重庆烟区烤烟生态环境与颜色变化的典型相关分析

陈益银,邱坤,张建鹿,李钠钾,杨红柯,付小红,秦平伟

(1.中国烟草总公司 重庆市公司,重庆,400023;2.贵州省黔东南州烟草公司,贵州 凯里,556000;3.河南省周口市烟草公司 鹿邑县分公司,河南 鹿邑,477200)

重庆烟区作为重要的卷烟原料基地,因此配伍性好的特点受到广大卷烟企业的好评,尤其是是近年来,随着“渝金香”烟叶品牌的不断发展,重庆烟叶在卷烟中的地位不断提高[1–5],然而由于重庆全境以山地为主,生态环境复杂多变,尤其是对上部叶的生长产生了一定程度的影响[6–9];而颜色作为事物最直接有效的表观特征之一,是烟草大田生产以及加工过程中的重要依据[10–12],因此研究烤烟大田生长过程中生态环境与颜色变化的关系非常有必要。为此就烤烟的生态环境和颜色国内学者进行了大量的研究[13–17],赖平等[18]研究了生态环境对烤烟质量风格形成的音响,结果表明温度、水分、光照、土壤、海拔与烤烟质量风格形成关系密切;汪璇等[19]对山地烟的生态适宜性进行分析结果表明,黔江烤烟种植生态最适宜面积约占评价总面积的27.03%,适宜和次适宜面积约占全区总面积40.18%;路晓崇等[20]为了解烟叶颜色特征对感官质量的影响,构建的BP神经网络预测模型进行分析,结果表明拟合效果较好在烟叶质量评估中可利用烟叶的颜色特征值对烟叶的感官质量进行预测评价;张军刚等[21]对烤烟成熟过程中鲜烟颜色值与色素含量进行了分析,结果表明熟过程中烤烟叶片颜色值与色素含量关系密切,叶片颜色值变化可以指示烟叶各色素含量的变化,可以将色差计作为判断烟叶成熟度的辅助工具。

然而目前关于烤烟大田生育期的生态环境与颜色变化的研究鲜见报道,因此对不同部位烤烟生育期内生态环境对颜色的影响研究,以进一步推进烟草现代农业,提高烟叶质量,降低经济损失,为烟草精益生产的实现提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2018年在重庆市彭水县润溪乡开展,供试烤烟品种为云烟87,试验以烤烟的中部叶与上部叶为对象,烤烟产区海拔1 200 m以上。大田光照强度由远方Z-10智能照度计测得,大田气温、日降雨量、相对湿度以及光照时数等数据由中国天气网获取;颜色参数的测量采用定株定叶片全程跟踪时测量的方式进行,色差的测量采用爱色丽MA-T 6/12色差计。

1.2 试验方法

试验自烤烟中部叶与上部叶出现时开始监测大田环境,直到烤烟成熟采收为止,对所采集的环境数据进行整理,分别获得不同部位烤烟大田生育期内的最高气温、最低气温、昼夜温差、光照强度、光照时数与相对湿度等环境参数;并自中部叶与上部叶有效叶片形成之日起,每隔5 d对不同部位烟叶的L*、a*、b*、C*以及H*等的颜色参数进行测量。

1.3 数据处理

试验数据采用Excel 2010进行图像绘制,为了方便研究将采集该叶龄前5 d的生态环境参数的均值作为该叶龄所对应的环境参数,采用SPSS 22对烤烟生育期内每日的最高气温(x1)、最低气温(x2)、昼夜温差(x3)、平均气温(x4)、光照强度(x5)、光照时数(x6)、相对湿度(x7)以及日降雨量(x8)的环境参数与L*(y1)、a*(y2)、b*(y3)、C*(y4)以及H*(y5)等颜色参数进行典型相关分析。

2 结果与分析

2.1 不同部位烤烟生育期生态环境分析

图1为不同部位烤烟的生育期内的气温变化,由图1可知烤烟生长过程中最高气温、最低气温以及平均气温均大体表现为先增加后降低的规律,且生育期内中部叶生长的最高气温绝大数时间保持在30℃以上,最低气温保持在23℃左右,平均气温保持在30℃左右;上部叶生育期内除成熟期(生育期最后15 d左右)较低外,最高气温多数保持在35℃以上,最低气温保持在23℃左右,平均气温保持在32℃左右。中部叶生育期的昼夜温差基本保持在10℃左右,上部叶的昼夜稳差呈下降趋势。

中部叶生育期的降雨量在叶龄15 d后除个别时段有较大降雨量外多数保持在较低水平,上部叶生育期的降雨量在叶龄60 d之前除个别时段保持在较低水平,在成熟期降雨量较多。不同部位烤烟相对湿度的变化表现为先降后升的趋势,多数在80%左右浮动。光照强度与光照时数大体表现为先增加后降低的趋势,但上部叶成熟期的下降幅度明显高于中部叶,且光照强度多数保持在80 000 Lux以上,光照时数多数保持在6 h以上,就不同部位烟叶生长发育而言,各叶龄时期,误差均保持在较高水平,表明生育期内大田环境的变化幅度较大。

图1 不同部位烤烟的生育期内的气温变化

2.2 不同部位烤烟生育期内颜色变化

图2为烤烟大田生育期不同部位烟叶颜色变化,由图2可知,烤烟在生育期内亮度(L*)不断增加,且成熟采收期中部叶的亮度明显高于上部叶;而a*均表现为先降低后增加的趋势,a*表示从绿色至洋红色的范围,越高烟叶的绿色程度越小,其中中部叶在成熟期有较低幅度的升高,上部叶在采收时有较高幅度的升高,表明成熟采收时中部叶的绿色要重于上部叶;b*值表现为逐渐增加的趋势,b*表示从蓝色至黄色的范围,其中中部叶在成熟期明显高低上部叶,表明上部叶在采收时黄色程度要重于中部叶;C*为颜色的饱和度,值越大颜色的浓度越大,不同部位烤烟在生育期内的饱和度随着叶龄的增加逐渐增加,且在生长的中后期中部叶颜色的饱和度要高于上部叶;H*代表了颜色的色相,色相主要反映人眼对某种颜色产生的感觉,值越大则此种颜色的纯度越高,不同部位烤烟生育期内色相基本保持在1.2左右,可知烟叶在生长发育过程中颜色变化比较均匀一致。

图2 烤烟大田生育期不同部位烟叶颜色变化

2.3 烤烟大田生育期生态环境与颜色变化的典型相关分析

为了进一步分析烟叶生长过程中生态环境对颜色体系的综合影响,采用典型相关分析对烟叶的生态环境和颜色进行分析(见表1),结果表明有2组典型相关变量关系达到了显著或极显著水平,其中第1组典型变量的相关系数为0.952,达到极显著水平,得典型变量为u1=-0.687x1-0.692x2＋0.118x3＋0.609x4＋0.305x5-0.341x6＋0.869x7-0.796x8;v1=-0.648y1＋0.263y2-0.690y3＋0.369y4+0.782y5, 在典型变量(u1,v1)中,u1代表了烤烟生态环境的综合性状,由u1与原始数据的相关系数可知,u1与烤烟大田生育期生态环境中的最高气温(x1)、最低气温(x2)、平均气温(x3)存在较高的负相关,相关系数分别为–0.799、–0.843以及–0.815,因此u1可以描述为烤烟大田生育期生态环境中的气温的变化,即随着气温的升高u1呈降低趋势。再者v1与a*(y2)之间存在较高的正相关,相关系数为0.815,因此v1可以理解为主要描述了烤烟大田生育期a*的变化综合性状,即随着绿色的不断降低呈现的降低的趋势。这一线性组合说明了大田生育期温度对烤烟的绿色有非常大的影响,气温越高烟叶的绿色越少,换言之大田生长中,气温越高,烟叶绿色越浅,在成熟期叶绿素的降解速率越高,烟叶的成熟越早。

第2组典型变量的相关系数为0.814,达到显著水平,得典型变量为u2=-1.409x1＋0.959x2＋0.898x3-0.033x4-0.294x5-0.224x6-0.261x7-176x8;v2=-0.150y1-0.758y2＋1.413y3-1.711y4-0.055y5, 在典型变量(u2,v2)中,u2代表了烤烟生态环境的综合性状,由u2与原始数据的相关系数可知,u2与烤烟大田生育期生态环境中的降雨(x4)存在较高的负相关,相关系数为-0.704,因此u2可以描述为烤烟大田生育期生态环境中的降雨的变化,即随着降雨量的增加u2呈降低趋势。再者v2与a*(y3)之间存在较高的正相关,典型相关系数为0.741,因此v2可以理解为主要描述了烤烟大田生育期b*的变化综合性状,即随着黄色的不断增加呈现的增加的趋势。这一线性组合说明了大田生育期降雨量对烤烟的黄色有非常大的影响,降雨量越高烟叶的黄色越低,换言之大田生长中,降雨量越低,烟叶黄色越浓,在成熟期叶绿素的降解速率越高,烟叶的成熟越早。

表1 烤烟大田生育期生态环境与颜色变化的典型相关分析

3 结论与讨论

不同部位的烤烟由于叶片发生有早晚,因此不同叶龄期的生态环境存在较大的差异[18],本研究结果表明烤烟生育期内中部叶生长的平均气温保持在30℃左右,昼夜温差大,且降雨量较少,光照充足,尤其是成熟期,光温适宜,降雨较少有利于烤烟大分子物质的降解转化[22],成熟度适宜,采收烟叶的素质一致,烘烤过程中烤烟的变黄与失水协调,烘烤难度系数降低[23],烤后烟的等级多表现为上等烟。而上部叶生育期内平均气温保持在32℃左右,但在成熟期气温较低,昼夜温差小,降雨量大,再者由于太阳向南半球转移,光照强于与光照时数逐渐降低,因此就造成了重庆烟区上部叶前重成熟度普遍较差的问题[23]。再者生育期内大田环境的变化幅度较大,因此在烟草的农事生产中需要充分考虑环境因素,采取相适宜的种植采收技术进行生产,最大程度彰显地方烤烟的风格特色。

颜色不仅烟叶分级中的重要参考[10],而且是成烤烟熟采收的重要判断依据[24],本研究结果表明烤烟在生育期内亮度(L*)不断增加,且成熟采收期中部叶的亮度明显高于上部叶,主要是由于随着烟叶的不断成长,油分不断积累[11],对光线反射量逐渐增加,但上部叶的油分显著低于中部叶[12]。a*均表现为先降低后增加的趋势且成熟采收时中部叶的绿色要重于上部叶;b*值表现为逐渐增加的趋势,且上部叶在采收时黄色程度要重于中部叶;不同部位烤烟在生育期内的饱和度随着叶龄的增加逐渐增加,且在生长的中后期中部叶颜色的饱和度要高于上部叶,但各部位烟叶在生长发育过程中颜色变化比较均匀一致,由于中部叶与上部叶的生态环境以及烘烤过程中变化特性有所差异,且不同部位烟叶采收的标准有一定的差异[25],而上部叶采收的颜色为黄绿色。

典型相关分析表明气温与降雨量的变化低对烤烟颜色的变化有较大程度的影响,气温越高,烟叶绿色越浅,在成熟期叶绿素的降解速率越高,烟叶的成熟越早;降雨量越低,烟叶黄色越浓,在成熟期叶绿素的降解速率越高,烟叶的成熟越早。因此在生产中需要提前移栽期,促进烟苗早生快发,减少成熟后期因气温较低,降雨较多对烟叶成熟采收和质量形成带来的不利影响。