成熟期烤烟浓香型显示度气候适宜性分区研究

郭蕊蕊， 陈伟强， 史宏志， 马月红

(1.河南农业大学资源与环境学院，河南 郑州 450002； 2.河南农业大学烟草学院，河南 郑州 450002)

成熟期烤烟浓香型显示度气候适宜性分区研究

郭蕊蕊1， 陈伟强1， 史宏志2， 马月红1

(1.河南农业大学资源与环境学院，河南 郑州 450002； 2.河南农业大学烟草学院，河南 郑州 450002)

以国内浓香型烟叶产区 8个省的28个市为研究对象，采用偏相关分析、回归分析以及模糊评价的方法，开展了气象因子与香型显示度之间的因子分析和气候适宜性分区研究。通过插值分析，描述了5个气象因子在浓香型产区的空间分布；通过偏相关分析，筛选出成熟期的>30 ℃高温天数、日均温、>20 ℃积温和光照时数4个关键气象因子；利用模糊评价法，划分出了3级气候适宜区，1级适宜区主要分布在豫中、豫南、皖东南、湘东南、赣南、粤北、桂东北；3级区主要分布在陕、豫、鲁3省；2级区分布于1级适宜区边缘地带。

浓香型显示度；气候适宜性评价；偏相关分析；回归分析；模糊评价

目前，烟草香型方面的研究多数集中在烟叶品质特征因子分析和化学成分特征分析等[1-3]方面。对于生态环境对烟叶香型和品质的影响，研究者认为，生态条件决定烟叶的风格特色，而在所有的生态因素中，气候对烟叶品质的影响大于土壤的影响[4]。气象因子主要影响烤烟香气物质的含量和组成比例[5]。陈颐等[6]研究了气象因子对浓香型烟叶风格的影响，结果表明成熟期的光、温和水均是影响湘南典型浓香型烟叶风格特征的主要因子。张云贵等[7]研究了33个不同香型烟叶典型产区的烟叶香型与气候间的关系，建立了烤烟香型的气象因子评价模型，划分了浓香型、中间香型和清香型烟叶的分布区域。张久权等[8]对山东烤烟生态适应性进行了综合评价。谭智勇等[9]综合评价了文山区烤烟的气候适宜性，分析了烤烟生育期的各气候要素的变化特征。李晓燕等[10]对昭通烤烟种植的气候适宜性进行了考察，利用合理的烤烟生态气候适宜性指标对昭通烤烟种植区进行了重新分区。石媛媛等[11]以气候条件和烤烟品质为基础，对百色市烤烟种植区进行了气候适宜性评价，确定了适宜区、较适宜区、不适宜区3个适宜性分区。李丹丹等[12]研究了兴山烟区不同海拔高度、不同移栽期的气候适宜性综合评价。金亚波等[13]对云南玉溪植烟区的气候因子进行聚类分析，划分了4级气候相似生态区，并提出了对应的国内外主产烟区。常用的生态适宜性评价方法有模糊数学隶属函数法、层次分析法、多元统计分析方法、指数和法、模糊集理论等[8-11,14]。前人在烤烟区气候适宜性方面的研究有很多，但是烤烟浓香型的凸显程度与关键气候因子间的数学关系的研究还未见报道。本研究以全国范围的浓香型产区为研究区域，深入分析并筛选影响浓香型烟叶显示度的关键气象因子，对于烟草充分利用气候条件合理布局和通过栽培措施控制烟草生长，充分彰显烟草特色，提高烟叶质量有重要意义。

1 材料与方法

1.1 数据来源

浓香型产区气象数据主要来源于国家气象局(1981—2013年)，包括中国8个浓香型产区(河南、陕西、山东、安徽、湖南、江西、广东、广西8个省份)57个重点产烟县以气候为基础的30 a气象资料。同时还在 57个县布设有田间气象站，采集了田间小气候的实时数据。根据以上数据得到了不同产区烟草生长各生育阶段和全生育期49个气象指标，并经过与清香型和中间香型烟区气象条件对比，筛选出烤烟从打顶到采收结束(即为成熟期)的>30 ℃高温天数、日均温、>20 ℃积温、昼夜温差、光照时数等5组气象因子数据[21]。

浓香型显示度是表示烤烟浓香型风格彰显程度的一个综合指标，数据来自浓香型特色优质烟叶开发重大专项[21]中感官质量数据，采用感官评吸打分法，对全国57个重点浓香型产区县烟叶样品的香气质、香气量、浓度、余味、柔细度、杂气和刺激性等指标打分并求和，打分标准见表1。

表1 浓香型显示度评吸评定标准表Table 1 Evaluation criteria of smoking for the intensity of robust flavor style

1.2 研究方法

1.2.1 统计分析方法 评价指标的选取采用了相关分析和偏相关分析[15]的方法，回归分析采用多元回归[16]和非线性回归[17]的方法。

1.2.2 模糊评价法 模糊评价法的基本原理是将评价指标最好的情况定义为1，最差的情况定义为0.1，根据指标接近好的情况，定义为0.1～1之间的一个小数，模糊评价法的关键是定义一个值域为[0.1,1]的隶属度函数，见文献[18]。构建气象生态因子与浓香型显示度的隶属度函数，主要有3种：抛物线型、S型和反S型。呈抛物线型的气象因子对浓香型显示度的影响有一个最佳适宜范围，超出这个范围，随着偏离程度的增大,对浓香型显示度的影响越不利；呈S型的气象因子与浓香型显示度在一定范围内为正相关关系；呈反S型的气象因子与浓香型显示度在一定范围内为负相关关系。公式如下：

抛物线型隶属函数

(1)

式中：a和c为待定系数，x1，x2为下限，c为最优上限，x1

S型隶属函数

(2)

式中：a和c为待定系数，c为下限，xt为上限，c

反S型隶属函数

(3)

式中：a和c为待定系数，xt为下限，c为上限，xt

2 结果与分析

2.1 气象因子分析

2.1.1 气象因子统计分析 对57个浓香型产区成熟期>30 ℃高温天数(F1)、成熟期日均温(F2)、成熟期>20 ℃积温(F3)、成熟期昼夜温差(F4)、成熟期光照时数(F5)5个气象因子统计分析，结果如表2所示。成熟期>30 ℃高温天数最小值位于山东青岛胶南和陕西延安富县，最大值位于河南南阳唐河和河南驻马店遂平，该指标的变异系数相对是最大的。成熟期日均温最小值出现在陕西商洛洛南，最大值出现在河南驻马店确山，该指标的变异系数相对是最小的。成熟期>20 ℃积温最小值出现在陕西商洛洛南，最大值出现在广西贺州富川，该指标的变异系数相对较大。成熟期昼夜温差最小值出现在广西贺州富川，最大值出现在陕西延安富县，该指标的变异系数相对较小。成熟期光照时数最小值出现在江西赣州信丰，最大值出现在陕西延安富县，该指标的变异系数相对中等。

2.1.2 气象因子空间分布特征分析 以57个浓香型产烟县的气象因子数据为控制点，采用GIS空间插值法，分析浓香型产区气象因子空间分布特征。图1～图5分别为 “成熟期>30 ℃高温天数”、 “成熟期>20 ℃积温”、“成熟期日均温”、“成熟期昼夜温差”和“成熟期光照时数”5个指标的空间分布趋势图，每一个指标都划分了5个值域区间。从各气象因子的空间分布特征看，各因子的分值分布基本符合纬度地带性和海陆热力差异规律，气温指标均呈东南向西北的递减趋势，昼夜温差和光照时数指标则正好相反。

表2 浓香型产区气象因子统计表Table 2 Statistic of meteorological factors in producing areas of strong-flavor type tobacco

2.2 浓香型显示度分析

对57个浓香型典型产区县烟叶样品浓香型显示度数据进行统计分析，最小值为2.2，出现在陕西延安富县，最大值为4，出现在河南平顶山宝丰县，平均值为3.5，变异系数为10.2%。从浓香型显示度分布图(图6)可以看出，豫中南、皖南、湘东南、粤西北和赣南等地的浓香型显示度较高，豫西、陕西和山东等地的浓香型显示度较低。

2.3 影响浓香型显示度的关键气象因子筛选

利用SPSS19.0软件，分析气候因子与浓香型显示度相关性，结果如表3所示。浓香型显示度与成熟期>30 ℃高温天数、成熟期日均温、成熟期>20 ℃积温、成熟期昼夜温差和成熟期光照时数5个气候因子呈极显著相关水平，其中与前3个指标呈正相关，与后2个指标呈负相关，与成熟期>30 ℃高温天数相关性最强。

图1 成熟期>30 ℃高温天数分布图Fig.1 Distribution of the number of days with high temperature >30 ℃during mature period

图2 成熟期日均温分布图Fig.2 Distribution of mean daily temperature during mature period

图3 成熟期>20 ℃积温分布图Fig.3 Distribution of active accumulated temperature >20 ℃ during mature period

图4 成熟期昼夜温差分布图Fig.4 Distribution of day and night temperature difference during mature

图5 成熟期光照时数分布图Fig.5 Distribution of sunlight hours during mature period

图6 浓香型显示度分布图Fig.6 Distribution of the intensity of robust flavor style

指标IndicatorsF1F2F3F4F5SDF11F20.833**1F30.782**0.825**1F4-0.429**-0.567**-0.512**1F5-0.492**-0.469**-0.1450.457**1SD0.836**0.772**0.617**-0.499**-0.615**1

5个气候因子之间，除成熟期>20 ℃积温与成熟期光照时数2个指标外，成熟期>30 ℃高温天数、成熟期日均温和成熟期昼夜温差3个指标之间两两均呈现出极显著相关水平。因此，浓香型显示度与5个气候因子之间的相关关系中，夹杂了其他变量带来的影响，使得相关系数不能真实反映浓香型显示度与5个气候因子的线性相关程度，可以进一步利用偏相关分析，分析它们之间的净相关系数。

利用SPSS19.0软件，分别计算浓香型显示度与5个气象因子的偏相关系数，结果如表4所示。从偏相关系数可以看出，浓香型显示度与成熟期>30 ℃高温天数和成熟期光照时数这2个生态因子达到极显著相关水平，与成熟期>20 ℃积温达到显著相关水平，与成熟期日均温相关性也较显著。浓香型显示度与成熟期>30 ℃高温天数和成熟期日均温2个指标呈正相关，与成熟期>20 ℃积温、成熟期昼夜温差和成熟期光照时数3个指标呈负相关。

表4 浓香型显示度与气象因子偏相关系数表Table 4 Biased relation coefficient of between the intensity of robust flavor style and meteorological factors

通过偏相关分析可以看出，在控制其他相关变量后，浓香型显示度主要与成熟期>30 ℃高温天数、成熟期光照时数和成熟期>20 ℃积温3个指标有很强的相关性，与成熟期昼夜温差相关性不大，与成熟期日均温的相关显著性虽然大于5%，但是根据专家经验，成熟期日均温对烤烟浓香型彰显程度的影响还是很大的。因此选取了成熟期>30 ℃高温天数、成熟期日均温、成熟期>20 ℃积温和成熟期光照时数4个因子进行浓香型显示度适宜性评价。

以筛选出的气象生态因子指标值和浓香型显示度标准化值为隶属函数建模样本数据，利用SPSS的非线性回归功能，建立气象生态因子对浓香型显示度的隶属函数，各评价因子的隶属函数类型及拐点如表5所示。

表5 评价因子的隶属函数类型及拐点Table 5 The type and inflexion of membership function of evaluation factors

2.4 指标权重的确定

以选中的4个气象因子的隶属度为自变量，以浓香型显示度为因变量，利用SPSS19.0软件，进行多元回归分析，以4个气象因子的回归系数为基础，确定4个气象因子的指标权重，结果如表6所示。从表6可以看出，成熟期>30 ℃高温天数和成熟期光照时数权重较大，成熟期>20 ℃积温权重较小。

表6 气象生态因子分区评价指标权重表Table 6 BIndex weight of meteorological factors partition evaluation

2.5 气候适宜性分区与验证

浓香型产区气候适宜性评价是区域性的，而非57个典型点。利用ArcGIS系统的地图代数运算功能，首先对图1、图2、图3和图5进行隶属度计算，然后利用多因素加权综合法计算研究区的气候适宜性综合分值，最后利用自然断点法对综合分值进行分级，根据分值直方图特点，共划分3个级别。1级适宜区[0.7,0.83]，占整个研究区面积的62.54%；2级适宜区[0.54,0.69]，占研究区面积的13.54%；3级适宜区[0.35,0.53]，占研究区面积的23.92%，结果如图7所示。从图7中可以看出，针对于浓香型显示度的气候适宜性呈现出南高北低的整体趋势。1级适宜区面积所占比例最大，气候条件非常适宜，该区域的浓香型显示度在3.3～4，是浓香型烟叶的主产区。2级适宜区面积所占比例最小，气候条件较为适宜，分布于1级适宜区边缘地带，浓香型显示度范围在2.9～3.8，浓香型特色不突出。3级适宜区面积所占比例居中，主要分布在中纬度地区，气温和光照相比稍微偏低，浓香型显示度范围在2.2～3.2，烟叶香型偏向于中间香型。从空间规律上看，针对浓香型显示度的气候适宜性评价结果呈现南高北低的趋势，与烟叶成熟期气温的分布规律基本一致。

图7 浓香型产区气候适宜性分区图Fig.7 The partition map of meteorological suitability in producing areas of strong-flavor type

根据各适宜区的实际浓香型显示度，分析各级别适宜区的差异性，如表7所示。表7中区间与区内的均方比值(F值)为334.696，且显著性为0.000，表明同一级别的适宜区内浓香型显示度相似性较强，而不同级别之间的适宜区浓香型显示度差异性较强，可以说明本研究的分区结果是合理的，分区结果如表8所示。

表7 香型显示度ANOVA分析表Table 7 ANOVA analysis of the intensity of robust flavor style

表8 浓香型烟区气候适宜性等级划分表Table 8 Levels division of climate suitability for robust flavor style of flue-cured tobacco

3 结论与讨论

气候条件不仅是影响烤烟生产的重要生态因素之一[9]，而且对烤烟的品质和风格的影响也很大[4,6]。李湘伟等[18]表明还苗和伸根期降水量和成熟期降水量是南平烤烟种植的主要限制因子，南平烤烟生态适宜性呈现由东南到西北从高到低的趋势并划分了3个适宜性区域，未对烤烟成熟期气候条件进一步的单独研究。张云贵等[7]分析了气候因子对烤烟的风格的影响，划分了全国香型分区图，明确了全国烤烟浓香型、中间香和清香型3种香型的分布区域，缺少对浓香型的细化研究。本研究以烤烟成熟期为研究周期，基于浓香型产区内变异性相对较小，而与清香型、中间香有显著性差异2个标准，研究目的是筛选影响浓香型烤烟种植分布的决定气象因子，对存在差异性的全国浓香型烟区再次细分适宜性等级，结论如下：

(1)本研究筛选了与浓香型烟叶风格有密切相关的气候因子，建立了浓香型烟叶生态评价模型，为优化浓香型产区确定出成熟期日均温、成熟期>30 ℃高温天数、成熟期20 ℃积温等指标较高，成熟期昼夜温差较小等是浓香型产区的共同特征，针对不同浓香型烟区间存在有一定的显著差异，是决定香型类别划分的重要指标。由此可以看出，成熟期高温条件是浓香型烟叶风格形成的决定因素。相关研究表明，在满足成熟期高温的条件下，光照时数较长，光照充足可以使烟叶的浓香型风格得到强化。

(2)在进行气候适宜性评价时，评价指标的选择应尽可能独立，使得指标之间不具有替代性，因此根据浓香型显示度与5个气候生态因子偏相关性分析，筛选了成熟期>30 ℃高温天数、成熟期光照时数、成熟期>20 ℃积温和成熟期日均温等4个评价指标，评价浓香型显示度的气候适宜性分区。

(3)本研究采用模糊评价法对浓香型烟区进行候适宜性评价，划分浓香型显示度的空间分布，根据综合分值共划分了3级适宜区。3个级别的适宜区的划分只是一个聚类的结果，同一级别的适宜区内仍然存在着差异性，这种差异性仍需进一步研究。

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Studyonclimatesuitabilitydivisionfortheintensityofrobustflavorstyleofflue-curedtobaccoinmaturestage

GUO Ruirui1, CHEN Weiqiang1, SHI Hongzhi2, MA Yuehong1

(1.College of Resources and Environment, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002,China; 2.College of Tobacco Science, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002,China)

Taking 28 strong-flavor type tobacco producing cities in 8 provinces as the object and biased related analysis, regression analysis, and fuzzy assessment as methods, reseach was carried out on factor analysis and climate suitability division between meteorological factors and the intensity of robust flavor style.By interpolation analysis, five meteorological factors in the spatial distribution of the strong-flavor type region were described.Through biased related analysis, four critical meteorological indexes were obtained as follows, the number of days with a highest temperature more than 30 ℃, mean daily temperature, active accumulated temperature ≥20 ℃(AAT20), and sunlight hours during the mature period. Using the method of fuzzy assessment, meteorological suitability were divided into three levels. The first level zone is distributed mainly in southern Henan and Jiangxi Provinces， central Henan Province, southeast of Anhui and Hunan Provinces, northern Guangdong Province, and northeast of Guangxi Zhuang Autonomous Region. The third level zone is mainly distributed in Shaanxi, west of Henan and Shandong provinces. The second zone is distributed in the edge of the first zone.

intensity of robust flavor style; climate suitability assessment; biased related analysis; regression analysis; fuzzy assessment

2016-10-28

浓香型特色优质烟叶开发项目(110201101001(TS-01)

郭蕊蕊(1989-)，女，河南开封人，硕士研究生，主要从事土地信息系统方面的研究。

陈伟强(1975-)，男，河南安阳人，副教授，博士，硕士生导师。

1000-2340(2017)04-0572-08

S572

A

(责任编辑：朱秀英)