徐文姍，譚 馨，魯黎明

(1.川渝中煙工業(yè)有限責任公司，四川 成都 610017； 2.四川農業(yè)大學農學院，四川 成都 611130)

基于物元可拓模型的烤煙化學成分協(xié)調性研究

徐文姍1，譚 馨2，魯黎明1

(1.川渝中煙工業(yè)有限責任公司，四川 成都 610017； 2.四川農業(yè)大學農學院，四川 成都 611130)

為探索烤煙化學成分協(xié)調性研究方法，運用物元可拓模型對瀘州8個采樣點烤煙的化學成分協(xié)調性進行了評價.結果表明，8個采樣點中有5個采樣點化學成分協(xié)調性處于協(xié)調檔次.計算8個采樣點化學成分協(xié)調性可拓指數，其均值為75.14，因而整個瀘州煙區(qū)烤煙化學成分協(xié)調性處于較協(xié)調檔次，評價結果與實際情況吻合度較高，表明該方法用于評價煙區(qū)烤煙化學成分協(xié)調性具有一定合理性.

烤煙；化學成分；協(xié)調性；物元可拓模型

烤煙化學品質是決定煙葉質量的物質基礎，化學成分對煙葉品質的優(yōu)劣有顯著影響[1].化學成分含量不同，烤煙品質也會有差異[2～5].目前，烤煙化學成分綜合評價常用的方法較多，李國棟等[6]運用主成分聚類分析將53份烤煙按照化學品質優(yōu)劣分為5類;馬云明等[7]對云南省24個烤煙品種主要化學成分進行因子分析，結果表明，碳氮化合物對烤煙化學成分協(xié)調性影響最大;趙晶等[8]運用因子聚類分析將云南省、福建省的78份樣品按照化學品質好壞分為5類;耿宗澤等[9]運用因子分析與廣義灰色關聯(lián)度相結合的方法對不同產區(qū)煙葉化學成分進行了統(tǒng)計，結果表明，與福建邵武上部煙葉化學成分最接近的是云南宜良，其次是廣東南雄，化學成分差異最大的是云南華寧;李東亮等[10]運用灰色等權聚類將18個烤煙產區(qū)的化學成分分為A，B兩類.此外，胡鐘勝等[11]運用模糊評判與歐氏距離法評價煙葉化學成分，結果表明，化學可用性指數與相似距離系數相關性達到顯著相關水平，2種方法研究烤煙煙葉品質具有一定的相容性.由于化學成分指標眾多，且每個指標性質不一樣，因此，在進行化學成分協(xié)調性評價時，難以克服信息指標之間的共線性問題，而使評價結果有偏差.本研究以化學指標的經驗權重作為主觀權重，以灰色等權關聯(lián)度計算得到的權重為客觀權重，利用“離差平方和的最優(yōu)組合賦權方法”計算綜合權重，在此基礎上運用物元可拓集模型[12,13]，分析烤煙化學品質協(xié)調性，進一步分析該方法在煙草化學質量評價中的可行性.

1 材料與方法

1.1樣品來源及指標測定

在瀘州煙區(qū)8個檢樣點采集烤后煙葉C3F煙樣，每個采樣點采集3個樣品測定其化學指標.采樣點主要包括瀘州市敘永縣分水鎮(zhèn)廣子村、敘永縣后山鎮(zhèn)升基村、敘永縣赤水鎮(zhèn)中沙村、敘永縣營山鄉(xiāng)尾河村、古藺縣雙沙鎮(zhèn)慶豐村、古藺縣馬嘶鄉(xiāng)紅星村、古藺縣大寨鄉(xiāng)大寨村、古藺縣金星鄉(xiāng)黑竹村(為簡化說明，分別用1至8代表采樣點).各采樣點烤煙田間栽培措施按照瀘州當地優(yōu)質煙葉生產管理規(guī)程進行，其烘烤采取三段式烘烤工藝進行.按王瑞新[1]介紹的方法測定總糖、還原糖、總煙堿、糖堿比、總氮、氮堿比、氯、鉀、氯鉀比、淀粉等10個化學指標(分別以x1→x10代表).

1.2建立化學成分協(xié)調性評價模型

1.2.1 數據標準化 結合前人研究結果以及煙草行業(yè)有關專家的建議，確定煙葉化學成分各指標所屬隸屬度函數類型以及轉折點值[14, 15]，如表1所示.

表1 烤煙化學成分隸屬度函數與轉折點Table 1 Chemical composition of flue-cured tobacco of the membership functions and the turning point

經過上述隸屬度函數的轉化，將化學成分各指標的數值轉化為0.1～1.0的值，即數據進行標準化處理.

反S型隸屬度函數分段函數如下：

S型隸屬度函數分段函數如下：

拋物線型隸屬度函數分段函數如下：

1.2.2 權重確定 化學成分含量各指標賦權采用陳偉等[16]所用“離差平方和的最優(yōu)組合賦權方法”賦權.其中，主觀權重w1，采用經驗權重值.客觀權重w2，采用灰色等權關聯(lián)度賦權法[17]，計算各指標等權關聯(lián)度，再進行歸一化處理，得到各指標客觀權重.

1.2.3 評價模型 煙葉化學成分協(xié)調性采用“物元可拓集分析”評價[18].

將煙葉化學成分原始數據按照隸屬度函數轉換后，得到新的數據.按表2將化學成分分為5個級別.

表2 煙葉化學成分分級標準Table 2 The grading standards of chemical composition

注：max表示經隸屬度函數轉換后指標最大值，mean表示經隸屬度函數轉換后指標均值，min表示經隸屬度函數轉換后指標最小值.

Note：Max is the maximum of index transformed by the membership function，mean is average value of index transformed by the me-mbership function，and min is the minimum of index transformed by the membership function.

設Sn為烤煙化學成分待區(qū)劃的n個指標，xj=[au,bu]為化學成分區(qū)劃各指標的對應取值范圍，即節(jié)域.

1.2.3.1 物元矩陣 設節(jié)域物元域矩陣為AL，則：

設經典物元矩陣為BL，Ni為5個區(qū)劃等級則：

設判斷物元為CL，則：

1.2.3.2 計算點到區(qū)間距離ρ在物元分析中，關聯(lián)函數表示物元的量值取實軸上的1點時，物元符合要求的取值范圍程度.它可使化學質量區(qū)劃的的結果量化.關聯(lián)函數計算公式為：

xoji=aoji-boji.

計算各采樣點可拓指數的均值，將其均值作為瀘州煙區(qū)烤煙化學成分協(xié)調性綜合評價值.按照其均值的大小，將滬州烤煙化學成分協(xié)調性分為4個等級，分級標準如表3所示.

表3 瀘州化學成分協(xié)調性分級標準Table 3 The grading standards of the coordination of chemical composition in Luzhou

2 結果與分析

2.1瀘州烤煙化學成分數據的標準化

根據表1所述，總糖、還原糖、總煙堿、總氮、糖堿比、氮堿比、氯，所屬隸屬度函數為拋物線型，鉀、鉀氯比所屬隸屬度函數為S型，淀粉所屬隸屬度函數為反S型.按照上述隸屬度函數將各類化學指標進行轉換，結果如表4所示.

2.2瀘州烤煙化學成分的權重

主觀權重值采用經驗權重，采用煙草行業(yè)化學成分的經驗權重值.而客觀權重采用灰色等權關聯(lián)度賦權.由于標準化后的各類化學指標理想值為1，因此，將1作為參考數列，再將待比較數列與參考數列作差值并取其絕對值，從而得到差序列，從差序列中找出最大值、最小值，進而計算出各類化學指標的等權關聯(lián)度，對其作歸一化處理，得到各類化學指標的客觀權重.再根據“離差平方和的最優(yōu)組合賦權方法”計算各類化學指標綜合權重值.具體結果如表5所示.

表4 瀘州烤煙化學成分數據標準化結果Table 4 The results of the chemical composition of flue-cured tobacco from data standardization

表5 綜合賦權法所得權重值

2.3瀘州烤煙化學成分協(xié)調性分級標準

將經過隸屬度函數轉化后的數據，按照表2中化學成分分級標準原則，制訂瀘州煙區(qū)烤煙化學成分協(xié)調性分級標準，如表6所示.

2.4瀘州化學成分協(xié)調性綜合評價

根據公式，計算判斷物元與節(jié)域物元、經典物元之間的距離，從而得出各采樣點每個指標的關聯(lián)度，將其關聯(lián)度與對應的綜合權重值相乘，從而得出各采樣點的綜合關聯(lián)度.由判斷公式：若kj(P0)=maxkj(P0),j∈(1,2…m)，則待區(qū)劃指標屬于等級j.對瀘州市8個采樣點化學成分協(xié)調性進行評價，其中，1，2，3，4，5，8號采樣點所對應的化學成分最大綜合關聯(lián)度屬于等級Ⅰ，表現為協(xié)調檔次.7號采樣點所對應的化學成分最大綜合關聯(lián)度屬于等級Ⅱ，表現為較協(xié)調檔次.6號采樣點所對應的化學成分最大綜合關聯(lián)度屬于等級Ⅳ，表現為欠協(xié)調檔次(表7).

按照可拓指數計算公式，計算8個采樣點所對應的可拓指數，如表8所示.8個采樣點所對應可拓指數的均值為75.14.因此，瀘州煙區(qū)烤煙整體化學成分協(xié)調性處于較協(xié)調檔次.而依據煙草行業(yè)化學成分評價標準，瀘州古藺、敘永兩地綜合評分為71.76，化學成分協(xié)調性處于較協(xié)調檔次.因此，評價方法與實際情況較吻合.

表6 瀘州烤煙化學成分協(xié)調性分級標準

表7 基于物元可拓分析的各區(qū)域烤煙化學成分協(xié)調性評價結果

表8 各采樣點可拓指數Table 8 Extension index of the sampling points

3 結語

研究化學成分協(xié)調性的方法較多，人們在運用主成分分析法[6]、模糊數學法[11]等對烤煙化學成分協(xié)調性進行判斷時，都未對某個區(qū)域整體協(xié)調性做出判斷.由于物元反應的是物質的質與量之間的關系[13]，而物質的質與量是相互制約、相互影響、相互聯(lián)系的統(tǒng)一體，因此，通過引入物元能對所研究問題進行定性與定量的解釋，使對問題的認識更加全面.物元模型在其他領域，如土壤養(yǎng)分評價[18]、生態(tài)環(huán)境安全性評價[19]等方面已有應用，經驗證表明，該方法規(guī)范性強，具有簡便、定量嚴密的特點.

在運用物元可拓模型對瀘州烤煙化學成分協(xié)調性進行預測時，所得結果與實際情況吻合度較好.將8個采樣點可拓指數的均值作為評價瀘州區(qū)域化學成分協(xié)調性的綜合值，可能會因抽樣調查各采樣點時覆蓋面不全，而使化學成分協(xié)調性評價與實際情況有一定偏離.

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(責任編輯：常思敏)

Studyofthechemicalcompositioncoordinationofflue-curedtobaccobasedonthemodelofmatter-elementextension

XU Wen-shan1, TAN Xin2, LU Li-ming1

(1.Chuanyu Tobacco Company, Chengdu 610017, China; 2.Agronomy College of Sichuan Agricultural University, Chengdu 611130, China)

In order to explore the analysis methods of chemical composition of flue-cured tobacco, the model of Matter-element Extension was used to evaluate the coordination of 8 sampling in Luzhou. The results showed that the chemical composition was well-coordinated in 5 samples points. Calculating the extension index of chemical composition in 8 sampling points, and the average was 75.14, so for the entire area, the coordination of chemical composition of flue-cured tobacco was in coordination level. The evaluation results were similar with the actual results. Therefore, this method had a certain rationality.

flue-cured tobacco; chemical composition; coordination; matter-element extension model

S 572

：A

2014-01-26

四川省煙草公司科技項目(200703009)

徐文姍，1988年生，女，四川成都人，碩士研究生，主要從事煙草品質研究.

魯黎明，1965年生，男，河南正陽人，副教授，博士.

1000-2340(2014)05-0561-06