湖南濃香型烤煙生態評價模型與生態因子貢獻率研究

楊紅武，陳 頤，楊虹琦，孫書斌，楊俊興

（湖南農業大學煙草科學與健康重點實驗室，湖南 長沙 410128）

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湖南濃香型烤煙生態評價模型與生態因子貢獻率研究

楊紅武，陳 頤，楊虹琦，孫書斌，楊俊興

（湖南農業大學煙草科學與健康重點實驗室，湖南 長沙 410128）

摘 要：為揭示與湖南典型濃香型烤煙風格特色密切相關的生態因子，以湖南桂陽縣、江華縣和隆回縣氣象資料和土壤樣本為基礎數據，運用逐步多元回歸分析方法，構建湖南濃香型烤煙生態評價模型并分析各生態因子的貢獻率。結果表明，與彰顯湖南典型濃香型烤煙風格特色密切相關的生態因子是伸根期日照時數和空氣相對濕度、旺長期降水量、成熟期均溫以及土壤堿解氮和速效鉀含量；對湖南濃香型烤煙香氣特征貢獻較大的生態因子是伸根期日照時數、旺長期均溫及成熟期空氣相對濕度，并且旺長期均溫對濃香型煙葉香氣量的影響大于香氣質；對以香型彰顯度、焦甜香、焦香、香氣質、香氣量等感官評吸指標為因變量建立的湖南濃香型烤煙生態評價模型進行驗證的結果表明，5個生態評價模型可以較為準確地預判湖南不同產區煙葉的風格特征與典型濃香型煙葉是否存在差距。

關鍵詞：濃香型；生態；評價模型；貢獻率

生態環境是決定烤煙風格特色的主要因素，這一觀點已被國內外眾多試驗研究所證實[1-3]。近年來，針對特色煙葉生態適宜性評價模型的研究逐漸深入，如吳克寧等[4]在生態適宜性評價模型中首次引入模糊綜合評判法；張久權[5]、李錫宏[6]、陳海生[7]、王洪云[8]等分別對山東、湖北、河南、云南等煙區的生態適宜性評價模型進行了分析研究，其結果為當地烤煙種植區提供了有力支撐。湖南是全國最大的濃香型烤煙產區，湖南煙區得天獨厚的生態環境無疑是造就其煙葉“濃香、焦甜、透發、醇厚”風格特色的基礎。然而，由于地理位置和地形地貌的差異對煙區生態環境的影響，導致湖南不同地域生產的濃香型烤煙在風格特征方面呈現出明顯的區域性差異。

為了找出與湖南典型濃香型烤煙風格特色形成密切相關的生態因子，并揭示導致湖南一些生態環境較為接近，但生產的濃香型煙葉風格特征不同的生態原因，研究在對湖南典型濃香型產區氣候及土壤等生態特征進行系統分析的基礎上，采用統計學原理和計算機技術，將采集的資料和樣品分析結果進行逐步回歸分析，探索濃香型煙葉產區氣候和土壤與濃香型煙葉風格特色形成之間的關系，并構建湖南濃香型烤煙生態評價模型，以期為擴大湖南典型濃香型烤煙原料生產區域和改善濃香型煙葉品質提供理論及技術支撐。

1　材料與方法

1.1基礎數據來源

湖南桂陽縣、江華縣和隆回縣1981～2010年氣象資料由湖南省氣象局提供，30個鄉鎮土壤樣品主要養分檢測數據由湖南省農業科學院土壤肥料研究所提供，煙葉樣品感官評吸數據由湖南省質量檢測站提供。其中，烤煙大田生育期氣象因子按照伸根期（移栽至團棵）、旺長期（團棵至現蕾）、成熟期（打頂至采收結束）3個階段進行統計分析。

1.2濃香型煙葉感官評吸方法

1.2.1濃香型煙葉彰顯度及香韻感官評價方法 根據鄭州煙草研究院制定的《煙葉質量風格特色感官評價方法》，由7名評吸專家對郴州桂陽、永州江華和邵陽隆回中部單料煙樣品進行感官評吸。并采用0～5等距標度評分法對濃香型煙葉彰顯度、焦甜香和焦香打分。其中，彰顯度打分標準為：差為0～1分；中為2～3分；典型為4～5分；而焦甜香和焦香的打分標準為：無至微顯為0～1分；稍顯著至尚顯著為2～3分；較顯著至顯著4～5分。濃香型煙葉彰顯度、焦甜香和焦香的分值僅表示濃香型風格的典型、較典型或不典型，數值越大表示煙葉濃香型風格越典型。

1.2.2濃香型煙葉風格與品質特征感官評價方法 根據湖南省質檢站制定的《單料煙內在質量評吸作業指導書》，由7名評吸專家對郴州桂陽、永州江華和邵陽隆回中部單料煙樣品的香氣質、香氣量、雜氣、濃度、勁頭、刺激性、余味、燃燒性和灰色9個單項指標進行感官評吸評分，單項指標的最高分值為9分，以9個單項指標的平均值之和作為總分。

1.3數據統計分析原理及建模方法

回歸分析方法是研究自變量與因變量之間因果關系的分析方法。當研究對象是多因素，且需建立一個最優回歸方程時，采用逐步回歸法較為適合[9-10]。逐步回歸法的原理是將因變量設為y，假設n個自變量為xj（j=1，2，…，n），有k個觀測值為（xi1，xi2，…，xin，yi），則i=1，2，…，k。根據最小二乘原理，y的估計值為：y=β0+β1x1+β2x2+…+βmxm

式中，β0，β1，…，βm為回歸系數，x1，x2，…，xm為逐步回歸中選入模型的變量，其中m≤n，且xi（i=1，2，…，m）是從n個x中按一定顯著性水平篩選出的統計檢驗為顯著的因子，并以達到顯著水平的各因子獲得諸回歸系數并構建回歸方程。

研究以湖南典型濃香型產區郴州桂陽縣和永州江華縣的氣象資料和土壤主要養分檢測數據作為構建湖南濃香型烤煙產區生態評價模型的基礎數據和建模訓練樣本，采用SPSS 12.0軟件進行逐步回歸分析，篩選出與煙葉感官質量密切相關的生態因子，并建立Y（因變量）與X（自變量）的多元回歸方程，并根據通徑系數求出Y（因變量）的區間劃分范圍以及各因子對因變量的影響程度。然后以邵陽隆回縣的氣候資料和土壤樣本檢測數據作為檢驗樣本，驗證模型的可用性。

2　結果與分析

2.1湖南典型濃香型烤煙產區生態特征分析

2.1.1湖南典型濃香型烤煙產區氣候特征分析 湖南濃香型烤煙產區大田生育期各氣象因子多重比較分析見表1。分析結果表明，桂陽和江華濃香型烤煙產區各生育期的均溫之間存在極顯著差異，并且桂陽煙區的均溫均高于江華；桂陽和江華濃香型烤煙產區成熟期的空氣相對濕度及晝夜溫差之間存在極顯著差異，并且桂陽成熟期空氣相對濕度低于江華，而江華成熟期溫差則高于桂陽。

2.1.2湖南典型濃香型烤煙產區土壤養分特征分析湖南濃香型烤煙產區主要土壤養分多重比較分析結果見表2。由表2可知，桂陽和江華濃香型烤煙產區除速效鉀、全鉀、全磷和有效鋅差異達極顯著水平外，其余土壤養分指標的差異均未達到顯著水平。

表1　湖南不同濃香型烤煙產區大田生育期氣候因素比較分析

表2　不同濃香型烤煙產區土壤因素比較分析

2.2湖南典型濃香型烤煙產區生態因素與感官評吸質量相關性分析

湖南濃香型烤煙產區生態因素與煙葉風格特征相關性分析結果見表3。從表3可知，濃香型烤煙彰顯度及焦甜香、焦香特征主要與伸根期日均溫和日照時數呈顯著或極顯著正相關，與空氣相對濕度呈顯著或極顯著負相關；與旺長期日均溫和降水量呈顯著或極顯著正相關；與成熟期日照時數呈顯著或極顯著負相關，與空氣相對濕度呈顯著或極顯著正相關。濃香型烤煙彰顯度、焦甜香及焦香與土壤堿解氮、速效鉀、有效鋅和有效硼呈顯著或極顯著正相關。濃香型烤煙香氣質和香氣量與伸根期日照時數、旺長期日均溫和降水量、成熟期空氣相對濕度呈極顯著正相關，與成熟期日照時數呈極顯著負相關。濃香型烤煙香氣質和香氣量僅與土壤有效鉀呈極顯著正相關，香氣量與有效硼呈顯著正相關。

表3　湖南濃香型烤煙產區生態因素與煙葉風格特征相關性分析

2.3湖南濃香型烤煙生態評價模型的構建及貢獻率分析

2.3.1湖南濃香型烤煙香型彰顯度評價模型和貢獻率分析 香型彰顯度可反映濃香型煙葉的典型程度。有研究表明[11-12]，氣候因素是決定濃香型煙葉風格的主導因素，土壤因素對濃香型煙葉風格的影響相對較小，但對香韻有較大影響。基于表3對湖南濃香型烤煙產區各生育期生態因素與感官評吸指標相關性的分析結果，以濃香型煙葉香型彰顯度為因變量，以伸根期溫度、日照時數、空氣相對濕度，旺長期溫度、降水量，成熟期空氣相對濕度、日照時數，土壤堿解氮、速效鉀、有效鋅和有效硼等11個在表3中與感官評吸指標有極顯著相關性的生態因子為自變量進行逐步回歸分析。由于逐步回歸分析是對已引入回歸方程的變量計算其偏回歸系數，并將偏回歸系數最小的變量在預先給定的F水平下進行顯著性檢驗，如果檢驗結果為不顯著，則該變量被剔除。相反，如果檢驗結果為顯著，則該變量保留于回歸方程[13]。據此，從11個變量中篩選出6個對濃香型彰顯度貢獻大的變量因子建立了以下評價濃香型煙葉“香型彰顯度”的方程：

Y香型彰顯度=-5.25+0.008X伸根期日照時數+0.057X伸根期空氣相對濕度+0.002X旺長期降水量- 0.001X成熟期日照時數+ 0.006X堿解氮+0.016X速效鉀

該回歸方程的F值為26.33，復相關系數R=0.919，決定系數R2=0.878，P=0.000 1，Durbin-Watson統計量d=1.65。相關顯著性檢驗見表4。

表4　香型彰顯度方程達到顯著水平的因子檢驗分析

回歸模型可靠性診斷需要符合以下條件：①方程方差分析的F值達顯著水平（P≤0.05）；②各回歸系數的偏相關系數達顯著水平（P≤0.05）；③ Durbin-Wstson統計量d接近于2。由表4可知，6個顯著因子的偏回歸相關系數均達到顯著水平（P≤0.05），符合回歸模型可靠性診斷的3個條件，故所建立的回歸方程有較高的可靠性。

將桂陽縣30 a氣象數據和土壤數據代入以上濃香型彰顯度方程，得到典型濃香型烤煙彰顯度的因變量值劃分范圍為2.79≤Y≤4.28。

2.3.2生態因素對湖南濃香型烤煙香型彰顯度的貢獻率分析 為進一步明確各生態因子對濃香型彰顯度的貢獻率，根據逐步回歸分析中各因素的通徑系數可計算出各生態因子對濃香型烤煙香型彰顯度的貢獻率，伸根期日照時數、伸根期空氣相對濕度、旺長期降水量、成熟期日照時數、堿解氮、速效鉀以及其余5個因子的貢獻率分別為24.82％、19.08％、14.42％、-4.77％、11.78％、9.55％、15.57％。由此可知，對桂陽濃香型煙葉香型彰顯度貢獻較大的生態因子為伸根期日照時數和空氣相對濕度、旺長期降水量、土壤堿解氮和速效鉀。這說明煙株伸根期光照條件優良，空氣相對濕度低，旺長期雨量充沛，土壤供氮、供鉀能力強，將有利于濃香型煙葉風格的彰顯，而成熟期日照時數對濃香型煙葉風格特征彰顯有負面影響。湖南烤煙生產實際也表明，湘南煙區成熟期如果遭遇高溫、高光照條件，會引發煙葉“逼熟”，導致烤煙品質大幅下降。

2.3.3湖南濃香型烤煙香韻特征評價模型和貢獻率分析 （1）湖南濃香型烤煙焦甜香特征評價模型的構建。焦甜香和焦香是所有濃香型煙葉的典型香韻。因此，構建湖南濃香型煙葉焦甜香和焦香特征的評價模型具有重要意義。本研究以濃香型煙葉焦甜香為因變量，以12個在表3中與感官評吸指標有顯著或極顯著相關性的生態因子為自變量進行逐步回歸分析。根據逐步回歸分析的顯著性檢驗結果，從12個變量中篩選出5個對焦甜香貢獻大的變量因子建立以下評價煙葉“焦甜香”的方程：

Y焦甜香=-3.53-0.108 X伸根期均溫+0.007 X伸根期日照時數+ 0.121 X成熟期均溫+0.008 X堿解氮+0.029 X速效鉀

該回歸方程的F值為8.02，復相關系數R=0.797，決定系數R2=0.635，P=0.000 1，Durbin-Watson統計量d=1.58。相關顯著性檢驗見表5。

表5　焦甜香方程達到顯著水平的因子檢驗分析

由表5可知，5個顯著因子的偏回歸相關系數達到顯著水平（P≤0.05），故所建立的回歸方程可靠性較高。將桂陽縣30年氣象數據和土壤數據代入以上方程，得到典型濃香型烤煙焦甜香的因變量值劃分范圍為2.54≤Y≤4.17。

（2）湖南濃香型烤煙焦香特征評價模型的構建。以濃香型煙葉焦香為因變量，以12個在表3中與感官評吸指標有顯著或極顯著相關性的生態因子為自變量進行逐步回歸分析。根據逐步回歸分析的顯著性檢驗結果，從12個變量中篩選5個對焦香貢獻大的變量因子建立以下評價煙葉“焦香”的方程：

Y焦香=-6.09-0.162 X伸根期溫差+0.149 X伸根期均溫+0.011 X伸根期日照時數+0.229 X旺長期均溫-0.001 X旺長期降水量

該回歸方程的F值為9.35，復相關系數R=0.819，決定系數R2=0.670，P=0.000 1，Durbin-Watson統計量d=1.49。相關顯著性檢驗見表6。

表6　焦香方程達到顯著水平的因子檢驗分析

由表6可知，5個顯著因子的偏回歸相關系數達顯著水平（P≤0.05），故所建立的回歸方程可靠性較高。將桂陽縣30年氣象數據和土壤數據代入以上方程，得到典型濃香型烤煙焦香的因變量值劃分范圍為0.80≤Y≤2.38。

（3）生態因素對湖南濃香型烤煙香韻的貢獻率分析。為進一步明確各生態因子對濃香型煙葉香韻強度的貢獻率，根據逐步回歸分析中各因素的通徑系數可計算出生態因子對濃香型煙葉香韻的貢獻率（表7）。由表7可知，對桂陽濃香型煙葉焦甜香和焦香貢獻較大的生態因子為伸根期日照時數和成熟期均溫，土壤堿解氮和速效鉀對濃香型煙葉焦甜香也有較大貢獻，但伸根期均溫對焦香貢獻較大，對焦甜香有負面影響。此外，伸根期溫差和成熟期降水對濃香型煙葉焦香也有負面影響。這說明煙株伸根期良好的光照條件，成熟期溫度較高，土壤供氮、供鉀能力強，將有利于濃香型煙葉焦甜香韻的形成。

表7　生態因素對濃香型煙葉香韻的貢獻率

2.3.4湖南濃香型烤煙香氣特征評價模型和貢獻率分析 （1）湖南濃香型烤煙香氣質特征評價模型的構建。本研究以濃香型煙葉香氣質為因變量，以6個在表3中與感官評吸指標有顯著或極顯著相關性的生態因子作為自變量進行逐步回歸分析。根據逐步回歸分析的顯著性檢驗結果，從6個變量中篩選出3個對香氣質貢獻大的變量因子建立評價煙葉“香氣質”的方程：

Y香氣質=2.43+0.003 X伸根期日照時數+0.030 X旺長期均溫+0.042 X成熟期空氣相對濕度

該回歸方程的F值為17.81，復相關系數R=0.825，決定系數R2=0.680，P=0.000 1，Durbin-Watson統計量d=1.74。相關顯著性檢驗見表8。

由表8可知，3個顯著因子的偏回歸相關系數達顯著水平（P≤0.05），故所建立的回歸方程可靠性較高。將桂陽縣30年氣象數據和土壤數據代入以上方程，得到典型濃香型烤煙香氣質的因變量值劃分范圍為6.08≤Y≤6.90。

（2）湖南濃香型煙葉香氣量特征評價模型的構建。以濃香型煙葉香氣量為因變量，以8個在表3中與感官評吸指標有顯著或極顯著相關性的生態因子為自變量進行逐步回歸分析。根據逐步回歸分析的顯著性檢驗結果，從8個變量中篩選出3個對香氣量貢獻大的變量因子建立以下評價煙葉“香氣量”的方程：

Y香氣量=3.22+0.003 X伸根期日照時數+0.103 X旺長期均溫+ 0.012 X成熟期空氣相對濕度

該回歸方程的F值為9.64，復相關系數R=0.732，決定系數R2=0.536，P=0.000 1，Durbin-Watson統計量d=1.63。相關顯著性檢驗見表9。

表9　香氣量方程達到顯著水平的因子檢驗分析

由表9可知，3個顯著因子的偏回歸相關系數達到顯著水平（P≤0.05），故所建立的回歸方程可靠性較高。將桂陽縣30 a氣象數據和土壤數據代入以上方程，得到典型濃香型烤煙香氣量的因變量值劃分范圍為6.42≤Y≤7.02。

（3）生態因素對湖南濃香型煙葉香氣特征的貢獻率分析。為進一步明確各生態因子對濃香型煙葉香氣特征的貢獻率，根據逐步回歸分析中各因素的通徑系數可計算出生態因子對濃香型烤煙香氣特征的貢獻率（表10）。由表10可知，對湖南濃香型煙葉香氣質和香氣量貢獻較大的生態因子為伸根期日照時數、旺長期均溫及成熟期空氣相對濕度，并且旺長期均溫對湖南濃香型煙葉香氣量的貢獻要大于對香氣質的貢獻率。這3個生態因子對湖南濃香型煙葉香氣特征的貢獻率都達到50％以上，說明煙株伸根期良好的光照條件，旺長期均溫較高，成熟期空氣相對濕度較低的生態環境，將有利于濃香型煙葉香氣質和香氣量提升。

表10　生態因素對濃香型煙葉香氣特性的貢獻率

2.4湖南濃香型烤煙生態評價模型的驗證

將邵陽隆回煙區1981～2010年的氣候資料和30個鄉鎮土壤樣本數據分別代入以上得出的各項逐步回歸方程，計算出因變量y的擬合值（表11）。

表11　隆回烤煙產區煙葉香氣風格及煙氣特征擬合值

由表11可知，隆回濃香型煙葉香型彰顯度的因變量值范圍為1.92≤Y≤3.56（典型濃香型煙葉為2.79 ≤Y≤4.28）；隆回濃香型煙葉焦甜香的因變量值范圍為1.80≤Y≤3.81（典型濃香型煙葉為2.54 ≤Y≤4.17）；隆回濃香型煙葉焦香的因變量值范圍為0≤Y≤1.82（典型濃香型煙葉為0.80≤Y≤2.38）；隆回濃香型煙葉香氣質的因變量值范圍為6.32≤Y≤6.97（典型濃香型煙葉為6.08≤Y≤6.90）；隆回濃香型煙葉香氣量的因變量值范圍為6.22≤Y≤6.92（典型濃香型煙葉為6.42≤Y≤7.02）。由于邵陽隆回濃香型煙葉香型彰顯度、焦甜香、焦香和香氣量等因變量閾值范圍的下限，均低于典型濃香型煙葉相應因變量的閾值范圍，說明邵陽隆回濃香型烤煙的風格特征與典型濃香型烤煙存在一定差異，并且在邵陽隆回煙區生態環境下，難以生產出與典型濃香型煙葉風格特征相同的煙葉。

3　結論與討論

綜合以上研究結果可知：（1）對彰顯湖南典型濃香型烤煙風格特征有正面影響的主要生態因子是伸根期日照時數和空氣相對濕度、旺長期降水量、成熟期均溫及土壤堿解氮和速效鉀；有負面影響的主要生態因子有伸根期均溫、溫差和成熟期降水量；（2）對湖南濃香型烤煙香氣特征貢獻較大的生態因子是伸根期日照時數、旺長期均溫及成熟期空氣相對濕度，并且旺長期均溫對濃香型煙葉香氣量的影響大于香氣質；（3）采用逐步回歸分析方法建立了以香型彰顯度、焦甜香、焦香、香氣質、香氣量等感官評吸指標為因變量的湖南濃香型烤煙生態評價模型。對模型可用性驗證的結果表明，利用產區采集的生態資料，采用以上5個生態評價模型計算其因變量閾值范圍，可以較為準確預判湖南不同產區煙葉的風格特征與典型濃香型煙葉是否存在差距。

目前，關于促使濃香型烤煙形成的關鍵生態因子是哪些的討論是煙草科技工作者爭論焦點。大多數學者認為[14-17]，濃香型烤煙產區煙葉成熟期所具有的與清香型和中間香型烤煙產區不同的高溫、強光照、降雨量少的氣候是濃香型烤煙形成的關鍵生態因素。但筆者認為，除成熟期氣候條件之外，濃香型和中間香型烤煙產區伸根期所具有的與清香型烤煙產區不同的低溫、弱光照、降雨量多的氣候也是決定濃香型和中間香型烤煙形成的關鍵生態因素。這是因為植物在生態環境中的基本生存法則是最大限度地調控自身代謝系統，使其向著適應所接觸的生態環境并有利于自身生長發育的方向轉變，而且這種適應環境的代謝調控機制是在煙苗移栽至大田后就開始發揮作用。特別是濃香型烤煙所形成的特有焦甜香和焦香，與伸根期根系的生長發育及其對含氮化合物的吸收和利用密不可分。另一方面，由于煙葉的主要功能是進行光合作用，伸根期的光照強度將直接影響煙葉細胞光合系統的構建和葉綠體、細胞壁等細胞器的形態建成，并且光照因素對煙葉細胞結構造成的影響大多是長期的，以至于最終影響煙葉的感官評吸。此外，該研究是以湖南濃香型煙區氣候資料和土壤樣本為基礎進行建模和貢獻率分析，因而所構建的濃香型烤煙生態評價模型存在一定局限性，不適合用來評價與湖南生態環境差異較大的煙區。

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（責任編輯：朱瓊瓊）

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

通訊作者：楊虹琦

作者簡介：楊紅武（1987-），男，湖南長沙市人，博士研究生，研究方向：煙草生理生態。

基金項目：湖南濃香型特色優質煙葉研究與開發（11-14Aa01，2013 NK3073）

收稿日期：2015-10-26

DOI:10.16498/j.cnki.hnnykx.2015.12.020

中圖分類號：S572

文獻標識碼：A

文章編號：1006-060X（2015）12-0066-06