基于多指标模糊综合评价的烤烟采收成熟度研究*

江智敏，邓小华 ，张仲文，郑宏斌，温永财，胡庆辉，王 威，张文军

(1.浙江中烟工业有限责任公司，浙江 杭州 310008；2.湖南农业大学 农学院，湖南 长沙 410128；3.湖南省烟草公司 长沙市公司，湖南 长沙 410011)

随着卷烟增香减害和细支烟的发展，烤烟上部烟叶原料的地位愈来愈重要[1-2]。上部烟叶虽只占烟叶产量的30%～40%，但对烟农增收和卷烟原料质量有很大影响[3]。适宜成熟采收是提高烟农种植烤烟收入和获得优质上部烟叶的关键技术之一。宫长荣等[4]认为：上部烟叶一次采收可提高顶部3 片叶中性挥发性香气物质总量；张冰濯等[5]认为：湘南烟区烤烟上部6 片叶一次性采收与传统分次采收的烟叶适宜采收期不同；袁晓霞等[6]认为：一次性带茎采收9～10 成黄上部烟叶化学成分协调性较强；郑志云等[7]研究认为：K326采用上部烟叶4 片一次性采烤，可提高烤后烟叶外观质量和均价；沈广材等[8]研究认为：红花大金元上部叶逐片一次性采收可改善第4～6 叶位烟叶的整体质量，但有关湘中稻茬烤烟云烟87 上部烟叶适宜采收成熟度的研究报道较少。在烟叶质量的量化评价方面，已有学者构建了烟叶外观质量、物理特性和化学成分等烟叶质量多指标模糊评价方法[9-11]。借鉴这些方法应用于大田试验，于庆涛等[12]采用效果测度模型对物理特性指标进行归一化处理，分析了优化烟叶结构措施对烤烟物理特性的影响；邓小华等[13]采用隶属函数方法对化学成分指标进行归一化处理，分析了种植密度和施氮量及其互作的烤烟化学成分效应；李迪秦等[14]采用效果测度模型分析了不同播种移栽期对烤烟产、质量的影响。但是，农艺措施对烟叶的影响往往涉及外观质量、物理特性、化学成分、评吸质量和经济性状等多组指标，如何评价其综合效果还鲜有研究。因此，本研究以湖南省宁乡市上部6 片烟叶一次性采收成熟度为例，采用多指标模糊综合评价方法分析不同采收成熟度对烟叶产、质量的影响，为提高湘中稻茬烤烟上部烟叶质量提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材料

本试验于2020 年在湖南省宁乡市喻家坳乡开展。供试烤烟品种为云烟87，土壤为黏性水稻土。3 月28 日移栽烟苗，叶龄为7 叶1 心，种植密度为16 500 株/hm2；施氮量为150 kg/hm2，氮、磷、钾比例为1∶0.9∶2.3，按宁乡市优质烤烟栽培技术规程实施。留叶数16 片，待中部烟叶采收完毕后，选留具有代表性的上部6 片烟叶作为试验烟株。

1.2 试验设计

试验设计3 个不同采收成熟度处理：烟农习惯采收(M1，移栽后97 d 采收)、延迟5 d 采收(M2)和延迟10 d 采收(M3)，各处理的烟叶特征见图1。上部6 片烟叶一次性采收，记录代表性烟株的第13 叶位烟叶的成熟特征，具体为：M1的叶基淡绿，叶尖黄绿，茸毛变白、部分脱落，叶面褶皱，主脉变白1/3，支脉变白较少，叶缘卷曲，叶尖下勾，无成熟斑；M2为叶基淡绿，叶片变黄1/2，茸毛变白、部分脱落，叶面褶皱，主脉变白1/2，支脉变白1/3，叶缘卷曲，叶尖下勾，有少量圆形成熟斑；M3为叶基淡绿，叶片变黄2/3，茸毛变白、部分脱落，叶面褶皱，主脉全白，支脉变白1/2，叶缘卷曲，叶尖下勾，有少量圆形成熟斑。按叶位从下至上分别标记为D11～D16，每个叶位选择120 片烟叶编烟1 杆置于气流上升式密集烤房，采用三段式中温中湿烘烤工艺进行烘烤。不同采收成熟度处理的烟叶安排在不同烤房，即每个处理1 座烤房，烤房装烟量约为每炕4 000 kg。

图1 不同成熟度的烟叶特征Fig.1 Characteristic of tobacco leaf in different maturity

1.3 指标及评价方法

1.3.1 烟叶外观质量量化评价

参照邓小华等[9]的方法，聘请烟叶分级专家对烟叶颜色、成熟度、叶片结构、身份、油分和色度等指标逐项量化打分，并分别按2.0、3.0、1.6、1.2、1.2 和1.0 的权重计算烟叶外观质量指数(AQI)。

1.3.2 烟叶物理特性评价

测定烟叶开片度(叶宽/叶长)、含梗率、叶片厚度、单叶质量、平衡含水率和叶面积质量等物理特性指标，通过效果测度模型(表1)将其无量纲化转换为0～1 的数值，参考文献[15]将开片度、单叶质量、含梗率、叶厚、平衡含水率和叶面积质量等物理特性评价指标的权重分别取值为16.42、10.55、21.80、19.06、12.84 和19.33，计算烟叶物理特性指数(PPI)。

1.3.3 烟叶化学成分评价

采用Skalar 间隔流动分析仪(荷兰生产，型号：San++)测定烟叶中烟碱、总氮、总糖、还原糖和氯含量；采用火焰光度法[16]测定烟叶钾含量。参考文献[11]，采用隶属函数法将总糖、还原糖、烟碱、总氮、氯和钾含量以及糖碱比、氮碱比和钾氯比等评价指标无量纲化转换为0～1 的数值(其中钾含量采用S 型函数，其他指标采用抛物线型函数)，并分别按12.46、12.86、12.48、12.37、9.07、7.46、12.55、12.18 和8.57 的权重计算化学成分可用性指数(CCUI)。

1.3.4 烟叶感官评价

由浙江中烟技术中心组织专业评吸人员按《烤烟 烟叶质量风格特色感官评价方法》(YC/T 530—2015)[17]进行感官质量评价，对刺激性(10 分)、干燥感(8 分)、余味(10 分)、香气质(20 分)、细腻程度(6 分)、柔和程度(6 分)、圆润感(8 分)、香气量(18 分)、透发性(6 分)和杂气(8 分)等10 个评价指标进行打分，10 个指标分值之和即为感官评吸质量指数(SQI)。

1.3.5 烤烟经济性状评价

统计不同处理烤后正组烟叶、杂色烟叶、微带青烟叶和青烟叶的数量及比例。参考文献[13]，采用灰色局势决策中的上限效果测度方法(表1)对上等烟比例、均价、产量和产值 4 个经济性状指标无量纲转换为0～1 的数值，并确定其权重分别为 25.45、19.93、32.75 和21.87，计算经济效果指数(ECI)。

表1 烟叶物理特性和经济性状指标适用的效果测度模型Tab.1 Suitable effect measurement model for physical characteristics and economic character index of tobacco leaf

1.3.6 烟叶质量模糊综合评价

将外观质量指数、物理特性指数、化学成分指数、感官评吸质量指数和经济效果指数分别赋予0.1、0.1、0.2、0.4 和0.2 的权重，计算不同处理的5 个指数之和即为综合效果指数(CEI)。CEI 值最大的处理即为本试验的最佳处理。

1.4 各指标计算公式

式中：Aj表示第j个指标的外观质量分值；Wj为第j个指标的权重；Pj、Uj和Ej分别表示第j个物理特性指标、化学成分指标和经济性状指标的无量纲化值；Sj表示第j个指标的感官评吸分值。

1.5 数据统计与分析

采用Microsoft Excel 2003 和SPSS 17.0 软件进行原始数据处理及统计分析，多重比较采用新复极差法。

2 结果与分析

2.1 烟叶分组统计

由图2 可知：M1～M3处理的正组烟叶比例分别为47.2%～87.3%、86.7%～94.5%和83.7%～87.5%，不同处理的D11～D13 叶位正组烟叶比例差异较小，但D14～D15 叶位的烟叶表现为M2和M3处理明显高于M1，且M1处理的正组烟叶比例从D11～D16 叶位逐渐降低。此外，M2处理的杂色烟比例最低，M2和M3处理的微带青烟比例远小于M1处理，仅M1处理的D14～D16 叶位有青烟叶。这表明M1处理的微带青和青烟叶比例相对较多，主要发生在D14～D16 叶位，有可能是烟叶采收成熟度不够，叶绿素降解不充分所致；M3处理的杂色烟叶比例高于M2处理，特别是D11、D12 和D14 叶位的杂色烟叶比例高于M1处理，可能与烟叶采收成熟度高、部分过熟烟叶干物质消耗过度有关。

图2 不同成熟度烤后烟叶分组比例Fig.2 The ratio of different tobacco leaf group with different maturities

2.2 烟叶外观质量评价

由表2 可知：随烟叶成熟度的提高，各叶位烟叶的外观质量评价指标分值逐渐提高(M1、M2和M3处理的6 片烟叶外观质量指数平均值分别为64.7 分、70.2 分和74.4 分)。方差分析表明：不同叶位之间，不同成熟度烟叶外观质量指数差异显著性表现不一致。D16 和D15 叶位的外观质量指数在M3、M2和M1之间差异显著；D14 和D13 叶位外观质量指数为M3显著大于M1；D12 和D11 叶位外观质量指数为M3和M2显著大于M1。M2和M3处理的6 片烟叶外观质量指数平均值较M1分别提高8.58%和15.08%。这表明M3处理(延迟10 d 采收)相对于M1处理有利于提高烟叶外观质量，但其D11～D14 叶位的外观质量与M2处理(延迟5 d 采收)差异不显著。

表2 不同成熟度烤后烟叶外观质量Tab.2 Appearance quality of cured leaves with different maturities

2.3 烟叶物理特性评价

由表3 可知：D11～D16 叶位的开片度和平衡含水率在不同处理之间差异不显著。随采收成熟度的提高，单叶质量、叶片厚度和叶面积质量均减小。从物理特性指数看，D15～D16 叶位为M2处理显著高于M1和M3处理；D11～D14 叶位则在3 个处理间差异不显著。M2和M3处理的6 片烟叶物理特性指数平均值较M1分别提高0.92%和0.18%，且M2处理(延迟5 d 采收)有利于改善D15～D16 叶位的物理特性。

表3 不同成熟度烤后烟叶物理特性Tab.3 Physical properties of cured leaves with different maturities

2.4 烟叶化学成分评价

由表4 可知：D11～D15 叶位的总糖和还原糖含量、D15～D16 叶位的烟碱含量以及D16 叶位的总氮含量均表现为M2和M3显著高于M1；3个采收成熟度处理间烟叶氯和钾含量差异不显著；D15～D16 叶位的氮碱比为M3显著低于M1；D11～D12 叶位的糖碱比是M2显著大于M1；D13～D16 叶位的钾氯比为M3显著大于M1和M2。从化学成分可用性指数看，D13 叶位为M1显著大于M2和M3，D12 叶位为M2显著大于M1和M3，D11 叶位为M1和M2显著大于M3。M2处理的6 片烟叶化学成分可用性指数平均值较M1分别提高18.61%，但M3处理较M1处理低8.04%，可见，不同采收成熟度主要影响烟叶总糖、还原糖和烟碱含量，从而影响烟叶化学成分的协调性，且以M2处理(延迟5 d 采收)的烟叶化学成分可用性最好。

表4 不同成熟度烤后烟叶化学成分Tab.4 Chemical composition of cured leaves with different maturities

2.5 烟叶感官质量评价

由表5 可知：随烟叶成熟度的提高，各叶位烟叶的感官质量逐步提高。D11～D16 叶位的感官质量指数均为M1显著低于M2和M3；D15 和D13叶位为M2显著低于M3；D11 和D12 叶位为M2显著高于M3。M2和M3处理的6 片烟叶感官质量指数平均值较M1分别提高6.67%和6.40%。

表5 不同成熟度烤后烟叶感官质量Tab.5 Smoking quality of cured leaves with different maturities

2.6 烟叶经济性状评价

由表6 可知：随采收成熟度提高，上等烟比例显著提高。D15～D16 叶位的均价为M2和M3显著高于M1。D16 叶位的产量为M2显著高于M1和M3；D13～D15 叶位的产量表现为M3＞M2＞M1，且差异达显著水平；D11～D12 叶位的产量为M2和M3显著高于M1。从烟叶产值看，D16、D12和D11 叶位是M2和M3显著高于M1，D13～D15叶位是M3＞M2＞M1，且三者间差异显著。经济效果指数与烟叶产值表现一致，且M2和M3的6 片烟叶经济效果指数平均值较M1分别提高20.08%和28.09%，表明适当提高烟叶采收成熟度可提高烟叶上等烟比例和均价，也可提高烟叶产量、产值和经济效果指数。

表6 不同成熟度烟叶经济性状Tab.6 Economic character of cured leaves with different maturities

2.7 采收成熟度效果综合评价

由图3 可知：D13～D16 叶位的综合效果指数表现为M2和M3显著高于M1；D12 叶位的综合效果指数为M2＞M3＞M1，且三者间差异显著；D11 叶位的综合效果指数为M2显著大于M3和M1。M1、M2和M3处理6 片烟叶的综合效果指数平均值分别为67.25 分、72.47 分和72.29 分，M2和M3较M1分别高7.76%和7.49%，且差异达显著水平，表明适当提高烟叶采收成熟度可提高烟叶质量和经济效益，且以M2处理(延迟5 d采收)的综合效果最好。

图3 不同成熟度烟叶综合效果指数Fig.3 Comprehensive effect index of cured leaves with different maturities

3 讨论

适熟采收是获得烟叶优质适产的重要措施[18-19]。不同卷烟品牌风格要求不同的烟叶原料质量，其采收成熟度也有差异[20-21]。成熟度不同，烟叶内含物积累量不同，烘烤后的烟叶产量和质量也不同[6,21]。本研究表明：M1处理的微带青和青烟叶比例相对较高，烟叶外观质量相对较差、结构较紧密，其烟叶化学成分协调性不及M2处理，感官评吸质量较M2和M3处理差；其单叶质量虽重，但由于其可收购的中、上等比例相对较少，产量和产值相对较低，是3 个处理中综合效果指数最差的；M3处理的烟叶外观质量和评吸质量较好，但由于其烟碱含量高，烟叶化学成分协调性较M2处理差，加之杂色烟叶比例相对较高，其综合效果指数不及M2处理，但显著高于M1处理。可见，宁乡烟区上部烟叶的传统采收过早，应适当延迟采收，提高烟叶采收成熟度，以提高上部烟叶可用性。

烟叶采收的生态区域、品种、栽培管理和气候等不同，获得的烟叶采收适宜成熟度也不同。杨丽丽等[18]认为：湘南稻茬烤烟上部叶以叶面基本全黄(9～10 成黄)、主脉全白为适宜采收成熟度；孟智勇等[21]认为：河南许昌旱地上部烟叶以叶面全黄、主脉和侧脉基本变白、成熟斑明显时采收最适宜；洪祖灿等[22]研究认为：福建烟区CB-1 和F1-35 等品种的上部烟叶适宜采收成熟度为80%～90%变黄。本研究认为：湖南宁乡烟区烤烟上部烟叶适宜采收成熟度为M2，即：叶片颜色黄绿至变黄50%～70%，主脉全白，支脉变白50%，部分茸毛脱落，叶缘微卷曲，叶尖下勾，叶面出现少量成熟斑。这种“充分成熟”不是过熟，上部烟叶过熟采收，杂色烟增多，感官质量变差(杂气较重)，烟叶质量减轻，按目前的收购标准，烟叶收购等级下降，烟农收入反而减少。

在作物学研究中，常测定多个或多组指标以验证效果，由于农业试验受气候影响，多指标处理效果往往不甚一致，凭经验进行判断，有时会出现误判，影响试验效果的价值。本研究测定的烟叶评价指标包括外观质量、物理特性、化学成分、评吸质量和经济性状等5 组指标，且每组又包含多个指标，在对比分析中，会出现不同指标表现趋向不一致。为解决这一问题，尝试对每组指标评价后，再构建综合效果指数对5 组指标进行评价，依据综合效果指数对农艺措施效果进行客观评定，具有一定参考价值。

4 结论

随着烟叶采收成熟度的增加，烟叶的单叶质量、叶片厚度和叶面积质量下降，糖含量和烟碱含量增加，产量和产值增加。不同采收成熟度对上部烟叶的质量影响不同，D13～D16 烟叶以成熟度M2和M3的质量和经济综合效果相对较好，D11～D12 烟叶以成熟度M2的质量和经济综合效果相对较好。综合考量，湘中宁乡烟区的上部叶以叶片颜色黄绿至变黄50%～70%、主脉全白、支脉全白50%、部分茸毛脱落、叶缘微卷曲、叶尖下勾和叶面出现少量成熟斑为适宜采收成熟度。