烤烟上部叶的生态环境匹配度分析

郑小雨， 白森， 祁春苗， 白金莹， 马京民， 王勇军， 申洪涛

(1.河南农业大学烟草学院，河南 郑州 450002；2.广西中烟工业有限责任公司，广西 南宁 530000；3.河南省烟草公司三门峡市公司，河南 三门峡 472000；4.河南中烟工业有限责任公司 河南 郑州 450000)

随着卷烟工业对优质上部叶需求量的不断增加，各烤烟产区纷纷积极响应，力求卷烟原料上水平，然而上部叶烘烤难度大，上等烟比例较低，一直困扰着烤烟的生产[1-3]。另外，烤烟的种植区域广泛，不同区域间的生态气候差异较大，所生产的烤烟外观形态与烘烤特性有很大差异[4-8]，而烤烟作为一种农作物，其生态环境不仅与烤烟的质量形成息息相关，而且复杂多变又不以人的意志为转移[9-10]，为此，分析研究烤烟上部叶的生态环境不仅对了解上部叶的质量的形成具有一定的意义，同时也为烤烟上部叶的研究提供理论支撑。近年来，众多学者围绕着“提高上部叶质量”这一主题开展了诸多工作[11-15]。卜令铎等[11]研究了赤霉素对上部叶开片度的影响，结果表明，打顶期喷施GA3可有效促进两类烟田烤烟上部叶的开片和产质量的提高；罗斐等[15]研究了打叶留顶对烤烟上部叶烟碱与合成酶的影响，结果表明，打顶后40 d打叶留花和打叶留茎的烟碱积累量较常规打顶分别下降53.72%和35.82%，鸟氨酸脱羧酶、腐胺-N甲基转移酶和N-甲基腐胺氧化酶活性变化总体稳定,生长素含量变幅不大；张渝婕等[16]研究了密度与施氮量对烤烟上部叶香气物质的影响，结果表明，种植密度和氮用量与中性致香物质含量皆呈极显著正相关关系。由此可见，提高上部叶质量多是从施肥、喷药、留叶数把控，但对不同部位烤烟生育期生态环境差异的分析鲜见报道。由于各生态环境因素共同组成了烤烟生长发育的复杂系统，针对此复杂的系统需要运用相应的方法进行分析，德尔菲法在长期预测和不可测因素较多时尤为适用，可以以此进行生态环境的匹配度分析。本研究以中部叶生长发育各时期的生态环境为参考，利用德尔菲法，采用烤烟生育期内生态环境指标对烤烟的影响力进行打分，以期为上部叶的质量形成研究提供理论依据，在实际生产过程中有重点地去解决相应问题，实现烤烟的精益生产，提高烤烟质量，彰显地方烤烟特色。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2019年在四川省宜宾市兴文县大坝乡烟草基地单元进行。供试土壤为黄壤土，pH值为5.48，有机质11.45 g·kg-1，全氮0.72 g·kg-1，碱解氮55.00 mg·kg-1，速效磷15.01 mg·kg-1，速效钾160.00 mg·kg-1。试验田前茬作物为油菜。供试品种为云烟 87，烟苗于2019-04-24移栽，行距120 cm，株距55 cm，按照当地优质烟叶生产技术规范种植管理，烟田施氮量为60 kg·hm-2，使用烟草专用复合肥，m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=10∶15∶25，以培育“中棵烟”目标进行田间管理，单株留叶数18～20片。大田光照度由远方Z-10智能照度计测得，大田气温、日降雨量、相对湿度以及光照时数等数据由兴文县气象局提供。

1.2 试验方法

试验自烤烟中部叶与上部叶出现有效叶时，开始对影响烤烟生长的最高气温(a1)、最低气温(a2)、平均温度(a3)、昼夜温差(a4)、光照度(a5)、光照时数(a6)、相对湿度(a7)、日降雨量(a8)等环境参数进行采集，直到烤烟成熟采收为止。依据烤烟叶片的发育时期，对不同部位各时期烤烟叶片生长发育的环境参数进行对比分析，并邀请长期从事烤烟生产的9位具有高级职称的专业人员利用德尔菲法 (Delphi method)，采用10分制(>0，≤2分无影响；>2，≤4分影响小；>4，≤6分影响较小；>6，≤8分影响较大；>8，≤10分影响非常大)将各环境因素对烤烟的影响程度进行打分。烤烟叶片的生长发育分为幼叶生长期(S1)、快速生长期(S2)、生理成熟期(S3)与工艺成熟期(S4)等4个时期。按下列计算公式分别对各烤烟生态环境匹配度进行计算。

其中，烤烟生育期内的生态环境指标权重的计算以烤烟生育期内各生态环境参数的得分之和为分母，以各生态环境参数得分为分子，计算各环境因子权重。

(1)

各生育时期单项指标匹配度的计算以相同生育时期中部叶与上部叶指标间的差值为分子，中部叶的指标参数为分母，与式1的差值作为各环境参数的匹配度。

单项指标匹配损失率：Ms=100-Fj其中，Fj为单项指标匹配度)

综合匹配损失率：Mc=100-Fz(其中，Fz为综合匹配度)

2 结果与分析

2.1 不同生态环境因子对烤烟生长发育的影响

不同的生态环境指标对生育期内烤烟有着不同的影响(表1)。由表1可知，平均气温对烤烟生长发育的影响最大，昼夜温差次之，降雨量对烤烟生长发育同样有着较大影响，其他环境指标也有着不同程度的影响。

2.2 不同部位烤烟各生育时期生态环境变化

为了进一步挖掘不同部位烤烟大田生态环境潜在规律，由图1可知，烤烟大田生育期不同部位烤烟的日均最高温均表现为先升高后降低的趋势，且上部叶在幼叶生长期与快速生长期的日均最高温度明显高于中部叶，而在生理成熟期与工艺成熟期明显低于中部叶。与日均最低气温相比，不同部位烤烟的日均最低气温的变化趋势也表现为先升高后降低的趋势，且上部叶在幼叶生长期与快速生长期的日均最低气温明显高于中部叶，但在工艺成熟期明显低于中部叶的日均最低气温。不同部位烤烟的日均平均温度的变化趋势与日均最高气温变化的趋势基本一致。上部叶烤烟日均最低气温随着生育期推进逐渐降低，而中部叶的日均昼夜温差随着生育期的推进表现为先快速增加后小幅度降低的趋势。不同部位烤烟的日均光照度表现为先增加后降低的趋势，且上部叶在幼叶生长期与快速生长期的日均光照度明显高于中部叶，而在生理成熟期与工艺成熟期明显低于中部叶。不同部位烤烟的日均光照时数也表现为先增加后降低的趋势，且上部叶在幼叶生长期与快速生长期的日均光照时数明显高于中部叶，而在生理成熟期与工艺成熟期明显低于中部叶。不同部位烤烟的日均相对湿度表现为先降低后增加的趋势，且上部叶在幼叶生长期、快速生长期以及工艺成熟期的日均相对湿度略高于中部叶，而在生理成熟期明显低于中部叶。不同部位烤烟的日均降雨量表现为先降低后增加的趋势，且上部叶在幼叶生长期的日均相对湿度略高于中部叶，而在快速生长期的日均降雨量明显高于中部叶，上部叶的日均降雨量在生理成熟期与工艺成熟期明显低于中部叶。

表1 烤烟生长发育的环境影响因子得分Table 1 Scores of environmental factors affecting the growth and development of flue-cured tobacco

2.3 大田生态环境适宜性匹配度模型构建

由表2可知，不同烤烟生育时期的生态匹配度存在较大差异，除光照时数与相对湿度外，其余各生态指标在工艺成熟期(S4)上部叶与中部叶的匹配度最低，其中光照度与降雨量的匹配度为0；所有生育时期中除光照度、光照时数与相对湿度外，其余各生态指标在幼叶生长期(S1)的匹配度最高，且营养积累期的总匹配度比工艺成熟期高17.54%，表明烤烟大田生育期上部叶与中部叶的生态差异主要发生在工艺成熟期。由结果可知，平均气温的匹配度最高，最高气温的匹配度最低，光照度与光照时数的匹配度保持在较低水平；各指标的综合匹配度仅为53.04%，综合匹配度损失率达到46.95%，各指标的匹配度损失率表现为：最高气温>降雨量>光照度>光照时数>昼夜温差>相对湿度>最低气温>平均温度。

图1 烤烟不同部位叶片各生育时期生态环境差异Fig.1 Eco-environmental differences of different parts of flue-cured tobacco leaves in different growth stages

表2 烤烟上部叶生态环境匹配度Table 2 Eco-environmental matching degree of upper leaves of flue-cured tobacco

续表Continuing table

3 结论与讨论

随着烤烟生育期的不断推进，烟株的生命活动不断减弱[17-18]，抵御外界不利环境的能力逐渐降低，自身所积累的次生代谢物质逐渐增加，烘烤过程中的物质代谢与转化不协调，烘烤难度增加[19]。本研究结果表明，除相对湿度外，不同部位烤烟叶片生育期内工艺成熟期的各生态环境指标差异最大。这可能是导致上部叶烘烤过程中变黄失水不协调的主要外界因素。

生态匹配度分析表明，降雨量是影响烤烟烘烤的最重要因素，相对湿度对其他因素有比较大的影响，光照度及光照时数对其他因素的影响相对较小，日均平均温度、昼夜温差是受到外界因素影响最大因素，对烤烟的生长发育有较大的直接影响；最高气温与最低气温对烤烟的生长有一定的影响作用。烟草大田生长的降雨量是影响烤烟烘烤效果的根本因素，大田日均温度与昼夜温差是影响烤烟生长发育的直接因素。对烤烟生长发育影响最大的指标是大田内的日均温度，其次是大田昼夜温差，再次是大田内的降雨、最低温度、最高温度，再次是大田的光照度，而其他因素对系统的影响相对较小。

生态环境对烤烟质量的形成有极大的影响[20-23]。前期温度低，后期温度高且昼夜温差大利于烟叶干物质的积累[24]；适宜的含水量会提高烟叶质量，叶片会较为耐熟；光照充足则有利于光合作用，提高烟叶的品质[25]。范瑞兆等[26]认为，烤烟在生长过程中温度因子对其影响最大，其次为光照因子，再次为水分因子。本研究与此略有不同，发现降雨量也是影响烤烟生长发育的因素之一，这可能与当地降雨量多有关。王红锋等[27]、杨红武等[28]分别运用相关分析、逐步多元回归分析对生态环境与农艺性状、烤后烟叶质量进行分析，范瑞兆等[26]运用主成分分析提取出了影响烤烟生长的主要影响因子。本研究以中部叶各生育时期的生态环境参考，对上部叶的生态环境匹配度进行分析，为上部叶的质量形成提供依据。采用德尔菲法打分，更适宜于生态环境这种不可控的因素，并能长期预测，相对于前者来说数据更为真实可靠，且具有代表性。

综上所述，烤烟大田生育期的最高气温、降雨量以及光照度是影响不同部位烤烟生长发育的最重要因素，在烟草生产过程中为提高上部叶的质量，降低上部叶的烘烤难度，需要改善移栽技术与施肥技术，充分利用最高气温、光照度与降雨量等环境指标。