基于物元可拓模型的烤烟化学成分协调性研究

徐文姗，谭 馨，鲁黎明

(1.川渝中烟工业有限责任公司，四川 成都 610017； 2.四川农业大学农学院，四川 成都 611130)

基于物元可拓模型的烤烟化学成分协调性研究

徐文姗1，谭 馨2，鲁黎明1

(1.川渝中烟工业有限责任公司，四川 成都 610017； 2.四川农业大学农学院，四川 成都 611130)

为探索烤烟化学成分协调性研究方法，运用物元可拓模型对泸州8个采样点烤烟的化学成分协调性进行了评价.结果表明，8个采样点中有5个采样点化学成分协调性处于协调档次.计算8个采样点化学成分协调性可拓指数，其均值为75.14，因而整个泸州烟区烤烟化学成分协调性处于较协调档次，评价结果与实际情况吻合度较高，表明该方法用于评价烟区烤烟化学成分协调性具有一定合理性.

烤烟；化学成分；协调性；物元可拓模型

烤烟化学品质是决定烟叶质量的物质基础，化学成分对烟叶品质的优劣有显著影响[1].化学成分含量不同，烤烟品质也会有差异[2～5].目前，烤烟化学成分综合评价常用的方法较多，李国栋等[6]运用主成分聚类分析将53份烤烟按照化学品质优劣分为5类;马云明等[7]对云南省24个烤烟品种主要化学成分进行因子分析，结果表明，碳氮化合物对烤烟化学成分协调性影响最大;赵晶等[8]运用因子聚类分析将云南省、福建省的78份样品按照化学品质好坏分为5类;耿宗泽等[9]运用因子分析与广义灰色关联度相结合的方法对不同产区烟叶化学成分进行了统计，结果表明，与福建邵武上部烟叶化学成分最接近的是云南宜良，其次是广东南雄，化学成分差异最大的是云南华宁;李东亮等[10]运用灰色等权聚类将18个烤烟产区的化学成分分为A，B两类.此外，胡钟胜等[11]运用模糊评判与欧氏距离法评价烟叶化学成分，结果表明，化学可用性指数与相似距离系数相关性达到显著相关水平，2种方法研究烤烟烟叶品质具有一定的相容性.由于化学成分指标众多，且每个指标性质不一样，因此，在进行化学成分协调性评价时，难以克服信息指标之间的共线性问题，而使评价结果有偏差.本研究以化学指标的经验权重作为主观权重，以灰色等权关联度计算得到的权重为客观权重，利用“离差平方和的最优组合赋权方法”计算综合权重，在此基础上运用物元可拓集模型[12,13]，分析烤烟化学品质协调性，进一步分析该方法在烟草化学质量评价中的可行性.

1 材料与方法

1.1样品来源及指标测定

在泸州烟区8个检样点采集烤后烟叶C3F烟样，每个采样点采集3个样品测定其化学指标.采样点主要包括泸州市叙永县分水镇广子村、叙永县后山镇升基村、叙永县赤水镇中沙村、叙永县营山乡尾河村、古蔺县双沙镇庆丰村、古蔺县马嘶乡红星村、古蔺县大寨乡大寨村、古蔺县金星乡黑竹村(为简化说明，分别用1至8代表采样点).各采样点烤烟田间栽培措施按照泸州当地优质烟叶生产管理规程进行，其烘烤采取三段式烘烤工艺进行.按王瑞新[1]介绍的方法测定总糖、还原糖、总烟碱、糖碱比、总氮、氮碱比、氯、钾、氯钾比、淀粉等10个化学指标(分别以x1→x10代表).

1.2建立化学成分协调性评价模型

1.2.1 数据标准化 结合前人研究结果以及烟草行业有关专家的建议，确定烟叶化学成分各指标所属隶属度函数类型以及转折点值[14, 15]，如表1所示.

表1 烤烟化学成分隶属度函数与转折点Table 1 Chemical composition of flue-cured tobacco of the membership functions and the turning point

经过上述隶属度函数的转化，将化学成分各指标的数值转化为0.1～1.0的值，即数据进行标准化处理.

反S型隶属度函数分段函数如下：

S型隶属度函数分段函数如下：

抛物线型隶属度函数分段函数如下：

1.2.2 权重确定 化学成分含量各指标赋权采用陈伟等[16]所用“离差平方和的最优组合赋权方法”赋权.其中，主观权重w1，采用经验权重值.客观权重w2，采用灰色等权关联度赋权法[17]，计算各指标等权关联度，再进行归一化处理，得到各指标客观权重.

1.2.3 评价模型 烟叶化学成分协调性采用“物元可拓集分析”评价[18].

将烟叶化学成分原始数据按照隶属度函数转换后，得到新的数据.按表2将化学成分分为5个级别.

表2 烟叶化学成分分级标准Table 2 The grading standards of chemical composition

注：max表示经隶属度函数转换后指标最大值，mean表示经隶属度函数转换后指标均值，min表示经隶属度函数转换后指标最小值.

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.

设Sn为烤烟化学成分待区划的n个指标，xj=[au,bu]为化学成分区划各指标的对应取值范围，即节域.

1.2.3.1 物元矩阵 设节域物元域矩阵为AL，则：

设经典物元矩阵为BL，Ni为5个区划等级则：

设判断物元为CL，则：

1.2.3.2 计算点到区间距离ρ在物元分析中，关联函数表示物元的量值取实轴上的1点时，物元符合要求的取值范围程度.它可使化学质量区划的的结果量化.关联函数计算公式为：

xoji=aoji-boji.

计算各采样点可拓指数的均值，将其均值作为泸州烟区烤烟化学成分协调性综合评价值.按照其均值的大小，将沪州烤烟化学成分协调性分为4个等级，分级标准如表3所示.

表3 泸州化学成分协调性分级标准Table 3 The grading standards of the coordination of chemical composition in Luzhou

2 结果与分析

2.1泸州烤烟化学成分数据的标准化

根据表1所述，总糖、还原糖、总烟碱、总氮、糖碱比、氮碱比、氯，所属隶属度函数为抛物线型，钾、钾氯比所属隶属度函数为S型，淀粉所属隶属度函数为反S型.按照上述隶属度函数将各类化学指标进行转换，结果如表4所示.

2.2泸州烤烟化学成分的权重

主观权重值采用经验权重，采用烟草行业化学成分的经验权重值.而客观权重采用灰色等权关联度赋权.由于标准化后的各类化学指标理想值为1，因此，将1作为参考数列，再将待比较数列与参考数列作差值并取其绝对值，从而得到差序列，从差序列中找出最大值、最小值，进而计算出各类化学指标的等权关联度，对其作归一化处理，得到各类化学指标的客观权重.再根据“离差平方和的最优组合赋权方法”计算各类化学指标综合权重值.具体结果如表5所示.

表4 泸州烤烟化学成分数据标准化结果Table 4 The results of the chemical composition of flue-cured tobacco from data standardization

表5 综合赋权法所得权重值

2.3泸州烤烟化学成分协调性分级标准

将经过隶属度函数转化后的数据，按照表2中化学成分分级标准原则，制订泸州烟区烤烟化学成分协调性分级标准，如表6所示.

2.4泸州化学成分协调性综合评价

根据公式，计算判断物元与节域物元、经典物元之间的距离，从而得出各采样点每个指标的关联度，将其关联度与对应的综合权重值相乘，从而得出各采样点的综合关联度.由判断公式：若kj(P0)=maxkj(P0),j∈(1,2…m)，则待区划指标属于等级j.对泸州市8个采样点化学成分协调性进行评价，其中，1，2，3，4，5，8号采样点所对应的化学成分最大综合关联度属于等级Ⅰ，表现为协调档次.7号采样点所对应的化学成分最大综合关联度属于等级Ⅱ，表现为较协调档次.6号采样点所对应的化学成分最大综合关联度属于等级Ⅳ，表现为欠协调档次(表7).

按照可拓指数计算公式，计算8个采样点所对应的可拓指数，如表8所示.8个采样点所对应可拓指数的均值为75.14.因此，泸州烟区烤烟整体化学成分协调性处于较协调档次.而依据烟草行业化学成分评价标准，泸州古蔺、叙永两地综合评分为71.76，化学成分协调性处于较协调档次.因此，评价方法与实际情况较吻合.

表6 泸州烤烟化学成分协调性分级标准

表7 基于物元可拓分析的各区域烤烟化学成分协调性评价结果

表8 各采样点可拓指数Table 8 Extension index of the sampling points

3 结语

研究化学成分协调性的方法较多，人们在运用主成分分析法[6]、模糊数学法[11]等对烤烟化学成分协调性进行判断时，都未对某个区域整体协调性做出判断.由于物元反应的是物质的质与量之间的关系[13]，而物质的质与量是相互制约、相互影响、相互联系的统一体，因此，通过引入物元能对所研究问题进行定性与定量的解释，使对问题的认识更加全面.物元模型在其他领域，如土壤养分评价[18]、生态环境安全性评价[19]等方面已有应用，经验证表明，该方法规范性强，具有简便、定量严密的特点.

在运用物元可拓模型对泸州烤烟化学成分协调性进行预测时，所得结果与实际情况吻合度较好.将8个采样点可拓指数的均值作为评价泸州区域化学成分协调性的综合值，可能会因抽样调查各采样点时覆盖面不全，而使化学成分协调性评价与实际情况有一定偏离.

[1] 王瑞新. 烟草化学[M]. 北京：中国农业出版社, 2003.

[2] 赵会纳, 向章敏, 周淑平, 等. 贵州烤烟常规化学成分与中性香气物质的相关分析[J]. 西南农业学报, 2012,25(3):856-863.

[3] 马 燕, 孙桂芬, 王 岚, 等. 烤烟成熟度与常规化学成分之间的关系[J]. 安徽农业科学, 2010,38(30):16844-16846.

[4] 彭 斌, 王洪波, 颜权平, 等. 烤烟化学成分与平衡含水率的关系[J]. 烟草科技, 2013(6):57-63.

[5] 高维常, 许冬青, 袁有波, 等. 申湄基地烤烟主要化学成分与吸食品质的关系[J]. 贵州农业科学, 2011,39(5):52-55.

[6] 李国栋, 胡建军, 周冀衡, 等. 基于主成分和聚类分析的烤烟化学品质综合评价[J]. 烟草科技, 2008(12):5-9；13.

[7] 马云明, 王伟宁, 王冰莹, 等. 云南烤烟主要化学成分因子分析与综合评价[J]. 安徽农业科学, 2011,39(29):18247-18249.

[8] 赵 晶, 王连喜, 朱 勇, 等. 云南与福建烤烟K 326主要化学成分比较分析与分类评价[J]. 西南农业学报, 2012(2):449-454.

[9] 耿宗泽, 李东亮, 戴 亚, 等. 基于化学成分指标的烤烟产区广义灰色关联分析[J]. 中国烟草学报, 2010,16(3):12-16.

[10] 李东亮, 许自成. 基于下部叶化学成分指标的烤烟产区灰色等权聚类[J]. 系统工程理论与实践, 2008(1):170-176.

[11] 胡钟胜, 陈晶波, 周兴华, 等. 模糊评判与欧氏距离法在烟叶化学成分评价中的应用[J]. 烟草科技, 2012(11):33-37.

[12] 苏有刚. 可拓工程理论及其应用分析[J]. 泰安教育学院学报:岱宗学刊, 2007(3):9-10.

[13] 杨春燕, 张拥军, 蔡 文. 可拓集合及其应用研究[J]. 数学的实践与认识, 2002,32(2):301-308.

[14] 于建军, 王改丽, 叶贤文, 等. 四川会理烟区烤烟质量综合评价[J]. 湖南农业科学：上半月, 2010(2):90-94.

[15] 高 远. 四川省烤烟质量研究及综合评价[D].郑州：河南农业大学, 2010.

[16] 陈 伟, 夏建华. 综合主、客观权重信息的最优组合赋权方法[J]. 数学的实践与认识, 2007(1):17-22.

[17] 蔡长春, 柴利广, 秦兴成, 等. 湖北省烤烟区试品系比较的灰色关联度分析[J]. 中国烟草科学, 2011,32(A1):35-38.

[18] 王晨野, 汤 洁, 林年丰, 等. 物元模型在区域土壤养分评价中的应用[J]. 土壤通报, 2009(5):1069-1075.

[19] 潘竟虎. 基于熵权物元可拓模型的黑河流域草原生态安全评价[J]. 农业系统科学与综合研究, 2009,25(2):251-256.

(责任编辑：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

四川省烟草公司科技项目(200703009)

徐文姗，1988年生，女，四川成都人，硕士研究生，主要从事烟草品质研究.

鲁黎明，1965年生，男，河南正阳人，副教授，博士.

1000-2340(2014)05-0561-06