湘西北地區(qū)雪茄煙種植氣候適宜性評價

郭世杰 王會青 汪薇 田金艷 戴曦 王振華

摘要? 為了明確湘西北地區(qū)雪茄煙種植氣候適宜性，以7個縣1991—2020年的氣候觀測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)資料，選取10項關(guān)鍵氣候因子，運用模糊數(shù)學隸屬函數(shù)和主成分分析法對湘西北地區(qū)的氣候適宜性進行綜合評價。結(jié)果表明，湘西北地區(qū)種植雪茄煙的氣候適宜性由高到低依次為慈利縣、麻陽縣、靖州縣、龍山縣、鳳凰縣、桑植縣、永順縣。湘西北各縣均存在5月初—6月初降雨量和7月初—8月底降雨量偏多、5月初—8月底日照時數(shù)偏低的情況，這是雪茄煙生產(chǎn)種植的障礙因子。

關(guān)鍵詞? 雪茄煙；氣候適宜性；溫度；降雨量；濕度；日照時數(shù)；湘西北地區(qū)

中圖分類號? S162? 文獻標識碼? A? 文章編號? 0517-6611（2024）01-0207-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.01.046

開放科學（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

Climate Suitability Evaluation of Cigar Tobacco Planting in the North of Western Hunan

GUO Shi-jie1，WANG Hui-qing2，WANG Wei1 et al

（1.Hunan Tobacco Company，Zhangjiajie City Company， Zhangjiajie， Hunan 427000;2. Key Laboratory of Tobacco Cultivation in the Tobacco Industry， Henan Agricultural University， Zhengzhou， Henan 450002）

Abstract? In order to clarify the climatic suitability of cigar tobacco planting in the North of Western Hunan， 10 key climatic factors were selected based on the climatic observation data of seven counties from 1991 to 2020， and the climatic suitability in the North of Western Hunan was comprehensively evaluated by using fuzzy mathematics membership function and principal component analysis. The results showed that the climatic suitability of planting cigar tobacco in the North of Western Hunan from high to low was Cili County， Mayang County， Jingzhou County， Longshan County， Fenghuang County， Sangzhi County and Yongshun County.The rainfall from early May to early June， the rainfall from early July to the end of August were high and the sunshine hours from early May to the end of August were low in all counties of the North of Western Hunan， which were the obstacle factors for the production and planting of cigar tobacco.

Key words? Cigar tobacco;Climate suitability;Temperature;Rainfall;Humidity;Sunshine hour;North of western Hunan

基金項目? 湖南省煙草公司張家界市公司科技計劃項目（HN2020KJ09）。

作者簡介? 郭世杰（1988—），男，河南襄城人，助理農(nóng)藝師，從事雪茄煙生產(chǎn)研究。

*通信作者，高級農(nóng)藝師，從事煙葉生產(chǎn)技術(shù)推廣工作。

收稿日期? 2023-02-05

雪茄是一種特殊的煙草制品，具有勁頭大、香氣醇厚豐滿、吃味香苦透甜等特點［1］。近年來，中國雪茄產(chǎn)銷量快速增長，中式雪茄具有巨大的發(fā)展?jié)摿Γ?］。隨著消費市場的快速增長，對雪茄煙原料的需求不斷增加，但國內(nèi)雪茄煙種植起步較晚，種植范圍和規(guī)模較小，優(yōu)質(zhì)雪茄煙葉原料的有效供給成為目前中國雪茄產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“卡脖子”因素。

雪茄煙葉質(zhì)量的好壞是多種因素共同作用的結(jié)果［3-4］，其中氣候因子是重要的影響因素之一，適宜的氣候條件是優(yōu)質(zhì)雪茄煙葉生產(chǎn)的生態(tài)基礎(chǔ)［5］。秦艷青等［6］探討國外著名優(yōu)質(zhì)雪茄煙葉產(chǎn)區(qū)的氣候條件指出，優(yōu)質(zhì)雪茄茄衣的生產(chǎn)依賴于適宜的溫度、相對濕度、光照和降雨量。對古巴優(yōu)質(zhì)雪茄煙葉種植區(qū)Pinar del Rio省而言，大田期氣溫呈上升趨勢，月降雨量均穩(wěn)定在90 mm以下有利于雪茄煙葉的生產(chǎn)［7］。張誼寒等［8］研究了古巴哈瓦那及云南的多個氣候因子，認為大田生長期月平均溫度27.2 ℃、月相對濕度77.8%、月降雨量128.98 mm有利于優(yōu)質(zhì)茄衣的生長。此外，調(diào)制期間適宜的溫濕度條件也能提升調(diào)制后煙葉的外觀質(zhì)量和感官品質(zhì)［9］。近年來，關(guān)于煙葉種植的氣候適宜性評價多集中在烤煙上［10-13］，對雪茄煙種植的氣候適宜性評價較少。該研究以湘西北7個縣的關(guān)鍵氣候因子為研究對象，通過模糊數(shù)學隸屬函數(shù)和主成分分析的方法對其進行雪茄煙葉種植的氣候適宜性評價，旨在為湘西北地區(qū)雪茄煙的引種試種、合理區(qū)劃以及配套生產(chǎn)技術(shù)提供理論依據(jù)。

1? 資料與方法

1.1? 資料來源

湘西北各縣的氣候資料由湖南省氣象局提供，基礎(chǔ)氣候資料包括桑植縣、慈利縣、龍山縣、永順縣、鳳凰縣、麻陽苗族自治縣和靖州苗族侗族自治縣7個縣1991—2020年的逐日氣溫、降雨量、相對濕度、日照時數(shù)等氣候指標。根據(jù)所提供的氣候資料、專家經(jīng)驗和試種情況，并結(jié)合當?shù)氐纳a(chǎn)實際，計算出相對應(yīng)的氣候因子數(shù)值。

1.2? 評價指標因子的選擇

該研究通過查閱相關(guān)文獻［14-15］并結(jié)合專家意見確定了10項指標作為參評因子，詳見表1。

1.3? 氣候適宜性評價方法

1.3.1? 參評指標權(quán)重的確定。

每個氣候因子對氣候適宜性的影響程度各異，在計算氣候適宜性指數(shù)的過程中，根據(jù)各參評指標的重要程度分別賦予不同的權(quán)重。該研究采用主成分分析法來確定權(quán)重。

1.3.2? 參評指標隸屬度的計算。

各參評指標的隸屬度利用模糊數(shù)學隸屬函數(shù)的方法來計算。根據(jù)隸屬函數(shù)類型的選用原則［16］，確定各因子的函數(shù)形式，除S5-8函數(shù)形式為升梯型外，其余9個指標均為拋物線型。升梯型和拋物線型的函數(shù)表達式如公式（1）和公式（2），由此計算出各縣各參評指標的隸屬度。

升梯型隸屬函數(shù)：

f（x）=1x>x4

0.9×x-x1x4-x1+0.1x1<x<x4

0.1x<x1

（1）

其中，x1為下限，x4為上限，且x1＜x4。

拋物線型隸屬函數(shù)：

f（x）=1x2<x<x3

0.9×x-x1x2-x1+0.1x1<x<x2

0.9×x4-xx4-x3+0.1x3<x<x4

0.1x<x1，x>x4（2）

其中，x1為下限，x2為最優(yōu)下限，x3為最優(yōu)上限，x4為上限，且x1＜x2＜x3＜x4。對應(yīng)拐點值通過查閱文獻［10，15，17］并結(jié)合專家建議確定，如表2所示。

1.3.3? 氣候適宜性指數(shù)的確定。

利用主成分分析法得出的各參評指標的權(quán)重和模糊數(shù)學隸屬函數(shù)的方法得出的隸屬度分別求出各縣的氣候適宜性指數(shù)CFI（climate feasibility index），公式可表示為：

CFI=10i=1（Wi×Ni）（3）

其中：每個縣各有10個參評指標，i的取值為1，2，3，…，10；Wi表示第i個指標的權(quán)重，10i=1Wi=1；Ni表示第i個指標的隸屬度，且滿足0.1≤Ni≤1.0。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 湘西北關(guān)鍵氣候因子概況

從表3可以看出，在湘西北的10個關(guān)鍵氣候指標中，R5-6、R6-7和R7-8的變異系數(shù)明顯較高，分別為35.23%、51.95%和52.29%；S5-8的變異系數(shù)相對較高，為16.78%；T5-6、T6-7、T7-8、RH5-8、T8-9、RH8-9的變異系數(shù)相對較小，均在6.00%以下。從偏度看，R6-7呈右偏態(tài)分布和RH5-8呈左偏態(tài)分布外，其余指標偏度均在-1～1，基本符合正態(tài)分布。

2.2? 湘西北各縣關(guān)鍵氣候因子分析

2.2.1? 溫度和降雨量。

從圖1可以看出，湘西北7個縣的日平均氣溫均呈現(xiàn)T5-6相對較低、T6-7居中、T7-8相對較高的規(guī)律。7個縣的T5-6、T6-7和T7-8差異明顯，慈利縣、麻陽縣和靖州縣T5-6相對較高，均在22 ℃以上，桑植縣、龍山縣、永順縣和鳳凰縣相對較低；雪茄煙適宜生長的伸根期溫度為18～28 ℃，湘西北各縣均處于適宜范圍內(nèi)。慈利縣T6-7達到了26 ℃，顯著高于桑植縣、龍山縣、永順縣、鳳凰縣和靖州縣；雪茄煙適宜生長的旺長期溫度為25～30 ℃，湘西北各縣處于適宜范圍內(nèi)或接近最適宜溫度。慈利縣和麻陽縣T7-8在28 ℃左右，顯著高于桑植縣、龍山縣、永順縣、鳳凰縣和靖州縣；雪茄煙適宜生長的成熟期溫度為25～30 ℃，湘西北各縣均處于雪茄煙生長的適宜范圍。

從圖2可以看出，湘西北7個縣均呈現(xiàn)R5-6和R6-7相對較少、R7-8相對較多的規(guī)律。湘西北各縣R5-6集中在170～230 mm，7個縣之間均不存在顯著差異；各縣R6-7集中在220～250 mm，7個縣之間均不存在顯著差異；桑植縣R7-8相對較高，達到了390 mm，顯著高于麻陽縣和靖州縣，其他縣之間均不存在顯著差異。雪茄煙適宜生長的降雨量為伸根期80～100 mm、旺長期100～200 mm、成熟期80～120 mm，湘西北各縣的降雨量明顯偏多，不利于雪茄煙的種植生產(chǎn)。

2.2.2? 5月初—8月底日照時數(shù)和相對濕度。

從圖3可以看出，湘西北7個縣5月初—8月底日照時數(shù)（S5-8）由高到低依次為麻陽縣、慈利縣、鳳凰縣、靖州縣、永順縣、龍山縣、桑植縣，其中桑植縣S5-8為500 h左右，顯著低于其余6個縣，且其余6個縣之間不存在顯著差異。一般來說，優(yōu)質(zhì)煙葉的生產(chǎn)所需要的大田期日照時數(shù)需達到800 h，湘西北7個縣S5-8普遍偏低，集中在500～610 h。

從圖4可以看出，湘西北7個縣5月初—8月底平均相對濕度（RH5-8）由高到低依次為鳳凰縣、靖州縣、永順縣、桑植縣、麻陽縣、龍山縣、慈利縣。其中鳳凰縣、靖州縣、永順縣均在80%以上，顯著高于龍山縣和慈利縣。桑植縣、麻陽縣與慈利縣存在顯著差異，其余縣之間不存在顯著差異。在大田生長期，平均相對濕度保持在70%～80%有利于煙葉的生長發(fā)育，湘西北7個縣的RH5-8在76%～82%，麻陽縣、龍山縣和慈利縣在適宜范圍內(nèi)，對雪茄煙葉的生長發(fā)育較為有利。

2.2.3? 8月初—9月底溫濕度。

從圖5可以看出，湘西北7個縣8月初—9月底日平均氣溫（T8-9）由高到低依次為慈利縣、麻陽縣、永順縣、靖州縣、鳳凰縣、桑植縣、龍山縣。慈利縣和麻陽縣T8-9超過26 ℃，顯著高于永順縣、靖州縣、鳳凰縣、桑植縣和龍山縣；其余縣之間不存在顯著差異。在調(diào)制期，外部環(huán)境溫度保持在25～28 ℃最為適宜，湘西北7個縣T8-9在24～27 ℃，其中慈利縣和麻陽縣的溫度最有利于雪茄煙葉的調(diào)制。

從圖6可以看出，湘西北7個縣8月初—9月底平均相對濕度（RH8-9）由高到低依次為靖州縣、鳳凰縣、永順縣、桑植縣、龍山縣、麻陽縣、慈利縣。其中，靖州縣達到了81%，顯著高于龍山縣、麻陽縣和慈利縣；鳳凰縣顯著高于麻陽縣和慈利縣，桑植縣、永順縣和龍山縣顯著高于慈利縣，其余縣之間不存在顯著差異。在調(diào)制期，外部環(huán)境的濕度保持在70%～80%最有利于雪茄煙葉的調(diào)制，湘西北7個縣RH8-9在74%～81%，除靖州縣的濕度略高于最適宜濕度外，其余6個縣均處于最適宜范圍內(nèi)，可滿足雪茄煙葉的調(diào)制需求。

2.3? 湘西北各縣氣候適宜性評價

權(quán)重表示各指標對氣候適宜性的貢獻程度，權(quán)重越高，表明其對適宜性指數(shù)的影響越大。由表4可知，相同指標在不同縣的權(quán)重不同，慈利縣對氣候適宜性貢獻最高的是S5-8、RH5-8（0.116 9），最低的是R6-7（0.066 4）；桑植縣最高的是RH5-8（0.134 9），最低的是T6-7（0.062 4）；龍山縣最高的是R7-8（0.132 2），最低的是R6-7（0.076 1）；永順縣最高的是R5-6（0.124 6），最低的是T5-6（0.079 2）；鳳凰縣最高的是RH8-9（0.122 3），最低的是T7-8（0.088 5）；麻陽縣最高的是S5-8（0.123 8），最低的是T6-7（0.080 4）；靖州縣最高的是T7-8（0.131 6），最低的是R6-7（0.079 3）。

隸屬度表示各氣候指標數(shù)值與最優(yōu)值的符合程度。隸屬度越高，表明該指標越適宜雪茄煙的生長，反之，則為雪茄煙生長的限制因子。由表4可見，湘西北各縣T5-6、T7-8的隸屬度均為1.0，是雪茄煙種植的優(yōu)勢條件。各縣T6-7、RH5-8、T8-9、RH8-9的隸屬度都在0.9以上，其中慈利縣、麻陽縣和靖州縣的T6-7，慈利縣、龍山縣和麻陽縣的RH5-8，慈利縣和麻陽縣的T8-9，除靖州縣外6個縣的RH8-9均達到了1.0，能較好地適應(yīng)雪茄煙的生長。隸屬度明顯較低的是各縣的R5-6和R7-8，隸屬度均在0.4以下，其中除慈利縣和龍山縣外其余5個縣的R5-6，除鳳凰縣、麻陽縣和靖州縣外其余4個縣的R7-8低至0.1，為雪茄煙種植的不利因素。各縣S5-8隸屬度集中在0.3～0.6，不利于雪茄煙的優(yōu)質(zhì)生長。各縣R6-7的隸屬度集中在0.6～0.8，雪茄煙生長的適宜性較差。

湘西北各縣氣候適宜性指數(shù)如圖7所示，其值越高，表明該縣氣候條件越適宜雪茄煙的生長。由圖7可知，湘西北各縣的氣候適宜性指數(shù)集中在0.708 5～0.781 5，最低值為永順縣，最高值為慈利縣。7個縣氣候適宜性的綜合表現(xiàn)從高到低依次為慈利縣、麻陽縣、靖州縣、龍山縣、鳳凰縣、桑植縣、永順縣。

3? 討論

煙葉質(zhì)量主要是在田間環(huán)境的影響下形成的，不同的生態(tài)條件會導致煙葉的產(chǎn)量和品質(zhì)之間存在明顯差異［18］。氣候條件是影響雪茄煙葉生產(chǎn)的主要生態(tài)因素之一，特色煙葉的形成與大田生長各時期的溫度、降雨量等有很大關(guān)系［19］，且相對于土壤條件來講，其對煙葉品質(zhì)的影響不僅更為顯著［20］，而且具有更多變和人為調(diào)整難度更大的特點，因此，氣候適宜性評價尤為重要。對湘西北各縣進行雪茄煙種植的氣候適宜性分析，明確各縣的氣候適宜性程度，為雪茄煙的引種與合理區(qū)劃提供依據(jù)；分析各縣的優(yōu)勢因子和限制因子，提出解決對策，為雪茄煙葉的優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

煙葉的生長需要溫暖的氣候條件，各生育期均溫會影響葉內(nèi)的化學成分含量［21］，且旺長期對煙草物質(zhì)代謝影響最大［22］。煙株前期生長的溫度可略低于最適溫度，有助于煙株穩(wěn)健生長，后期可略高于最適溫度，有助于積累更多的有機物質(zhì)［17］。湘西北屬中亞熱帶季風濕潤氣候，具有明顯的大陸性氣候特征。煙株生育期內(nèi)受夏季風控制，降水充沛，氣候溫暖濕潤，光熱水基本同季，同時武陵山脈斜貫全境，植被覆蓋率高，空氣潔凈，氣候類型多樣，較為適合煙葉大田生長，尤其是茄衣大田生長。湘西北慈利縣、桑植縣等7個縣在5月初—8月底的溫度均呈上升趨勢，與國外優(yōu)質(zhì)雪茄煙種植區(qū)的變化趨勢相同［7］。各縣的T5-6、T6-7、T7-8均處于雪茄煙適宜生長的范圍內(nèi)或接近適宜值，能較好地滿足雪茄煙正常生長的需求。

煙株生長必須靠水分來維持，煙草的產(chǎn)質(zhì)量與大田期間的降雨量以及分布情況有直接關(guān)系，煙葉內(nèi)總糖含量、總氮含量、煙堿含量以及鉀氯比與降雨量密切相關(guān)［23］。湘西北慈利縣、桑植縣等7個縣的R5-6、R6-7和R7-8均比雪茄煙適宜生長的降雨量多，尤其是R7-8最為明顯，高達最適降雨量的2～3倍。伸根期降雨量偏多，會導致根系發(fā)育不良，影響煙株中后期的生長發(fā)育；成熟期降雨量偏多，煙株不僅更容易感染病害，而且品質(zhì)會明顯下降［24］。由此可見，湘西北各縣的降雨量偏多是優(yōu)質(zhì)雪茄煙葉生產(chǎn)的限制因子。因此，在湘西北雪茄煙種植中應(yīng)注重煙株根系培育，在大田生產(chǎn)中充分做好排水措施，高起壟，深栽煙，在多雨季節(jié)要注意及時清理溝渠，防止積水，并做好煙株根莖類、葉斑類病害的防治工作。

日照是煙葉光合作用合成糖類和其他有機物質(zhì)的必要條件，研究表明，在一定范圍內(nèi)，葉內(nèi)有機物的合成積累與日照時數(shù)成正比，適當增加各生育期日照時數(shù)有利于改善煙葉的感官品質(zhì)［25］；日照時數(shù)減少，葉內(nèi)還原糖和總氮含量顯著下降且香氣質(zhì)、香氣量降低，不利于提高煙葉的香氣品質(zhì)［26］。慈利縣、桑植縣等7個縣的日照時數(shù)普遍較低，不利于生產(chǎn)身份厚、煙氣濃度大、香氣濃郁的茄芯煙葉，可偏重生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)茄衣煙葉、茄套煙葉和助燃吃味型茄芯煙葉。在大田生長期間，適宜的濕度環(huán)境有利于優(yōu)質(zhì)煙葉的生長，湘西北各縣的濕度條件與雪茄煙適宜生長的濕度范圍相差不大，尤其對雪茄茄衣煙葉的生長發(fā)育較為有利。

雪茄煙葉調(diào)制一般為晾制，是指采收后的煙葉在自然或人為調(diào)控條件下，逐漸失水干燥、化學組分逐漸發(fā)生變化的過程，是雪茄煙葉外觀質(zhì)量及內(nèi)在品質(zhì)形成的重要過程［27］。雪茄煙葉在不同的晾制階段對環(huán)境的溫濕度需求不同。盧紹浩等［28］研究表明，合理調(diào)控溫濕度，有利于促進煙葉內(nèi)含物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，提高煙葉的可用性。在雪茄煙葉晾制期間外部環(huán)境的溫濕度極為重要，它對晾房建造的配套設(shè)施以及晾制后雪茄煙葉的品質(zhì)產(chǎn)生較大影響。在晾制期間，外部日均溫度穩(wěn)定在28 ℃左右，相對濕度穩(wěn)定在70%～80%有利于雪茄煙葉優(yōu)良的外觀品質(zhì)和感官品質(zhì)形成。湘西北慈利縣、桑植縣等7個縣T8-9和RH8-9均在適宜范圍內(nèi)或接近最優(yōu)值，與雪茄煙調(diào)制期間所需環(huán)境溫濕度基本吻合，為湘西北雪茄煙生產(chǎn)的優(yōu)勢因子。

該研究中所涉及的7個縣的氣候適宜性指數(shù)差異不大，可能與其地理位置較近、大區(qū)域氣候指標數(shù)值相似有關(guān)。同一縣的氣候會因地形地貌波動而產(chǎn)生變化。該試驗僅研究了各個縣的溫度、降雨量、濕度、日照時數(shù)等指標，關(guān)于地形地貌對局部氣溫、水分、日照的影響還有待進一步研究。

4? 結(jié)論

5月初—6月初日平均氣溫、6月初—7月初日平均氣溫、7月初—8月底日平均氣溫、5月初—8月底相對濕度、8月初—9月底日平均氣溫和相對濕度是湘西北雪茄煙種植的優(yōu)勢條件，該地區(qū)種植雪茄煙最大的障礙因子是5月初—6月初降雨量和7月初—8月底降雨量，其次是5月初—8月底日照時數(shù)。湘西北各縣雪茄煙種植的氣候適宜性從高到低依次為慈利縣、麻陽縣、靖州縣、龍山縣、鳳凰縣、桑植縣、永順縣。該研究明確了湘西北7個縣雪茄煙種植的氣候適宜性并對其中的障礙因子提出了解決對策，為該地區(qū)雪茄煙的引種試種與合理區(qū)劃提供技術(shù)參考。

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