全 文 ：第 26卷第 6期
2006年 6月
生 态 学 报
ACTA EC0LOGICA SINICA
Vo1．26，No．6
Jun．，2006
烤烟硝酸盐含量与土壤养分的关系
许 自成 ，陈 伟 ，肖汉乾 ，吴 军 ，黄平俊
(1．河南农业大学农学院，郑州 450002；2．湖南省烟草公司，长沙 410007)
摘要：采用多元统计分析方法研究了湖南烤烟叶片硝酸盐、亚硝酸盐含量与土壤养分之间的关系，结果表明：(1)典型相关分析
证实烟叶硝酸盐、亚硝酸盐含量与土壤主要含氮养分(土壤全氮、碱解氮、铵态氮)及有机质含量的关系密切 ，与土壤其他养分含
量的相关性较小，反映出在一定范围内，随着土壤含氮养分及有机质含量的增加，烟叶(亚)硝酸盐含量呈现增加的趋势，且土壤
含氮养分及有机质含量与烟叶硝酸盐含量关系的密切程度高于与亚硝酸盐含量的相关；(2)根据烟叶硝酸盐、亚硝酸盐含量及
其相应的植烟土壤养分(有机质、全氮、碱解氮、铵态氮)含量的大小，通过聚类分析把同一等级的烟叶样品分为高、中、低 3类，
不同类别相比较 ，有机质含量越高的土壤，其土壤全氮、碱解氮、铵态氮含量以及相应的烟叶硝酸盐、亚硝酸盐含量也越高，说明
土壤有机质的高低，直接影响了土壤氮素的供应状况，进而影响了烟叶硝态氮含量的积累；(3)根据聚类分析结果建立了不同等
级烟叶硝酸盐、亚硝酸盐含量高低的判别函数，可作为烟叶硝态氮含量在不同土壤肥力条件下判别归类的参考依据。
关键词：烤烟 ；硝酸盐；亚硝酸盐 ；土壤养分；多元统计分析
文章编号：1000．0933(2006)06-1889．07 中图分类号：s154，$572 文献标识码：A
The analysis of relationships between the contents of nitrate and nitrite in flue．cured
tobacco leaves and the soil nutrient conditiOIlS
XU Zi．Cheng ，CHEN Wei ，XIAO Han．Qian ，wU Jun ，HUANG Ping．Jun (1．c0z r0 ，胁Mn
University，Zhengzhou 450002，China；2．Tobacco Corporation ofHunan Province，Changsha 410007，China)．Acta Ecologica Sinica．2O06，26(6)：1889一
l89l5．
Abstract：Nitrate and nitrite in tobacco leaves are the precursors of tobacco-specifc nitrosamines(TSNA)．All the factors
influencing contents of the above two precursors would afect the formation and accumulation of TSNA．In order to produce high
quality and less harmful raw tobacco leaves，it is of great significance to reduce the TSNA content by controlling soil nutrient—
supplying conditions to moderate the accumulation of nitrates and nitrites in tobacco leaves．The multivariate analysis was done on
the relationships between the contents of nitrate and nitrite in flue—cured tobacco leaves and soil nutrient contents in Hunan
tobacco-growing areas．(1)Th e correlation analysis showed that the contents of nitrate and nitrite in flue．cured tobacco leaves were
highly positively correlated with the amounts of main nitrogen-containing nutrients(including total N，alkali．hydrolysable N and
ammonium N)and soil organic matter，with a higher coeficient for nitrate．(2)The cluster analysis showed that the higher the
amount of soil organic matter，the higher the contents of soil N-containing nutrients(total N，alkali．hydrolysable N and ammonium
N)and the leaf nitrate and nitrite，indicating a direct influence of high soil organic mater contents on the soil N supply．and
基金项目：国家烟草专卖局科技攻关资助项目(110200001009)；河南省杰出人才创新基金资助项 目(0421001900)；河南省烟草专卖局科技攻关资
助项 目(HYKJ200202)
收稿日期：2005．04．08；修订日期：2005．11．12
作者简介：许自成(1964～)，男，河南汝南人，博士，教授，主要从事统计遗传、烟草品质生态、烟草营养与烟叶质量评价研究
． E-mail： c u@ sohu．
corn
Foundation item：The project was supported by Science and Technology Foundation of National Tobacco Monopoly Administration(No．110200001009)；The
Innovation Fund for Outstanding Scholar of He nan Province(No．0421001900)；Science and Technology Foundation of He nan Tobacco Monopoly Administration
(No．HYKJ200202)
Received date：2005-04-08；Accepted date ：2005．11．12
Biography：XU Zi_Cheng，Ph·D-，Professor，mainly engaged in statistical genetics，ecology of tobacco quality
， tobacco cultivation and tobacco leaf quality
evaluation．E mail：zcxU@sohU．c0m
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consequently the accumulation of nitmte N in tobacco leaves．(3)Discriminant functions，built by the cluster analysis based on
the contents of nitmte and nitrite in tobacco leaves of different class levels，could be used as a reference to judge the nitrate N
content in tobacco leaves under difierent soil fertilities．
Key words：flue·cured tobacco；nitrate；nitrite；soil nutrients；multivariate statistical analysis
烟株从土壤中吸收的硝态氮在硝酸还原酶的作用下还原为亚硝酸盐。已有研究表明：硝酸盐、亚硝酸盐
和生物碱是合成强致癌物质亚硝胺(TSNA)的前体物 ¨ ，凡影响前体物质形成的因素，如烟草类型、土壤营养
和栽培技术等都会影响烟草 TSNA的形成和积累 。在一定的气候条件下，烟叶硝酸盐、亚硝酸盐的积累
受烟田氮素形态、营养状况和管理措施的影响很大，通过控制前体物质产生的各种途径来降低烟草 TSNA具
有重要的意义 ¨ 。优质低害烟草品质的形成是土壤营养、空间营养和烟株营养三者之间平衡与协调的结
果，其中土壤营养是本，土壤养分的供给直接影响着烟株的生长发育，决定了烟叶的产质和安全性的表现n 。
以往的报道研究了不同生态因素 。¨ 和重金属元素n 等因素对烟草生长发育及品质的影响，本研究以湖南烟
区。加 为基础，侧重分析土壤营养与烤烟叶片硝酸盐和亚硝酸盐含量的关系，旨在为通过调控烟田营养，生产
优质低害的烟叶原料提供理论依据。
1 材料与方法
1．1 土样的采集和测定
(1)土样采集 2001～2002年连续 2a在湖南省主产烟区桂阳、嘉禾、永兴、宁远、新田、兰山、江华、江永、
道县 、双牌 、浏阳、宁乡、临澧 、桃源 、石门、慈利 、永定 、桑植 、龙 山、凤凰、新晃 、芷江 、洪江 、中方 、新化 、隆回、邵
阳、衡南和祁东等 29个县(市)，共采集土壤样品 2320个。土壤样品的采集时间选在烟草尚未施用底肥和移
栽以前，以反映采样地块的真实养分状况和供肥能力，同时注意避开雨季。要求采集地点应具有代表性，使用
GPS定位技术，根据土种是否相同取耕层土壤 20cm深度的土样 ，在同一采样单元内每 8 10个点的土样构成
一 个0．5kg左右的混合土样。从田间采来的土样经登记编号后进行预处理，经过风干、磨细、过筛、混匀、装瓶
后备测定分析之用。
(2)指标测定 土壤 pH值、有机质、全氮、全磷、全钾、磷解氮、速效磷、速效钾、有效锌、有效铜、有效锰、
有效铁、有效钼、有效硼、水溶性氯、交换性钙、交换性镁、有效硫等各养分的具体测定方法参见文献 ¨ 进行。
1．2 烟样的采集和测定
(1)烟样采集 选取当地烤烟主栽品种(K326、云烟 85、云烟 87、G80)3 4个，采取定等级、定叶位取样
法，每个品种取样品 1套，每套样品包括中部叶 C F(中橘三)、上部叶 B F(上橘二)和下部叶X F(下橘二)等 3
个等级。样品等级由专职评级人员按照“GB 2635．92烤烟”标准进行，等级合格率达到 85％以上。每个样品取
3kg，用于化学成分测定，烟样烘干、粉碎、过40目筛备用，共计 222个样品。
(2)测定方法 烟叶硝酸盐和亚硝酸盐含量采用比色法进行测定 。
1．3 统计分析方法
烟叶硝酸盐和亚硝酸盐含量与土壤养分数据的典型相关分析参考文献 进行，聚类分析和判别分析
参考文献 ’ 进行。
2 结果与分析
2．1 烟叶硝酸盐含量与土壤养分的典型相关分析
以样品 B F为例，为了研究烟叶硝酸盐含量与土壤养分指标分组间的相关关系，把烟叶硝酸盐(Y1)、亚硝
酸盐(Y )含量看作一组变量，把土壤养分包括有机质( 。)、pH( )、全氮( )、全磷( )、全钾( )、铵态氮
( )、碱解氮( ，)、有效磷( 。)、速效钾( )、有效锌( 。)、有效铜( 。)、有效锰( 。 )、有效铁( )、有效硼
( 。 )、有效钼( 。，)、有效硫( 。 )、水溶性氯( 。，)看作另一组变量，进行典型相关分析，结果见表 1。
由表 1知，烟叶硝酸盐、亚硝酸盐含量与土壤养分的 2个典型相关系数中，第 1个较大且极显著( ：
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6期 许 自成 等：烤烟硝酸盐含量与土壤养分的关系
0．940一 )，第2个较小且不显著(入 =0．498)，其中第 1典型相关系数所包含的相关信息占两组变量间总相关
信息的65．37％，第2典型相关系数所包含的相关信息占两组变量间总相关信息的 34．63％。因此，对第 1对
典型变量的系数进行分析基本上反映了这两组变量问相关的主要信息。
由于原始变量的测量单位不同，不宜进行直接 比
较，这里采用标准化的典型系数给出典型相关模型
m ，计算原始变量与典型变量之间的相关系数 rⅢ，结
果列于表 2。对表 2计算结果进行分析，可知第 1典
型变量的构成为：
“l： 0．356xl+0．040x2+0．621 3—0．337x4—
0．040x5+0．182x6+0．465x7+0．128x8+
0．034x9—0．138xl0—0．129xIl一
0．026xl2+0．001 l3—0．089xl4—
0．150xl5+0．178 l6—0．072xl7
l= 0．993yl+0．121Y2
在达到极显著水平的第 1对典型变量(u，， )
中，由 u，与原始数据 的相关系数可见，它与土壤
全氮( )、碱解氮( )、铵态氮( )、有机质( ，)存在
较高的正相关，相关系数分别为 0．859、0．837、0．781
和0．614，u。与土壤 pH值等其他 13个土壤养分指标
的原始数据的相关系数则明显较低，故 “，可理解为
主要描述了土壤含氮养分和有机质大小的综合性状，
即随着土壤全氮、碱解氮、铵态氮和有机质含量的增
加，u，存在明显增加的趋势。同样地， ，与硝酸盐
(Y。)、亚硝酸盐(Y )的原始数据存在明显的正相关，
相关系数依次为0．997和 0．762，因此 ，可以理解为
描述了烟叶硝态氮含量的综合性状。这一线性组合
说明土壤含氮养分及有机质含量与烟叶(亚)硝酸盐
含量的关系密切，土壤主要含氮养分的提高可能引起
烟叶(亚)硝酸盐含量的积累。
表 1 烟叶硝酸盐含量与土壤养分的典型相关分析
Table 1 Canonical correlation analysis of nitrate contents of flue-cured
tobacco Ieat and soft nutrients
表2 典型变量和与典型变量有关性状的相关系数
Table 2 Canonical variables and thelr correlation coefici蜘ts with
related traits
第Ⅱ典型变量(u ， )的相关系数明显低于第 1典型变量，它主要反映了土壤 pH值( ，)、碱解氮( )和
全磷( )对烟叶亚硝酸盐含量(Y )的影响，但这一相关未达到显著水平。
类似地，采用样品C，F和X F分别进行烟叶硝酸盐含量与土壤养分之间的典型相关分析，所得结果与上
述 B F的分析结果基本一致，此不赘述。
2．2 烟叶硝酸盐含量与土壤含氮养分及有机质含量的聚类分析
在典型相关分析的基础上，采用筛选出的土壤全氮( )、碱解氮( )、铵态氮( )和有机质( ，)以及烟叶
硝酸盐(Y，)、亚硝酸盐(Y )含量共 6项指标进行聚类分析，不同等级烟叶样品的聚类结果列于表 3。
3种等级的烟叶样品均可根据上述 6项指标的含量大小分为高、中、低 3类。从分类结果可见，不同等级
样品的硝酸盐、亚硝酸盐含量的平均数大小均呈现出 C F>B F>X F的趋势，同一类群亚硝酸盐含量的标准
差均相应大于硝酸盐含量的标准差，亚硝酸盐含量的变异较大，说明其不仅与土壤含氮养分及氮肥施用有关，
而且可能还受其他因素(如调制过程)的影响较大。
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对样品 B，F而言，第 1类烟叶硝酸盐、亚硝酸盐含量及其所对应的土壤有机质、全氮、碱解氮和铵态氮的
含量均为最高，这一类样品占该类群样本总数的22．08％；烟叶硝酸盐、亚硝酸盐含量中等的样品占41．56％，
该类群相应的土壤有机质、全氮、碱解氮和铵态氮的含量均为中等；烟叶硝酸盐、亚硝酸盐含量较低的样品占
36．36％，该类群相应的土壤有机质和主要含氮养分的含量也均为最低。样品 C F与样品 B F的规律相同。
样品X2F除中等类群的亚硝酸盐含量(1．35t~g／g)较最低类群的亚硝酸盐含量(1．46t~g／g)略低外，也与样品 B2F
和 C F的规律相一致，即烟叶(亚)硝酸盐含量较高的类群，其所对应的土壤含氮养分和有机质的含量一般也
较高。
裹 3 烟叶硝酸盐含量与几种土壤养分聚类分析结果
Table 3 Ouster analysis of nitrate contents offlue-curedtobaccoleafand several soil nutrients
综上所述，一般有机质含量较高的土壤，其全氮、碱解氮、铵态氮以及对应烟叶样品的硝酸盐、亚硝酸盐含
量也较高，说明土壤有机质含量的高低，直接影响了土壤氮素的供应状况，进而影响了烟叶硝态氮(硝酸盐、亚
硝酸盐)的含量水平，在有机质含量较高的烟田，烟株生长中后期可能造成氮素供应过多，叶片(尤其是上部
叶)较厚，烟株落黄推迟，成熟偏晚，烤后烟叶色泽暗淡，硝酸盐与亚硝酸盐含量较高，安全性下降。但是，尚不
能据此片面地认为在土壤有机质和含氮养分含量较高的土壤上，所生产出的烟叶就一定具有较高的硝酸盐含
量 ，因为施肥措施的营养调控作用也不容忽视。
对聚类分析结果的高、中、低 3个类群之间进行方差分析，可以看出(表 4)：6项指标的类间均方均明显大
于机误均方，F值都达到 1％的极显著水平，说明类间差异大，聚类结果是合理的。
裹 4 烟叶硝酸盐含量与几种土壤养分聚类分析结果的方差分析
Table 4 ANOVA for identifying cluster analysis results of nitrate contents offlue-cured tobacco leaf and several soil nutrients
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2．3 基于土壤有机质及含氮养分进行烟叶硝酸盐含
量的判别分析
在典型相关和聚类分析的基础上，采用筛选出的
土壤有机质( 。)、全氮( ，)、铵态氮( )和碱解氮
(X7)4项指标可对烟叶(亚)硝酸盐含量的高低进行判
别分析。应用 Fisher判别法则进行判别分析的结果
列于表5。针对某一给定等级的烟叶样品，可根据它
所在生长环境的土壤有机质及主要含氮养分(土壤全
氮、土壤铵态氮、土壤碱解氮)的表现，代人上述方程
计算 值，将该样品归人计算所得 值最大的那一
类，从而判断该样品(亚)硝酸盐含量的所属类别(高、
中、低)。建立的该套判别准则可望为某特定烟叶样
品硝酸盐含量的高低提供参考。
3 小结和讨论
(1)典型相关分析结果表明，烟叶硝酸盐、亚硝酸
表5 Fisher分类函数的系数
Table 5 Coeficients of Fisher’s discriminant function
样品
Sample
类别 Group
指标 Index 高 中 低
Hish Medium Low
土壤有机质 Organic mater(x1)
土壤全氮 Total N(z3)
B2F 土壤铵态氮 Ammonia N(z6)
土壤碱解氮 Hydrolytic N(z，)
常数项 Constant
土壤有 机质 Organic mater(z 1)
土壤全氮 Total N(z3)
c3F 土壤铵态氮 Ammonia N( 6)
土壤碱解氮 Hydrolytic N(z，)
常数项 Constant
0．265 0．244 0．20o
一 0．444 —0．095 0．715
— 0．426 —0．405 —0．174
0．695 0．536 0 355
— 93．422 —56．791 —29．310
土壤有机质 Organic mater(z1)
土壤全氮 T0tal N(z )
X2F 土壤铵态氮 Am onia N(x6)
土壤碱解氮 Hydrolytic N(z，)
常数项 Constant
盐含量与土壤主要含氮养分(土壤全氮、土壤碱解氮、土壤铵态氮)及有机质含量的关系密切，与土壤其他养分
含量的相关性较小。第一典型相关系数( ．=0．940)达到 1％极显著水平，所包含的相关信息占两组变量间总
相关信息的65．37％，第二典型相关系数( =0．498)则未达显著水平。反映出在一定范围内，随着土壤含氮
养分及有机质含量的增加，烟叶(亚)硝酸盐含量呈现增加的趋势，这与作者以前的简单相关分析结果相一
致 。典型相关分析还表明，土壤含氮养分及有机质含量与烟叶硝酸盐含量关系的密切程度高于其与亚硝酸
盐含量的相关，可能是因为烟叶亚硝酸盐主要是在调制过程中积累的 。
(2)在典型相关基础上所进行的聚类分析结果表明，不同等级烟叶硝态氮含量均可分为 3类，第 1类的特
点是 ：烟叶硝态氮(硝酸盐、亚硝酸盐)含量及其相应的植烟土壤养分(全氮、碱解氮、铵态氮、有机质)含量均
高；第 2类为烟叶硝态氮含量及其相应的植烟土壤养分含量均为中等水平；第 3类为烟叶硝态氮含量及其相
应的植烟土壤养分含量均较低。不同等级样品的硝酸盐、亚硝酸盐含量的平均数大小均呈现出 C F>B，F>
X F的趋势；不同类别相比较，有机质含量高的土壤 ，其土壤全氮、碱解氮、铵态氮含量以及相应的烟叶硝酸
盐、亚硝酸盐含量也高，说明土壤有机质的高低，直接影响了土壤氮素的供应状况，进而影响了烟叶硝态氮含
量的积累。因此，理想的植烟土壤，其有机质和含氮养分的含量不宜过高，过高可能引起氮素供应过多，烟株
生长过旺，烟叶硝酸盐、亚硝酸盐含量积累增多，烟叶的安全性降低。应当说明的是，在土壤有机质和含氮养
分含量较高的土壤上，所生产出的烟叶未必硝酸盐含量就一定高，因为包括施肥措施在内的营养平衡技术还
对烟株的生长发育具有重要的调控作用。
(3)根据聚类分析结果建立了不同等级烟叶硝酸盐、亚硝酸盐含量高低的判别函数，可作为不同等级烟叶
硝态氮含量在不同土壤肥力条件下归类的判别参考。在实际应用中，若已知某给定等级的烟叶样品，可尝试
将其所处生长环境的土壤有机质、全氮、碱解氮、铵态氮含量代入相应的判别函数，分别计算综合指标值 ，即可
将该样品归类，从而判断该样品(亚)硝酸盐含量高低的所属类别。由于烟叶硝酸盐 、亚硝酸盐含量在烤烟品
种基因型间存在广泛的变异，不仅与多种生态环境条件(光照、温度、水分)和施肥种类等众多因素密切相关，
还受调制加工技术的影响 ¨· 瑚 ，其判断的可靠性尚需接受实践的检验。
最后需要指出的是，本研究的土壤养分数据主要取材于湖南烟区近年来的土壤普查资料，但缺少土壤硝
态氮的测定结果；烟叶样品为大样本定等级、定叶位取样 ，虽与土壤样品相对应，但各地区施肥量存在着一定
的差异。这些问题有待今后的试验进一步研究和完善。
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O ● ∞ O ∞
狮 鲫
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