謝璀毓，孫亞峰，馬小潔，費(fèi)日超，王曉婷

（臨沂市沂南縣氣象局，山東 臨沂 276300）

煙草是臨沂市的重要經(jīng)濟(jì)作物，煙葉質(zhì)量的優(yōu)劣對(duì)卷煙品質(zhì)影響很大。煙堿、總糖、還原糖、氮、鉀、氯含量等指標(biāo)作為煙草化學(xué)成分協(xié)調(diào)性的評(píng)價(jià)指標(biāo)，是評(píng)價(jià)煙葉質(zhì)量品質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)之一［1-3］。氣象條件是決定煙葉品質(zhì)優(yōu)劣的關(guān)鍵性因素之一［4-6］。氣溫、日照、降水等氣象因子直接決定了煙葉的生長(zhǎng)發(fā)育和干物質(zhì)積累。臨沂市位于山東省東南部，多丘陵地形，西北高東南低，屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候。四季分明，雨量充沛，光照充足，無(wú)霜期長(zhǎng)。春季多大風(fēng)，易干燥；夏季高溫高濕，雨量集中，常有暴雨；秋季秋高氣爽，常有秋旱；冬季干冷，雨雪稀少。氣候條件適宜烤煙種植，是“沂蒙山”品牌主產(chǎn)區(qū)。北部沂水、沂南、蒙陰，西部費(fèi)縣、蘭陵、平邑；東部莒南、臨沭、郯城，均已建成山東省一流的品牌園區(qū)。隨著近幾年煙葉化學(xué)成分分析技術(shù)的改進(jìn)，匯總資料日益完備，利用氣候條件對(duì)煙葉化學(xué)物質(zhì)分析過(guò)去大多針對(duì)一對(duì)一變量研究，但是變量之間互相關(guān)系描述并不多見(jiàn)。本研究利用典型相關(guān)分析來(lái)表述氣象因子和化學(xué)成分相互關(guān)系，并使兩組變量構(gòu)成彼此獨(dú)立或不相關(guān)的典型變量，而且每組變量的數(shù)量關(guān)系可以是不相等的［7-9］。主要目的旨在揭示氣象因子與煙葉化學(xué)成分的關(guān)系，從而為煙葉生產(chǎn)和氣象精準(zhǔn)服務(wù)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

1.1.1 氣象數(shù)據(jù) 研究所用氣象數(shù)據(jù)來(lái)自臨沂市8個(gè)縣（區(qū)），時(shí)間序列為1964—2019年。根據(jù)煙葉大田期生長(zhǎng)發(fā)育特點(diǎn)和生物學(xué)特點(diǎn)，選擇5—9月的旬氣溫（℃）、旬日照時(shí)數(shù)（h）、旬降水量（mm）作為分析變量。

1.1.2 煙葉化學(xué)數(shù)據(jù) 本研究使用的煙葉化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)來(lái)源于臨沂市煙草公司，包括臨沂市沂水、沂南、費(fèi)縣、莒南、蘭陵、臨沭、蒙陰、平邑8 個(gè)煙站，主要分析的化學(xué)成分有總糖、還原糖、總煙堿、總氮、鉀、氯、鉀氯比、糖堿比、兩糖差、氮堿比。

1.2 數(shù)據(jù)處理方法及軟件

為研究自變量x1，x2……，xp和y1，y2……，yp之間的相關(guān)關(guān)系，構(gòu)造兩個(gè)綜合變量。

式中，m1……mp和l1……lp是待定系數(shù)，選取變量U、V的若干最優(yōu)組合（Ui，Vj），I=1……r，使得同類(lèi)變量Ui及Vj之間均互不相關(guān)，同組的變量Ui及Vj之間相關(guān)且可能最大程度相關(guān)，不同組的變量Ui及Vj也不相關(guān)。這樣的綜合變量稱為典型變量，Ui和Vj之間的相關(guān)系數(shù)λi稱為典型相關(guān)系數(shù)［2］。

系數(shù)mi和lj分別為原始變量xi、yj在典型變量U、V上的載荷。對(duì)于樣本在變量x1、x2……xp和y1、y2……yq上的觀測(cè)值，由式（1）、式（2）算出來(lái)的典型變量稱為該樣本的典型變量得分。在U、V坐標(biāo)系上各樣本典型變量得分的排序可直觀地顯示U、V間的相關(guān)關(guān)系以及樣本在該典型變量的聚類(lèi)特征，進(jìn)一步計(jì)算出典型變量U、V與構(gòu)成它們的原始變量xi、yj間的相關(guān)系數(shù)rui、rvj，用 Bartlett 關(guān)于大樣本的X2檢驗(yàn)判斷r對(duì)典型變量的顯著性。

選用軟件 IBM SPSS Statistics 26 和 phtyon 語(yǔ)言進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。用SPSS 軟件對(duì)煙草數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類(lèi)分析，對(duì)氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行基礎(chǔ)平均值分析；用phtyon 語(yǔ)言進(jìn)行典型變量顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 臨沂市煙站煙葉樣本分布與聚類(lèi)分析

以2015—2018 年4 年各個(gè)化學(xué)成分均值代表各個(gè)煙站的化學(xué)成份值，依次進(jìn)行描述性分析和聚類(lèi)分析。如表1 所示，8 各煙站煙葉總糖在24.46%～26.01%，均值為25.30%；還原糖在19.53%～20.95%，均值20.19%；總煙堿在2.23%～2.58%，均值2.37%；總氮在 1.69%～1.79%，均值 1.74%；鉀在 1.25%～1.58%，均值1.37%；氯在0.28%～0.39%，均值0.33%；鉀 氯 比 在 4.75～5.95，均 值 5.37；糖 堿 比 在 10.89～12.75，均值11.86；兩糖差在4.37～5.44，均值5.12；氮堿比在0.74～0.82，均值0.78。10 個(gè)化學(xué)成份的變異系數(shù)在1.76%～12.37%，均較小，表明8 個(gè)煙站間的煙葉化學(xué)成分含量相對(duì)穩(wěn)定。

表1 8 個(gè)煙站樣本化學(xué)成分統(tǒng)計(jì)結(jié)果

聚類(lèi)分析結(jié)果如圖1 所示，各類(lèi)別化學(xué)成分含量見(jiàn)表2。根據(jù)圖1 可將8 個(gè)煙站分為3 類(lèi)，第1 類(lèi)包括沂南、平邑2 個(gè)煙站，總糖均值為24.47%；還原糖均值19.82%；總煙堿均值為2.52%；總氮均值為1.76%；鉀均值為1.27%；氯均值為0.29%；鉀氯比均值5.52；糖堿比均值為10.93；兩糖差均值為4.66；氮堿比均值為0.74。第2 類(lèi)包括沂水、臨沭2 個(gè)煙站，總糖均值為25.55%；還原糖均值20.14%；總煙堿均值為2.27%；總氮均值為1.74%；鉀均值為1.48%；氯均值為0.38%；鉀氯比均值4.89；糖堿比均值為12.46；兩糖差均值為5.42；氮堿比均值為0.81。第3類(lèi)包括莒南、費(fèi)縣、蘭陵、費(fèi)縣4 個(gè)煙站，總糖均值為25.59%；還原糖均值20.40%；總煙堿均值為2.35%；總氮均值為1.72%；鉀均值為1.36%；氯均值為0.32%；鉀氯比均值5.53；糖堿比均值為12.02；兩糖差均值為5.20；氮堿比均值為0.78。

表2 各類(lèi)別化學(xué)成分含量

圖1 8 個(gè)煙站聚類(lèi)分析

2.2 臨沂市氣象條件分析

由于各地氣候條件有差異，在生育發(fā)育期上劃分也有所不同。本研究將大田管理時(shí)間定為5 月上旬到9 月下旬，氣象資料也主要分析這一時(shí)段（5—9月）。

收集臨沂煙區(qū)共8 個(gè)種植煙葉縣（區(qū)）的氣象資料（圖2），分別是沂南、沂水、費(fèi)縣、蒙陰、平邑、臨沭、蘭陵、莒南。8 個(gè)縣（區(qū)）1964—2019 的氣象資料顯示，5—9 月平均氣溫23.3 ℃。月平均氣溫呈現(xiàn)7月＞8 月＞6 月＞9 月＞5 月的趨勢(shì)。從5 月上旬氣溫開(kāi)始逐漸升高，在7 月下旬達(dá)到最高，之后氣溫逐漸下降。7 月下旬平均最高氣溫出現(xiàn)在蘭陵，為27.0 ℃。

圖2 臨沂煙區(qū)5—9 月旬氣溫、旬降水量、旬日照時(shí)數(shù)統(tǒng)計(jì)（1964—2019 年）

8 個(gè)縣（區(qū)）1964—2019 年的氣象資料顯示，5—9 月平均日照時(shí)數(shù)203.21 h。月日照時(shí)數(shù)呈現(xiàn)5 月＞6 月＞8 月＞9 月＞7 月的趨勢(shì)。5 月下旬日照時(shí)數(shù)最多，7 月中旬日照時(shí)數(shù)最少。各縣日照時(shí)數(shù)差異較大，其中蒙陰日照時(shí)數(shù)最多，為1 042.3 h，臨沭日照時(shí)數(shù)最少，為958.6 h。

8 個(gè)縣（區(qū)）1964—2019 年的氣象資料顯示，5—9 月平均累積降水量624.7 mm。月降水量呈現(xiàn)7 月＞8 月＞5 月＞9 月＞5 月的趨勢(shì)，和平均氣溫的總變化趨勢(shì)相同。主要的降水時(shí)期集中在7 月中旬到8月中旬，7 月中旬降水最多，這與烤煙伸根期短期干旱有利于根系生長(zhǎng)，旺長(zhǎng)期和成熟期需水量較多的規(guī)律相吻合。但是5 月整體降水量較少，可能會(huì)出現(xiàn)季節(jié)性的干旱，特別是在移栽期前后。5—9 月降水最多的是蘭陵，為653.5 mm。

2.3 臨沂地區(qū)氣象因子與煙葉化學(xué)成分典型相關(guān)性分析

把氣象因子指標(biāo)看作一組變量，煙葉化學(xué)成分看作另一組變量，進(jìn)行典型相關(guān)分析，其中氣象因子分為月平均氣溫、月平均日照時(shí)數(shù)和月平均降雨3個(gè)變量組，分別進(jìn)行典型相關(guān)分析。

如表3 所示，各月平均氣溫與煙葉化學(xué)成分的第1 對(duì)典型變量和第2 對(duì)典型變量均表現(xiàn)為極顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為 0.988、0.941，第 3 對(duì)到第 5 對(duì)均不顯著，因此對(duì)第1、2 對(duì)典型變量進(jìn)行分析。各月平均日照時(shí)數(shù)與煙葉化學(xué)成分的第1 對(duì)典型變量表現(xiàn)為極顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.958，第2 對(duì)到第5對(duì)均不顯著，因此對(duì)第1 對(duì)典型變量進(jìn)行分析。各月平均降雨量與煙葉化學(xué)成分的第1 對(duì)典型變量表現(xiàn)為極顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.919，第2 對(duì)到第5 對(duì)均不顯著，因此對(duì)第1 對(duì)典型變量進(jìn)行分析。

表3 氣象因子和化學(xué)成分典型相關(guān)系數(shù)表

月平均氣溫和化學(xué)成分的典型變量系數(shù)如表4所示。從第1 對(duì)典型變量系數(shù)可看出，在月平均氣溫的線性組合中，煙葉成分與5 月、8 月、9 月氣溫表現(xiàn)出較高的相關(guān)性，與8 月為正相關(guān)，與5 月、9 月為負(fù)相關(guān)，相關(guān)性大小為 8 月＞9 月＞5 月，與 6 月、7 月相關(guān)性較小。在煙葉化學(xué)成分的線性組合中，總糖、還原糖、兩糖差、氮堿比受氣象因子影響較大，相關(guān)性大小為總糖＞兩糖差＞還原糖＞氮堿比，總糖和氮堿比與月平均氣溫為正相關(guān)，還原糖和兩糖差為負(fù)相關(guān)。從第2對(duì)典型變量系數(shù)可看出，在月平均氣溫的線性組合中，煙葉成分與7月氣溫表現(xiàn)出較高的相關(guān)性，其次是5月和8月，與9月為正相關(guān)，與5、7月為負(fù)相關(guān)。在煙葉化學(xué)成分的線性組合中，總糖、還原糖、兩糖差、氮堿比受氣象因子影響較大，相關(guān)性大小為總糖＞兩糖差＞還原糖＞氮堿比，總糖與月平均氣溫為正相關(guān)，與氮堿比、還原糖和兩糖差為負(fù)相關(guān)。

表4 月平均氣溫與煙葉化學(xué)成分的典型變量系數(shù)

月平均日照和化學(xué)成分的典型變量系數(shù)如表5所示。從典型變量系數(shù)可看出，在月平均日照的線性組合中，煙葉成分與5 月、6 月、7 月平均日照表現(xiàn)出較高的相關(guān)性，與6 月、7 月為正相關(guān)，與5 月為負(fù)相關(guān)，相關(guān)性大小為5 月＞6 月＞7 月。在煙葉化學(xué)成分的線性組合中，總糖、還原糖、兩糖差、氮堿比受月平均日照影響較大，相關(guān)性大小為總糖＞兩糖差＞還原糖＞氮堿比，總糖和氮堿比與月平均日照為正相關(guān)，與還原糖和兩糖差為負(fù)相關(guān)。

表5 月平均日照與煙葉化學(xué)成分的典型變量系數(shù)

月平均降水量和化學(xué)成分的典型變量系數(shù)如表6 所示。從典型變量系數(shù)可看出，在月平均降水量的線性組合中，煙葉成分與 5 月、6 月、7 月、8 月平均降水量表現(xiàn)出較高的相關(guān)性，與6 月為正相關(guān)，與5月、7 月、8 月為負(fù)相關(guān)，相關(guān)性大小為 5 月＞7 月＞6 月＞8 月。在煙葉化學(xué)成分的線性組合中，總糖、還原糖、兩糖差受月平均降水量影響較大，相關(guān)性大小為總糖＞兩糖差＞還原糖，總糖與月平均降水量為負(fù)相關(guān)，與還原糖和兩糖差為正相關(guān)。

表6 月平均降水量與煙葉化學(xué)成分的典型變量系數(shù)

3 小結(jié)

研究結(jié)果表明，臨沂市8 個(gè)煙站總糖均值為25.30%，還原糖均值20.19%，總煙堿均值2.37%，總氮均值1.74%，鉀均值1.37%，氯均值0.33%，鉀氯比均值5.37，糖堿比均值11.86，兩糖差均值5.12，氮堿比均值0.78，8 個(gè)煙站間的化學(xué)成分含量相對(duì)穩(wěn)定。聚類(lèi)分析可將8 個(gè)煙站分為3 類(lèi)，第1 類(lèi)包括沂南、平邑2 個(gè)煙站，第2 類(lèi)包括沂水、臨沭2 個(gè)煙站，第3類(lèi)包括莒南、費(fèi)縣、蘭陵、費(fèi)縣4 個(gè)煙站。

8 個(gè)縣（區(qū)）1964—2019 年的氣象資料顯示，5—9 月平均氣溫23.3 ℃，平均日照時(shí)數(shù)203.21 h，平均累積降水量624.7 mm。

各月平均氣溫與煙葉化學(xué)成分的第1 對(duì)典型變量和第2 對(duì)典型變量均表現(xiàn)為極顯著相關(guān)，各月平均日照時(shí)數(shù)、各月平均降雨量均與煙葉化學(xué)成分的第1 對(duì)典型變量表現(xiàn)為極顯著相關(guān)。

氣象因子與煙葉化學(xué)成分典型相關(guān)分析表明，煙葉化學(xué)成分主要受到5、7、8、9 月的氣溫，5、6、7 月日照以及 5、6、7、8 月降水量影響，受影響較大的化學(xué)成分為總糖、還原糖、兩糖差、氮堿比。