基于物元可拓模型的烤煙化學(xué)成分協(xié)調(diào)性研究

徐文姍，譚 馨，魯黎明

(1.川渝中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，四川 成都 610017； 2.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，四川 成都 611130)

基于物元可拓模型的烤煙化學(xué)成分協(xié)調(diào)性研究

徐文姍1，譚 馨2，魯黎明1

(1.川渝中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，四川 成都 610017； 2.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，四川 成都 611130)

為探索烤煙化學(xué)成分協(xié)調(diào)性研究方法，運(yùn)用物元可拓模型對瀘州8個采樣點(diǎn)烤煙的化學(xué)成分協(xié)調(diào)性進(jìn)行了評價.結(jié)果表明，8個采樣點(diǎn)中有5個采樣點(diǎn)化學(xué)成分協(xié)調(diào)性處于協(xié)調(diào)檔次.計算8個采樣點(diǎn)化學(xué)成分協(xié)調(diào)性可拓指數(shù)，其均值為75.14，因而整個瀘州煙區(qū)烤煙化學(xué)成分協(xié)調(diào)性處于較協(xié)調(diào)檔次，評價結(jié)果與實(shí)際情況吻合度較高，表明該方法用于評價煙區(qū)烤煙化學(xué)成分協(xié)調(diào)性具有一定合理性.

烤煙；化學(xué)成分；協(xié)調(diào)性；物元可拓模型

烤煙化學(xué)品質(zhì)是決定煙葉質(zhì)量的物質(zhì)基礎(chǔ)，化學(xué)成分對煙葉品質(zhì)的優(yōu)劣有顯著影響[1].化學(xué)成分含量不同，烤煙品質(zhì)也會有差異[2～5].目前，烤煙化學(xué)成分綜合評價常用的方法較多，李國棟等[6]運(yùn)用主成分聚類分析將53份烤煙按照化學(xué)品質(zhì)優(yōu)劣分為5類;馬云明等[7]對云南省24個烤煙品種主要化學(xué)成分進(jìn)行因子分析，結(jié)果表明，碳氮化合物對烤煙化學(xué)成分協(xié)調(diào)性影響最大;趙晶等[8]運(yùn)用因子聚類分析將云南省、福建省的78份樣品按照化學(xué)品質(zhì)好壞分為5類;耿宗澤等[9]運(yùn)用因子分析與廣義灰色關(guān)聯(lián)度相結(jié)合的方法對不同產(chǎn)區(qū)煙葉化學(xué)成分進(jìn)行了統(tǒng)計，結(jié)果表明，與福建邵武上部煙葉化學(xué)成分最接近的是云南宜良，其次是廣東南雄，化學(xué)成分差異最大的是云南華寧;李東亮等[10]運(yùn)用灰色等權(quán)聚類將18個烤煙產(chǎn)區(qū)的化學(xué)成分分為A，B兩類.此外，胡鐘勝等[11]運(yùn)用模糊評判與歐氏距離法評價煙葉化學(xué)成分，結(jié)果表明，化學(xué)可用性指數(shù)與相似距離系數(shù)相關(guān)性達(dá)到顯著相關(guān)水平，2種方法研究烤煙煙葉品質(zhì)具有一定的相容性.由于化學(xué)成分指標(biāo)眾多，且每個指標(biāo)性質(zhì)不一樣，因此，在進(jìn)行化學(xué)成分協(xié)調(diào)性評價時，難以克服信息指標(biāo)之間的共線性問題，而使評價結(jié)果有偏差.本研究以化學(xué)指標(biāo)的經(jīng)驗(yàn)權(quán)重作為主觀權(quán)重，以灰色等權(quán)關(guān)聯(lián)度計算得到的權(quán)重為客觀權(quán)重，利用“離差平方和的最優(yōu)組合賦權(quán)方法”計算綜合權(quán)重，在此基礎(chǔ)上運(yùn)用物元可拓集模型[12,13]，分析烤煙化學(xué)品質(zhì)協(xié)調(diào)性，進(jìn)一步分析該方法在煙草化學(xué)質(zhì)量評價中的可行性.

1 材料與方法

1.1樣品來源及指標(biāo)測定

在瀘州煙區(qū)8個檢樣點(diǎn)采集烤后煙葉C3F煙樣，每個采樣點(diǎn)采集3個樣品測定其化學(xué)指標(biāo).采樣點(diǎn)主要包括瀘州市敘永縣分水鎮(zhèn)廣子村、敘永縣后山鎮(zhèn)升基村、敘永縣赤水鎮(zhèn)中沙村、敘永縣營山鄉(xiāng)尾河村、古藺縣雙沙鎮(zhèn)慶豐村、古藺縣馬嘶鄉(xiāng)紅星村、古藺縣大寨鄉(xiāng)大寨村、古藺縣金星鄉(xiāng)黑竹村(為簡化說明，分別用1至8代表采樣點(diǎn)).各采樣點(diǎn)烤煙田間栽培措施按照瀘州當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)管理規(guī)程進(jìn)行，其烘烤采取三段式烘烤工藝進(jìn)行.按王瑞新[1]介紹的方法測定總糖、還原糖、總煙堿、糖堿比、總氮、氮堿比、氯、鉀、氯鉀比、淀粉等10個化學(xué)指標(biāo)(分別以x1→x10代表).

1.2建立化學(xué)成分協(xié)調(diào)性評價模型

1.2.1 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化 結(jié)合前人研究結(jié)果以及煙草行業(yè)有關(guān)專家的建議，確定煙葉化學(xué)成分各指標(biāo)所屬隸屬度函數(shù)類型以及轉(zhuǎn)折點(diǎn)值[14, 15]，如表1所示.

表1 烤煙化學(xué)成分隸屬度函數(shù)與轉(zhuǎn)折點(diǎn)Table 1 Chemical composition of flue-cured tobacco of the membership functions and the turning point

經(jīng)過上述隸屬度函數(shù)的轉(zhuǎn)化，將化學(xué)成分各指標(biāo)的數(shù)值轉(zhuǎn)化為0.1～1.0的值，即數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理.

反S型隸屬度函數(shù)分段函數(shù)如下：

S型隸屬度函數(shù)分段函數(shù)如下：

拋物線型隸屬度函數(shù)分段函數(shù)如下：

1.2.2 權(quán)重確定 化學(xué)成分含量各指標(biāo)賦權(quán)采用陳偉等[16]所用“離差平方和的最優(yōu)組合賦權(quán)方法”賦權(quán).其中，主觀權(quán)重w1，采用經(jīng)驗(yàn)權(quán)重值.客觀權(quán)重w2，采用灰色等權(quán)關(guān)聯(lián)度賦權(quán)法[17]，計算各指標(biāo)等權(quán)關(guān)聯(lián)度，再進(jìn)行歸一化處理，得到各指標(biāo)客觀權(quán)重.

1.2.3 評價模型 煙葉化學(xué)成分協(xié)調(diào)性采用“物元可拓集分析”評價[18].

將煙葉化學(xué)成分原始數(shù)據(jù)按照隸屬度函數(shù)轉(zhuǎn)換后，得到新的數(shù)據(jù).按表2將化學(xué)成分分為5個級別.

表2 煙葉化學(xué)成分分級標(biāo)準(zhǔn)Table 2 The grading standards of chemical composition

注：max表示經(jīng)隸屬度函數(shù)轉(zhuǎn)換后指標(biāo)最大值，mean表示經(jīng)隸屬度函數(shù)轉(zhuǎn)換后指標(biāo)均值，min表示經(jīng)隸屬度函數(shù)轉(zhuǎn)換后指標(biāo)最小值.

Note：Max is the maximum of index transformed by the membership function，mean is average value of index transformed by the me-mbership function，and min is the minimum of index transformed by the membership function.

設(shè)Sn為烤煙化學(xué)成分待區(qū)劃的n個指標(biāo)，xj=[au,bu]為化學(xué)成分區(qū)劃各指標(biāo)的對應(yīng)取值范圍，即節(jié)域.

1.2.3.1 物元矩陣 設(shè)節(jié)域物元域矩陣為AL，則：

設(shè)經(jīng)典物元矩陣為BL，Ni為5個區(qū)劃等級則：

設(shè)判斷物元為CL，則：

1.2.3.2 計算點(diǎn)到區(qū)間距離ρ在物元分析中，關(guān)聯(lián)函數(shù)表示物元的量值取實(shí)軸上的1點(diǎn)時，物元符合要求的取值范圍程度.它可使化學(xué)質(zhì)量區(qū)劃的的結(jié)果量化.關(guān)聯(lián)函數(shù)計算公式為：

xoji=aoji-boji.

計算各采樣點(diǎn)可拓指數(shù)的均值，將其均值作為瀘州煙區(qū)烤煙化學(xué)成分協(xié)調(diào)性綜合評價值.按照其均值的大小，將滬州烤煙化學(xué)成分協(xié)調(diào)性分為4個等級，分級標(biāo)準(zhǔn)如表3所示.

表3 瀘州化學(xué)成分協(xié)調(diào)性分級標(biāo)準(zhǔn)Table 3 The grading standards of the coordination of chemical composition in Luzhou

2 結(jié)果與分析

2.1瀘州烤煙化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化

根據(jù)表1所述，總糖、還原糖、總煙堿、總氮、糖堿比、氮堿比、氯，所屬隸屬度函數(shù)為拋物線型，鉀、鉀氯比所屬隸屬度函數(shù)為S型，淀粉所屬隸屬度函數(shù)為反S型.按照上述隸屬度函數(shù)將各類化學(xué)指標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，結(jié)果如表4所示.

2.2瀘州烤煙化學(xué)成分的權(quán)重

主觀權(quán)重值采用經(jīng)驗(yàn)權(quán)重，采用煙草行業(yè)化學(xué)成分的經(jīng)驗(yàn)權(quán)重值.而客觀權(quán)重采用灰色等權(quán)關(guān)聯(lián)度賦權(quán).由于標(biāo)準(zhǔn)化后的各類化學(xué)指標(biāo)理想值為1，因此，將1作為參考數(shù)列，再將待比較數(shù)列與參考數(shù)列作差值并取其絕對值，從而得到差序列，從差序列中找出最大值、最小值，進(jìn)而計算出各類化學(xué)指標(biāo)的等權(quán)關(guān)聯(lián)度，對其作歸一化處理，得到各類化學(xué)指標(biāo)的客觀權(quán)重.再根據(jù)“離差平方和的最優(yōu)組合賦權(quán)方法”計算各類化學(xué)指標(biāo)綜合權(quán)重值.具體結(jié)果如表5所示.

表4 瀘州烤煙化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果Table 4 The results of the chemical composition of flue-cured tobacco from data standardization

表5 綜合賦權(quán)法所得權(quán)重值

2.3瀘州烤煙化學(xué)成分協(xié)調(diào)性分級標(biāo)準(zhǔn)

將經(jīng)過隸屬度函數(shù)轉(zhuǎn)化后的數(shù)據(jù)，按照表2中化學(xué)成分分級標(biāo)準(zhǔn)原則，制訂瀘州煙區(qū)烤煙化學(xué)成分協(xié)調(diào)性分級標(biāo)準(zhǔn)，如表6所示.

2.4瀘州化學(xué)成分協(xié)調(diào)性綜合評價

根據(jù)公式，計算判斷物元與節(jié)域物元、經(jīng)典物元之間的距離，從而得出各采樣點(diǎn)每個指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度，將其關(guān)聯(lián)度與對應(yīng)的綜合權(quán)重值相乘，從而得出各采樣點(diǎn)的綜合關(guān)聯(lián)度.由判斷公式：若kj(P0)=maxkj(P0),j∈(1,2…m)，則待區(qū)劃指標(biāo)屬于等級j.對瀘州市8個采樣點(diǎn)化學(xué)成分協(xié)調(diào)性進(jìn)行評價，其中，1，2，3，4，5，8號采樣點(diǎn)所對應(yīng)的化學(xué)成分最大綜合關(guān)聯(lián)度屬于等級Ⅰ，表現(xiàn)為協(xié)調(diào)檔次.7號采樣點(diǎn)所對應(yīng)的化學(xué)成分最大綜合關(guān)聯(lián)度屬于等級Ⅱ，表現(xiàn)為較協(xié)調(diào)檔次.6號采樣點(diǎn)所對應(yīng)的化學(xué)成分最大綜合關(guān)聯(lián)度屬于等級Ⅳ，表現(xiàn)為欠協(xié)調(diào)檔次(表7).

按照可拓指數(shù)計算公式，計算8個采樣點(diǎn)所對應(yīng)的可拓指數(shù)，如表8所示.8個采樣點(diǎn)所對應(yīng)可拓指數(shù)的均值為75.14.因此，瀘州煙區(qū)烤煙整體化學(xué)成分協(xié)調(diào)性處于較協(xié)調(diào)檔次.而依據(jù)煙草行業(yè)化學(xué)成分評價標(biāo)準(zhǔn)，瀘州古藺、敘永兩地綜合評分為71.76，化學(xué)成分協(xié)調(diào)性處于較協(xié)調(diào)檔次.因此，評價方法與實(shí)際情況較吻合.

表6 瀘州烤煙化學(xué)成分協(xié)調(diào)性分級標(biāo)準(zhǔn)

表7 基于物元可拓分析的各區(qū)域烤煙化學(xué)成分協(xié)調(diào)性評價結(jié)果

表8 各采樣點(diǎn)可拓指數(shù)Table 8 Extension index of the sampling points

3 結(jié)語

研究化學(xué)成分協(xié)調(diào)性的方法較多，人們在運(yùn)用主成分分析法[6]、模糊數(shù)學(xué)法[11]等對烤煙化學(xué)成分協(xié)調(diào)性進(jìn)行判斷時，都未對某個區(qū)域整體協(xié)調(diào)性做出判斷.由于物元反應(yīng)的是物質(zhì)的質(zhì)與量之間的關(guān)系[13]，而物質(zhì)的質(zhì)與量是相互制約、相互影響、相互聯(lián)系的統(tǒng)一體，因此，通過引入物元能對所研究問題進(jìn)行定性與定量的解釋，使對問題的認(rèn)識更加全面.物元模型在其他領(lǐng)域，如土壤養(yǎng)分評價[18]、生態(tài)環(huán)境安全性評價[19]等方面已有應(yīng)用，經(jīng)驗(yàn)證表明，該方法規(guī)范性強(qiáng)，具有簡便、定量嚴(yán)密的特點(diǎn).

在運(yùn)用物元可拓模型對瀘州烤煙化學(xué)成分協(xié)調(diào)性進(jìn)行預(yù)測時，所得結(jié)果與實(shí)際情況吻合度較好.將8個采樣點(diǎn)可拓指數(shù)的均值作為評價瀘州區(qū)域化學(xué)成分協(xié)調(diào)性的綜合值，可能會因抽樣調(diào)查各采樣點(diǎn)時覆蓋面不全，而使化學(xué)成分協(xié)調(diào)性評價與實(shí)際情況有一定偏離.

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(責(zé)任編輯：常思敏)

Studyofthechemicalcompositioncoordinationofflue-curedtobaccobasedonthemodelofmatter-elementextension

XU Wen-shan1, TAN Xin2, LU Li-ming1

(1.Chuanyu Tobacco Company, Chengdu 610017, China; 2.Agronomy College of Sichuan Agricultural University, Chengdu 611130, China)

In order to explore the analysis methods of chemical composition of flue-cured tobacco, the model of Matter-element Extension was used to evaluate the coordination of 8 sampling in Luzhou. The results showed that the chemical composition was well-coordinated in 5 samples points. Calculating the extension index of chemical composition in 8 sampling points, and the average was 75.14, so for the entire area, the coordination of chemical composition of flue-cured tobacco was in coordination level. The evaluation results were similar with the actual results. Therefore, this method had a certain rationality.

flue-cured tobacco; chemical composition; coordination; matter-element extension model

S 572

：A

2014-01-26

四川省煙草公司科技項(xiàng)目(200703009)

徐文姍，1988年生，女，四川成都人，碩士研究生，主要從事煙草品質(zhì)研究.

魯黎明，1965年生，男，河南正陽人，副教授，博士.

1000-2340(2014)05-0561-06