摘 要：檢測不同土壤種植的煙葉中15種稀土元素及6種常規(guī)化學指標，并采用灰色關聯(lián)度及通徑分析法，對不同類型土壤及不同品種煙葉中稀土元素與煙葉內(nèi)在化學成分的相關性進行了研究。結(jié)果表明：（1）灰色關聯(lián)度分析顯示，輕稀土元素對紅壤種植的不同煙葉內(nèi)在化學成分有重要影響，重稀土元素對水稻土和紫色土種植的煙葉內(nèi)在化學成分具有重要影響；不同土壤類型種植的同一品種煙葉中，輕稀土元素對K326和云煙87煙葉內(nèi)在化學成分有重要影響，重稀土元素對紅花大金元煙葉內(nèi)在化學成分有重要影響，但輕、重稀土元素的關聯(lián)度差異不明顯。（2）通徑分析顯示，輕、重稀土元素對紅壤種植的煙葉內(nèi)在化學成分的形成有重要影響，輕稀土元素對水稻土和紫色土種植的煙葉化學成分的產(chǎn)生、形成影響較大；不同土壤類型種植的同一品種煙葉中，輕、重稀土元素對紅花大金元內(nèi)在化學成分的形成有重要影響，而輕稀土元素對K326和云煙87化學成分的產(chǎn)生、形成影響較大。（3）兩種方法對比分析可知，不同土壤類型及不同品種煙葉中稀土元素與煙葉內(nèi)在化學成分均具有一定相關性，通徑分析結(jié)果與灰色關聯(lián)度分析結(jié)果有一定差異。其中，不同土壤類型種植的煙葉樣品差異較大，這可能與不同土壤類型中稀土元素的分布及轉(zhuǎn)移過程中產(chǎn)生分異現(xiàn)象有關；不同品種煙葉兩種方法分析結(jié)果基本一致，表明不同品種煙葉對稀土元素的生理需求基本一致。

關鍵詞：煙葉；稀土元素；常規(guī)化學成分；灰色關聯(lián)度分析；通徑分析

中圖分類號：TS41+1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-060X（2016）02-0031-07

灰色關聯(lián)度分析（grey correlation analysis， GCA）是基于灰色系統(tǒng)理論[11]，通過灰色關聯(lián)度來分析和確定系統(tǒng)因素間的影響程度或因素對系統(tǒng)主行為的貢獻測度的一種方法。其基本思想是根據(jù)系統(tǒng)因素集與灰色關聯(lián)算子集之間的曲線幾何形狀的相似程度來判斷其聯(lián)系是否緊密。目前已在灰色關聯(lián)度分析理論模型和實際應用方面開展了研究。殷鳳生等[12]應用灰色關聯(lián)分析法對烤煙主要農(nóng)藝性狀間的相關性及其對各項經(jīng)濟指標的影響進行了分析，確定了各因素在烤煙各經(jīng)濟指標形成過程中的作用大小。另外，灰色關聯(lián)在化學成分與感官質(zhì)量關系分析、煙草病蟲害以及烤煙區(qū)域氣候比較等方面也有應用[13-14]。而應用灰色關聯(lián)度對稀土元素與煙葉化學成分關系的研究報道甚少。通徑分析（path coefficient analysis， PCA）的著眼點是在相關系數(shù)的分解上，揭示自變量對因變量的直接和間接影響，以測定因果關系的相對重要程度[15-16]。通徑分析已被廣泛應用于農(nóng)業(yè)研究中，以確定各因素對農(nóng)業(yè)產(chǎn)量、品質(zhì)的影響。為研究煙葉稀土元素與化學成分間的相互關系，筆者以不同土壤類型、不同品種煙葉為研究對象，通過灰色關聯(lián)度、相關性及通徑分析探討煙葉稀土元素與6種常規(guī)化學指標之間的相關程度，旨在為進一步研究稀土元素和常規(guī)化學成分在煙草中的分布、累積和分異現(xiàn)象提供依據(jù)，為揭示稀土元素對煙葉化學成分影響提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試樣品為采自云南省紅河州不同土壤類型條件下種植的煙葉，包括K326、紅花大金元和云煙87共3個品種，樣品基本信息見表1。煙葉樣品去梗后在40 ℃下烘干，采用旋風磨將煙葉樣品粉碎，過60目篩待用。

1.2 儀器與試劑

供試儀器有7700x型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（美國Agilent公司）；3000型密閉微波消解儀（奧地利Anton-Paar公司）；AB204-S型電子天平（瑞士Mettler Toledo公司）；Milli-Q型超純水裝置（美國Millipore公司）；AA3型連續(xù)流動自動化學分析儀（德國Bran+Luebbe公司）；旋風磨（美國FOSS公司）。

實驗室用水均為Milli-Q純水系統(tǒng)制備的超純水；硝酸（優(yōu)級純，70%，BASF）；雙氧水（優(yōu)級純，30%，國藥集團化學試劑有限公司）；高純氬氣（99.999%，昆明梅塞爾氣體有限公司）；稀土元素標準溶液（100.00 mg/L）：La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu和Y；內(nèi)標元素（100.00 mg/L）Rh和Re；儀器調(diào)諧液（100.00 mg/L）Li、Y、Ce、Tl和Co，均購于國家有色金屬及電子材料分析測試中心。

1.3 研究方法

1.3.1 稀土元素測定 標準溶液：精密量取一定體積的15種稀土元素（La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu和Y）標準溶液，采用5%的硝酸溶液配制成濃度為100.00 μg/L的混合標準儲備溶液，取適量的儲備液稀釋成濃度為0、1.00、5.00、10.00、20.00、50.00、100.00 μg/L的工作標準溶液。

微波消解：稱取0.5 g樣品（精確至0.001 g），置于微波消解罐中，依次加入6.0 mL 濃硝酸，2.0 mL 過氧化氫，密封，放入微波消解儀進行消解。消解完成后，冷卻，將消解液轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶中，用一級水稀釋至刻度，搖勻，待測定。

ICP-MS測定：參照表2調(diào)整儀器工作條件，用調(diào)諧液調(diào)整儀器測量參數(shù)。按順序依次對標準溶液、空白溶液和樣品溶液進行測定。根據(jù)工作標準溶液對稀土元素進行定量。

1.3.2 煙葉常規(guī)化學成分測定 常規(guī)化學成分指標總糖、還原糖[17]、總氮[18]、總植物堿[19]、氯[20]、鉀[21]均采用行業(yè)標準方法進行檢測。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 19.0和Excel等軟件進行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 煙葉樣品的測定

應用ICP-MS和連續(xù)流動分析儀依照上述方法對煙葉中稀土元素及常規(guī)化學成分進行測定，測定結(jié)果見表3。由表3可知，煙葉中15種稀土元素Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu平均含量分布于0.780～1.707、1.757～3.903、1.687～4.810、0.237～0.417、0.860～1.440、0.130～0.213、0.047～0.067、0.223～0.347、0.020～0.033、0.090～0.147、0.017～0.032、0.047～0.078、0.003～0.010、0.030～0.052 和0.003～0.008 mg/kg，其中輕稀土元素（Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu和Gd）含量要高于重稀土元素（Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu）。同時，稀土元素的含量在不同土壤和品種煙葉樣品中具有較大差異。

由表4可知，煙葉中6種化學成分含量差異較大?？偺?、還原糖、總氮、總植物堿、氯和鉀離子平均含量分布范圍為24.633%～34.133 %、18.933%～24.733 %、1.903%～2.293 %、2.053%～3.273 %、0.110%～0.527 %和1.398%～1.992 %。

2.2 稀土元素與化學成分灰色關聯(lián)度分析

上述結(jié)果表明，輕稀土元素總量、重稀土元素總量和稀土元素總量與不同土壤類型種植的煙葉化學成分指標均具有較大的關聯(lián)度，不同土壤種植的煙葉中稀土元素與其常規(guī)化學成分指標的關聯(lián)次序具有一定的差異?？傮w分析可知，紅壤種植的煙葉樣品中輕稀土元素與常規(guī)化學成分具有較大的關聯(lián)度，水稻土與紫色土種植的煙葉樣品中重稀土元素與常規(guī)化學成分具有較大的關聯(lián)度。由于稀土元素在不同土壤類型及A層（深度在0.4～0.5 m，富含有機質(zhì)，黏粒含量較高，作為植物耕作的主要土壤層，具有較大孔隙和低容重，植物根系發(fā)達。）土壤中可溶態(tài)稀土元素的分布均具有一定差異[23]，且稀土元素通過木質(zhì)部向植物體地上部分轉(zhuǎn)移的過程中受轉(zhuǎn)移機制和固定機制共同調(diào)控的影響，同時稀土元素極易與營養(yǎng)元素磷結(jié)合，導致稀土元素在植物體不同器官出現(xiàn)分異現(xiàn)象[24]。因此，上述結(jié)果可能與不同土壤類型中稀土元素的分布及煙葉對稀土元素的分異現(xiàn)象有關。

上述結(jié)果表明，輕稀土元素總量、重稀土元素總量和稀土元素總量與不同品種煙葉化學成分均具有較大的關聯(lián)度。其中，K326品種煙葉中輕稀土元素總量與總糖、還原糖、總植物堿和總氮具有較大的關聯(lián)度，重稀土元素與鉀離子和氯離子具有較大的關聯(lián)度；紅花大金元品種煙葉中重稀土元素總量與常規(guī)化學成分具有較大的關聯(lián)度；云煙87品種煙葉中輕稀土元素與常規(guī)化學成分具有較大的關聯(lián)度。這可能與不同品種煙葉樣品對稀土元素的富集能力不同有關。

2.3 稀土元素與化學成分的通徑分析

2.3.1 不同土壤煙葉稀土元素與化學成分通徑分析 由表7可知，紅壤、水稻土和紫色土種植的煙葉樣品中，輕、重稀土元素總量及稀土元素總量與各常規(guī)化學成分均具有一定的相關性，其中紅壤種植的煙葉中，重稀土元素總量與總植物堿和總氮具有極顯著負相關性，相關系數(shù)分別為0.671和0.620；紫色土種植的煙葉中，重稀土元素總量與總植物堿具有極顯著負相關性，相關系數(shù)為0.803。

2.3.2 不同品種煙葉稀土元素與化學成分通徑 分析由表7可知，K326、紅花大金元和云煙87品種煙葉樣品中，輕、重稀土元素總量及稀土元素總量與各常規(guī)化學成分均具有一定的相關性。其中紅花大金元煙葉中，輕稀土元素總量和稀土元素總量與總植物堿具有顯著負相關性，相關系數(shù)均為0.636，重稀土元素總量與總植物堿和總氮具有極顯著及顯著負相關性，相關系數(shù)分別為0.753和0.592。

3 結(jié)論與討論

采用灰色關聯(lián)度、相關性及通徑分析法分析對不同土壤類型、不同品種種植的煙葉樣品中稀土元素與常規(guī)化學成分總糖、鉀離子、還原糖、總植物堿、氯離子和總氮間的相互關系進行研究，結(jié)果顯示：采用灰色關聯(lián)度分析可知，紅壤種植的樣品中輕稀土元素與其常規(guī)化學成分間關系較為密切，水稻土和紫色土種植的樣品中重稀土元素與其常規(guī)化學成分間關系較為密切；除K326品種重稀土元素與鉀離子和氯離子具有較大的關聯(lián)度外，K326和云煙87樣品中輕稀土元素與其常規(guī)化學成分間關系較為密切，紅花大金元品種煙葉中重稀土元素與其常規(guī)化學成分間關系較為密切。這可能與不同品種煙葉對土壤類型中游離稀土元素吸附能力、需求及分異現(xiàn)象有關。此外，不同化學成分的產(chǎn)生和累積與煙葉的生長發(fā)育有關，而煙葉不同生長期對稀土元素的需求不盡相同，致使不同土壤類型和品種種植的煙葉稀土元素與常規(guī)化學成分的相互作用具有一定差異，這與高華軍等[10]研究的結(jié)果相吻合。通過直接通徑系數(shù)分析可知，紅壤種植的樣品中輕、重稀土元素對其常規(guī)化學成分累積均具有重要影響，水稻土和紫色土種植的樣品中輕稀土元素對其常規(guī)化學成分累積均具有較大影響；K326和云煙87品種中輕稀土元素對其常規(guī)化學成分累積均具有較大影響，而紅花大金元樣品中輕、重稀土元素對其常規(guī)化學成分累積均具有重要影響。由間接通徑系數(shù)分析可知，不同土壤種植、不同品種煙葉樣品的輕、重稀土元素可通過自身及相互作用對煙葉常規(guī)化學成分的產(chǎn)生和形成也具有一定的影響。對于不同土壤類型種植樣品，通徑分析得到的直接通徑系數(shù)大小及次序與灰色關聯(lián)度分析得到的關聯(lián)度有一定差異。尤其是紫色土種植的煙葉樣品，2種方法分析結(jié)果差異較大，這可能與土壤中各稀土元素的分異現(xiàn)象對稀土元素的需求有關。對于不同品種樣品，2種方法分析的結(jié)果基本保持一致，表明不同品種煙葉對稀土元素的富集能力基本相同。該研究進一步證實了煙葉中的稀土元素主要來源于土壤，這與梁濤等[24]研究結(jié)果相符，而不同品種中稀土元素種類及含量差異不明顯。稀土元素對煙葉品質(zhì)的影響主要是通過土壤中游離稀土元素的轉(zhuǎn)移，在基體內(nèi)產(chǎn)生生理生化作用而改善和提高煙葉的質(zhì)量，這與郭伯生等[25]研究結(jié)果一致。

通過對不同土壤類型種植、不同品種煙葉樣品中的稀土元素與常規(guī)化學成分的灰色關聯(lián)度和通徑分析可知，2種方法分析的結(jié)果基本一致，可相互佐證。不同土壤類型種植的樣品中各稀土元素對常規(guī)化學成分影響的差異可能與土壤中稀土元素含量的差異及分異現(xiàn)象有關，后續(xù)應進一步研究不同土壤類型中稀土元素的含量變化，為揭示煙葉種植的背景土壤中稀土元素含量的分布奠定基礎。不同品種煙葉中各稀土元素含量對常規(guī)化學成分的影響具有一定的差異性，這可能與煙葉在生長過程中對稀土元素的吸附和需求有關，后續(xù)應對稀土元素的植物生理生化與分子生物學效應，特別是對稀土元素在植物體內(nèi)的分異形式、作用機理等方面進行深入研究，以闡明稀土元素對農(nóng)作物生理生化過程的調(diào)控機制，為實現(xiàn)稀土元素對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量與數(shù)量的定向控制奠定基礎。

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（責任編輯：葉雪娥）