騰沖火山灰土壤區(qū)域煙葉化學成分特征

沈晗，周冀衡

1*,趙百東2，李強1，劉曉穎1，陳麗娟1，趙文濤1,3，黃婷1

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學煙草研究院，長沙 410128；2.國家煙草專賣局，北京 100053；3.上海煙草集團有限責任公司，上海 200082)

騰沖火山灰土壤區(qū)域煙葉化學成分特征

沈晗1,3，周冀衡

1*,趙百東2，李強1，劉曉穎1，陳麗娟1，趙文濤1,3，黃婷1

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學煙草研究院，長沙 410128；2.國家煙草專賣局，北京 100053；3.上海煙草集團有限責任公司，上海 200082)

為研究云南騰沖火山灰土煙葉質(zhì)量特征及原因，通過田間試驗比較了水稻土、黃壤、紅壤和火山灰土的土壤理化性狀及其煙葉的化學成分特征。結果表明，火山灰土容重最低，物理性狀優(yōu)良，養(yǎng)分性狀與其他土壤差異不顯著?；鹕交彝翢熑~總糖為 30.14%，顯著低于黃壤和水稻土。鉀含量和煙葉化學成分可用性指數(shù)分別為 2.55%和 0.71，顯著高于黃壤和水稻土。葉黃素、β-胡蘿卜素和蕓香苷含量分別為 130.40 μg/g、133.40 μg/g 和 11.75 mg/g，均顯著高于其他土壤。質(zhì)體色素降解產(chǎn)物總體含量與其他土壤差異不顯著。非揮發(fā)性有機酸總量為 70.03 mg/g，顯著高于黃壤和紅壤，其中蘋果酸含量為45.10 mg/g，顯著高于其他土壤。土壤物理性狀優(yōu)良可能是火山灰土煙葉獨具特色的重要原因。

火山灰土；化學成分；烤煙；騰沖

特色優(yōu)質(zhì)煙葉開發(fā)具有十分重要的意義[1]。研究表明，土壤是形成特色煙葉的重要基礎之一，不同類型的地帶性土壤上生長的煙葉，有著不同的質(zhì)量特色[2]，土壤類型和土壤質(zhì)地對于煙葉化學成分有重要的影響[3-5]。云南騰沖是我國為數(shù)不多的火山灰土壤區(qū)域之一，火山灰土具有有機質(zhì)含量和鉀含量高、土壤容重小、孔隙度與持水能力高等特點[6]。目前對于火山灰土煙葉質(zhì)量特征研究尚未見報道，本研究通過對不同土壤類型理化性狀及其煙葉化學成分進行分析，以期為云南騰沖火山灰土壤區(qū)域特色優(yōu)質(zhì)煙葉研究與開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

2011 年在保山市騰沖縣，采用 GPS 技術，在火山灰土壤區(qū)域不同土壤類型定點布置試驗取樣點 309 個，其中水稻土 93 個，黃壤 100 個，紅壤66 個，火山灰土 50 個，每取樣點代表面積為3.33 hm2左右。土壤采樣時間在整地理墑之前，采樣深度為 0～20 cm 耕作層，按五點取樣法取土樣，同時特別注明土壤類型，經(jīng)過風干、磨細、過篩、混勻、裝瓶后備測定分析用。分別在選取當?shù)匾?guī)劃種植的主栽品種，各取樣點煙葉生產(chǎn)栽培措施均按保山優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)標準進行。采集 C3F(中部橘黃三級)初烤煙葉樣品，煙葉樣品由專職評級人員按照國家標準《烤煙》(GB 2635—92)進行分級，等級合格率達到 85%以上，每個樣品取 3.0 kg。

1.2 樣品測定

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

煙 葉 化 學 成 分 可 用 性 指 數(shù) (Chemical Components Usability Index, CCUI)采用隸屬度函數(shù)模型與指數(shù)和法來確定，即按公式計算，式中 Nij和 Wij分別表示第 i個煙葉樣本、第 j個指標的隸屬度值和權重系數(shù)，其中 0＜Nij≤1，0≤Wij≤1 且滿足=1。參照關于云南西部煙區(qū)煙葉化學成分已有研究[15]，結合實踐經(jīng)驗，確定各參評指標的函數(shù)類型及轉(zhuǎn)折點，采用主成分分析法確定各參評指標的權重，m為化學成分指標的個數(shù)。采用 SPSS17.0 處理分析數(shù)據(jù)。

2 結 果

2.1 土壤物理性狀和養(yǎng)分狀況

由表1可以看出，按國際土壤質(zhì)地分類標準對土壤質(zhì)地進行分類，水稻土為砂質(zhì)壤土，黃壤和紅壤為壤質(zhì)砂土，火山灰土為砂質(zhì)動壤土。水稻土的容重最高，為 1.05 g/cm3，火山灰土的容重最低，為 0.73 g/cm3。

由表2可知，火山灰土與水稻土的速效磷和有效鋅含量差異不顯著，其他指標差異均達顯著，火山灰土與黃壤的速效磷、速效鉀和有效硼含量差異不顯著，其余指標差異均達顯著，火山灰土與紅壤的水溶性氯和有效硼含量差異顯著，其他各項指標含量差異均不顯著，分析可以說明火山灰土在化學指標上與紅壤差異不顯著，總體上各化學指標均處于其余3種土壤之間，因此火山灰土壤養(yǎng)分無明顯突出特征。

表1 騰沖火山灰土壤物理性狀Table 1 Physical characters of volcanic ash soil in tengchong tobacco area

表2 騰沖火山灰土壤區(qū)域養(yǎng)分狀況Table 2 Soil nutrients of volcanic ash soil in Tengchong tobacco area

2.2煙葉化學成分

由表3可知，火山灰土煙葉總糖、還原糖含量和糖堿比顯著低于水稻土，總糖含量和糖堿比顯著低于黃壤，鉀含量顯著高于黃壤，總氮含量顯著低于紅壤，總體上火山灰土煙葉化學成分與紅壤差異不明顯。

表3 騰沖火山灰土壤區(qū)域煙葉化學成分Table 3 Chemical composition of flue-cured tobacco leaves from volcanic ash soil in Tengchong tobacco area

2.3 煙葉主要化學成分可用性綜合評價

將主要化學成分指標作為評價不同土壤類型烤煙化學成分可用性的因子，運用模糊數(shù)學理論計算各質(zhì)量指標的隸屬度，使各參評指標的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為 0.1～1.0 的數(shù)值。常用于綜合評價的隸屬函數(shù)類型主要有 2種，分別為拋物線型函數(shù)表達式為:

S型函數(shù)表達式為:

式中，x1為下限；x2為上限；x3為最優(yōu)值下限；x4為最優(yōu)值上限，x 為各化學成分的實際含量。結合實踐經(jīng)驗，確定各參評指標的函數(shù)類型及轉(zhuǎn)折點，并采用主成分分析方法計算權重(表 4)。

由表5可知，火山灰土煙葉化學成分可用性指數(shù)較高，變異系數(shù)最小，火山灰土和紅壤煙葉化學成分可用性顯著高于水稻土和黃壤。以上說明水稻土煙葉化學成分可用性最低，穩(wěn)定性最差，而紅壤和火山灰煙葉化學成分可用性較高，其中火山灰土煙葉化學成分可用性變異系數(shù)最小，化學品質(zhì)最穩(wěn)定。

表4 騰沖火山灰土壤區(qū)域煙葉化學成分可用性評價的指標選取、函數(shù)拐點及權重值Table 4 Type of membership function, critical value and index weight of the chemical compositions of flue-cured tobacco leaves of volcanic ash soil in Tengchong tobacco area

2.4 煙葉多酚和色素特征分析

由表 6 可知，火山灰土煙葉葉黃素、β-胡蘿卜素和蕓香苷含量顯著高于其他土壤類型，其綠原酸含量最低，顯著低于紅壤，與水稻土和黃壤差異不顯著。

表5 騰沖火山灰土壤區(qū)域煙葉化學成分可用性指數(shù)Table 5 Usability index of chemical compositions of tobacco leaves of volcanic ash soil in tengchong tobacco area

表6 騰沖火山灰土壤區(qū)域煙葉色素和多酚含量Table 6 The content of the pigment and polyphenol of tobacco leaves of volcanic ash soil in tengchong tobacco area

2.5 煙葉質(zhì)體色素降解產(chǎn)物含量特征分析

由表7可知，火山灰土煙葉質(zhì)體色素降解產(chǎn)物總體含量最高，為 31.42 μg/g，顯著高于水稻土，但與紅壤和黃壤差異不顯著，其中火山灰土煙葉 6-甲基-5-庚烯-2-酮、香芹酮、巨豆三烯酮 3 和巨豆三烯酮 1 含量表現(xiàn)最為突出，明顯高于其他土壤類型。

2.6 煙葉其他揮發(fā)性香氣物質(zhì)含量的特征分析

由表8可知，火山灰土煙葉其他揮發(fā)性香氣物質(zhì)含量總量最高，為 25.00 mg/g，但與其他 3 種土壤類型土壤煙葉無顯著差異，其中火山灰土煙葉糠醇、苯乙醛和 2-乙?；量┖棵黠@高于其他土壤類型。

2.7 煙葉非揮發(fā)性有機酸含量特征分析

由表9可知，火山灰土非揮發(fā)性有機酸總量最高，為 70.03 mg/g，顯著高于黃壤和紅壤，與水稻土差異不顯著，其中草酸、蘋果酸、檸檬酸、月桂酸含量表現(xiàn)相對突出，蘋果酸顯著高于其他土壤類型，黃壤和紅壤非揮發(fā)性有機酸總量較低。

3 討 論

本試驗表明，火山灰土煙葉總糖含量、鉀含量和煙葉化學成分可用性與水稻土和黃壤差異顯著，煙葉色素、多酚、質(zhì)體色素降解產(chǎn)物、揮發(fā)性香氣物質(zhì)和非揮發(fā)性有機酸含量顯著高于其他土壤，同時火山灰土容重最低，物理性狀優(yōu)良，而不同土壤類型養(yǎng)分差異不顯著，說明火山灰土煙葉化學成分與其他土壤煙葉存在差異可能主要是由土壤物理性狀差異導致。

表7 騰沖火山灰土壤區(qū)域煙葉質(zhì)體色素降解產(chǎn)物含量 μg/gTable 7 The content of plastid pigment degradation products of tobacco leaves from volcanic ash soil in tengchong tobacco area

表8 騰沖火山灰土壤區(qū)域煙葉其他揮發(fā)性香氣物質(zhì)含量 μg/gTable 8 The content of other volatile aroma of flue-cured tobacco leaves of volcanic ash soil in tengchong tobacco area

表9 騰沖火山灰土壤區(qū)域煙葉非揮發(fā)性有機酸含量 mg/gTable 9 The content of nonvolatile organic acids in tobacco leaves from volcanic ash soil in tengchong tobacco area

有研究表明，土壤類型和土壤性狀的差異可導致煙葉碳代謝和氮代謝強度、協(xié)調(diào)性和動態(tài)變化的不同，進而對煙葉化學成分和香氣成分形成產(chǎn)生影響[3]。土壤質(zhì)地對煙葉中鉀含量有重要影響[4]， 土壤質(zhì)地越粘重則煙葉鉀含量越低[5]。在本試驗中，由于火山灰土為砂質(zhì)動壤土，容重最低，結構疏松、通透性好，煙株根系發(fā)達，而根系是吸收鉀素的主要器官，因而火山灰土煙葉鉀含量相對較高，主要化學成分協(xié)調(diào)，可用性高。同時，煙株根系的生長環(huán)境良好，有利于養(yǎng)分的吸收和利用，能為前、中期煙葉旺盛的碳氮代謝、充足的光合產(chǎn)物形成和大量的香氣前體物的積累奠定基礎[16-17]，火山灰土上煙株根系生長環(huán)境良好，煙株早生快發(fā)，為后期煙株光合作用等物質(zhì)代謝提供有力基礎，從而導致火山灰土煙葉色素、多酚、質(zhì)體色素降解產(chǎn)物、揮發(fā)性香氣物質(zhì)和非揮發(fā)性有機酸含量相對較高。本試驗關于火山灰土土壤物理性狀對煙葉化學成分影響作了初步判斷和分析，具體的內(nèi)在機理還有待進一步探索。

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Chemical Composition of Flue-cured Tobacco in Volcanic Ash Soil Region in Tengchong

SHEN Han1,3, ZHOU Jiheng1*, ZHAO Baidong2, LI Qiang1, LIU Xiaoying1, CHEN Lijuan1, ZHAO Wentao1,3, HUANG Ting1
(1. Institute of Tobacco, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China; 2. State Tobacco Monopoly Administration, Beijing 100053, China; 3. Shanghai Tobacco Group Co., Ltd., Shanghai 200082, China)

To explore quality characteristics of flue-cured tobacco, field experiments were conducted to study the characteristics of the chemical composition of flue-cured tobacco in four soils (paddy soil, yellow soil, red soil, and volcanic ash soil). The results showed that the physical properties of volcanic ash soils were fine, and its bulk density was 0.73 g/cm3, which was the lowest among the four soils. The content of total sugar was 30.14% in flue-cured tobacco planted in volcanic ash soil, which was significantly lower than those in the yellow soil and paddy soil. The content of potassium and the availability index of chemical composition were 2.55% and 0.71, respectively, which were significantly higher than those in yellow soil and paddy soil. The content of lutein, beta-carotene and rutin were 130.40 μg/g, 133.40 μg/g and 11.75 mg/g respectively, which were the highest among the four soils. The content of pigment degradation products was 31.42 mg/g, and there was not significant difference observed among four soils; The content of total volatile organic acids was 70.03 mg/g, which was significantly higher than those in yellow soil and red soil. Malic acid was 45.10 mg/g, which was the highest among the four soils. The physical characteristics of volcanic ash soils seems to be important factors for high quality tobacco with characteristics in volcanic ash soil.

volcanic ash soil; chemical composition; flue-cured tobacco; Tengchong

S572.01

1007-5119（2014）04-0070-05 DOI：10.13496/j.issn.1007-5119.2014.04.013

云南省煙草公司項目“北回歸線火山灰土壤區(qū)域特色優(yōu)質(zhì)煙葉研究與開發(fā)”(2010YN25)

沈 晗，男，碩士生，研究方向為煙草生理生化，E-mail:hanshenxx@hotmail.com。*通信作者，E-mail:jhzhou2005@163.com

2013-05-06

2013-09-20