河南烟区烤烟产量与气候因素的关系及预测模型的构建

摘要

河南省是烟草生产大省，烟草生产对于提高当地经济起着至关重要的作用。因此，研究河南省烤烟产量现状，探明烤烟产量与不同等级及不同部位烟叶比例的关系，分析影响烤烟产量的气候因素对提高河南烟区烤烟产量具有重要作用。本研究选取河南省3大主要烟草种植区（豫西、豫中和豫南）10市，统计近11年（2004-2014年）河南省烤烟产量、上等烟比例、中等烟比例、上部叶比例、中部叶比例、下部叶比例以及各个烟区整个大田生育期的气候因素（平均温度、相对湿度、降水量、日照时数、日最低温度、日最高温度和最小相对湿度），采用多种统计分析方法，对河南省不同烟区烤烟产量进行统计性描述和方差分析；分别研究了河南省不同烟区烤烟产量的总体趋势，并对各个烟区的烤烟产量进行了差异分析，同时分析了不同烟区的烤烟产量与不同等级及部位烟叶比例的关系，与整个大田生育期的气候因素的关系，同时针对往年烤烟产量，对未来产量进行预测；基于气候因素建立了其与烤烟产量关系的多元回归和BP神经网络模型，并对整个烟区的经济性状进行了综合分析。主要研究结论如下：
　　1.分析了河南省10个主要烟草种植区近11年来烤烟产量的总体趋势，研究结果表明：河南烟区的烤烟产量在不同种植区的表现为许昌烟区>洛阳烟区>驻马店烟区>三门峡烟区>平顶山烟区>南阳烟区>漯河烟区>信阳烟区>济源烟区>商丘烟区；方差分析的结果可知，许昌烟区的烤烟产量与其他烟草种植区的烤烟产量差异显著，洛阳和驻马店烟区、平顶山和南阳烟区、济源和商丘烟区两两烟区的烤烟产量差异不显著。洛阳和三门峡烟区的样本稳定性较好。
　　2.分析河南省不同烟区烤烟产量与不同等级及部位烟叶比例的关系，其研究结果表明：河南省豫西、豫中和豫南主要烟草种植区的烤烟产量与上等烟比例、中等烟比例和中部叶比例均呈现极显著的正相关关系，豫西烟区仅与下部叶比例呈现极显著负相关关系，而其他烟区则同上部叶和下部叶比例均呈极显著负相关关系。豫西烟区烤烟产量与不同等级及部位烟叶比例的回归方程的显著性检验结果显示，上等烟比例在线性条件下，拟合程度最好（R2为0.826），豫中烟区烤烟产量与中部叶比例在非线性条件下拟合度最好（R2为0.8085），豫南烟区的烤烟产量与中部叶比例在线性条件下的拟合度最好，R2为0.878。
　　3.分析河南烟区不同烤烟产量类群下的不同等级及部位烟叶比例的关系，其研究结果表明：（1）将豫西、豫中和豫南烟区烤烟产量进行均值聚类分析，将其产量分为三大类群，其中豫西烟区的Ⅰ产量类群为卢氏和灵宝烟区，Ⅱ产量类群为新安、栾川、汝阳、宜阳、陕县和洛宁烟区，Ⅲ产量类群为渑池、孟津、嵩县和伊川烟区；豫中烟区Ⅰ类群为许昌、临颍、宝丰和襄城烟区，Ⅱ产量类群为鄢陵、叶县、鲁山、舞阳和郏县烟区，Ⅲ类群为禹州、城区、舞钢、汝州烟区；豫南烟区Ⅰ类群为西平、上蔡、方城和社旗烟区，Ⅱ类群为沁阳、遂平、镇平、内乡和邓州烟区，Ⅲ类群为确山、西峡、浙川和唐河烟区。（2）各烟区不同烤烟产量类群中，豫中和豫南烟区上等烟比例、中等烟比例和中部叶比例在三个类群间的变化均为Ⅰ类群＞Ⅱ类群＞Ⅲ类群，且豫中烟区上等烟和中等烟比例在不同类群间达到极显著差异，上、中和下部叶比例在不同产量类群间呈现显著差异，而豫西烟区除了下部烟叶比例外，中等烟比例在不同类群间达到极显著差异，上等烟比例、上部叶和中部叶比例在不同类群间达到显著差异。其中豫西烟区上等烟比例、中部叶比例和下部叶比例在三个类群间的表现为Ⅰ类群＞Ⅱ类群＞Ⅲ类群，而豫南烟区上部叶和下部叶比例则表现为Ⅲ类群＞Ⅱ类群＞Ⅰ类群。
　　4.综合分析河南省不同烟区烤烟产量、上等烟和中等烟比例，其研究结果表明，根据不同烟区烤烟产量、上等烟和中等烟比例的差异，10个烟草种植区可分为4个类群：第Ⅰ类群主要包括三门峡、洛阳和济源烟区；第Ⅱ类群主要包括信阳烟区；第Ⅲ类群主要包括许昌、南阳、驻马店、平顶山和漯河烟区；第Ⅳ类主要包括商丘烟区。各类群烟区烤烟经济性状的综合表现为：许昌、南阳、驻马店、平顶山和漯河烟区表现最优，综合评价值为0.98；三门峡、洛阳和济源烟区次之，综合评价值为0.93；信阳烟区相对较低，综合评价值为0.89；商丘烟区综合评价值最低，为0.85。
　　5.分析不同烟区烤烟产量与气候因素的关系，其研究结果表明：
　　（1）不同烟区烤烟产量与气候因素的通径分析结果表明，豫西烟区气候因素其对烤烟产量的直接作用表现为平均温度>日照时数>日最高温度>相对湿度>降水量>最小相对湿度>日最低温度，其中平均温度、相对湿度、日最低和最高温度、最小相对湿度对烤烟产量为正直接作用，降水量和日照时数为负直接作用，日最高温度对其的间接作用最小；豫中烟区气候因素对烤烟产量的直接作用不均等，其对烤烟产量的影响表现为平均温度>日照时数>降水量>最小相对湿度>日最高温度>相对湿度>日最低温度。从气候因素对烤烟产量间接作用可知，平均温度对烤烟产量的间接作用最大，其次是日照时数，而日最低温度对其的间接作用最小；豫南烟区气候因素对烤烟产量的直接作用表现为日照时数>平均温度>降水量>相对湿度>日最高温度>最小相对湿度>日最低温度，从气候因素对烤烟产量间接作用可知，日照时数对烤烟产量的间接作用最大，其次是平均温度，而日最高温度对其的间接作用最小。
　　（2）不同烟区烤烟产量与气候因素的灰色优势分析表明，就综合关联度而言，豫西烟区烤烟产量与气候因素的关联序为平均温度＞日照时数＞降水量＞日最低温度＞相对湿度＞最小相对湿度＞日最高温度。豫中烟区烤烟产量与气候因素的关联序为日照时数＞平均温度＞降水量＞日最低温度＞最小相对湿度＞相对湿度＞日最高温度；豫南烟区烤烟产量与气候因子的关联序为平均温度＞日照时数＞日最低温度＞降水量＞最小相对湿度＞日最高温度＞相对湿度。
　　6.分析不同烟区基于气候因素的烟叶产量预测模型，其研究结果表明：
　　（1）不同烟区烤烟产量的灰色预测模型的结果表明，豫西、豫中和豫南烟区烤烟实际产量与通过灰色模型预测得到的预测产量比较吻合，其预测精度分别高达0.95、0.94和0.96，能够较为精准的预测烤烟产量，同时实际产量均匀的分布在预测产量的两边。其中2015年豫西烟区烤烟产量的预测值为2284.17kg/hm2，豫中烟区烤烟产量的预测值为2307.32kg/hm2，豫南烟区烤烟产量的预测值为2267.25kg/hm2。
　　（2）不同烟区烤烟产量的多元回归分析的结果表明，豫西烟区基于平均温度、降水量和日照时数3种气候因素建立烤烟产量多元回归预测模型，回归模型的方差分析达到极显著水平，平均温度、降水量、日照时数综合影响烤烟的产量，并与烤烟产量的高低存在极显著的回归关系。该3项指标共同决定了烤烟产量变化的97.4％；豫中烟区基于平均温度、日照时数、最小相对湿度和日最高温度建立回归模型，所建立的回归模型的方差分析达到极显著水平，该4项指标共同决定了烤烟产量变化的99.3%；豫南烟区基于平均温度、降水量、日照时数和日最低温度建立回归方程模型，并与烤烟产量的高低存在极显著的回归关系，该4项指标共同决定了烤烟产量变化的93.7%。
　　（3）不同烟区烤烟产量的BP神经网络模型分析的结果表明，全面综合了烟区整个大田生育期的平均温度、相对湿度、降水量、日照时数、日最低和日最高温度、最小相对湿度等7个参数，预测河南烟区烤烟产量，网络模型烤烟产量的预测值与目标值呈现显著相关性，回归的R值均大于0.96，说明经过样本训练所建立BP神经网络模型，其输出值与实测值有良好的趋势一致性，总体误差较小，且整个数据呈正态分布，说明BP神经网络能够精准的预测烤烟产量。

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1文献综述

1.1 烤烟产量的构成要素

1.2 影响烤烟产量的主要因素分析

1.2.1 气候因素

1.2.2 施肥因素

1.2.3 品种因素

1.3 烤烟产量的主要预测方法

1.3.1 灰色系统理论分析

1.3.2 线性回归分析

1.3.3 BP神经网络分析

1.3.4 时间序列分析模型

2 引言

3 材料与方法

3.1 供试材料

3.1.1烤烟样品采集

3.1.2采集方法

3.1.3气象数据调查

3.2统计分析方法

3.2.1相关分析

3.2.2通径分析

3.2.3灰色关联聚类分析

3.2.4灰色优势决策

3.2.5多元回归分析

3.2.6灰色模型预测

3.2.7 BP神经网络分析

4结果与分析

4.1河南烟区烤烟产量的总体趋势分析

4.2河南烟区烤烟产量与不同等级、部位烟叶比例的关系分析

4.2.1烤烟产量与不同等级、部位烟叶比例的简单相关分析

4.2.2烤烟产量与不同等级、部位烟叶比例指标的回归分析

4.2.3烤烟产量与不同等级、部位烟叶比例的聚类分析

4.3河南烟区烤烟产量及不同等级烟叶比例的聚类与决策分析

4.3.1烤烟产量和不同等级烟叶比例的灰色关联聚类分析

4.3.2烤烟产量和不同等级烟叶比例灰色关联聚类结果的验证分析

4.3.3烤烟产量和不同等级烟叶比例的灰色关联决策分析

4.4不同烟区烤烟产量与气候因素的关系分析

4.4.1不同烟区烤烟产量与气候因素的通径分析

4.4.2不同烟区烤烟产量与气候因素的灰色优势分析

4.5基于多气候因素的烟叶产量预测模型

4.5.1不同烟区烤烟产量的灰色预测模型

4.5.2不同烟区烤烟产量的多元回归模型

4.5.3不同烟区烤烟产量的BP神经网络模型

5 结论与讨论

5.1 关于河南省不同烟区烤烟产量总体状况及差异分析

5.2 关于不同烟区烤烟产量与不同等级及部位烟叶比例的关系

5.3 关于河南省烤烟产量和不同等级烟叶比例的综合分析

5.4 关于不同烟区烤烟产量与气候因素的关系

5.5 关于不同烟区烤烟产量预测模型的建立

参考文献

英文摘要