貴州開陽煙區(qū)烤煙需水特征與煙田土壤水分變化研究

冷 璐，陸引罡

（貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院，貴州貴陽550025）

研究?jī)?yōu)質(zhì)烤煙生產(chǎn)的需水特征，掌握烤煙在現(xiàn)有雨養(yǎng)條件下和水分適宜條件下各個(gè)生育期的需水量，為煙田的水分管理提供基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)參考，對(duì)確定在特定生態(tài)環(huán)境條件下烤煙的適宜水分指標(biāo)、水分調(diào)控效益等參數(shù)是必不可少的，同時(shí)也為“煙水工程”的實(shí)施及使用提供技術(shù)性支持。

適宜的土壤水分是烤煙生產(chǎn)產(chǎn)量和質(zhì)量的重要保證，土壤水分狀況對(duì)烤煙生長(zhǎng)發(fā)育、生理生化過程及肥料利用都有十分顯著的影響[1]。在缺水時(shí)間不長(zhǎng)或缺水不嚴(yán)重的情況下,煙株有暫時(shí)調(diào)節(jié)體內(nèi)水分平衡的能力；但是，嚴(yán)重干旱或水分過多都會(huì)嚴(yán)重影響煙株的生長(zhǎng)發(fā)育。貴州省開陽縣由于諸多原因限制，不能為烤煙生長(zhǎng)的水分供應(yīng)提供灌溉條件，主要依靠天然降雨，由于降雨的時(shí)空分布不均和長(zhǎng)期的雨養(yǎng)烤煙，對(duì)烤煙的產(chǎn)量和質(zhì)量易造成不利影響。然而，我國(guó)對(duì)烤煙的水分生理、需水規(guī)律、土壤水分的供給狀況以及烤煙本身對(duì)水分的適應(yīng)性和調(diào)節(jié)作用的研究尚少，缺乏當(dāng)?shù)乜緹煾魃诘目茖W(xué)灌溉參數(shù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試品種為當(dāng)?shù)刂魍瓶緹熎贩N：云煙85。肥料為烤煙專用肥，專用基肥（N︰P︰K=9︰12︰25），專用追肥（N︰P︰K=13︰0︰26）；地膜為0.008 mm厚120 cm寬無色透明聚乙烯樹脂塑料膜。

1.2 試驗(yàn)地概況

貴州省煙草公司貴陽市分公司開陽縣龍崗試驗(yàn)基地，海拔 1 125 m，經(jīng)度 107°06′899″，緯度 26°52′360″。該地區(qū)屬于低緯度亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，海拔1 100 m。年平均氣溫14~17℃，年降雨量1 179.3~1 194.15 mm，全年無霜期平均276.5d。供試土壤為黃壤，質(zhì)地中等，有機(jī)質(zhì)含量13.78 g/kg，堿解氮98.63 mg/kg，速效磷21.52 mg/kg，速效鉀121.43 mg/kg，pH 6.63，土壤容重1.45 g/cm3，最大田間持水量28.31%。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

烤煙于2013年2月25日播種；4月5日起高壟覆膜；5月5日移栽；6月28日開始采收；8月25日采收完畢。本試驗(yàn)在栽前高壟覆膜，高莖壯苗移栽，施純氮5 kg/667m2的前提下，烤煙整個(gè)大田期設(shè)置兩個(gè)處理：

處理一（控水）：人為控水60%-80%-70%(即伸根期-旺長(zhǎng)期-成熟期分別人工補(bǔ)水至55%~65%,75%~85%、65%~75%)；

處理二（對(duì)照）：在烤煙的整個(gè)大田生育期，不進(jìn)行人為控水，使其處于自然條件下。

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積34.32 m2，重復(fù)3次。各小區(qū)行株距為1.1 m×0.6 m，每小區(qū)4行，每行13株煙，共52株。不同區(qū)組間留1.0m走道，試驗(yàn)區(qū)周圍設(shè)1.0m保護(hù)行。

1.4 數(shù)據(jù)處理

對(duì)試驗(yàn)所得的各種數(shù)據(jù)，應(yīng)用DPS和Excel進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

1.5 測(cè)定項(xiàng)目及方法

土壤含水量：烘干法（室內(nèi)），TSC-V型土壤水分快速測(cè)定儀（北京智海電子儀器廠生產(chǎn)）；土壤蒸發(fā)量：微型蒸滲儀法；土壤徑流量：徑流池法；降雨量：常規(guī)量雨筒；大氣溫濕度：溫濕度計(jì)；植株蒸騰量：稱重法。

2 結(jié)果與分析

2.1 烤煙生長(zhǎng)季內(nèi)煙田土壤含水量變化

通過生育期內(nèi)對(duì)煙田土壤相對(duì)含水量的測(cè)定，得到開陽煙區(qū)煙田土壤相對(duì)含水量生育期變化動(dòng)態(tài)圖，見圖1。土壤相對(duì)含水量變化受到棵間蒸發(fā)、烤煙蒸騰作用的影響，其變化趨勢(shì)是：從伸根期到旺長(zhǎng)期，由于一定的降雨使得這個(gè)階段的土壤相對(duì)含水量比較穩(wěn)定，但超過了伸根期烤煙需求的最佳土壤相對(duì)含水量，不利于烤煙根系的生長(zhǎng)；到旺長(zhǎng)期雖然總的降雨量能夠滿足烤煙全生育期的需要，但由于在時(shí)空上分布不均，旺長(zhǎng)后期和成熟前期會(huì)出現(xiàn)干旱，導(dǎo)致土壤相對(duì)含水量較低，達(dá)到60.5%，這一時(shí)期是需水最為關(guān)鍵的時(shí)期，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)水；而后又由于降雨量大增，土壤相對(duì)含水量又逐漸上升且居高不下，特別是成熟后期達(dá)到89.6%，造成大面積烤煙由于過量降雨而缺肥，地勢(shì)較低田塊的烤煙受到澇災(zāi)。

2.2 煙區(qū)烤煙的需水量

圖1 煙田土壤相對(duì)含水量季節(jié)變化Fig.1 RWC seasonal variation of tobacco soil

作物需水量是灌溉工程設(shè)計(jì)與管理、水土資源平衡計(jì)算中不可缺少的基本數(shù)據(jù)[2]。作物需水量是灌溉預(yù)報(bào)的關(guān)鍵,為了較準(zhǔn)確地預(yù)估未充分灌溉條件下的減產(chǎn)率和確定灌水日期及灌水量,必須對(duì)未來一段時(shí)間內(nèi)的作物需水量及其變化過程做出預(yù)測(cè)[3-4]?？緹熜杷颗c大氣蒸發(fā)力、土壤含水率以及作物生物性狀有關(guān),在需要預(yù)測(cè)的未來時(shí)段內(nèi)土壤含水率逐日減小,減小的過程又取決于作物需水量的變化過程,亦即逐日的需水量、土壤含水率和作物發(fā)育性狀是互為因果關(guān)系[5-6]。

煙田烤煙的需水量包括煙株的蒸騰耗水、煙田土壤蒸發(fā)耗水和組成煙株的水量[7]。由于組成煙株和消耗于光合作用等生理過程所需的水量只占烤煙總需水量中很微小的一部分（≤1%），并且由于這部分的影響因素較為復(fù)雜，難于精確計(jì)算，故在實(shí)際需水量計(jì)算中常將這一小部分忽略不計(jì)，認(rèn)為作物需水量等于棵間蒸發(fā)量和植株蒸騰量之和，也稱為“蒸散量”[8]。

利用自制蒸滲儀對(duì)烤煙生育期內(nèi)土壤含水量的變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)[9]，最后通過計(jì)算得到棵間蒸發(fā)量、植株蒸騰量及相關(guān)系數(shù)見表1。

表1 烤煙生育期內(nèi)需水量(mm)Table 1 Water requirement in flued-cured tobacco growth period

由2個(gè)處理各個(gè)時(shí)期的需水量比較后可以看出，控水處理在烤煙的整個(gè)生育期的需水量之和小于對(duì)照處理，而在烤煙的旺長(zhǎng)期需水量大于對(duì)照，其原因是在烤煙的旺長(zhǎng)期控水處理的土壤含水量控制在烤煙的適宜生長(zhǎng)范圍，而這一時(shí)期對(duì)照處理處于相對(duì)干旱和半干旱狀態(tài)，所以控水處理的蒸散量大于對(duì)照；除旺長(zhǎng)期之外的其它幾個(gè)時(shí)期，由于田間降水量較充足，所以對(duì)照處理的蒸散量大于控水處理。

2.3 煙區(qū)的降雨特征

貴州省貴陽市開陽縣位于中國(guó)西南云貴高原東部，屬亞熱帶濕潤(rùn)溫和型氣候，多年平均降雨量為1 109.0 mm，年內(nèi)各月降雨不均勻，各月間變化差異較大，其中4~8月累計(jì)降雨量為772.0 mm，該期間月平均降水量大于100.0 mm,占全年總降水量的69.61%，為雨季。12月至翌年3月月平均降水量小于40.0 mm，累計(jì)降水量為91.0mm，占全年總降水量的8.21%,為旱季。

通過對(duì)2012年各月降雨量測(cè)定及多年各月平均降雨量的統(tǒng)計(jì)，得圖2，由圖2可知：周年降雨量變化呈單峰型，以5、6月為最大，周年降雨多集中在4~10月，1~3月及11~12月降雨很少，為枯水期。由圖2，結(jié)合烤煙需水量可知：開陽煙區(qū)周年降雨總量大于烤煙生育期內(nèi)總需水量，但存在時(shí)空分布不均、與烤煙各生育時(shí)期需水量吻合程度不佳的問題。具體表現(xiàn)為：5月份為烤煙伸根期，此時(shí)需水量少，降雨量遠(yuǎn)大于其需水量；6、7月份正值烤煙旺長(zhǎng)期、成熟期，需水量大且需水強(qiáng)度亦大，但此時(shí)降雨不能滿足其需求。

圖2 開陽年內(nèi)各月降雨量Fig.2 The monthly rainfall during a year in Kaiyang

2.4 烤煙生長(zhǎng)需水特征

由表1可知：大田烤煙需水模系數(shù)分別為：伸根期19.54%，旺長(zhǎng)期44.69%，成熟前期24.46%，成熟后期11.11%。這表明烤煙需水具有前期少、中期多、后期又少的規(guī)律性。烤煙需水特征與煙株的生長(zhǎng)趨勢(shì)相一致。這一結(jié)果說明，烤煙需水量隨煙株生長(zhǎng)量的增加而不斷增大；對(duì)照與控水處理都是旺長(zhǎng)期需水量最大，需水強(qiáng)度最強(qiáng)，成熟前期次之，生根期和成熟后期相對(duì)較少。旺長(zhǎng)期需水多且強(qiáng)度大，而且正值烤煙營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段，是需水的關(guān)鍵時(shí)期。成熟前期需水量及強(qiáng)度雖不如旺長(zhǎng)期，但此時(shí)水分對(duì)于烤煙葉片的質(zhì)量至關(guān)重要，多了易造成葉片貪青徒長(zhǎng)，不易成熟且難以烘烤，少了易造成葉片開片狀況差，葉片外觀及內(nèi)在質(zhì)量下降。

2.5 煙田棵間蒸發(fā)動(dòng)態(tài)變化

由圖3可知，隨著烤煙生育期的推進(jìn)，棵間蒸發(fā)量隨著煙株生育期的推進(jìn)和氣溫的升高呈下降趨勢(shì)。這種變化可能由于烤煙是大葉作物，隨著煙株的生長(zhǎng)，莖葉茂盛，到旺長(zhǎng)后期，煙田形成“封行”，煙葉對(duì)煙田的郁閉作用更加明顯。成熟后期的蒸發(fā)量比前期稍有提高，可能是后期煙葉的采收郁閉作用減小的緣故。

控水與對(duì)照處理的煙田蒸發(fā)量存在一定差異，主要表現(xiàn)在控水處理煙田伸根期和成熟后期土壤蒸發(fā)值比對(duì)照處理小，團(tuán)棵以后進(jìn)入旺長(zhǎng)期控水處理煙田土壤蒸發(fā)值偏大。主要原因是同等氣候條件下土壤含水量值高則煙田日蒸發(fā)量大，烤煙伸根期和成熟后期煙田土壤含水量對(duì)照處理高于控水處理；進(jìn)入旺長(zhǎng)期后對(duì)照處理受到干旱的影響，煙田土壤含水量下降明顯，煙田的日蒸發(fā)量減小。

圖3 烤煙不同時(shí)期平均日蒸發(fā)量變化Fig.3 The change of average daily evaporation at different tobacco growing stages

圖4 烤煙不同時(shí)期平均日蒸騰量變化Fig.4 The change of average daily transpiration volume at different tobacco growing stages

2.6 煙田烤煙蒸騰動(dòng)態(tài)變化

從圖4可以看出：烤煙不同時(shí)期蒸騰量變化具有明顯的階段性，在移栽后一個(gè)月內(nèi)烤煙主要以根系縱深處擴(kuò)展為主，葉面積小，營(yíng)養(yǎng)體小，蒸騰量少；團(tuán)棵期以后烤煙進(jìn)入旺盛生長(zhǎng)階段，這個(gè)階段烤煙生長(zhǎng)發(fā)育最旺盛、干物質(zhì)積累最快最多，莖桿迅速長(zhǎng)高增粗，葉面積迅速增大，根系進(jìn)一步向縱深處擴(kuò)展，使得煙株蒸騰量迅速增加，這個(gè)時(shí)期烤煙的需水量達(dá)到一生的最大值；現(xiàn)蕾打頂以后煙株進(jìn)入干物質(zhì)積累和轉(zhuǎn)化階段，代謝活動(dòng)趨于穩(wěn)定，當(dāng)烤煙進(jìn)入成熟期后，煙葉自下而上成熟，隨著采收次數(shù)不斷增加，葉面積逐漸減小，蒸騰強(qiáng)度逐漸降低，到成熟后期，蒸騰強(qiáng)度降到最低，蒸騰量達(dá)到最小值。

控水與對(duì)照處理煙田烤煙蒸騰量存在一定差異，主要表現(xiàn)在控水處理煙田伸根期、成熟前期、成熟后期烤煙蒸騰值都比對(duì)照處理小，在旺長(zhǎng)期大于對(duì)照處理。主要原因是伸根期、成熟前期、成熟后期對(duì)照處理由于過量降雨使土壤含水量高于控水處理，所以在烤煙的蒸騰量上就出現(xiàn)超過自然降雨的處理。團(tuán)棵期后烤煙進(jìn)入旺長(zhǎng)期，控水處理的供水條件優(yōu)于對(duì)照處理，且對(duì)照處理受到階段性干旱的影響，影響了烤煙的生長(zhǎng)發(fā)育，抑制了烤煙體內(nèi)代謝活動(dòng)的正常進(jìn)行，使烤煙的蒸騰能力有所降低。

2.7 煙田騰發(fā)量的動(dòng)態(tài)變化

煙田騰發(fā)量包括兩部分：一是煙田的棵間蒸發(fā)量，二是煙田烤煙的蒸騰量。而這兩部分近似等于烤煙需水量，全生育期烤煙需水量的變化特征可以通過各生育期烤煙平均日需水量在生長(zhǎng)季節(jié)的變化進(jìn)程進(jìn)行分析[10]。

圖5 烤煙不同時(shí)期平均日需水量變化Fig.5 The change of average daily water demand at different tobacco growing stages

從圖5可以看出，對(duì)照與控水處理烤煙需水量基本上呈現(xiàn)為伸根期小、之后逐漸增大、旺長(zhǎng)期達(dá)到最大值之后逐漸降低、到成熟后期最小的單峰型規(guī)律。日需水高峰出現(xiàn)在旺長(zhǎng)期，日需水量對(duì)照處理為5.70 mm，控水處理為6.35mm。烤煙的需水量在伸根期逐漸增加，到旺長(zhǎng)期達(dá)到最大，其后逐漸減小。這種變化規(guī)律反映了烤煙在伸根期葉面積小，營(yíng)養(yǎng)體少，需水量低；團(tuán)棵后隨溫度升高，烤煙進(jìn)入旺長(zhǎng)階段，體內(nèi)各項(xiàng)生理活動(dòng)旺盛，植株迅速生長(zhǎng)，葉面積逐漸增大，需水量急劇增加；現(xiàn)蕾打頂后烤煙進(jìn)入成熟期，煙葉自下而上逐漸成熟，體內(nèi)的各種生理活動(dòng)趨于穩(wěn)定，隨著煙葉采收次數(shù)增加，葉面積逐漸減小，烤煙的需水量逐漸降低，日需水量也隨之降低。

從圖5還可以看出，不同水分處理對(duì)烤煙的需水特征僅在需水量上產(chǎn)生一些差異，其它方面影響不大?？厮幚砼c對(duì)照處理相比，伸根期需水強(qiáng)度偏低，主要是控水處理煙田伸根期土壤含水量偏低，棵間蒸發(fā)降低的緣故；對(duì)照處理煙田進(jìn)入旺長(zhǎng)期之后受階段性干旱的影響，影響了烤煙的生長(zhǎng)發(fā)育，抑制了烤煙體內(nèi)生理代謝活動(dòng)的正常進(jìn)行，需水強(qiáng)度降幅較大；進(jìn)入成熟期以后，由于過量的降雨對(duì)照處理煙田供水較多，而控水處理供水適宜，使得兩者間的這一時(shí)段的日蒸散量差異較大[11]，但結(jié)合圖3和圖4可以知道，成熟期兩處理需水強(qiáng)度雖然差異不大，但是蒸發(fā)與蒸騰比值是不同的。

2.8 煙田蒸發(fā)與蒸騰關(guān)系的動(dòng)態(tài)變化

圖6 控水處理煙田的棵間蒸發(fā)與植株蒸騰Fig.6 The tobacco field evaporation and plant transpiration of water control treatment

由圖6可知，煙株對(duì)水分的消耗主要表現(xiàn)為棵間蒸發(fā)量和植株蒸騰，二者互為消長(zhǎng)，其數(shù)量關(guān)系可用作物葉面蒸騰在總蒸散量中所占的比值來描述，也稱為分?jǐn)傁禂?shù)。分?jǐn)傁禂?shù)與葉面積指數(shù)密切相關(guān)，冠層蔭蔽狀況愈好，所截留的凈輻射愈多，用于蒸騰的能量越多，分?jǐn)傁禂?shù)值越大[12-13]。

研究表明，在烤煙伸根期，新生葉片葉面積較小，一般覆蓋度小于60%，冠層蔭蔽狀況較弱,而煙田地表溫度達(dá)到了30℃，田間氣溫已超過20℃，此時(shí)的蒸發(fā)速率大于蒸騰速率，分?jǐn)傁禂?shù)小于0.5。團(tuán)棵以后煙株體內(nèi)各項(xiàng)生理活動(dòng)旺盛，干物質(zhì)快速積累，葉片數(shù)逐漸增大，葉面積迅速增大，其蔭蔽狀況逐漸增強(qiáng)，導(dǎo)致到達(dá)地面的太陽輻射減少，土壤溫度低，從而可供煙田水分蒸發(fā)的能量降低，而煙田下層通風(fēng)狀況較差，煙株蒸騰最為旺盛，且空氣濕度較大，蒸發(fā)較弱，此時(shí)蒸騰量的分?jǐn)傁禂?shù)最大，為0.75左右?，F(xiàn)蕾打頂以后氣溫稍有回落，但仍穩(wěn)定在較高水平，地表溫度為40℃左右，這一階段下部煙葉開始成熟采收，隨著葉片自下而上的采收，煙田的通風(fēng)狀況逐漸提高，煙株體內(nèi)各項(xiàng)生理活動(dòng)開始減弱，分?jǐn)傁禂?shù)有所回落。而成熟后期煙葉僅剩下總量的一小部分，且多趨于成熟，生理活動(dòng)較弱,日蒸騰量減小，分?jǐn)傁禂?shù)進(jìn)一步減小，在0.5左右。

煙田全生育期蒸騰量大于蒸發(fā)量，煙地蒸騰量占總蒸散量的62.54%(控水處理)，旺長(zhǎng)期和成熟前期遠(yuǎn)大于蒸發(fā)作用，而成熟后期由于過多的降雨導(dǎo)致后期的蒸發(fā)大于蒸騰。

3 小結(jié)與討論

（1）綜合上述分析，烤煙生長(zhǎng)季內(nèi)需水量具有明顯的階段性：伸根期消耗少，旺長(zhǎng)期明顯升高，成熟期逐步下降。測(cè)定結(jié)果表明，烤煙在土壤水分相對(duì)適宜的條件下（控水處理）大田烤煙需水模系數(shù)分別為：伸根期19.54%，旺長(zhǎng)期44.69%，成熟前期24.46%，成熟后期11.11%?？厮幚恚緹煾魃诠┧^為適宜）烤煙大田期需水量為497.4mm，對(duì)照（自然雨養(yǎng)，生根期土壤含水量偏多，旺長(zhǎng)期后期和成熟前期出現(xiàn)階段性干旱）烤煙大田期需水量為513.26mm；控水處理烤煙需水量分別為 97.19 mm 、222.29 mm、122.59 mm 、55.33 mm，對(duì)照處理烤煙伸根期、旺長(zhǎng)期、成熟前期、成熟后期需水量分別為105.06 mm、199.49 mm、145.95 mm、62.76 mm。已有研究表明，作物苗期對(duì)缺水干旱具有較強(qiáng)的抵御能力。Turner（1989）明確提出早期適度水分虧缺在某些作物上有利于增產(chǎn)[14]。

（2）通過對(duì)煙田土壤的定點(diǎn)定時(shí)測(cè)定，結(jié)果表明，①烤煙各個(gè)生育期的土壤含水量與烤煙各個(gè)生育期的需水量的關(guān)系是：伸根期、成熟期土壤含水量大于烤煙的需水量，需要注意排水，而旺長(zhǎng)后期和成熟前期由于階段性干旱，土壤含水量小于烤煙的需水量，這一時(shí)段應(yīng)及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)灌。②煙田騰發(fā)量呈伸根期小、旺長(zhǎng)期大、成熟前期較大、成熟后期小的單峰型規(guī)律。棵間蒸發(fā)量基本呈下降趨勢(shì)，煙株蒸騰變化與騰發(fā)量變化基本相同。煙株蒸騰和棵間蒸發(fā)互為消長(zhǎng)，全生育期蒸發(fā)量大于蒸騰量，蒸騰量約占總蒸散量的2/3。

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