劉文龍 寧尚輝 曹明鋒 祝 利 高玉珍張學(xué)偉 文梓祥 姜寶迪 景延秋 鄧 勇
(1河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院,450002,河南鄭州;2湖南省煙草公司常德市公司,415000,湖南常德;3甘肅煙草工業(yè)有限責(zé)任公司,730050,甘肅蘭州;4廣東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司,510310,廣東廣州)
土壤是大田煙株生長(zhǎng)必不可少的條件之一,而土壤中的微量元素雖然含量較低,但對(duì)煙株的生長(zhǎng)發(fā)育有重要影響。因此,研究土壤微量元素與煙葉常規(guī)化學(xué)成分的關(guān)系有利于指導(dǎo)平衡施肥,從而穩(wěn)定煙葉質(zhì)量。煙株所需微量元素主要從土壤中吸取,其對(duì)煙株生長(zhǎng)發(fā)育至關(guān)重要[1]。煙草幼苗對(duì)鐵元素缺乏最為敏感,缺鐵易導(dǎo)致根系發(fā)育不良及植株矮小[2]。錳參與煙株的碳氮代謝,缺錳時(shí),蛋白質(zhì)合成和光合作用受到抑制[3]。鋅是生長(zhǎng)素合成過(guò)程中的必需元素,能提高煙株氮代謝效率和抗逆性,缺鋅會(huì)導(dǎo)致煙株生長(zhǎng)發(fā)育減緩[4]。銅參與煙株氧化還原反應(yīng)和呼吸作用,是多種酶的組成成分或催化劑,缺銅時(shí)會(huì)導(dǎo)致煙株矮小、葉片呈暗綠色且頂部新葉缺綠[5]。硼影響細(xì)胞分裂素和生物堿的合成及生長(zhǎng)素代謝,缺硼會(huì)導(dǎo)致莖稈疏導(dǎo)組織發(fā)育不良、節(jié)距縮短及頂芽壞死[6]。鉬參與煙株內(nèi)多種酶的合成及固氮和碳水代謝,缺鉬導(dǎo)致光合速率降低和氧化還原反應(yīng)受阻[7]。有研究[8-9]表明,增施微量元素可以促進(jìn)根系發(fā)育,提高煙株抗逆性,改善煙葉化學(xué)物質(zhì)的協(xié)調(diào)性,提高產(chǎn)值、產(chǎn)量等。這些元素都直接或間接地影響了煙葉的化學(xué)成分[10]。目前關(guān)于桃源縣煙區(qū)土壤與煙葉品質(zhì)相關(guān)性的分析較少。本文基于多元統(tǒng)計(jì)分析中的典型相關(guān)分析對(duì)桃源縣土壤微量元素與烤煙煙葉常規(guī)化學(xué)成分的關(guān)系進(jìn)行了量化分析,旨在揭示土壤微量元素與烤煙煙葉常規(guī)化學(xué)成分的相關(guān)性,為煙葉合理施肥和穩(wěn)定煙葉品質(zhì)提供理論指導(dǎo)。
于2019年1月在湖南省常德市桃源縣主要煙區(qū)的6個(gè)植煙鄉(xiāng)鎮(zhèn)(盤塘鎮(zhèn)、三陽(yáng)港鎮(zhèn)、青林鄉(xiāng)、泥窩潭鄉(xiāng)、九溪鄉(xiāng)和牛車河鎮(zhèn))采集具有代表性的耕作層(0~20cm)土樣54個(gè),其中盤塘鎮(zhèn)17個(gè),三陽(yáng)港鎮(zhèn)7個(gè),青林鄉(xiāng)4個(gè),泥窩潭鄉(xiāng)8個(gè),九溪鎮(zhèn)10個(gè),牛車河鎮(zhèn)8個(gè)。采用5點(diǎn)取樣法,取樣深度為20cm,每個(gè)地塊取5個(gè)樣點(diǎn)土壤,制成約1kg的混合土樣。樣品登記編號(hào),經(jīng)過(guò)風(fēng)干、研磨、過(guò)篩后,進(jìn)行土壤微量元素檢測(cè)。測(cè)定方法參照文獻(xiàn)[11],具體方法為采用DTPA浸提-原子吸收分光光度法測(cè)定鐵、錳、銅、鋅含量;采用甲亞胺比色法測(cè)定有效硼含量;采用示波極譜法測(cè)定有效鉬含量。
2019年在桃源縣植煙區(qū)的土壤取樣點(diǎn)采集煙樣。由分級(jí)人員按照GB 2635-92烤煙標(biāo)準(zhǔn)采集當(dāng)?shù)刂髟云贩N云煙87的C3F(中橘三)烤后煙葉樣品54個(gè),每份2kg。
煙葉樣品由河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院進(jìn)行檢測(cè),用連續(xù)流動(dòng)分析法[9]測(cè)定煙葉總糖、還原糖、總氮、煙堿、鉀、氯和蛋白質(zhì)含量。并計(jì)算糖堿比、氮堿比和鉀氯比。
采用SPSS 20和Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。
根據(jù)羅建新等[11]建立的湖南土壤養(yǎng)分豐缺體系,各元素的適宜范圍為有效鐵4.50~10.00mg/kg,有效錳10.00~20.00mg/kg,有效銅0.50~1.00mg/kg,有效鋅1.00~2.00mg/kg,有效硼0.30~0.60mg/kg,有效鉬0.10~0.15mg/kg。由表1可得,有效鐵的平均值為 196.69mg/kg,遠(yuǎn)大于適宜范圍;有效錳的平均值為35.37mg/kg,高于適宜范圍;有效銅的平均值為 3.05mg/kg,高于適宜范圍;有效鋅的平均值為 2.10mg/kg,略高于適宜范圍;有效硼的平均值為 0.55mg/kg,處于適宜范圍內(nèi),變幅為 0.16~1.08mg/kg,分布上呈向右偏的平頂峰;有效鉬的平均值含量為0.16mg/kg,變幅為0.05~0.58mg/kg,分布上呈向右偏的尖頂峰。按變異系數(shù)劃分等級(jí):變異系數(shù)<10%為弱變異性,變異系數(shù)為10%~100%為中等變異性,變異系數(shù)>100%為強(qiáng)變異性[12]。有效鐵、錳、銅、鋅、硼、鉬的變異系數(shù)較大,均屬于中等變異,最高的為有效鋅,為75.78%,最低的為有效鐵(48.79%)。桃源縣這6種微量元素多數(shù)高于適宜范圍,可在一定程度上改良土壤酸堿度,能降低鐵、錳、銅元素的有效性,但還要維持鋅、硼、鉬的含量。
表1 桃源縣土壤微量元素含量分析Table 1 Contents analysis of soil micronutrient in Taoyuan county
由表2可得,桃源縣烤煙煙葉還原糖和總糖含量平均值分別為 26.80%和 32.30%,變幅分別為20.96%~31.87% 和27.14%~37.88%;鉀含量平均值為1.97%,變幅為1.38%~2.67%;氯含量平均值為0.20%,變幅為 0.05%~0.45%;煙堿和總氮含量平均值分別為 2.31%和 1.62%,變幅分別為 1.57%~3.32%和1.20%~1.98%;蛋白質(zhì)含量平均值為7.62%,變幅為 5.80%~9.25%;糖堿比平均值為 12.07,變幅為 6.47~19.51;氮堿比平均值為 0.71,變幅為0.59~0.92;鉀氯比平均值為 12.25,變幅為3.67~45.90。還原糖、總糖變異系數(shù)最小,分別為9.26%和7.62%,屬于弱變異性;其他化學(xué)成分指標(biāo)變異系數(shù)均相對(duì)較大,達(dá)到中等變異性,鉀氯比變異系數(shù)最大,為67.26%。
表2 桃源縣煙葉常規(guī)化學(xué)成分含量分析Table 2 Analysis of routine chemical components contents in Taoyuan county tobacco leaves
由表3可得,有效銅與鉀呈極顯著負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)為-0.399;有效硼與還原糖、總糖、氯和糖堿比呈極顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為 0.463、0.443、0.497和0.392,與總氮、蛋白質(zhì)和鉀氯比呈極顯著負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為-0.389、-0.416和-0.417;有效鉬含量與還原糖、總糖和糖堿比呈極顯著負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為-0.595、-0.479和-0.409,與總氮和蛋白質(zhì)含量呈極顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為0.396和0.421。
表3 桃源縣植煙土壤微量元素與烤煙煙葉常規(guī)化學(xué)成分相關(guān)性分析Table 3 Correlation analysis of soil micronutrient and routine chemical components of flue-cured tobacco leaves in Taoyuan county
為了研究植煙土壤微量元素與煙葉常規(guī)化學(xué)成分的相關(guān)關(guān)系,把植煙土壤微量元素看作一組變量,煙葉常規(guī)化學(xué)成分看作另一組變量,進(jìn)行典型相關(guān)性分析。由表4可得,植煙土壤微量元素與烤煙煙葉常規(guī)化學(xué)成分含量的第 1對(duì)典型變量達(dá)到了顯著水平,第 2~6對(duì)典型變量都沒(méi)有達(dá)到顯著水平。
表4 桃源縣植煙土壤微量元素與煙葉常規(guī)化學(xué)成分典型相關(guān)性分析Table 4 Canonical correlation analysis on soil micronutrient and chemical components of fluecured tobacco leaves in Taoyuan county
由于原始變量間單位和數(shù)量級(jí)不同,首先將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化,之后再進(jìn)行典型相關(guān)性分析,結(jié)果見表5和表6。
由表5和表6可知,桃源縣植煙土壤微量元素與烤煙煙葉常規(guī)化學(xué)成分的第1對(duì)典型變量的構(gòu)成分別如式(1)和式(2)。
表5 桃源縣植煙土壤微量元素典型變量的構(gòu)成Table 5 Composition of typical variables of soil micronutrient in Taoyuan county
表6 桃源縣烤煙煙葉常規(guī)化學(xué)成分典型變量的構(gòu)成Table 6 Composition of typical variables of routine chemical compositions of flue-cured tobacco leaves in Taoyuan county
式(1)和式(2)中,U1和V1表示植煙土壤微量元素和烤煙煙葉常規(guī)化學(xué)成分組成的第1對(duì)典型變量,其中U1為植煙土壤微量元素組成的典型變量,V1為煙葉常規(guī)化學(xué)成分組成的典型變量,X1~X6分別表示 6種土壤微量元素的標(biāo)準(zhǔn)化典型系數(shù),Y1~Y10分別表示10種烤煙煙葉化學(xué)成分的標(biāo)準(zhǔn)化典型系數(shù)。由表5可知,在第1對(duì)典型變量(U1,V1)中,由U1與原始數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)可得,它與有效錳含量呈顯著負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)為-0.2697,與有效硼含量呈極顯著負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)為-0.8322,與有效鉬含量呈極顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)為0.7622,植煙土壤微量元素對(duì)煙葉化學(xué)成分的影響為有效硼>有效鉬>有效錳>有效鋅>有效鐵>有效銅。V1與還原糖、總糖、氯和糖堿比均有極顯著負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為-0.8528、-0.7422、-0.5734 和-0.6337;與煙堿、總氮、蛋白質(zhì)和鉀氯比呈極顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為0.3555、0.6097、0.6542和0.4899。因此,U1可理解為描述了土壤中有效錳、有效硼和有效鉬的綜合性狀;V1可理解為描述了烤后煙葉中還原糖、總糖、氯、煙堿、總氮、蛋白質(zhì)、糖堿比和鉀氯比的綜合性狀。隨著桃源縣土壤中有效錳、有效硼的減少或有效鉬的增加,能夠引起烤后煙葉煙堿、總氮、蛋白質(zhì)、鉀氯比的增加以及還原糖、總糖、氯、糖堿比的降低。
桃源縣煙區(qū)土壤有效鐵的平均含量為196.69mg/kg,有效錳為 35.37mg/kg,有效銅為3.05mg/kg,遠(yuǎn)高于適宜范圍,可能與其成土母質(zhì)有關(guān);有效鋅平均含量為 2.10mg/kg,略高于適宜范圍;有效硼平均含量為0.55mg/kg,有效鉬平均含量為0.16mg/kg,都處于適宜范圍。這與劉勇軍等[13]對(duì)常德桃源縣的分析結(jié)果基本一致。因此,桃源縣煙區(qū)植煙土壤鐵、錳、銅含量過(guò)高,需在一定程度上控制其含量,并穩(wěn)定其他元素含量。桃源縣煙葉化學(xué)成分分析結(jié)果表明,還原糖和總糖比較穩(wěn)定,變異系數(shù)分別為9.26%和7.62%,屬于弱變異性;氯含量偏低,可能是南方降雨量大,導(dǎo)致土壤中水溶性氯流失,所以應(yīng)注意平衡氯肥料的施用。
梁兵等[14]通過(guò)簡(jiǎn)單相關(guān)分析表明,土壤有效硼含量與煙葉總糖和氯含量呈顯著正相關(guān),這與本試驗(yàn)部分結(jié)果相同,本研究還表明,在一定范圍內(nèi),有效硼含量與還原糖含量和糖堿比呈極顯著正相關(guān),與總氮、蛋白質(zhì)含量和鉀氯比呈極顯著負(fù)相關(guān),可能與兩地硼含量是否超過(guò)適宜范圍有關(guān)。有研究[15-16]表明,土壤有效鉬含量與總糖含量呈極顯著正相關(guān),與還原糖含量和糖堿比呈顯著正相關(guān);而周童[17]研究表明,烤煙增施鉬元素,在一定范圍內(nèi)降低了煙葉總糖含量,增加了煙堿和總氮含量,與本試驗(yàn)結(jié)果有效鉬含量與總糖含量呈極顯著負(fù)相關(guān),與總氮和蛋白質(zhì)含量呈極顯著正相關(guān)基本相同。沈晗等[18]研究表明,在第Ⅱ典型變量中,隨著土壤中有效硼含量的增加,烤后煙葉中煙堿、總氮和氯含量增加,還原糖含量、鉀氯比、糖堿比和氮堿比降低。而本試驗(yàn)通過(guò)典型相關(guān)分析表明,隨著桃源縣土壤中有效硼含量的減少,能夠引起烤后煙葉還原糖、總糖、氯含量和糖堿比的降低以及煙堿、總氮、蛋白質(zhì)含量和鉀氯比的增加,與沈晗等[18]在氯和糖堿比的研究結(jié)果相同,在關(guān)于還原糖、煙堿、總氮含量和鉀氯比的結(jié)果不同,可能是地理因素不同導(dǎo)致。
通過(guò)相關(guān)分析表明,植煙土壤微量元素與煙葉化學(xué)成分有一定的相關(guān)性。土壤有效銅含量與煙葉中鉀含量呈極顯著負(fù)相關(guān);土壤有效硼含量與煙葉中還原糖、總糖、氯含量和糖堿比呈極顯著正相關(guān),與總氮、蛋白質(zhì)含量和鉀氯比呈極顯著負(fù)相關(guān);有效鉬含量與還原糖、總糖含量和糖堿比呈極顯著負(fù)相關(guān),與總氮和蛋白質(zhì)含量呈極顯著正相關(guān)。通過(guò)典型相關(guān)分析表明,隨著桃源縣土壤中有效錳和有效硼含量的減少或有效鉬含量的增加,能夠引起烤后煙葉煙堿、總氮、蛋白質(zhì)含量和鉀氯比的增加以及還原糖、總糖、氯含量和糖堿比的降低。