文山煙區(qū)海拔和氣象因子對煙葉化學(xué)成分的影響

王躍能，李大肥，李鵬飛，楊 細(xì)，何文煒，蔣福昌，許 龍，李水平

（云南省煙草公司文山州公司，云南 文山 663000）

煙草是我國重要的經(jīng)濟(jì)作物，種植面積和產(chǎn)量均居世界首位，煙草產(chǎn)業(yè)是我國重要的實體經(jīng)濟(jì)之一，煙草行業(yè)已連續(xù)四年實現(xiàn)稅利總額和上繳財政總額超1萬億元，是我國財政收入重要來源［1］。煙葉的質(zhì)量和風(fēng)格主要由生態(tài)條件決定，生態(tài)條件主要包括氣候和土壤條件，其中氣候條件對品質(zhì)的影響更顯著［2-4］。氣候條件中的光照、溫度、水分等因素是植物生命活動的基礎(chǔ)［5］，對煙葉品質(zhì)的形成至關(guān)重要［6-9］，環(huán)境因子海拔對其也具有重要影響［10-11］。前人對氣象因子與煙葉化學(xué)成分的關(guān)系進(jìn)行了大量研究，采用的分析方法主要有簡單相關(guān)、典型相關(guān)、灰色關(guān)聯(lián)度分析等。王育軍等［12-13］運用簡單相關(guān)和典型相關(guān)統(tǒng)計針對氣溫、降雨量和日照對煙葉化學(xué)成分的影響進(jìn)行研究，研究表明氣象因子對煙葉化學(xué)品質(zhì)影響為氣溫＞降雨＞日照，結(jié)果只是明確了各氣象因子與化學(xué)成分是否存在相關(guān)性以及兩組變量間的變化關(guān)系，并不能很好解決各氣象因子與化學(xué)成分之間的關(guān)聯(lián)程度。而楊天旭等［14］研究表明，與遵義烤煙總糖和還原糖含量關(guān)聯(lián)度最大的氣象因子主要是各生育期的日照時數(shù)，而影響烤煙煙堿和總氮含量的主要氣象因子則是旺長期的降雨量，沈燕金等［15］研究表明，文山煙區(qū)月平均溫度對主要化學(xué)成分的影響明顯大于降水量，且3個部位煙葉主要常規(guī)化學(xué)成分與月平均溫度和降水量的關(guān)聯(lián)順序不一致，灰色關(guān)聯(lián)度分析方法很好地解決了氣象因子與化學(xué)成分之間的關(guān)聯(lián)程度大小。我們結(jié)合灰色關(guān)聯(lián)分析和典型相關(guān)分析兩種方法的優(yōu)點，對文山州海拔和4個主要氣象因子與烤煙主要常規(guī)化學(xué)成分的關(guān)系進(jìn)行了分析，旨在揭示海拔和不同氣象因子與煙葉化學(xué)成分間的關(guān)聯(lián)程度及其變化趨勢，從而探明生態(tài)條件對文山煙葉品質(zhì)的影響，剖析文山煙葉風(fēng)格特色成因和進(jìn)行烤煙合理種植區(qū)劃提供理論依據(jù)和參考。

1 材料與方法

文山州地處103 ° 35＇～106 °12＇E、22°40＇～24°48＇N，東與廣西百色接壤，南與越南接界，西與紅河州毗鄰，北與曲靖市相連，全州國土面積31 456 km2，國境線長438 km，共轄8縣（市）101個鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）3個街道辦事處，總?cè)丝?62.1萬人，農(nóng)業(yè)人口占92.3%［16］。全州干濕季節(jié)分明，終年太陽高度角大，日照時間長，光照充分，光質(zhì)較好，光熱資源在全國和云南優(yōu)質(zhì)煙區(qū)中首屈一指，且接近于津巴布韋特色優(yōu)質(zhì)煙區(qū)。全州總耕地面積634 000 hm2，其中宜煙面積520 000 hm2，是云南僅次于曲靖的第二大潛力煙區(qū)，得天獨厚的區(qū)位優(yōu)勢和優(yōu)越的光熱水土資源造就了文山“香氣質(zhì)好、香氣量足”風(fēng)格特色鮮明的煙葉品質(zhì)。北回歸線橫貫文山州全境，是“云南黃金走廊”生態(tài)特色優(yōu)質(zhì)煙區(qū)的核心區(qū)域。從1998年與上海煙草集團(tuán)合作建立第一個優(yōu)質(zhì)煙葉基地以來，目前，與全國11家卷煙工業(yè)企業(yè)和2家商業(yè)企業(yè)建立調(diào)撥關(guān)系，成為“中華”“云煙”“芙蓉王”等重點卷煙品牌核心原料基地。

1.2 試驗材料

于2015年在文山州7個植煙縣（市）51個植煙鄉(xiāng)鎮(zhèn)137個取樣點采集煙樣，選取中部煙葉C3F等級代表樣品，每份1.5 kg，共137份樣品，樣品等級由專業(yè)煙葉分級人員按照《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn):烤煙（GB2635-1992）》進(jìn)行分級，等級合格率要求90%以上，樣品品種均為云煙87。樣本經(jīng)烘干、去梗、粉碎、過篩，于4℃棕色瓶中保存，用于烤煙常規(guī)化學(xué)成分測定。

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品化學(xué)成分測定 總氮含量測定采用YC/T161方法［17］，煙堿含量測定采用YC/T160方法［18］，水溶性糖含量測定采用YC/T159方法［19］，鉀含量測定采用YC/T173方法［20］，氯含量測定采用YC/T162方法［21］，石油醚提取物含量的測定采用YC/T176方法［22］，淀粉含量測定采用YC/T216方法［23］。

1.3.2 海拔和氣象數(shù)據(jù)收集 收集2015年文山州51個植煙鄉(xiāng)鎮(zhèn)烤煙生長大田期（5～8月）平均氣溫、降雨量、日照時數(shù)、平均濕度等數(shù)據(jù)，并在采集樣品時通過GPS定位獲取海拔數(shù)據(jù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

運用SPSS19.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行描述性統(tǒng)計分析，運用DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)V17.10對煙葉主要化學(xué)成分含量和海拔及氣象因子進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度分析和典型相關(guān)分析。

1.4.1 灰色關(guān)聯(lián)度分析 （1）將海拔和氣象因子作為比較數(shù)列，煙葉主要化學(xué)成分含量作為參考數(shù)列。

（3）比較數(shù)列Xi對參考數(shù)列X0的關(guān)聯(lián)系數(shù)為：

根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)的原則，灰色關(guān)聯(lián)度系數(shù)越大，表示該序列與參考數(shù)列的關(guān)系越密切，反之則疏遠(yuǎn)，以此建立關(guān)聯(lián)序列，并對其進(jìn)行排列。

1.4.2 典型相關(guān)分析 典型相關(guān)分析是研究兩組變量之間相關(guān)關(guān)系的一種統(tǒng)計方法。其基本原理為：為整體上把握2組指標(biāo)之間的相關(guān)關(guān)系，分別在2組變量中提取有代表性的2個綜合變量U1和V1（分別為2個變量組中各變量的線性組合），利用這2個綜合變量之間的相關(guān)關(guān)系反映2組指標(biāo)之間的整體相關(guān)性。本研究將海拔和氣象因子包括海拔（x1）、大田期降雨量（x2）、大田期均溫（x3）、大田期日照時數(shù)（x4）、大田期空氣濕度（x5）當(dāng)作一組變量，把煙葉化學(xué)成分指標(biāo)包括總氮（y1）、煙堿（y2）、水溶性總糖（y3）、還原糖（y4）、鉀（y5）、氯（y6）、石油醚提取物（y7）和淀粉（y8）看作一組變量。

2 結(jié)果與分析

2.1 文山煙區(qū)海拔和氣象因子基本情況

從表1可以看出，文山煙區(qū)51個植煙鄉(xiāng)鎮(zhèn)的平均海拔為1 528 m，大田期平均降雨量為699 mm，大田期平均溫度21.1℃，大田期日照時數(shù)608.9 h，大田期平均空氣濕度為80.4%。海拔的極差較大、為713 m，但是變異系數(shù)較小，僅為9.60%，且大田期降雨量、大田期平均溫度、大田期日照時數(shù)和大田期空氣濕度變異系數(shù)都較小，在2.12%～7.05%之間，說明文山煙區(qū)各植煙鄉(xiāng)鎮(zhèn)在烤煙生長大田期氣候差異不大。

表1 文山煙區(qū)海拔和5～8月氣象因子描述性統(tǒng)計

2.2 文山煙葉主要化學(xué)成分基本情況

從表2可以看出，文山煙區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的中部煙葉總氮、煙堿、水溶性總糖、還原糖、鉀和石油醚提取物含量變異程度近似，變異系數(shù)在12.31%～20.39%之間，但是煙葉氯和淀粉含量變異程度高，變異系數(shù)分別為60.41%和45.60%。對照文山煙葉主要化學(xué)成分與全國8種香型風(fēng)格區(qū)劃之一的“西南高原-清甜青香型”化學(xué)成分指標(biāo)特征值（總糖含量26%～37%、還原糖含量22%～32%、總氮含量1.4%～2.1%、煙堿含量1.6%～2.9%、鉀離子含量1.2%～2.1%、氯離子含量0.1%～1.0%），發(fā)現(xiàn)文山煙葉除總氮含量略超過特征值范圍外，總體符合典型“清甜青香型”優(yōu)質(zhì)煙葉化學(xué)成分特征。

表2 文山煙區(qū)煙葉主要化學(xué)成分描述性統(tǒng)計

2.3 文山煙葉主要化學(xué)成分與海拔和氣象因子的灰色關(guān)聯(lián)度分析

由表3可知，海拔和氣象因子與煙葉還原糖和石油醚提取物含量的灰色關(guān)聯(lián)度值相對較小，與煙堿、氯和淀粉含量的灰色關(guān)聯(lián)度值相對較大。由表4可知，文山煙葉總氮、煙堿、水溶性總糖、還原糖、鉀、氯、石油醚提取物和淀粉等化學(xué)成分含量受海拔和氣象因子影響的大小不一致，總氮、水溶性總糖和還原糖含量主要受大田期日照影響，且三者受海拔和氣象因子影響趨勢較為一致，均表現(xiàn)為大田期日照＞大田期空氣濕度＞大田期均溫＞海拔＞大田期降雨量，煙堿、鉀和石油醚提取物含量主要受大田期空氣濕度影響，氯和淀粉含量主要受大田期平均溫度影響，海拔對煙葉主要化學(xué)成分含量的影響相對較小。

表3 煙葉主要化學(xué)成分與海拔和氣象因子的灰色關(guān)聯(lián)度分析結(jié)果

表4 海拔和氣象因子與煙葉化學(xué)成分的灰色關(guān)聯(lián)度順序結(jié)果

2.4 文山煙葉主要化學(xué)成分與海拔和氣象因子的典型相關(guān)分析

對文山煙葉主要化學(xué)成分與海拔和氣象因子進(jìn)行典型相關(guān)分析，從典型相關(guān)系數(shù)的顯著性檢驗結(jié)果（表5）可以看出，前2個典型相關(guān)系數(shù)分別是0.6078、0.4248，統(tǒng)計檢驗達(dá)到極顯著和顯著水平，說明文山煙葉主要化學(xué)成分與海拔和氣象因子之間有顯著相關(guān)關(guān)系。由于原始變量的計量單位不同，不宜進(jìn)行直接比較，這里采用標(biāo)準(zhǔn)化的典型系數(shù)給出典型相關(guān)模型li和mi，并計算觀察值與典型變量之間的相關(guān)系數(shù)，結(jié)果見表6，由表6可知，第1典型變量的回歸方程如下：

在達(dá)到極顯著水平的第1對典型變量（U1，V1）中，U1與大田期日照時數(shù)存在較高負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.8247，與大田期降雨量（x2）存在較高正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.6499，故U1可以理解為主要描述了大田期日照時數(shù)和大田期降雨量的綜合性狀；V1與鉀（y5）存在較高正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.6312，與還原糖（y4）存在較高負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.4634，因此，V1為描述了煙葉化學(xué)成分中鉀和還原糖含量的綜合性狀。這一線性組合說明大田期日照時數(shù)和大田期降雨量與煙葉鉀含量和還原糖關(guān)系密切，反映出在一定范圍內(nèi)，隨著大田期日照時數(shù)減少，大田期降雨量增加，文山煙葉中的鉀含量有增加趨勢，還原糖含量有降低趨勢。

表5 典型相關(guān)系數(shù)顯著性檢驗

第2典型變量的回歸方程如下：

在達(dá)到顯著水平的第2對典型變量（U2，V2）中，U2與海拔（x1）存在較高正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.6725，與大田期均溫（x3）存在較高負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.4556，故U2可以理解為主要描述了海拔和大田期均溫的綜合性狀；V2與氯（y6）和還原糖（y4）存在較高負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.6041和-0.4495，因此，V2可以理解為主要描述了煙葉化學(xué)成分中氯和還原糖含量的綜合性狀。這一線性組合說明海拔和大田期均溫與煙葉氯和還原糖含量關(guān)系密切，反映在一定范圍內(nèi)，隨著海拔升高，大田期均溫降低，文山煙葉中的氯和還原糖含量有降低趨勢。

表6 典型變量和其與觀察值間的相關(guān)系數(shù)

3 結(jié)論與討論

文山州地處云貴高原東南部，在低緯高海拔和境內(nèi)地形起伏等地理條件和亞熱帶氣候綜合影響下，光、熱、水資源充足，但在時空分布上有一定差異。描述性統(tǒng)計分析結(jié)果表明，文山煙區(qū)各植煙鄉(xiāng)鎮(zhèn)的降雨量、溫度、日照時數(shù)和空氣濕度在烤煙生長大田期氣候差異不大，且煙葉的總氮、煙堿、水溶性總糖、還原糖、鉀和石油醚提取物含量的一致性較好，但煙葉氯和淀粉含量變異程度高。優(yōu)質(zhì)烤煙大田生長期日照時數(shù)需要500～700 h，最適溫度為24～28℃，文山煙區(qū)的大田生長期日照時數(shù)和溫度均在最適宜范圍內(nèi)，且大田期降雨量高于美國（593.5 mm）、巴西（657 mm）、津巴布韋（689.4 mm）、玉溪（698 mm）等其他煙區(qū)，煙區(qū)整體氣候非常適宜優(yōu)質(zhì)烤煙生產(chǎn)［24］，化學(xué)成分具有“西南高原-清甜青香型”典型特征。

我們對文山煙區(qū)海拔和氣象因子與煙葉化學(xué)成分的關(guān)系進(jìn)行了灰色關(guān)聯(lián)度分析，結(jié)果表明文山煙葉的總氮、水溶性總糖和還原糖含量主要受大田期日照影響，煙堿、鉀和石油醚提取物含量主要受大田期空氣濕度影響，氯和淀粉含量主要受大田期平均溫度影響，海拔對煙葉主要化學(xué)成分的影響相對較小。這與戴冕等［25］研究的光照時數(shù)與烤后煙葉還原糖積累呈顯著相關(guān)，降雨量和平均相對濕度則與烤后煙葉煙堿的積累呈極顯著的相關(guān)關(guān)系結(jié)果相似，也與楊天旭等［14］和古戰(zhàn)朝等［26］研究的總糖和還原糖含量與旺長期平均日照時數(shù)和平均日照全輻射的關(guān)聯(lián)度最大結(jié)果部分一致。但常乃杰等［27］研究發(fā)現(xiàn)，總糖含量與溫差灰色關(guān)聯(lián)度最高，還原糖和淀粉含量與平均相對濕度關(guān)聯(lián)度最高，煙堿、氯和鉀含量均與日照時數(shù)關(guān)聯(lián)度最高，筆者的結(jié)論與其存在一定的差異，這可能是因為不同產(chǎn)區(qū)氣候條件有所不同導(dǎo)致。

另外，為進(jìn)一步研究二者之間的關(guān)系，我們對兩組變量進(jìn)行典型相關(guān)性分析，結(jié)果表明，在一定范圍內(nèi)，隨著大田期日照時數(shù)減少，大田期降雨量增加，文山煙葉中的鉀含量有增加趨勢，還原糖含量有降低趨勢；隨著海拔升高，大田期均溫降低，文山煙葉中的氯和還原糖含量有降低趨勢。這與汪孝國等［28］研究的糖含量與氣溫呈正相關(guān)，而與日照呈顯著負(fù)相關(guān)結(jié)果有所出入，但是進(jìn)一步印證了灰色關(guān)聯(lián)度分析結(jié)果，煙葉糖含量主要受大田日照影響，因為植物依靠光合作用同化二氧化碳和水制造以糖類化合物為主的有機(jī)物儲存能量，而延長光合時間是提高光能利用率，產(chǎn)生更多糖類物質(zhì)的重要途徑之一［5］；結(jié)果與周翔等［29］研究的煙葉鉀含量與5月和8月降水量呈正相關(guān)結(jié)論基本一致，可能是因為文山煙區(qū)5～6月份降雨量較少，而在烤煙生育前期土壤水分過多或過少均會導(dǎo)致煙葉中鉀含量降低［30］，因此，在文山煙區(qū)烤煙大田生長期適當(dāng)增加降雨量煙葉鉀含量有增加趨勢。近兩年卷煙工業(yè)企業(yè)反饋文山煙葉質(zhì)量波動較大，質(zhì)量有所下滑，可能正是因為近兩年文山煙區(qū)氣候異常，多低溫陰雨寡照，烤煙生長期雨水過多導(dǎo)致煙葉中還原糖、氯離子含量降低所致。煙葉品質(zhì)特征的形成受生態(tài)條件、品種［31］、栽培管理技術(shù)等因素綜合影響，筆者僅對生態(tài)條件中的日照、降水、溫度、濕度等幾個氣象因子和環(huán)境因子海拔與煙葉常規(guī)化學(xué)成分進(jìn)行了初步分析，要想全面解讀文山煙葉風(fēng)格成因，需要進(jìn)一步分析其與感官質(zhì)量的關(guān)系，以及研究土壤、品種、栽培技術(shù)與煙葉品質(zhì)的關(guān)系。