上部煙葉一次性采收成熟度對煙葉物理特性的影響

張文軍，郭 松，楊 柳，熊橙梁，張慶富，姚未遠(yuǎn)，何激光，鄭宏斌，章 程，王 威，江智敏，潘飛龍，朱 林，李齊霖，鄧小華

（1湖南省煙草公司長沙市公司，長沙 410600；2浙江中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，杭州 310008；3湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，長沙 410128）

0 引言

煙葉質(zhì)量評價(jià)中的物理特性主要是反映煙葉質(zhì)量與加工性能的指標(biāo)，包括煙葉的外部形態(tài)及其物理性能，不僅影響煙葉品質(zhì)，還影響卷煙制造過程中的產(chǎn)品風(fēng)格、成本及其他經(jīng)濟(jì)指標(biāo)[1-2]?？緹熒喜? 片煙葉占總產(chǎn)量的30%～40%，是中式卷煙配方的重要原料[3-4]。上部煙葉適熟采收是提高煙葉外觀質(zhì)量[5]、物理特性[6]、化學(xué)成分[7-8]和評吸質(zhì)量[9]的關(guān)鍵措施。傳統(tǒng)煙葉采收方法是成熟一片采收一片[10]，既增加烤煙生產(chǎn)勞動(dòng)強(qiáng)度和成本[11]，又影響上部煙葉可用性。目前主要推廣上部4～6片煙葉一次性采烤[12-13]，其適宜成熟度研究方法是將上部6 片煙葉混合采烤[7,11-13]，也有將上部煙葉按頂1～3 和頂4～6 分為2 組[14]或按相鄰葉位兩兩分置3組[15]烘烤，而將上部6片煙葉按葉位分為6組的采收成熟度研究少有報(bào)道。有關(guān)農(nóng)藝措施對煙葉物理特性的影響，于慶濤等[16]采用多指標(biāo)模糊評價(jià)方法研究了優(yōu)化煙葉結(jié)構(gòu)措施對烤煙物理特性的影響；張繼旭等[17]分析比較了不同光照強(qiáng)度對烤煙上部煙葉的葉寬、葉面積、單葉重、葉面密度、含梗率、平衡含水率等物理特性的影響；齊永杰等[18]、鄧小華等[19]采用偏η2值分析了烤煙密度和施氮量對煙葉物理特性的效應(yīng)；不同采收成熟度對不同葉位上部煙葉物理特性的效應(yīng)研究報(bào)道較少。筆者在寧鄉(xiāng)市煙區(qū)開展上部煙葉一次性采收成熟度和葉位的雙因素試驗(yàn)，研究稻茬烤煙上部6片煙葉采收成熟度對煙葉物理特性的影響，采用偏η2值分析采收成熟度和葉位及其互作對上部煙葉物理特性的效應(yīng)，旨在明確上部煙葉一次性采收適宜成熟度，為提升湖南稻作煙區(qū)上部煙葉質(zhì)量提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與材料

2021年在湖南省寧鄉(xiāng)市大屯營鎮(zhèn)開展試驗(yàn)。種植烤煙品種為‘云煙87’，按株行距50 cm×120 cm的規(guī)格于3 月15 日移栽煙苗；烤煙施氮量為169.5 kg/hm2，m(N):m(P2O5):m(K2O)=1:1:2.7；初花期打頂，留葉數(shù)16片；其他田間管理依據(jù)寧鄉(xiāng)市優(yōu)質(zhì)烤煙生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范進(jìn)行。待中部煙葉采收完畢后，試驗(yàn)煙株全部選留上部6片煙葉。每炕裝煙量約為4000 kg，采用三段式中溫中濕烘烤工藝，循環(huán)風(fēng)機(jī)功率為2.2 kW。中溫中濕烘烤工藝：變黃期干球溫度38℃，濕球溫度36℃，至下棚煙葉基本全黃；以1℃/h 將干球溫度升至40℃，濕球溫度升至37℃，保持溫度至全房煙葉充分變黃，主脈充分變軟；定色期1℃/2 h將干球溫度升至55℃，濕球溫度升至40℃，保持溫度至全房煙葉干燥；干筋期以1℃/h將干球溫度升至68℃，濕球溫度升至42℃，直到主脈全部干燥。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)為雙因素（上部煙葉采收成熟度和葉位）隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。煙葉采收成熟度設(shè)3 個(gè)水平，分別標(biāo)記為M1（習(xí)慣采收，低成熟度）、M2（延遲7 d 采收，中成熟度）、M3（延遲14 d 采收，高成熟度），其成熟采收時(shí)葉片特征見表1。整株烤煙采收有效葉片數(shù)為16 片，采收的上部煙葉的葉位從下至上為第11葉～第16葉，設(shè)計(jì)6 個(gè)水平，分別標(biāo)記為D11～D16。一次性采收6 片煙葉，每個(gè)葉位選擇120片左右煙葉，按葉位分別上桿編煙并做標(biāo)記，3次重復(fù)；同一成熟度不同葉位的煙葉放在同一烤房進(jìn)行烘烤，烤房內(nèi)其他煙葉為同一農(nóng)戶種植。

表1 不同采收成熟度的鮮煙葉外觀成熟特征（第13葉位）

1.3 煙葉物理特性測定指標(biāo)及方法

選取各處理具有代表性的煙葉，隨機(jī)抽取20 片平衡水分后的烤煙，參照文獻(xiàn)[20-21]的方法測定單葉重、含梗率、葉片厚度、平衡含水率、葉質(zhì)重等物理特性指標(biāo)。

1.4 煙葉物理特性模糊評價(jià)方法

1.4.1 煙葉物理特性指標(biāo)無量綱化轉(zhuǎn)換為0～1數(shù)值 參考文獻(xiàn)[2]，含梗率采用下限效果測度模型，如式(1)；單葉重、葉片厚度、葉質(zhì)重、平衡含水率采用適中效果測度模型，如式(2)。

式中，minuij為某物理特性指標(biāo)所有樣品的最小值；uij為煙葉物理特性指標(biāo)實(shí)測值；ui0j0為某物理特性指標(biāo)指定的適中值，單葉重為13 g，葉片厚度為230 μm，葉質(zhì)重為100 g/m2，平衡含水率為15%。

1.4.2 煙葉物理特性指標(biāo)的權(quán)重確定 利用主成分分析對煙葉物理特性賦予不同的權(quán)重。參考文獻(xiàn)[2]的方法對5 個(gè)物理特性指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，提取貢獻(xiàn)率分別為51.74%、30.63%的2個(gè)主成分，計(jì)算這2個(gè)主成分的載荷矩陣，依照2 個(gè)主成分因子載荷矩陣的和所占比例確定物理特性評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。經(jīng)計(jì)算，葉片厚度、含梗率、單葉重、平衡含水率、葉質(zhì)重的權(quán)重分別為18.81%、20.05%、21.50%、18.57%、21.07%。

1.4.3 物理特性指數(shù)計(jì)算 構(gòu)建煙葉物理特性指數(shù)(physical properties index，PPI)對不同處理煙葉物理特性進(jìn)行模糊綜合評價(jià)，如式(3)，其值越大物理特性越好。

式中，Qij表示第i個(gè)樣本第j個(gè)指標(biāo)的無量綱值，0

1.5 貢獻(xiàn)率計(jì)算方法

將采收時(shí)間和葉位進(jìn)行雙因素方差分析，當(dāng)檢定為顯著性差異時(shí)，同時(shí)引入η2值大小來比較采收時(shí)間和葉位及其互作對煙葉物理特性指標(biāo)變異的貢獻(xiàn)率大小[22-24]。將采收時(shí)間和葉位及其互作的煙葉5 個(gè)物理特性指標(biāo)η2值求和后轉(zhuǎn)換為百分率，其結(jié)果是采收時(shí)間和葉位及其互作對煙葉物理特性總變異的貢獻(xiàn)率。

1.6 數(shù)據(jù)處理方法

采用Microsoft Excel 2013軟件初步整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)后，用IBM Statistics SPSS 17.0 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析，多重比較采用新復(fù)極差法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同采收成熟度對單葉重的影響

由圖1 可知，葉位D11～D16 煙葉的單葉重均表現(xiàn)M2＞M1＞M3，D12～D16 葉位的單葉重為M2 顯著高于M3。從單葉重平均值看，M2 較M1、M3 分別高7.64%和12.79%，M2顯著高于M3。M1的鮮煙葉成熟度低，為促進(jìn)其變黃，變黃期時(shí)間拉長，干物質(zhì)消耗較多，導(dǎo)致其單葉重低于M2；M3的鮮煙葉成熟度高，在大田已消耗較多干物質(zhì)，導(dǎo)致其單葉重低于M1、M2。表明采收成熟度過高會(huì)降低上部煙葉單葉重。

圖1 不同采收成熟度的上部煙葉單葉重比較

2.2 不同采收成熟度對葉片厚度的影響

由圖2可知，葉位D11～D16煙葉厚度均表現(xiàn)M1＜M2＜M3，D11～D15 葉位為M3 顯著厚于M1、M2。從葉片厚度平均值看，M3 較M1、M2 分別厚27.75%和14.37%，M3顯著厚于M1。M3的鮮煙葉成熟度高，烤后煙葉褶皺多，而M1 的烤后煙葉較光滑，M3 的葉片相對較厚[20]。表明采收成熟度高的葉片褶皺多，會(huì)提高上部煙葉的葉片厚度。

圖2 不同采收成熟度的上部煙葉厚度比較

2.3 不同采收成熟度對煙葉含梗率的影響

由圖3 可知，葉位D12～D16 煙葉的含梗率均表現(xiàn)M3＜M2＜M1，D11 葉位的3 個(gè)處理差異不顯著。從含梗率平均值看，M1較M2、M3分別高4.54、5.87個(gè)百分點(diǎn)，M1的含梗率顯著高于M2、M3。M2、M3由于采收延遲，煙梗成熟度高，鮮煙葉的煙梗干物質(zhì)消耗多，導(dǎo)致其烤后煙葉含梗率低?？梢?，提高采收成熟度會(huì)降低上部煙葉的含梗率。

圖3 不同采收成熟度的上部煙葉含梗率比較

2.4 不同采收成熟度對煙葉平衡含水率的影響

由圖4 可知，葉位D11～D13 煙葉平衡含水率均表現(xiàn)M3＜M2＜M1，葉位D14～D16 煙葉平衡含水率均表現(xiàn)M2＜M1＜M3。從葉片平衡含水率平均值看，M2 較M1、M3 分別高0.14、2.86 個(gè)百分點(diǎn)，M1、M2 顯著高于M3。表明采收成熟度過高會(huì)降低上部煙葉的平衡含水率。

圖4 不同采收成熟度的上部煙葉平衡含水率比較

2.5 不同采收成熟度對煙葉葉質(zhì)重的影響

由圖5 可知，葉位D11～D16 煙葉的葉質(zhì)重均表現(xiàn)M2＞M1＞M3，D12～D16 葉位的葉質(zhì)重在3 個(gè)處理間差異顯著。從葉質(zhì)重平均值看，M2較M1、M3分別高14.59%、39.81%。表明適當(dāng)提高采收成熟度有利于提高上部煙葉的葉質(zhì)重。

2.6 不同采收成熟度煙葉物理特性模糊綜合評價(jià)

由圖6可知，D11葉位物理特性指數(shù)為M1＜M2＜M3，D12～D15 葉位物理特性指數(shù)為M3＜M1＜M2，D16 葉位物理特性指數(shù)為M1＜M3＜M2。從物理特性指數(shù)平均值看，M2較M1、M3分別高7.31%、7.01%，M2顯著高于M1、M3。表明適當(dāng)提高成熟度會(huì)提高上部煙葉物理特性指數(shù)。

圖6 不同采收成熟度的上部煙葉物理特性指數(shù)比較

2.7 采收成熟度和葉位及其互作對煙葉物理特性的貢獻(xiàn)率

上部煙葉采收成熟度和葉位的雙因素方差分析結(jié)果見表2。從效應(yīng)的顯著性看，采收成熟度和葉位及其互作對單葉重影響不顯著，采收成熟度和葉位互作對平衡含水率影響不顯著，其他均達(dá)到顯著或極顯著水平。從η2值看，成熟度對含梗率、平衡含水率、葉片厚度、葉質(zhì)重影響相對較大，但采收成熟度和葉位互作單葉重影響相對較大。從η2值大小看，采收成熟度對煙葉物理特性的影響由大到小表現(xiàn)為葉質(zhì)重＞葉片厚度＞含梗率＞平衡含水率＞單葉重。將表2中5個(gè)煙葉物理特性指標(biāo)的采收成熟度和葉位及其互作的η2值求和，并轉(zhuǎn)換為百分率，取結(jié)果的整數(shù)，得出采收成熟度對煙葉物理特性的貢獻(xiàn)率為38%，葉位對煙葉物理特性貢獻(xiàn)率為31%，而兩者互作為31%?？梢姡墒粘墒於葘ι喜繜熑~物理特性的影響要大于葉位及其互作。

表2 采收成熟度和葉位對上部煙葉物理特性的影響效應(yīng)

3 討論

席奇亮等[6]研究認(rèn)為，隨上部煙葉采收延遲，烤后煙葉的單葉重、葉質(zhì)重降低；石錦輝等[25]研究認(rèn)為，葉片采收成熟度由尚熟提高到成熟再到完熟，烤后煙葉的葉質(zhì)重下降；這與本研究結(jié)果不一致，其主要原因是上部煙葉烘烤工藝不同。本研究結(jié)果還表明，隨著煙葉采收成熟度提高，葉片厚度增加，含梗率降低；葉片厚度增加，主要與烤后煙葉表面褶皺增多、細(xì)胞形狀更不規(guī)則[26]有關(guān)；含梗率降低，主要與鮮煙葉主脈和支脈變白有關(guān)，變白的葉脈干物質(zhì)在大田消耗較多，特別是在烘烤過程中干物質(zhì)消耗也較多[27]。煙葉采收成熟度提高，單葉重下降，也會(huì)導(dǎo)致煙葉產(chǎn)量降低，在現(xiàn)行的收購制度下對增加煙農(nóng)收益是不利的。因此，把握上部煙葉適宜采收成熟度十分重要。

在煙草農(nóng)業(yè)試驗(yàn)中，常測定多個(gè)指標(biāo)來分析試驗(yàn)處理效果，但不同指標(biāo)趨向往往不一致，甚至相反，很容易引起誤判[28]。為解決多指標(biāo)評價(jià)問題，本研究采用模糊評價(jià)方法，首先采用效果測度模型對物理特性指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理，然后采用主成分方法計(jì)算不同指標(biāo)權(quán)重，最后采用加權(quán)求和方法計(jì)算物理特性指數(shù)，依據(jù)指數(shù)大小確定處理的優(yōu)劣。這種模糊綜合評價(jià)方法得出試驗(yàn)結(jié)論較為客觀，在煙草農(nóng)業(yè)試驗(yàn)多指標(biāo)評價(jià)中具有一定應(yīng)用價(jià)值。

在多變量效應(yīng)強(qiáng)弱分析過程中，可以用F值或P值或平方和粗略比較[29]。η2值是因變量在不同因素影響下的方差比例，是扣除了其他效果項(xiàng)影響后的效果項(xiàng)和參數(shù)估計(jì)值的凈相關(guān)平方值，用它來當(dāng)作效果度量指標(biāo)，能較客觀地反映變量效應(yīng)強(qiáng)弱及其真實(shí)強(qiáng)度[30-31]，應(yīng)用較為廣泛。本研究利用η2值大小判斷雙因素試驗(yàn)效果表明，采收成熟度和葉位及其互作對上部煙葉物理特性具有重要影響，其貢獻(xiàn)率分別為38%、31%、31%；采收成熟度對煙葉物理特性影響最大，采收成熟度對煙葉物理特性的影響由大到小表現(xiàn)為葉質(zhì)重＞葉片厚度＞含梗率＞平衡含水率＞單葉重。因此，把握好上部煙葉采收成熟度，可改善煙葉物理特性。

4 結(jié)論

隨煙葉采收成熟度提高，上部煙葉含梗率下降，葉片厚度增加；單葉重、平衡含水率和葉質(zhì)重以中等成熟度采收最高。采收成熟度和葉位及其互作對上部煙葉化學(xué)成分具有重要影響，其貢獻(xiàn)率分別為38%、31%、31%。采收成熟度對物理特性指標(biāo)影響由大到小表現(xiàn)為葉質(zhì)重＞葉片厚度＞含梗率＞平衡含水率＞單葉重。不同處理以M2 的物理特性相對較優(yōu)，其第13 葉成熟外觀特征為：葉面變黃70%～80%，茸毛大部分脫落，葉面有光澤，褶皺，有少許粘手感，主脈變白4/5，支脈變白1/2，葉緣卷曲起皺，葉尖下勾，葉面有成熟斑。