气候变化背景下河南烟区气象资源及气象风险因素时空分布特征

【背景和目的】为明确气候变暖背景下,河南烟区气候条件及气象风险因素时空变化特征,及两者之间的相关性。【方法】利用河南省20个县(市、区)2000—2019年气象资料,借助一元线性趋势、Mann-Kendall检验等方法,分析了河南烟区气象资源及气象风险因素时空分布特征。【结果】(1)近20年河南烟区烤烟成熟期气候资源发生明显变化,具体表现为:平均气温整体呈升高趋势,以襄城县和内乡县为中心的区域降雨量显著减少,以临颍县和泌阳县为中心的区域光合有效辐射呈增加趋势,以洛宁县、汝州市和方城县为中心的区域平均相对湿度显著减少,以舞阳县和邓州市为中心的区域昼夜温差显著增加。(2)以郏县和灵宝市为中心的区域,在旺长期-成熟前期高温风险相对较高,豫南地区在成熟后期面临一定的高温风险。近年来部分县区烤烟成熟期高温天数显著增加,高温风险的增加不仅与平均气温的升高密切相关,同时与成熟前期降雨量和干旱强度呈显著负相关。(3)以叶县为中心的区域暴雨风险相对较高,近年来暴雨发生频率有降低趋势,主要与成熟前期雨量的减少密切相关。(4)以禹州市和汝州市为中心的区域伸根期干旱风险相对较高,近年来有减轻趋势;各县区旺长期-成熟前期均面临较高的干旱风险,部分县区有增强趋势。【结论】近20年来河南烟区烤烟成熟期气候条件发生较大变化,部分地区高温和干旱风险有进一步增强趋势,暴雨发生频率有所降低。

云南楚雄和丽江烟叶关键质量指标筛选及分类研究

【目的】探索表征云南烟叶质量的关键指标,并明确各指标在不同质量档次烟叶中的差异。【方法】针对楚雄和丽江烟叶,采用唯一差别原则制备不同外观特征样品,进行外观和感官质量评价,以及常规化学成分和代谢组测定。采用随机森林分析筛选影响烟叶质量的关键质量指标,并以此对烟叶样品进行聚类分析。【结果】(1)筛选出12个关键质量指标:品牌符合度、香气质、杂气、叶片结构、身份、油分、淀粉、总糖、总氮、酚酸、高级脂肪酸和氨基酸;(2)将烟叶样品分为3个质量类别:类1烟叶杂气较轻,香气质中偏上,品牌符合度好,叶片结构疏松性较好,身份中等,总糖含量较高,总氮和酚酸、高级脂肪酸、氨基酸类代谢产物含量较低;类3烟叶杂气有,香气质中等,品牌符合度一般,叶片结构疏松性最差,身份稍厚,总糖含量较低,总氮和酚酸、高级脂肪酸、氨基酸类代谢产物含量较高;类2烟叶绝大多数指标介于类1和类3之间;(3)叶片结构、身份和总糖与烟叶质量呈正相关,总氮和酚酸、高级脂肪酸、氨基酸类代谢产物含量与烟叶质量呈负相关。【结论】本研究结果明确了楚雄和丽江烟叶生产、收购、加工和配方应用等环节需重点关注的指标,为提高烟叶质量和工业适用性奠定基础。

基于连续投影算法的土壤全氮和碱解氮含量高光谱估测

基于高光谱数据构建土壤全氮和碱解氮含量估测模型,为准确快速检测植烟土壤全氮和碱解氮含量提供新方法。以会东县和会理市植烟土壤为研究对象,利用高光谱成像获取土壤光谱反射率数据,应用连续投影算法(SPA)和相关分析法(CA)筛选特征波段,并分别采用全波段和特征波段构建偏最小二乘回归(PLSR)、岭回归(RR)和核岭回归(KRR)模型来估测土壤全氮和碱解氮含量。结果表明:(1)原始光谱经4种预处理方法处理后,建立的估测模型精度均有提高;其中经一阶导数(D1)组合标准正态分布(SNV)预处理后,使用全波段建立的全氮和碱解氮含量估测模型精度均较高。(2)SPA筛选出了10个土壤全氮特征波段,13个土壤碱解氮特征波段,分别占全波段数量的2.58%和1.98%。(3)原始光谱经D1-SNV预处理后,用SPA筛选特征波段构建的全氮和碱解氮含量KRR估测模型性能均较好;全氮估测模型验证集决定系数(R^(2))为0.87,均方根误差(RMSEV)为0.23,相对分析误差(RPD)为2.77;碱解氮估测模型验证集的R^(2)为0.91,RMSEV为14.15,RPD为3.39。运用SPA结合KRR构建的模型能较好地估测研究区土壤全氮和碱解氮含量,D1-SNV-SPA-KRR方法可实现该地区全氮和碱解氮含量的准确估测。

气流上升式密集烤房温湿度场分布及其对烟叶质量的影响

为明确烟叶烘烤过程烤房的温湿度场分布差异及其对烟叶质量的影响,通过在烤房内均匀放置温湿度传感器采集烘烤过程的环境温湿度数据,从垂直和水平角度分析气流上升式烤房的温湿度分布规律,并研究了烤房不同区位烟叶的烘烤质量差异。结果表明:(1)烤房垂直和水平方向的温湿度均存在显著差异,变黄前期至变黄中期差异较小,变黄后期至定色前期差异增大,定色中期至干筋后期差异减小,且烤房垂直方向的温湿度差异大于水平方向。(2)对烤房烘烤过程的温湿度时序数据进行聚类分析,可将烤房18个区位较好地分为3类,即高温低湿区域、中温中湿区域和低温高湿区域。(3)在鲜烟素质一致的条件下,烤后烟叶样品烘烤损失、上等烟比例、主要化学成分和外观评价得分整体上均没有显著性差异。(4)总糖、还原糖和淀粉含量在垂直方向有上层<中层<下层的趋势,水平方向有前端>中端>后端的趋势,两糖比值分布规律与之相反;垂直方向下层烟叶存在颜色纯正度、柔软度和油润感得分较高的趋势,水平方向中端烟叶存在颜色纯正度、光泽度、柔软度和油润感得分较高的趋势。基于烤房温湿度分布规律研究,有助于为烤房合理分类装烟和烘烤工艺仿真提供数据支撑。

基于高光谱成像的区域尺度植烟土壤有机质含量和pH值估测

为实现区域尺度上的植烟土壤有机质含量(质量分数)和pH值的准确、快速估测,以四川省烟区296份植烟土壤样品为研究对象,利用高光谱成像构建土壤有机质含量和pH值的偏最小二乘回归(PLSR)估测模型。结果表明:①原始光谱经多数单一预处理和组合预处理方法处理后,建立的估测模型精度有所提高。②不同预处理方法和特征波段筛选方法建立的PLSR模型精度差异明显;基于Savitzky-Golay平滑滤波(SG)和最大最小归一化(MMS)组合预处理方法,采用相关分析(CA)筛选极显著特征波段建立的土壤有机质含量估测模型精度最佳,模型验证集决定系数(R2)为0.758,相对分析误差(RPD)为2.03;基于一阶导数(D1)和多元散射校正(MSC)组合预处理方法,使用主成分分析(PCA)筛选特征波段建立的土壤pH值估测模型精度最佳,模型验证集R^(2)、验证均方根误差(RMSEV)和RPD分别为0.724、0.59和1.90。因此,运用高光谱成像技术在区域尺度上对植烟土壤有机质含量和pH值进行较高精度估测是可行的,有机质含量估测可采用SG-MMS-CA(P<0.01)-PLSR模型,pH值估测可采用D1-MSC-PCA-PLSR模型。

基于物联网的烟叶烘烤温湿度数据采集分析与算法构建

为规范采集和利用烘烤过程烤房干湿球温度数据,运用物联网技术采集烘烤过程烤房干湿球温度数据,利用Python程序建立数据清洗、温湿度曲线识别、烘烤阶段识别、烘烤工艺指标分析算法,并对我国部分烟叶产区2019—2021年的13493炉次烘烤数据进行分析。结果表明,利用物联网技术采集烤房干湿球温度数据结合算法,可自动提取单座烤房每一炉次烘烤温湿度曲线,并分析烘烤过程的时间管理、湿度管理和异常掉温等烘烤工艺指标。基于算法分析,13个地区(市、州)烟叶产区的烘烤总时长在139.1~188.5 h,变黄期、定色期和干筋期的时长分别为54.5~98.1 h、48.9~69.7 h和34.1~58.7 h,占烘烤总时长的比例分别为33.7%~53.2%、27.5%~41.2%和19.3%~31.7%。烘烤过程变黄前期、变黄中期、变黄后期、定色前期、定色中期、定色后期、干筋后期的湿球温度分别为35.7~36.9℃、35.6~37.4℃、34.5~36.9℃、34.0~36.5℃、34.3~37.1℃、35.2~37.8℃和38.3~41.1℃。基于物联网采集烘烤过程温湿度时序数据并结合算法识别分析,可实现烘烤工艺执行情况的快速准确判断。

烤烟两糖比值和差值与感官品质指标的相关性

为明确烤烟烟叶两糖(总糖和还原糖)协调性与感官品质的关系,设置8个生态区不同品质梯度烟叶样品制备试验,研究了烟叶两糖比值和差值与感官品质的相关性,并基于随机森林模型研究了两糖比值和差值与常规化学成分指标对烟叶品质的相对贡献率。结果表明:不同生态区烟叶的两糖比值和差值差异显著,豫中和川西南生态区烟叶的两糖比值较高、差值较小,滇东和闽西则相反。两糖比值和差值与烟叶颜色深浅、成熟度、柔软度和油润感等外观品质指标以及香气量、浓度、香气质和评吸总分等评吸品质指标呈显著相关关系。不同生态区烟叶两糖比值和差值对外观和评吸品质指标的贡献率差异明显,豫西和豫中生态区烟叶两糖比值和差值对各外观品质指标的贡献率均较高,滇东、闽西、湘南和川西南次之。豫西和川西南生态区烟叶两糖比值和差值对香气质、香气量和评吸总分的贡献率均最高,两糖比值对评吸总分的贡献率在两生态区分别达到58%和40%,闽西和湘南生态区烟叶两糖比值和差值对部分评吸品质指标的贡献率最高。因此,多数生态区烟叶两糖比值和差值对感官品质的贡献率较高,可作为烟叶化学成分协调性评价的重要指标加以应用。

贵州省烤烟种植主要气象风险因素的时空分布特征分析

为明确贵州省烤烟种植主要气象风险因素及时空分布特征,利用贵州省64个县(区市)2008—2017年逐日平均温度、最高温度和降雨量等数据,对不同县区烤烟不同生育期的主要气象风险因素进行评价,并采用聚类分析法对烤烟种植气象风险因素进行归类。结果表明:该区域烤烟烟叶生产主要的气象风险为还苗-伸根期低温(4月下旬—5月中旬日平均温度≤13℃)、成熟期高温(7月中旬—8月下旬日最高温度≥35℃)、成熟后期低温(8月上旬—9月上旬日平均温度≤20℃)、暴雨(日降雨量≥50 mm);还苗-伸根期和成熟后期低温风险主要发生在贵州西部毕节威宁、大方,六盘水水城,黔西南普安,其中毕节威宁的低温风险最高,前期(4月下旬—5月中旬)低温天数多年均值为12 d,后期(8月上旬—9月上旬)高达40 d;成熟期高温风险主要发生在铜仁和黔东南地区,其中铜仁沿河高温风险最高;烤烟生育期内雨量充沛但年际间差异大,西南部和东部地区降雨量显著高于中部,中部地区仅在个别年份发生干旱,最长无雨日数为10~15 d;暴雨集中发生在安顺及周边县区,年均暴雨日数4 d左右,年均暴雨降雨量大于300 mm;铜仁松桃面临暴雨和成熟期高温双重风险。

贵州省烤烟上部烟叶成熟期主要气象因素分析

为评价贵州省主要植烟县(市、区)上部烟叶成熟期的气象条件,利用贵州省63个县(市、区)2011—2017年8—9月气温和降雨量数据,分析了上部烟叶成熟期的气象因素,并筛选出推迟至9月中旬采收上部烟叶时具备适宜气温和降雨量条件的县(市、区)。结果表明:除毕节市、贵阳市、六盘水市的大部分植烟县(市、区)外,其他49个县(市、区)9月中旬的平均气温达到或超过20℃;9月中旬平均气温的年度稳定性大体上呈现出从西向东逐渐增强的趋势,除毕节市、六盘水市的主要县(市、区)外,其他区域年度间变异相对较小;贵州省主要植烟县(市、区)9月中旬的降水量呈现较明显的西高东低的特点,8月下旬至9月中旬总降水量除毕节市西部、六盘水市西部、黔西南州西部等县(市、区)外,其他48个县(市、区)低于150 mm;遵义市、黔东南州、铜仁市、黔南州、安顺市大部分植烟县(市、区)以及贵阳市、毕节市的少数植烟县(市、区)具备推迟至9月中旬采收的气温和降雨量条件。