梅县生态烟叶种植的安全性及质量评价

马 坤，刘素参, 翟鲁文, 冯 勇，陈 鹏，吴有祥，许红庆

(贵州中烟工业有限责任公司，贵州 贵阳 550003)

优质烟叶的“绿色、生态”生产是我国烟草行业的一个重要发展方向，卷烟消费将以减害、安全、无污染等为前提的卷烟产品内在高品质追求[1]，最终回归到对烟草品牌本源的追求。从20世纪90年代开始，有机生产烟叶就在美国、巴西、加拿大等西方烟草生产大国逐步发展起来[2]。国内烟草行业从20世纪90年代末开始注重烟叶安全性的研究，并提出无公害烟叶、绿色烟叶及生态烟叶等研究方向[3]。贵州中烟工业有限责任公司于2008年开始进行了生态烟叶的种植与开发研究。

广东梅州生态环境优良，生产的烟叶香气质好、香气量较足、吃味舒适。烟区是“贵烟”原料调拨核心区之一, 每年烟叶调拨量为2 500 t左右[4-5]，梅州产区烟叶的质量及产量稳定性直接关系到“贵烟”品牌的发展[6-13]。但根据贵州中烟技术中心近几年对梅州烟叶质量监测的反馈情况，梅州烟叶质量和安全性有下降趋势，主要表现在烟叶风格特征弱化、香气变弱、烟气较粗糙、碱含量增高、部分农药残留较高等方面。因此，于2015年起连续3年对广东省梅州市梅县烟叶种植的土壤污染指数、灌溉用水安全性、烟叶农药残留及烟叶内在品质开展评价研究，以期促进梅县烟叶生产与自然环境和谐发展，提高烟叶的可用性和安全性[14-15]，满足“贵烟”品牌对烟叶高品质和安全性的内在需求。

1 材料与方法

1.1 测定样品

1.1.1 土壤样品 土壤样品取自梅县白玉村，土壤为典型植烟土壤，类型为红壤。试验田地势相对平坦，肥力中等，有代表性，灌排方便。土壤基本理化性质为pH 5.75，有机质2.84%，全氮0.19%，全磷0.20%，全钾2.49%，碱解氮169.24 mg/kg，速效磷15.96 mg/kg，速效钾147.79 mg/kg。土壤采样和样品处理按最大代表性的原则，根据《农田土壤环境质量监测技术规范》(NY/T 395—2000)的规定进行。在烟叶种植基地所在区域内按地形地势走向，采用梅花法多点采集土样，采样深度0～20 cm。每个样品由5个分样缩分后组成，采样量1 kg，样品共20份，其中2015年、2016年各7个样品，2017年6个样品。

1.1.2 水样品 根据《农田水源环境质量监测技术规范》(NY/T 396-2000)和《绿色食品产地环境调查、监测与评价技术导则》(NY/T 1054-2006)，在试验点主要灌溉用水水源进行取样，取样时间为烤烟移栽前、移栽期及旺长期。

1.1.3 烟叶样品 品种为云烟87，烟叶分别为生态烟叶样品和常规烟叶样品，生态烟叶样品取自梅县白玉村“贵烟”种植基地(烤烟按照生态农业理念进行种值)，常规烟叶样品取自平远县、蕉岭县、梅县和五华县，共取24个烟叶样品，样品统一随机取C3F等级，烘烤采用密集烘烤工艺。

1.2 仪器及试剂

消煮所用消煮炉为华烨HYP-340(上海纤检仪器有限公司)，原子吸收分光光度计(岛津AA-6300C，日本岛津)，化学试剂级别为分析纯(广州化学试剂厂)，蒸馏水为艾科浦超纯水机(型号AWL-6001-P，重庆颐洋企业发展有限公司)处理的去离子水，金属离子标准液为GSB 04-1742-2004标准溶液标准物质(国家有色金属及电子材料分析测试中心)。气相色谱质谱联用仪Thermo-GC-MS/MS(Thermo TRACE 1310-ISQ)，液相色谱质谱联用仪Thermo-LC-MS/MS(TSQ VANTAGE LC-MS/MS)；农残标准品: 混标150种，浓度为100 μg/mL(北京振翔科技有限公司)。

1.3 样品检测

1) 生态烟样进行农药残留检测，常规烟样取梅州不同县域常规烟叶进行化学成分检测和内在感官鉴定。

烟叶农残含量依据《烟草及烟草制品多种农药残留的测定 第2部分：气相色谱-串联质谱联用法》(YQ/T 47.1-2014)、《烟草及烟草制品多种农药残留的测定 第2部分：高效液相色谱-串联质谱联用法》(YQ/T 47.2-2015)进行检测。烟叶化学成分的测定参照烟草行业标准，采用连续流动法测定总植物碱、总氮、总糖、还原糖、钾、氯含量[10-11]。烟叶化学成分协调性采用《中国烟草种植区划》项目中烤烟化学指标赋值方法，以总植物碱、总氮、还原糖、钾、糖碱比值、氮碱比值和钾氯比值的权重分别为0.17、0.09、0.14、0.08、0.25、0.11、0.09计算烟叶化学成分协调性。因无淀粉值，总分为93分。评价分值越高，化学成分协调性越好。烟叶的内在感官品质按照贵州中烟技术中心单料烟评吸办法及打分规则和赋值权重(加权总分在一般在83分以上符合高端“贵烟”品牌叶组配方需求。

2) 土壤重金属测定按照《土壤环境质量标准》(GB 15618-2008)进行，根据土壤应用和保护目标，将土壤安全性划分为3个等级(表1)。其中，一级标准是保护区域自然生态，维持自然背景的土壤环境质量的限制值；二级标准是保障农业生产，维护人体健康的土壤限制值；三级标准是保障农林业生产和植物正常生长的土壤临界值。根据单项污染指数法和综合污染指数法的计算结果，对测定结果进行分析和评价。

表1 土壤环境重金属含量标准值Table 1 Standard value of heavy metal content in soil environment mg/kg

单项污染指数：Pi=Ci/Si

式中，Pi为单项污染指数，Ci为土壤污染物实测浓度，Si为污染物的评价标准值或参考值。Pi≤1表示无污染；15表示重度污染。

综合污染指数：P综=[(Pimax+Piave)/2]1/2

式中，P综为综合污染指数，Pimax为最大单项污染指数；Piave为平均单项污染指数。根据综合污染指数大小，将土壤质量划分为5个等级(表2)。

3) 灌溉水重金属测定按照《农田灌溉水质标准》(GB 5084-2005)进行检测。其中，pH为5.5～8.5，总汞≤0.001 mg/L，总镉≤0.005 mg/L，总砷≤砷≤0.005 mg/L，总铅≤0.1 mg/L，六价铬≤0.1 mg/L，氟化物≤2.0 mg/L。

1.4 数据处理

采取SPSS 20.0和Excel 2010进行数据记录及分析。

表2 土壤综合污染指数分级标准Table 2 Comprehensive soil pollution index grading standard

2 结果与分析

2.1 土壤重金属含量

由表3可知，以一级标准为参考，6个重金属指标均在适宜范围内。其中，镍平均含量为9.555 mg/kg，铬平均含量为42.215 mg/kg，汞平均含量为0.111 mg/kg，铅平均含量为21.16 mg/kg，镉平均含量为0.143 mg/kg，砷平均含量为8.848 mg/kg，均远低于一级限量标准；各重金属含量相应的最大值也均在一级限量标准内。对土壤环境重金属含量进行极差分析结果(表4)表明，不同土壤样品重金属含量的极差、标准误及标准差均较小，说明土壤样品均衡度好，符合生态烟种植的需求。

表3 梅县白玉村植烟土壤环境重金属含量Table 3 Heavy metal content in test soil environment in baiyu of Meixian mg/kg

表4 梅县白玉村植烟土壤重金属含量的极差分析结果Table 4 The range analysis of heavy metal content in test soil environment in baiyu of Meixian

2.2 土壤污染指数

由表5可知，6种重金属的Pi值均小于1，说明所取的土壤样品无污染，符合生态烟的种植要求。由表6可知，镍、铬和砷的金属单项污染指数的平均值、最大值和综合污染指数均小于0.7，其污染等级为Ⅰ级清洁(安全)，对生态烟种植无影响。铅金属单项污染指数最大值为0.72，比Ⅰ级污染仅高出0.02，属于Ⅱ级污染尚清洁(警戒线)，对种植影响较小。汞金属单项污染指数平均值为0.74，最大值为0.93，综合污染指数为0.84，也属于Ⅱ级污染尚清洁(警戒线)，对种植影响较小。镉金属的综合污染指数为0.76，属于尚清洁(警戒线)，对生态烟种植影响同样较小。从土壤镉金属摄入的途径看，矿产开发造成的环境污染和灌溉水污染均会造成土壤中镉金属的累积，同时磷肥的施用也可能在一定程度上造成土壤中镉金属的累积[16-20]。

表5 梅县白玉村植烟土壤重金属含量的单项污染指数Table 5 The single pollution index of heavy metal content in test soil environment in baiyu of Meixian

表6 梅县白玉村植烟土壤重金属含量的综合污染指数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，以国家农田灌溉水污染物标准为参考，6个测定指标中，各样品各指标差异不大，均值和最大值均在适宜范围内。污染物含量指标均符合生态烟种植标准，低于国家农田灌溉水污染物标准，适合生态烟种植灌溉水使用。

2.4 灌溉用水污染指数

由表9可知，各指标Pi均低于1，属于无污染级别。由表10可知，汞、砷、铅和六价铬含量的单项污染指数平均值(Piave)、最大值(Pimax)和综合污染指数(P综)均小于0.7，其污染等级为Ⅰ级清洁(安全)，对种植生态烟无影响。氟化物的Piave、Pimax和P综均大于0.7，最大值为0.98，但均小于1，属于Ⅱ级污染尚清洁(警戒线)，对种植影响小。重金属镉的Piave、Pimax和P综均小于标准0.7，属于Ⅰ级清洁(安全)，符合国家农田灌溉水相关的要求。说明烟地灌溉水中6种污染物的含量均在适宜范围内，符合国家标准《绿色食品产地环境技术条件》(NY/T 391-2000)中《农田灌溉用水中各项污染物的浓度限值》的有关规定，属于无污染级别，符合生态烟种植要求。

表7 不同取样时间灌溉用水污染物的测定结果Table 7 Determination of pollutant in test irrigation water of different time mg/L

表8 灌溉用水污染物极差分析结果Table 8 Statistical description of pollutant in test irrigation water mg/L

表9 不同取样时间烟地灌溉用水污染物的单污染指数Table 9 The single pollutant index of test irrigation water of different time

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

2.5 烟叶中的农药残留

从表11看出，24个样品中绝大部分农药残留未检出，仅有极微量的异恶草酮、增效醚和仲丁灵残留在少数样品中，远低于《烟叶农药残留最大残留限量》(YQ 50-2014)的最大限定值规定。在所检测的123种农药残留中，国家标准《有机产品》(GB/T 19630.1-2005)仅对氯氰菊酯和溴氰聚酯2种农药残留限量有相关标准限值，此次针对该2项农药残留的检测结果均为0。因此，梅州生产的生态烟叶达到国家相关有机产品对农药残留的限量标准，符合“贵烟”品牌对生态烟叶安全性的高标准需求。

表11 生态烟种植农药残留Table 11 Pesticide residues in Ecological Tobacco 100 μg/mL

2.6 烟叶的化学成分及协调性

由表12和表13可知，梅州不同县域烟叶化学成分中烟碱、总氮、钾含量较为适宜，但总糖、还原糖含量都较高。根据《中国烟草种植区划》项目中烤烟化学指标赋值方法，在协调性得分上，烟碱、总氮、钾、糖碱比、氮碱比、钾氯比单项指标得分也较高，而还原糖协调性得分较低。但对比不同县域常规烟叶和生态烟叶发现，梅县生态烟叶化学成分协调性得分较高，达80分以上。按照《全国烤烟烟叶香型风格区划》，梅州烟区属于武夷山地清甜蜜甜香型，其烟叶化学成分为高糖特征。在评价烟叶质量的权重上，化学成分评价仅是一方面，权重为20%，所以化学成分中还原糖得分较低并不能以此判定该区烟叶质量差。

表12 梅州不同县域烟叶的化学成分含量Table 12 Analysis of chemical composition of tobacco leaves in different counties of Meizhou

表13 梅州不同县域常规烟叶及生态烟叶的化学成分含量及协调性评分Table 13 Coordination of chemiral constituents of tobacco leaves and ecological tobacco leaves in different counties of Meizhou

2.7 烟叶的内在感官品质

从表14看出，梅县烟叶的品质基础最好，其常规烟叶香气质较好，香气量较足，吃味舒适，杂气、刺激较小，内在感官质量评分较高，加权总分为85.4分和84.10分；五华县的次之，平远县最差。而相较于梅县常规烟叶，梅县生态烟叶内的在品质更优，香气质好，吃味舒适，杂气、刺激小，烟气优雅细腻，甜感较好，符合高端“贵烟”品牌对于于梅州烟叶的特色优质烟叶原料质量需求。

表14 梅州不同县域烟叶的内在感官质量评分Table 14 Evaluation of inherent sense quality of tobacco and ecological tobacco in different counties

注：加权总分=(香气质×0.7+香气量×0.05+吃味×0.15+杂气×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 结论与讨论

烟叶生产的生态环境的优异直接影响着烟叶安全性及品质，而土壤和灌溉用水的重金属含量等是判定烟叶生态环境优异的重要指标。随着工业化、城市化和农业集约化的发展，我国土壤重金属污染问题日益严重，已成为影响土壤环境质量的主要因素[16-17]。重金属进入土壤后不易被降解，且易被农作物吸收，继而通过食物链危害人体健康[18]。烟草对土壤中Cd、Pb等重金属具有较强的生物富集性，Cd、Pb等易在烟草体内积累[19-22]。卷烟中的一少部分重金属能通过抽吸过程中的主流烟气进入人体[23-26]，从而对人体带来危害。而烟叶中农药残留也会向卷烟主流烟气中迁移而进入人体，若长期在人体内蓄积滞留会引发慢性中毒，危害人体健康。因此，只有达到土壤一级标准和灌溉用水无污染级别等级，才具备开发生态烟叶的基础和前提。本研究结果表明，梅县烟区土壤及灌溉用水重金属含量均远低于一级限量标准，各项重金属单一污染指数Pi值均小于1，属于无污染级别；灌溉用水测定的7种污染物中，各指标的Pi均低于1，属于无污染级别，低于国家农田灌溉水污染物标准，说明梅县烟区土壤及灌溉用水整体安全性较高，能满足贵州中烟在梅县基地进行生态烟叶开发的安全性需求。另外，根据梅县烟区生态条件资料，梅县生态环境优良，植烟地区森林覆盖率高达73.6%，自然条件较好，气候温度适宜，是烤烟生长适宜区，具备生态烟叶种植的基本条件。

研究也对比了常规烟叶和生态烟叶在化学成分和内在感官品质的差异，与前人研究结果基本一致。相比于常规烟叶，生态烟叶的质量优势不仅体现在叶面结构疏松，身份适宜，油分较足；其化学成分较为适宜，比例较为协调；内在感官品质上香气风格更为凸显，吃味柔绵醇和，口感愉悦清甜，余味干净舒适，杂气、刺激性相对较轻[27]。

综上所述，梅县植烟土壤达一级标准，灌溉用水属于无污染级别，其生态环境良好，具备生产、开发生态烟叶的基础和潜力；其生态烟叶安全性高，化学成分协调性好，内在感官品质较优，符合高端“贵烟”品牌对于梅县生态烟叶的质量和安全性需求。