烤烟散叶堆积烘烤过程中烘烤因素与叶温变化的通径分析

路晓崇， 宋朝鹏， 典瑞丽， 董艳辉， 裴晓东， 贺 帆， 宫长荣

(1.河南农业大学烟草行业烟草栽培重点实验室 河南 郑州 450002；2.中国烟草总公司职工进修学院， 河南 郑州 450008；3.湖南省烟草公司长沙市公司浏阳市分公司, 湖南 浏阳 410300)

烤烟散叶堆积烘烤过程中烘烤因素与叶温变化的通径分析

路晓崇1， 宋朝鹏1， 典瑞丽2， 董艳辉1， 裴晓东3， 贺 帆1， 宫长荣1

(1.河南农业大学烟草行业烟草栽培重点实验室 河南 郑州 450002；2.中国烟草总公司职工进修学院， 河南 郑州 450008；3.湖南省烟草公司长沙市公司浏阳市分公司, 湖南 浏阳 410300)

为研究散叶堆积烘烤过程中其他烘烤因素对叶温变化的影响，利用烤烟多参数实时监测仪与温湿度自控仪测量烘烤过程中叶温、风速、风压、干球温度、湿球温度和相对湿度.结果表明，散叶堆积烘烤过程中叶温的变化有4个阶段：预热阶段、叶温平稳阶段、缓慢升温阶段、快速升温阶段.在不同阶段对叶温变化影响的主要因素不同，预热阶段的主要影响因素是干球温度与风压；叶温平稳阶段的主要影响因素为干球温度、相对湿度和风压；缓慢升温阶段的主要影响因素是干球温度与相对湿度，快速升温阶段的对叶温变化的影响以干球温度与相对湿度为主，风速与风压为辅.叶温的变化是烟叶外在环境与内在生理的共同作用，散叶堆积烘烤过程中可以通过控制叶温的变化来提高烟叶烘烤质量.

烤烟；散叶堆积烘烤；叶温；烘烤因素；通径分析

散叶密集烤房的大力推广给烟叶的烘烤带来诸多便利，尤其是散叶堆积烤房具有装烟量大、省工、省时的特点，但烘烤技术要求较高，广大烟农接受程度较低[1,2].植物作为一种变温有机体,其叶温是同环境进行能量交换的结果,叶温的变化受到水分、温度、空气相对湿度以及风速等众多因素影响[3～5].在正常情况下，植物的叶片温度通过蒸腾失水来维持相对的稳定性，一旦遇到外界胁迫如干旱的影响，叶温的变化将被用来监测诊断植株的受胁迫情况[6],可见叶温对烟叶的烘烤有很大影响，因此，为了简化烘烤工艺，提高烟叶生产效率，需要对烘烤过程中叶温的变化进行研究.在干旱胁迫条件下，植株会发生相应的自身调节来缓解胁迫带来的压力，从而度过危机继续维持自身的生长发育[7],在散叶堆积烘烤过程中，由于湿球温度除受温度影响外还受到相对湿度与风速的影响[8]，随着烘烤的进行，干湿球温度计很快裸露在烟叶外边，使得烟农对烤房内的湿球温度判断错误，造成烤坏烟现象大面积出现.然而，烟叶烘烤过程是一个不断脱水的过程[9]，烟叶的叶温变化反映了烤房内烟叶的生理生化状态[10,11]，对烤后烟的质量与产量有较大影响[12].为此，运用烤烟多参数实时监测仪与温湿度自控仪对散叶堆积烘烤过程中的各烘烤参量进行实时监测，研究散叶堆积烘烤过程中叶温的变化以及干球温度、湿球温度、相对湿度、风速与风压对叶温的影响，以便了解烟叶的烘烤过程并改善烘烤工艺.

1 材料与方法

1.1试验材料

试验于2013年在湖南省浏阳市河背烟叶烘烤工场进行，供试品种为云烟97，烟田地势平坦，土壤肥力中等，烟田栽培管理规范，烟株长势、长相均匀一致，以成熟采收的中部叶(8～12位叶)为试验对象.

烤烟多参数实时监测仪由中国计量学院计量制造, 温湿度自控仪由湖南九天科技股份有限公司生产.试验所用烤房为气流上升式散叶堆积密集烤房，烤房保温、保湿性能良好，升温、排湿灵敏，装烟室长8 m、宽2.7 m、高3.5 m；装烟层数为3层，装烟容量5 000 kg.

1.2测定项目及方法

烤房内装烟松紧适宜，均匀一致.烤烟多参数实时监测仪的4个传感器与烤房温湿度传感器比邻安放在底棚距加热室方向2 m位置的烟叶内.自烤房点火时开始计时,烘烤过程中烤烟多参数实时监测仪与烤房温湿度传感器每隔1 h分别记录1次叶温、相对湿度、风速、风压、干球温度与湿球温度.

2 结果与分析

2.1散叶堆积烘烤过程中叶温变化的4个阶段

烘烤过程中烟叶叶温的变化与其叶片含水量以及所处环境温度、风速和空气相对湿度关系密切[1].由图1、图2、图3与图4可以看出，散叶堆积烘烤过程中，叶温的变化可以分为4个阶段：叶片预热阶段，烟叶由鲜烟叶转变为八九成黄的烟叶，烟叶内含水量高，细胞活性较高，对于逆境有较强的适应性，由于叶片处于膨胀状态，烟叶之间的空隙较小，透过的风速小，风压低，且烤房内的相对湿度较大，叶温与湿球温度的变化几乎同步，湿球温度、干球温度与叶温的差值保持在一定水平，叶温伴随着干球温度的升高而升高；温度稳定阶段，烟叶烘烤进入变黄后期与定色前期，高温层烟叶叶片干燥度有六七成，随着干球温度的不断升高，湿球温度的不断降低，烟叶内的水分逐渐排至叶表，整房烟叶叶片开始变软塌架，烟叶间风速减小，风压升高，烤房内的相对湿度迅速降低，湿球温度、干球温度与叶温的差值不断增加，而叶温则相对稳定；慢速升温阶段，烘烤进入大排湿阶段，整房烟叶叶片逐渐干燥，风速保持在较低水平，风压较高，干球温度不断升高，湿球温度保持较低水平，烟叶间的相对湿度不断降低，叶温随着细胞活性的不断降低，细胞功能不断遭到破坏，出现缓慢升高的趋势；快速升温阶段，烘烤进入定色后期与干筋期，风速增加，风压下降，烤房内相对湿度维持在较低水平，湿球温度有所提高，叶温随着干球温度的升高而快速升高.

图1 烘烤过程中烟叶间干球温度、湿球温度与相对湿度的变化Fig.1 The changes of wet bulb temperature, drybulb temperature and RH in curing process

图2 烘烤过程中烟叶间风速与风压的变化Fig.2 The changes of wind speed andwind pressure in curing process

图3 散叶堆积烘烤过程中叶温的变化Fig.3 The changes of leaf temperature in curing process

2.2烟叶烘烤过程中不同阶段烘烤因素与叶温变化的通径分析

为研究烘烤过程中不同阶段干球温度、湿球温度、相对湿度、风速与风压对叶温变化的具体影响，对其进行通径分析(表1)，由表1可知，在预热阶段，烘烤的各物理因素与叶温变化的相关系数表现为干球温度>湿球温度>相对湿度>风压>风速，其中相对湿度与风速与叶温变化呈负相关，其余因素与叶温变化的呈负相关，干球温度对叶温变化的直接影响最大，其余因素的直接影响相对较小，然而，其余因素通过干球温度对叶温的间接影响相对较大，说明在此阶段干球温度对叶温的影响处于主导地位.

图4 烘烤过程中干、湿球温度与叶温差值的变化Fig.4 The difference between wet bulb temperature,dry bulb temperature and leaf temperaturein curing process

在叶温稳定阶段烘烤的各物理因素与叶温变化的简单相关系数为相对湿度>干球温度>风压>风速>湿球温度，其中相对湿度和风速与叶温的变化呈负相关，其余因素与叶温变化呈正相关.相对湿度对叶温变化的直接影响大于干球温度对叶温的直接影响，说明随着烘烤的进行，相对湿度对叶温变化影响处于主导地位，干球温度处于次主导地位，风速对叶温的影响作用逐渐提高，风压对叶温变化影响的间接作用逐渐增加.

慢速升温阶段烘烤的各物理因素与叶温变化的简单相关系数表现为干球温度>相对湿度>湿球温度>风速>风压，然而，各因素与叶温变化影响的直接通径系数均较小，其中风速与叶温的相关系数与叶温平稳阶段相比有所增加，风压对叶温影响的间接通径系数之和有所降低，表明在慢速升温阶段，干球温度与相对湿度对叶温变化的影响作用相当，均处在主导地位.风速对叶温的影响作用有所上升，风压对叶温的影响作用有所下降.

快速升温阶段各因素与叶温的相关系数均比较大，且风速与风压和叶温变化的相关系数均达到4个阶段的最大值.其中相对湿度与风压和叶温的变化呈负相关，干球温度、湿球温度与风速和叶温的变化呈正相关，但5个影响因素对叶温的直接通径系数均较小，这表明随着烘烤进程的推进，各因素对叶温变化的影响程度不断增加，相对湿度与干球温度对叶温的影响均处于主导地位.

表1 各烘烤阶段对叶温影响的通径分析Table 1 The influence on leaf temperature of path coefficients in different stages

注：划横线的为直接通径系数.

Note:The overline data were directed path coeffions.

3 讨论

烟叶烘烤是烟叶内水分不同程度散失的过程[13].叶温是烟叶对烘烤环境与内部生理生化共同作用的反映[3～5]，烘烤过程中烘烤环境主要通过影响烟叶的气孔变化及内部水分的变化来影响叶温的变化[14～17]，再者,烘烤过程中叶温与干球温度的差值和叶温与湿球温度的差值反映着烤房内烟叶水分盈亏状态[18].本研究结果表明，烘烤过程中叶温变化的不同阶段受到其他烘烤因素的影响程度有所不同，叶片预热阶段对叶温影响的主导因素是干球温度，这一时期干球温度、湿球温度二者与叶温的差值均相对较小，可能是由于烟叶细胞功能完善，组织水分充足，对高温环境的适应性较强[19]；叶温稳定阶段对叶温变化影响的主导因素是相对湿度，可能由于自由水与束缚水的比例减少，烟叶抵抗逆境的能力达到最大[20]，致使通过升高干球温度促进水分蒸发的难度增大，而相对湿度通过加速烤房内外空气交换的方式来促进烟叶的失水，进而影响叶温的变化，再者干球温度、湿球温度与叶温的差值逐渐变大，表明烟叶内的水分不断散失，且散失速率不断增加，这与王松峰等[20],孙帅帅等[21]的研究是一致的；慢速升温阶段与快速升阶段对叶温变化的主导因素是干球温度与相对湿度，干球温度与叶温的差值逐渐较小，湿球温度与叶温的差值快速增加[22]，此阶段处于定色阶段后期与整个干筋阶段烟叶的水分快速散失，通过升高干球温度与加快烤房内外空气交换速率的方法实现烟叶水分的排出.烟叶的形态逐渐固定，烟叶间的风速与风压逐渐稳定.

总之，整个烘烤过程叶温的变化受到多种烘烤因素的影响，且叶温与烤房内干球温度变化有着相同的趋势，随烘烤干球温度的升高而升高，但干球温度的变化对叶温变化的影响存在滞后性，这与吴强等[23]的研究结果是一致的.

散叶堆积烘烤过程中叶温的变化可以分为4个阶段，在不同的烘烤阶段对叶温影响的主导因素不同.在预热阶段，干球温度对叶温的影响较大;在叶温稳定阶段，相对湿度与干球温度对叶温的影响均较大，风速与风压对叶温变化影响作用逐渐增加；在慢速升温阶段与快速升温阶段，干球温度与相对湿度对叶温变化的影响作用相当，均处在主导地位.风速对叶温的影响作用有所上升，风压对叶温的影响作用有所下降.烘烤过程中，在不同阶段可有针对性地控制不同烘烤因素来控制叶温的变化，进而简化烘烤工艺，提高散叶烘烤质量，改善烟叶品质.

[1] 浦秀平，徐世峰，任 杰,等.不同装烟方式对密集烘烤效率及烟叶质量的影响[J]. 中国烟草科学, 2013,34(4):98-102.

[2] 谢已书, 邹 焱, 李国彬, 等.密集烤房不同装烟方式的烘烤效果[J]. 中国烟草科学, 2010,31(3): 67-69.

[3] 刘婧然， 武金坤，王 喆，等.棉花叶温与气象条件的关系研究[J]. 节水灌溉,2013(2):1-4.

[4] 彭 辉,李 昆,孙永玉. 干热河谷4个树种叶温与蒸腾速率关系的研究[J]. 西北林学院学报,2009,24 (4):1-4.

[5] 李国臣，于海业,赵红霞. 基于叶片空气温差的温室黄瓜水分胁迫指数的应用分析[J]. 吉林农业大学学报,2006(8):469-472.

[6] LAURY C. DOMINIQUE V D S. Imaging techniques in early detection of plant stress [J]. Trends in Plant Science, 2000, 5(11): 495-501.

[7] ZELITCH I. Stomatal control [J]. Annual Review of Plant Physiology,1969,20:329-350.

[8] 赵玉珍，姜宝成，尚德敏，等.高温下风速、辐射和湿球直径对湿球温度的影响[J]. 工程热物理学报, 1992,13(4):359-362.

[9] 宫长荣，陈江华，吴洪田，等.密集烤房[M]. 北京：科学出版社，2011.

[10] 蔡甲冰,刘 钰,许 迪.基于通径分析原理的冬小麦缺水诊断指标敏感性分析[J].水利学报，2008(1):83-89.

[11] 姚振坤，罗新兰，李天来，等.日光温室番茄叶温的模拟及与环境因子的关系[J].江苏农业学报，2010,26 (3):587-592.

[12] 宫长荣,杨焕文,艾复清,等. 烟草调制学[M]. 北京: 中国农业出版社， 2003.

[13] 王正刚,孙敬权,唐经祥.充分发育烟叶失水特性及烘烤失水调控初报[J].中国烟草科学,1999 (2):1-4.

[14] HSIAO T C. Plant responses to water stress [J]. Annual Review of Plant, 1973,24:519-570.

[15] BLUM A, MAYER J, GOZLAN G. Infrared thermal sensing of plant canopies as a screening technique for dehydration avoidance in wheat.[J]. Field Crops Research, 1982, 5: 137-146.

[16] 王秀玲,赵 明,王启现,等. 玉米不同基因型气孔特征和叶温差的研究[J].华北农学报,2004, 19(1):71-74.

[17] 刘明虎,辛智鸣,徐 军,等.干旱区植物叶片大小对叶表蒸腾及叶温的影响[J].植物生态学报,2013.37(5):436-442.

[18] BOROOMAND N S, KASHKULI H A, ZADEH F R. Irrigation scheduling using crop canopy-air temperature difference for sugarcane [J]. Crop Research (India), 2005, 30(3): 355-359.

[19] 武圣江,宋朝鹏,许自成,等.烘烤过程中烤烟细胞壁生理变化研究[J]. 中国烟草科学,2010, 31 (3): 73-77.

[20] 王松峰，王爱华，王金亮，等. 密集烘烤定色期升温速度对烤烟生理生化特性及品质的影响[J].中国烟草科学, 2012,33(6):48-53.

[21] 孙帅帅,孙福山,王爱华,等.变筋温度对烤烟新品种NC 55生理指标及烟叶质量的影响[J].中国烟草科学, 2012,33(3):72-76.

[22] 韩锦峰. 烟草栽培生理[M].北京:中国农业出版社， 2003.

[23] 吴 强，须 晖，韩亚东.日光温室番茄叶温变化特性研究[J].沈阳农业大学学报,2008,39(5):618-620.

(责任编辑：常思敏)

Pathanalysisofleaftemperatureandcuringfactorsofaccumulationoflooseleafcuredtobaccoincuringprocess

LU Xiao-chong1, SONG Zhao-peng1, DIAN Rui-li2， DONG Yan-hui1, PEI Xiao-dong3, HE Fan1, GONG Chang-rong1
(1.Key Laboratory for Tobacco Cultivation of Tobacco Industry, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China; 2.China Tobacco Training Center for Professional Technicians, Zhengzhou 450008, China; 3.Liu Yang Branch of Hunan Province Tobacco Company, Liu yang 410300,China)

To study the influence of some cured factors on leaf temperature in the curing process, the leaf temperature, wind speed, wind pressure, dry bulb temperature, wet bulb temperature and relative humidity were monitored by multi-parameter real-time monitor of flue-curing tobacco and temperature and humidity auto-controlled apparatus in curing process. The results showed that there were four stages about the leaf temperature in the curing process: preheated warming stage, stably warming stage, slowly warming stage and quickly warming stage. There were different main factors in the four stages. The main factors included dry bulb and wind pressure in the preheated warming stage; and the main factors were relative humidity and air pressure in stably warming stage; but the main factors were the dry bulb temperature and relative humidity in slow warming stage, however, the main factors were dry bulb temperature and relative humidity, next were wind speed and wind pressure in quickly warming stage. The reason for tobacco leaf temperature changing was the external environment and internal physiological interaction, so the leaf temperature could be controlled to improve the quality of tobacco curing comparison in loose leaf accumulation curing process.

tobacco; loose leaf accumulation curing; leaf temperature；curing factors; path analysis

1000-2340(2014)06-0684-05

S 572

：A

2014-03-27

中国烟草总公司资助项目(Ts-01-2011006)

路晓崇，1988年生，男，河南漯河人，硕士研究生，主要从事烟叶调制生理与数据挖掘工作.

宋朝鹏，1978年生，男，河南邓州人，副教授，硕士生导师.