基于泸州烤烟化学品质指数的品质区划

2013-07-12于建军李志伟史双双李佳颖李俊丽邢小军

东北农业大学学报 2013年4期

于建军，周琳，李志伟，张腾，史双双,，李佳颖，李俊丽，赵莉，邢小军

（1.河南农业大学国家烟草栽培生理生化研究基地，郑州 450002；2.川渝中烟工业有限责任公司，成都 610017；3.四川省烟草公司凉山州公司，四川西昌 615000）

烤烟是一种高度重视烟叶质量的作物。地区间自然禀赋和社会经济条件的差异，造成烟叶质量的差异[1]。烤烟产区的种植优势区规划，需要以烟叶品质的环境表达为依据，把优良品质区确立为种植优势区。品质区划是烟叶发展的基础，有利于生态资源合理开发利用，调整产业结构，发挥特色优势，提升质量水平。以往对品质区划的研究，多集中于小麦、大豆、棉花等农作物[2－3]。目前烤烟区划研究多集中于基于生态条件评价的种植区划[4]。由于烤烟最终化学品质代表生态条件[5]、栽培[6]、调制[7]等因素的综合影响，但基于烤烟品质的区划研究较少。因此，本文通过对烤烟化学指标赋值，确定各指标的权重，并对不同产地烤烟品质进行聚类，确定最佳的分区数，并比较各分区化学指标及其得分的差异性。以期为烤烟合理分区，指导当地烟叶布局，提高当地烟叶质量提供技术依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

2010年采集四川省泸州烟区叙永县、古蔺县17个产烟乡镇的51份代表性烤后烟叶样品，每个乡镇均为3份样品，等级包括X2F、C3F、B2F，样品经专职人员按照《烤烟》（GB2635－92）分级。并放在恒温恒湿箱的标准空气条件下：温度（22±1）℃，湿度（60±3）%，平衡48 h。

1.2 测定项目及方法

烟叶化学成分测定指标包括：总植物碱、总氮、还原糖、淀粉、钾和氯，总植物碱含量采用脱色法测定[8]；总氮含量采用过氧化氢－硫酸消化测定法[8]；还原糖含量采用3，5－二硝基水杨酸比色测定法[8]。

1.3 数据分析与处理

通过对原始数据赋值，利用抛物线型隶属函数，获得不同样品化学指标的隶属度值，利用DPS 7.05进行相关分析，品质指标的相关系数平均值和权重系数，并对样品进行聚类分析和显著性检验。

2 结果与分析

2.1 泸州不同烟叶产地烟叶化学成分评价体系的建立

2.1.1 泸州烤烟化学指标描述性统计

结果见表1。

表1 古蔺、叙永两县烟叶化学指标分析Table 1 Analysis of chemical index in Gulin and Xuyong tobacco

古蔺、叙永样本数分别为21和30，由表1可知，古蔺、叙永两县烤烟总氮、还原糖、糖碱比、氮碱比、钾氯比平均值处于临界值之间，钾、淀粉平均含量较为适宜，总植物碱平均值均偏高，古蔺部分样品的总氮、糖碱比、氮碱比、两县部分样品总植物碱达到或超出最高临界值，两县均有样品淀粉含量、糖碱比、氮碱比低于最低临界值。从变异系数大小来看，古蔺总植物碱、糖碱比、氮碱比变异系数较大，两县还原糖变异系数均较小，两县化学指标均值除氮碱比相差10%外，其他均低于此值。

2.1.2 烤烟化学品质评价隶属度矩阵的建立

由于各项指标对烟叶质量的贡献并不完全相同，并且实测值之间量纲有很大差别，所以对8个指标不能同等对待，而需运用综合评价模型，并对各项数据进行归一化处理。烟叶钾含量、淀粉含量、钾氯比与烟叶品质的关系虽不属于抛物线型隶属函数，但通过限定抛物线型隶属函数临界值，可起到不影响其关系，并简化计算的效果，其他相关化学指标与烟叶品质的关系函数，均属抛物线型隶属函数。通过该函数可计算各个评价指标的隶属度值，隶属度函数的表达式如下：

本文结合研究区域烟叶品质特点，依据研究资料和前人经验[9]，确定隶属度函数中转折点的相应取值。表2列出本研究涉及的评价指标x1、x2、x3和x4的相应取值。根据抛物线型隶属函数，可计算出8个化学指标的隶属度值，从而建立烟叶化学成分品质的评价隶属度矩阵。隶属度值大小介于0.1～1.0。最大值1.0表示烟叶化学成分指标达到优质烟叶的最高标准，最低值0.1则表示该指标过高或过低，严重影响烤烟品质。

表2 抛物线型隶属函数各折点阀值Table 2 Threshold value on each fold point of the parabolic membership function

2.1.3 烟叶评价指标权重的确定

采用相关系数法，计算各化学指标间的相关系数（见表3），再求各单项化学指标与其他化学指标间相关系数的平均值，以其平均值占所有化学指标相关系数平均值总和的比率，作为该单项化学指标的权重系数Wi1（见表4）。

表3 化学指标之间相关系数的半矩阵Table 3 Semi-matrix of correlation coefficient among chemical index

表4 品质指标的相关系数平均值和权重系数Table 4 Correlation coefficient average and weighting coefficient of quality index

由表4可知，泸州烟区总植物碱、氮碱比、钾氯比权重系数较大，还原糖与淀粉的权重系数相对较小。

2.1.4 烤烟化学成分综合指标值计算

根据加法法则，在相互交叉的同类指标间采用加法合成求出反映烤烟品质的综合性指标值IFI（Integrated fertility index），计算公式为：IFI=ΣWi1×Ni。Wi1和Ni分别表示第i种化学指标的权重系数和相应的第i种化学指标隶属度值。计算得到51个烤烟样品的烟叶品质指数见表5。

表5 各样品品质综合得分情况Table 5 Comprehensive scores of quality for each sample

2.2 泸州烟区不同产烟乡镇烟叶聚类分析

2.2.1 烟叶化学品质指数聚类

采用系统聚类，聚类距离选用卡方距离，方法采用离差平方和对泸州不同产地烟叶综合指标值进行聚类分析，结果见表1。

由图1可知，泸州烟区不同产地烤烟可分为3类，第一类整体得分最高，主要为C3F，占该类样品总数90%，样品包括古蔺的金星镇、石宝乡、观文、大寨、富强，叙永的麻城（X2F）、营山、合乐、枧槽、分水乡。

第二类整体得分较高，主要为X2F，占该类样品总数66.67%，C3F占该类样品总数23.81%。样品包括古蔺的金星、石宝、龙山（X2F、C3F）、双沙（X2F、B2F）、大寨、富强，叙永的观兴、麻城（C3F、B2F）、营山、摩尼、赤水（X2F、C3F）、后山（X2F、C3F）、枧槽、分水、水潦（X2F、C3F）。

图1 泸州烟区不同乡镇烟叶聚类分析Fig.1 Cluster analysis of different towns tobacco in Luzhou area

第三类整体得分较低，主要为表B2F，占该类型样本总量75%。样品包括古蔺的金星、石宝、龙山、双沙（C3F）、观文（C3F、B2F）、大寨、富强，叙永的观兴（X2F、B2F）、营山、合乐（C3F、B2F）、摩尼（X2F、B2F）、赤水、后山、枧槽、分水、水潦。

2.2.2 不同分类间各品质指标得分差异性分析

采用Duncan法对不同类型间化学指标得分进行差异性分析结果见表6。

由表6可知，品质综合得分在各类间达极显著，说明上述分类是合适的。各化学指标总氮、钾、钾氯比得分在一、二类之间无显著差异，与第三类达极显著差异，该类型区这些指标得分较低；总植物碱二、三类间无显著差异，与第一类达极显著差异，二、三区该指标较低；糖碱比、氮碱比在各类间达极显著差异，得分高低顺序一致，为第一类＞第二类＞第三类；还原糖、淀粉各类间无显著差异。

2.2.3 不同分类间化学品质差异性分析

不同分类区域烟叶化学品质情况见表7。

表6 不同分类间各品质指标得分差异性分析Table 6 Difference analysis of quality index score in different classification

表7 不同分类间化学品质差异性分析Table 7 Difference analysis of chemical quality in different classification

由表7可知，不同分类区域烟叶总氮含量、总植物碱含量、糖碱比、钾氯比等存在极显著差异，一、二类型区域烟叶钾含量、氮碱比无显著差异，但与第三类区域存在极显著差异，对比分析三个类型区烟叶总氮、还原糖、糖碱比、氮碱比等指标，可知二、三类型区烟叶糖碱比、氮碱比较低是由于烟叶烟碱含量偏高所致。

3 讨论

烟叶质量由五个基本质量方面组成：即外观质量、内在质量、化学成分、物理特性、安全性。各基本方面均在一定程度上反映烟叶综合质量，而各基本面的综合协调情况则决定烟叶质量的总体状况[9]。黎根等综述烤烟主要化学成分与烟叶的外观质量、物理特性、评吸质量、烟气与焦油的关系密切，表明烤烟化学成分与其关系密切[10]。于建军等探索利用烤烟化学指标评价烤烟品质的方法[11]。本研究中，古蔺、叙永两县烤烟总氮、还原糖、糖碱比、氮碱比、钾氯比平均值处于临界值之间，钾、淀粉平均含量较为适宜，总植物碱平均值均偏高，古蔺部分样品的总氮、糖碱比、氮碱比、两县部分样品总植物碱达到或超出最高临界值，两县均有样品淀粉含量、糖碱比、氮碱比低于最低临界值，这些指标不利于样品的化学品质，因此要从合理种植区域、品种、农艺、调制等综合措施入手，使这些指标处于适宜范围内，以利于烟叶整体质量的提高。从变异系数来看，古蔺总植物碱、糖碱比、氮碱比变异系数较大，两县还原糖变异系数均较小，化学指标均值除氮碱比相差10%外，其他均低于此值。

本研究通过对烟叶化学指标赋值的方法，可以较清晰显示各指标的品质得分，并确定该指标的权重。今后在分析当地烟叶质量时，可通过该方法对烤烟化学品质状况进行计算。部分化学指标权重的大小与吴殿信等研究结果不一致，这可能是由于选取烟叶样品的产地不同所致[12]。烟叶化学指标赋值后指标及各类型区品质得分之间广泛达显著性检验，说明分区结果的合理性较高，具有实际应用价值。虽然烟叶化学品质在一定程度上反映烟叶的整体质量[10]，但为使结论更贴近实际，本结果还有待进一步研究。

聚类分析表明，第一类整体得分最高，主要为C3F，占到该类型区样品总数90%，说明上述地区所产的C3F（麻城X2F）较当地其他产地的烟叶化学品质较高，可以定义为优势区域；第二类整体得分较高，主要为X2F，占到该类样品总数66.67%，C3F占到该类样品总数23.81%，该区域内烟叶具有发展潜力，可以定义为上述等级烟叶的潜力区；第三类整体得分较低，主要为表B2F，占到该类型样本总量75%，该区域上述等级烟叶具有较大发展潜力，可以定义为较大潜力区。烤烟普遍表现出C3F得分最高，上部叶质量较差，分类结果基本体现部位间的品质差异，这与前人研究结论一致[13]。为提高本地烟叶质量，应继续保持上述优势区域C3F的质量优势，努力提高X2F、B2F的质量水平。

不同分类间各品质指标差异性分析结果表明，品质综合得分在各类间达极显著差异，说明上述聚类结果合适。要提高本地烟叶质量，应在第二类型区提高总植物碱、糖碱比、氮碱比的得分水平；在第三类型区应提高总氮、总植物碱、钾、糖碱比、氮碱比、钾氯比的得分水平。不同分类区域烟叶总氮含量、总植物碱含量、糖碱比、钾氯比等存在极显著差异，一、二类型区域烟叶钾含量、氮碱比无显著差异，但与第三类区域存在极显著差异，其他指标无显著差异。谢剑平研究认为还原糖与评吸总分呈极显著正相关；总氮与评吸总分呈极显著（显著）负相关；糖碱比与评吸总分呈极显著（显著）正相关；氮碱比与杂气、刺激性呈极显著（显著）正相关[14]。王瑞新等认为烤烟化学成分除钾、钾氯比高些较好，淀粉低些好，其他化学成分都有适宜范围，过高过低都对烟叶整体质量不利[8]。

因此，应在第二类区降低烟叶总氮、总植物碱含量，提高糖碱比、钾氯比；在第三类型区降低烟叶总氮、总植物碱含量，提高烟叶钾含量、氮碱比、糖碱比、钾氯比。可归结为二、三类型区烟叶总氮、烟碱含量偏高，钾含量偏低，应在上述区域合理施用含氮、含钾肥料，降低烟叶总氮、烟碱含量，提高烟叶钾含量，具体可见表1，综合运用农艺、栽培、调制等方法对烤烟化学品质进行合理调控，提高烟叶品质。