湖南浓香型烤烟生态评价模型与生态因子贡献率研究

杨红武，陈 颐，杨虹琦，孙书斌，杨俊兴

（湖南农业大学烟草科学与健康重点实验室，湖南 长沙 410128）



湖南浓香型烤烟生态评价模型与生态因子贡献率研究

杨红武，陈 颐，杨虹琦，孙书斌，杨俊兴

（湖南农业大学烟草科学与健康重点实验室，湖南 长沙 410128）

摘 要：为揭示与湖南典型浓香型烤烟风格特色密切相关的生态因子，以湖南桂阳县、江华县和隆回县气象资料和土壤样本为基础数据，运用逐步多元回归分析方法，构建湖南浓香型烤烟生态评价模型并分析各生态因子的贡献率。结果表明，与彰显湖南典型浓香型烤烟风格特色密切相关的生态因子是伸根期日照时数和空气相对湿度、旺长期降水量、成熟期均温以及土壤碱解氮和速效钾含量；对湖南浓香型烤烟香气特征贡献较大的生态因子是伸根期日照时数、旺长期均温及成熟期空气相对湿度，并且旺长期均温对浓香型烟叶香气量的影响大于香气质；对以香型彰显度、焦甜香、焦香、香气质、香气量等感官评吸指标为因变量建立的湖南浓香型烤烟生态评价模型进行验证的结果表明，5个生态评价模型可以较为准确地预判湖南不同产区烟叶的风格特征与典型浓香型烟叶是否存在差距。

关键词：浓香型；生态；评价模型；贡献率

生态环境是决定烤烟风格特色的主要因素，这一观点已被国内外众多试验研究所证实[1-3]。近年来，针对特色烟叶生态适宜性评价模型的研究逐渐深入，如吴克宁等[4]在生态适宜性评价模型中首次引入模糊综合评判法；张久权[5]、李锡宏[6]、陈海生[7]、王洪云[8]等分别对山东、湖北、河南、云南等烟区的生态适宜性评价模型进行了分析研究，其结果为当地烤烟种植区提供了有力支撑。湖南是全国最大的浓香型烤烟产区，湖南烟区得天独厚的生态环境无疑是造就其烟叶“浓香、焦甜、透发、醇厚”风格特色的基础。然而，由于地理位置和地形地貌的差异对烟区生态环境的影响，导致湖南不同地域生产的浓香型烤烟在风格特征方面呈现出明显的区域性差异。

为了找出与湖南典型浓香型烤烟风格特色形成密切相关的生态因子，并揭示导致湖南一些生态环境较为接近，但生产的浓香型烟叶风格特征不同的生态原因，研究在对湖南典型浓香型产区气候及土壤等生态特征进行系统分析的基础上，采用统计学原理和计算机技术，将采集的资料和样品分析结果进行逐步回归分析，探索浓香型烟叶产区气候和土壤与浓香型烟叶风格特色形成之间的关系，并构建湖南浓香型烤烟生态评价模型，以期为扩大湖南典型浓香型烤烟原料生产区域和改善浓香型烟叶品质提供理论及技术支撑。

1　材料与方法

1.1基础数据来源

湖南桂阳县、江华县和隆回县1981～2010年气象资料由湖南省气象局提供，30个乡镇土壤样品主要养分检测数据由湖南省农业科学院土壤肥料研究所提供，烟叶样品感官评吸数据由湖南省质量检测站提供。其中，烤烟大田生育期气象因子按照伸根期（移栽至团棵）、旺长期（团棵至现蕾）、成熟期（打顶至采收结束）3个阶段进行统计分析。

1.2浓香型烟叶感官评吸方法

1.2.1浓香型烟叶彰显度及香韵感官评价方法 根据郑州烟草研究院制定的《烟叶质量风格特色感官评价方法》，由7名评吸专家对郴州桂阳、永州江华和邵阳隆回中部单料烟样品进行感官评吸。并采用0～5等距标度评分法对浓香型烟叶彰显度、焦甜香和焦香打分。其中，彰显度打分标准为：差为0～1分；中为2～3分；典型为4～5分；而焦甜香和焦香的打分标准为：无至微显为0～1分；稍显著至尚显著为2～3分；较显著至显著4～5分。浓香型烟叶彰显度、焦甜香和焦香的分值仅表示浓香型风格的典型、较典型或不典型，数值越大表示烟叶浓香型风格越典型。

1.2.2浓香型烟叶风格与品质特征感官评价方法 根据湖南省质检站制定的《单料烟内在质量评吸作业指导书》，由7名评吸专家对郴州桂阳、永州江华和邵阳隆回中部单料烟样品的香气质、香气量、杂气、浓度、劲头、刺激性、余味、燃烧性和灰色9个单项指标进行感官评吸评分，单项指标的最高分值为9分，以9个单项指标的平均值之和作为总分。

1.3数据统计分析原理及建模方法

回归分析方法是研究自变量与因变量之间因果关系的分析方法。当研究对象是多因素，且需建立一个最优回归方程时，采用逐步回归法较为适合[9-10]。逐步回归法的原理是将因变量设为y，假设n个自变量为xj（j=1，2，…，n），有k个观测值为（xi1，xi2，…，xin，yi），则i=1，2，…，k。根据最小二乘原理，y的估计值为：y=β0+β1x1+β2x2+…+βmxm

式中，β0，β1，…，βm为回归系数，x1，x2，…，xm为逐步回归中选入模型的变量，其中m≤n，且xi（i=1，2，…，m）是从n个x中按一定显著性水平筛选出的统计检验为显著的因子，并以达到显著水平的各因子获得诸回归系数并构建回归方程。

研究以湖南典型浓香型产区郴州桂阳县和永州江华县的气象资料和土壤主要养分检测数据作为构建湖南浓香型烤烟产区生态评价模型的基础数据和建模训练样本，采用SPSS 12.0软件进行逐步回归分析，筛选出与烟叶感官质量密切相关的生态因子，并建立Y（因变量）与X（自变量）的多元回归方程，并根据通径系数求出Y（因变量）的区间划分范围以及各因子对因变量的影响程度。然后以邵阳隆回县的气候资料和土壤样本检测数据作为检验样本，验证模型的可用性。

2　结果与分析

2.1湖南典型浓香型烤烟产区生态特征分析

2.1.1湖南典型浓香型烤烟产区气候特征分析 湖南浓香型烤烟产区大田生育期各气象因子多重比较分析见表1。分析结果表明，桂阳和江华浓香型烤烟产区各生育期的均温之间存在极显著差异，并且桂阳烟区的均温均高于江华；桂阳和江华浓香型烤烟产区成熟期的空气相对湿度及昼夜温差之间存在极显著差异，并且桂阳成熟期空气相对湿度低于江华，而江华成熟期温差则高于桂阳。

2.1.2湖南典型浓香型烤烟产区土壤养分特征分析湖南浓香型烤烟产区主要土壤养分多重比较分析结果见表2。由表2可知，桂阳和江华浓香型烤烟产区除速效钾、全钾、全磷和有效锌差异达极显著水平外，其余土壤养分指标的差异均未达到显著水平。

表1　湖南不同浓香型烤烟产区大田生育期气候因素比较分析

表2　不同浓香型烤烟产区土壤因素比较分析

2.2湖南典型浓香型烤烟产区生态因素与感官评吸质量相关性分析

湖南浓香型烤烟产区生态因素与烟叶风格特征相关性分析结果见表3。从表3可知，浓香型烤烟彰显度及焦甜香、焦香特征主要与伸根期日均温和日照时数呈显著或极显著正相关，与空气相对湿度呈显著或极显著负相关；与旺长期日均温和降水量呈显著或极显著正相关；与成熟期日照时数呈显著或极显著负相关，与空气相对湿度呈显著或极显著正相关。浓香型烤烟彰显度、焦甜香及焦香与土壤碱解氮、速效钾、有效锌和有效硼呈显著或极显著正相关。浓香型烤烟香气质和香气量与伸根期日照时数、旺长期日均温和降水量、成熟期空气相对湿度呈极显著正相关，与成熟期日照时数呈极显著负相关。浓香型烤烟香气质和香气量仅与土壤有效钾呈极显著正相关，香气量与有效硼呈显著正相关。

表3　湖南浓香型烤烟产区生态因素与烟叶风格特征相关性分析

2.3湖南浓香型烤烟生态评价模型的构建及贡献率分析

2.3.1湖南浓香型烤烟香型彰显度评价模型和贡献率分析 香型彰显度可反映浓香型烟叶的典型程度。有研究表明[11-12]，气候因素是决定浓香型烟叶风格的主导因素，土壤因素对浓香型烟叶风格的影响相对较小，但对香韵有较大影响。基于表3对湖南浓香型烤烟产区各生育期生态因素与感官评吸指标相关性的分析结果，以浓香型烟叶香型彰显度为因变量，以伸根期温度、日照时数、空气相对湿度，旺长期温度、降水量，成熟期空气相对湿度、日照时数，土壤碱解氮、速效钾、有效锌和有效硼等11个在表3中与感官评吸指标有极显著相关性的生态因子为自变量进行逐步回归分析。由于逐步回归分析是对已引入回归方程的变量计算其偏回归系数，并将偏回归系数最小的变量在预先给定的F水平下进行显著性检验，如果检验结果为不显著，则该变量被剔除。相反，如果检验结果为显著，则该变量保留于回归方程[13]。据此，从11个变量中筛选出6个对浓香型彰显度贡献大的变量因子建立了以下评价浓香型烟叶“香型彰显度”的方程：

Y香型彰显度=-5.25+0.008X伸根期日照时数+0.057X伸根期空气相对湿度+0.002X旺长期降水量- 0.001X成熟期日照时数+ 0.006X碱解氮+0.016X速效钾

该回归方程的F值为26.33，复相关系数R=0.919，决定系数R2=0.878，P=0.000 1，Durbin-Watson统计量d=1.65。相关显著性检验见表4。

表4　香型彰显度方程达到显著水平的因子检验分析

回归模型可靠性诊断需要符合以下条件：①方程方差分析的F值达显著水平（P≤0.05）；②各回归系数的偏相关系数达显著水平（P≤0.05）；③ Durbin-Wstson统计量d接近于2。由表4可知，6个显著因子的偏回归相关系数均达到显著水平（P≤0.05），符合回归模型可靠性诊断的3个条件，故所建立的回归方程有较高的可靠性。

将桂阳县30 a气象数据和土壤数据代入以上浓香型彰显度方程，得到典型浓香型烤烟彰显度的因变量值划分范围为2.79≤Y≤4.28。

2.3.2生态因素对湖南浓香型烤烟香型彰显度的贡献率分析 为进一步明确各生态因子对浓香型彰显度的贡献率，根据逐步回归分析中各因素的通径系数可计算出各生态因子对浓香型烤烟香型彰显度的贡献率，伸根期日照时数、伸根期空气相对湿度、旺长期降水量、成熟期日照时数、碱解氮、速效钾以及其余5个因子的贡献率分别为24.82％、19.08％、14.42％、-4.77％、11.78％、9.55％、15.57％。由此可知，对桂阳浓香型烟叶香型彰显度贡献较大的生态因子为伸根期日照时数和空气相对湿度、旺长期降水量、土壤碱解氮和速效钾。这说明烟株伸根期光照条件优良，空气相对湿度低，旺长期雨量充沛，土壤供氮、供钾能力强，将有利于浓香型烟叶风格的彰显，而成熟期日照时数对浓香型烟叶风格特征彰显有负面影响。湖南烤烟生产实际也表明，湘南烟区成熟期如果遭遇高温、高光照条件，会引发烟叶“逼熟”，导致烤烟品质大幅下降。

2.3.3湖南浓香型烤烟香韵特征评价模型和贡献率分析 （1）湖南浓香型烤烟焦甜香特征评价模型的构建。焦甜香和焦香是所有浓香型烟叶的典型香韵。因此，构建湖南浓香型烟叶焦甜香和焦香特征的评价模型具有重要意义。本研究以浓香型烟叶焦甜香为因变量，以12个在表3中与感官评吸指标有显著或极显著相关性的生态因子为自变量进行逐步回归分析。根据逐步回归分析的显著性检验结果，从12个变量中筛选出5个对焦甜香贡献大的变量因子建立以下评价烟叶“焦甜香”的方程：

Y焦甜香=-3.53-0.108 X伸根期均温+0.007 X伸根期日照时数+ 0.121 X成熟期均温+0.008 X碱解氮+0.029 X速效钾

该回归方程的F值为8.02，复相关系数R=0.797，决定系数R2=0.635，P=0.000 1，Durbin-Watson统计量d=1.58。相关显著性检验见表5。

表5　焦甜香方程达到显著水平的因子检验分析

由表5可知，5个显著因子的偏回归相关系数达到显著水平（P≤0.05），故所建立的回归方程可靠性较高。将桂阳县30年气象数据和土壤数据代入以上方程，得到典型浓香型烤烟焦甜香的因变量值划分范围为2.54≤Y≤4.17。

（2）湖南浓香型烤烟焦香特征评价模型的构建。以浓香型烟叶焦香为因变量，以12个在表3中与感官评吸指标有显著或极显著相关性的生态因子为自变量进行逐步回归分析。根据逐步回归分析的显著性检验结果，从12个变量中筛选5个对焦香贡献大的变量因子建立以下评价烟叶“焦香”的方程：

Y焦香=-6.09-0.162 X伸根期温差+0.149 X伸根期均温+0.011 X伸根期日照时数+0.229 X旺长期均温-0.001 X旺长期降水量

该回归方程的F值为9.35，复相关系数R=0.819，决定系数R2=0.670，P=0.000 1，Durbin-Watson统计量d=1.49。相关显著性检验见表6。

表6　焦香方程达到显著水平的因子检验分析

由表6可知，5个显著因子的偏回归相关系数达显著水平（P≤0.05），故所建立的回归方程可靠性较高。将桂阳县30年气象数据和土壤数据代入以上方程，得到典型浓香型烤烟焦香的因变量值划分范围为0.80≤Y≤2.38。

（3）生态因素对湖南浓香型烤烟香韵的贡献率分析。为进一步明确各生态因子对浓香型烟叶香韵强度的贡献率，根据逐步回归分析中各因素的通径系数可计算出生态因子对浓香型烟叶香韵的贡献率（表7）。由表7可知，对桂阳浓香型烟叶焦甜香和焦香贡献较大的生态因子为伸根期日照时数和成熟期均温，土壤碱解氮和速效钾对浓香型烟叶焦甜香也有较大贡献，但伸根期均温对焦香贡献较大，对焦甜香有负面影响。此外，伸根期温差和成熟期降水对浓香型烟叶焦香也有负面影响。这说明烟株伸根期良好的光照条件，成熟期温度较高，土壤供氮、供钾能力强，将有利于浓香型烟叶焦甜香韵的形成。

表7　生态因素对浓香型烟叶香韵的贡献率

2.3.4湖南浓香型烤烟香气特征评价模型和贡献率分析 （1）湖南浓香型烤烟香气质特征评价模型的构建。本研究以浓香型烟叶香气质为因变量，以6个在表3中与感官评吸指标有显著或极显著相关性的生态因子作为自变量进行逐步回归分析。根据逐步回归分析的显著性检验结果，从6个变量中筛选出3个对香气质贡献大的变量因子建立评价烟叶“香气质”的方程：

Y香气质=2.43+0.003 X伸根期日照时数+0.030 X旺长期均温+0.042 X成熟期空气相对湿度

该回归方程的F值为17.81，复相关系数R=0.825，决定系数R2=0.680，P=0.000 1，Durbin-Watson统计量d=1.74。相关显著性检验见表8。

由表8可知，3个显著因子的偏回归相关系数达显著水平（P≤0.05），故所建立的回归方程可靠性较高。将桂阳县30年气象数据和土壤数据代入以上方程，得到典型浓香型烤烟香气质的因变量值划分范围为6.08≤Y≤6.90。

（2）湖南浓香型烟叶香气量特征评价模型的构建。以浓香型烟叶香气量为因变量，以8个在表3中与感官评吸指标有显著或极显著相关性的生态因子为自变量进行逐步回归分析。根据逐步回归分析的显著性检验结果，从8个变量中筛选出3个对香气量贡献大的变量因子建立以下评价烟叶“香气量”的方程：

Y香气量=3.22+0.003 X伸根期日照时数+0.103 X旺长期均温+ 0.012 X成熟期空气相对湿度

该回归方程的F值为9.64，复相关系数R=0.732，决定系数R2=0.536，P=0.000 1，Durbin-Watson统计量d=1.63。相关显著性检验见表9。

表9　香气量方程达到显著水平的因子检验分析

由表9可知，3个显著因子的偏回归相关系数达到显著水平（P≤0.05），故所建立的回归方程可靠性较高。将桂阳县30 a气象数据和土壤数据代入以上方程，得到典型浓香型烤烟香气量的因变量值划分范围为6.42≤Y≤7.02。

（3）生态因素对湖南浓香型烟叶香气特征的贡献率分析。为进一步明确各生态因子对浓香型烟叶香气特征的贡献率，根据逐步回归分析中各因素的通径系数可计算出生态因子对浓香型烤烟香气特征的贡献率（表10）。由表10可知，对湖南浓香型烟叶香气质和香气量贡献较大的生态因子为伸根期日照时数、旺长期均温及成熟期空气相对湿度，并且旺长期均温对湖南浓香型烟叶香气量的贡献要大于对香气质的贡献率。这3个生态因子对湖南浓香型烟叶香气特征的贡献率都达到50％以上，说明烟株伸根期良好的光照条件，旺长期均温较高，成熟期空气相对湿度较低的生态环境，将有利于浓香型烟叶香气质和香气量提升。

表10　生态因素对浓香型烟叶香气特性的贡献率

2.4湖南浓香型烤烟生态评价模型的验证

将邵阳隆回烟区1981～2010年的气候资料和30个乡镇土壤样本数据分别代入以上得出的各项逐步回归方程，计算出因变量y的拟合值（表11）。

表11　隆回烤烟产区烟叶香气风格及烟气特征拟合值

由表11可知，隆回浓香型烟叶香型彰显度的因变量值范围为1.92≤Y≤3.56（典型浓香型烟叶为2.79 ≤Y≤4.28）；隆回浓香型烟叶焦甜香的因变量值范围为1.80≤Y≤3.81（典型浓香型烟叶为2.54 ≤Y≤4.17）；隆回浓香型烟叶焦香的因变量值范围为0≤Y≤1.82（典型浓香型烟叶为0.80≤Y≤2.38）；隆回浓香型烟叶香气质的因变量值范围为6.32≤Y≤6.97（典型浓香型烟叶为6.08≤Y≤6.90）；隆回浓香型烟叶香气量的因变量值范围为6.22≤Y≤6.92（典型浓香型烟叶为6.42≤Y≤7.02）。由于邵阳隆回浓香型烟叶香型彰显度、焦甜香、焦香和香气量等因变量阈值范围的下限，均低于典型浓香型烟叶相应因变量的阈值范围，说明邵阳隆回浓香型烤烟的风格特征与典型浓香型烤烟存在一定差异，并且在邵阳隆回烟区生态环境下，难以生产出与典型浓香型烟叶风格特征相同的烟叶。

3　结论与讨论

综合以上研究结果可知：（1）对彰显湖南典型浓香型烤烟风格特征有正面影响的主要生态因子是伸根期日照时数和空气相对湿度、旺长期降水量、成熟期均温及土壤碱解氮和速效钾；有负面影响的主要生态因子有伸根期均温、温差和成熟期降水量；（2）对湖南浓香型烤烟香气特征贡献较大的生态因子是伸根期日照时数、旺长期均温及成熟期空气相对湿度，并且旺长期均温对浓香型烟叶香气量的影响大于香气质；（3）采用逐步回归分析方法建立了以香型彰显度、焦甜香、焦香、香气质、香气量等感官评吸指标为因变量的湖南浓香型烤烟生态评价模型。对模型可用性验证的结果表明，利用产区采集的生态资料，采用以上5个生态评价模型计算其因变量阈值范围，可以较为准确预判湖南不同产区烟叶的风格特征与典型浓香型烟叶是否存在差距。

目前，关于促使浓香型烤烟形成的关键生态因子是哪些的讨论是烟草科技工作者争论焦点。大多数学者认为[14-17]，浓香型烤烟产区烟叶成熟期所具有的与清香型和中间香型烤烟产区不同的高温、强光照、降雨量少的气候是浓香型烤烟形成的关键生态因素。但笔者认为，除成熟期气候条件之外，浓香型和中间香型烤烟产区伸根期所具有的与清香型烤烟产区不同的低温、弱光照、降雨量多的气候也是决定浓香型和中间香型烤烟形成的关键生态因素。这是因为植物在生态环境中的基本生存法则是最大限度地调控自身代谢系统，使其向着适应所接触的生态环境并有利于自身生长发育的方向转变，而且这种适应环境的代谢调控机制是在烟苗移栽至大田后就开始发挥作用。特别是浓香型烤烟所形成的特有焦甜香和焦香，与伸根期根系的生长发育及其对含氮化合物的吸收和利用密不可分。另一方面，由于烟叶的主要功能是进行光合作用，伸根期的光照强度将直接影响烟叶细胞光合系统的构建和叶绿体、细胞壁等细胞器的形态建成，并且光照因素对烟叶细胞结构造成的影响大多是长期的，以至于最终影响烟叶的感官评吸。此外，该研究是以湖南浓香型烟区气候资料和土壤样本为基础进行建模和贡献率分析，因而所构建的浓香型烤烟生态评价模型存在一定局限性，不适合用来评价与湖南生态环境差异较大的烟区。

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（责任编辑：朱琼琼）

Study on Ecological Evaluation Model of Flavored Type Flue-cured Tobacco in Hunan and the Contribution Ratio of Ecological Factors

YANG Hong-wu，CHEN Yi，YANG Hong-qi，SUN Shu-bin，YANG Jun-xing
（Key Laboratory of Tobacco Science and Health, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, PRC）

Abstract：In order to reveal the ecological factors which were closely related to the style features of strong flavor type flue-cured tobacco in Hunan, we chose the weather data and soil sample from Guiyang, Jianghua and Longhui county, and used the stepwise multiple regression analysis method, and then built a ecological evaluation model of flavored type flue-cured tobacco and analyzed the contribution ratio of every ecological factor.The results showed that: The closely related ecological factors were sunshine hours of root stretching stage, relative air humidity of maturing stage, prosperously growing stage precipitation, average temperature of maturing stage, soil alkalihydrolyzable nitrogen and soil available potassium; the larger contribution rate ecological factors were sunshine hours of root stretching stage, average temperature of maturing stage and relative air humidity of maturing stage, and the influence of average temperature of maturing stage to quality of aroma was larger than volume of aroma; the ecological evaluation model which built on flavor degree of display, burnt sweetness aroma, burnt aroma, quality of aroma and volume of aroma was tested and the results showed that all the 5 ecological evaluation models could accurate forecast the style feature difference between the strong flavor type flue-cured tobacco and others in Hunan tobacco-growing area.

Key words：strong flavor type flu-cured tobacco; ecological; evaluation model; contribution ratio

通讯作者：杨虹琦

作者简介：杨红武（1987-），男，湖南长沙市人，博士研究生，研究方向：烟草生理生态。

基金项目：湖南浓香型特色优质烟叶研究与开发（11-14Aa01，2013 NK3073）

收稿日期：2015-10-26

DOI:10.16498/j.cnki.hnnykx.2015.12.020

中图分类号：S572

文献标识码：A

文章编号：1006-060X（2015）12-0066-06