=2.227-0.407*土壤全氮含量，腺毛分泌物=-718.645+1.974*5至8月总降雨量。上述回归方程表明，5—8月均温在气候因子中对烟叶烟碱含量的贡献率最大，表现为负相关关系；6月总降雨量在气候因子中对烟叶总糖含量的贡献率最大，互为正相关；6月总日照时数在气候因子中对烟叶还原糖含量的贡献率最大，互为正相关；7月总日照时数在气候因子中对烟叶总氮含量的贡献率最大，表现为负相关关系；5—8月总降雨量在气候因子中对烟叶腺毛分泌物含量的贡献率最大，互为正相关；土壤全氮含量在土壤因子中对烟叶钾含量的贡献率最大，表现为负相关关系。

表5 回归系数估计Table5 Estimation of regression coefficients

3 讨 论

3.1 气候与土壤因子对烟叶腺毛分泌物含量的影响

气候因子对各部位烟叶腺毛分泌物含量的贡献率大于土壤因子。5—8月总降雨量在气候因子中对烟叶腺毛分泌物含量的贡献率最大，呈现正相关关系，这间接表明，水分条件对烟叶腺毛分泌物形成的影响大于光照条件、气温条件，若要增加腺毛分泌物含量，烟株整个生育期需适度充足的水分。本研究与齐永杰等[3]报道的结果相似，成熟期轻度干旱，烟株生育期延长，腺毛脱落较少，腺毛密度高于常规栽培处理，但成熟期轻度干旱不利于西柏三烯二醇、高级脂肪烃和茄酮等致香物质的形成和转化，烤后烟叶香吃味不如常规栽培处理；烤烟生长发育的任一时期严重干旱，或全生育期干旱都对香气物质的形成有不良影响。

3.2 气候与土壤因子对烟叶烟碱、总氮、还原糖及总糖含量的影响

气候因子对各部位烟叶烟碱、总氮、还原糖及总糖含量的贡献率大于土壤因子。丁根胜等[4]研究发现，在一定范围内，平均气温升高、降水量减少、日照时数增多有利于碳水化合物的积累，而不利于含氮化合物的积累。该结论大部分在本研究中得到验证：5—8月均温在气候因子中对烟叶烟碱含量的贡献率最大，表现为负相关关系；7月总日照时数在气候因子中对烟叶总氮含量的贡献率最大，表现为负相关关系；6月总日照时数在气候因子中对烟叶还原糖含量的贡献率最大，呈现正相关关系；6月总降雨量在气候因子中对烟叶总糖含量的贡献率最大，呈现正相关关系。6月正值烟株进入快速营养生长阶段，烟叶正值功能旺盛期，在氮素供应水平一定的情况下，随着日照时数、降雨的适量增加，烟株光合作用加强，烟叶碳的固定及转化代谢也相应加强，最终烟叶碳的积累增加。氮代谢的关键酶NR活性随着生长发育进程的推进而降低，在正常情况下，移栽后60 d左右快速下降并降至稳定状态[5]。在烟叶生长发育和成熟过程中，烟叶总氮和蛋白质含量呈逐渐下降趋势，表明氮代谢在烟叶生长和成熟过程中逐渐减弱[6]。7月烟株进入烟叶成熟阶段，日照时数增加至某种程度，可能加剧烟叶硝酸还原酶活性的快速下降，烟叶由以氮代谢为主进入以碳的积累代谢为主的阶段。

3.3 气候与土壤因子对烟叶钾含量的影响

土壤因子对各部位烟叶钾含量的贡献率大于气候因子。土壤全氮含量在土壤因子中对烟叶钾含量的贡献率最大，表现为负相关关系。农作土的全氮量取决于作物氮素吸收、雨水淋刷、田间挥发与施肥、生物固氮、作物残体还田之间的收支平衡。土壤中氮形态可分为有机氮和无机氮，有机氮占全氮量的98%，其中水溶性有机氮容易水解释放铵离子，成为作物最大潜力速效氮源。速效钾进入黏土矿物晶层转化为非交换性钾，称土壤钾固定。由于铵离子的直径和钾离子的直径相近，在黏土矿物晶格中的固定机制也类似，因此成为影响土壤钾素释放、固定的重要因素之一。一般认为，铵态氮肥可以提高土壤钾素的有效性，但Singh B、Singh A P[7]的研究结果却表明，土壤钾素的有效性随铵态氮肥用量的增加而降低。也有人认为，大量施用铵态氮肥后，晶层间的钙镁离子被代换，使钾紧闭在孔穴内，非交换性钾的释放能力降低[8]。因此当土壤矿物组成、土壤速效钾含量接近的情况下，土壤全氮尤其水溶性有机氮含量与土壤供钾能力可能互为消长，进而影响烟叶钾含量。

[1]李天福，王彪，杨焕文，等.气象因子与烟叶化学成分及香吃味间的典型相关分析[J].中国烟草学报，2006，12（1）：23-26.

[2]石俊雄，陈雪，雷璐，等.生态因子对贵州烟叶主要化学成分的影响[J].中国烟草科学，2008，29（2）：18-22.

[3]齐永杰，徐锦锦，梁伟.干旱胁迫对烟草腺毛密度及叶面分泌物的影响[J].广东农业科学，2008（6）：39-41.

[4]丁根胜，王允白，陈朝阳，等.南平烟区主要气候因子与烟叶化学成分的关系[J].中国烟草科学，2009，30（4）：26-30.

[5]Weybrew J A, Wanismail W A, Long R C.The cultural management of flue-cured tobacco quality[J].Tobacco International, 1983, 185(10)∶ 82-87..

[6]董惠萍.不同施肥量对烤烟烟叶氮碳代谢的影响[J].云南农业大学学报，1992（4）：237-243.

[7]Singh B, Singh A P.Fixation of Potassium in soil as affected by an ammoniacal fertilizer[J].Soil Science Society of India Journal, 1979, 27(3)∶ 272-276.

[8]谢建昌.土壤钾素研究的现状和展望[J].土壤学进展，1981（1）：1-16.