灰色多层次综合评判与系统聚类法在烤烟品质区划中的应用研究

　　摘要：应用灰色多层次综合评判和系统聚类法，对2011年重庆市17个产烟乡镇的烟叶品质及品质区划进行了分析，根据烟叶外观质量、物理特性、化学成分及感官质量评价的结果，得到了17个乡镇烟叶综合质量评价结果及优劣顺序。聚类分析结果表明：当地可划分为3级品质区域，其中1级品质区域烟叶综合质量得分最高，2级次之，3级最低，各级品质区域间烟叶各项得分通过检验绝大多数达到了显著或极显著差异，实现了区分不同地域烟叶的目标，该方法在烟叶品质评价及品质区划中的应用具有合理性。
　　关键词：灰色多层次综合评判；烟叶；系统聚类；品质；区划
　　中图分类号：S572 文献标示码：A 文章编号：1006-060X（2014）07-0077-04
　　品质区划是烟叶发展的基础，它有利于合理开发利用生态资源，调整产业结构，发挥特色优势，提升质量水平。以往对品质区划的研究，多集中于小麦、大豆、棉花等农作物[1-5]，目前烤烟区划研究大多是基于生态条件评价的种植区划[6-8]。烤烟品质区划是在科学评价烟叶品质的基础上，依据烟叶的品质优劣进行归类的过程。灰色多层次综合评判方法已在工农商领域评价工作中得到了很好的应用[9-11]，但运用该方法对烟叶品质进行评价，并在此基础上进行聚类分析以确定烤烟品质区划的研究较少。
　　1 材料与方法
　　1.1 供试材料
　　2011年采集重庆市烟区17个产烟乡镇具有代表性的烤后烟叶样品51份，每个乡镇均为3份样品，等级为烟草中上等烟叶中橘三：C3F（C代表中部烟叶；3代表等级；F代表橘黄色）。样品经专职人员按照《烤烟》（GB2635-92）分级。
　　1.2 测定项目及方法
　　1.2.1 外观质量以我国现行的42级国标为标准，对烟叶的颜色或色度、成熟度、油分、身份、结构等指标进行感官评价。
　　1.2.2 物理特性包括厚度、填充值、叶面密度、拉力、含梗率、平衡水分[12]。
　　1.2.3 化学成分参见《烟草化学》[13]，测定项目包括水溶性总糖、还原糖、总氮、烟碱、钾、氯的含量等。
　　1.2.4 感官质量评定对烤烟样品单料烟进行香气质、香气量、杂气、刺激性、余味、甜度等9项指标的评定，方法参见《YC/T138-1998烟草及烟草制品》。
　　1.3 数据处理与分析
　　1.3.1 指标赋值方法及权重[14-15] 外观指标赋值范围为0～10，化学、物理指标为0～100，各指标若在适宜的范围则评分高，高于或低于此范围则评分稍低，依次类推。
　　1.3.2 灰色多层次综合评价构建方法（1）设Cik（i=1，2…n；k=1，2…m）为所研究区域内第i个定级单元中第k个指标的实际状态值，实际状态数值以矩阵表示为C=（Cik）mxn，即第n行m列矩阵；设C*为第k个定级指标在评价区域内所有烟叶评价单元中的最优值（高优指标取最大值，低优指标取最小值），所以C*={C1*，C2*，C3*，…，Cm*}为该区域内最优指标集。
　　（2）将最优指标集C*作为参考数据列，将Cik={Ci1，Ci2，Ci3，…，Cm}（i=1，2，…，n）作为被比较数据列，用下列公式：
　　（1），
　　将实际状态数值即矩阵C转化为取消量纲后的评判矩阵E，其中ρ为常数，一般取ρ=0.5。
　　（3）设W=（w1，w2，w3，…，wm）为m个定级指标的权重分配矩阵，其中wk（K=1，2，…，m），则综合评判矩阵模型为R=W×ET=（R1，R2，…，Rn），其中Rn为关联度，，ET为E的转置矩阵，模型中R=（R1，R2，…，Rn）为n个烟叶评价区域的结果矩阵，若关联度Ri最大，则说明第i个烟叶评价区域优于其他评价区域。
　　1.3.3 聚类分析采用系统聚类《DPS教程》烟叶品质区域的划分是先将每一类别中综合指标值最大的烟叶指标找出，然后对这些评价指标值按综合指标值从大到小的顺序排列。由于综合指标值的大小与烟叶品质的高低同方向，所以将综合指标值最大的区域所在的类别归为一级品质区域，其次的归为二级品质区域，依此类推，从而实现烟叶品质区域的划分。
　　2 结果与分析
　　2.1 不同区域烟叶质量综合评价
　　2.1.1 外观质量评价第一层综合评价为烟叶外观质量的择优评判。将重庆市17个产烟乡镇分别命名为S1、S2…S17，并对烟叶外观质量指标赋值赋予权重，结果如表1所示。
　　将表1的实际状态数值以矩阵表示为C1，由表1确定最优指标集C1*=（9.86，9.32，9.01，9.66，9.14，8.99）；将最优指标集C1*作为参考数据列，Cik={Ci1，Ci2，…，Ci6}（i=1，2，…，6）作为被比较数据列，用（1）式将矩阵C1转化为取消量纲后的评判矩阵E1：评价烟叶外观质量的6个指标权重W=（0.15，0.20，0.20，0.20，0.10，0.15），则烟叶外观质量综合评价矩阵R1=W1×ET=（0.745 9，0.615 8，0.627 6，0.734 5，0.729 5，0.828 7，0.667 0，0.786 4，0.814 4，0.774 6，0.748 6，0.752 6，0.619 9，0.678 2，0.725 5，0.655 7，0.700 5）。则烟叶外观质量综合评价结果为：S6>S9>S8>S10>S12>S11>S1>S4>S5>S15>S17>S14>S7>S16 >S3>S13>S2。
　　2.1.2 物理特性评价对烟叶物理特性质量指标赋值和赋予权重，结果如表2所示。
　　同烟叶外观质量评价的方法，可得烟叶物理特性指标评价矩阵E2，进一步得到烟叶物理特性综合评价矩阵：R2=W2×ET=（0.679 9，0.563 6，0.599 2，0.666 1，0.594 2，0.851 7，0.598 5，0.796 7，0.915 6，0.800 4，0.707 4，0.743 8，0.588 3，0.732 8，0.614 1，0.678 4，0.652 1）。则烟叶物理特性综合评价结果为：S9>S6>S10>S8>S12>S14>S11>S1>S16>S4>S17>S15>S3>S7>S5>S13>S2。