书书书第 26 卷第 9 期2011 年 9 月自 然资源学报JOURNAL OF NATURAL RESOURCESVol 26 No 9 Sep.,2011 收稿日 期: 2010- 07- 21; 修订日 期: 2011- 01- 21。基金项目: 国家自 然科学联合资助基金项目 ( U0833602) ;云南省烟草专卖局 2007 重点项目 (07A27) 。第一作者简介: 黄中艳(1964- ) ,男( 壮族) ,广西横县人,高级工程师,硕士,主要从事农业气象与气候应用研究。云南部分烟区替代进口 烟叶烤烟种植的气候论证黄中艳1, 孔光辉2, 倪霞3, 邓建华2, 张如阳4(1. 云南省气候中心,昆明 650034; 2. 云南省烟草农业科学研究院,云南 玉溪 653100;3. 云南省烟草公司昭通市公司,云南 昭通 657000; 4. 云南省烟草公司普洱市公司,云南 普洱 665000)摘要: 基于云南部分植烟地、津巴布韦多年烟叶品质和气象数据, 应用对比分析和系统聚类法研究了烤烟化学品质、评吸质量和致香物质含量与气象条件的关系。 结果表明, 烟叶 5 种化学品质类型对烤烟大田生长期气象条件的要求明显不同, 烤烟成熟期气象要素对烟叶品质影响突出 ;烟叶主要化学品质指标、致香成分含量对评吸质量的影响既有一致性, 也有差异性;云南烟区若大田生长中后期( 尤其成熟期) 日 照偏少、雨量偏多, 可引 起某些主要化学成分含量比例失衡, 降低多数致香物质成分含量, 而有利于少数致香物质成分积累, 从而导致烟叶评吸质量下降, 尤其影响烟叶香气质和香气量评分。 云南在气候上可出 产类似津巴布韦优质烟叶的地域较少, 宜在大田中后期日 照较多、雨量偏少、气温适当较高的气候区中选择替代进口烟叶烤烟种植基地。关键词: 烤烟种植; 烟叶品质; 气候论证; 系统聚类; 云南中图分类号: S162; S572文献标志码: A文章编号: 1000 - 3037(2011)09 - 1592 - 11云南烤烟种植面积和产量居全国之冠[ 1], 烟叶品质风格独特[ 2], 是公认的国内优质烤烟最大产区。 而津巴布韦是国外经典优质烤烟产地[ 3 4]。 多年来国内众多中式卷烟品牌都采用云南主产区烟叶和国外优质烟叶配制。 为了降低原料成本和提高市场竞争能力, 最近几年国内烟草行业一直在寻找和筛选替代进口 烟叶的烤烟种植基地[ 3]。 云南地理环境复杂、立体气候突出、气候类型多样[5], 是筛选和创建替代进口 烟叶种植基地的理想试验区。2004—2007 年云南于本省域内大范围选点开展替代进口 烟叶的烤烟种植, 在 8 个县( 区) 内定点进行田间试验:宾川( 干热区,海拔 1 438 m) 、师宗( 滇东,海拔 1 840 m) 、罗平( 滇东,海拔 1 480 m) 、广南( 滇东南,海拔 1 245 m) 、宜良( 滇中, 海拔 1 532 m) 、临翔( 滇西南, 海拔1 500 m) 、宁洱( 滇西南,海拔 1 320 m) 和施甸( 滇西, 海拔 1 470 m) , 并与同期津巴布韦烟叶进行烟叶品质对比化验分析。 本文在此基础上进行替代进口 烟叶的烤烟种植气候分析论证。1数据来源1 1中部烟叶( C3F) 主要化学成分含量和评吸质量评分数据:云南 8 地 3 ~ 4 a 取样分析数据,样本数为 29;津巴布韦 2004—2006 年 3 a 的数据( 以 3 a 平均作为 1 个样本) 。 主要化学成分含量数据包括:还原糖、总氮、烟碱、蛋白质、氯、钾和总糖( 少量样本缺) 共 7 项中国进口优质烟叶, 烟叶评吸质量评分包括香气质、香气量、杂气、刺激性、余味和总分共 6 项。9 期黄中艳等:云南部分烟区替代进口烟叶烤烟种植的气候论证15931 22007 年取样的烟叶致香物质成分含量, 包括云南 7 地( 缺宾川) 和津巴布韦的中部烟样( C3F) 分析化验数据,共五大类 81 项成分:①有机酸、高级脂肪酸及多酚类 14 项;②挥发性酮类 26 项;③挥发性醛类 14 项;④挥发性醇类 14 项;⑤挥发性酯类、酸类、杂环类和色素共 13 项。以上烟叶品质数据由云南省烟草农业科学院按相关国标取样和分析得到, 云南烟叶各取样点的烤烟栽培措施、施肥方式和水平基本一致,栽培品种都为云烟 87。1 3 使用的气象数据(1) 烟叶取样年份(2004—2007 年) 气象数据:云南 8 地取样点与相应县气象站点的直线距离都小于 5 km,与相应站点海拔高度相差都小于 80 m。 使用取样年( 为 3 ~ 4 a)8 个气象站 4—9 月 逐月 平均气温、降水量、日 照时数、最高( 低) 气温, 与相应年份烟叶品质样本匹配使用,样本数为 29。(2) 多年平均气候数据:统一使用 30 a 平均(1971—2000 年) 逐月 平均气温、降水量和日 照时数。 津巴布韦烟区使用哈拉雷、布拉瓦约、索尔兹伯里 3 个气象站点, 按同一气候要素的 3 站平均值,来表示津巴布韦烟区气候;云南 8 地分别使用最邻近气象站点的相应气候数据。2研究方法(1) 对比分析云南 8 植烟地、津巴布韦烟区烤烟气候和烟叶品质的主要差别;(2) 针对云南 8 地逐年烟叶 6 项成分含量( 总糖除外) 、气象要素的 29 个样本, 和各地相应 3 ~ 4 a 平均得到的 8 个平均值样本,以及津巴布韦 1 个样本,共计 38 个样本,使用系统聚类法[ 6]( 采用欧氏距离系数) 划分烟叶化学品质为若干类。 分析化学品质类型与气象条件的对应关系。(3) 把 38 个样本按烟叶评吸质量总分排序并划分为 5 等级总分样本组,分析样本组各项评分均值与气象条件的对应关系;并对比分析云南 8 地与津巴布韦烟叶致香物质成分含量的差别。 (4) 根据烤烟生态学理论,综合分析烟叶化学品质指标和评吸质量评分与气象条件的关系,解译云南与津巴布韦之间以及云南 8 地相互间烟叶品质差别的气候原因。3结果3 1 云南 8 地与津巴布韦烤烟气候的主要差别4—9 月 和 7—8 月 分别是云南烤烟大田生长期和烟叶成熟盛期( 津巴布韦位居南半球,相应地为 9 月 至次年 2 月 和 12 月 至次年 1 月 ) 。 云南 8 地和津巴布韦烟区烤烟生长季气候要素值比较见图 1。统计数据说明,云南、津巴布韦烤烟气候差别显著。 光照条件: 云南 8 地平均各时段日照时数比津巴布韦烟区偏少幅度大,大田生长期平均偏少 32% ( 每天偏少 2 48 h) , 烟叶成熟盛期平均偏少 38% ( 每天偏少 2 6 h) 。 平均气温差别: 云南 8 地大田生长期平均气温比津巴布韦烟区偏低 0 1 ℃ , 大田生长前期( 云南 4—5 月 ) 偏低 1 6 ℃ , 烟叶成熟盛期偏高0 5 ℃ 。 降水量差别:云南 8 地平均烟季各阶段降水量都比津巴布韦烟区偏多, 大田生长期偏多 30% ,成熟盛期偏多 12 7% ,8 地中仅宾川站雨量偏少。 1594自 然资源学报26 卷注:1 代表津巴布韦,2 为宾川,3 为师宗,4 为罗平,5 为宜良,6 为临翔,7 为广南,8 为施甸,9 为宁洱。图 1云南 8 站和津巴布韦烤烟大田生长季两阶段气候要素值比较Fig 1Comparison of climatic conditions during two time periods of tobacco growing season among eight stations inYunnan along with Zimbabwe3 2 云南、津巴布韦烤烟品质的差别3 2 1两大烟区烟叶化学品质的差别根据实测数据,云南 8 地平均与津巴布韦烟叶化学品质有三方面的差别。(1) 云南烟叶总糖和还原糖含量都比津巴布韦烟叶显著偏高,但烟碱含量差别较小,这直接导致云南烟叶糖碱比值明显偏高( 表 1) 。表 1 云南 8 地平均和津巴布韦烤烟烟叶( C3F) 化学品质比较Table 1Comparison of chemical quality for tobacco leaves between producing areas of Yunnan and Zimbabwe总糖/% 还原糖/% 总氮 /%烟碱/% 蛋白质 /% 钾 /%氯 /%糖碱比氮碱比钾氯比云南 8 地平均2004—2007 年平均33 2227 702 072 4210 311 890 2913 710 856 46津巴布韦烟区2004—2006 年平均29 6023 622 022 699 702 380 5810 990 754 08(2) 云南烟叶钾、氯含量明显偏低, 而且氯含量偏低幅度大, 造成云南烟叶钾氯比值较高。 (3) 致香物质成分含量差异突出。 2007 年云南、津巴布韦两烟区烤烟大田生长期气象条件都接近平均气候态。 两烟区对比,云南 7 地平均成分含量典型偏低的致香物质成分有27 项,典型偏高的有 14 项;即化验分析的全部 81 项致香物质成分中含量与津巴布韦烟叶差别显著的项数占 50%中国进口优质烟叶,其中成分含量典型偏低的项数占 1 /3, 偏低幅度为 12% ~ 69% ( 有17 项成分含量偏低 30% 以 上) ; 同时, 成分含量典型偏高的项数占 17% , 偏高幅度都大于25% ( 有 8 项成分偏高 60% ~ 257% ) 。 见表 2 和表 3。3 2 2两大烟区烟叶评吸质量的差别对津巴布韦和云南 8 地中部烟叶( C3F) 评吸质量按总分自 大至小排序, 为图 2 中数字1 ~ 9 所示。9 期黄中艳等:云南部分烟区替代进口烟叶烤烟种植的气候论证1595表 22007 年云南烤烟( C3F) 含量比津巴布韦烟样典型偏低的致香物质成分Table 2Lowercontent flavor constituents of tobacco leaves produced in Yunnan and their content valuescompared with Zimbabwe tobacco samples烟区有机酸类 /( mg/g)挥发性酮类 /( μg/g)柠檬酸绿原酸咖啡酸芸香苷面包酮2环戊烯1,4二酮1(2呋喃基) 乙酮β大马酮茄酮香叶基丙酮云南 7 地平均7 6715 170 5313 460 2350 660 225 4528 931 26津巴布韦9 7217 261 5616 470 401 030 367 7042 551 93云南平均偏低 /% - 21 00- 12 00 - 66 00- 18 00 - 41 00- 36 00- 39 00- 29 00 - 32 00- 35 00烟区挥发性酮类 /( μg/g)挥发性醛类 /( μg/g)挥发醇类降茄二酮巨豆三烯酮 B巨豆三烯酮 D茄那士酮金合欢基丙酮 B挥发性酮类总量糠醛2,6壬二烯醛十五醛3甲基1丁醇云南 7 地平均5 046 594 563 090 2479 374 670 240 690 74津巴布韦6 388 336 334 400 3794 446 010 381 052 37云南平均偏低 /% - 21 00- 21 00- 28 00- 30 00- 34 00- 16 00- 22 00- 37 00 - 34 00- 69 00烟区挥发性醇类 /( μg/g)挥发性酯类、酸类、杂环类及色素 /( μg/g)3甲基2丁烯1醇苯乙醇寸拜醇丁内酯二氢猕猴桃内酯十四酸十六酸云南 7 地平均0 164 555 620 340 861 1627 88津巴布韦0 467 0612 910 461 514 5044 42云南平均偏低 /% - 65 00- 36 00- 56 00- 27 00- 43 00- 74 00- 37 00表 32007 年云南烤烟( C3F) 含量比津巴布韦烟叶偏高的致香物质成分Table 3Highercontent flavor constituents of tobacco leaves produced in Yunnan and their contentvalues compared with Zimbabwe tobacco samples有机酸类 /( mg/g)挥发性酮类 /( μg/g)草酸丙二酸苹果酸油酸莨菪亭2,3戊二酮 3羟基2丁酮云南 7 地平均32 003 8294 160 610 250 261 04津巴布韦24 312 4157 050 380 070 200 54云南平均偏高 /%32 0059 0065 0061 00257 0030 0093 00挥发性酮类 /( μg/g)挥发性醛类和醇类 /( μg/g)酯类和色素 /( μg/g)3羟基索拉韦惕酮苯乙醛壬醛2呋喃甲醇( 糠醇)吲哚叶黄素β胡萝卜 素云南 7 地平均14 781 420 281 770 60116 9050 26津巴布韦6 550 790 181 420 2472 8430 13云南平均偏高 /%126 0080 0056 0025 00150 0060 0067 00基于图 2 及其相关数据分析:①云南 8 地烟叶评吸质量各项评分都低于津巴布韦烟叶,其中宾川烟叶评吸质量与津巴布韦烟叶最接近,云南评吸质量总分居次等级的为师宗、罗平和宜良; ②云南、津巴布韦两烟区烟叶评吸质量得分差别最大的是香气质、香气量和总分;③有4 个云南样本烟样的烟叶评吸质量总分很接近津巴布韦烟叶。 1596自 然资源学报26 卷注:1 代表津巴布韦,2 为宾川,3 为师宗,4 为罗平,5 为宜良,6 为临翔,7 为广南,8 为施甸,9 为宁洱。图 2云南 8 地和津巴布韦烟叶( C3F) 评吸质量各单项评分(3 ~ 4 a 平均值) 比较Fig 2Comparison of each index for smoking quality of tobacco leaves among eight places in Yunnan along with Zimbabwe3 2 3聚类分析显示的烟叶品质差别针对 38 个样本数据,按烟叶 6 项成分含量聚类划分为 5 类时, 云南 8 地的多年平均烟样都与津巴布韦烟样同类,其中最相似的是宜良、施甸、师宗( 按距离系数) , 次相似为宾川;在单年烟样中与津巴布韦烟样品质最接近的是宜良 2004 年的取样( 表 4) 。表 4 化学品质聚类分析与津巴布韦同类的烟样品质指标比较Table 4Comparison of chemical quality indies among the tobacco samples with the same quality type asZimbabwe tobacco samples ( based on hierarchical clustering)种植地样品类别按烟叶 6 项主要成分含量( % ) 聚类同类按烟叶 4 项复合指标聚类同类还原糖总氮烟碱蛋白质氯钾糖碱比糖氮比氮碱比钾氯比津巴布韦3 a 平均23 622 022 699 70 582 388 7811 690 7514 1宜良2004 年23 671 792 588 40 132 74————师宗2004 年——————7 9511 090 7177 26宾川2004 年——————6 3711 490 5546 55宾川3 a 平均28 202 002 809 440 301 7010 1014 140 7145 16宜良4 a 平均26 201 902 209 570 301 90————施甸4 a 平均27 201 902 708 830 202 009 9714 440 6918 06师宗4 a 平均27 802 102 4010 800 401 90————广南4 a 平均26 702 302 6011 300 201 80————临翔3 a 平均30 601 902 409 030 401 90————罗平4 a 平均27 502 302 4011 600 201 80————宁洱3 a 平均28 502 202 0011 700 202 30————云南 8 地平均( 多年)27 842 082 4410 280 281 9111 6513 570 8706 99注:表中只给出与津巴布韦烟样同类的指标值;最末行的烟样未参与聚类分析,仅列出作为对比。 当按 4 项化学品质复合指标聚类划分为 5 类时, 宾川、师宗两地 2004 年烟样品质指标与津巴布韦烟样最相似; 多年平均烟样中以宾川、施甸两地烟叶与津巴布韦烟叶品质最接近,但其糖碱比值、糖氮比值和钾氯比值仍比津巴布韦烟叶偏高( 表 4) 。9 期黄中艳等:云南部分烟区替代进口烟叶烤烟种植的气候论证15973 3 云南烟叶品质与气象条件的关系3 3 1烟叶化学品质类型与气象条件云南 8 地 37 个样本烟叶 6 项成分含量聚类分析结果见表 5。 由表 5 可见,5 类烟叶各品质指标的平均相对变率均大于 10% 。 它们之间相互比较, 第 1 类烟叶化学成分含量和复合指标都比较合理适中,为适中合理型;同理, 可命名第 2、3、4、5 类化学品质烟叶。 此 5 类烟叶样本组对应的气象条件见表 6 和图 3( a) 。表 5 云南 8 地 3 ~ 4 a 烟样 5 种化学品质类型( 系统聚类) 品质指标的平均值和差别Table 5Average quality indices for chemical quality types of tobacco leaves from eight places in Yunnan and their differences品质类别总糖/% 还原糖/% 总氮 /% 烟碱/%氯 /%钾 /% 蛋白质 /% 糖碱比糖氮比氮碱比钾氯比133 5128 141 992 330 271 909 9312 3814 310 887 72228 7024 402 403 040 241 8411 699 0010 910 817 80325 7223 042 782 340 172 3614 8810 478 361 2314 12430 3727 732 452 180 841 7312 9412 7111 331 122 04536 6030 401 522 560 721 686 7411 8820 000 592 335 类平均30 9826 742 232 490 451 9011 2411 2912 980 936 80标准差4 222 980 490 340 310 273 091 544 460 254 95相对变率/%14 0011 0022 0013 0069 0014 0028 0014 0034 0027 0073 00注:本表是基于烟叶 6 项成分含量的聚类分析结果,其中糖碱比等 4 项复合指标值由 各分类样点成分含量的平均值计算得到。 表 6 云南 8 地烟叶化学品质类型、评吸质量( 总分) 等级对应的烟季气象条件Table 6Corresponding relationships between meteorological conditions of tobacco growing season and chemicalquality types as well as smoking quality grades of tobacco leaves produced in eight places in Yunnan类别 /等级化学品质( 聚类分析)评吸质量( 按总分)平均气温 /℃日 照时数/h降水量 /mm平均气温 /℃日 照时数/h降水量 /mm5—6 月 4—9 月 5—6 月 4—9 月 5—6 月4—9 月 5—6 月 4—9 月 5—6 月4—9 月5—6 月4—9 月120 3719 73356 8971 1328 8907 819 619 5310 7975 1393 7806 1220 9620 02348 5982 5368 0 1 113 520 319 6379 5 1 026 3287 1898 1319 9919 51320 5911 5292 0 1 199 020 319 7343 0950 8316 3944 0419 2318 11354 0835 0354 0 1 070 021 120 2391 4978 6258 4843 0521 1420 56364 0924 0187 0812 020 319 5353 7915 9333 6 1 065 75 类平均20 3419 59348 8924 8306 0 1 020 520 3219 7355 7969 3317 8911 4标准差0 770 9116 858 672 5157 40 530 2931 740 551 2101 0相对变率/%5 06 024 015 09 04 016 011 0注:表中化学品质、评吸质量这两部分的气象统计结果来自 不同的两个样本组, 分别与“ 研究方法” 中(2) 、(3) 的分析对应。根据表 5... 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