袁國慶， 蔡憲杰， 李先才， 鄧 濤， 吳淑俊， 郭啟超，陳 彪，王全貞， 沈應(yīng)歡， 潘義宏，4*

(1.云南省煙草公司 曲靖市公司， 云南 曲靖 655000； 2.上海煙草集團有限責(zé)任公司， 上海 200082； 3.西南林業(yè)大學(xué) 化學(xué)工程學(xué)院， 云南 昆明 650224； 4.云南五佳生物科技有限公司， 云南 昆明 650106)

0 引言

【研究意義】煙葉品質(zhì)的形成是生態(tài)環(huán)境、品種和栽培管理措施共同作用的結(jié)果，其貢獻度為生態(tài)環(huán)境(46.71%)>種植品種(30.55%)>栽培措施(22.74%)[1]。生態(tài)環(huán)境因子主要包括土壤和氣候等因素，土壤是煙株吸收營養(yǎng)和水分的場所，同時各種環(huán)境條件也通過土壤影響煙草的生長發(fā)育乃至最終的風(fēng)格類型，優(yōu)質(zhì)土壤是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)煙葉的重要前提之一[2-3]。曲靖宣威是全國最大的縣級煙區(qū)，致力于打造全國需求最旺煙區(qū)。近年來，已成為熊貓、中華及大重九等高端卷煙品牌的重要原料基地。研究土壤特征及其與煙葉品質(zhì)相關(guān)性，明確宣威高端煙葉產(chǎn)區(qū)植煙土壤限制因子，對提高煙葉產(chǎn)質(zhì)、改良土壤及合理規(guī)劃植煙區(qū)，實現(xiàn)高端煙葉的定向生產(chǎn)具有重要現(xiàn)實意義?！厩叭搜芯窟M展】趙鵬力等[4-6]研究表明，土壤養(yǎng)分與烤煙化學(xué)成分及感官評吸質(zhì)量之間存在較強關(guān)聯(lián)度。李衛(wèi)等[7]在評價曲靖煙區(qū)土壤肥力狀況時認為，宣威煙區(qū)土壤肥力較好，綜合得分較高。楊森等[8]對宣威典型植煙區(qū)土壤養(yǎng)分進行綜合評價認為，宣威植煙區(qū)土壤氮及有機質(zhì)含量過高，而磷元素缺乏，大部分植煙土壤具備優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)條件?！狙芯壳腥朦c】土壤等生態(tài)環(huán)境因子是卷煙風(fēng)格特征的重要影響因素，目前鮮有對宣威高端卷煙原料產(chǎn)區(qū)土壤特征分類的相關(guān)報道。【擬解決的關(guān)鍵問題】以25個煙葉產(chǎn)出率較高的植煙區(qū)為研究對象，通過檢測宣威高端卷煙原料產(chǎn)區(qū)土壤養(yǎng)分及煙葉品質(zhì)指標，研究土壤特征及其與煙葉品質(zhì)的相關(guān)性，明確其土壤特征、區(qū)域內(nèi)煙葉風(fēng)格特征及高端卷煙原料產(chǎn)區(qū)植煙土壤限制因子，以期為提高煙葉產(chǎn)質(zhì)、改良土壤、高端煙葉的定向生產(chǎn)及煙區(qū)的合理規(guī)劃提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

土壤和煙葉樣本，2020年采自宣威市熱水(窯上、阿浪和秧草)、板橋(石缸、東屯、花山四線和永安)、落水(馬圖和三道)、倘塘(新樂、松林和發(fā)宏)、寶山(虎場和寶山)、羊場(小箐)、田壩(中和)、務(wù)德(務(wù)德一庫、務(wù)德二庫和茨嘎一庫)、西澤(西澤、迤畢和馬嘎)及龍?zhí)?二九七、龍?zhí)逗托聠?共10個鄉(xiāng)鎮(zhèn)煙葉站25個煙葉收購點所在高端煙葉原料產(chǎn)出區(qū)域。各產(chǎn)煙區(qū)分別采集2份土樣及煙樣(C2F)。

1.2 方法

1.2.1 土壤取樣及分級評價 在25個取樣點分別選取往年高端煙葉產(chǎn)出率較高的2戶農(nóng)戶的對應(yīng)地塊，于烤煙移栽前，在每個地塊各采集2份土壤樣品，長方形土塊采取之字形、較為方正的地塊采用對角線或棋盤形采集耕層土壤20 cm深的土樣，同一采樣單元內(nèi)每8～10個點土樣構(gòu)成1個1.0～2.0 kg的混合土樣。土壤樣品經(jīng)風(fēng)干后，參照文獻[9]的方法測定土壤團聚體含量，并測定pH及有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀含量，根據(jù)主成分分析法及模糊數(shù)學(xué)分別確定各項肥力指標的權(quán)重和隸屬度，二者的乘積作為土壤肥力綜合指標值(Integrated Fertility Index，IFI)[8]，根據(jù)土壤分級標準[10](表1)對土壤進行分級。以提取出的土壤特征養(yǎng)分指標為自變量，烤煙品質(zhì)為因變量擬合線性模型，皮爾遜相關(guān)系數(shù)|r|<0.3時呈低度相關(guān)，當0.3≤|r|<0.8時呈中度相關(guān)，當|r|≥0.8時呈高度相關(guān)[11]。煙葉物理特性、外觀質(zhì)量均參照《中國煙草種植區(qū)劃》采用賦值權(quán)重指數(shù)和法進行評價[12]。

表1 土壤養(yǎng)分的分級標準

1.2.2 煙葉指標測定與評價

1) 煙葉常規(guī)化學(xué)成分。試樣采用YC/T 31-1996 煙草及煙草制品試樣的制備和水分測定 烘箱法制備；檢測項目包括煙葉總糖、氯離子、鉀離子、還原糖、總氮和總植物堿共6項指標的含量，采用YC/T 217-2007和YC/T 159～162-2002(連續(xù)流動法)進行檢測。煙葉常規(guī)化學(xué)成分采用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)的數(shù)據(jù)模型進行評價，并參照文獻[13]根據(jù)煙葉常規(guī)化學(xué)成分的綜合指數(shù)(I)劃分等級，即：高(I≥0.75)、較高(0.65≤I<0.75)、中(0.55≤I<0.65)、較低(0.45≤I<0.55)和低(I<0.45)。

2) 青團外觀質(zhì)量。包括煙葉的身份、顏色、色度、成熟度、油分及組織結(jié)構(gòu)共6項指標，依據(jù)GB 2635-1992 烤煙進行打分評價。

3) 物理特性。包括煙葉抗張力、厚度、平衡含水率、葉面密度和含梗率共5項指標，分別依據(jù)GB/T 12914-2008 紙和紙板 抗張強度的測定、GB/T 451.3-2002 紙和紙板厚度的測定和YC/T 142-2010 煙草農(nóng)藝性狀調(diào)查測量方法進行測定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計及作圖，采用SPSS 21.0進行聚類及統(tǒng)計分析，聚類分析歐氏距離取5。

2 結(jié)果與分析

2.1 宣威高端卷煙原料產(chǎn)區(qū)的土壤特征

2.1.1 養(yǎng)分聚類 由圖1可知，宣威高端卷煙原料產(chǎn)區(qū)土壤養(yǎng)分可聚為3類。Ⅰ類，包括秧草、馬圖、永安、阿浪、務(wù)德二庫、虎場、發(fā)宏及寶山等收購點，主要分布在宣威西南部和東北部，涉及熱水鎮(zhèn)、落水鎮(zhèn)、板橋鎮(zhèn)、務(wù)德鎮(zhèn)、寶山鎮(zhèn)及倘塘鎮(zhèn)；Ⅱ類，包括窯上、三道、花山四線、新樂、松林、石缸和東屯等收購點，主要分布于宣威南部，少量分布于北部，涉及熱水鎮(zhèn)、落水鎮(zhèn)、板橋鎮(zhèn)及倘塘鎮(zhèn)；Ⅲ類，包括中和、迤畢、務(wù)德一庫、西澤、龍?zhí)丁⑿聠?、茨嘎一庫、馬戛、二九七及小箐等收購點，主要分布于宣威西南部，少量分布于北部及東部，涉及田壩鎮(zhèn)、西澤鎮(zhèn)、務(wù)德鎮(zhèn)、龍?zhí)舵?zhèn)和羊場鎮(zhèn)。

圖1 宣威高端卷煙原料產(chǎn)區(qū)土壤養(yǎng)分的聚類分析圖譜

2.1.2 土壤養(yǎng)分含量 從表2看出，3類土壤的全氮、全磷、全鉀、有效磷含量及綜合肥力指數(shù)均無顯著差異，差異主要表現(xiàn)在pH、有機質(zhì)、堿解氮及速效鉀含量方面。

表2 3類植煙土壤的養(yǎng)分含量

1) pH。3類土壤的pH為5.95～6.81，表現(xiàn)為Ⅱ>Ⅰ>Ⅲ，變異系數(shù)為2.71%～4.64%。其中，Ⅱ類土壤pH最高，為6.81，呈中性，變異系數(shù)為2.71%；其次為Ⅰ類和Ⅲ類土壤，pH分別為6.52和5.95，均呈微酸性，變異系數(shù)分別為3.69%和4.64%；3類土壤的pH彼此間差異均達顯著水平。

2) 有機質(zhì)含量。3類土壤的有機質(zhì)含量為23.85～31.22 g/kg，表現(xiàn)為Ⅲ>Ⅰ>Ⅱ，變異系數(shù)為19.74%～26.25%。其中，以Ⅲ類土壤最高，達31.22 g/kg，為豐富水平，顯著高于Ⅱ類土壤(23.85 g/kg，中等水平)，Ⅰ類土壤有機質(zhì)含量為29.94 g/kg，為中等水平，與其余2類土壤無顯著差異。

3) 全氮、全磷和全鉀含量。3類土壤的全氮含量為1.97～2.25 g/kg，表現(xiàn)為Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ，變異系數(shù)為11.74%～34.27%。全磷含量為0.98～1.23 g/kg，表現(xiàn)為Ⅱ>Ⅲ>Ⅰ，變異系數(shù)為14.94%～62.10%。全鉀含量為213.61～18.00 g/kg，表現(xiàn)為Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ，變異系數(shù)為23.91%～45.96%。其中，全氮和全磷含量為豐富至很豐富水平，全鉀含量為豐富水平；3類土壤全氮、全磷及全鉀含量均無顯著差異。

4) 堿解氮含量。3類土壤的堿解氮含量為43.93～71.75 g/kg，表現(xiàn)為Ⅲ>Ⅰ>Ⅱ，變異系數(shù)為25.26%～43.09%，除Ⅲ類為缺乏水平外，其余均為很缺乏水平；Ⅲ類與Ⅱ類差異達顯著水平。

5) 速效磷含量。3類土壤速效磷含量為15.30～18.76 mg/kg，表現(xiàn)為Ⅱ>Ⅰ>Ⅲ，均為中等水平；變異系數(shù)為39.62%～50.95%。各類土壤間無顯著差異。

6) 速效鉀含量。3類土壤速效鉀含量為128.91～379.45 mg/kg，表現(xiàn)為Ⅱ>Ⅰ>Ⅲ，分別為豐富、很豐富和中等水平；變異系數(shù)為7.68%～25.66%。3類土壤間差異顯著。

7) 綜合肥力指數(shù)(IFI)。3類土壤的IFI為0.72～0.76，表現(xiàn)為Ⅰ>Ⅱ(0.75)>Ⅲ，變異系數(shù)為10.12%～12.38%。3類土壤綜合肥力指數(shù)變異系數(shù)均大于10%，屬中等變異。3類土壤間均無顯著差異。

綜上看，除pH外，其余指標均存在較大波動；Ⅰ類土壤表現(xiàn)為土質(zhì)微酸，有機質(zhì)、堿解氮、速效磷及速效鉀含量處于其余2類中間，其全磷、全鉀、堿解氮及有效磷含量的變異系數(shù)較大；Ⅱ類土壤為高鉀、高pH、低氮及低有機質(zhì)土壤，其全氮、全鉀、有效磷含量的變異系數(shù)較大；Ⅲ類土壤為高氮和高有機質(zhì)土壤，全氮、堿解氮及有機質(zhì)含量均最高，但pH及速效鉀含量均最低，其全氮、全鉀、堿解氮、有效磷含量變異系數(shù)較大?？傊矡焻^(qū)堿解氮含量較為缺乏，其余指標均較適宜。

2.1.3 土壤結(jié)構(gòu) 從圖2看出，3類土壤均以壤土為主，Ⅰ類土壤共16個土樣，其中有壤土11個，占68.75%；Ⅱ類土壤共14個土樣，其中有壤土12個，占85.72%；Ⅲ類土壤共20個土樣，其中有壤土15個，占75.00%。Ⅰ類、Ⅲ類的黏土占比較Ⅱ類更高，均以輕黏土為主。各類土壤不同粒徑土粒的組成存在差異，但均不顯著，其中，Ⅰ類土壤中有72.26%的土粒粒徑<0.05 mm，有53.06%土粒粒徑<0.01 mm；Ⅱ類土壤中有70.92%的土粒粒徑<0.05 mm，有51.59%土粒粒徑<0.01 mm；Ⅲ類土壤中有68.99%的土粒粒徑<0.05 mm，有50.71%土粒粒徑<0.01 mm。粒徑<0.05 mm和<0.01 mm的土粒占比均表現(xiàn)為Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ，3類土壤間差異不顯著。

圖2 宣威高端卷煙原料產(chǎn)區(qū)的土壤結(jié)構(gòu)

2.2 3類土壤生產(chǎn)煙葉的品質(zhì)特征

2.2.1 外觀質(zhì)量 由表3可知，3類土壤生產(chǎn)的煙葉外觀質(zhì)量存在差異，其中，煙葉油分和綜合得分存在顯著差異。煙葉油分，3類煙葉油分得分為6.45～6.86分，Ⅱ類土壤的煙葉油分得分最高，顯著高于Ⅰ類(6.47分)和Ⅲ類(6.45分)。煙葉顏色得分為7.58～7.61分，成熟度得分為7.05～7.32分，結(jié)構(gòu)得分為7.05～7.32分，身份得分為7.08～7.13分，色度得分為6.98～7.13分，均存在不同程度的差異，但均未達到顯著水平，其中，Ⅱ類煙葉各項指標均表現(xiàn)更好，Ⅰ類其次，Ⅲ類相對較差。3類土壤生產(chǎn)的煙葉外觀質(zhì)量綜合得分為0.72～0.74分，差異不顯著。

表3 3類土壤生產(chǎn)煙葉的外觀質(zhì)量

2.2.2 物理特性 由表4可知，3類土壤生產(chǎn)的煙葉在厚度、含梗率、葉面密度、抗張力、抗張強度、平衡含水率及綜合得分等方面雖存在差異但均未達顯著水平。一般認為，煙葉含梗率越低經(jīng)濟性狀越好，葉面密度在75～80 g/cm2最好，抗張力為1.4～2.4N較好，平衡含水率以大于13.5%表現(xiàn)最好[11]。3類土壤產(chǎn)區(qū)的煙葉含梗率為33.50%～34.95%，表現(xiàn)為Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ，均偏高，影響加工性能；葉面密度為56.64～58.95 g/cm2，表現(xiàn)為Ⅱ>Ⅲ>Ⅰ，均偏低；抗張力(1.26～1.31 N)和抗張強度(0.08～0.09 kN/m)均較小；平衡含水率為13.75%～13.92%，表現(xiàn)為Ⅲ>Ⅰ>Ⅱ，均大于13.50%，表明煙葉吸濕性較好。表明，在不同土壤條件下煙葉的物理特性較為穩(wěn)定，無明顯地域差異。

表4 3類土壤產(chǎn)區(qū)煙葉的物理特性

2.2.3 常規(guī)化學(xué)成分 一般認為優(yōu)質(zhì)烤煙常規(guī)化學(xué)成分：總糖含量為19%～28%，還原糖含量為16%～25%，總氮含量為1.5%～2.5%，鉀含量高于1.5%，氯含量低于0.6%，中部煙葉煙堿含量為2.1%～2.9%，糖堿比為8～10，氮堿比接近1，鉀氯比大于4[14]。由表5可知，3類土壤生產(chǎn)的煙葉常規(guī)化學(xué)成分含量存在差異，其中，僅還原糖含量的差異達顯著水平，而總糖、總氮、總植物堿、鉀離子和氯離子含量及糖堿比、氮堿比、鉀氯比均無顯著差異。還原糖含量以Ⅲ類土壤生產(chǎn)的煙葉最低，為13.31%，顯著低于Ⅰ類(15.81%)和Ⅱ類的煙葉(15.84%)。綜合得分表現(xiàn)為Ⅰ(0.62)=Ⅱ(0.62)>Ⅲ(0.58)。表明，3類土壤煙區(qū)生產(chǎn)的煙葉總糖含量偏高，總植物堿偏低，Ⅰ類和Ⅱ類的還原糖含量接近適宜值，Ⅲ類的偏低，其余指標均在適宜范圍。

表5 3類土壤產(chǎn)區(qū)煙葉的常規(guī)化學(xué)成分

2.3 土壤養(yǎng)分與煙葉品質(zhì)的相關(guān)性

從表6看出，有機質(zhì)含量與烤煙油分存在顯著負相關(guān)關(guān)系；pH與油分呈中度正相關(guān)，堿解氮含量與油分呈高度負相關(guān)，速效鉀含量與油分呈高度正相關(guān)；有機質(zhì)含量與烤煙還原糖含量呈中度負相關(guān)，堿解氮含量與還原糖含量呈高度負相關(guān)，pH與速效鉀含量和還原糖含量呈高度正相關(guān)。

表6 土壤養(yǎng)分與煙葉油分及還原糖含量間的相關(guān)性

3 討論

朱經(jīng)偉等[15]認為，施用腐殖酸鉀可以有效緩解土壤酸害，提高速效養(yǎng)分含量和改善煙葉品質(zhì)。沈玉葉等[16]認為，速效鉀含量對pH變化較敏感，二者關(guān)聯(lián)度較高。夏磊等[17]研究表明，土壤pH與土壤速效鉀呈極顯著正相關(guān)。研究結(jié)果表明，土壤pH、有機質(zhì)、堿解氮及速效鉀含量是劃分宣威高端卷煙原料產(chǎn)區(qū)土壤的特征指標。Ⅰ類與Ⅱ類和Ⅲ類土壤間均以pH及速效鉀含量為特征指標，其在3類土壤間的變化關(guān)系為Ⅱ>Ⅰ>Ⅲ，存在較高的一致性；同時，3類土壤產(chǎn)區(qū)煙葉的綜合品質(zhì)也存在相似趨勢，由此認為，在一定范圍內(nèi)土壤pH與速效鉀對煙葉品質(zhì)的影響為協(xié)同作用。與朱經(jīng)偉等[15-17]的研究結(jié)果一致。Ⅱ類和Ⅲ類土壤間以pH、有機質(zhì)、堿解氮及速效鉀含量為特征指標，與pH和速效鉀含量變化不同的是，有機質(zhì)和堿解氮含量反而以Ⅲ類土壤較高，由于堿解氮含量整體偏低，因此認為，土壤pH偏低、速效鉀含量略低及有機質(zhì)含量偏高導(dǎo)致Ⅲ類土壤產(chǎn)區(qū)煙葉的綜合品質(zhì)較差。整體看，3類土壤pH為中性至偏酸性，速效鉀含量在中等以上，有機質(zhì)和全氮含量均較豐富，但堿解氮含量卻較缺乏。王艷杰等[18]研究認為，氮素礦化與土壤有機質(zhì)、全氮含量呈顯著正相關(guān)，與土壤水分、溫度及耕作方式等密切相關(guān)。由此推測，由于煙區(qū)近年來氣候較干旱，土壤水分不足，氮素礦化受阻，從而導(dǎo)致原料區(qū)部分土壤堿解氮含量偏低。

3類土壤產(chǎn)區(qū)烤煙油分及還原糖含量存在顯著差異，與土壤特征指標的簡單相關(guān)分析表明，油分、還原糖含量與土壤有機質(zhì)、堿解氮含量呈負相關(guān)，與pH、速效鉀含量呈正相關(guān)。高旭[19]研究認為，烤煙身份、油分及色度隨土壤pH升高呈逐步下降趨勢。該研究結(jié)果與之相悖，原因在于土壤pH的差異。研究樣本pH僅5.95～6.81，波動較小，高旭[19]的研究pH在4.28～8.37，并將其分為低、中及高3個區(qū)間，再研究油分在不同區(qū)間的變化規(guī)律，因此不具可比性。謝利麗[20]認為，土壤有機質(zhì)含量小于25 g/kg時，烤煙油分隨有機質(zhì)含量的上升而增加，但當有機質(zhì)含量大于25 g/kg后，油分隨有機質(zhì)含量的上升而減少；同時還認為，烤煙油分隨土壤速效鉀含量的上升而增加，本研究結(jié)果與之一致。黎妍妍等[21]研究表明，煙葉糖含量一般隨土壤鉀素含量增加而增加，隨土壤氮素含量增加而降低，本研究結(jié)果與之一致。

有機質(zhì)含量與土壤肥力水平密切相關(guān)，與作物生長發(fā)育和品質(zhì)形成密不可分。王小東等[22]認為，土壤有機質(zhì)對烤煙主要碳水化合物含量具有負效應(yīng)，而對含氮化合物、多酚類物質(zhì)、香氣品質(zhì)及感官評吸總分等指標具有正效應(yīng)。而且有機質(zhì)含量并非越高越好，若土壤肥力過高，則會使烤煙葉片肥厚、主脈較粗，蛋白質(zhì)和煙堿等含氮化合物含量增加，影響感官評吸質(zhì)量[23]。宣威高端卷煙原料產(chǎn)區(qū)土壤有機質(zhì)含量偏高，堿解氮含量偏低，制約了煙葉品質(zhì)的提高，所以應(yīng)適當控制宣威煙區(qū)有機物料的投入，同時優(yōu)化灌溉措施、施肥模式及栽培技術(shù)等對土壤養(yǎng)分欠協(xié)調(diào)的煙區(qū)進行土壤改良。

4 結(jié)論

宣威高端卷煙原料產(chǎn)區(qū)土壤以壤土為主，根據(jù)養(yǎng)分指標將其分為3類，土壤pH、有機質(zhì)、堿解氮、速效鉀含量為特征指標，Ⅰ類土壤表現(xiàn)為土質(zhì)微酸，有機質(zhì)、堿解氮及速效鉀含量相較其余2類表現(xiàn)中等；Ⅱ類土壤為高速效鉀、高pH、低氮、低有機質(zhì)土壤；Ⅲ類土壤為高氮、高有機質(zhì)土壤、低pH、低速效鉀土壤。不同土壤條件下煙葉物理特性穩(wěn)定，無顯著差異，但煙葉含梗率和葉面密度等有待進一步優(yōu)化。Ⅱ類煙葉油分顯著高于Ⅰ類和Ⅲ類，Ⅲ類煙葉還原糖含量顯著低于Ⅰ類和Ⅱ類，整體看，Ⅱ類土壤生產(chǎn)的煙葉綜合品質(zhì)最高，Ⅰ類其次，Ⅲ類較差。土壤養(yǎng)分特征指標與烤煙油分及還原糖含量均呈中度至高度相關(guān)，其中有機質(zhì)含量與烤煙油分呈顯著負相關(guān)。