平頂山煙區(qū)氣候因素分析及對(duì)煙葉化學(xué)成分的影響

李亞男，閆 鼎，宋瑞芳，王冰瑩，葉賢文，張宏偉

(1.河南省平頂山市氣象局，河南 平頂山 467001;2.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 國(guó)家煙草栽培生理生化研究基地，河南 鄭州 450002;3.平頂山市煙草公司 寶豐縣分公司，河南 寶豐 467400;4.河南省葉縣氣象局，河南 葉縣 467200)

氣候因素是影響烤煙內(nèi)在化學(xué)品質(zhì)形成的重要因素之一，烤煙對(duì)環(huán)境相當(dāng)敏感，氣象條件的變化對(duì)煙葉產(chǎn)量、質(zhì)量均有較大影響［1］，大量的科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐［2-6］表明，盡管品種、栽培及調(diào)制技術(shù)均是影響煙葉質(zhì)量形成的重要因素，但生態(tài)因素卻是煙葉品質(zhì)特點(diǎn)和風(fēng)格區(qū)域特色形成的基礎(chǔ)條件，其中氣候因素是造就優(yōu)質(zhì)煙葉特點(diǎn)的主要生態(tài)學(xué)外因［4-6］。平頂山市位于河南省中南部，西依伏牛山脈，東接黃淮平原，地理坐標(biāo)在33°08′-34°20′N(xiāo)，112°14′-113°45′E，總面積7882 km2。通過(guò)對(duì)平頂山煙區(qū)氣候因素及大田氣候條件對(duì)煙葉化學(xué)成分的影響進(jìn)行分析，以期為該地區(qū)煙葉優(yōu)質(zhì)適產(chǎn)和種植區(qū)劃提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 煙葉樣品與氣象數(shù)據(jù)

按照取樣代表性原則，采用GPS定位技術(shù)，選取郟縣、葉縣、魯山、汝州和寶豐5個(gè)植煙縣2009年的主栽品種 (中煙100，K326，NC89)47份，等級(jí)為C3F。樣品等級(jí)由專(zhuān)職評(píng)級(jí)人員按照GB2635—92烤煙標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，等級(jí)合格率達(dá)到85%以上。每個(gè)樣品取5.0 kg，煙樣烘干、粉碎，過(guò)0.25 mm(60目)篩備用。用于化學(xué)成分測(cè)定。

平頂山市1995-2009年氣候資料來(lái)源于平頂山市氣象局。主要地點(diǎn)包括寶豐、魯山、汝州、郟縣和葉縣5個(gè)植煙縣，各縣氣象站點(diǎn)對(duì)當(dāng)?shù)乜緹煼N植區(qū)域具有一定的代表性。平頂山煙區(qū)一般于5月初移栽，各點(diǎn)按照烤煙大田期 (移栽至成熟采收完畢)、伸根期 (還苗至團(tuán)棵)、旺長(zhǎng)期 (團(tuán)棵至現(xiàn)蕾)、成熟期 (現(xiàn)蕾至采收完畢)等不同生育期對(duì)氣候指標(biāo)進(jìn)行分項(xiàng)統(tǒng)計(jì)。主要?dú)夂蛞蛩匕▽?duì)煙葉生長(zhǎng)發(fā)育及品質(zhì)形成影響較大的伸根期均溫、旺長(zhǎng)期均溫、成熟期均溫、伸根期晝夜溫差、旺長(zhǎng)期晝夜溫差、成熟期晝夜溫差、伸根期日照、旺長(zhǎng)期日照、成熟期日照、伸根期降雨量、旺長(zhǎng)期降雨量、成熟期降雨量和大田期≥10℃積溫等13項(xiàng)。國(guó)外優(yōu)質(zhì)煙區(qū)氣象數(shù)據(jù)參考文獻(xiàn) ［7］。

1.2 指標(biāo)測(cè)定方法

煙葉化學(xué)成分測(cè)定指標(biāo)包括:煙堿、總氮、總糖、還原糖、鉀和氯，并計(jì)算氮/堿、糖/堿和鉀/氯，各指標(biāo)測(cè)定方法參考文獻(xiàn) ［8］。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣候因素

平頂山煙區(qū)氣候因素的平均表現(xiàn)和變異情況見(jiàn)表1。氣候因素是影響烤煙產(chǎn)量和質(zhì)量最為重要的因素之一［9］，烤煙對(duì)環(huán)境相當(dāng)敏感，氣候條件的變化對(duì)煙葉產(chǎn)量、質(zhì)量均有較大影響［10］。在各氣候因素中，溫度對(duì)烤煙的生長(zhǎng)至關(guān)重要，烤煙在整個(gè)大田生長(zhǎng)期最適宜溫度為22～28℃，最低為10～13℃。由表1可知，平頂山煙區(qū)烤煙大田期均溫24.2℃，且變異系數(shù)小，完全在最

表1 1995-2009年平頂山煙區(qū)烤煙生長(zhǎng)期的氣候指標(biāo)

適溫度內(nèi)，熱量條件可以充分滿(mǎn)足優(yōu)質(zhì)煙葉生長(zhǎng)發(fā)育的需要。

圖1 平頂山煙區(qū)與國(guó)外優(yōu)質(zhì)煙區(qū)生育期均溫對(duì)比

一般認(rèn)為，烤煙在還苗與伸根期氣溫在18～28℃、旺長(zhǎng)期氣溫在20～28℃、成熟期氣溫在20～25℃有利于優(yōu)質(zhì)煙葉的生長(zhǎng)發(fā)育。以此來(lái)看平頂山煙區(qū)在伸根期均溫、旺長(zhǎng)期均溫、成熟期均溫均在優(yōu)質(zhì)煙葉生長(zhǎng)的適宜范圍之內(nèi)。與國(guó)外優(yōu)質(zhì)煙區(qū)相比，平頂山煙區(qū)在各生育期均溫與美國(guó)煙區(qū)最接近 (圖 1)，即由伸根期(21.3℃)到旺長(zhǎng)期(26.1℃)逐漸增加，進(jìn)入成熟期(24.5℃)后溫度略微降低，且各生育期均溫均高于國(guó)外優(yōu)質(zhì)煙區(qū)，熱量充足，有利于煙葉迅速生長(zhǎng)。晝夜溫差呈現(xiàn)出由伸根期(12.5℃)到旺長(zhǎng)期(11.7℃)，再到成熟期(9℃)逐漸降低的趨勢(shì)。平頂山煙區(qū)烤煙大田期總?cè)照諘r(shí)數(shù) (911.7 h)，略低于美國(guó)煙區(qū)(1104 h)而高于津巴布韋和巴西煙區(qū)，其主要原因是由于平頂山煙區(qū)與美國(guó)煙區(qū)所處的緯度一致，表現(xiàn)出由伸根期 (212.8 h)到旺長(zhǎng)期 (199.9 h)再到成熟期 (160.4 h)逐漸減少的趨勢(shì)?；顒?dòng)積溫是影響烤煙葉片發(fā)生、生長(zhǎng)與成熟的主導(dǎo)因子，平頂山煙區(qū)烤煙大田期≥10℃活動(dòng)積溫(3503.7℃)高 于 美 國(guó) (3366℃)、 巴 西(2379℃)和津巴布韋(2501℃)等國(guó)外優(yōu)質(zhì)煙區(qū)。各生育期降雨量與國(guó)外優(yōu)質(zhì)煙區(qū)的比較見(jiàn)(圖2)，降雨量與巴西煙區(qū)變化趨勢(shì)一致，從伸根期到旺長(zhǎng)期再到成熟期不斷增加，伸根期、旺長(zhǎng)期的降雨量均低于國(guó)外煙區(qū)，成熟期降雨量高于美國(guó)和津巴布韋煙區(qū)，但時(shí)空分布不均勻，各生育期變異系數(shù)均較大。

圖2 平頂山煙區(qū)與國(guó)外優(yōu)質(zhì)煙區(qū)生育期降雨量對(duì)比

2.2 化學(xué)成分

2.2.1 化學(xué)成分含量

平頂山煙葉化學(xué)成分含量見(jiàn)表2。煙堿含量(2.65%)與優(yōu)質(zhì)烤煙煙堿含量標(biāo)準(zhǔn) (2.50%)接近，但煙堿變異系數(shù)較大，說(shuō)明各個(gè)取樣點(diǎn)烤煙煙堿含量差異較大?？偟?(1.74%)低于優(yōu)質(zhì)烤煙氮含量標(biāo)準(zhǔn) (2.50%)，變異系數(shù)較小，說(shuō)明各個(gè)取樣點(diǎn)總氮含量較為一致。氮堿比 (0.68)低于優(yōu)質(zhì)煙葉的標(biāo)準(zhǔn)，較低的氮堿比會(huì)造成煙葉吸味兒濃，刺激性重，比值偏高則會(huì)使身份變薄，顏色變淺。還原糖含量 (24.47%)高于優(yōu)質(zhì)烤煙還原糖含量的范圍，比上限高出了將近5個(gè)百分點(diǎn)。平頂山煙葉總糖含量 (27.46%)較高，糖堿比略低于優(yōu)質(zhì)煙葉含量范圍，糖堿比主要用來(lái)評(píng)價(jià)吃味，比值偏高時(shí)會(huì)使刺激性加大，偏低時(shí)雖然煙味溫和，但勁頭變小。鉀能促進(jìn)煙支的燃燒，平頂山煙葉鉀含量為 (1.92%)，低于優(yōu)質(zhì)煙葉鉀含量(≥2.50%)的標(biāo)準(zhǔn)。煙葉中的氯阻礙煙支的燃燒，氯的平均含量為 (0.79%)，在優(yōu)質(zhì)烤煙氯含量的范圍之內(nèi)，但變異系數(shù)較大，各個(gè)取樣點(diǎn)氯含量差異性大。鉀氯比比單獨(dú)的鉀、氯含量更能代表煙支的燃燒性，平頂山烤煙的鉀氯比 (2.67)低于優(yōu)質(zhì)烤煙鉀氯比≥4.00的標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.2 氣候因素對(duì)煙葉化學(xué)成分的逐步回歸分析

分別以平頂山煙區(qū)煙葉化學(xué)成分煙堿 (y1)、總氮 (y2)、還原糖 (y3)、鉀 (y4)、氯 (y5)、總糖 (y6)、氮堿比 (y7)、糖堿比 (y8)和鉀氯比 (y9)為因變量，以伸根期均溫 (x1)、旺長(zhǎng)期均溫 (x2)、成熟期均溫 (x3)、伸根期晝夜溫差(x4)、旺長(zhǎng)期晝夜溫差 (x5)、成熟期晝夜溫差(x6)、伸根期日照時(shí)間 (x7)、旺長(zhǎng)期日照時(shí)間(x8)、成熟期日照時(shí)間 (x9)、伸根期總降雨量(x10)、旺長(zhǎng)期總降雨量 (x11)、成熟期總降雨量(x12)和大田期≥10℃ 活動(dòng)積溫 (x13)為自變量，就氣候因素對(duì)煙葉化學(xué)成分的影響進(jìn)行了逐步回歸分析。建立回歸方程初始數(shù)的選擇標(biāo)準(zhǔn)是，視自變量對(duì)因變量作用的顯著程度，從大到小逐個(gè)引入，直到既無(wú)不顯著的變量從回歸方程中剔除 (F≥0.01)，又無(wú)顯著變量可引入 (F≤0.05)回歸方程為止［11］。由此得到如下方程:y1=4.1646+0.1936x1+0.1398x4-0.2673x6+0.0074x10-0.0009x12+0.0016 x13(R=0.9034**);y2=3.0377+0.0242 x1+0.0437 x4-0.0231 x5-0.1107x6+0.0015x10-0.0003x12+0.0003x13(R=0.9347**);y3= -18.2648+0.7433X2-0.7430X4+1.650X6-0.0154X10+0.0065X12+0.0047X13(R = 0.8320*);y4=7.9803-0.1137X1-0.1126x2-0.1245x3-0.0199x4+0.0638x6+0.0004x8-0.0003x9-0.0015x10-0.0002x11+ 0.0001x12+ 0.0007x13(R =0.4856);y5=3.0341-0.0366x1+0.0342x2-0.0682x3-0.0674x4-0.0340x5-0.0521x6+0.0032x7-0.0008x8+0.0006x9+0.0016x10-0.0001x11+0.0004x12(R = 0.4982);y6=-26.7013+0.9952x2-0.8564x4+2.1698x6-0.0159x10+ 0.0103x12+ 0.0048x13(R =0.8310*);y7=1.6919-0.0472x1-0.0689x3-0.0260x4+0.0004x9-0.0007x10+0.0002x12+0.0005x13(R=0.7234);y8= -55.9034+0.7666x1+0.8920x2+1.1631x3-0.3337x4+0.2562x5+0.8934x6+0.0030x8-0.0016x9-0.0033x10+0.0045x11+0.0029x12-0.0020x13(R =0.5885);y9= 1.2014+0.4126x6-0.0038x9-0.0039x10(R=0.9077*)。

回歸方程的顯著性檢驗(yàn)表明氣候因素與煙葉中的煙堿含量、總氮含量的回歸方程達(dá)極顯著水平，與總糖含量、還原糖含量和鉀氯比的回歸方程達(dá)顯著水平，與氯含量、鉀含量、氮堿比和糖堿比的回歸方程不顯著。分析表明氣候因素與煙堿和總氮之間存在極顯著線(xiàn)性關(guān)系，與總糖、還原糖和鉀氯比之間存在顯著線(xiàn)性關(guān)系。

對(duì)呈極顯著和顯著的回歸方程進(jìn)行分析可以看出:煙葉中的煙堿含量受伸根期均溫、伸根期晝夜溫差、伸根期降雨量、成熟期晝夜溫差、成熟期降雨量和大田期≥10℃ 積溫的綜合影響，其中成熟期晝夜溫差和成熟期降雨對(duì)煙葉煙堿含量的增加起抑制作用;煙葉中的總氮含量受伸根期均溫、伸根期晝夜溫差、旺長(zhǎng)期晝夜溫差、成熟期晝夜溫差、伸根期降雨量、成熟期降雨量和大田期≥10℃ 積溫綜合影響，其中伸根期均溫、伸根期晝夜溫差、伸根期降雨和大田期≥10℃ 積溫對(duì)煙葉中總氮含量起促進(jìn)作用，旺長(zhǎng)期晝夜溫差、成熟溫差和成熟期降雨量對(duì)煙葉中的總氮含量起抑制作用;煙葉中總糖含量受旺長(zhǎng)期均溫、伸根期晝夜溫差、成熟期晝夜溫差、伸根期降雨量、成熟期降雨量、大田期≥10℃積溫的綜合影響，其中伸根期晝夜溫差、伸根期降雨量不利于煙葉中總糖含量的增加;影響總糖和還原糖的氣候因素相同，兩者都受旺長(zhǎng)期均溫、伸根期晝夜溫差、成熟期晝夜溫差、伸根期降雨量、成熟期降雨量和大田期≥10℃ 積溫的影響，且伸根期晝夜溫差、伸根期降雨量也不利于還原糖含量的增加;煙葉中的鉀氯比受成熟期晝夜溫差、成熟期日照、伸根期降雨量的綜合影響，成熟期日照和伸根期降雨量對(duì)鉀氯比的提高起抑制作用。

2.3 氣候因素與煙葉化學(xué)成分之間的偏相關(guān)分析

為反映氣候因素與煙葉中化學(xué)成分的真實(shí)關(guān)聯(lián)性，進(jìn)一步進(jìn)行偏相關(guān)分析。氣候因素與化學(xué)成分之間的偏相關(guān)分析結(jié)果 (表3)表明，煙葉中的煙堿含量與成熟期晝夜溫差呈顯著負(fù)相關(guān)，與伸根期降雨量呈極顯著正相關(guān)，與其他氣候因素的偏相關(guān)系數(shù)均未達(dá)到顯著水平;煙葉中的總氮含量與成熟期晝夜溫差呈極顯著負(fù)相關(guān)，與伸根期降雨量呈顯著正相關(guān)，與其他氣候因素的偏相關(guān)系數(shù)均未達(dá)到顯著水平;煙葉中的還原糖含量與成熟晝夜期溫差呈極顯著正相關(guān)，與伸根期降雨量呈顯著負(fù)相關(guān)，與其他氣候因素的偏相關(guān)系數(shù)均未達(dá)到顯著水平;煙葉中總糖含量與成熟期晝夜溫差呈極顯著正相關(guān)，與成熟期降雨量呈顯著正相關(guān)，與其他氣候因素的偏相關(guān)系數(shù)均未達(dá)到顯著水平;鉀氯比與成熟期晝夜溫差呈顯著正相關(guān)，與成熟期日照呈顯著負(fù)相關(guān)，與其他氣候因素的偏相關(guān)系數(shù)均未達(dá)到顯著水平。

表3 氣候因素與煙葉中化學(xué)成分的偏相關(guān)系數(shù)

2.4 氣候因素與煙葉化學(xué)成分的通徑分析

氣候因素與煙葉化學(xué)成分的通徑分析結(jié)果見(jiàn)表4。氣候因素對(duì) y1的直接作用影響最大的是 x10，其次按絕對(duì)值大小依次為 x6、x1、x13、x4和 x12;其中 x1、x4、x10和 x13的影響是正向的，x6、x12對(duì)煙堿含量的影響是負(fù)向的。

氣候因素對(duì)y2直接作用影響最大的是 x6，其次按絕對(duì)值大小依次為 x10、x4、x13、x12、x1和x5;其中x10、x4、x13、x1對(duì)總氮含量的影響是正向的，x6、x12和x5對(duì)總氮含量的影響是負(fù)向的。

氣候因素對(duì) y3的直接作用影響最大的是 x6，其次按絕對(duì)值大小依次為 x12、x4、x10、x2、x13;其中x6、x12、x2和x13對(duì)還原糖含量的影響是正向的，x4和x10對(duì)還原糖的影響是負(fù)向的。

氣候因素對(duì) y6的直接作用影響最大的是 x6，其次按絕對(duì)值大小依次為 x10、x4、x12、x13和 x2;其中x6、x12、x13和x2對(duì)總糖的影響是正向的，x10和x4對(duì)總糖的影響是負(fù)向的。

氣候因素對(duì) y9的直接作用影響最大的是 x6，其次按絕對(duì)值大小依次為 x9，x10;其中x6對(duì)鉀氯比的影響是正向的，x9和x10對(duì)鉀氯比的影響是負(fù)向的。

表4 氣候因素與化學(xué)成分的直接通徑系數(shù)

3 小結(jié)與討論

氣候是影響烤煙品質(zhì)的重要因素，煙葉香氣物質(zhì)的積累程度受環(huán)境因素特別是氣候因素的影響極大［12］。平頂山煙區(qū)烤煙生長(zhǎng)季節(jié)氣候條件優(yōu)良，表現(xiàn)為大田期間氣溫適宜，整個(gè)大田期均溫在24℃，大田期間日均溫≥20℃ 持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，≥10℃活動(dòng)積溫在3500℃以上，有利于煙葉的生長(zhǎng)和品質(zhì)形成。與國(guó)外優(yōu)質(zhì)煙區(qū)相比各生育期均溫均高于國(guó)外煙區(qū)，大田期均溫變化趨勢(shì)與美國(guó)煙區(qū)最接近。大田期降雨量趨勢(shì)與巴西煙區(qū)最接近，伸根期、旺長(zhǎng)期降雨量與國(guó)外煙區(qū)相比較少，成熟期降雨量與國(guó)外煙區(qū)相比居中。

采用多元線(xiàn)性逐步回歸分析法對(duì)平頂山煙區(qū)氣候因素與化學(xué)成分之間的關(guān)系進(jìn)行分析，氣候因素與煙葉中的煙堿含量、總氮含量的回歸方程達(dá)極顯著水平，與總糖含量、還原糖含量和鉀氯比的回歸方程達(dá)顯著水平，與氯含量、鉀含量、氮堿比和糖堿比的回歸方程不顯著。通過(guò)偏相關(guān)分析和通徑分析表明:煙堿和總氮與伸根期均溫呈極顯著正相關(guān)，總氮與成熟期晝夜溫差呈極顯著負(fù)相關(guān)，煙堿與成熟期晝夜溫差呈顯著負(fù)相關(guān)，影響煙堿和總氮的氣候因素是相同的;還原糖和總糖含量與成熟期晝夜溫差呈極顯著正相關(guān)，還原糖與伸根期降雨量呈顯著負(fù)相關(guān)，總糖含量與成熟期降雨量顯著正相關(guān);鉀氯比與成熟期晝夜溫差顯著正相關(guān)，與成熟期日照顯著負(fù)相關(guān)。因此平頂山煙區(qū)氣候因素中成熟期晝夜溫差，伸根期降雨量是主要的氣候影響因子，減小成熟期晝夜溫差，增多伸根期降雨量有利于總糖和還原糖含量的提高，不利于煙堿和總氮含量的提高，而成熟期晝夜溫差的增大，成熟期日照時(shí)數(shù)的減少則有利于鉀氯比的提高。除了氣候因素對(duì)化學(xué)成分的影響外，煙葉中化學(xué)成分的含量還受到土壤條件［13］，烘烤工藝［14］等其他外因和品種基因型等內(nèi)因的影響。生產(chǎn)上可以針對(duì)不同煙區(qū)特點(diǎn)，通過(guò)調(diào)整移栽期，采用平衡施肥等綜合配套技術(shù)進(jìn)行優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)。

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