基于DTOPSIS法的楚雄基地?zé)熑~化學(xué)質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)

林云紅，楊 虹*，袁齊風(fēng)，李紹庚，江 皓，白海波，周 斌，甘影秋，李麗華

（1.紅塔集團(tuán)楚雄卷煙廠，云南楚雄 675099；2.北京金蝶云基科技有限公司，北京 101300）

化學(xué)成分是非常關(guān)鍵的煙葉質(zhì)量指標(biāo)，包括煙堿、總糖、還原糖、總氮、鉀、糖堿比、氮堿比、鉀氯比等，其含量因煙田地理環(huán)境、土壤結(jié)構(gòu)、生態(tài)環(huán)境、產(chǎn)區(qū)海拔、施肥策略等影響因子存在顯著差異[1]。每項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)對(duì)煙葉總體質(zhì)量的影響方式并不相同，各指標(biāo)之間又能互相影響，且對(duì)工業(yè)可用性的影響形式不盡相同，如果單一地對(duì)某項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)價(jià)，或是對(duì)某幾項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行簡單的組合疊加，并不能體現(xiàn)出煙葉的整體可用性[2]。所以，在對(duì)煙葉的化學(xué)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，必須通過科學(xué)的方法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

近年來，云南省楚雄州已建成國家局層面的6 個(gè)煙葉基地單元，其中特色煙基地單元2 個(gè)，規(guī)劃單元4 個(gè)，范圍涉及楚雄州共10 個(gè)縣市100 余個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)。由于楚雄州具有低緯高原季風(fēng)氣候和獨(dú)特的自然立體氣候，不同生態(tài)區(qū)域的煙葉品質(zhì)存在較大的差異，地域覆蓋面廣、地形地貌復(fù)雜多變、土壤類型及生態(tài)環(huán)境差異大，對(duì)煙葉的化學(xué)成分影響較大[3]。本次研究采用DTOPSIS 分析方法，以楚雄州2022 年6 個(gè)縣市K326 煙葉作為分析品種，以下級(jí)二（X2F）、中級(jí)三（C3F）、上級(jí)二（B2F）作為分析等級(jí)，選取各等級(jí)工商交接化學(xué)成分作為數(shù)據(jù)源，對(duì)6 個(gè)縣市煙葉的化學(xué)質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，為楚雄州煙草公司的基地質(zhì)量規(guī)劃提供參考。本次研究還有助于探索楚雄州不同生態(tài)區(qū)煙葉質(zhì)量的形成規(guī)律，確定楚雄烤煙質(zhì)量風(fēng)格特征劃分的生物學(xué)依據(jù)，研究煙葉化學(xué)成分對(duì)比關(guān)系，找出不同生態(tài)區(qū)的煙葉質(zhì)量主要特征和特性，了解不同產(chǎn)地?zé)熑~的品質(zhì)特性，確定楚雄州煙葉特色。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)時(shí)間、地點(diǎn)

試驗(yàn)于2022 年4—9 月在楚雄州種植K326 的6 個(gè)縣市進(jìn)行，分別為楚雄市、祿豐市、牟定縣、南華縣、雙柏縣和永仁縣。

1.2 試驗(yàn)材料

K326、煙草專用復(fù)合肥[m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=15∶15∶18]、鉀肥、地膜。

1.3 DTOPSIS方法原理

DTOPSIS 法是陳珽[4]提出的近似理想解的最優(yōu)排序技術(shù)法，其方法是將每一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)都經(jīng)過無量綱化處理變成可比較的規(guī)范化決策矩陣，并對(duì)每一項(xiàng)指標(biāo)計(jì)算其理想解和負(fù)理想解，進(jìn)而比較出各指標(biāo)間的差異。實(shí)現(xiàn)原理及步驟如下：

1）獲取決策矩陣：明確評(píng)價(jià)對(duì)象和評(píng)價(jià)指標(biāo)，并測(cè)量各個(gè)候選方案在各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)上的性能。這樣可以構(gòu)建一個(gè)決策矩陣，其中每一行代表一個(gè)候選方案，每一列代表一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

設(shè)有m個(gè)地區(qū)n個(gè)化學(xué)成分指標(biāo)。建立矩陣A：

2）標(biāo)準(zhǔn)化決策矩陣：為了消除不同指標(biāo)的度量單位差異，需要對(duì)決策矩陣進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。常用的標(biāo)準(zhǔn)化方法有線性變換和對(duì)數(shù)變換等。

將A進(jìn)行無量綱化處理，使其成為可以相互比較的標(biāo)準(zhǔn)化矩陣Z，其中Zij為：

式中，i=1,2,…,m；j=1,2,…,n；Yi0為指標(biāo)目標(biāo)值。

3）權(quán)重分配：根據(jù)各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的重要性，為每個(gè)指標(biāo)分配一個(gè)權(quán)重。權(quán)重可以通過主觀意見提取、統(tǒng)計(jì)分析或?qū)＜乙庖姷确绞酱_定。本次試驗(yàn)中的指標(biāo)權(quán)重根據(jù)楚雄卷煙廠前期的相關(guān)研究結(jié)論確定。

建立加權(quán)規(guī)范化決策矩陣R，其中元素Rij=WjZij，Wj是第j個(gè)指標(biāo)的權(quán)重（i=1,2,…,m；j=l,2,…,n）。

4）確定理想解和負(fù)理想解：理想解是指在每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)上最佳的結(jié)果，而負(fù)理想解是指在每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)上最差的結(jié)果。

計(jì)算化學(xué)成分指標(biāo)的理想解和負(fù)理想解：

5）通過比較標(biāo)準(zhǔn)化后的決策矩陣和正負(fù)理想解，可以得到每個(gè)方案與理想解和負(fù)理想解的距離。

利用歐基里德范數(shù)作為距離的測(cè)度，得到各區(qū)域決策矩陣R與理想解和負(fù)理想解的距離分別為：

6）計(jì)算綜合指數(shù)：通過對(duì)每個(gè)方案與正負(fù)理想解的距離進(jìn)行加權(quán)求和，可以得到每個(gè)方案的綜合指數(shù)。綜合指數(shù)越大代表方案越接近理想解，綜合指數(shù)越小代表方案離負(fù)理想解更近。

各區(qū)域?qū)硐虢獾木C合指數(shù)：

7）排序和選擇：根據(jù)綜合指數(shù)對(duì)各個(gè)候選方案進(jìn)行排序，選出綜合指數(shù)最大的方案作為最佳方案。

結(jié)果按照Ci的大小排序，最大者即為區(qū)域質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)最優(yōu)者[5-6]。

1.4 檢測(cè)項(xiàng)目及方法

2022 年楚雄州種植K326 的縣市有楚雄市、祿豐市、牟定縣、南華縣、雙柏縣、永仁縣共6 個(gè)，試驗(yàn)材料取每個(gè)縣市B2F、C3F、X2F 等3 個(gè)等級(jí)煙葉的常規(guī)化學(xué)成分。煙葉等級(jí)評(píng)定滿足《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)：烤煙（GB 2635—1992）》分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)每個(gè)煙葉樣品采用近紅外光譜采集化學(xué)成分，并通過分析模型得到，指標(biāo)包括煙堿、還原糖、總氮、鉀，進(jìn)而衍生得到糖堿比、氮堿比、鉀氯比，單個(gè)指標(biāo)值通過對(duì)相同縣市、相同等級(jí)的多個(gè)樣品取平均值的方式獲取。

2 結(jié)果與分析

2.1 建立評(píng)價(jià)矩陣

以2022 年楚雄州6 個(gè)縣市K326 品種的7 項(xiàng)常規(guī)化學(xué)質(zhì)量數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)源，并計(jì)算得到各質(zhì)量指標(biāo)的平均值（見表1、表2、表3），對(duì)其建立評(píng)價(jià)矩陣A。

表1 B2F化學(xué)質(zhì)量指標(biāo)平均值

表2 C3F化學(xué)質(zhì)量指標(biāo)平均值

表3 X2F化學(xué)質(zhì)量指標(biāo)平均值

2.2 數(shù)據(jù)無量綱化處理

煙葉化學(xué)成分指標(biāo)數(shù)據(jù)可分為正向指標(biāo)和固定指標(biāo)，其中鉀、鉀氯比為正向指標(biāo)，數(shù)值越大越好；煙堿、總糖、還原糖、總氮、糖堿比、氮堿比為固定指標(biāo)，各指標(biāo)目標(biāo)值分別為：總氮2.5、還原糖22、煙堿2.8、糖堿比9.5、氮堿比1.05[3]。根據(jù)公式的計(jì)算方法，對(duì)矩陣A進(jìn)行無量綱化處理（見表4、表5、表6），得到矩陣Z。

表4 B2F無量綱處理結(jié)果

表5 C3F無量綱處理結(jié)果

表6 X2F無量綱處理結(jié)果

2.3 質(zhì)量指標(biāo)權(quán)重確定

根據(jù)《基于GIS 的楚雄煙區(qū)生態(tài)特征與煙葉品質(zhì)特色研究》中確定的化學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)及權(quán)重分配相關(guān)內(nèi)容可知，化學(xué)質(zhì)量以煙堿、總氮、還原糖、鉀、糖堿比、氮堿比、鉀氯比7 項(xiàng)指標(biāo)作為烤煙化學(xué)成分協(xié)調(diào)性的評(píng)價(jià)指標(biāo)，各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重依次為0.20、0.10、0.15、0.10、0.25、0.11、0.09[3]。

通過各化學(xué)質(zhì)量指標(biāo)的權(quán)重乘以各等級(jí)無量綱處理結(jié)果（見表7、表8、表9），得到加權(quán)后的規(guī)范化決策矩陣R。

表7 B2F加權(quán)后的化學(xué)質(zhì)量指標(biāo)

表8 C3F加權(quán)后的化學(xué)質(zhì)量指標(biāo)

表9 X2F加權(quán)后的化學(xué)質(zhì)量指標(biāo)

2.4 理想解和負(fù)理想解計(jì)算

根據(jù)加權(quán)后的規(guī)范化決策矩陣R獲取各化學(xué)質(zhì)量指標(biāo)理想解和負(fù)理想解計(jì)算結(jié)果為：

將各個(gè)等級(jí)的理想解、負(fù)理想解和規(guī)范化決策矩陣R代入公式（2）和（3），得到各區(qū)域決策矩陣R與理想解和負(fù)理想解的距離和，并將結(jié)果代入公式（4），求得各區(qū)域?qū)硐虢獾南鄬?duì)接近程度Ci（見表10、表11、表12）。

表10 B2F基于DTOPSIS法的計(jì)算結(jié)果

表11 C3F基于DTOPSIS法的計(jì)算結(jié)果

表12 X2F基于DTOPSIS法的計(jì)算結(jié)果

2.5 化學(xué)質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)

從DTOPSIS 分析結(jié)果可知，Ci值越大，該區(qū)域的綜合質(zhì)量排序越好。根據(jù)楚雄州6 個(gè)煙葉種植區(qū)域K326不同等級(jí)的分析結(jié)果可知，對(duì)于B2F來說，2022年煙葉化學(xué)質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)排序?yàn)椋撼凼校镜撠S市＞牟定縣=雙柏縣＞南華縣＞永仁縣；對(duì)于C3F 來說，煙葉化學(xué)質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)排序?yàn)椋撼凼校倦p柏縣＞永仁縣＞牟定縣＞祿豐市＞南華縣；對(duì)于X2F 來說，煙葉化學(xué)質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)排序?yàn)椋河廊士h＞牟定縣＞南華縣＞楚雄市＞雙柏縣＞祿豐市。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

煙葉化學(xué)質(zhì)量的綜合評(píng)價(jià)對(duì)于煙葉品質(zhì)的確認(rèn)、煙葉生產(chǎn)優(yōu)化、煙葉科學(xué)研究的指標(biāo)、優(yōu)質(zhì)特色煙區(qū)規(guī)劃等應(yīng)用具有重要意義。綜合評(píng)價(jià)煙葉化學(xué)成分可以確定煙葉的品質(zhì)，從而指導(dǎo)煙草生產(chǎn)和煙草產(chǎn)品的調(diào)配，了解產(chǎn)品中危害物質(zhì)的含量，為制訂相關(guān)政策和采取相應(yīng)措施提供科學(xué)依據(jù)；同時(shí)，其評(píng)價(jià)結(jié)果可以用于優(yōu)化煙葉種植和煙草制品的制造過程。通過研究煙葉中不同化學(xué)成分的含量和相互關(guān)系，可以調(diào)整種植環(huán)境、施肥管理、采收期等，以提高煙葉品質(zhì)；煙葉化學(xué)成分的綜合評(píng)價(jià)對(duì)煙草科學(xué)研究同樣具有重要意義，了解煙葉中各種化學(xué)成分的含量和特征，可以為煙草品質(zhì)改良、煙草病蟲害防治、煙草新品種培育等提供理論依據(jù)和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

在煙葉原料的綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)和規(guī)劃應(yīng)用中，還可加入農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量、均價(jià)、外觀質(zhì)量和感官質(zhì)量等指標(biāo)，并針對(duì)不同煙葉品種的實(shí)際生長特征進(jìn)行分析研究[6-7]，服務(wù)于針對(duì)優(yōu)質(zhì)特色品種的煙葉種植基地智能規(guī)劃。

煙葉的質(zhì)量指標(biāo)除了化學(xué)成分，還包括外觀質(zhì)量、物理特性、感官質(zhì)量等，而此次分析只針對(duì)K326品種的化學(xué)成分進(jìn)行。在后續(xù)的分析應(yīng)用中，對(duì)所有指標(biāo)進(jìn)行質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)同樣可以通過DTOPSIS 法實(shí)現(xiàn)，該方法分析的重點(diǎn)在于對(duì)各指標(biāo)權(quán)重的分配及目標(biāo)值的定義。

3.2 結(jié)論

DTOPSIS 法能有效應(yīng)用于煙葉化學(xué)質(zhì)量的綜合評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果準(zhǔn)確客觀，過程清晰，說服力強(qiáng)，具有很好的可實(shí)踐性，分析結(jié)果有很強(qiáng)的參考意義。

對(duì)楚雄州6 個(gè)種植區(qū)域煙葉的化學(xué)質(zhì)量進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，并得出排序結(jié)果，客觀真實(shí)地反映出楚雄州2022 年種植K326 品種的化學(xué)質(zhì)量分布情況，而煙葉化學(xué)成分對(duì)感官評(píng)價(jià)質(zhì)量存在顯著性影響[8]，其評(píng)價(jià)結(jié)果又可為區(qū)域之間的感官質(zhì)量等評(píng)價(jià)提供參考。