重慶煙區烤煙生態環境與顏色變化的典型相關分析

陳益銀,邱坤,張建鹿,李鈉鉀,楊紅柯,付小紅,秦平偉

(1.中國煙草總公司 重慶市公司,重慶,400023;2.貴州省黔東南州煙草公司,貴州 凱里,556000;3.河南省周口市煙草公司 鹿邑縣分公司,河南 鹿邑,477200)

重慶煙區作為重要的卷煙原料基地,因此配伍性好的特點受到廣大卷煙企業的好評,尤其是是近年來,隨著“渝金香”煙葉品牌的不斷發展,重慶煙葉在卷煙中的地位不斷提高[1–5],然而由于重慶全境以山地為主,生態環境復雜多變,尤其是對上部葉的生長產生了一定程度的影響[6–9];而顏色作為事物最直接有效的表觀特征之一,是煙草大田生產以及加工過程中的重要依據[10–12],因此研究烤煙大田生長過程中生態環境與顏色變化的關系非常有必要。為此就烤煙的生態環境和顏色國內學者進行了大量的研究[13–17],賴平等[18]研究了生態環境對烤煙質量風格形成的音響,結果表明溫度、水分、光照、土壤、海拔與烤煙質量風格形成關系密切;汪璇等[19]對山地煙的生態適宜性進行分析結果表明,黔江烤煙種植生態最適宜面積約占評價總面積的27.03%,適宜和次適宜面積約占全區總面積40.18%;路曉崇等[20]為了解煙葉顏色特征對感官質量的影響,構建的BP神經網絡預測模型進行分析,結果表明擬合效果較好在煙葉質量評估中可利用煙葉的顏色特征值對煙葉的感官質量進行預測評價;張軍剛等[21]對烤煙成熟過程中鮮煙顏色值與色素含量進行了分析,結果表明熟過程中烤煙葉片顏色值與色素含量關系密切,葉片顏色值變化可以指示煙葉各色素含量的變化,可以將色差計作為判斷煙葉成熟度的輔助工具。

然而目前關于烤煙大田生育期的生態環境與顏色變化的研究鮮見報道,因此對不同部位烤煙生育期內生態環境對顏色的影響研究,以進一步推進煙草現代農業,提高煙葉質量,降低經濟損失,為煙草精益生產的實現提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2018年在重慶市彭水縣潤溪鄉開展,供試烤煙品種為云煙87,試驗以烤煙的中部葉與上部葉為對象,烤煙產區海拔1 200 m以上。大田光照強度由遠方Z-10智能照度計測得,大田氣溫、日降雨量、相對濕度以及光照時數等數據由中國天氣網獲取;顏色參數的測量采用定株定葉片全程跟蹤時測量的方式進行,色差的測量采用愛色麗MA-T 6/12色差計。

1.2 試驗方法

試驗自烤煙中部葉與上部葉出現時開始監測大田環境,直到烤煙成熟采收為止,對所采集的環境數據進行整理,分別獲得不同部位烤煙大田生育期內的最高氣溫、最低氣溫、晝夜溫差、光照強度、光照時數與相對濕度等環境參數;并自中部葉與上部葉有效葉片形成之日起,每隔5 d對不同部位煙葉的L*、a*、b*、C*以及H*等的顏色參數進行測量。

1.3 數據處理

試驗數據采用Excel 2010進行圖像繪制,為了方便研究將采集該葉齡前5 d的生態環境參數的均值作為該葉齡所對應的環境參數,采用SPSS 22對烤煙生育期內每日的最高氣溫(x1)、最低氣溫(x2)、晝夜溫差(x3)、平均氣溫(x4)、光照強度(x5)、光照時數(x6)、相對濕度(x7)以及日降雨量(x8)的環境參數與L*(y1)、a*(y2)、b*(y3)、C*(y4)以及H*(y5)等顏色參數進行典型相關分析。

2 結果與分析

2.1 不同部位烤煙生育期生態環境分析

圖1為不同部位烤煙的生育期內的氣溫變化,由圖1可知烤煙生長過程中最高氣溫、最低氣溫以及平均氣溫均大體表現為先增加后降低的規律,且生育期內中部葉生長的最高氣溫絕大數時間保持在30℃以上,最低氣溫保持在23℃左右,平均氣溫保持在30℃左右;上部葉生育期內除成熟期(生育期最后15 d左右)較低外,最高氣溫多數保持在35℃以上,最低氣溫保持在23℃左右,平均氣溫保持在32℃左右。中部葉生育期的晝夜溫差基本保持在10℃左右,上部葉的晝夜穩差呈下降趨勢。

中部葉生育期的降雨量在葉齡15 d后除個別時段有較大降雨量外多數保持在較低水平,上部葉生育期的降雨量在葉齡60 d之前除個別時段保持在較低水平,在成熟期降雨量較多。不同部位烤煙相對濕度的變化表現為先降后升的趨勢,多數在80%左右浮動。光照強度與光照時數大體表現為先增加后降低的趨勢,但上部葉成熟期的下降幅度明顯高于中部葉,且光照強度多數保持在80 000 Lux以上,光照時數多數保持在6 h以上,就不同部位煙葉生長發育而言,各葉齡時期,誤差均保持在較高水平,表明生育期內大田環境的變化幅度較大。

圖1 不同部位烤煙的生育期內的氣溫變化

2.2 不同部位烤煙生育期內顏色變化

圖2為烤煙大田生育期不同部位煙葉顏色變化,由圖2可知,烤煙在生育期內亮度(L*)不斷增加,且成熟采收期中部葉的亮度明顯高于上部葉;而a*均表現為先降低后增加的趨勢,a*表示從綠色至洋紅色的范圍,越高煙葉的綠色程度越小,其中中部葉在成熟期有較低幅度的升高,上部葉在采收時有較高幅度的升高,表明成熟采收時中部葉的綠色要重于上部葉;b*值表現為逐漸增加的趨勢,b*表示從藍色至黃色的范圍,其中中部葉在成熟期明顯高低上部葉,表明上部葉在采收時黃色程度要重于中部葉;C*為顏色的飽和度,值越大顏色的濃度越大,不同部位烤煙在生育期內的飽和度隨著葉齡的增加逐漸增加,且在生長的中后期中部葉顏色的飽和度要高于上部葉;H*代表了顏色的色相,色相主要反映人眼對某種顏色產生的感覺,值越大則此種顏色的純度越高,不同部位烤煙生育期內色相基本保持在1.2左右,可知煙葉在生長發育過程中顏色變化比較均勻一致。

圖2 烤煙大田生育期不同部位煙葉顏色變化

2.3 烤煙大田生育期生態環境與顏色變化的典型相關分析

為了進一步分析煙葉生長過程中生態環境對顏色體系的綜合影響,采用典型相關分析對煙葉的生態環境和顏色進行分析(見表1),結果表明有2組典型相關變量關系達到了顯著或極顯著水平,其中第1組典型變量的相關系數為0.952,達到極顯著水平,得典型變量為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, 在典型變量(u1,v1)中,u1代表了烤煙生態環境的綜合性狀,由u1與原始數據的相關系數可知,u1與烤煙大田生育期生態環境中的最高氣溫(x1)、最低氣溫(x2)、平均氣溫(x3)存在較高的負相關,相關系數分別為–0.799、–0.843以及–0.815,因此u1可以描述為烤煙大田生育期生態環境中的氣溫的變化,即隨著氣溫的升高u1呈降低趨勢。再者v1與a*(y2)之間存在較高的正相關,相關系數為0.815,因此v1可以理解為主要描述了烤煙大田生育期a*的變化綜合性狀,即隨著綠色的不斷降低呈現的降低的趨勢。這一線性組合說明了大田生育期溫度對烤煙的綠色有非常大的影響,氣溫越高煙葉的綠色越少,換言之大田生長中,氣溫越高,煙葉綠色越淺,在成熟期葉綠素的降解速率越高,煙葉的成熟越早。

第2組典型變量的相關系數為0.814,達到顯著水平,得典型變量為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, 在典型變量(u2,v2)中,u2代表了烤煙生態環境的綜合性狀,由u2與原始數據的相關系數可知,u2與烤煙大田生育期生態環境中的降雨(x4)存在較高的負相關,相關系數為-0.704,因此u2可以描述為烤煙大田生育期生態環境中的降雨的變化,即隨著降雨量的增加u2呈降低趨勢。再者v2與a*(y3)之間存在較高的正相關,典型相關系數為0.741,因此v2可以理解為主要描述了烤煙大田生育期b*的變化綜合性狀,即隨著黃色的不斷增加呈現的增加的趨勢。這一線性組合說明了大田生育期降雨量對烤煙的黃色有非常大的影響,降雨量越高煙葉的黃色越低,換言之大田生長中,降雨量越低,煙葉黃色越濃,在成熟期葉綠素的降解速率越高,煙葉的成熟越早。

表1 烤煙大田生育期生態環境與顏色變化的典型相關分析

3 結論與討論

不同部位的烤煙由于葉片發生有早晚,因此不同葉齡期的生態環境存在較大的差異[18],本研究結果表明烤煙生育期內中部葉生長的平均氣溫保持在30℃左右,晝夜溫差大,且降雨量較少,光照充足,尤其是成熟期,光溫適宜,降雨較少有利于烤煙大分子物質的降解轉化[22],成熟度適宜,采收煙葉的素質一致,烘烤過程中烤煙的變黃與失水協調,烘烤難度系數降低[23],烤后煙的等級多表現為上等煙。而上部葉生育期內平均氣溫保持在32℃左右,但在成熟期氣溫較低,晝夜溫差小,降雨量大,再者由于太陽向南半球轉移,光照強于與光照時數逐漸降低,因此就造成了重慶煙區上部葉前重成熟度普遍較差的問題[23]。再者生育期內大田環境的變化幅度較大,因此在煙草的農事生產中需要充分考慮環境因素,采取相適宜的種植采收技術進行生產,最大程度彰顯地方烤煙的風格特色。

顏色不僅煙葉分級中的重要參考[10],而且是成烤煙熟采收的重要判斷依據[24],本研究結果表明烤煙在生育期內亮度(L*)不斷增加,且成熟采收期中部葉的亮度明顯高于上部葉,主要是由于隨著煙葉的不斷成長,油分不斷積累[11],對光線反射量逐漸增加,但上部葉的油分顯著低于中部葉[12]。a*均表現為先降低后增加的趨勢且成熟采收時中部葉的綠色要重于上部葉;b*值表現為逐漸增加的趨勢,且上部葉在采收時黃色程度要重于中部葉;不同部位烤煙在生育期內的飽和度隨著葉齡的增加逐漸增加,且在生長的中后期中部葉顏色的飽和度要高于上部葉,但各部位煙葉在生長發育過程中顏色變化比較均勻一致,由于中部葉與上部葉的生態環境以及烘烤過程中變化特性有所差異,且不同部位煙葉采收的標準有一定的差異[25],而上部葉采收的顏色為黃綠色。

典型相關分析表明氣溫與降雨量的變化低對烤煙顏色的變化有較大程度的影響,氣溫越高,煙葉綠色越淺,在成熟期葉綠素的降解速率越高,煙葉的成熟越早;降雨量越低,煙葉黃色越濃,在成熟期葉綠素的降解速率越高,煙葉的成熟越早。因此在生產中需要提前移栽期,促進煙苗早生快發,減少成熟后期因氣溫較低,降雨較多對煙葉成熟采收和質量形成帶來的不利影響。