基于多指標(biāo)模糊綜合評價的烤煙采收成熟度研究*

江智敏，鄧小華 ，張仲文，鄭宏斌，溫永財，胡慶輝，王 威，張文軍

(1.浙江中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，浙江 杭州 310008；2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，湖南 長沙 410128；3.湖南省煙草公司 長沙市公司，湖南 長沙 410011)

隨著卷煙增香減害和細支煙的發(fā)展，烤煙上部煙葉原料的地位愈來愈重要[1-2]。上部煙葉雖只占煙葉產(chǎn)量的30%～40%，但對煙農(nóng)增收和卷煙原料質(zhì)量有很大影響[3]。適宜成熟采收是提高煙農(nóng)種植烤煙收入和獲得優(yōu)質(zhì)上部煙葉的關(guān)鍵技術(shù)之一。宮長榮等[4]認為：上部煙葉一次采收可提高頂部3 片葉中性揮發(fā)性香氣物質(zhì)總量；張冰濯等[5]認為：湘南煙區(qū)烤煙上部6 片葉一次性采收與傳統(tǒng)分次采收的煙葉適宜采收期不同；袁曉霞等[6]認為：一次性帶莖采收9～10 成黃上部煙葉化學(xué)成分協(xié)調(diào)性較強；鄭志云等[7]研究認為：K326采用上部煙葉4 片一次性采烤，可提高烤后煙葉外觀質(zhì)量和均價；沈廣材等[8]研究認為：紅花大金元上部葉逐片一次性采收可改善第4～6 葉位煙葉的整體質(zhì)量，但有關(guān)湘中稻茬烤煙云煙87 上部煙葉適宜采收成熟度的研究報道較少。在煙葉質(zhì)量的量化評價方面，已有學(xué)者構(gòu)建了煙葉外觀質(zhì)量、物理特性和化學(xué)成分等煙葉質(zhì)量多指標(biāo)模糊評價方法[9-11]。借鑒這些方法應(yīng)用于大田試驗，于慶濤等[12]采用效果測度模型對物理特性指標(biāo)進行歸一化處理，分析了優(yōu)化煙葉結(jié)構(gòu)措施對烤煙物理特性的影響；鄧小華等[13]采用隸屬函數(shù)方法對化學(xué)成分指標(biāo)進行歸一化處理，分析了種植密度和施氮量及其互作的烤煙化學(xué)成分效應(yīng)；李迪秦等[14]采用效果測度模型分析了不同播種移栽期對烤煙產(chǎn)、質(zhì)量的影響。但是，農(nóng)藝措施對煙葉的影響往往涉及外觀質(zhì)量、物理特性、化學(xué)成分、評吸質(zhì)量和經(jīng)濟性狀等多組指標(biāo)，如何評價其綜合效果還鮮有研究。因此，本研究以湖南省寧鄉(xiāng)市上部6 片煙葉一次性采收成熟度為例，采用多指標(biāo)模糊綜合評價方法分析不同采收成熟度對煙葉產(chǎn)、質(zhì)量的影響，為提高湘中稻茬烤煙上部煙葉質(zhì)量提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料

本試驗于2020 年在湖南省寧鄉(xiāng)市喻家坳鄉(xiāng)開展。供試烤煙品種為云煙87，土壤為黏性水稻土。3 月28 日移栽煙苗，葉齡為7 葉1 心，種植密度為16 500 株/hm2；施氮量為150 kg/hm2，氮、磷、鉀比例為1∶0.9∶2.3，按寧鄉(xiāng)市優(yōu)質(zhì)烤煙栽培技術(shù)規(guī)程實施。留葉數(shù)16 片，待中部煙葉采收完畢后，選留具有代表性的上部6 片煙葉作為試驗煙株。

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)計3 個不同采收成熟度處理：煙農(nóng)習(xí)慣采收(M1，移栽后97 d 采收)、延遲5 d 采收(M2)和延遲10 d 采收(M3)，各處理的煙葉特征見圖1。上部6 片煙葉一次性采收，記錄代表性煙株的第13 葉位煙葉的成熟特征，具體為：M1的葉基淡綠，葉尖黃綠，茸毛變白、部分脫落，葉面褶皺，主脈變白1/3，支脈變白較少，葉緣卷曲，葉尖下勾，無成熟斑；M2為葉基淡綠，葉片變黃1/2，茸毛變白、部分脫落，葉面褶皺，主脈變白1/2，支脈變白1/3，葉緣卷曲，葉尖下勾，有少量圓形成熟斑；M3為葉基淡綠，葉片變黃2/3，茸毛變白、部分脫落，葉面褶皺，主脈全白，支脈變白1/2，葉緣卷曲，葉尖下勾，有少量圓形成熟斑。按葉位從下至上分別標(biāo)記為D11～D16，每個葉位選擇120 片煙葉編煙1 桿置于氣流上升式密集烤房，采用三段式中溫中濕烘烤工藝進行烘烤。不同采收成熟度處理的煙葉安排在不同烤房，即每個處理1 座烤房，烤房裝煙量約為每炕4 000 kg。

圖1 不同成熟度的煙葉特征Fig.1 Characteristic of tobacco leaf in different maturity

1.3 指標(biāo)及評價方法

1.3.1 煙葉外觀質(zhì)量量化評價

參照鄧小華等[9]的方法，聘請煙葉分級專家對煙葉顏色、成熟度、葉片結(jié)構(gòu)、身份、油分和色度等指標(biāo)逐項量化打分，并分別按2.0、3.0、1.6、1.2、1.2 和1.0 的權(quán)重計算煙葉外觀質(zhì)量指數(shù)(AQI)。

1.3.2 煙葉物理特性評價

測定煙葉開片度(葉寬/葉長)、含梗率、葉片厚度、單葉質(zhì)量、平衡含水率和葉面積質(zhì)量等物理特性指標(biāo)，通過效果測度模型(表1)將其無量綱化轉(zhuǎn)換為0～1 的數(shù)值，參考文獻[15]將開片度、單葉質(zhì)量、含梗率、葉厚、平衡含水率和葉面積質(zhì)量等物理特性評價指標(biāo)的權(quán)重分別取值為16.42、10.55、21.80、19.06、12.84 和19.33，計算煙葉物理特性指數(shù)(PPI)。

1.3.3 煙葉化學(xué)成分評價

采用Skalar 間隔流動分析儀(荷蘭生產(chǎn)，型號：San++)測定煙葉中煙堿、總氮、總糖、還原糖和氯含量；采用火焰光度法[16]測定煙葉鉀含量。參考文獻[11]，采用隸屬函數(shù)法將總糖、還原糖、煙堿、總氮、氯和鉀含量以及糖堿比、氮堿比和鉀氯比等評價指標(biāo)無量綱化轉(zhuǎn)換為0～1 的數(shù)值(其中鉀含量采用S 型函數(shù)，其他指標(biāo)采用拋物線型函數(shù))，并分別按12.46、12.86、12.48、12.37、9.07、7.46、12.55、12.18 和8.57 的權(quán)重計算化學(xué)成分可用性指數(shù)(CCUI)。

1.3.4 煙葉感官評價

由浙江中煙技術(shù)中心組織專業(yè)評吸人員按《烤煙 煙葉質(zhì)量風(fēng)格特色感官評價方法》(YC/T 530—2015)[17]進行感官質(zhì)量評價，對刺激性(10 分)、干燥感(8 分)、余味(10 分)、香氣質(zhì)(20 分)、細膩程度(6 分)、柔和程度(6 分)、圓潤感(8 分)、香氣量(18 分)、透發(fā)性(6 分)和雜氣(8 分)等10 個評價指標(biāo)進行打分，10 個指標(biāo)分值之和即為感官評吸質(zhì)量指數(shù)(SQI)。

1.3.5 烤煙經(jīng)濟性狀評價

統(tǒng)計不同處理烤后正組煙葉、雜色煙葉、微帶青煙葉和青煙葉的數(shù)量及比例。參考文獻[13]，采用灰色局勢決策中的上限效果測度方法(表1)對上等煙比例、均價、產(chǎn)量和產(chǎn)值 4 個經(jīng)濟性狀指標(biāo)無量綱轉(zhuǎn)換為0～1 的數(shù)值，并確定其權(quán)重分別為 25.45、19.93、32.75 和21.87，計算經(jīng)濟效果指數(shù)(ECI)。

表1 煙葉物理特性和經(jīng)濟性狀指標(biāo)適用的效果測度模型Tab.1 Suitable effect measurement model for physical characteristics and economic character index of tobacco leaf

1.3.6 煙葉質(zhì)量模糊綜合評價

將外觀質(zhì)量指數(shù)、物理特性指數(shù)、化學(xué)成分指數(shù)、感官評吸質(zhì)量指數(shù)和經(jīng)濟效果指數(shù)分別賦予0.1、0.1、0.2、0.4 和0.2 的權(quán)重，計算不同處理的5 個指數(shù)之和即為綜合效果指數(shù)(CEI)。CEI 值最大的處理即為本試驗的最佳處理。

1.4 各指標(biāo)計算公式

式中：Aj表示第j個指標(biāo)的外觀質(zhì)量分值；Wj為第j個指標(biāo)的權(quán)重；Pj、Uj和Ej分別表示第j個物理特性指標(biāo)、化學(xué)成分指標(biāo)和經(jīng)濟性狀指標(biāo)的無量綱化值；Sj表示第j個指標(biāo)的感官評吸分值。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用Microsoft Excel 2003 和SPSS 17.0 軟件進行原始數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計分析，多重比較采用新復(fù)極差法。

2 結(jié)果與分析

2.1 煙葉分組統(tǒng)計

由圖2 可知：M1～M3處理的正組煙葉比例分別為47.2%～87.3%、86.7%～94.5%和83.7%～87.5%，不同處理的D11～D13 葉位正組煙葉比例差異較小，但D14～D15 葉位的煙葉表現(xiàn)為M2和M3處理明顯高于M1，且M1處理的正組煙葉比例從D11～D16 葉位逐漸降低。此外，M2處理的雜色煙比例最低，M2和M3處理的微帶青煙比例遠小于M1處理，僅M1處理的D14～D16 葉位有青煙葉。這表明M1處理的微帶青和青煙葉比例相對較多，主要發(fā)生在D14～D16 葉位，有可能是煙葉采收成熟度不夠，葉綠素降解不充分所致；M3處理的雜色煙葉比例高于M2處理，特別是D11、D12 和D14 葉位的雜色煙葉比例高于M1處理，可能與煙葉采收成熟度高、部分過熟煙葉干物質(zhì)消耗過度有關(guān)。

圖2 不同成熟度烤后煙葉分組比例Fig.2 The ratio of different tobacco leaf group with different maturities

2.2 煙葉外觀質(zhì)量評價

由表2 可知：隨煙葉成熟度的提高，各葉位煙葉的外觀質(zhì)量評價指標(biāo)分值逐漸提高(M1、M2和M3處理的6 片煙葉外觀質(zhì)量指數(shù)平均值分別為64.7 分、70.2 分和74.4 分)。方差分析表明：不同葉位之間，不同成熟度煙葉外觀質(zhì)量指數(shù)差異顯著性表現(xiàn)不一致。D16 和D15 葉位的外觀質(zhì)量指數(shù)在M3、M2和M1之間差異顯著；D14 和D13 葉位外觀質(zhì)量指數(shù)為M3顯著大于M1；D12 和D11 葉位外觀質(zhì)量指數(shù)為M3和M2顯著大于M1。M2和M3處理的6 片煙葉外觀質(zhì)量指數(shù)平均值較M1分別提高8.58%和15.08%。這表明M3處理(延遲10 d 采收)相對于M1處理有利于提高煙葉外觀質(zhì)量，但其D11～D14 葉位的外觀質(zhì)量與M2處理(延遲5 d 采收)差異不顯著。

表2 不同成熟度烤后煙葉外觀質(zhì)量Tab.2 Appearance quality of cured leaves with different maturities

2.3 煙葉物理特性評價

由表3 可知：D11～D16 葉位的開片度和平衡含水率在不同處理之間差異不顯著。隨采收成熟度的提高，單葉質(zhì)量、葉片厚度和葉面積質(zhì)量均減小。從物理特性指數(shù)看，D15～D16 葉位為M2處理顯著高于M1和M3處理；D11～D14 葉位則在3 個處理間差異不顯著。M2和M3處理的6 片煙葉物理特性指數(shù)平均值較M1分別提高0.92%和0.18%，且M2處理(延遲5 d 采收)有利于改善D15～D16 葉位的物理特性。

表3 不同成熟度烤后煙葉物理特性Tab.3 Physical properties of cured leaves with different maturities

2.4 煙葉化學(xué)成分評價

由表4 可知：D11～D15 葉位的總糖和還原糖含量、D15～D16 葉位的煙堿含量以及D16 葉位的總氮含量均表現(xiàn)為M2和M3顯著高于M1；3個采收成熟度處理間煙葉氯和鉀含量差異不顯著；D15～D16 葉位的氮堿比為M3顯著低于M1；D11～D12 葉位的糖堿比是M2顯著大于M1；D13～D16 葉位的鉀氯比為M3顯著大于M1和M2。從化學(xué)成分可用性指數(shù)看，D13 葉位為M1顯著大于M2和M3，D12 葉位為M2顯著大于M1和M3，D11 葉位為M1和M2顯著大于M3。M2處理的6 片煙葉化學(xué)成分可用性指數(shù)平均值較M1分別提高18.61%，但M3處理較M1處理低8.04%，可見，不同采收成熟度主要影響煙葉總糖、還原糖和煙堿含量，從而影響煙葉化學(xué)成分的協(xié)調(diào)性，且以M2處理(延遲5 d 采收)的煙葉化學(xué)成分可用性最好。

表4 不同成熟度烤后煙葉化學(xué)成分Tab.4 Chemical composition of cured leaves with different maturities

2.5 煙葉感官質(zhì)量評價

由表5 可知：隨煙葉成熟度的提高，各葉位煙葉的感官質(zhì)量逐步提高。D11～D16 葉位的感官質(zhì)量指數(shù)均為M1顯著低于M2和M3；D15 和D13葉位為M2顯著低于M3；D11 和D12 葉位為M2顯著高于M3。M2和M3處理的6 片煙葉感官質(zhì)量指數(shù)平均值較M1分別提高6.67%和6.40%。

表5 不同成熟度烤后煙葉感官質(zhì)量Tab.5 Smoking quality of cured leaves with different maturities

2.6 煙葉經(jīng)濟性狀評價

由表6 可知：隨采收成熟度提高，上等煙比例顯著提高。D15～D16 葉位的均價為M2和M3顯著高于M1。D16 葉位的產(chǎn)量為M2顯著高于M1和M3；D13～D15 葉位的產(chǎn)量表現(xiàn)為M3＞M2＞M1，且差異達顯著水平；D11～D12 葉位的產(chǎn)量為M2和M3顯著高于M1。從煙葉產(chǎn)值看，D16、D12和D11 葉位是M2和M3顯著高于M1，D13～D15葉位是M3＞M2＞M1，且三者間差異顯著。經(jīng)濟效果指數(shù)與煙葉產(chǎn)值表現(xiàn)一致，且M2和M3的6 片煙葉經(jīng)濟效果指數(shù)平均值較M1分別提高20.08%和28.09%，表明適當(dāng)提高煙葉采收成熟度可提高煙葉上等煙比例和均價，也可提高煙葉產(chǎn)量、產(chǎn)值和經(jīng)濟效果指數(shù)。

表6 不同成熟度煙葉經(jīng)濟性狀Tab.6 Economic character of cured leaves with different maturities

2.7 采收成熟度效果綜合評價

由圖3 可知：D13～D16 葉位的綜合效果指數(shù)表現(xiàn)為M2和M3顯著高于M1；D12 葉位的綜合效果指數(shù)為M2＞M3＞M1，且三者間差異顯著；D11 葉位的綜合效果指數(shù)為M2顯著大于M3和M1。M1、M2和M3處理6 片煙葉的綜合效果指數(shù)平均值分別為67.25 分、72.47 分和72.29 分，M2和M3較M1分別高7.76%和7.49%，且差異達顯著水平，表明適當(dāng)提高煙葉采收成熟度可提高煙葉質(zhì)量和經(jīng)濟效益，且以M2處理(延遲5 d采收)的綜合效果最好。

圖3 不同成熟度煙葉綜合效果指數(shù)Fig.3 Comprehensive effect index of cured leaves with different maturities

3 討論

適熟采收是獲得煙葉優(yōu)質(zhì)適產(chǎn)的重要措施[18-19]。不同卷煙品牌風(fēng)格要求不同的煙葉原料質(zhì)量，其采收成熟度也有差異[20-21]。成熟度不同，煙葉內(nèi)含物積累量不同，烘烤后的煙葉產(chǎn)量和質(zhì)量也不同[6,21]。本研究表明：M1處理的微帶青和青煙葉比例相對較高，煙葉外觀質(zhì)量相對較差、結(jié)構(gòu)較緊密，其煙葉化學(xué)成分協(xié)調(diào)性不及M2處理，感官評吸質(zhì)量較M2和M3處理差；其單葉質(zhì)量雖重，但由于其可收購的中、上等比例相對較少，產(chǎn)量和產(chǎn)值相對較低，是3 個處理中綜合效果指數(shù)最差的；M3處理的煙葉外觀質(zhì)量和評吸質(zhì)量較好，但由于其煙堿含量高，煙葉化學(xué)成分協(xié)調(diào)性較M2處理差，加之雜色煙葉比例相對較高，其綜合效果指數(shù)不及M2處理，但顯著高于M1處理?？梢姡瑢庎l(xiāng)煙區(qū)上部煙葉的傳統(tǒng)采收過早，應(yīng)適當(dāng)延遲采收，提高煙葉采收成熟度，以提高上部煙葉可用性。

煙葉采收的生態(tài)區(qū)域、品種、栽培管理和氣候等不同，獲得的煙葉采收適宜成熟度也不同。楊麗麗等[18]認為：湘南稻茬烤煙上部葉以葉面基本全黃(9～10 成黃)、主脈全白為適宜采收成熟度；孟智勇等[21]認為：河南許昌旱地上部煙葉以葉面全黃、主脈和側(cè)脈基本變白、成熟斑明顯時采收最適宜；洪祖燦等[22]研究認為：福建煙區(qū)CB-1 和F1-35 等品種的上部煙葉適宜采收成熟度為80%～90%變黃。本研究認為：湖南寧鄉(xiāng)煙區(qū)烤煙上部煙葉適宜采收成熟度為M2，即：葉片顏色黃綠至變黃50%～70%，主脈全白，支脈變白50%，部分茸毛脫落，葉緣微卷曲，葉尖下勾，葉面出現(xiàn)少量成熟斑。這種“充分成熟”不是過熟，上部煙葉過熟采收，雜色煙增多，感官質(zhì)量變差(雜氣較重)，煙葉質(zhì)量減輕，按目前的收購標(biāo)準(zhǔn)，煙葉收購等級下降，煙農(nóng)收入反而減少。

在作物學(xué)研究中，常測定多個或多組指標(biāo)以驗證效果，由于農(nóng)業(yè)試驗受氣候影響，多指標(biāo)處理效果往往不甚一致，憑經(jīng)驗進行判斷，有時會出現(xiàn)誤判，影響試驗效果的價值。本研究測定的煙葉評價指標(biāo)包括外觀質(zhì)量、物理特性、化學(xué)成分、評吸質(zhì)量和經(jīng)濟性狀等5 組指標(biāo)，且每組又包含多個指標(biāo)，在對比分析中，會出現(xiàn)不同指標(biāo)表現(xiàn)趨向不一致。為解決這一問題，嘗試對每組指標(biāo)評價后，再構(gòu)建綜合效果指數(shù)對5 組指標(biāo)進行評價，依據(jù)綜合效果指數(shù)對農(nóng)藝措施效果進行客觀評定，具有一定參考價值。

4 結(jié)論

隨著煙葉采收成熟度的增加，煙葉的單葉質(zhì)量、葉片厚度和葉面積質(zhì)量下降，糖含量和煙堿含量增加，產(chǎn)量和產(chǎn)值增加。不同采收成熟度對上部煙葉的質(zhì)量影響不同，D13～D16 煙葉以成熟度M2和M3的質(zhì)量和經(jīng)濟綜合效果相對較好，D11～D12 煙葉以成熟度M2的質(zhì)量和經(jīng)濟綜合效果相對較好。綜合考量，湘中寧鄉(xiāng)煙區(qū)的上部葉以葉片顏色黃綠至變黃50%～70%、主脈全白、支脈全白50%、部分茸毛脫落、葉緣微卷曲、葉尖下勾和葉面出現(xiàn)少量成熟斑為適宜采收成熟度。