大理州植烟土壤理化性状与烟叶化学成分相关性分析

杨德海，赵伟金，谢益燕，彭 仁，蒲 松，王天龙，符秀华，郑仕方，张晓龙，李晓婷*

（1.红塔集团大理卷烟厂，云南 大理 671000；2.大理州烟草公司永平县分公司，云南 大理 671000；3.云南五佳生物科技有限公司，云南 昆明 650106）

大理白族自治州（简称大理州）地处云南省中部偏西，位于98°52′～101°03′E，24°41′～26°42′N，境内湖盆众多、气候类型多样，是云南省的优质烤烟主产区。大理州烤烟种植区域遍及12个县（市），年均种烟面积4.3万hm2左右，所产烟叶清、甜、香、润的清香型特征突出，受到众多工业公司的青睐［1］。烟叶品质是品牌发展的基础与保障，烟叶化学成分又是烟叶风格和质量形成的物质基础，是烟叶内在品质评价的重要指标。同时，土壤条件作为可调控因素，土壤理化特性对烟叶化学成分有重要影响［2-4］。目前，大理州关于植烟土壤肥力特征、综合评价、时空变化以及不同区域烟叶化学成分特征等已有报道［5-8］，但关于大理州植烟土壤与烟叶化学成分关系研究鲜见报道。因此，本文采集了大理州植烟区域171个土壤和中部烟叶样品，科学评价大理州总体及不同区域的植烟土壤理化特征和烟叶化学成分特点，并摸清烟叶化学成分与植烟土壤理化指标的相关性以及影响烟叶化学成分的主要土壤理化因子，合理指导烤烟施肥、提升烟叶品质，对大理州提升烟叶品质的土壤定向培育和促进烟叶高质量发展具有生产实践意义。

1 材料与方法

1.1 样品采集

2016年，选择大理州12个植烟县（市）（祥云、南涧、巍山、弥渡、宾川、大理、漾濞、永平、云龙、洱源、剑川、鹤庆）80个乡镇的代表性烟田，采集171个土壤样品。每个植烟土壤样品均在晴天与烤烟前茬作物收获后、未整地施用底肥之前，按照S形取样法采集0～20 cm耕层土壤，混匀后采用四分法取样1 kg，进行登记编号、自然风干和预处理，用于土壤理化指标测定。同时，在对应烟田选取初烤C3F等级烟叶样品171个，烤烟品种主要为红花大金元、K326和云烟87，每份烟叶样品2.0 kg，进行登记编号，用于烟叶化学成分指标测定。

1.2 测定方法

土壤测定指标主要包括物理性粘粒含量、pH值、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、水溶性氯和有效硼。其中，物理性粘粒含量采用比重法测定，土壤肥力参照鲁如坤［9］的《土壤农业化学分析方法》进行测定。烟叶测定指标主要包括总糖、还原糖、总氮、烟碱、钾、氯、石油醚和淀粉含量，分别按照行业标准方法测定。

1.3 数据分析

采用Excel 2010和SPSS 24.0对数据进行处理、统计分析、相关性分析和典型相关分析，同时采用邓肯法（Duncan）进行差异显著性比较。

2 结果与分析

2.1 大理州植烟土壤理化性状特征统计

2.1.1 大理州植烟土壤理化性状描述性统计分析

土壤质地是土壤物理特性之一，与土壤通气、保肥、保水及耕作密切相关。根据卡庆斯基土壤质地分类，草原土及红黄壤类的土壤物理性粘粒含量10%～20%为砂壤土、20%～30%为轻壤土、30%～45%为中壤土、45%～60%为重壤土、60%～75%为轻粘土、75%～85%为中粘土、＞85%为重粘土。由表1可知，大理州植烟土壤物理性粘粒含量变幅为26.00%～68.00%，土壤质地分布从轻壤土到轻粘土，均值为47.33%，属于重壤土，适宜烤烟生长。土壤肥力可反映土壤肥沃性，是衡量土壤提供作物生长所需各种养分的能力，大理州植烟土壤pH值6.39±1.01、有机质（35.29±17.77）g/kg、碱解氮（157.62±65.94）mg/kg、有 效 磷（38.23±31.32）mg/kg、速 效 钾（179.96±100.60）mg/kg、水溶性氯（32.56±30.31）mg/kg、有 效 硼（1.24±0.62）mg/kg。根 据 土 壤养分适宜度分级参照全国第二次土壤普查分级标准和中国植烟土壤养分评价标准进行丰缺状况评价［10-11］，大理州植烟土壤pH值和速效钾平均含量适宜，有机质、碱解氮、有效磷、水溶性氯和有效硼平均含量偏高。从变异系数看，大理州植烟土壤物理性粘粒含量和pH值变异系数分别为19.52%和15.83%，说明大理州植烟土壤质地和酸碱度变异幅度较小，分布较平衡；而有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、水溶性氯和有效硼的变异系数为41.83%～93.07%，说明大理州植烟土壤的养分含量变异幅度较大，分布不平衡。

表1 大理州植烟土壤理化性状描述性统计

2.1.2 大理州主要植烟区土壤理化性状特征统计

由表2可知，大理州12个县（市）的植烟土壤物理性粘粒含量分布范围为38.50%～51.50%，属于中壤土和重壤土，适宜优质烤烟生长；其中洱源最高、大理最低，且洱源与南涧、祥云、鹤庆、漾濞、弥渡和宾川无显著差异，但显著高于巍山、剑川和大理。土壤pH值分布范围为5.35～7.55，均适宜优质烤烟生长要求，其中洱源最高，显著高于其他县（市）；而南涧最低，与漾濞和永平无显著差异，但显著低于其他县（市）。有机质以巍山、南涧、弥渡和永平适宜，其他县（市）偏高；碱解氮与有效磷以南涧适宜，其他县（市）偏高；同时有机质和碱解氮含量表现为洱源、鹤庆和大理显著高于其他县（市），需控制氮肥的施用量。速效钾除大理外其他县（市）均偏高，其中以洱源最高，显著高于巍山、南涧、祥云、大理和永平，与其他县（市）无显著差异，而大理最低，需增加钾肥的施用量，提高烟叶品质。水溶性氯含量以南涧、鹤庆、云龙、剑川、洱源、大理、永平和宾川适宜，而巍山、祥云、漾濞和弥渡偏高，其中漾濞最高，大理最低，漾濞显著高于鹤庆和大理，漾濞需降低含氯肥料应用。有效硼含量以南涧和宾川适宜，其他县（市）均偏高，且以洱源最高、南涧最低，同时洱源显著高于南涧、祥云和宾川，与其他县（市）无显著差异，应注意硼肥应用以免产生硼毒害。

2.2 大理州中部烟叶化学成分特征统计

2.2.1 大理州中部烟叶化学成分描述性统计分析

根据云南省优质烟叶化学成分指标要求：烟叶糖含量15%～35%，总氮和烟碱含量1.5%～3.5%，2.5%适宜；钾离子1.5%～6%，不低于2%，氯离子0.3%～0.7%，石油醚提取物不低于5%，淀粉2%～5%，糖碱比5～8，不超过10；氮碱比0.8～1，钾氯比4～10［12］。由表3可知，大理州烟叶总糖和糖碱比平均含量偏高，其他指标含量适宜。从变异系数看，总糖、还原糖、总氮、石油醚提取物含量的变异系数低于20%，变异幅度较小；而烟碱、钾、氯、淀粉、糖碱比、氮碱比和钾氯比变异系数为20.40%～86.97%，变异幅度较大。

2.2.2 大理州主要植烟区中部烟叶化学成分特征统计

由表4可知，大理州12个县（市）的中部烟叶化学成分指标的差异均达到显著水平。其中，总糖含量偏高，以洱源最高，鹤庆最低；还原糖含量以南涧最高，鹤庆最低，且鹤庆与巍山、云龙、漾濞无显著差异，显著低于南涧、祥云、剑川和洱源。总氮和烟碱含量均处于适宜范围内，总氮含量以鹤庆最高，弥渡最低，且鹤庆总氮含量与永平无显著差异，显著高于其他县（市）；烟碱含量以巍山最高、祥云最低，而鹤庆烟碱含量显著高于祥云，与其他县（市）无显著差异。钾含量均处于适宜范围，以云龙最高，与南涧、漾濞、永平无显著差异，显著高于其他县（市）。氯含量除弥渡偏高外，其他县（市）处于适宜范围或偏低，且弥渡显著高于其他县（市）。石油醚提取物含量除南涧、云龙和洱源偏低外，其他适宜，其中以漾濞最高，显著高于洱源，与其他县（市）无显著差异。淀粉含量除大理偏高外，其他适宜，且大理显著高于南涧、鹤庆、洱源、漾濞、永平和宾川，与其他县（市）无显著差异。糖碱比均偏高，且祥云最高，鹤庆最低，祥云与云龙、弥渡无显著差异，显著高于其他县（市）。氮碱比巍山、南涧、剑川、漾濞、洱源、弥渡均偏低，其他县（市）适宜，其中以祥云最高，与鹤庆、云龙、大理、永平、宾川无显著差异，显著高于其他县（市）。钾氯比以南涧、鹤庆、云龙、剑川、漾濞、永平、宾川偏高，弥渡偏低，其他县（市）适宜，其中云龙最高，弥渡最低，且显著低于除祥云外的其他县（市）。

表4 大理州主要植烟区中部烟叶化学成分多重比较

2.3 大理州植烟土壤与烟叶化学成分相关分析

2.3.1 大理州植烟土壤与烟叶化学成分简单相关分析

简单相关分析结果（表5）表明，大理州中部烟叶总糖、还原糖和淀粉含量与土壤有机质和碱解氮含量呈显著和极显著负相关；烟叶糖碱比与土壤碱解氮呈显著负相关；而烟叶总氮和烟碱含量与土壤有机质、碱解氮和有效硼含量呈极显著正相关。烟叶钾含量和钾氯比分别与土壤pH值呈极显著和显著负相关，而氯含量与土壤pH值呈极显著正相关。

表5 大理州植烟土壤理化指标与烟叶化学成分简单相关分析

2.3.2 大理州植烟土壤与烟叶化学成分典型相关分析

典型相关分析是一种可以建立两组变量之间联系的分析方法，通常可以预测或比较不同变量的线性组合。以大理州植烟土壤的物理性粘粒（X1）、pH值（X2）、有机质（X3）、碱解氮（X4）、有效磷（X5）、速效钾（X6）、水溶性氯（X7）、有效硼（X8）作为自变量，以大理州中部烟叶的总糖（Y1）、还原糖（Y2）、总氮（Y3）、烟碱（Y4）、钾离子（Y5）、氯离子（Y6）、石油醚（Y7）、淀粉（Y8）、糖碱比（Y9）、氮碱比（Y10）、钾氯比（Y11）作为因变量，进行典型相关分析，具体结果见表6、表7和表8。

表7 大理州植烟土壤理化指标典型变量构成

由表6可知，植烟土壤理化指标与烟叶化学成分含量的典型相关分析共提取出8个典型变量，同时，F检验显示第Ⅰ典型变量和第Ⅱ典型变量相关系数均达到极显著水平（P＜0.01）；其他6个典型变量相关系数均未达到显著性水平，因此以第Ⅰ典型变量和第Ⅱ典型变量为准进行后续研究。并且第Ⅰ典型变量的相关系数值为0.605，第Ⅱ典型变量为0.485，说明典型变量之间呈正向的相关关系。

表6 大理州植烟土壤理化指标与烟叶化学成分典型相关分析

第Ⅰ典型变量和第Ⅱ典型变量的标准化典型相关系数与载荷系数见表7、表8。

表8 大理州烟叶化学成分典型变量构成

由原始变量与典型变量之间的相关系数可知，第Ⅰ典型变量构成为：

典型载荷系数值表示原始数据与典型变量之间的相关关系情况，典型载荷系数绝对值越大说明该项与典型变量之间的相关关系越强。从第Ⅰ典型变量U1与X组8项指标间的载荷系数值看，U1与土壤pH值、有机质、碱解氮呈极显著负相关，而与其他指标原始数据相关性则较低。从第Ⅰ典型变量V1与Y组11项指标间的载荷系数值看，V1与烟叶钾离子含量呈极显著正相关，而与其他指标原始数据相关性较低。因此，结合第Ⅰ典型变量的线性组合说明，土壤pH值、有机质、碱解氮与烟叶钾离子含量密切相关，在一定范围内，随着土壤pH值、有机质和碱解氮含量的降低，烟叶钾离子含量升高。

第Ⅱ典型变量构成为：

从第Ⅱ典型变量U2与X组8项指标间的载荷系数值看，U2与土壤有机质、碱解氮、有效硼呈极显著正相关，与土壤pH值呈极显著负相关，与其他指标的相关性较低。V2与烟叶总氮、烟碱呈极显著正相关，与烟叶淀粉呈极显著负相关。因此，结合第Ⅱ典型变量的线性组合说明，土壤pH值、有机质、碱解氮、有效硼与烟叶总氮、烟碱和淀粉含量密切相关，在一定范围内，随着土壤pH值降低，土壤有机质、碱解氮和有效硼含量升高，烟叶总氮和烟碱含量升高，而淀粉含量下降。

3 结论与讨论

土壤是影响烟草品质的重要生态因子之一，大理州植烟土壤整体上为重壤土，pH值和速效钾含量适宜，有机质、碱解氮、有效磷、水溶性氯和有效硼含量丰富，应注意控制氮肥、磷肥、含氯肥料和硼肥的施用量。其中，大理市速效钾含量最低，需合理增加钾肥施用量，这与宋淑芳等［6］对大理州植烟土壤速效钾含量研究结果一致。大理州中部烟叶总糖和糖碱比平均含量偏高，其他化学成分含量适宜。其中，大理州12个县（市）的烟叶化学成分指标存在差异显著性，糖含量和糖碱比以鹤庆最低，总氮和烟碱含量分别以鹤庆和巍山最高。而丁云生等［8］对2004至2007年大理州不同地域间烟叶的化学成分差异性研究结果显示，鹤庆的烟叶总糖和糖碱比最高，烟碱含量最低。这可能是因为随年份增长，自然因素如光照、气温、降水等变化导致烟叶化学成分含量的改变，也可能因为目前烤烟生产技术水平提高如施肥、栽培水平等正在改善，导致烟叶化学成分含量也逐步改善［13-14］。同时，巍山、南涧、剑川、漾濞、洱源、弥渡的氮碱比偏低。糖碱比和氮碱比分别影响着烟叶酸碱平衡及烟叶吃味和刺激性之间的协调性，糖碱比过高则烟叶劲头小，难以满足吸烟者需求［15］，因此，大理州尚需进一步调整烟叶总氮和烟碱含量，协调烟叶糖碱比和氮碱比。

一般认为，土壤理化性质对烟叶化学成分协调性具有重要影响，综合大理州植烟土壤理化性质与烟叶化学成分的简单相关和典型相关分析，大理州植烟土壤的pH值、有机质、碱解氮和有效硼含量对中部烟叶的总氮、烟碱、钾离子和淀粉含量有着极显著影响。在一定范围内，随着土壤pH值、有机质和碱解氮含量的降低，烟叶钾离子含量升高；而随着土壤pH值升高，有机质、碱解氮和有效硼含量降低，烟叶总氮和烟碱含量降低，淀粉含量升高。烟叶总氮和烟碱含量与土壤pH值负相关，这与孙公等［16］对全国以及周敏等［17］对昆明土壤pH值与烟叶相关性研究的结果一致；与土壤有机质、碱解氮和有效硼含量呈正相关，这与沈晗等［18］对保山植烟土壤和烟叶相关性以及胡国松等［19］对植烟土壤不缺硼时土壤硼与烟碱含量正相关的研究结果一致。因此，影响大理州烟叶化学成分的土壤因子主要有pH值、有机质、碱解氮和有效硼含量。在烟叶生产中，结合大理州植烟土壤特性和烟叶化学成分特征，可通过改善生产技术，调节土壤主要因子含量来改善烟叶钾离子、总氮、烟碱和淀粉含量等，使大理州烟叶化学成分更加协调，提高烟叶综合质量。