AHP 結合DTOPSIS 法評價麗江金沙江生態區煙葉工業適用性

范幸龍，陳悅，付金存，馬文廣，韓天華，馬志遠，余洋，邢亞偉，楊雪彪，張莉*

(1 江蘇中煙工業有限責任公司，江蘇 南京 210019；2 云南省煙草公司麗江市公司，云南 麗江 674100；3 云南煙草農業科學研究院，云南 昆明 650021)

云南是我國最重要的優質煙葉產區之一[1]。麗江金沙江生態區位于云南西部，地處三江并流核心自然保護區腹地，年產優質煙葉30 000 t。所產煙葉是云南清香型煙葉的代表，更是蘇產卷煙品牌配方中不可替代的核心原料[2]。烤煙品種是決定煙葉質量的關鍵因素之一[3]，直接影響煙葉的工業可用性。近年來，對不同烤煙品種煙葉的工業可用性評價主要依賴煙葉外觀質量、化學成分和感官質量[4]。如葉協峰等[5]采用外觀質量和常規化學成分相結合的方法建立了基于主成分分析和聚類分析的Fisher 判別函數煙葉質量評價模型。邵惠芳等[6]建立了基于BP 神經網絡的烤煙感官質量預測模型。層次分析法(AHP)是一種定性與定量相結合的加權分配方法，目前在農作物的綜合評估中得到了廣泛的運用[7]。而優劣解距離法(DTOPSIS)也已被普遍應用到農作物的綜合質量評估中[8]。如代順東等[7]、姚旺等[9]將AHP 和DTOPSIS 兩種評價方法相結合，對我國區域試驗中的烤煙新品種進行綜合評價。但是上述研究中多關注烤煙新品種的大田植物學性狀、抗病性和產質量等指標，未能全面體現各品種煙葉的工業適用性。本文基于前人的大量研究，選擇國內煙草工業企業較為關注的10 項煙葉品質指標為分析對象，采用“AHP ＋DPOPSIS”組合評價法對麗江金沙江生態區試種的烤煙新品種煙葉綜合質量進行評價，旨在豐富我國卷煙工業煙葉原料應用評價體系，更好地指導卷煙工業原料品種采購和基地品種布局，實現烤煙新品種資源的快速應用。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2019 年和2020 年在云南省麗江市玉龍納西族自治縣黎明鄉進行。試驗地海拔1 850 m，屬低緯度高原季風氣候。連續2 年試驗在緊鄰的兩塊煙田進行，不重茬。試驗地前作為大麥，土壤肥力中等，pH 值5.5～7.0，土壤有機質含量43.6 g/kg、堿解氮含量201.2 mg/kg、有效磷含量35.0 mg/kg、速效鉀含量145.5 mg/kg。

1.2 供試材料

供試的烤煙新品種為云煙116、云煙105、云煙207，對照為當地主栽品種云煙87。試驗用種子由云南煙草農業科學研究院提供。

1.3 試驗設計及大田管理

本試驗采用隨機區組設計，試驗田面積667 m2，設3 次重復。各品種每年均于5 月15 日前統一完成移栽，移栽的規格均為120 cm×50 cm，種植密度16 500株/hm2，按3 ∶7的基追肥比例施用烤煙專用復合肥(N ∶P ∶K＝15 ∶15 ∶15)600 kg/hm2、硫酸鉀300 kg/hm2。煙株50%中心花開放時打頂，各參試品種有效葉片數為18，其它田間管理措施均按當地優質煙葉栽培技術要求進行。

1.4 采樣方法及數量

按照GB2635—1992 標準，各品種煙葉初烤后，每個處理選取C3F(中桔三)等級煙葉樣品2.0 kg，3次重復；然后將3 次重復的樣品分別混合后再取混合樣1 個，各品種均取樣10 個，2 年共計80 個樣品。

1.5 測定項目及方法

所有煙葉樣品的外觀質量、常規化學成分和感官評吸由江蘇中煙工業有限責任公司的專業技術人員進行統一檢測和評價。烤后煙葉外觀質量3 項指標(成熟度、身份、油分)采用GB2635—1992 烤煙分級標準進行量化評定；常規化學成分煙堿、總糖和鉀含量采用近紅外光譜法[10]進行檢測；4 項品質特征指標(香氣質、香氣量、刺激性、余味)和9 項風格特征指標(清香型、干草香、清甜香、青香、木香、辛香、飄逸、濃度、勁頭)由不少于7 名煙葉感官評吸專家按照《烤煙煙葉質量風格特色感官評價方法》(YC/T530—2015)進行評價，采用5 分制評分法進行打分后取平均值。

1.6 DTOPSIS 法評價步驟

(1)首先利用AHP 法確定評價指標的權重；(2)利用連續2 年從麗江金沙江生態區采集的各品種指標平均值構建評價矩陣B；(3)將成熟度、油分、身份、香氣質、香氣量和余味6 項指標采用DTOPSIS 法正向指標模型無量綱化處理，刺激性指標采用DTOPSIS 法負向指標模型無量綱化處理，總糖和煙堿兩項指標采用拋物線型隸屬函數無量綱化處理，鉀含量采用S 型隸屬函數無量綱化處理，所有指標經過處理后得規范化矩陣Z；(4)根據層次分析法(AHP)確定的權重值與規范化矩陣Z 中j 列相乘得到決策矩陣R；(5)構建麗江生態區原料煙葉的理想解和負理想解矩陣，再利用歐基里德范數計算麗江生態區不同年份各品種與理想解和負理想解的距離；(6)分別計算不同年份各品種與理想解的近似度Ci值，Ci值大即為參試品種煙葉工業可用性優。

1.7 評價指標選擇及權重確定

參照文獻[11]，選用煙葉油分、成熟度、身份、煙堿含量、總糖含量、鉀含量、香氣質、香氣量、余味和刺激性10 個指標作為綜合評價麗江金沙江生態區不同烤煙新品種煙葉工業可用性的指標。

1.7.1 構建判斷矩陣

根據蘇產卷煙品牌配方對原料煙葉品質的關注傾向和專家意見，采用由美國運籌學家Satty 提出的1～9標度比較尺度法(表1)，參考前人研究結果中[7-9，11]相關指標對烤煙原料工業適用性的影響程度，將表2 中各指標進行兩兩比較后重新賦值，構建判斷矩陣A(表2)。

表1 1～9 尺度的含義Table1 The meaning of the 1-9 scale

表2 判斷矩陣ATable 2 Judgment matrix A

1.7.2 權向量計算及檢驗

根據AHP 理論進行權向量計算，并進行一致性檢驗。權向量計算過程如下:(1)將判斷矩陣A每一行各因素連乘得向量Mi＝[M1M2M3……Mn]T，計算公式為Mn＝∏nj＝1Xij，j＝1，2，3……n；(2)將Mi開n(n＝10)次方得向量Ki＝[K1K2K3……Kn]T，計算公式為對向量Ki開展歸一化處理得權重向量Wi，計算公式為

1.7.3 一致性檢驗采用的方法

1.8 無量綱規范化矩陣

參照以往研究結論[11]，同時結合蘇產卷煙配方原料的使用需求，將身份、成熟度、油分、香氣量、香氣質和余味定義為正向指標，刺激性定義為負向指標，煙堿、總糖和鉀含量定義為中性指標。其中，正向指標按負向指標按進行無量綱化處理，煙堿和總糖含量則按拋物線隸屬函數P(x)進行無量綱化處理。

1.9 各品種與理想解的距離和近似度計算

根據公式M＋＝(maxri1＋maxri2……maxrij)構建麗江金沙江生態區烤煙品種理想解矩陣M＋；根據公式M-＝(minri1＋minri2……minrij)構建麗江金沙江生態區烤煙品種負理想解矩陣M-。再利用歐幾里德范數(Euclidnorm)分別按公式(3)和(4)計算麗江金沙江生態區烤煙品種的理想解和負理想解的距離S＋和S-，再按公式(5)分別計算不同年份各參試品種與理想解的近似度Ci值(表7)。

1.10 數據統計與分析

采用Excel 2010 和DPS7.05 軟件進行數據統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同品種煙葉感官風格特征

由表4 可知，麗江金沙江生態區不同烤煙品種煙葉香型均為清香型，以干草香、清甜香和青香為主體香韻，香氣狀態均為飄逸。云煙87 和云煙116 煙葉為甜香韻、青香韻，且煙氣整體飄逸感明顯好于云煙105 和云煙207；云煙105 和云煙207 煙葉清香型風格特色彰顯不足，且云煙207 煙氣勁頭偏大；云煙116 煙葉風格特征與當前麗江金沙江生態區主栽品種云煙87 較為接近，但較云煙87 的煙氣濃度稍偏大，清甜香韻的彰顯略弱。

表3 權向量計算相關數據Table 3 Related data of weight vector calculation

表4 麗江金沙江生態區不同品種C3F 等級煙葉風格特征Table 4 Characteristics of C3F grade tobacco leaf in Jinsha River Ecological region of Lijiang

2.2 不同品種煙葉工業適用性評價

2.2.1 判斷矩陣一致性檢驗結果

通過計算，上述構建的判斷矩陣A一致性比率CR＝0.0177，CR值小于0.1，說明判斷矩陣具有一致性，評價指標的權重分配合理，各指標權重值為表3 中對應的Wi值。

2.2.2 構建無量綱規范化矩陣

根據江蘇中煙對麗江金沙江生態區優質烤煙化學成分需求，本研究中中部煙葉煙堿、總糖含量的下臨界值x1分別為10.0、1.0，上臨界值x2分別為40.0、3.5，最優值下限x3分別為29.0、1.6，最優值上限x4分別為37.0、2.4；鉀含量按S型隸屬函數S(x)無量綱化處理(下臨界值x1為1.00，上臨界值x2為1.80)，構建規范化矩陣Z。

2.2.3 構建決策矩陣

將各指標的權重值Wi(表3)與規范化矩陣Z中j列相乘得到決策矩陣R(表5)。

表5 決策矩陣RTable 5 Decision matrix R

2.2.4 理想解和負理想解矩陣

根據公式計算出理想解矩陣為M＋＝{0.032 1，0.028 5，0.019 4，0.088 7，0.095 1，0.050 4，0.230 7，0.230 7，0.139 2，0.085 2}，負理想解矩陣為M-＝{0.028 5，0.025 7，0.017 0，0.061 6，0.072 3，0.044 1，0.180 3，0.200 9，0.103 2，0.061 4}。

2.2.5 煙葉質量綜合評價結果(Ci值)

按照Ci值的大小對煙葉的工業可用性進行綜合評價。連續2 年試驗結果表明，麗江金沙江生態區不同烤煙新品種煙葉工業適用性表現為:云煙116(0.729 0)＞云煙105(0.611 8)＞云煙207(0.366 1)(表6)。在麗江金沙江生態區生態氣候條件下，新品種中，云煙116 煙葉的工業適用性最高，且其綜合質量最接近當前主栽品種云煙87，可作為麗江金沙江生態區云煙87 的首選替代新品種；云煙207 煙葉工業適用性較差，不適宜在該地區種植。

表6 綜合評價結果Table 6 The result of comprehensive evaluation

3 討論

在現有卷煙工業原料采購調撥模式下，烤煙品種的優劣直接決定了煙葉原料品質的好壞，如果針對各個性狀對不同品種一一進行評價，步驟很繁瑣。因此，筆者用一種操作簡便、處理結果準確的方法將同一種植區域不同品種的多個性狀結合起來，從卷煙工業原料使用角度對各品種煙葉的工業可用性進行客觀評價。本研究建立的煙葉質量評價方法可同時考慮煙葉外觀質量、化學成分、感官質量，而前人評價原料煙葉工業可用性多集中在煙葉品質的某一方面。如蔣佳磊等[12]運用隸屬關系和AHP 法建立的煙草化學成分可用性指數(CCUI)對我國各大產區煙葉可用性進行了研究。在指標權重分配上，本研究采用層次分析法(AHP)為后續DTOPSIS 法中各指標提供合理權重，較其它指標權重的確定方法(如主成分分析法、專家打分法等[13])更好。因為其根據統一尺度運用各性狀間兩兩比較的方法分層確定權重，以組合權重計算綜合指數，減少了不同研究者根據自己的經驗主觀定權存在的偏差對各指標權重的賦值的影響。且常規DTOPSIS 評價法一般采用最優指標來處理中性指標。為了進一步提高評價結果的準確性，本研究在DTOPSIS 法的無量綱化處理環節中，針對煙葉總糖、煙堿和鉀含量3 項指標，引入拋物線和S 型隸屬度函數，使指標在最優范圍內的評價結果相同，有效提高了煙葉質量評價結果的科學性。

本研究將AHP 法和DTOPSIS 法相結合應用于煙葉工業可用性評價，但在指標的選擇、各指標的權重分配及普適性方面還有待進一步驗證。且根據最終模型對不同烤煙品種綜合質量評價的結果來看，2020 年，參試品種在大田生育期遭遇了較為嚴重的干旱天氣，云煙105 和云煙207 煙葉綜合質量明顯下降，抗逆性較差，而云煙87 和云煙116 的抗逆性較好；在2020 年逆境條件下，云煙116 煙葉Ci值超過云煙87，排名第一，說明該品種煙葉工業可用性仍存在較大的提升空間。雖然目前云煙116 煙葉清甜香韻彰顯程度和煙氣飄逸感稍弱于云煙87，但可通過采取適當增加鉀肥施用量、調整移栽期等相關農藝措施進一步改善煙葉內在品質，更好的彰顯云煙116 煙葉的清甜香韻。因此，云煙116 可作為麗江金沙江生態植煙區主栽品種云煙87 的首選替代升級品種。

4 結論

本試驗利用優化的DTOPSIS 法對云南麗江金沙江生態區烤煙新品種煙葉的工業適用性進行評價，結果為:云煙116＞云煙105＞云煙207。各品種的煙葉品質風格特征均為清香型，且以干草香、清甜香和青香為主體香韻，香氣狀態均表現為飄逸。云煙116 煙葉清香型風格彰顯程度優于云煙105 和云煙207，并且綜合質量與當前麗江金沙江生態區主栽品種云煙87 極為接近，可作為云煙87 的首選替代升級新品種；云煙207 煙葉工業可用性差，不建議在該地區繼續種植。