（河南省氣候中心，鄭州 450003）

河南煙區(qū)主要氣候因子與烤煙煙葉化學(xué)成分的關(guān)系

姬興杰，孟寒冬，左璇，劉雅星，吳璐，李鳳秀

（河南省氣候中心，鄭州 450003）

為明確影響河南煙區(qū)烤煙煙葉化學(xué)成分的主要氣候因子，利用1981—2013年河南煙區(qū)64個氣象站氣象資料以及烤煙中部煙葉主要化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)，采用數(shù)理統(tǒng)計分析方法，分析了河南煙區(qū)主要氣候特征和中部葉化學(xué)成分狀況以及二者之間的關(guān)系。結(jié)果表明，河南煙區(qū)烤煙大田期氣溫適宜、光照充足、雨熱同步，9個地市烤煙化學(xué)成分含量多在優(yōu)質(zhì)煙葉的適宜范圍內(nèi)?？緹熤胁咳~主要化學(xué)成分指標(biāo)受氣候要素的綜合影響，不同指標(biāo)間具有差異；影響的主導(dǎo)氣候因子表明，在一定范圍內(nèi)，伸根期高溫日數(shù)增加對總糖含量和糖堿比增加有利，大田期高溫日數(shù)增多對兩糖比增大不利，旺長期高溫日數(shù)增多對鉀含量增加不利，旺長期日平均氣溫≥20 ℃以上日數(shù)增多煙堿含量下降，旺長期相對濕度增大總氮含量下降、鉀氯比增大，伸根期最高氣溫上升對氮堿比增加有利，成熟期最低氣溫上升不利于還原糖含量增加，大田期降雨日數(shù)增加氯含量下降。主要氣候因子對河南煙區(qū)烤煙中部煙葉化學(xué)成分的影響以溫?zé)嵋蛩氐挠绊懗潭茸畲?、水濕因素次之、光照因素最小?/p>

烤煙；氣候因子；化學(xué)成分；河南

煙草是中國重要的經(jīng)濟(jì)作物，是一種葉用作物，也是嗜好類作物[1]。煙葉是卷煙工業(yè)的基礎(chǔ)，其質(zhì)量優(yōu)劣對卷煙品質(zhì)的作用舉足輕重。氣候資源條件是決定煙葉特色風(fēng)格和品質(zhì)優(yōu)劣的關(guān)鍵生態(tài)因素之一[2-3]。煙堿、總氮、還原糖、鉀含量和鉀氯比等指標(biāo)作為烤煙化學(xué)成分協(xié)調(diào)性的評價指標(biāo)，是評價煙葉品質(zhì)好壞的標(biāo)準(zhǔn)之一[1]。光照、溫度、降雨量等氣象因子直接影響煙葉的生長發(fā)育以及烤后煙葉不同物質(zhì)積累和化學(xué)成分變化[4]。在不同煙區(qū)，氣候要素對煙葉化學(xué)成分的影響也有差異[5-12]。河南省處于中國中東部內(nèi)陸地區(qū)，位于黃河中下游，華北大平原的南端，地表形態(tài)復(fù)雜，境內(nèi)有山地、丘陵、平原、盆地等多種地貌類型，氣候特征為亞熱帶向暖溫帶過渡的大陸性季風(fēng)氣候。全省各地年平均氣溫在 12.3～15.8 ℃，平均氣溫日較差為10.6 ℃，全年無霜期 196～246 d，年均降雨量在516.6～1294.1 mm，主要集中在夏季（6—8月），占全年的54%，年均日照時數(shù)1733～2368 h，年均相對濕度在59.6%～77.9%。氣候資源條件適宜于烤煙種植，統(tǒng)計資料顯示，2014年河南省烤煙種植面積達(dá)12.4萬hm2，總產(chǎn)量為29.67萬t，占全國烤煙總產(chǎn)量的11%[13]。許昌、三門峽、洛陽、駐馬店、南陽、平頂山、周口、信陽和漯河等9個地市烤煙種植面積較大，為河南烤煙主產(chǎn)地區(qū)。李亞男等[9]、汪孝國等[10]對河南典型煙區(qū)化學(xué)成分指標(biāo)與氣候要素的關(guān)系進(jìn)行了分析，但利用完備的氣候資料對全省煙區(qū)進(jìn)行的分析報道尚不多見。因此，本研究擬基于河南煙區(qū)氣候資料和烤煙中部葉主要化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)，分析河南煙區(qū)主要氣候特征和烤煙中部葉主要化學(xué)成分特點，明確煙區(qū)烤煙生長不同生育期時期和大田期主要氣候因子與煙葉化學(xué)成分的關(guān)系，以期為河南煙區(qū)烤煙生產(chǎn)趨利避害和充分利用氣候資源提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

1.1.1 化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù) 本研究使用的河南煙區(qū)烤煙中部葉化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)主要來源于中國煙草科教網(wǎng)（http://sjk.ztri.com.cn/tobacco/yccx/），包括河南植煙區(qū)9個地市（表1），年限在2003—2012年，總有效樣本數(shù)為105個，主要化學(xué)成分指標(biāo)包括總糖、還原糖、總氮、總堿、鉀和氯。化學(xué)成分含量的比值是反映煙葉化學(xué)組分及其協(xié)調(diào)性的重要內(nèi)容，鉀氯比、糖堿比、兩糖比和氮堿比由上述相關(guān)化學(xué)成分指標(biāo)推算得出。

1.1.2 氣象數(shù)據(jù) 研究所用河南煙區(qū) 9個地市 64個氣象站的氣象數(shù)據(jù)來自河南省氣候中心，時間序列為1981—2013年，包括逐日的降雨量（mm）、平均氣溫（℃）、最高氣溫（℃）、最低氣溫（℃）、日照時數(shù)（h）以及相對濕度（%）等，基于以上這些要素計算了不同生育時段（伸根期、旺長期、成熟期和大田期）與烤煙生長密切相關(guān)的溫?zé)嵋蛩亍⑺疂褚蛩睾凸庹找蛩?。其中，溫?zé)嵋蛩匕ā?0 ℃活動積溫（AT10，℃·d，日平均氣溫≥10 ℃的和）、日平均氣溫≥20 ℃日數(shù)（N20，d）、平均氣溫（Tmean，℃）、最高氣溫（Tmax，℃）、最低氣溫（Tmin，℃）、氣溫日較差（DTR，℃，最高氣溫和最低氣溫之差）和高溫日數(shù)（N35，d，日最高氣溫≥35 ℃的日數(shù)）；水濕因素包括降雨量（Pre，mm）、降雨日數(shù)（Pred，d，日降雨量≥0.1 mm的日數(shù)）和相對濕度（RH，%）；光照因素為日照時數(shù)（SD，h）。氣象站點覆蓋9個地市，其空間分布見圖1。

表1 河南煙區(qū)中部葉烤煙化學(xué)成分基礎(chǔ)數(shù)據(jù)Table 1 Data of chemical components of middle tobacco leaves in Henan flue-cured tobacco-growing areas

圖1 河南煙區(qū)氣象觀測站點空間分布Fig. 1 Spatial distribution of meteorological stations in Henan flue-cured tobacco-growing areas

1.2 數(shù)據(jù)處理方法

利用Microsoft Excel和SPSS統(tǒng)計軟件，采用1981—2010年河南煙區(qū)9個地市64個氣象站對煙區(qū)烤煙伸根期、旺長期、成熟期和大田期的主要氣候資源條件及其差異進(jìn)行了分析。利用河南煙區(qū)9個地市烤煙中部葉主要化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)及其對應(yīng)的伸根期、旺長期、成熟期和大田期共計44個主要氣候因子進(jìn)行線性逐步回歸分析，并進(jìn)行顯著性檢驗，概率水平為P＜0.05和P＜0.01，分別表示達(dá)到顯著和極顯著水平。

由于河南各地氣候條件具有差異，因而烤煙在各地的生長發(fā)育期起止日期略有差異。河南煙區(qū)烤煙伸根期、旺長期、成熟期和大田期的劃分主要是綜合以往研究[11]和許昌、盧氏和襄城3個烤煙農(nóng)業(yè)氣象試驗站生育期觀測資料來確定的。本研究將洛陽和三門峽2個地市烤煙大田生長期定為5月10日至9月20日，其中，5月10日至6月20日為伸根期，6月21日至8月10日為旺長期，8月11日至9月20日為成熟期；其余地市大田期定為5月1日至8月31日，其中，5月1日至6月10日為伸根期，6月11日至7月20日為旺長期，7月21日至8月31日為成熟期。

2 結(jié) 果

2.1 河南煙區(qū)1981—2010年主要氣候條件

由表2看出，1981—2010年河南煙區(qū)伸根期、旺長期、成熟期和大田期的溫?zé)嵋蛩亍⑺疂褚蛩?、光照因素等氣候條件在 9個地市間變化范圍較大，空間分布較不均勻，差異明顯。大田期平均氣溫在23.4～25.1 ℃，總體平均為24.7 ℃；≥20℃持續(xù)日數(shù)在 108.6～116.2 d，≥10 ℃活動積溫 3052.4～3228.0 ℃，總體平均為3091.3 ℃。大田期總降雨量在398.3～648.4 mm，總體平均為509.6 mm。大田期日照時數(shù)在718.9～867.1 h，總體平均為772.2 h。

表2 河南煙區(qū)1981—2010年烤煙大田期主要氣候條件Table 2 The main climatic conditions from 1981 to 2010 during field growing period in Henan flue-cured tobacco-growing areas

河南煙區(qū)大田期氣候資源條件在烤煙不同生育階段的分布具有差異。隨著烤煙的生長發(fā)育，溫?zé)嵋蛩刂械臍鉁厝蛰^差呈現(xiàn)出逐漸縮小，其余指標(biāo)均表現(xiàn)出先升后降，在旺長期達(dá)到最高，成熟期次之，伸根期最小；水濕因素中的降雨量和降雨日數(shù)均表現(xiàn)出先增加后減少，在旺長期達(dá)到最高，成熟期次之，伸根期最小，相對濕度表現(xiàn)出逐漸增大；光照因素中的日照時數(shù)呈現(xiàn)出遞減的特點。從總體上看，高溫日數(shù)的變異系數(shù)最大，其次為降雨量，氣候資源分布雖然在空間上具有一定差異，但河南煙區(qū)溫?zé)嵋蛩?、水濕因素、光照因素等氣候條件比較能夠滿足煙區(qū)烤煙生長發(fā)育對大田生長期及不同生育階段適宜氣候資源的要求[14-15]。

2.2 河南煙區(qū)烤煙中部葉主要化學(xué)成分含量

從表3可以看出，河南煙區(qū)烤煙中部葉主要化學(xué)成分指標(biāo)在空間上具有明顯差異。從總體上看，河南煙區(qū)烤煙中部葉6個化學(xué)成分指標(biāo)間以氯含量的變異系數(shù)最大，為55.8%；總氮的變異系數(shù)最小，為11.4%；烤煙化學(xué)成分4個比值指標(biāo)以鉀氯比變異系數(shù)最大，為73.0%；以兩糖比變異系數(shù)最小，為5.8%?？偺呛?、還原糖含量、氮堿比、糖堿比和鉀氯比呈現(xiàn)出南低北高、東高西低，煙堿、氯和總氮含量以及兩糖比與之相反，鉀在空間上的分布特征不明顯。

與巴西和津巴布韋煙區(qū)化學(xué)成分相比（表3），河南煙區(qū)烤煙中部葉還原糖含量、氯含量和糖堿比較高，鉀含量和鉀氯比較低，煙堿含量接近，總氮含量與津巴布韋煙區(qū)接近，低于巴西煙區(qū)，氮堿比高于津巴布韋煙區(qū)，低于巴西煙區(qū)。從總體上看，河南煙區(qū)各地市烤煙中部葉化學(xué)成分含量多在優(yōu)質(zhì)煙葉的適宜范圍內(nèi)。

2.3 主要化學(xué)指標(biāo)和氣候要素的逐步回歸分析

本研究以氣候因子作為自變量，烤煙中部葉主要化學(xué)成分作為因變量，采用多元逐步回歸分析方法建立統(tǒng)計模型，著重分析烤煙中部葉主要化學(xué)指標(biāo)與44個氣候要素之間的關(guān)系，并將通過顯著性檢驗的氣侯因子引入回歸方程。如表4所示，烤煙中部葉主要化學(xué)指標(biāo)受氣候要素的綜合影響，不同指標(biāo)間具有差異。從單一氣候要素貢獻(xiàn)率來看（表4、圖2），伸根期高溫日數(shù)是影響總糖和糖堿比含量的主要氣候因素，呈極顯著正相關(guān)；大田期高溫日數(shù)是影響兩糖比的主要氣候因素，呈極顯著負(fù)相關(guān)；旺長期高溫日數(shù)和日平均氣溫≥20 ℃以上日數(shù)是分別影響鉀和煙堿的主要氣候因素，均呈極顯著負(fù)相關(guān)；伸根期最高氣溫是影響氮堿比的主要氣候因素，呈極顯著正相關(guān)；旺長期相對濕度是影響總氮和鉀氯比的主要氣候因素，并且其與總氮呈極顯著負(fù)相關(guān)，與鉀氯比呈極顯著正相關(guān)；成熟期最低氣溫是影響還原糖的主要氣候因素，呈極顯著負(fù)相關(guān)；大田期降雨日數(shù)是影響氯的主要氣候因素，呈極顯著負(fù)相關(guān)。

表3 河南煙區(qū)烤煙中部煙葉主要化學(xué)成分統(tǒng)計特征Table 3 The statistical characters of main chemical components of middle tobacco leaves in Henan flue-cured tobacco-growing areas

圖2 河南煙區(qū)烤煙中部葉主要化學(xué)成分與主導(dǎo)氣候因子的相關(guān)關(guān)系（n=105）Fig. 2 Correlation coefficients between the dominant climatic factors and the contents of main chemical components of middle flue-cured tobacco leaves in Henan flue-cured tobacco-growing areas

表4 河南煙區(qū)烤煙中部葉主要化學(xué)成分與氣候要素的逐步回歸分析（n=105）Table 4 Sequential correlation between the main chemical components of middle tobacco leaves vs climatic variables in Henan province in Henan flue-cured tobacco-growing areas in Henan flue-cured tobacco-growing areas

3 討 論

有研究認(rèn)為[14-15]，優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)一般要求大田期平均氣溫為25～28 ℃最適宜，≥10 ℃活動積溫以大于2800 ℃為適宜，日均溫≥20℃持續(xù)日數(shù)以大于85 d為適宜，降雨量以500～600 mm適當(dāng)分布為好，最低不能少于300 mm，最高不能大于800 mm，相對濕度在70%～80%，日照時數(shù)以在600～800 h為適宜，最高不能多于1000 h，最低不能少于500 h。本研究顯示，1981—2010年河南煙區(qū)大田期平均氣溫在 23.4～25.1 ℃，≥20 ℃持續(xù)日數(shù)在108.6～116.2 d，≥10℃活動積溫3052.4～3228.0 ℃；總降雨量在398.3～648.4 mm，相對濕度在71.1%～79.7%，日照時數(shù)在718.9～867.1 h，這些氣候條件都在上述適宜氣候條件的范圍內(nèi)，能夠滿足主產(chǎn)煙區(qū)煙草生長對大田期氣候資源的要求，對于煙株干物質(zhì)的合成與積累以及濃香型煙葉風(fēng)格的形成較為有利。特別是烤煙大田期降雨時空分布不均勻，生長前期降雨量偏少，中后期雨量充沛，但這為伸根期煙株發(fā)育發(fā)達(dá)根系和旺長期烤煙莖葉迅速生長創(chuàng)造了良好的條件。上述氣候特點可能是河南煙區(qū)濃香型煙葉風(fēng)格特色形成的主要生態(tài)學(xué)外因。

李亞男等[9]研究認(rèn)為，平頂山煙區(qū)8月晝夜溫差的減小、7月降雨量的增多有利于煙葉中總糖和還原糖含量的提高，而不利于煙堿和總氮含量的提高；8月晝夜溫差的增大、日照時數(shù)的減少，有利于鉀氯比的提高。汪孝國等[10]研究，認(rèn)為三門峽烤煙還原糖含量與6月均溫呈顯著正相關(guān)，與8月日照時數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)；總氮含量與7月日照時數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)；鉀含量與8月日照時數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)；氯含量與6月降水呈顯著負(fù)相關(guān)。楊軍杰等[11]研究認(rèn)為，中國濃香型烤煙鉀含量與多個溫度指標(biāo)呈極顯著負(fù)相關(guān)，其中與旺長期日均溫的相關(guān)系數(shù)最大，與各個時期降雨量呈極顯著正相關(guān)；氯含量與各個時期的降雨量呈極顯著負(fù)相關(guān)。陳偉等[8]研究發(fā)現(xiàn)，在中國北方煙區(qū)影響煙葉化學(xué)成分的主導(dǎo)因子為相對濕度、氣溫日較差和10 cm地溫。戴冕[5]研究認(rèn)為，中國主產(chǎn)煙區(qū)光照因素與煙葉還原糖積累呈顯著負(fù)相關(guān)，雨濕因素與煙堿的積累呈極顯著正相關(guān)。其中，氯含量與降水因素呈顯著負(fù)相關(guān)，與汪孝國等[10]和楊軍杰等[11]的研究結(jié)果具有一致性，但上述研究成果與本研究的結(jié)論不盡一致，研究結(jié)果的差異可能與不同煙區(qū)氣候因子的變化規(guī)律不同，或者是選取的氣候因子具有差異，導(dǎo)致影響煙葉質(zhì)量的關(guān)鍵氣候因子不同有關(guān)。這也表明氣候因素在不同區(qū)域煙葉品質(zhì)特色形成中的決定性作用。

4 結(jié) 論

從總體上看，河南煙區(qū)氣候資源條件在空間上具有差異，但各地市比較能夠滿足煙區(qū)烤煙生長發(fā)育對適宜氣候資源的要求，光溫水的結(jié)合奠定了河南煙區(qū)濃香型優(yōu)質(zhì)烤煙生長的基礎(chǔ)。河南煙區(qū)烤煙中部葉主要化學(xué)成分指標(biāo)在空間上具有明顯差異，但多在優(yōu)質(zhì)煙葉的適宜范圍內(nèi)。伸根期高溫日數(shù)是影響總糖含量和糖堿比的主要氣候因素，對其貢獻(xiàn)為正。大田期高溫日數(shù)是影響兩糖比主要氣候因素，對其貢獻(xiàn)為負(fù)。旺長期高溫日數(shù)和日平均氣溫≥20 ℃以上日數(shù)是分別影響鉀和煙堿含量的主要氣候因素，對其貢獻(xiàn)均為負(fù)。旺長期相對濕度是影響總氮和鉀氯比主要氣候因素，并且其對總氮的貢獻(xiàn)為負(fù)，對鉀氯比的貢獻(xiàn)為正。成熟期最低氣溫是影響還原糖含量的主要氣候因素，對其貢獻(xiàn)為負(fù)。伸根期最高氣溫是影響氮堿比的主要氣候因素，對其貢獻(xiàn)為正。大田期降雨日數(shù)是影響氯主要氣候因素，對其貢獻(xiàn)為負(fù)。主要氣候因子對化學(xué)成分的影響，以溫?zé)嵋蛩氐挠绊懗潭茸畲?、水濕因素次之、光照因素最小?/p>

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Relationships between Main Climatic Factors and Chemical Components of Flue-cured Tobacco Leaves in Henan Tobacco-growing Areas

JI Xingjie, MENG Handong, ZUO Xuan, LIU Yaxing, WU Lu, LI Fengxiu
(Henan Provincial Climate Centre, Zhengzhou 450003, China)

In order to reveal the main climatic factors that affect the chemical components of the flue-cured tobacco leaves in Henan, the meteorological data from 64 meteorology stations of Henan flue-cured tobacco-growing areas between 1981 and 2013 and the data of the main chemical components of the middle tobacco leaves were used in analyzing the main climatic characters and the status of chemical components of the middle tobacco leaves of Henan flue-cured tobacco-growing areas and the relationship between them. The results showed that, Henan flue-cured tobacco-growing areas had suitable temperature, sufficient sunlight, with the rainfall and heat having the same changes. The chemical component contents of flue-cured tobacco leaves in 9 cities contained reasonable and harmonious chemical constituents and were appropriate for high quality cigarette production. Stepwise regression analysis suggested that the main chemical components of the middle tobacco leaves had close relationship with meteorological factors as a whole and differed for different indexes. The results of dominant climatic factor analysis indicated that, in a certain range, the increase of day number of daily maximum temperature ≥35℃ during root elongating stage was favorable to the increase of total sugar and the ratio of total sugar to nicotine. The increase of day number of daily maximum temperature ≥35℃ during field growing period was unfavorable to the increase of the ratio of reducing sugar to total sugar. The increase of day number of daily maximum temperature ≥35℃ during fast growing stage decreased the content of potassium. The increase of day number of daily mean temperature ≥20℃during fast growing stage decreased the content of nicotine. The increase of relative humidity during fast growing stage decreased the content of total nitrogen and raised the ratio of potassium to chlorine. The increase of maximum temperature during root elongating stage was favorable to the increase of the ratio of total nitrogen to nicotine. The increase of minimum temperature during maturing stage was unfavorable to the increase of the content of reducing sugar. The increase of day number of daily precipitation ≥0.1mm during field growing period was favorable to the decrease of the content of chlorine. As the influence degree of dominant climatic factors on the chemical components, the temperature factor was the largest with the second being the humidity factor, and the light factor being the weakest.

flue-cured tobacco; climatic factor; chemical component; Henan

S572.01

1007-5119（2017）01-0035-07

10.13496/j.issn.1007-5119.2017.01.006

中國氣象局氣候變化專項項目“氣候變化對河南省濃香型烤煙種植及品質(zhì)的影響”（CCSF201524）

姬興杰（1982-），博士，高級工程師，主要從事氣候變化與農(nóng)業(yè)氣象研究。E-mail：jixingjie2004@aliyun.com

2016-06-02

2016-10-24