上部煙葉一次性采收成熟度對煙葉物理特性的影響

張文軍，郭 松，楊 柳，熊橙梁，張慶富，姚未遠，何激光，鄭宏斌，章 程，王 威，江智敏，潘飛龍，朱 林，李齊霖，鄧小華

（1湖南省煙草公司長沙市公司，長沙 410600；2浙江中煙工業有限責任公司，杭州 310008；3湖南農業大學農學院，長沙 410128）

0 引言

煙葉質量評價中的物理特性主要是反映煙葉質量與加工性能的指標，包括煙葉的外部形態及其物理性能，不僅影響煙葉品質，還影響卷煙制造過程中的產品風格、成本及其他經濟指標[1-2]。烤煙上部6 片煙葉占總產量的30%～40%，是中式卷煙配方的重要原料[3-4]。上部煙葉適熟采收是提高煙葉外觀質量[5]、物理特性[6]、化學成分[7-8]和評吸質量[9]的關鍵措施。傳統煙葉采收方法是成熟一片采收一片[10]，既增加烤煙生產勞動強度和成本[11]，又影響上部煙葉可用性。目前主要推廣上部4～6片煙葉一次性采烤[12-13]，其適宜成熟度研究方法是將上部6 片煙葉混合采烤[7,11-13]，也有將上部煙葉按頂1～3 和頂4～6 分為2 組[14]或按相鄰葉位兩兩分置3組[15]烘烤，而將上部6片煙葉按葉位分為6組的采收成熟度研究少有報道。有關農藝措施對煙葉物理特性的影響，于慶濤等[16]采用多指標模糊評價方法研究了優化煙葉結構措施對烤煙物理特性的影響；張繼旭等[17]分析比較了不同光照強度對烤煙上部煙葉的葉寬、葉面積、單葉重、葉面密度、含梗率、平衡含水率等物理特性的影響；齊永杰等[18]、鄧小華等[19]采用偏η2值分析了烤煙密度和施氮量對煙葉物理特性的效應；不同采收成熟度對不同葉位上部煙葉物理特性的效應研究報道較少。筆者在寧鄉市煙區開展上部煙葉一次性采收成熟度和葉位的雙因素試驗，研究稻茬烤煙上部6片煙葉采收成熟度對煙葉物理特性的影響，采用偏η2值分析采收成熟度和葉位及其互作對上部煙葉物理特性的效應，旨在明確上部煙葉一次性采收適宜成熟度，為提升湖南稻作煙區上部煙葉質量提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與材料

2021年在湖南省寧鄉市大屯營鎮開展試驗。種植烤煙品種為‘云煙87’，按株行距50 cm×120 cm的規格于3 月15 日移栽煙苗；烤煙施氮量為169.5 kg/hm2，m(N):m(P2O5):m(K2O)=1:1:2.7；初花期打頂，留葉數16片；其他田間管理依據寧鄉市優質烤煙生產技術規范進行。待中部煙葉采收完畢后，試驗煙株全部選留上部6片煙葉。每炕裝煙量約為4000 kg，采用三段式中溫中濕烘烤工藝，循環風機功率為2.2 kW。中溫中濕烘烤工藝：變黃期干球溫度38℃，濕球溫度36℃，至下棚煙葉基本全黃；以1℃/h 將干球溫度升至40℃，濕球溫度升至37℃，保持溫度至全房煙葉充分變黃，主脈充分變軟；定色期1℃/2 h將干球溫度升至55℃，濕球溫度升至40℃，保持溫度至全房煙葉干燥；干筋期以1℃/h將干球溫度升至68℃，濕球溫度升至42℃，直到主脈全部干燥。

1.2 試驗設計

試驗為雙因素（上部煙葉采收成熟度和葉位）隨機區組設計。煙葉采收成熟度設3 個水平，分別標記為M1（習慣采收，低成熟度）、M2（延遲7 d 采收，中成熟度）、M3（延遲14 d 采收，高成熟度），其成熟采收時葉片特征見表1。整株烤煙采收有效葉片數為16 片，采收的上部煙葉的葉位從下至上為第11葉～第16葉，設計6 個水平，分別標記為D11～D16。一次性采收6 片煙葉，每個葉位選擇120片左右煙葉，按葉位分別上桿編煙并做標記，3次重復；同一成熟度不同葉位的煙葉放在同一烤房進行烘烤，烤房內其他煙葉為同一農戶種植。

表1 不同采收成熟度的鮮煙葉外觀成熟特征（第13葉位）

1.3 煙葉物理特性測定指標及方法

選取各處理具有代表性的煙葉，隨機抽取20 片平衡水分后的烤煙，參照文獻[20-21]的方法測定單葉重、含梗率、葉片厚度、平衡含水率、葉質重等物理特性指標。

1.4 煙葉物理特性模糊評價方法

1.4.1 煙葉物理特性指標無量綱化轉換為0～1數值 參考文獻[2]，含梗率采用下限效果測度模型，如式(1)；單葉重、葉片厚度、葉質重、平衡含水率采用適中效果測度模型，如式(2)。

式中，minuij為某物理特性指標所有樣品的最小值；uij為煙葉物理特性指標實測值；ui0j0為某物理特性指標指定的適中值，單葉重為13 g，葉片厚度為230 μm，葉質重為100 g/m2，平衡含水率為15%。

1.4.2 煙葉物理特性指標的權重確定 利用主成分分析對煙葉物理特性賦予不同的權重。參考文獻[2]的方法對5 個物理特性指標進行主成分分析，提取貢獻率分別為51.74%、30.63%的2個主成分，計算這2個主成分的載荷矩陣，依照2 個主成分因子載荷矩陣的和所占比例確定物理特性評價指標的權重。經計算，葉片厚度、含梗率、單葉重、平衡含水率、葉質重的權重分別為18.81%、20.05%、21.50%、18.57%、21.07%。

1.4.3 物理特性指數計算 構建煙葉物理特性指數(physical properties index，PPI)對不同處理煙葉物理特性進行模糊綜合評價，如式(3)，其值越大物理特性越好。

式中，Qij表示第i個樣本第j個指標的無量綱值，0

1.5 貢獻率計算方法

將采收時間和葉位進行雙因素方差分析，當檢定為顯著性差異時，同時引入η2值大小來比較采收時間和葉位及其互作對煙葉物理特性指標變異的貢獻率大小[22-24]。將采收時間和葉位及其互作的煙葉5 個物理特性指標η2值求和后轉換為百分率，其結果是采收時間和葉位及其互作對煙葉物理特性總變異的貢獻率。

1.6 數據處理方法

采用Microsoft Excel 2013軟件初步整理試驗數據后，用IBM Statistics SPSS 17.0 統計軟件進行方差分析，多重比較采用新復極差法。

2 結果與分析

2.1 不同采收成熟度對單葉重的影響

由圖1 可知，葉位D11～D16 煙葉的單葉重均表現M2＞M1＞M3，D12～D16 葉位的單葉重為M2 顯著高于M3。從單葉重平均值看，M2 較M1、M3 分別高7.64%和12.79%，M2顯著高于M3。M1的鮮煙葉成熟度低，為促進其變黃，變黃期時間拉長，干物質消耗較多，導致其單葉重低于M2；M3的鮮煙葉成熟度高，在大田已消耗較多干物質，導致其單葉重低于M1、M2。表明采收成熟度過高會降低上部煙葉單葉重。

圖1 不同采收成熟度的上部煙葉單葉重比較

2.2 不同采收成熟度對葉片厚度的影響

由圖2可知，葉位D11～D16煙葉厚度均表現M1＜M2＜M3，D11～D15 葉位為M3 顯著厚于M1、M2。從葉片厚度平均值看，M3 較M1、M2 分別厚27.75%和14.37%，M3顯著厚于M1。M3的鮮煙葉成熟度高，烤后煙葉褶皺多，而M1 的烤后煙葉較光滑，M3 的葉片相對較厚[20]。表明采收成熟度高的葉片褶皺多，會提高上部煙葉的葉片厚度。

圖2 不同采收成熟度的上部煙葉厚度比較

2.3 不同采收成熟度對煙葉含梗率的影響

由圖3 可知，葉位D12～D16 煙葉的含梗率均表現M3＜M2＜M1，D11 葉位的3 個處理差異不顯著。從含梗率平均值看，M1較M2、M3分別高4.54、5.87個百分點，M1的含梗率顯著高于M2、M3。M2、M3由于采收延遲，煙梗成熟度高，鮮煙葉的煙梗干物質消耗多，導致其烤后煙葉含梗率低。可見，提高采收成熟度會降低上部煙葉的含梗率。

圖3 不同采收成熟度的上部煙葉含梗率比較

2.4 不同采收成熟度對煙葉平衡含水率的影響

由圖4 可知，葉位D11～D13 煙葉平衡含水率均表現M3＜M2＜M1，葉位D14～D16 煙葉平衡含水率均表現M2＜M1＜M3。從葉片平衡含水率平均值看，M2 較M1、M3 分別高0.14、2.86 個百分點，M1、M2 顯著高于M3。表明采收成熟度過高會降低上部煙葉的平衡含水率。

圖4 不同采收成熟度的上部煙葉平衡含水率比較

2.5 不同采收成熟度對煙葉葉質重的影響

由圖5 可知，葉位D11～D16 煙葉的葉質重均表現M2＞M1＞M3，D12～D16 葉位的葉質重在3 個處理間差異顯著。從葉質重平均值看，M2較M1、M3分別高14.59%、39.81%。表明適當提高采收成熟度有利于提高上部煙葉的葉質重。

2.6 不同采收成熟度煙葉物理特性模糊綜合評價

由圖6可知，D11葉位物理特性指數為M1＜M2＜M3，D12～D15 葉位物理特性指數為M3＜M1＜M2，D16 葉位物理特性指數為M1＜M3＜M2。從物理特性指數平均值看，M2較M1、M3分別高7.31%、7.01%，M2顯著高于M1、M3。表明適當提高成熟度會提高上部煙葉物理特性指數。

圖6 不同采收成熟度的上部煙葉物理特性指數比較

2.7 采收成熟度和葉位及其互作對煙葉物理特性的貢獻率

上部煙葉采收成熟度和葉位的雙因素方差分析結果見表2。從效應的顯著性看，采收成熟度和葉位及其互作對單葉重影響不顯著，采收成熟度和葉位互作對平衡含水率影響不顯著，其他均達到顯著或極顯著水平。從η2值看，成熟度對含梗率、平衡含水率、葉片厚度、葉質重影響相對較大，但采收成熟度和葉位互作單葉重影響相對較大。從η2值大小看，采收成熟度對煙葉物理特性的影響由大到小表現為葉質重＞葉片厚度＞含梗率＞平衡含水率＞單葉重。將表2中5個煙葉物理特性指標的采收成熟度和葉位及其互作的η2值求和，并轉換為百分率，取結果的整數，得出采收成熟度對煙葉物理特性的貢獻率為38%，葉位對煙葉物理特性貢獻率為31%，而兩者互作為31%。可見，采收成熟度對上部煙葉物理特性的影響要大于葉位及其互作。

表2 采收成熟度和葉位對上部煙葉物理特性的影響效應

3 討論

席奇亮等[6]研究認為，隨上部煙葉采收延遲，烤后煙葉的單葉重、葉質重降低；石錦輝等[25]研究認為，葉片采收成熟度由尚熟提高到成熟再到完熟，烤后煙葉的葉質重下降；這與本研究結果不一致，其主要原因是上部煙葉烘烤工藝不同。本研究結果還表明，隨著煙葉采收成熟度提高，葉片厚度增加，含梗率降低；葉片厚度增加，主要與烤后煙葉表面褶皺增多、細胞形狀更不規則[26]有關；含梗率降低，主要與鮮煙葉主脈和支脈變白有關，變白的葉脈干物質在大田消耗較多，特別是在烘烤過程中干物質消耗也較多[27]。煙葉采收成熟度提高，單葉重下降，也會導致煙葉產量降低，在現行的收購制度下對增加煙農收益是不利的。因此，把握上部煙葉適宜采收成熟度十分重要。

在煙草農業試驗中，常測定多個指標來分析試驗處理效果，但不同指標趨向往往不一致，甚至相反，很容易引起誤判[28]。為解決多指標評價問題，本研究采用模糊評價方法，首先采用效果測度模型對物理特性指標進行歸一化處理，然后采用主成分方法計算不同指標權重，最后采用加權求和方法計算物理特性指數，依據指數大小確定處理的優劣。這種模糊綜合評價方法得出試驗結論較為客觀，在煙草農業試驗多指標評價中具有一定應用價值。

在多變量效應強弱分析過程中，可以用F值或P值或平方和粗略比較[29]。η2值是因變量在不同因素影響下的方差比例，是扣除了其他效果項影響后的效果項和參數估計值的凈相關平方值，用它來當作效果度量指標，能較客觀地反映變量效應強弱及其真實強度[30-31]，應用較為廣泛。本研究利用η2值大小判斷雙因素試驗效果表明，采收成熟度和葉位及其互作對上部煙葉物理特性具有重要影響，其貢獻率分別為38%、31%、31%；采收成熟度對煙葉物理特性影響最大，采收成熟度對煙葉物理特性的影響由大到小表現為葉質重＞葉片厚度＞含梗率＞平衡含水率＞單葉重。因此，把握好上部煙葉采收成熟度，可改善煙葉物理特性。

4 結論

隨煙葉采收成熟度提高，上部煙葉含梗率下降，葉片厚度增加；單葉重、平衡含水率和葉質重以中等成熟度采收最高。采收成熟度和葉位及其互作對上部煙葉化學成分具有重要影響，其貢獻率分別為38%、31%、31%。采收成熟度對物理特性指標影響由大到小表現為葉質重＞葉片厚度＞含梗率＞平衡含水率＞單葉重。不同處理以M2 的物理特性相對較優，其第13 葉成熟外觀特征為：葉面變黃70%～80%，茸毛大部分脫落，葉面有光澤，褶皺，有少許粘手感，主脈變白4/5，支脈變白1/2，葉緣卷曲起皺，葉尖下勾，葉面有成熟斑。