基于瀘州烤煙化學(xué)品質(zhì)指數(shù)的品質(zhì)區(qū)劃

于建軍，周 琳，李志偉，張 騰，史雙雙,，李佳穎，李俊麗，趙 莉，邢小軍

（1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)國(guó)家煙草栽培生理生化研究基地，鄭州 450002；2.川渝中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，成都 610017；3.四川省煙草公司涼山州公司，四川 西昌 615000）

烤煙是一種高度重視煙葉質(zhì)量的作物。地區(qū)間自然稟賦和社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件的差異，造成煙葉質(zhì)量的差異[1]?？緹煯a(chǎn)區(qū)的種植優(yōu)勢(shì)區(qū)規(guī)劃，需要以煙葉品質(zhì)的環(huán)境表達(dá)為依據(jù)，把優(yōu)良品質(zhì)區(qū)確立為種植優(yōu)勢(shì)區(qū)。品質(zhì)區(qū)劃是煙葉發(fā)展的基礎(chǔ)，有利于生態(tài)資源合理開發(fā)利用，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，發(fā)揮特色優(yōu)勢(shì)，提升質(zhì)量水平。以往對(duì)品質(zhì)區(qū)劃的研究，多集中于小麥、大豆、棉花等農(nóng)作物[2－3]。目前烤煙區(qū)劃研究多集中于基于生態(tài)條件評(píng)價(jià)的種植區(qū)劃[4]。由于烤煙最終化學(xué)品質(zhì)代表生態(tài)條件[5]、栽培[6]、調(diào)制[7]等因素的綜合影響，但基于烤煙品質(zhì)的區(qū)劃研究較少。因此，本文通過對(duì)烤煙化學(xué)指標(biāo)賦值，確定各指標(biāo)的權(quán)重，并對(duì)不同產(chǎn)地烤煙品質(zhì)進(jìn)行聚類，確定最佳的分區(qū)數(shù)，并比較各分區(qū)化學(xué)指標(biāo)及其得分的差異性。以期為烤煙合理分區(qū)，指導(dǎo)當(dāng)?shù)責(zé)熑~布局，提高當(dāng)?shù)責(zé)熑~質(zhì)量提供技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

2010年采集四川省瀘州煙區(qū)敘永縣、古藺縣17個(gè)產(chǎn)煙鄉(xiāng)鎮(zhèn)的51份代表性烤后煙葉樣品，每個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)均為3份樣品，等級(jí)包括X2F、C3F、B2F，樣品經(jīng)專職人員按照《烤煙》（GB2635－92）分級(jí)。并放在恒溫恒濕箱的標(biāo)準(zhǔn)空氣條件下：溫度（22±1）℃，濕度（60±3）%，平衡48 h。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目及方法

煙葉化學(xué)成分測(cè)定指標(biāo)包括：總植物堿、總氮、還原糖、淀粉、鉀和氯，總植物堿含量采用脫色法測(cè)定[8]；總氮含量采用過氧化氫－硫酸消化測(cè)定法[8]；還原糖含量采用3，5－二硝基水楊酸比色測(cè)定法[8]。

1.3 數(shù)據(jù)分析與處理

通過對(duì)原始數(shù)據(jù)賦值，利用拋物線型隸屬函數(shù)，獲得不同樣品化學(xué)指標(biāo)的隸屬度值，利用DPS 7.05進(jìn)行相關(guān)分析，品質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)平均值和權(quán)重系數(shù)，并對(duì)樣品進(jìn)行聚類分析和顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 瀘州不同煙葉產(chǎn)地?zé)熑~化學(xué)成分評(píng)價(jià)體系的建立

2.1.1 瀘州烤煙化學(xué)指標(biāo)描述性統(tǒng)計(jì)

結(jié)果見表1。

表1 古藺、敘永兩縣煙葉化學(xué)指標(biāo)分析Table 1 Analysis of chemical index in Gulin and Xuyong tobacco

古藺、敘永樣本數(shù)分別為21和30，由表1可知，古藺、敘永兩縣烤煙總氮、還原糖、糖堿比、氮堿比、鉀氯比平均值處于臨界值之間，鉀、淀粉平均含量較為適宜，總植物堿平均值均偏高，古藺部分樣品的總氮、糖堿比、氮堿比、兩縣部分樣品總植物堿達(dá)到或超出最高臨界值，兩縣均有樣品淀粉含量、糖堿比、氮堿比低于最低臨界值。從變異系數(shù)大小來看，古藺總植物堿、糖堿比、氮堿比變異系數(shù)較大，兩縣還原糖變異系數(shù)均較小，兩縣化學(xué)指標(biāo)均值除氮堿比相差10%外，其他均低于此值。

2.1.2 烤煙化學(xué)品質(zhì)評(píng)價(jià)隸屬度矩陣的建立

由于各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)煙葉質(zhì)量的貢獻(xiàn)并不完全相同，并且實(shí)測(cè)值之間量綱有很大差別，所以對(duì)8個(gè)指標(biāo)不能同等對(duì)待，而需運(yùn)用綜合評(píng)價(jià)模型，并對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理。煙葉鉀含量、淀粉含量、鉀氯比與煙葉品質(zhì)的關(guān)系雖不屬于拋物線型隸屬函數(shù)，但通過限定拋物線型隸屬函數(shù)臨界值，可起到不影響其關(guān)系，并簡(jiǎn)化計(jì)算的效果，其他相關(guān)化學(xué)指標(biāo)與煙葉品質(zhì)的關(guān)系函數(shù)，均屬拋物線型隸屬函數(shù)。通過該函數(shù)可計(jì)算各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的隸屬度值，隸屬度函數(shù)的表達(dá)式如下：

本文結(jié)合研究區(qū)域煙葉品質(zhì)特點(diǎn)，依據(jù)研究資料和前人經(jīng)驗(yàn)[9]，確定隸屬度函數(shù)中轉(zhuǎn)折點(diǎn)的相應(yīng)取值。表2列出本研究涉及的評(píng)價(jià)指標(biāo)x1、x2、x3和x4的相應(yīng)取值。根據(jù)拋物線型隸屬函數(shù)，可計(jì)算出8個(gè)化學(xué)指標(biāo)的隸屬度值，從而建立煙葉化學(xué)成分品質(zhì)的評(píng)價(jià)隸屬度矩陣。隸屬度值大小介于0.1～1.0。最大值1.0表示煙葉化學(xué)成分指標(biāo)達(dá)到優(yōu)質(zhì)煙葉的最高標(biāo)準(zhǔn)，最低值0.1則表示該指標(biāo)過高或過低，嚴(yán)重影響烤煙品質(zhì)。

表2 拋物線型隸屬函數(shù)各折點(diǎn)閥值Table 2 Threshold value on each fold point of the parabolic membership function

2.1.3 煙葉評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定

采用相關(guān)系數(shù)法，計(jì)算各化學(xué)指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)（見表3），再求各單項(xiàng)化學(xué)指標(biāo)與其他化學(xué)指標(biāo)間相關(guān)系數(shù)的平均值，以其平均值占所有化學(xué)指標(biāo)相關(guān)系數(shù)平均值總和的比率，作為該單項(xiàng)化學(xué)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)Wi1（見表4）。

表3 化學(xué)指標(biāo)之間相關(guān)系數(shù)的半矩陣Table 3 Semi-matrix of correlation coefficient among chemical index

表4 品質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)平均值和權(quán)重系數(shù)Table 4 Correlation coefficient average and weighting coefficient of quality index

由表4可知，瀘州煙區(qū)總植物堿、氮堿比、鉀氯比權(quán)重系數(shù)較大，還原糖與淀粉的權(quán)重系數(shù)相對(duì)較小。

2.1.4 烤煙化學(xué)成分綜合指標(biāo)值計(jì)算

根據(jù)加法法則，在相互交叉的同類指標(biāo)間采用加法合成求出反映烤煙品質(zhì)的綜合性指標(biāo)值IFI（Integrated fertility index），計(jì)算公式為：IFI=ΣWi1×Ni。Wi1和Ni分別表示第i種化學(xué)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)和相應(yīng)的第i種化學(xué)指標(biāo)隸屬度值。計(jì)算得到51個(gè)烤煙樣品的煙葉品質(zhì)指數(shù)見表5。

表5 各樣品品質(zhì)綜合得分情況Table 5 Comprehensive scores of quality for each sample

2.2 瀘州煙區(qū)不同產(chǎn)煙鄉(xiāng)鎮(zhèn)煙葉聚類分析

2.2.1 煙葉化學(xué)品質(zhì)指數(shù)聚類

采用系統(tǒng)聚類，聚類距離選用卡方距離，方法采用離差平方和對(duì)瀘州不同產(chǎn)地?zé)熑~綜合指標(biāo)值進(jìn)行聚類分析，結(jié)果見表1。

由圖1可知，瀘州煙區(qū)不同產(chǎn)地烤煙可分為3類，第一類整體得分最高，主要為C3F，占該類樣品總數(shù)90%，樣品包括古藺的金星鎮(zhèn)、石寶鄉(xiāng)、觀文、大寨、富強(qiáng)，敘永的麻城（X2F）、營(yíng)山、合樂、枧槽、分水鄉(xiāng)。

第二類整體得分較高，主要為X2F，占該類樣品總數(shù)66.67%，C3F占該類樣品總數(shù)23.81%。樣品包括古藺的金星、石寶、龍山（X2F、C3F）、雙沙（X2F、B2F）、大寨、富強(qiáng)，敘永的觀興、麻城（C3F、B2F）、營(yíng)山、摩尼、赤水（X2F、C3F）、后山（X2F、C3F）、枧槽、分水、水潦（X2F、C3F）。

圖1 瀘州煙區(qū)不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)煙葉聚類分析Fig.1 Cluster analysis of different towns tobacco in Luzhou area

第三類整體得分較低，主要為表B2F，占該類型樣本總量75%。樣品包括古藺的金星、石寶、龍山、雙沙（C3F）、觀文（C3F、B2F）、大寨、富強(qiáng)，敘永的觀興（X2F、B2F）、營(yíng)山、合樂（C3F、B2F）、摩尼（X2F、B2F）、赤水、后山、枧槽、分水、水潦。

2.2.2 不同分類間各品質(zhì)指標(biāo)得分差異性分析

采用Duncan法對(duì)不同類型間化學(xué)指標(biāo)得分進(jìn)行差異性分析結(jié)果見表6。

由表6可知，品質(zhì)綜合得分在各類間達(dá)極顯著，說明上述分類是合適的。各化學(xué)指標(biāo)總氮、鉀、鉀氯比得分在一、二類之間無顯著差異，與第三類達(dá)極顯著差異，該類型區(qū)這些指標(biāo)得分較低；總植物堿二、三類間無顯著差異，與第一類達(dá)極顯著差異，二、三區(qū)該指標(biāo)較低；糖堿比、氮堿比在各類間達(dá)極顯著差異，得分高低順序一致，為第一類＞第二類＞第三類；還原糖、淀粉各類間無顯著差異。

2.2.3 不同分類間化學(xué)品質(zhì)差異性分析

不同分類區(qū)域煙葉化學(xué)品質(zhì)情況見表7。

表6 不同分類間各品質(zhì)指標(biāo)得分差異性分析Table 6 Difference analysis of quality index score in different classification

表7 不同分類間化學(xué)品質(zhì)差異性分析Table 7 Difference analysis of chemical quality in different classification

由表7可知，不同分類區(qū)域煙葉總氮含量、總植物堿含量、糖堿比、鉀氯比等存在極顯著差異，一、二類型區(qū)域煙葉鉀含量、氮堿比無顯著差異，但與第三類區(qū)域存在極顯著差異，對(duì)比分析三個(gè)類型區(qū)煙葉總氮、還原糖、糖堿比、氮堿比等指標(biāo)，可知二、三類型區(qū)煙葉糖堿比、氮堿比較低是由于煙葉煙堿含量偏高所致。

3 討 論

煙葉質(zhì)量由五個(gè)基本質(zhì)量方面組成：即外觀質(zhì)量、內(nèi)在質(zhì)量、化學(xué)成分、物理特性、安全性。各基本方面均在一定程度上反映煙葉綜合質(zhì)量，而各基本面的綜合協(xié)調(diào)情況則決定煙葉質(zhì)量的總體狀況[9]。黎根等綜述烤煙主要化學(xué)成分與煙葉的外觀質(zhì)量、物理特性、評(píng)吸質(zhì)量、煙氣與焦油的關(guān)系密切，表明烤煙化學(xué)成分與其關(guān)系密切[10]。于建軍等探索利用烤煙化學(xué)指標(biāo)評(píng)價(jià)烤煙品質(zhì)的方法[11]。本研究中，古藺、敘永兩縣烤煙總氮、還原糖、糖堿比、氮堿比、鉀氯比平均值處于臨界值之間，鉀、淀粉平均含量較為適宜，總植物堿平均值均偏高，古藺部分樣品的總氮、糖堿比、氮堿比、兩縣部分樣品總植物堿達(dá)到或超出最高臨界值，兩縣均有樣品淀粉含量、糖堿比、氮堿比低于最低臨界值，這些指標(biāo)不利于樣品的化學(xué)品質(zhì)，因此要從合理種植區(qū)域、品種、農(nóng)藝、調(diào)制等綜合措施入手，使這些指標(biāo)處于適宜范圍內(nèi)，以利于煙葉整體質(zhì)量的提高。從變異系數(shù)來看，古藺總植物堿、糖堿比、氮堿比變異系數(shù)較大，兩縣還原糖變異系數(shù)均較小，化學(xué)指標(biāo)均值除氮堿比相差10%外，其他均低于此值。

本研究通過對(duì)煙葉化學(xué)指標(biāo)賦值的方法，可以較清晰顯示各指標(biāo)的品質(zhì)得分，并確定該指標(biāo)的權(quán)重。今后在分析當(dāng)?shù)責(zé)熑~質(zhì)量時(shí)，可通過該方法對(duì)烤煙化學(xué)品質(zhì)狀況進(jìn)行計(jì)算。部分化學(xué)指標(biāo)權(quán)重的大小與吳殿信等研究結(jié)果不一致，這可能是由于選取煙葉樣品的產(chǎn)地不同所致[12]。煙葉化學(xué)指標(biāo)賦值后指標(biāo)及各類型區(qū)品質(zhì)得分之間廣泛達(dá)顯著性檢驗(yàn)，說明分區(qū)結(jié)果的合理性較高，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。雖然煙葉化學(xué)品質(zhì)在一定程度上反映煙葉的整體質(zhì)量[10]，但為使結(jié)論更貼近實(shí)際，本結(jié)果還有待進(jìn)一步研究。

聚類分析表明，第一類整體得分最高，主要為C3F，占到該類型區(qū)樣品總數(shù)90%，說明上述地區(qū)所產(chǎn)的C3F（麻城X2F）較當(dāng)?shù)仄渌a(chǎn)地的煙葉化學(xué)品質(zhì)較高，可以定義為優(yōu)勢(shì)區(qū)域；第二類整體得分較高，主要為X2F，占到該類樣品總數(shù)66.67%，C3F占到該類樣品總數(shù)23.81%，該區(qū)域內(nèi)煙葉具有發(fā)展?jié)摿?，可以定義為上述等級(jí)煙葉的潛力區(qū)；第三類整體得分較低，主要為表B2F，占到該類型樣本總量75%，該區(qū)域上述等級(jí)煙葉具有較大發(fā)展?jié)摿?，可以定義為較大潛力區(qū)?？緹熎毡楸憩F(xiàn)出C3F得分最高，上部葉質(zhì)量較差，分類結(jié)果基本體現(xiàn)部位間的品質(zhì)差異，這與前人研究結(jié)論一致[13]。為提高本地?zé)熑~質(zhì)量，應(yīng)繼續(xù)保持上述優(yōu)勢(shì)區(qū)域C3F的質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì)，努力提高X2F、B2F的質(zhì)量水平。

不同分類間各品質(zhì)指標(biāo)差異性分析結(jié)果表明，品質(zhì)綜合得分在各類間達(dá)極顯著差異，說明上述聚類結(jié)果合適。要提高本地?zé)熑~質(zhì)量，應(yīng)在第二類型區(qū)提高總植物堿、糖堿比、氮堿比的得分水平；在第三類型區(qū)應(yīng)提高總氮、總植物堿、鉀、糖堿比、氮堿比、鉀氯比的得分水平。不同分類區(qū)域煙葉總氮含量、總植物堿含量、糖堿比、鉀氯比等存在極顯著差異，一、二類型區(qū)域煙葉鉀含量、氮堿比無顯著差異，但與第三類區(qū)域存在極顯著差異，其他指標(biāo)無顯著差異。謝劍平研究認(rèn)為還原糖與評(píng)吸總分呈極顯著正相關(guān)；總氮與評(píng)吸總分呈極顯著（顯著）負(fù)相關(guān)；糖堿比與評(píng)吸總分呈極顯著（顯著）正相關(guān)；氮堿比與雜氣、刺激性呈極顯著（顯著）正相關(guān)[14]。王瑞新等認(rèn)為烤煙化學(xué)成分除鉀、鉀氯比高些較好，淀粉低些好，其他化學(xué)成分都有適宜范圍，過高過低都對(duì)煙葉整體質(zhì)量不利[8]。

因此，應(yīng)在第二類區(qū)降低煙葉總氮、總植物堿含量，提高糖堿比、鉀氯比；在第三類型區(qū)降低煙葉總氮、總植物堿含量，提高煙葉鉀含量、氮堿比、糖堿比、鉀氯比。可歸結(jié)為二、三類型區(qū)煙葉總氮、煙堿含量偏高，鉀含量偏低，應(yīng)在上述區(qū)域合理施用含氮、含鉀肥料，降低煙葉總氮、煙堿含量，提高煙葉鉀含量，具體可見表1，綜合運(yùn)用農(nóng)藝、栽培、調(diào)制等方法對(duì)烤煙化學(xué)品質(zhì)進(jìn)行合理調(diào)控，提高煙葉品質(zhì)。

4 結(jié)論

本文提出適宜于當(dāng)?shù)責(zé)熑~化學(xué)成分的品質(zhì)分析方法及權(quán)重系數(shù)，應(yīng)用該方法及權(quán)重，對(duì)烤煙化學(xué)品質(zhì)進(jìn)行計(jì)算，有利于對(duì)瀘州各煙葉產(chǎn)地?zé)熑~質(zhì)量進(jìn)行合理分區(qū)，確定影響各區(qū)煙葉化學(xué)品質(zhì)的指標(biāo)，為當(dāng)?shù)乜緹熀侠矸謪^(qū)，優(yōu)化煙葉布局，提高煙葉質(zhì)量及工業(yè)企業(yè)調(diào)撥煙葉提供技術(shù)依據(jù)和參考。

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