烤烟烟叶物理特性与气象因子关系研究

郭东锋，邹 鹏，刘 非，吴克松，姚忠达，舒俊生，窦玉青，张忠锋，闫 宁*

(1.安徽中烟工业有限责任公司 技术中心，安徽 合肥 230088；2.中国农业科学院 烟草研究所，山东 青岛 266101)

烤烟烟叶物理特性与气象因子关系研究

郭东锋1，邹 鹏1，刘 非1，吴克松1，姚忠达1，舒俊生1，窦玉青2，张忠锋2，闫 宁2*

(1.安徽中烟工业有限责任公司 技术中心，安徽 合肥 230088；2.中国农业科学院 烟草研究所，山东 青岛 266101)

为了探索烟叶物理特性与烤烟生产大田期气象因素的关系，以我国13个典型植烟区域烤烟的3个部位样品为研究对象，运用广义可加模型对烟叶物理特性和气象因子之间的关系进行了研究分析，结果表明：日照百分率、日降水量≥0.1 mm日数、平均相对湿度、极端最高气温、极端最低气温对烟叶叶面密度有重要影响。就部位而言，上部叶叶面密度对大田期的降水量比中下部烟叶更为敏感。平均最高气温、平均最低气温、极端最高气温、平均气压、平均水汽压和平均风速对烟叶填充值有重要影响，中部叶的填充值与日降水量≥0.1 mm日数关系显著；极端最高气温、平均最高气温和平均温度对含梗率有重要影响，同时日降水量≥0.1 mm日数对中上部烟叶的含梗率也有显著的影响。就部位而言，上部叶含梗率受气象因素影响相对较弱。

物理特性；气象因素；烤烟

烟草是我国重要的经济作物，烟叶是卷烟工业企业重要的战略资源。烟叶的物理特性是烟叶质量的一个重要方面，烟叶物理指标的优劣直接关系到烟叶加工性能，影响卷烟工业的成本控制、仓储养护、打叶复烤、制丝切丝等重要环节。同时，烟叶的物理特性也是表征烟叶内在质量水平的重要部分。前人关于烟叶物理特性与内在化学成分[1-4]、感官质量[5]、外观质量[1,6]等方面的关系已有不少研究，也有研究不同海拔高度对烟叶物理特性的影响[7-8]、不同打叶复烤工艺对烟叶物理特性的影响[9-10]、栽培技术措施对烟叶物理特性的影响[11-13]等，也有单项物理指标比如填充值变异研究[14]、物理特性指标综合评价等[15-16]方面的研究。虽然围绕植烟区域烟草生产适宜性评价开展了很多研究[17-19]，但是围绕烟叶物理特性与植烟区域气象因子之间关系的研究尚不多见。由于我国植烟区域广泛，生态条件差异较大，气象因素复杂多变，近年来随着部分区域干旱、洪涝等自然灾害频发，对烟叶质量产生较大影响。为了探索气象因素对烟叶物理特性的影响，本文以我国烤烟典型植烟区域标准等级样品为代表，运用广义可加模型研究了气象因子与不同部位烟叶物理特性之间的关系，以期为烟草农业生产、工业企业原料采购调拨、打叶复烤等提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 材料

材料来自2012年度宣城、郴州、三门峡、曲靖、文山、凉山、丽江、昆明、玉溪、三明、龙岩、遵义、许昌等13个产烟区域初烤中部烟叶B2F、C3F、X2F标准等级样品。填充值测定样品为相应样品切丝后的烟丝样品，其它物理特性测定样品均为相应标准等级样品。

1.2 方法

1.2.1 物理特性测定

1.2.1.1 叶面密度的测定 在来样群体中筛选完整叶片，叶片不应有残伤、破损、砂土率超标等现象。从待测样品中选出20片完整叶片，放入恒温恒湿箱48 h，恒温恒湿箱条件设定为：(22.2±0.5)℃，湿度：(61.0±2.0)%。打孔器一个，测定打孔器面积为S(单位换算为m2)。测定步骤：每个样品选取具有代表性的烟叶10片，在主脉两侧，尽量避免打孔到主脉或支脉上，自叶片基部至叶尖均匀地在主脉两侧打取10个小叶片；称取空铝盒重量，记为M1，将用打孔器取下的100片叶片放入铝盒，称重，记为M2；按如下公式计算烟叶叶面密度D(单位：g/m2)：

式中：D：烟叶叶面密度，单位为g/m2；M1：铝盒质量，单位为g；M2：100片小叶片和铝盒总质量，单位为g。

1.2.1.2 填充值的测定 参照行业标准《卷烟 烟丝填充值的测定》 YC/T 152─2001进行检测。

1.2.1.3 含梗率的测定 样品前处理同叶面密度测度。测定步骤：待样品在恒温恒湿箱48 h后取出，用电子天平称量20片烟叶的总质量，记为M1。用手撕掉叶片主脉两侧的叶片，留下主脉，主脉两侧不应有叶片残留。用螺旋测微器确定≥1.5 mm烟梗为测量目标，将符合要求的所有20片叶的烟梗称重，记为M2。

按如下公式计算烟叶含梗率G，以百分数计：

式中：G：烟叶含梗率(%)；M1：烟叶总质量，单位为g；M2：烟梗总质量，单位为g。

1.2.1.4 平衡含水率的测定 将各样品分别切丝后，在22 ℃、相对湿度(60±2)%条件下平衡48 h，按文献[20]规定的方法测定其含水率。

1.2.2 烤烟大田期确定 根据各植烟区域生产实际情况确定大田期(表1)，并据此整理气象数据。

1.2.3 气象数据来源 17个气象点数据取自中国气象数据共享服务网(http://cdc.cma.gov.cn/)。

1.3 数据处理方法

利用Excel 2007软件进行数据的描述统计分析、相关和回归分析；作图在R3.3软件平台进行。文中统计描述均在数据清洗、整理、填充缺失值后进行；方差分析采用Turkey法进行；相关分析均采用Pearson相关；广义可加模型分析(GAM)采用R软件包Mgcv，进行光滑样条估计；其它统计分析采用R软件基础包进行分析。

2 结果与分析

2.1 大田期不同气象因子和烤烟物理特性统计描述

13个植烟区域大田期确定见表1，对各植烟区域大田期气象因子和烟叶物理特性指标的统计描述见表2，由表2可知，各气象因子中数据变异达到50%以上的极端最低气温、降雨量存在广泛的变异。气象因子变异系数超过20%的有平均风速、日降水量≥0.1 mm日数、最大风速和最大日降水量，存在中等水平的变异，说明各个植烟区域在气象因子上存在明显差异。烤烟叶面密度变异超过20%，主要是上、中、下3个部位烟叶差异引起变异较大。平衡含水率、填充值变异相对较小，仅有5%左右的变异；含梗率变异系数为12.55%，说明烟叶物理特性指标叶面密度和含梗率差异较大。

表1 各植烟区大田期时间跨度确定

表2 大田期不同气象因子和烤烟物理特性统计描述

2.2 烤烟烟叶不同部位物理特性方差分析结果

由于烤烟不同部位烟叶的物理特性存在较为明显的差异，为了进一步印证此差异，基于样品检测的不同部位物理特性数据，对不同部位数据进行了方差分析，结果见表3。结果可知，叶面密度和填充值在部位间存在显著性差异，叶面密度自上而下依次降低，填充值反之；含梗率下部叶显著高于上部叶，下部叶与中部叶差异不显著；平衡含水率中部叶显著高于上部叶，中下部差异不显著、上下两部位差异不显著。

表3 烤烟烟叶不同部位物理特性方差分析结果

注：表中不同大写字母表示在0.01水平下差异显著，不同小写字母表示在0.05水平下差异显著。

2.3 气象因子与烟叶物理特性的广义可加模型分析结果

广义可加模型(General Addative Model，GAM)可对部分或全部的自变量采用平滑函数的方法建立模型，函数可以是非参数的形式，适用于多种分布类型、多种复杂非线性关系的分析，由于此种特性，GAM可以很好地刻画自变量和依变量之间的线性或非线性的关系。

基于烟叶物理特性部位间的显著性差异，运用广义可加模型分析不同部位物理特性与气象因子的关系，结果见表4～表7。由表4气象因子与叶面密度GAM分析结果可知，上部叶叶面密度与日降水量≥0.1 mm日数关系达到P<0.001显著水平，其偏差解释率达到了96%；与平均相对湿度关系达到P<0.01显著水平，其偏差解释率达到了58.5%；与降水量关系达到了P<0.1显著水平，其偏差解释率达到了74.7%；与日照因子的关系中，与日照百分率关系达到P<0.05显著水平；与日照时数关系不显著，但是两者偏差解释率均超过了40%，分别达到了41.8%和48.3%。中部叶叶面密度与气象因子中的极端最低温关系达到了P<0.05显著水平，其偏差解释率达到了93.2%，与日照百分率关系达到了P<0.05显著水平，其偏差解释率达到了28.3%；下部叶叶面密度与气象因子中的极端最高温关系达到了P<0.1显著水平，其偏差解释率达到了86.8%，另外达到P<0.1显著水平的气象因子还有日降水量≥0.1 mm日数、平均相对湿度和日照百分率，三者的偏差解释率均超过20%。综合来看，对3个部位有显著影响的气象因子是日照百分率、日降水量≥0.1 mm日数、平均相对湿度和极端最高、最低温。与中上部烟叶相比，大田期的降水量对上部叶影响较为显著。

表4 气象因子与烟叶叶面密度关系的广义可加模型分析结果

注：表中***表示在0.001水平下差异显著，**表示在0.01水平下差异显著，*表示在0.05水平下差异显著，·表示在0.1水平下差异显著。下同。

由表5可知，上部叶填充值与气象因子平均气压和平均气温达到了P<0.01显著水平，偏差解释率分别达到了97.9%和66.9%；与平均最低气温、平均最高气温和平均水汽压达到了P<0.05显著水平，偏差解释率分别达到了81.8%、67.7%和80.9%；与平均风速关系达到了P<0.1显著水平，其偏差解释率为23.8%。中部叶填充值与日降水量≥0.1 mm日数关系达到了P<0.05显著水平，其偏差解释率为59%；与平均风速关系达到了P<0.1显著水平，其偏差解释率为68.8%。下部叶填充值与极端最高气温关系达到了P<0.001显著水平，其偏差解释率为93.4%；与平均气压、平均水汽压、平均最高气温达到了P<0.05显著水平，三者的偏差解释率均超过了60%，分别达到了70.1%、64.9%和68.5%；与平均气温和平均最低气温关系达到了P<0.1显著水平，其偏差解释率分别为61.3%和56%。综合来看，烟叶填充值与气象因子中的温度(平均最高气温、最低气温、极端最高气温)、平均气压、水汽压和风速关系密切；此外中部叶的填充值与日降水量≥0.1 mm日数关系密切，达到了显著水平。

表5 气象因子与烟叶填充值关系的广义可加模型分析结果

表6结果表明：上部叶含梗率没有与气象因子达到显著关系的指标，仅有平均最高气温偏差解释率达到了53.5%；中部叶含梗率与日降水量≥0.1 mm日数关系达到了P<0.001显著水平，其偏差解释率为98.5%；与平均最高气温关系达到了P<0.05显著水平，其偏差解释率为76.7%；与极端最高气温关系达到了P<0.1显著水平，其偏差解释率为66.8%。此外，与日照时数、平均气温关系虽未达到显著水平，但是其偏差解释率分别达到了65.4%和64.1%，说明中部叶含梗率与这两个气象因子也具有较为密切的关系。下部叶含梗率与最大日降水量关系达到了P<0.05显著水平，其偏差解释率为32.6%；与极端最高气温关系达到了P<0.1显著水平，其偏差解释率为69.9%。此外，下部叶含梗率与平均风速、日照时数关系虽未达到显著水平，但是其偏差解释率分别达到了60.1%和67.7%，说明下部叶含梗率与这两个气象因素也有较为密切的关系。综合来看，烟叶的含梗率与温度尤其是高温有密切的关系，同时日降水量≥0.1 mm日数对其也有较为显著的影响。与中下部烟叶相比，上部叶含梗率受气象因素影响的程度相对要弱一些。

表6 气象因子与烟叶含梗率关系的广义可加模型分析结果

由表7可知：上部叶平衡含水率与极端最高气温关系达到了P<0.05显著水平，其偏差解释率为29.7%；与平均气温和平均最高气温关系达到了P<0.1显著水平，其偏差解释率分别为25.1%和24.5%。中部叶平衡含水率与极端最高气温、极端最低气温、平均气压关系达到了P<0.05显著水平，其偏差解释率分别达到了57.2%、49.2%和31.1%；与日照百分率关系达到了P<0.1显著水平，其偏差解释率为73.1%；与日降水量≥0.1 mm日数关系虽未达到显著水平，但是其偏差解释率达到了76%。下部叶平衡含水率与日照百分率关系达到了P<0.01显著水平，其偏差解释率达到了53%；与降水量、平均气压、平均风速、平均水汽压关系达到了P<0.05显著水平，其偏差解释率分别为48.1%、35.5%、14.2%和31%；与日照时数关系达到了P<0.1显著水平，其偏差解释率为66.7%。综合看来，烟叶的平衡含水率与极端最高温、平均气压、日照百分率、降水量等关系密切。

表7 气象因子与烟叶平衡含水率关系的广义可加模型分析结果

3 讨论

本研究中，对烟叶叶面密度产生重要影响的气象因素有日照百分率、日降水量≥0.1 mm日数、平均相对湿度、极端最高气温、极端最低气温；就部位而言，上部叶叶面密度对大田期的降水量比中下部烟叶更为敏感。说明烟叶的叶面密度主要受气象因素日照、降水和温度的影响，尤其是日照百分率对3个部位烟叶均有显著影响，这也说明有效的光照是烟叶进行光合作用、有效积累干物质的必要条件。

对烟叶填充值产生重要影响的气象因素有平均最高气温、平均最低气温、极端最高气温、平均气压、平均水汽压和平均风速；就部位而言，中部叶的填充值与日降水量≥0.1 mm日数显著相关，较上、下部叶对日降水量≥0.1 mm日数更为敏感。对含梗率有重要影响的气象因素是极端最高气温、平均最高气温和平均温度，说明温度对烟叶含梗率较其它气象因素影响更大；同时日降水量≥0.1 mm日数对中上部烟叶的含梗率也有显著的影响；就部位而言，上部叶含梗率受气象因素影响相对较弱。与烟叶平衡含水率关系密切的气象因素主要是极端最高温、平均气压、日照百分率、降水量；由于平衡含水率反映的是烟叶持水失水的能力，一方面受烟叶自身物理特性的影响，另一方面也是烟叶内在物质成分的反应，同时也与外在环境条件直接相关，因此，笔者认为烟叶平衡含水率受气象条件的影响应该是通过影响烟叶内在成分的积累和物理特性的形成，进而间接影响到烟叶的平衡含水率。

虽然本文研究了气象因素与烟叶物理特性间的关系，但是仍然存在几个方面的问题：一是烟叶物理特性不仅包含本文研究的4项指标，仍有拉力、伸长率、抗张强度等相关指标，对于烟叶物理特性与气象因素的研究仍待继续深入；二是烟叶物理特性指标与气象因素间的关系，虽然本文用GAM进行了分析，但是由于GAM模型自身特点(GAM模型不能给出具体参数估计模型)，对于气象因素与烟叶物理特性指标的具体关系模型尚待继续深入研究；三是基于烟草大田期叶片发育的时序性，大田期气象因子的复杂性、阶段性等因素的影响，针对烟草大田期气象因素的阶段细化研究仍待继续深入。

[1] 付秋娟,张忠锋,窦家宇,等.烤烟物理特性与常规化学成分及外观质量的关系[J].中国烟草科学,2014,35(1):117-122.

[2] 王建民,孙意然,李瑞丽,等.烤烟物理特性与化学成分的典型相关分析[J].郑州轻工业学院学报:自然科学版,2014,29(5):28-31.

[3] 王冬,赵铭钦,张学杰,等.烤烟物理特性与化学成分的相关及逐步回归分析[J].中国农业大学学报,2010,15(6):52-58.

[4] 汤朝起,窦玉青,张俊.烤烟物理特性和化学成分与烟气组分的关系[J].四川农业大学学报,2009,27(4):427-432.

[5] 薛超群,尹启生,王广山,等.烤烟烟叶物理特性的变化及其与评吸质量的关系[J].烟草科技,2008(7):52-55.

[6] 陈佳亮,黎娟,周清明,等.湖南浓香型烤烟物理特性与外观质量关系分析[J].天津农业科学,2016,22(5):80-83.

[7] 周方舟,李志伟,周冀衡,等.海拔高度对陆良烤烟物理特性和化学品质的影响[J].湖南农业科学,2016(5):19-21.

[8] 李永智,杨虹琦,何伟,等.不同海拔高度气象因素对烤烟物理特性的影响[J].湖南农业科学,2010(7):55-58.

[9] 吴祚友,卫盼盼,窦家宇,等.烟叶物理特性与打叶质量的关系[J].江西农业学报,2014,26(3):73-75.

[10] 卫盼盼,吴祚友,安银立,等.烟叶物理特性与打叶风分工艺参数的关系[J].烟草科技,2014(8):5-9.

[11] 孟琦,于晓娜,李亚娟,等.河南初烤烟叶物理特性与土壤属性的典型相关分析[J].河南农业大学学报,2014,48(4):413-419.

[12] 梁红,张宇亭,杨超,等.不同移栽期对重庆烤烟生长和品质的影响[J].西南大学学报:自然科学版,2014,36(6):22-28.

[13] 徐敏,刘国顺,刘小可.磷对不同烤烟品种调制后烟叶物理特性的影响[J].河南农业科学,2007(4):33-36.

[14] 荆聪莹,杜咏梅,侯小东,等.烤烟填充值与主要理化指标的关系研究[J].中国农学通报,2013,29(30):202-205.

[15] 郭建华,宋纪真,王广山,等.基于主成分分析和聚类分析的烟叶物理特性区域归类[J].烟草科技,2014(8):14-17.

[16] 闫铁军,吴风光,王海明,等.烤烟物理特性差异分析及核心指标选择[J].江西农业学报,2014,26(4):76-79.

[17] 刘琰琰,李海燕,陈超,等.攀西地区烤烟气候适宜性评价指标建立及应用[J].四川农业大学学报,2015,33(3):299-305.

[18] 谭智勇,许龙,徐天养,等.文山烟区烤烟气候适宜性评价及其变化特征分析[J].中国烟草科学,2015,36(1):78-83.

[19] 胡雪琼,徐梦莹,何雨芩,等.未来气候变化对云南烤烟种植气候适宜性的影响[J].应用生态学报,2016,27(4):1241-1247.

[20] 刘建福,尹大锋,尹宾.YC/T 312—1996烟草及烟草制品试样的制备和水分测定烘箱法[M].北京:中国标准出版社,2010.

(责任编辑：许晶晶)

Study on Relationship between Meteorological Factors and Physical Properties of Flue-cured Tobacco Leaf

GUO Dong-feng1, ZOU Peng1, LIU Fei1, WU Ke-song1, YAO Zhong-da1,SHU Jun-sheng1, DOU Yu-qing2, ZHANG Zhong-feng2, YAN Ning2

(1. Technology Center, China Tobacco Anhui Industrial Company Limited, Hefei 230088, China;2. Tobacco Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Qingdao 266101, China)

Taking 3 different leaf-positions of tobacco leaf samples from 13 typical tobacco-planting areas of China as the studied objects, the author analyzed the relationship between field meteorological factors and physical properties of flue-cured tobacco leaves by using general additive model (GAM). The results indicated that the foliage density of tobacco leaves was influenced significantly by sunshine percentage, number of days with daily rainfall over 0.1 mm, average relative humidity, extreme maximum air temperature, and extreme minimum air temperature. Furthermore, the foliage density of upper leaves was more sensitive to the rainfall in tobacco growth period than that of middle and lower leaves. The average maximum air temperature, average minimum air temperature, extreme maximum air temperature, average air pressure, average vapor pressure, and average wind speed had an important impact on the filling power of tobacco leaves, and there was a significant correlation between the filling power of middle leaves and the number of days with daily rainfall over 0.1 mm. The extreme maximum air temperature, average maximum air temperature, and average air temperature had an important impact on the vein ratio of tobacco leaves, and the number of days with daily rainfall over 0.1 mm also had a significant effect on the vein ratio of upper and middle leaves. The vein ratio of upper leaves was affected more weakly by the meteorological factors than that of middle and lower leaves.

Physical property; Meteorological factor; Flue-cured tobacco

2016-08-29

中国烟草总公司科技重点项目“烤烟生产结构优化效应及关键技术研究与应用”(110210402007)；安徽中烟工业有限责 任公司科技计划项目“皖南烟叶生产GAP管理模式研究”(2014124)、“皖南烟叶生产等级结构优化技术研究”(2014125)。

郭东锋(1980—)，高级农艺师，博士，主要从事烟叶原料质量评价及生理生态研究。*通讯作者：闫宁。

S572

A

1001-8581(2017)02-0079-06