基于DTOPSIS法的楚雄基地煙葉化學質量綜合評價

林云紅，楊 虹*，袁齊風，李紹庚，江 皓，白海波，周 斌，甘影秋，李麗華

（1.紅塔集團楚雄卷煙廠，云南楚雄 675099；2.北京金蝶云基科技有限公司，北京 101300）

化學成分是非常關鍵的煙葉質量指標，包括煙堿、總糖、還原糖、總氮、鉀、糖堿比、氮堿比、鉀氯比等，其含量因煙田地理環境、土壤結構、生態環境、產區海拔、施肥策略等影響因子存在顯著差異[1]。每項質量指標對煙葉總體質量的影響方式并不相同，各指標之間又能互相影響，且對工業可用性的影響形式不盡相同，如果單一地對某項指標進行檢測和評價，或是對某幾項質量指標檢測結果進行簡單的組合疊加，并不能體現出煙葉的整體可用性[2]。所以，在對煙葉的化學質量進行評價時，必須通過科學的方法進行綜合評價。

近年來，云南省楚雄州已建成國家局層面的6 個煙葉基地單元，其中特色煙基地單元2 個，規劃單元4 個，范圍涉及楚雄州共10 個縣市100 余個鄉鎮。由于楚雄州具有低緯高原季風氣候和獨特的自然立體氣候，不同生態區域的煙葉品質存在較大的差異，地域覆蓋面廣、地形地貌復雜多變、土壤類型及生態環境差異大，對煙葉的化學成分影響較大[3]。本次研究采用DTOPSIS 分析方法，以楚雄州2022 年6 個縣市K326 煙葉作為分析品種，以下級二（X2F）、中級三（C3F）、上級二（B2F）作為分析等級，選取各等級工商交接化學成分作為數據源，對6 個縣市煙葉的化學質量進行綜合評價，為楚雄州煙草公司的基地質量規劃提供參考。本次研究還有助于探索楚雄州不同生態區煙葉質量的形成規律，確定楚雄烤煙質量風格特征劃分的生物學依據，研究煙葉化學成分對比關系，找出不同生態區的煙葉質量主要特征和特性，了解不同產地煙葉的品質特性，確定楚雄州煙葉特色。

1 材料與方法

1.1 試驗時間、地點

試驗于2022 年4—9 月在楚雄州種植K326 的6 個縣市進行，分別為楚雄市、祿豐市、牟定縣、南華縣、雙柏縣和永仁縣。

1.2 試驗材料

K326、煙草專用復合肥[m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=15∶15∶18]、鉀肥、地膜。

1.3 DTOPSIS方法原理

DTOPSIS 法是陳珽[4]提出的近似理想解的最優排序技術法，其方法是將每一個評價指標都經過無量綱化處理變成可比較的規范化決策矩陣，并對每一項指標計算其理想解和負理想解，進而比較出各指標間的差異。實現原理及步驟如下：

1）獲取決策矩陣：明確評價對象和評價指標，并測量各個候選方案在各個評價指標上的性能。這樣可以構建一個決策矩陣，其中每一行代表一個候選方案，每一列代表一個評價指標。

設有m個地區n個化學成分指標。建立矩陣A：

2）標準化決策矩陣：為了消除不同指標的度量單位差異，需要對決策矩陣進行標準化處理。常用的標準化方法有線性變換和對數變換等。

將A進行無量綱化處理，使其成為可以相互比較的標準化矩陣Z，其中Zij為：

式中，i=1,2,…,m；j=1,2,…,n；Yi0為指標目標值。

3）權重分配：根據各個評價指標的重要性，為每個指標分配一個權重。權重可以通過主觀意見提取、統計分析或專家意見等方式確定。本次試驗中的指標權重根據楚雄卷煙廠前期的相關研究結論確定。

建立加權規范化決策矩陣R，其中元素Rij=WjZij，Wj是第j個指標的權重（i=1,2,…,m；j=l,2,…,n）。

4）確定理想解和負理想解：理想解是指在每個評價指標上最佳的結果，而負理想解是指在每個評價指標上最差的結果。

計算化學成分指標的理想解和負理想解：

5）通過比較標準化后的決策矩陣和正負理想解，可以得到每個方案與理想解和負理想解的距離。

利用歐基里德范數作為距離的測度，得到各區域決策矩陣R與理想解和負理想解的距離分別為：

6）計算綜合指數：通過對每個方案與正負理想解的距離進行加權求和，可以得到每個方案的綜合指數。綜合指數越大代表方案越接近理想解，綜合指數越小代表方案離負理想解更近。

各區域對理想解的綜合指數：

7）排序和選擇：根據綜合指數對各個候選方案進行排序，選出綜合指數最大的方案作為最佳方案。

結果按照Ci的大小排序，最大者即為區域質量綜合評價最優者[5-6]。

1.4 檢測項目及方法

2022 年楚雄州種植K326 的縣市有楚雄市、祿豐市、牟定縣、南華縣、雙柏縣、永仁縣共6 個，試驗材料取每個縣市B2F、C3F、X2F 等3 個等級煙葉的常規化學成分。煙葉等級評定滿足《中華人民共和國國家標準：烤煙（GB 2635—1992）》分級標準。對每個煙葉樣品采用近紅外光譜采集化學成分，并通過分析模型得到，指標包括煙堿、還原糖、總氮、鉀，進而衍生得到糖堿比、氮堿比、鉀氯比，單個指標值通過對相同縣市、相同等級的多個樣品取平均值的方式獲取。

2 結果與分析

2.1 建立評價矩陣

以2022 年楚雄州6 個縣市K326 品種的7 項常規化學質量數據作為數據源，并計算得到各質量指標的平均值（見表1、表2、表3），對其建立評價矩陣A。

表1 B2F化學質量指標平均值

表2 C3F化學質量指標平均值

表3 X2F化學質量指標平均值

2.2 數據無量綱化處理

煙葉化學成分指標數據可分為正向指標和固定指標，其中鉀、鉀氯比為正向指標，數值越大越好；煙堿、總糖、還原糖、總氮、糖堿比、氮堿比為固定指標，各指標目標值分別為：總氮2.5、還原糖22、煙堿2.8、糖堿比9.5、氮堿比1.05[3]。根據公式的計算方法，對矩陣A進行無量綱化處理（見表4、表5、表6），得到矩陣Z。

表4 B2F無量綱處理結果

表5 C3F無量綱處理結果

表6 X2F無量綱處理結果

2.3 質量指標權重確定

根據《基于GIS 的楚雄煙區生態特征與煙葉品質特色研究》中確定的化學質量評價指標及權重分配相關內容可知，化學質量以煙堿、總氮、還原糖、鉀、糖堿比、氮堿比、鉀氯比7 項指標作為烤煙化學成分協調性的評價指標，各項指標權重依次為0.20、0.10、0.15、0.10、0.25、0.11、0.09[3]。

通過各化學質量指標的權重乘以各等級無量綱處理結果（見表7、表8、表9），得到加權后的規范化決策矩陣R。

表7 B2F加權后的化學質量指標

表8 C3F加權后的化學質量指標

表9 X2F加權后的化學質量指標

2.4 理想解和負理想解計算

根據加權后的規范化決策矩陣R獲取各化學質量指標理想解和負理想解計算結果為：

將各個等級的理想解、負理想解和規范化決策矩陣R代入公式（2）和（3），得到各區域決策矩陣R與理想解和負理想解的距離和，并將結果代入公式（4），求得各區域對理想解的相對接近程度Ci（見表10、表11、表12）。

表10 B2F基于DTOPSIS法的計算結果

表11 C3F基于DTOPSIS法的計算結果

表12 X2F基于DTOPSIS法的計算結果

2.5 化學質量綜合評價

從DTOPSIS 分析結果可知，Ci值越大，該區域的綜合質量排序越好。根據楚雄州6 個煙葉種植區域K326不同等級的分析結果可知，對于B2F來說，2022年煙葉化學質量綜合評價排序為：楚雄市＞祿豐市＞牟定縣=雙柏縣＞南華縣＞永仁縣；對于C3F 來說，煙葉化學質量綜合評價排序為：楚雄市＞雙柏縣＞永仁縣＞牟定縣＞祿豐市＞南華縣；對于X2F 來說，煙葉化學質量綜合評價排序為：永仁縣＞牟定縣＞南華縣＞楚雄市＞雙柏縣＞祿豐市。

3 討論與結論

3.1 討論

煙葉化學質量的綜合評價對于煙葉品質的確認、煙葉生產優化、煙葉科學研究的指標、優質特色煙區規劃等應用具有重要意義。綜合評價煙葉化學成分可以確定煙葉的品質，從而指導煙草生產和煙草產品的調配，了解產品中危害物質的含量，為制訂相關政策和采取相應措施提供科學依據；同時，其評價結果可以用于優化煙葉種植和煙草制品的制造過程。通過研究煙葉中不同化學成分的含量和相互關系，可以調整種植環境、施肥管理、采收期等，以提高煙葉品質；煙葉化學成分的綜合評價對煙草科學研究同樣具有重要意義，了解煙葉中各種化學成分的含量和特征，可以為煙草品質改良、煙草病蟲害防治、煙草新品種培育等提供理論依據和實驗依據。

在煙葉原料的綜合質量評價和規劃應用中，還可加入農藝性狀、產量、均價、外觀質量和感官質量等指標，并針對不同煙葉品種的實際生長特征進行分析研究[6-7]，服務于針對優質特色品種的煙葉種植基地智能規劃。

煙葉的質量指標除了化學成分，還包括外觀質量、物理特性、感官質量等，而此次分析只針對K326品種的化學成分進行。在后續的分析應用中，對所有指標進行質量綜合評價同樣可以通過DTOPSIS 法實現，該方法分析的重點在于對各指標權重的分配及目標值的定義。

3.2 結論

DTOPSIS 法能有效應用于煙葉化學質量的綜合評價，評價結果準確客觀，過程清晰，說服力強，具有很好的可實踐性，分析結果有很強的參考意義。

對楚雄州6 個種植區域煙葉的化學質量進行了綜合評價，并得出排序結果，客觀真實地反映出楚雄州2022 年種植K326 品種的化學質量分布情況，而煙葉化學成分對感官評價質量存在顯著性影響[8]，其評價結果又可為區域之間的感官質量等評價提供參考。