1. 前言
土壤的酸碱度会影响植株的形态和生长发育,而且和土壤的养分含量、形态和土壤酶活性等密切相关[1]-[3]。在烤烟种植过程中,土壤酸碱度会直接影响烤烟的生长发育[4]-[6]。目前,国际上推荐适宜烤烟生长的土壤pH为5.5~6.5 [7]-[9],研究表明,烟草在pH 4.5~8.5的土壤环境中均能生长[8],但并不是在这个范围内都能产出优质的烟叶,研究表明,土壤不同的酸碱条件对烤烟烟叶的品质有明显的影响[10] [11],当pH值在5.5~7.5范围内时,烟叶的余味、杂气和刺激性有明显差异[12]。土壤pH过高时,OH-含量增加,导致其他阴离子吸收减少,养分活性降低;pH过低,则会导致土壤有效养分的淋失[13],对烟株的生长发育产生负面影响,推迟烟株的生长发育。土壤的酸碱度与烟叶的内在化学成分和感官评吸质量也有着密切的关系[14] [15]。当土壤pH在合适的范围内,更有利于烟叶总糖的提高、总多酚及其他化学成分含量的累积[16]。徐晓燕等研究表明,在土壤在pH 4.5~7.5范围内,随土壤pH降低施木克值自2.48降低至2.01,蛋白质含量也在逐渐上升,不利于烤烟品质的提高[17]。朱列书等[18]研究结果表明,土壤pH过低可导致烟叶糖碱比失调,进而影响烟叶的评吸质量。为了进一步探索植烟土壤酸碱度与烤烟质量关系,研究土壤pH值对烤烟品质的影响,开展本项研究,为优质烟叶的生产及种植提供科学依据。
2. 材料与方法
2.1. 研究材料
2.1.1. 土壤样品
在烟叶样品采集地块,取耕层0~20 cm代表性土样。每一采样点按S型取10钻土壤,然后混合均匀,用四分法保留1 kg样品,带回实验室,风干过筛(2 mm)。总共采集土样222个。
2.1.2. 烟叶样品
本研究烟叶样品来自云南省文山州的7个烤烟种植县,分别是砚山(8个烟叶站)、丘北(11个工作站)、广南(6个工作站)、文山(7个工作站)、马关(4个工作站)、西畴(4个工作站)、麻栗坡(4个工作站),共计采集烟叶样品222份,等级为C3F。
2.2. 样品分析鉴定方法
2.2.1. 土壤样品pH测定
采用pH计法(水土比为1:2.5) (NY/T 1121.2-2006)检测土壤样品的pH。
2.2.2. 烟叶样品外观质量鉴定
按照GB2635-92,对烟叶样品的颜色、成熟度、叶片结构、身份、油分、色度6项指标进行赋分评价,6项指标权重依次为0.10、0.30、0.15、0.15、0.20、0.10计算外观质量总分。
2.2.3. 烟叶样品常规化学成分分析
总植物碱:按照YC/T160-2002烟草及烟草制品总植物碱的测定——连续流动分析法分析测定。总糖、还原糖:按照YC/T159-2002烟草及烟草制品水溶性糖的测定——连续流动分析法分析测定。总氮:按照YC/T161-2002烟草及烟草制品总氮的测定——连续流动分析法分析测定。钾:按照YC/T173-2003烟草及烟草制品钾的测定——连续流动分析法分析测定。氯:按照YC/T162-2002烟草及烟草制品氯的测定——连续流动分析法分析测定。
采用指数和法计算化学成分评价分值,见公式(1)。
(1)
式中:J——烤烟化学成分协调性综合质量分值;Ki——第i个化学成分指标分值;Li——第i个化学成分指标的权重。
总植物碱、总氮、还原糖、钾、氮碱比值、糖碱比值、钾氯比值、两糖比值的权重分别为0.14、0.07、0.14、0.06、0.15、0.22、0.10、0.12。
2.2.4. 烟叶样品物理指标检测
参考冉法芬等[19]方法检测烟叶叶长、叶宽、单叶重、平衡含水率、含梗率、填充值6项物理指标,参照文献[20]对单叶重、平衡含水率、含梗率、填充值4项物理指标进行赋分,总分为单叶重、平衡含水率、含梗率、填充值得分之和。
2.2.5. 烟叶样品感官质量评吸鉴定
由上海烟草集团技术中心原料与配方研究人员按照行业标准YC/T138-1998进行评价,对烟气浓度、劲头、香气质、香气量、透发性、杂气、细腻柔和程度、圆润感、刺激性、干燥感、余味11个评吸指标分别赋分(单项最高分为9分),计算出感官质量总分。
2.3. 数据处理
试验原始数据采用Excel整理,应用SPSS 20进行数据分析处理。
3. 结果与分析
3.1. 植烟土壤pH与烟叶外观质量得分关系
由表1可以看出,植烟土壤的pH对烟叶外观质量有一定的影响,土壤pH对烟叶外观总分呈显著负相关,对油分得分呈极显著负相关。
Table 1. Correlation coefficient between soil pH and appearance quality score of tobacco leaves
表1. 土壤pH与烟叶外观质量得分相关系数
|
颜色 |
成熟度 |
叶片结构 |
身份 |
油分 |
色度 |
外观总分 |
pH |
−0.7949 |
−0.8508 |
−0.9168 |
−0.9142 |
−0.9992** |
−0.9027 |
−0.9528* |
注:*代表显著相关;**代表极显著相关。
不同档次pH土壤所产烟叶的外观质量差异如表2所示,当植烟土壤pH < 5.5时,烟叶颜色油分色度及评分均为最高,但差异均为达到显著水平;植烟土壤pH < 5.5时土壤所产烟叶的成熟度在10%水平显著高于pH > 6.5档土壤所产烟叶;土壤pH < 5.5档土壤所产烟叶的外观总分在10%水平显著高于pH > 7.5档次。烟叶外观颜色成熟度油分色度及外观总分5项指标均随土壤pH升高有降低趋势。
Table 2. Difference analysis of appearance quality of tobacco leaves produced in different grades of pH soil
表2. 不同档次pH土壤所产烟叶的外观质量差异性分析
pH |
颜色 |
成熟度 |
叶片结构 |
身份 |
油分 |
色度 |
外观总分 |
<5.5 |
8.24 a |
8.13 a |
8.05 a |
7.87 a |
6.87 a |
6.28 a |
53.51 a |
5.5~6.5 |
7.98 a |
7.83 ab |
8.06 a |
7.89 a |
6.82 a |
6.06 a |
52.54 ab |
6.5~7.5 |
7.98 a |
7.80 b |
7.98 a |
7.76 a |
6.75 a |
6.03 a |
52.35 ab |
>7.5 |
7.97 a |
7.77 b |
7.88 a |
7.61 a |
6.70 a |
5.98 a |
51.83 b |
注:小写字母代表10%显著水平。
3.2. 植烟土壤pH含量与烟叶物理指标及其得分关系
3.2.1. 植烟土壤pH含量与烟叶物理指标及其得分相关性分析
植烟土壤pH对烟叶物理指标也有一定的影响,土壤pH含量与烟叶物理指标及物理指标得分相关系数结果如表3、表4所示。由表3可知,土壤pH含量与叶宽呈极显著正相关;与烟叶含梗率呈极显著负相关。由表4可知,土壤pH含量只与含梗率得分呈极显著正相关。
Table 3. Correlation coefficient between soil pH content and physical indexes of tobacco leaves
表3. 土壤pH含量与烟叶物理指标相关系数
|
叶长 |
叶宽 |
单叶重 |
平衡含水率 |
含梗率 |
填充值 |
pH含量 |
0.0379 |
0.9954** |
0.9340 |
0.7564 |
−0.9925** |
−0.6735 |
注:**代表极显著相关。
Table 4. Correlation coefficient between soil pH content and physical index score of tobacco leaves
表4. 土壤pH含量与烟叶物理指标得分相关系数
|
单叶重 |
平衡含水率 |
含梗率 |
填充值 |
pH含量 |
−0.9305 |
0.7019 |
0.9811** |
−0.7412 |
注:**代表极显著相关。
3.2.2. 植烟土壤pH含量与烟叶物理指标及其得分差异性分析
在所取样品的物理指标中,由表5可知,烟叶单叶重随土壤pH的增加有增高趋势。pH > 7.5的植烟土壤所产的烟叶单叶重显著高于其他档次,极显著高于土壤pH < 5.5档次。叶长在pH 6.5~7.5档次最短,显著低于pH 5.5~6.5和pH > 7.5的档次;叶宽在pH > 7.5档次最高,极显著高于pH < 5.5档次。pH > 7.5档次土壤所产烟叶的平衡含水率最高,在10%水平显著高于pH < 5.5档次;pH < 5.5档次土壤所产烟叶含梗率最高,在10%水平显著高于pH > 7.5档次。由表6物理指标得分差异性分析中可以看出,pH < 7.5的植烟土壤所产烟叶的单叶重得分在10%水平显著高于pH > 7.5土壤所产烟叶得分;其中土壤pH < 5.5档次的烟叶单叶重得分最高,极显著高于pH > 7.5的档次。
Table 5. Differences in physical indexes of tobacco leaves produced in different grades of pH content soil
表5. 不同档次pH含量土壤所产烟叶的物理指标差异性
|
叶长 |
叶宽 |
单叶重 |
平衡含水率 |
含梗率 |
填充值 |
<5.5 |
69.57 ab, A |
23.13 b, B |
13.85 b, B |
13.32 b, A |
30.58 a, A |
3.19 a, A |
5.5~6.5 |
70.53 a, A |
23.64 ab, AB |
14.45 b, AB |
13.42 ab, A |
30.31 ab, A |
3.21 a, A |
6.5~7.5 |
68.89 b, A |
24.12 a, AB |
14.55 b, AB |
13.35 ab, A |
29.63 ab, A |
3.21 a, A |
>7.5 |
70.28 a, A |
24.41 a, A |
15.57 a, A |
13.52 a, A |
29.23 b, A |
3.11 a, A |
注:小写字母代表5%显著水平;大写字母代表1%显著水平;平衡含水率、含梗率小写字母代表10%显著水平。
Table 6. Differences in physical index scores of tobacco leaves produced in different grades of soil with pH content
表6. 不同档次pH含量土壤所产烟叶的物理指标得分差异性
|
单叶重 |
平衡含水率 |
含梗率 |
填充值 |
<5.5 |
72.75 a, A |
94.49 a, A |
81.05 a, A |
46.27 a, A |
5.5~6.5 |
68.51 a, AB |
95.31 a, A |
81.67 a, A |
46.47 a, A |
6.5~7.5 |
67.76 a, AB |
94.60 a, A |
82.74 a, A |
46.35 a, A |
>7.5 |
59.99 b, B |
96.39 a, A |
84.18 a, A |
41.80 a, A |
注:小写字母代表10%显著水平;大写字母代表1%显著水平。
3.3. 植烟土壤pH与烟叶主要化学成分及其得分关系
3.3.1. 植烟土壤pH与烟叶主要化学成分及得分相关性分析
由表7、表8可知,植烟土壤pH与总糖、还原糖、总氮、氯、糖碱比、钾氯比6项指标相关性较弱,未达到显著水平;总植物碱、钾含量以及氮氯比、两糖比的相关性较强,其中与总植物碱含量呈显著正相关,与氮氯比和两糖比呈显著负相关,与钾含量呈极显著负相关。而在常规化学成分得分关系中,土壤pH则与还原糖、两糖比及化学成分总分相关性较强,其中与还原糖得分呈极显著负相关,两糖比呈显著负相关,与化学成分总分呈显著正相关。
Table 7. Correlation coefficient between soil pH and conventional chemical components of tobacco leaves
表7. 土壤pH与烟叶常规化学成分含量相关系数
|
总植物碱 |
总糖 |
还原糖 |
总氮 |
钾 |
氯 |
糖碱比 |
氮碱比 |
两糖比 |
钾氯比 |
pH |
0.9830* |
0.2866 |
−0.9289 |
0.5261 |
−0.9902** |
0.3881 |
−0.8924 |
−0.9886* |
−0.9608* |
−0.9265 |
注:*代表显著相关;**代表极显著相关。
Table 8. Correlation coefficient between soil pH and conventional chemical composition score of tobacco leaves
表8. 土壤pH与烟叶常规化学成分得分相关系数
|
总植物碱 |
还原糖 |
钾 |
总氮 |
糖碱比 |
氮碱比 |
两糖比 |
钾氯比 |
化学成分总分 |
pH |
0.1990 |
−0.9941** |
−0.6727 |
0.0533 |
0.0851 |
0.3310 |
−0.9782* |
−0.4350 |
0.9506* |
注:*代表显著相关;**代表极显著相关。
3.3.2. 不同档次pH含量的植烟土壤所产烟叶常规化学成分及得分差异性分析
不同档次pH土壤所产烟叶的常规化学成分含量差异如表9所示,pH > 7.5植烟土壤所产烟叶的总植物碱含量最高,显著高于pH < 5.5档次;pH 5.5~6.5档次土壤所产烟叶的还原糖含量在10%水平显著高于pH > 7.5档次土壤所产烟叶。pH 5.5~6.5植烟土壤所产烟叶糖碱比含量最高,显著高于pH < 5.5档次;两糖比在土壤pH > 7.5档次最低,显著低于pH < 5.5档次。
Table 9. Differences in conventional chemical components of tobacco leaves produced in different grades of pH soil
表9. 不同档次pH土壤所产烟叶的常规化学成分含量差异性
pH |
总植物碱 |
总糖 |
还原糖 |
总氮 |
钾 |
氯 |
氮碱比 |
糖碱比 |
钾氯比 |
两糖比 |
<5.5 |
2.30 b, A |
31.16 a, A |
23.85 ab, A |
2.04 a, A |
1.94 a, A |
0.16 a, A |
0.83 a, A |
13.33 b, A |
13.49 a, A |
0.76 a, A |
5.5~6.5 |
2.37 ab, A |
31.61 a, A |
23.89 a, A |
1.94 a, A |
1.87 a, A |
0.15 a, A |
0.87 a, A |
15.42 a, A |
13.55 a, A |
0.75 ab, A |
6.5~7.5 |
2.40 ab, A |
30.95 a, A |
23.39 ab, A |
2.00 a, A |
1.89 a, A |
0.17 a, A |
0.85 a, A |
14.19 ab, A |
12.42 a, A |
0.75 ab, A |
>7.5 |
2.52 a, A |
31.87 a, A |
22.89 b, A |
1.99 a, A |
1.87 a, A |
0.17 a, A |
0.84 a, A |
13.71 ab, A |
12.36 a, A |
0.74 b, A |
注:还原糖小写字母代表10%显著水平;其他指标小写字母代表5%显著水平。
在烟叶常规化学成分得分中,由表10可以看出,pH 5.5~6.5档次土壤所产烟叶总植物碱得分最低,显著低于其他档次,极显著低于pH < 5.5和pH > 7.5档次;pH > 7.5档次土壤所产烟叶的总氮得分最高,显著高于pH 6.5~7.5档次;pH < 5.5档次土壤所产烟叶的糖碱比得分最高,显著高于pH 5.5~6.5档次;pH 6.5~7.5档次土壤所产烟叶的两糖比得分最高,显著高于pH 5.5~6.5档次;在常规化学成分总分中,则是pH > 7.5档次土壤所产烟叶评分最高,极显著高于pH < 5.5和pH 5.5~6.5档次。
Table 10. Differences in scores of conventional chemical components of tobacco leaves produced in different grades of pH soil
表10. 不同档次pH土壤所产烟叶的常规化学成分得分差异性
pH |
总植物碱 |
还原糖 |
钾 |
总氮 |
氮碱比 |
糖碱比 |
钾氯比 |
两糖比 |
总分 |
<5.5 |
90.80 a, A |
92.31 a, A |
87.50 a, A |
91.87 ab, A |
71.80 a, A |
80.55 a, A |
98.88 a, A |
90.48 ab, A |
70.69 b, B |
5.5~6.5 |
80.50 b, B |
92.48 a, A |
85.65 a, A |
90.73 ab, A |
69.79 a, A |
70.37 b, A |
99.66 a, A |
87.38 b, A |
72.49 b, B |
6.5~7.5 |
88.00 a, AB |
91.70 a, A |
86.21 a, A |
88.01 b, A |
69.93 a, A |
77.04 ab, A |
98.71 a, A |
91.06 a, A |
77.62 ab, AB |
>7.5 |
90.11 a, A |
91.59 a, A |
85.83 a, A |
93.24 a, A |
66.22 a, A |
79.06 a, A |
98.68 a, A |
90.28 ab, A |
86.51 a, A |
注:小写字母代表5%显著水平;大写字母代表1%显著水平。
3.4. 植烟土壤pH与烟叶感官评吸质量关系
表11表明,土壤pH与烟叶感官质量存在一定相关性,其中与杂气、烟气细腻柔和程度及干燥感相关性较强,其中土壤pH与烟叶杂气和烟气细腻柔和程度呈显著负相关,与干燥感呈极显著负相关。
Table 11. Correlation coefficient between soil pH and sensory evaluation score of tobacco leaves
表11. 土壤pH与烟叶感官评吸得分相关系数
|
浓度 |
劲头 |
香气质 |
香气量 |
透发性 |
杂气 |
细腻柔和 程度 |
圆润感 |
刺激性 |
干燥感 |
余味 |
评吸总分 |
pH |
−0.4041 |
0.7943 |
−0.7399 |
0.6017 |
−0.0164 |
−0.9510* |
−0.9710* |
−0.8775 |
−0.8744 |
−0.9993** |
−0.8578 |
−0.8746 |
注:*代表显著相关;**代表极显著相关。
由表12可知,pH < 5.5档次土壤所产烟叶烟气细腻柔和程度得分最高显著高于pH > 6.5档次;pH < 6.5档次土壤所产烟叶卷烟评吸的烟气圆润感得分显著高于pH > 6.5档次,其中pH 5.5~6.5档次土壤所产烟叶圆润感得分极显著高于pH > 7.5档次土壤所产烟叶;在感官评吸的刺激性表现中,pH < 5.5档次土壤所产烟叶刺激性得分最高,显著高于pH > 6.5档次;pH 5.5~6.5档次土壤所产烟叶评吸质量总分得分最高,极显著高于pH > 6.5档次。
Table 12. Difference analysis of sensory smoking quality of tobacco leaves produced in different grades of pH soil
表12. 不同档次pH土壤所产烟叶的感官评吸质量差异性分析
pH |
浓度 |
劲头 |
香气质 |
香气量 |
透发性 |
杂气 |
细腻柔和程度 |
圆润感 |
刺激性 |
干燥感 |
余味 |
总分 |
<5.5 |
5.79 a, A |
5.28 a, A |
5.77 a, A |
5.65 a, A |
5.58 a, A |
5.46 a, A |
5.90 a, A |
5.73 a, AB |
5.82 a, A |
5.72 a, A |
5.76 a, A |
68.07 a, AB |
5.5~6.5 |
5.84 a, A |
5.26 a, A |
5.81 a, A |
5.73 a, A |
5.63 a, A |
5.44 a, A |
5.87 ab, A |
5.76 a, A |
5.71 ab, A |
5.69 a, A |
5.74 a, A |
68.32 a, A |
6.5~7.5 |
5.81 a, A |
5.33 a, A |
5.72 a, A |
5.70 a, A |
5.59 a, A |
5.34 a, A |
5.79 b, A |
5.63 b, AB |
5.69 b, A |
5.66 a, A |
5.70 a, A |
67.09 b, B |
>7.5 |
5.76 a, A |
5.32 a, A |
5.72 a, A |
5.72 a, A |
5.60 a, A |
5.18 a, A |
5.78 b, A |
5.61 b, B |
5.68 b, A |
5.63 a, A |
5.68 a, A |
66.98 b, B |
注:小写字母代表5%显著水平;大写字母代表1%显著水平。
4. 讨论
1) 土壤酸碱度对土壤的物质转化、元素有效性及根系对矿质营养的吸收有一定影响,进而影响植株品质[21]-[24]。适宜的土壤酸碱度有利于改善烟株根系附近土壤酶活性、提高烟株光合特性,对烤烟的产量和品质有着关键作用[4] [25] [26]。本研究发现,植烟土壤酸碱度对烟叶外观上的影响主要表现在油分和成熟度;在pH < 6.5土壤下生长的烟叶弹性好韧度强,油润饱满,外观评分更高,且随着土壤pH的增加,烟叶油分有下降趋势,整体外观打分也有下降趋势。其原因可能是在适宜土壤pH条件下,增加了烟株的根系活力,增强了其营养元素的吸收,实际原因有待进一步研究探索。
2) 本文研究显示,土壤pH含量与烟叶物理指标有较强的相关性,土壤pH含量与叶宽呈极显著正相关,与烟叶含梗率呈极显著负相关。在偏酸性土壤中叶宽较窄,随着土壤pH增加,叶宽逐渐增大,这与郭可谦[21]等的研究结果一致。
3) 在国际型优质烟叶标准中,烟碱含量范围为1.5%~3.5%,总氮含量范围为1.5%~3.0%,总糖含量范围为20%~24%,还原糖含量范围为16%~22%,糖碱比范围为10~15,氮碱比范围为0.5~1.0 [27]-[29]。在本研究中,土壤pH与烟叶常规化学成分有较强相关性,土壤pH与总植物碱含量呈显著正相关,与两糖比氮碱比呈显著负相关,与还原糖两糖比得分呈显著负相关关系。随土壤pH的增加,烟叶还原糖含量有降低趋势,总植物碱含量有上升趋势,pH > 7.5植烟土壤所产烟叶的总植物碱含量显著高于pH < 5.5档次。这与李家辉等[16]研究结果一致。这可能是因为土壤pH的提高,促进烟株根系的烟碱合成和向地上部的输送[30],而在烟株生长后期,土壤较高pH处理的烟株仍会合成大量氨基酸,大量消耗碳水化合物,降低烟叶总糖和还原糖的含量。
烟叶的感官评吸质量评价是卷烟企业关注的焦点。卢晓华[31]等在研究桂阳烟区烤烟主要化学成分与感官评吸质量时发现,还原糖、总糖、糖碱比与香气质、香气量、杂气、刺激性和余味呈显著正相关或者极显著正相关。在本研究中,土壤pH与烟叶感官评吸的烟气细腻柔和程度和干燥感有较强的相关性,随着土壤pH的上升,均有下降趋势,pH < 6.5档次土壤所产烟叶卷烟评吸的烟气圆润感显著高于pH > 6.5档次。在感官评吸的刺激性表现中,pH < 5.5的土壤所产烟叶刺激性打分显著高于pH > 6.5档次;在评吸总分中,pH 5.5~6.5土壤所产烟叶的表现性最好。
5. 结论
1) 植烟土壤的pH对烟叶外观质量有一定的影响,适宜的土壤pH值有利于提升烟叶的外观品质和物理特性;土壤pH对外观总分、油分呈负相关关系,且随着土壤pH值升高烟叶颜色和成熟度打分呈下降趋势;土壤pH含量与叶宽呈极显著正相关,与烟叶含梗率呈极显著负相关,且随着土壤pH升高,烟叶单叶重呈上升趋势。
2) 适宜的土壤酸碱度对于协调烟叶的化学成分有明显作用;土壤pH值与烟叶总植物碱含量呈正相关关系,与钾含量氮碱比和两糖比呈负相关关系;在弱酸性土壤pH 5.5~6.5土壤环境所产的烟叶还原糖含量显著高于碱性土壤pH > 7.5环境所产烟叶,且随着土壤pH值的上升,还原糖含量有下降趋势,两糖比也呈下降趋势。
3) 土壤酸碱度对于烟叶感官质量也有一定的影响,土壤pH值与杂气、烟气细腻柔和程度和干燥感呈负相关关系。pH < 6.5土壤环境生产的烟叶,烟气细腻柔和程度、圆润感以及刺激性均好于土壤酸碱度更高土壤所产烟叶,土壤pH 5.5~6.5所产烟叶评吸总分表现最好。
基金项目
云南省烟草公司文山州公司科技项目 + 烟草腺毛二酷诱导烤烟青枯病抗性研究与应用 + 20245326003。
NOTES
*通讯作者。