成熟期烤煙濃香型顯示度氣候適宜性分區(qū)研究

郭蕊蕊， 陳偉強， 史宏志， 馬月紅

(1.河南農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院，河南 鄭州 450002； 2.河南農(nóng)業(yè)大學煙草學院，河南 鄭州 450002)

成熟期烤煙濃香型顯示度氣候適宜性分區(qū)研究

郭蕊蕊1， 陳偉強1， 史宏志2， 馬月紅1

(1.河南農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院，河南 鄭州 450002； 2.河南農(nóng)業(yè)大學煙草學院，河南 鄭州 450002)

以國內(nèi)濃香型煙葉產(chǎn)區(qū) 8個省的28個市為研究對象，采用偏相關分析、回歸分析以及模糊評價的方法，開展了氣象因子與香型顯示度之間的因子分析和氣候適宜性分區(qū)研究。通過插值分析，描述了5個氣象因子在濃香型產(chǎn)區(qū)的空間分布；通過偏相關分析，篩選出成熟期的>30 ℃高溫天數(shù)、日均溫、>20 ℃積溫和光照時數(shù)4個關鍵氣象因子；利用模糊評價法，劃分出了3級氣候適宜區(qū)，1級適宜區(qū)主要分布在豫中、豫南、皖東南、湘東南、贛南、粵北、桂東北；3級區(qū)主要分布在陜、豫、魯3??；2級區(qū)分布于1級適宜區(qū)邊緣地帶。

濃香型顯示度；氣候適宜性評價；偏相關分析；回歸分析；模糊評價

目前，煙草香型方面的研究多數(shù)集中在煙葉品質(zhì)特征因子分析和化學成分特征分析等[1-3]方面。對于生態(tài)環(huán)境對煙葉香型和品質(zhì)的影響，研究者認為，生態(tài)條件決定煙葉的風格特色，而在所有的生態(tài)因素中，氣候?qū)熑~品質(zhì)的影響大于土壤的影響[4]。氣象因子主要影響烤煙香氣物質(zhì)的含量和組成比例[5]。陳頤等[6]研究了氣象因子對濃香型煙葉風格的影響，結果表明成熟期的光、溫和水均是影響湘南典型濃香型煙葉風格特征的主要因子。張云貴等[7]研究了33個不同香型煙葉典型產(chǎn)區(qū)的煙葉香型與氣候間的關系，建立了烤煙香型的氣象因子評價模型，劃分了濃香型、中間香型和清香型煙葉的分布區(qū)域。張久權等[8]對山東烤煙生態(tài)適應性進行了綜合評價。譚智勇等[9]綜合評價了文山區(qū)烤煙的氣候適宜性，分析了烤煙生育期的各氣候要素的變化特征。李曉燕等[10]對昭通烤煙種植的氣候適宜性進行了考察，利用合理的烤煙生態(tài)氣候適宜性指標對昭通烤煙種植區(qū)進行了重新分區(qū)。石媛媛等[11]以氣候條件和烤煙品質(zhì)為基礎，對百色市烤煙種植區(qū)進行了氣候適宜性評價，確定了適宜區(qū)、較適宜區(qū)、不適宜區(qū)3個適宜性分區(qū)。李丹丹等[12]研究了興山煙區(qū)不同海拔高度、不同移栽期的氣候適宜性綜合評價。金亞波等[13]對云南玉溪植煙區(qū)的氣候因子進行聚類分析，劃分了4級氣候相似生態(tài)區(qū)，并提出了對應的國內(nèi)外主產(chǎn)煙區(qū)。常用的生態(tài)適宜性評價方法有模糊數(shù)學隸屬函數(shù)法、層次分析法、多元統(tǒng)計分析方法、指數(shù)和法、模糊集理論等[8-11,14]。前人在烤煙區(qū)氣候適宜性方面的研究有很多，但是烤煙濃香型的凸顯程度與關鍵氣候因子間的數(shù)學關系的研究還未見報道。本研究以全國范圍的濃香型產(chǎn)區(qū)為研究區(qū)域，深入分析并篩選影響濃香型煙葉顯示度的關鍵氣象因子，對于煙草充分利用氣候條件合理布局和通過栽培措施控制煙草生長，充分彰顯煙草特色，提高煙葉質(zhì)量有重要意義。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

濃香型產(chǎn)區(qū)氣象數(shù)據(jù)主要來源于國家氣象局(1981—2013年)，包括中國8個濃香型產(chǎn)區(qū)(河南、陜西、山東、安徽、湖南、江西、廣東、廣西8個省份)57個重點產(chǎn)煙縣以氣候為基礎的30 a氣象資料。同時還在 57個縣布設有田間氣象站，采集了田間小氣候的實時數(shù)據(jù)。根據(jù)以上數(shù)據(jù)得到了不同產(chǎn)區(qū)煙草生長各生育階段和全生育期49個氣象指標，并經(jīng)過與清香型和中間香型煙區(qū)氣象條件對比，篩選出烤煙從打頂?shù)讲墒战Y束(即為成熟期)的>30 ℃高溫天數(shù)、日均溫、>20 ℃積溫、晝夜溫差、光照時數(shù)等5組氣象因子數(shù)據(jù)[21]。

濃香型顯示度是表示烤煙濃香型風格彰顯程度的一個綜合指標，數(shù)據(jù)來自濃香型特色優(yōu)質(zhì)煙葉開發(fā)重大專項[21]中感官質(zhì)量數(shù)據(jù)，采用感官評吸打分法，對全國57個重點濃香型產(chǎn)區(qū)縣煙葉樣品的香氣質(zhì)、香氣量、濃度、余味、柔細度、雜氣和刺激性等指標打分并求和，打分標準見表1。

表1 濃香型顯示度評吸評定標準表Table 1 Evaluation criteria of smoking for the intensity of robust flavor style

1.2 研究方法

1.2.1 統(tǒng)計分析方法 評價指標的選取采用了相關分析和偏相關分析[15]的方法，回歸分析采用多元回歸[16]和非線性回歸[17]的方法。

1.2.2 模糊評價法 模糊評價法的基本原理是將評價指標最好的情況定義為1，最差的情況定義為0.1，根據(jù)指標接近好的情況，定義為0.1～1之間的一個小數(shù)，模糊評價法的關鍵是定義一個值域為[0.1,1]的隸屬度函數(shù)，見文獻[18]。構建氣象生態(tài)因子與濃香型顯示度的隸屬度函數(shù)，主要有3種：拋物線型、S型和反S型。呈拋物線型的氣象因子對濃香型顯示度的影響有一個最佳適宜范圍，超出這個范圍，隨著偏離程度的增大,對濃香型顯示度的影響越不利；呈S型的氣象因子與濃香型顯示度在一定范圍內(nèi)為正相關關系；呈反S型的氣象因子與濃香型顯示度在一定范圍內(nèi)為負相關關系。公式如下：

拋物線型隸屬函數(shù)

(1)

式中：a和c為待定系數(shù)，x1，x2為下限，c為最優(yōu)上限，x1

S型隸屬函數(shù)

(2)

式中：a和c為待定系數(shù)，c為下限，xt為上限，c

反S型隸屬函數(shù)

(3)

式中：a和c為待定系數(shù)，xt為下限，c為上限，xt

2 結果與分析

2.1 氣象因子分析

2.1.1 氣象因子統(tǒng)計分析 對57個濃香型產(chǎn)區(qū)成熟期>30 ℃高溫天數(shù)(F1)、成熟期日均溫(F2)、成熟期>20 ℃積溫(F3)、成熟期晝夜溫差(F4)、成熟期光照時數(shù)(F5)5個氣象因子統(tǒng)計分析，結果如表2所示。成熟期>30 ℃高溫天數(shù)最小值位于山東青島膠南和陜西延安富縣，最大值位于河南南陽唐河和河南駐馬店遂平，該指標的變異系數(shù)相對是最大的。成熟期日均溫最小值出現(xiàn)在陜西商洛洛南，最大值出現(xiàn)在河南駐馬店確山，該指標的變異系數(shù)相對是最小的。成熟期>20 ℃積溫最小值出現(xiàn)在陜西商洛洛南，最大值出現(xiàn)在廣西賀州富川，該指標的變異系數(shù)相對較大。成熟期晝夜溫差最小值出現(xiàn)在廣西賀州富川，最大值出現(xiàn)在陜西延安富縣，該指標的變異系數(shù)相對較小。成熟期光照時數(shù)最小值出現(xiàn)在江西贛州信豐，最大值出現(xiàn)在陜西延安富縣，該指標的變異系數(shù)相對中等。

2.1.2 氣象因子空間分布特征分析 以57個濃香型產(chǎn)煙縣的氣象因子數(shù)據(jù)為控制點，采用GIS空間插值法，分析濃香型產(chǎn)區(qū)氣象因子空間分布特征。圖1～圖5分別為 “成熟期>30 ℃高溫天數(shù)”、 “成熟期>20 ℃積溫”、“成熟期日均溫”、“成熟期晝夜溫差”和“成熟期光照時數(shù)”5個指標的空間分布趨勢圖，每一個指標都劃分了5個值域區(qū)間。從各氣象因子的空間分布特征看，各因子的分值分布基本符合緯度地帶性和海陸熱力差異規(guī)律，氣溫指標均呈東南向西北的遞減趨勢，晝夜溫差和光照時數(shù)指標則正好相反。

表2 濃香型產(chǎn)區(qū)氣象因子統(tǒng)計表Table 2 Statistic of meteorological factors in producing areas of strong-flavor type tobacco

2.2 濃香型顯示度分析

對57個濃香型典型產(chǎn)區(qū)縣煙葉樣品濃香型顯示度數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，最小值為2.2，出現(xiàn)在陜西延安富縣，最大值為4，出現(xiàn)在河南平頂山寶豐縣，平均值為3.5，變異系數(shù)為10.2%。從濃香型顯示度分布圖(圖6)可以看出，豫中南、皖南、湘東南、粵西北和贛南等地的濃香型顯示度較高，豫西、陜西和山東等地的濃香型顯示度較低。

2.3 影響濃香型顯示度的關鍵氣象因子篩選

利用SPSS19.0軟件，分析氣候因子與濃香型顯示度相關性，結果如表3所示。濃香型顯示度與成熟期>30 ℃高溫天數(shù)、成熟期日均溫、成熟期>20 ℃積溫、成熟期晝夜溫差和成熟期光照時數(shù)5個氣候因子呈極顯著相關水平，其中與前3個指標呈正相關，與后2個指標呈負相關，與成熟期>30 ℃高溫天數(shù)相關性最強。

圖1 成熟期>30 ℃高溫天數(shù)分布圖Fig.1 Distribution of the number of days with high temperature >30 ℃during mature period

圖2 成熟期日均溫分布圖Fig.2 Distribution of mean daily temperature during mature period

圖3 成熟期>20 ℃積溫分布圖Fig.3 Distribution of active accumulated temperature >20 ℃ during mature period

圖4 成熟期晝夜溫差分布圖Fig.4 Distribution of day and night temperature difference during mature

圖5 成熟期光照時數(shù)分布圖Fig.5 Distribution of sunlight hours during mature period

圖6 濃香型顯示度分布圖Fig.6 Distribution of the intensity of robust flavor style

指標IndicatorsF1F2F3F4F5SDF11F20.833**1F30.782**0.825**1F4-0.429**-0.567**-0.512**1F5-0.492**-0.469**-0.1450.457**1SD0.836**0.772**0.617**-0.499**-0.615**1

5個氣候因子之間，除成熟期>20 ℃積溫與成熟期光照時數(shù)2個指標外，成熟期>30 ℃高溫天數(shù)、成熟期日均溫和成熟期晝夜溫差3個指標之間兩兩均呈現(xiàn)出極顯著相關水平。因此，濃香型顯示度與5個氣候因子之間的相關關系中，夾雜了其他變量帶來的影響，使得相關系數(shù)不能真實反映濃香型顯示度與5個氣候因子的線性相關程度，可以進一步利用偏相關分析，分析它們之間的凈相關系數(shù)。

利用SPSS19.0軟件，分別計算濃香型顯示度與5個氣象因子的偏相關系數(shù)，結果如表4所示。從偏相關系數(shù)可以看出，濃香型顯示度與成熟期>30 ℃高溫天數(shù)和成熟期光照時數(shù)這2個生態(tài)因子達到極顯著相關水平，與成熟期>20 ℃積溫達到顯著相關水平，與成熟期日均溫相關性也較顯著。濃香型顯示度與成熟期>30 ℃高溫天數(shù)和成熟期日均溫2個指標呈正相關，與成熟期>20 ℃積溫、成熟期晝夜溫差和成熟期光照時數(shù)3個指標呈負相關。

表4 濃香型顯示度與氣象因子偏相關系數(shù)表Table 4 Biased relation coefficient of between the intensity of robust flavor style and meteorological factors

通過偏相關分析可以看出，在控制其他相關變量后，濃香型顯示度主要與成熟期>30 ℃高溫天數(shù)、成熟期光照時數(shù)和成熟期>20 ℃積溫3個指標有很強的相關性，與成熟期晝夜溫差相關性不大，與成熟期日均溫的相關顯著性雖然大于5%，但是根據(jù)專家經(jīng)驗，成熟期日均溫對烤煙濃香型彰顯程度的影響還是很大的。因此選取了成熟期>30 ℃高溫天數(shù)、成熟期日均溫、成熟期>20 ℃積溫和成熟期光照時數(shù)4個因子進行濃香型顯示度適宜性評價。

以篩選出的氣象生態(tài)因子指標值和濃香型顯示度標準化值為隸屬函數(shù)建模樣本數(shù)據(jù)，利用SPSS的非線性回歸功能，建立氣象生態(tài)因子對濃香型顯示度的隸屬函數(shù)，各評價因子的隸屬函數(shù)類型及拐點如表5所示。

表5 評價因子的隸屬函數(shù)類型及拐點Table 5 The type and inflexion of membership function of evaluation factors

2.4 指標權重的確定

以選中的4個氣象因子的隸屬度為自變量，以濃香型顯示度為因變量，利用SPSS19.0軟件，進行多元回歸分析，以4個氣象因子的回歸系數(shù)為基礎，確定4個氣象因子的指標權重，結果如表6所示。從表6可以看出，成熟期>30 ℃高溫天數(shù)和成熟期光照時數(shù)權重較大，成熟期>20 ℃積溫權重較小。

表6 氣象生態(tài)因子分區(qū)評價指標權重表Table 6 BIndex weight of meteorological factors partition evaluation

2.5 氣候適宜性分區(qū)與驗證

濃香型產(chǎn)區(qū)氣候適宜性評價是區(qū)域性的，而非57個典型點。利用ArcGIS系統(tǒng)的地圖代數(shù)運算功能，首先對圖1、圖2、圖3和圖5進行隸屬度計算，然后利用多因素加權綜合法計算研究區(qū)的氣候適宜性綜合分值，最后利用自然斷點法對綜合分值進行分級，根據(jù)分值直方圖特點，共劃分3個級別。1級適宜區(qū)[0.7,0.83]，占整個研究區(qū)面積的62.54%；2級適宜區(qū)[0.54,0.69]，占研究區(qū)面積的13.54%；3級適宜區(qū)[0.35,0.53]，占研究區(qū)面積的23.92%，結果如圖7所示。從圖7中可以看出，針對于濃香型顯示度的氣候適宜性呈現(xiàn)出南高北低的整體趨勢。1級適宜區(qū)面積所占比例最大，氣候條件非常適宜，該區(qū)域的濃香型顯示度在3.3～4，是濃香型煙葉的主產(chǎn)區(qū)。2級適宜區(qū)面積所占比例最小，氣候條件較為適宜，分布于1級適宜區(qū)邊緣地帶，濃香型顯示度范圍在2.9～3.8，濃香型特色不突出。3級適宜區(qū)面積所占比例居中，主要分布在中緯度地區(qū)，氣溫和光照相比稍微偏低，濃香型顯示度范圍在2.2～3.2，煙葉香型偏向于中間香型。從空間規(guī)律上看，針對濃香型顯示度的氣候適宜性評價結果呈現(xiàn)南高北低的趨勢，與煙葉成熟期氣溫的分布規(guī)律基本一致。

圖7 濃香型產(chǎn)區(qū)氣候適宜性分區(qū)圖Fig.7 The partition map of meteorological suitability in producing areas of strong-flavor type

根據(jù)各適宜區(qū)的實際濃香型顯示度，分析各級別適宜區(qū)的差異性，如表7所示。表7中區(qū)間與區(qū)內(nèi)的均方比值(F值)為334.696，且顯著性為0.000，表明同一級別的適宜區(qū)內(nèi)濃香型顯示度相似性較強，而不同級別之間的適宜區(qū)濃香型顯示度差異性較強，可以說明本研究的分區(qū)結果是合理的，分區(qū)結果如表8所示。

表7 香型顯示度ANOVA分析表Table 7 ANOVA analysis of the intensity of robust flavor style

表8 濃香型煙區(qū)氣候適宜性等級劃分表Table 8 Levels division of climate suitability for robust flavor style of flue-cured tobacco

3 結論與討論

氣候條件不僅是影響烤煙生產(chǎn)的重要生態(tài)因素之一[9]，而且對烤煙的品質(zhì)和風格的影響也很大[4,6]。李湘?zhèn)サ萚18]表明還苗和伸根期降水量和成熟期降水量是南平烤煙種植的主要限制因子，南平烤煙生態(tài)適宜性呈現(xiàn)由東南到西北從高到低的趨勢并劃分了3個適宜性區(qū)域，未對烤煙成熟期氣候條件進一步的單獨研究。張云貴等[7]分析了氣候因子對烤煙的風格的影響，劃分了全國香型分區(qū)圖，明確了全國烤煙濃香型、中間香和清香型3種香型的分布區(qū)域，缺少對濃香型的細化研究。本研究以烤煙成熟期為研究周期，基于濃香型產(chǎn)區(qū)內(nèi)變異性相對較小，而與清香型、中間香有顯著性差異2個標準，研究目的是篩選影響濃香型烤煙種植分布的決定氣象因子，對存在差異性的全國濃香型煙區(qū)再次細分適宜性等級，結論如下：

(1)本研究篩選了與濃香型煙葉風格有密切相關的氣候因子，建立了濃香型煙葉生態(tài)評價模型，為優(yōu)化濃香型產(chǎn)區(qū)確定出成熟期日均溫、成熟期>30 ℃高溫天數(shù)、成熟期20 ℃積溫等指標較高，成熟期晝夜溫差較小等是濃香型產(chǎn)區(qū)的共同特征，針對不同濃香型煙區(qū)間存在有一定的顯著差異，是決定香型類別劃分的重要指標。由此可以看出，成熟期高溫條件是濃香型煙葉風格形成的決定因素。相關研究表明，在滿足成熟期高溫的條件下，光照時數(shù)較長，光照充足可以使煙葉的濃香型風格得到強化。

(2)在進行氣候適宜性評價時，評價指標的選擇應盡可能獨立，使得指標之間不具有替代性，因此根據(jù)濃香型顯示度與5個氣候生態(tài)因子偏相關性分析，篩選了成熟期>30 ℃高溫天數(shù)、成熟期光照時數(shù)、成熟期>20 ℃積溫和成熟期日均溫等4個評價指標，評價濃香型顯示度的氣候適宜性分區(qū)。

(3)本研究采用模糊評價法對濃香型煙區(qū)進行候適宜性評價，劃分濃香型顯示度的空間分布，根據(jù)綜合分值共劃分了3級適宜區(qū)。3個級別的適宜區(qū)的劃分只是一個聚類的結果，同一級別的適宜區(qū)內(nèi)仍然存在著差異性，這種差異性仍需進一步研究。

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Studyonclimatesuitabilitydivisionfortheintensityofrobustflavorstyleofflue-curedtobaccoinmaturestage

GUO Ruirui1, CHEN Weiqiang1, SHI Hongzhi2, MA Yuehong1

(1.College of Resources and Environment, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002,China; 2.College of Tobacco Science, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002,China)

Taking 28 strong-flavor type tobacco producing cities in 8 provinces as the object and biased related analysis, regression analysis, and fuzzy assessment as methods, reseach was carried out on factor analysis and climate suitability division between meteorological factors and the intensity of robust flavor style.By interpolation analysis, five meteorological factors in the spatial distribution of the strong-flavor type region were described.Through biased related analysis, four critical meteorological indexes were obtained as follows, the number of days with a highest temperature more than 30 ℃, mean daily temperature, active accumulated temperature ≥20 ℃(AAT20), and sunlight hours during the mature period. Using the method of fuzzy assessment, meteorological suitability were divided into three levels. The first level zone is distributed mainly in southern Henan and Jiangxi Provinces， central Henan Province, southeast of Anhui and Hunan Provinces, northern Guangdong Province, and northeast of Guangxi Zhuang Autonomous Region. The third level zone is mainly distributed in Shaanxi, west of Henan and Shandong provinces. The second zone is distributed in the edge of the first zone.

intensity of robust flavor style; climate suitability assessment; biased related analysis; regression analysis; fuzzy assessment

2016-10-28

濃香型特色優(yōu)質(zhì)煙葉開發(fā)項目(110201101001(TS-01)

郭蕊蕊(1989-)，女，河南開封人，碩士研究生，主要從事土地信息系統(tǒng)方面的研究。

陳偉強(1975-)，男，河南安陽人，副教授，博士，碩士生導師。

1000-2340(2017)04-0572-08

S572

A

(責任編輯：朱秀英)