土壤质地和氯含量对烤烟叶片区位化学成分的影响

王东旭，武云杰，曾 超，赵明阳，余海涛，周 军，薛子钟，刘 流，叶协锋，张锦韬

（1. 河南农业大学 烟草学院/国家烟草栽培生理生化研究基地/烟草行业烟草栽培重点实验室，河南 郑州 450002；2. 南阳市烟草公司邓州市分公司，河南 邓州 474150；3. 湖南中烟工业有限责任公司，湖南 长沙 410007；4. 河南省烟草公司南阳市公司，河南 南阳 473000）

烟叶原料是卷烟工业的基础，随着市场消费需求的转变以及行业高质量发展的要求，卷烟工业对烟叶原料的品质需求更加具体化与个性化[1⁃2]。烟叶的化学成分是形成烟叶风格及品质特色的重要物质基础，其协调性对于烟叶风格的彰显具有重要作用，直接影响烤烟的工业可用性和卷烟生产的安全性[3⁃4]。烤烟在生长发育过程中，由于其地理环境、茎叶夹角、营养运输、光照条件等因素的影响[5⁃7]，导致同一叶片不同区位的化学成分存在较大差异。研究发现，即使等级高的烟叶也存在品质相对较差的区位[1]，使得这类烟叶在叶组配方中常被降级使用，其风格特征得不到充分彰显，造成上等烟原料减少甚至浪费[8⁃10]。近年来，国内科研人员对烤烟单叶片采用不同的分区方法[11⁃12]进行叶片区位间化学成分分析，发现烟叶化学品质在不同区位间呈现显著差异[13⁃14]。氯是烟叶生长所必需的元素，其含量过高或过低均会对烟叶品质造成不利影响。我国高氯烟区主要集中在河南烟区，高氯已成为制约河南烟区烟叶品质的重要因素，烤烟对氯的吸收主要来源于土壤，通过施肥等传统栽培技术手段降低烟叶氯含量逐渐陷入瓶颈[15⁃17]；此外，有研究表明，氯与烟叶中的蛋白质、烟碱、糖含量关系密切[18]，但增施氯肥对烟叶化学成分的影响结果并不统一[19⁃20]。因此，进一步加强烟区氯素营养的研究十分必要。基于前人关于烤烟叶片区位的研究结果，选取南阳邓州砂壤土和黏土2 种主要土壤质地，设置不同氯含量处理并对烤后烟叶进行分区测定，旨在探明土壤质地和土壤氯含量对烤烟叶片不同区位化学成分的影响，为高氯烟区优化种植布局和工业企业精准使用烟叶原料、提高烟叶原料配方的适配性提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验设计

试验于2020年在河南省邓州市开展，参照美国农业部质地分类标准确定土壤质地[21]，分别选择张村镇贾桥村（32.82°N，111.90°E）砂壤土（S）和彭桥镇丁南村（32.60°N，111.83°E）黏土（N）2 种土壤质地，试验开展前测定试验地的土壤理化性状，在2种土质下选取基础氯含量较低的烟田开展试验，试验地点地势较平坦，土壤基础理化性状见表1。供试烤烟品种为云烟87。

表1 供试土壤基础理化性状Tab.1 Basic physical and chemical properties of tested soil

采用分析纯CaCl2和MgCl2按照1∶1的比例在移栽前对土壤氯含量进行补充，使砂壤土和黏土0～20 cm 土壤氯含量分别达到30 mg/kg（T1）、45 mg/kg（T2）、60 mg/kg（T3）。由于砂壤土试验点土壤基础氯含量较低，为12.62 mg/kg，故补充至15 mg/kg（T0）进行研究。黏土试验点基础氯含量普遍较高，为30.13 mg/kg，故设为T1处理进行试验，不再补充氯。试验地施纯N 60 kg/hm2，N∶P2O5∶K2O配比为1∶1.5∶3，基追肥比7∶3，氯肥与基肥一同施入。两处试验田均在2020年4月11日进行烤烟移栽，采用小苗膜下移栽，于5月上旬揭膜，砂壤土和黏土试验地打顶时间分别为移栽后65 d 和67 d。采用随机区组设计，每处理小区面积为66.67 m2，重复3 次，行株距120 cm×50 cm，小区四周设保护行，其他大田管理参照当地优质烟叶生产技术方案进行。

1.2 试验方法

在烟叶采收前，每个小区标记30 株烟，并对下部叶（自下向上数2～4 片）、中部叶（自下向上数9～11 片）和上部叶（自下向上数16～18 片）指定叶位进行标记。烟叶成熟后，采收标记叶片进行烘烤，选取X2F、C3F、B2F 烟叶进行区位划分（图1）。每小区选取各等级烟叶10 片，去除主脉，每片烟叶划分为30 个部分，主脉两侧相同区位合二为一，共划分15 个区位。横向分为3 条区位带，分别为近主、近中、近缘；纵向分为5 条区位带，分别为叶基、近基、叶中、近尖、叶尖。由于烟叶在实际中并不完全按主脉对称，横向划分时将叶脉至叶片最宽处进行三等分，纵向划分时将叶柄去除进行五等分。

图1 烟叶区位划分图Fig.1 Diagrammatic sketch of tobacco location division

按照处理和烟叶等级，将各个叶片同一区位混合，置于60 ℃烘箱内烘干，粉碎、研磨后过0.42 mm孔筛。分别采用烟草行业标准方法YC/T 159—2019、YC/T 160—2002、YC/T 217—2007、YC/T 162—2011 测定烟叶水溶性糖（总糖和还原糖）、烟碱、钾、氯含量。

1.3 数据处理

采用Microsoft Excel 2017 进行数据处理，Origin 2018 统计分析软件进行数据分析和制图，制图时颜色变化根据其极值进行线性排列。

2 结果与分析

2.1 烤烟叶片不同区位常规化学成分分析

2.1.1 氯含量 由图2 可以看出，砂壤土和黏土2种土壤质地上烟叶区位间的氯含量呈现从叶片基部到叶尖逐渐下降、从近主到近缘逐渐下降的规律，各处理烟叶同一区位的氯含量随土壤氯含量的增加而增大。2 种土壤质地各处理烟叶氯含量均在近主-叶基区位最高、近缘-叶尖区位最低；相同水平土壤氯含量下，烟叶相同区位的氯含量整体表现为黏土高于砂壤土。下部叶中，NT1—NT3 处理叶片近主-叶基区位氯含量均相应高于ST1—ST3 处理，且ST1 与NT1、ST2 与NT2 处理该区位氯含量差异显著，中部叶和上部叶中各区位氯含量也存在着差异，但不同区位氯含量在烟叶整体中的差异小于下部叶。

图2 烤烟叶片不同区位氯含量Fig.2 Chloride ion content in different locations of flue-cured tobacco leaves

2.1.2 钾含量 由图3 可知，烟叶各区位间钾含量呈现从叶片基部到叶尖逐渐下降、从近主到近缘逐渐下降的规律。砂壤土中，各部位钾含量在近主位置表现为ST2 处理较高，ST0 处理较低；黏土中烟叶相同区位钾含量均随土壤氯含量的增加而增加。相同水平土壤氯含量下，叶片相同区位钾含量总体上表现为黏土高于砂壤土。

图3 烤烟叶片不同区位钾含量Fig.3 Potassium ion content in different locations of flue-cured tobacco leaves

2.1.3 烟碱含量 根据图4 所示，烟叶各区位间烟碱含量整体表现为近缘-叶尖区位较高，近主-叶基区位较低，分布规律与钾、氯含量相反，并且烟叶不同区位烟碱含量在2种土壤质地中均呈现随土壤氯含量增加而增加。下部叶中，各区位间烟碱含量整体以NT3 处理最高，NT1、NT2 处理近缘-叶尖区位的烟碱含量分别相应显著高于ST1、ST2 处理；中部叶中，NT1—NT3 处理近缘-叶尖区位的烟碱含量相应较ST1—ST3 处理提高29.11%、25.19%、25.18%；上部叶中，当土壤氯含量相同时，2种土壤质地中烟叶近缘-叶尖区位的烟碱含量无显著差异。

图4 烤烟叶片不同区位烟碱含量Fig.4 Nicotine content in different locations of flue-cured tobacco leaves

2.1.4 还原糖及总糖含量 如图5 所示，2 种土壤质地烟叶各区位间还原糖和总糖含量在纵向区位带上整体呈现从叶基到叶尖逐渐升高的趋势，横向区位带上整体以近中位置最大，近缘位置最小；砂壤土中烟叶还原糖和总糖含量在不同部位叶片中总体呈现上部叶>中部叶>下部叶的规律，而黏土中以上部叶居高。当2 种土质氯含量相同时，砂壤质地烟叶同一区位还原糖和总糖含量均明显高于黏土质地。

图5 烤烟叶片不同区位还原糖及总糖含量Fig.5 Content of reducing sugar and total sugar in different locations of flue-cured tobacco leaves

2.2 土壤氯含量对不同土壤质地烤烟叶片横纵向区位带化学成分及协调性的影响

2.2.1 横向区位带 如图6 所示，当土壤氯含量相同时，砂壤土上烤烟中部叶各横向区位带中氯、钾、烟碱含量均低于黏土，而还原糖、总糖含量以及钾氯比、糖碱比则高于黏土。除ST0处理外，砂壤土上各处理烟叶不同横向区位带间氯含量差异均不显著，在黏土中则表现为近缘带与近主带差异显著。除ST3 处理外，相同处理烟叶不同横向区位带间钾含量均差异显著；除ST0 处理外，2 种土壤质地上烤烟中部叶烟碱含量均表现为近缘带显著高于近主带；同水平土壤氯含量下，砂壤土各横向区位带中钾氯比、糖碱比均大于黏土，且钾氯比、糖碱比随土壤氯含量升高呈下降趋势。

图6 土壤氯含量对不同土壤质地烤烟中部叶横向区位带化学成分及协调性的影响Fig.6 Effects of soil chlorine content on chemical composition and coordination of transverse location zone of middle leaves of flue-cured tobacco in different texture soils

2.2.2 纵向区位带 如图7 所示，当土壤氯含量相同时，2 种土壤质地烤烟中部叶纵向区位带的化学成分差异表现与横向区位带表现相同。除叶尖带外，NT1—NT3 处理烤烟其他纵向区位带间氯含量无显著差异；烤烟钾含量仅ST3 处理表现为叶尖带显著低于其他纵向区位带；各处理烤烟叶基带烟碱含量显著低于叶尖带；除ST0处理外，还原糖和总糖含量在其他处理中均表现为叶基<近基<叶中<近尖<叶尖。除ST2处理外，其他各处理纵向区位带的钾氯比及糖碱比均无显著差异，且随土壤氯含量升高，2种土壤质地中烟叶钾氯比和糖碱比均逐渐降低。

图7 土壤氯含量对不同土壤质地烤烟中部叶纵向区位带化学成分及协调性的影响Fig.7 Effects of soil chlorine content on chemical composition and coordination of longitudinal location zone of middle leaves of flue-cured tobacco in different texture soils

2.3 土壤氯含量对不同土壤质地烤烟化学成分的影响

由图8 可知，对上、中、下部烟叶共15 个区位进行统计分析，各处理化学成分平均值均与中位数表现一致，且施氯能够促进烤烟烟碱、钾、氯的积累，减少还原糖及总糖的积累。在烤烟各部位中，烟碱、还原糖、总糖含量表现为上部叶>中部叶>下部叶的规律，氯含量表现为下部叶>中部叶>上部叶，钾含量在下部叶中最低，在中部叶和上部叶中差异不明显。当2 种土质氯含量相同时，黏土质地上烤烟各部位烟叶烟碱、氯和钾含量均高于砂壤质地，而还原糖和总糖含量则低于砂壤质地。中部叶烟碱平均含量表现为NT3>NT2>NT1>ST3>ST2>ST1>ST0，NT1—NT3 处理相应较ST1—ST3 处理分别高16.96%、18.00%、32.58%。

图8 土壤氯含量对不同土壤质地烤烟不同部位叶片化学成分的影响Fig.8 Effects of soil chlorine content on chemical composition of different parts of flue-cured tobacco leaves in different texture soils

3 结论与讨论

烤烟对氯有“奢侈吸收”的特性，使得土壤中的氯离子易被烟株根系吸收并富集在烟叶中。本试验结果表明，随着土壤氯含量的增加，烤烟叶片各部位氯含量均提升显著，并且对钾、烟碱含量有一定的提升作用。通常，高含量的氯与钾一起作为植物体内主要的渗透调节物质，而施氯促进了烤烟对钾吸收的伴随离子效应[22]。研究表明，氯也可促进烟叶对氮的吸收[23]，其原因可能是氯离子限制根系对NO3-的吸收，而促进植物吸收更多的NH4+来满足氮素营养的要求[24]，最终使含氮化合物烟碱含量上升。本试验结果表明，当土壤氯含量增加时，烟叶各区位烟碱含量升高，但还原糖和总糖含量降低，这可能是施氯促进烟叶对氮素的积累，而减缓了淀粉向可溶性糖的转化；当2 种土壤质地氯含量相同时，黏土质地中烤烟叶片氯、钾、烟碱含量均高于砂壤质地。通过对比2 种质地土壤肥力差异，其基础理化指标值均在烤烟种植的适宜范围内，但黏土土壤养分和理化特性略优于砂壤土，造成2 种土壤质地中烟叶化学成分差异的主要原因在于黏土质地对养分的吸附和固定能力强于砂壤质地[25]。陈杰等[26]研究发现，生长在质地较轻的砂壤土上的烟叶具有高糖、低碱和高糖碱比的特征，而生长在质地较重的粉黏土上的烟叶表现为低糖、高碱和低糖碱比的特征，与本试验研究结果一致。

本试验结果表明，单片烟叶不同区位间化学成分存在较大差异，但不同土质和部位的烟叶化学成分在15 个区位间的分布规律一致，氯、钾含量表现为叶基>近基>叶中>近尖>叶尖、近主>近中>近缘；而烟碱含量在叶片上的分布规律同氯、钾含量相反，糖碱比整体表现为近主>近中>近尖的规律，这与王小东等[13]的研究结果一致。此外，氯含量在叶片叶基带与叶尖带之间的差异随土壤氯含量增加而增大，并且氯含量高于0.80%的区位数量也随之逐渐增多。前人利用36Cl 示踪试验发现，氯含量在烤烟叶脉及支脉等养分输送部位积累量较大[7]。本试验中，叶片对钾的吸收分配规律与对氯的吸收分配规律相似。有研究表明，烟草中烟碱含量与光照密切相关[27]，本试验中叶片烟碱含量在叶尖带高于叶基带，这可能与叶尖部位光照强度大，代谢活动较其他区位旺盛有关[28]。分析烟叶钾氯比和糖碱比的分布规律可知，烟叶钾氯比以近主带和叶尖带较高，而糖碱比在近主带及近中带区域较高。因此，针对烟叶不同区位化学成分的差异，复烤加工时可进一步优化工艺提高烟叶原料使用水平。

综上所述，施氯能够促进烟叶钾、氯和烟碱的积累，降低还原糖和总糖的积累；砂壤质地烟叶氯、钾和烟碱含量的积累低于黏土质地，烟叶还原糖含量、总糖含量、钾氯比和糖碱比高于黏土质地。烤烟不同区位间化学成分在2种土壤质地中分布规律一致，氯、钾含量在叶片区位间表现为叶基>近基>叶中>近尖>叶尖、近主>近中>近缘，烟碱含量的分布规律与钾、氯含量表现相反，糖碱比呈现近主>近中>近缘的规律。结合河南烟区土壤高氯现状，优化烟区布局时选择低氯土壤可以有效减少烟叶对氯的积累，且选择砂壤质地更有利于降低烤烟对氯的积累。根据叶基带区域具有氯含量偏高、钾氯比偏低的特点，在复烤加工时可将叶基区域和其他区域分别处理，并应用于不同的模块配方，这对于提高卷烟配方设计的精细化程度、增强卷烟原料的保障能力具有重要意义。