湘西北地区雪茄烟种植气候适宜性评价

2024-01-15郭世杰王会青汪薇田金艳戴曦王振华

安徽农业科学 2024年1期

郭世杰王会青汪薇田金艳戴曦王振华

摘要为了明确湘西北地区雪茄烟种植气候适宜性，以7个县1991—2020年的气候观测数据为基础资料，选取10项关键气候因子，运用模糊数学隶属函数和主成分分析法对湘西北地区的气候适宜性进行综合评价。结果表明，湘西北地区种植雪茄烟的气候适宜性由高到低依次为慈利县、麻阳县、靖州县、龙山县、凤凰县、桑植县、永顺县。湘西北各县均存在5月初—6月初降雨量和7月初—8月底降雨量偏多、5月初—8月底日照时数偏低的情况，这是雪茄烟生产种植的障碍因子。

关键词雪茄烟；气候适宜性；温度；降雨量；湿度；日照时数；湘西北地区

中图分类号 S162 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2024）01-0207-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.01.046

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Climate Suitability Evaluation of Cigar Tobacco Planting in the North of Western Hunan

GUO Shi-jie1，WANG Hui-qing2，WANG Wei1 et al

（1.Hunan Tobacco Company，Zhangjiajie City Company， Zhangjiajie， Hunan 427000;2. Key Laboratory of Tobacco Cultivation in the Tobacco Industry， Henan Agricultural University， Zhengzhou， Henan 450002）

Abstract In order to clarify the climatic suitability of cigar tobacco planting in the North of Western Hunan， 10 key climatic factors were selected based on the climatic observation data of seven counties from 1991 to 2020， and the climatic suitability in the North of Western Hunan was comprehensively evaluated by using fuzzy mathematics membership function and principal component analysis. The results showed that the climatic suitability of planting cigar tobacco in the North of Western Hunan from high to low was Cili County， Mayang County， Jingzhou County， Longshan County， Fenghuang County， Sangzhi County and Yongshun County.The rainfall from early May to early June， the rainfall from early July to the end of August were high and the sunshine hours from early May to the end of August were low in all counties of the North of Western Hunan， which were the obstacle factors for the production and planting of cigar tobacco.

Key words Cigar tobacco;Climate suitability;Temperature;Rainfall;Humidity;Sunshine hour;North of western Hunan

基金项目湖南省烟草公司张家界市公司科技计划项目（HN2020KJ09）。

作者简介郭世杰（1988—），男，河南襄城人，助理农艺师，从事雪茄烟生产研究。

*通信作者，高级农艺师，从事烟叶生产技术推广工作。

收稿日期 2023-02-05

雪茄是一种特殊的烟草制品，具有劲头大、香气醇厚丰满、吃味香苦透甜等特点［1］。近年来，中国雪茄产销量快速增长，中式雪茄具有巨大的发展潜力［2］。随着消费市场的快速增长，对雪茄烟原料的需求不断增加，但国内雪茄烟种植起步较晚，种植范围和规模较小，优质雪茄烟叶原料的有效供给成为目前中国雪茄产业发展的“卡脖子”因素。

雪茄烟叶质量的好坏是多种因素共同作用的结果［3-4］，其中气候因子是重要的影响因素之一，适宜的气候条件是优质雪茄烟叶生产的生态基础［5］。秦艳青等［6］探讨国外著名优质雪茄烟叶产区的气候条件指出，优质雪茄茄衣的生产依赖于适宜的温度、相对湿度、光照和降雨量。对古巴优质雪茄烟叶种植区Pinar del Rio省而言，大田期气温呈上升趋势，月降雨量均稳定在90 mm以下有利于雪茄烟叶的生产［7］。张谊寒等［8］研究了古巴哈瓦那及云南的多个气候因子，认为大田生长期月平均温度27.2 ℃、月相对湿度77.8%、月降雨量128.98 mm有利于优质茄衣的生長。此外，调制期间适宜的温湿度条件也能提升调制后烟叶的外观质量和感官品质［9］。近年来，关于烟叶种植的气候适宜性评价多集中在烤烟上［10-13］，对雪茄烟种植的气候适宜性评价较少。该研究以湘西北7个县的关键气候因子为研究对象，通过模糊数学隶属函数和主成分分析的方法对其进行雪茄烟叶种植的气候适宜性评价，旨在为湘西北地区雪茄烟的引种试种、合理区划以及配套生产技术提供理论依据。

1 资料与方法

1.1 资料来源

湘西北各县的气候资料由湖南省气象局提供，基础气候资料包括桑植县、慈利县、龙山县、永顺县、凤凰县、麻阳苗族自治县和靖州苗族侗族自治县7个县1991—2020年的逐日气温、降雨量、相对湿度、日照时数等气候指标。根据所提供的气候资料、专家经验和试种情况，并结合当地的生产实际，计算出相对应的气候因子数值。

1.2 评价指标因子的选择

该研究通过查阅相关文献［14-15］并结合专家意见确定了10项指标作为参评因子，详见表1。

1.3 气候适宜性评价方法

1.3.1 参评指标权重的确定。

每个气候因子对气候适宜性的影响程度各异，在计算气候适宜性指数的过程中，根据各参评指标的重要程度分别赋予不同的权重。该研究采用主成分分析法来确定权重。

1.3.2 参评指标隶属度的计算。

各参评指标的隶属度利用模糊数学隶属函数的方法来计算。根据隶属函数类型的选用原则［16］，确定各因子的函数形式，除S5-8函数形式为升梯型外，其余9个指标均为抛物线型。升梯型和抛物线型的函数表达式如公式（1）和公式（2），由此计算出各县各参评指标的隶属度。

升梯型隶属函数：

f（x）=1x>x4

0.9×x-x1x4-x1+0.1x1<x<x4

0.1x<x1

（1）

其中，x1为下限，x4为上限，且x1＜x4。

拋物线型隶属函数：

f（x）=1x2<x<x3

0.9×x-x1x2-x1+0.1x1<x<x2

0.9×x4-xx4-x3+0.1x3<x<x4

0.1x<x1，x>x4（2）

其中，x1为下限，x2为最优下限，x3为最优上限，x4为上限，且x1＜x2＜x3＜x4。对应拐点值通过查阅文献［10，15，17］并结合专家建议确定，如表2所示。

1.3.3 气候适宜性指数的确定。

利用主成分分析法得出的各参评指标的权重和模糊数学隶属函数的方法得出的隶属度分别求出各县的气候适宜性指数CFI（climate feasibility index），公式可表示为：

CFI=10i=1（Wi×Ni）（3）

其中：每个县各有10个参评指标，i的取值为1，2，3，…，10；Wi表示第i个指标的权重，10i=1Wi=1；Ni表示第i个指标的隶属度，且满足0.1≤Ni≤1.0。

2 结果与分析

2.1 湘西北关键气候因子概况

从表3可以看出，在湘西北的10个关键气候指标中，R5-6、R6-7和R7-8的变异系数明显较高，分别为35.23%、51.95%和52.29%；S5-8的变异系数相对较高，为16.78%；T5-6、T6-7、T7-8、RH5-8、T8-9、RH8-9的变异系数相对较小，均在6.00%以下。从偏度看，R6-7呈右偏态分布和RH5-8呈左偏态分布外，其余指标偏度均在-1～1，基本符合正态分布。

2.2 湘西北各县关键气候因子分析

2.2.1 温度和降雨量。

从图1可以看出，湘西北7个县的日平均气温均呈现T5-6相对较低、T6-7居中、T7-8相对较高的规律。7个县的T5-6、T6-7和T7-8差异明显，慈利县、麻阳县和靖州县T5-6相对较高，均在22 ℃以上，桑植县、龙山县、永顺县和凤凰县相对较低；雪茄烟适宜生长的伸根期温度为18～28 ℃，湘西北各县均处于适宜范围内。慈利县T6-7达到了26 ℃，显著高于桑植县、龙山县、永顺县、凤凰县和靖州县；雪茄烟适宜生长的旺长期温度为25～30 ℃，湘西北各县处于适宜范围内或接近最适宜温度。慈利县和麻阳县T7-8在28 ℃左右，显著高于桑植县、龙山县、永顺县、凤凰县和靖州县；雪茄烟适宜生长的成熟期温度为25～30 ℃，湘西北各县均处于雪茄烟生长的适宜范围。

从图2可以看出，湘西北7个县均呈现R5-6和R6-7相对较少、R7-8相对较多的规律。湘西北各县R5-6集中在170～230 mm，7个县之间均不存在显著差异；各县R6-7集中在220～250 mm，7个县之间均不存在显著差异；桑植县R7-8相对较高，达到了390 mm，显著高于麻阳县和靖州县，其他县之间均不存在显著差异。雪茄烟适宜生长的降雨量为伸根期80～100 mm、旺长期100～200 mm、成熟期80～120 mm，湘西北各县的降雨量明显偏多，不利于雪茄烟的种植生产。

2.2.2 5月初—8月底日照时数和相对湿度。

从图3可以看出，湘西北7个县5月初—8月底日照时数（S5-8）由高到低依次为麻阳县、慈利县、凤凰县、靖州县、永顺县、龙山县、桑植县，其中桑植县S5-8为500 h左右，显著低于其余6个县，且其余6个县之间不存在显著差异。一般来说，优质烟叶的生产所需要的大田期日照时数需达到800 h，湘西北7个县S5-8普遍偏低，集中在500～610 h。

从图4可以看出，湘西北7个县5月初—8月底平均相对湿度（RH5-8）由高到低依次为凤凰县、靖州县、永顺县、桑植县、麻阳县、龙山县、慈利县。其中凤凰县、靖州县、永顺县均在80%以上，显著高于龙山县和慈利县。桑植县、麻阳县与慈利县存在显著差异，其余县之间不存在显著差异。在大田生长期，平均相对湿度保持在70%～80%有利于烟叶的生长发育，湘西北7个县的RH5-8在76%～82%，麻阳县、龙山县和慈利县在适宜范围内，对雪茄烟叶的生长发育较为有利。

2.2.3 8月初—9月底温湿度。

从图5可以看出，湘西北7个县8月初—9月底日平均气温（T8-9）由高到低依次为慈利县、麻阳县、永顺县、靖州县、凤凰县、桑植县、龙山县。慈利县和麻阳县T8-9超过26 ℃，显著高于永顺县、靖州县、凤凰县、桑植县和龙山县；其余县之间不存在显著差异。在调制期，外部环境温度保持在25～28 ℃最为适宜，湘西北7个县T8-9在24～27 ℃，其中慈利县和麻阳县的温度最有利于雪茄烟叶的调制。

从图6可以看出，湘西北7个县8月初—9月底平均相对湿度（RH8-9）由高到低依次为靖州县、凤凰县、永顺县、桑植县、龙山县、麻阳县、慈利县。其中，靖州县达到了81%，显著高于龙山县、麻陽县和慈利县；凤凰县显著高于麻阳县和慈利县，桑植县、永顺县和龙山县显著高于慈利县，其余县之间不存在显著差异。在调制期，外部环境的湿度保持在70%～80%最有利于雪茄烟叶的调制，湘西北7个县RH8-9在74%～81%，除靖州县的湿度略高于最适宜湿度外，其余6个县均处于最适宜范围内，可满足雪茄烟叶的调制需求。

2.3 湘西北各县气候适宜性评价

权重表示各指标对气候适宜性的贡献程度，权重越高，表明其对适宜性指数的影响越大。由表4可知，相同指标在不同县的权重不同，慈利县对气候适宜性贡献最高的是S5-8、RH5-8（0.116 9），最低的是R6-7（0.066 4）；桑植县最高的是RH5-8（0.134 9），最低的是T6-7（0.062 4）；龙山县最高的是R7-8（0.132 2），最低的是R6-7（0.076 1）；永顺县最高的是R5-6（0.124 6），最低的是T5-6（0.079 2）；凤凰县最高的是RH8-9（0.122 3），最低的是T7-8（0.088 5）；麻阳县最高的是S5-8（0.123 8），最低的是T6-7（0.080 4）；靖州县最高的是T7-8（0.131 6），最低的是R6-7（0.079 3）。

隶属度表示各气候指标数值与最优值的符合程度。隶属度越高，表明该指标越适宜雪茄烟的生长，反之，则为雪茄烟生长的限制因子。由表4可见，湘西北各县T5-6、T7-8的隶属度均为1.0，是雪茄烟种植的优势条件。各县T6-7、RH5-8、T8-9、RH8-9的隶属度都在0.9以上，其中慈利县、麻阳县和靖州县的T6-7，慈利县、龙山县和麻阳县的RH5-8，慈利县和麻阳县的T8-9，除靖州县外6个县的RH8-9均达到了1.0，能较好地适应雪茄烟的生长。隶属度明显较低的是各县的R5-6和R7-8，隶属度均在0.4以下，其中除慈利县和龙山县外其余5个县的R5-6，除凤凰县、麻阳县和靖州县外其余4个县的R7-8低至0.1，为雪茄烟种植的不利因素。各县S5-8隶属度集中在0.3～0.6，不利于雪茄烟的优质生长。各县R6-7的隶属度集中在0.6～0.8，雪茄烟生长的适宜性较差。

湘西北各县气候适宜性指数如图7所示，其值越高，表明该县气候条件越适宜雪茄烟的生长。由图7可知，湘西北各县的气候适宜性指数集中在0.708 5～0.781 5，最低值为永顺县，最高值为慈利县。7个县气候适宜性的综合表现从高到低依次为慈利县、麻阳县、靖州县、龙山县、凤凰县、桑植县、永顺县。

3 讨论

烟叶质量主要是在田间环境的影响下形成的，不同的生态条件会导致烟叶的产量和品质之间存在明显差异［18］。气候条件是影响雪茄烟叶生产的主要生态因素之一，特色烟叶的形成与大田生长各时期的温度、降雨量等有很大关系［19］，且相对于土壤条件来讲，其对烟叶品质的影响不仅更为显著［20］，而且具有更多变和人为调整难度更大的特点，因此，气候适宜性评价尤为重要。对湘西北各县进行雪茄烟种植的气候适宜性分析，明确各县的气候适宜性程度，为雪茄烟的引种与合理区划提供依据；分析各县的优势因子和限制因子，提出解决对策，为雪茄烟叶的优质生产奠定基础。

烟叶的生长需要温暖的气候条件，各生育期均温会影响叶内的化学成分含量［21］，且旺长期对烟草物质代谢影响最大［22］。烟株前期生长的温度可略低于最适温度，有助于烟株稳健生长，后期可略高于最适温度，有助于积累更多的有机物质［17］。湘西北属中亚热带季风湿润气候，具有明显的大陆性气候特征。烟株生育期内受夏季风控制，降水充沛，气候温暖湿润，光热水基本同季，同时武陵山脉斜贯全境，植被覆盖率高，空气洁净，气候类型多样，较为适合烟叶大田生长，尤其是茄衣大田生长。湘西北慈利县、桑植县等7个县在5月初—8月底的温度均呈上升趋势，与国外优质雪茄烟种植区的变化趋势相同［7］。各县的T5-6、T6-7、T7-8均处于雪茄烟适宜生长的范围内或接近适宜值，能较好地满足雪茄烟正常生长的需求。

烟株生长必须靠水分来维持，烟草的产质量与大田期间的降雨量以及分布情况有直接关系，烟叶内总糖含量、总氮含量、烟碱含量以及钾氯比与降雨量密切相关［23］。湘西北慈利县、桑植县等7个县的R5-6、R6-7和R7-8均比雪茄烟适宜生长的降雨量多，尤其是R7-8最为明显，高达最适降雨量的2～3倍。伸根期降雨量偏多，会导致根系发育不良，影响烟株中后期的生长发育；成熟期降雨量偏多，烟株不仅更容易感染病害，而且品质会明显下降［24］。由此可见，湘西北各县的降雨量偏多是优质雪茄烟叶生产的限制因子。因此，在湘西北雪茄烟种植中应注重烟株根系培育，在大田生产中充分做好排水措施，高起垄，深栽烟，在多雨季节要注意及时清理沟渠，防止积水，并做好烟株根茎类、叶斑类病害的防治工作。

日照是烟叶光合作用合成糖类和其他有机物质的必要条件，研究表明，在一定范围内，叶内有机物的合成积累与日照时数成正比，适当增加各生育期日照时数有利于改善烟叶的感官品质［25］；日照时数减少，叶内还原糖和总氮含量显著下降且香气质、香气量降低，不利于提高烟叶的香气品质［26］。慈利县、桑植县等7个县的日照时数普遍较低，不利于生产身份厚、烟气浓度大、香气浓郁的茄芯烟叶，可偏重生产优质茄衣烟叶、茄套烟叶和助燃吃味型茄芯烟叶。在大田生长期间，适宜的湿度环境有利于优质烟叶的生长，湘西北各县的湿度条件与雪茄烟适宜生长的湿度范围相差不大，尤其对雪茄茄衣烟叶的生长发育较为有利。

雪茄烟叶调制一般为晾制，是指采收后的烟叶在自然或人为调控条件下，逐渐失水干燥、化学组分逐渐发生变化的过程，是雪茄烟叶外观质量及内在品质形成的重要过程［27］。雪茄烟叶在不同的晾制阶段对环境的温湿度需求不同。卢绍浩等［28］研究表明，合理调控温湿度，有利于促进烟叶内含物质的转化，提高烟叶的可用性。在雪茄烟叶晾制期间外部环境的温湿度极为重要，它对晾房建造的配套设施以及晾制后雪茄烟叶的品质产生较大影响。在晾制期间，外部日均温度稳定在28 ℃左右，相对湿度稳定在70%～80%有利于雪茄烟叶优良的外观品质和感官品质形成。湘西北慈利县、桑植县等7个县T8-9和RH8-9均在适宜范围内或接近最优值，与雪茄烟调制期间所需环境温湿度基本吻合，为湘西北雪茄烟生产的优势因子。

该研究中所涉及的7个县的气候适宜性指数差异不大，可能与其地理位置较近、大区域气候指标数值相似有关。同一县的气候会因地形地貌波动而产生变化。该试验仅研究了各个县的温度、降雨量、湿度、日照时数等指标，关于地形地貌对局部气温、水分、日照的影响还有待进一步研究。

4 结论

5月初—6月初日平均气温、6月初—7月初日平均气温、7月初—8月底日平均气温、5月初—8月底相对湿度、8月初—9月底日平均气温和相对湿度是湘西北雪茄烟种植的优势条件，该地区种植雪茄烟最大的障碍因子是5月初—6月初降雨量和7月初—8月底降雨量，其次是5月初—8月底日照时数。湘西北各县雪茄烟种植的气候适宜性从高到低依次为慈利县、麻阳县、靖州县、龙山县、凤凰县、桑植县、永顺县。该研究明确了湘西北7个县雪茄烟种植的气候适宜性并对其中的障碍因子提出了解决对策，为该地区雪茄烟的引种试种与合理区划提供技术参考。

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