湘南烤煙高溫逼熟現(xiàn)象發(fā)生的生態(tài)因素分析

谷萌萌，王子騰，倪新程，張 臣，張靖媛，羅文君，陳文燦，韓夏冰，張帥廣，朱大恒*

1.鄭州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，鄭州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)科學(xué)大道100 號(hào) 450000

2.鄭州安圖生物工程股份有限公司，鄭州管城回族區(qū)經(jīng)開第十五大街199 號(hào) 450000

煙草是一種對(duì)環(huán)境條件變化十分敏感的作物，生態(tài)因子對(duì)煙葉產(chǎn)量、品質(zhì)和特色有較大影響［1-2］。高溫逼熟是發(fā)生在煙草成熟期受高溫等不良環(huán)境脅迫而出現(xiàn)植株早衰的一種假熟現(xiàn)象［3］，這種現(xiàn)象在湘南煙區(qū)尤為突出，廣西等南部煙區(qū)也普遍發(fā)生。高溫逼熟使煙葉出現(xiàn)粗筋暴葉，煙葉蒸騰和呼吸作用失常，導(dǎo)致葉片組織尚未成熟就出現(xiàn)黃斑、褐變，嚴(yán)重影響了煙葉的品質(zhì)和可用性［4-6］。

溫度是影響作物生長發(fā)育及其品質(zhì)形成的重要因素。有研究認(rèn)為，烤煙生長期內(nèi)溫度高于30 ℃，特別是35 ℃時(shí)煙草干物質(zhì)的消耗大于積累，造成煙葉品質(zhì)和產(chǎn)量降低［7］；煙葉成熟期溫度過高，即使是短期的高溫，也會(huì)影響煙草中葉綠素的合成，從而影響光合作用［6］。金云峰等［8］采用人工氣候室模擬試驗(yàn)表明，較高的成熟期溫度（均溫25 ℃）條件下質(zhì)體色素含量下降幅度最小，有利于質(zhì)體色素積累和煙葉光合作用。楊永霞等［9］采用人工氣候室模擬研究表明，成熟期高溫處理（均溫28.1 ℃，日最高溫38 ℃）可促進(jìn)煙葉質(zhì)體色素降解，有利于煙葉香氣成分的形成和積累，但未涉及水分、光強(qiáng)等因素的影響效應(yīng)。我國北方不少煙區(qū)煙葉成熟期平均溫度和南方煙區(qū)差異并不顯著［10］，但出現(xiàn)高溫逼熟現(xiàn)象并不普遍，因此，湘南煙區(qū)出現(xiàn)高溫逼熟現(xiàn)象的主要原因值得進(jìn)一步研究，高溫可能不是逼熟的唯一原因。

有關(guān)我國煙區(qū)生態(tài)環(huán)境和煙葉品質(zhì)的關(guān)系、特色煙草栽培氣候條件等方面，國內(nèi)已有大量的文獻(xiàn)報(bào)道［11-18］，在已有文獻(xiàn)報(bào)道中，溫度因素研究多涉及日均溫度，而有關(guān)日最高溫度及天數(shù)、日最高光強(qiáng)及天數(shù)等對(duì)煙葉成熟的影響鮮見報(bào)道；且有關(guān)煙區(qū)生態(tài)因子（降雨、氣溫、光強(qiáng)等）對(duì)煙葉品質(zhì)的綜合影響效應(yīng)、主要生態(tài)因子逆境閾值等方面，國內(nèi)研究報(bào)道較少，尤其是在煙葉高溫逼熟現(xiàn)象的形成機(jī)制及防控技術(shù)體系方面尚缺乏系統(tǒng)深入試驗(yàn)。為此，對(duì)湘南煙區(qū)煙葉高溫逼熟現(xiàn)象的生態(tài)因素進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究，旨在揭示高溫逼熟現(xiàn)象的發(fā)生機(jī)制，為煙草生產(chǎn)上高溫逼熟現(xiàn)象的防控提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試烤煙品種為云煙87，試驗(yàn)地點(diǎn)設(shè)置在湖南省桂陽和常寧試驗(yàn)田。試驗(yàn)田基本氣象條件：湖南省郴州市桂陽縣仁義鎮(zhèn)梧桐村，位于湖南省東南部。地理坐標(biāo)：東經(jīng)112°13′至112°55′，北緯25°27′至26°13′。屬中亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，年平均氣溫17.5 ℃，年日照量1 527.8 h，年平均降水量1 485.5 mm；衡陽常寧市三角塘鎮(zhèn)石嶺村，位于湖南省中南部。地理坐標(biāo)：東經(jīng)112°07′至112°41′北緯26°07′至26°35′。屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫17.9 ℃，年日照量1 567.7 h，年平均降水量1 346.7 mm。

1.2 試驗(yàn)方法

監(jiān)測(cè)時(shí)間：2015—2017 年烤煙大田生育期。生育期與月份對(duì)應(yīng)關(guān)系為，生長前期（3 月下旬至4 月）、旺長期（5 月）、煙葉成熟期（6 月）。

煙區(qū)生態(tài)因子監(jiān)測(cè)指標(biāo)：生育期降雨量、氣溫（包括成熟期日最高氣溫≥35 ℃天數(shù)、成熟期最高氣溫≥38 ℃天數(shù)）、午間光照強(qiáng)度（光強(qiáng)）和煙葉高溫逼熟率等。

1.3 測(cè)定方法

從煙苗移栽至煙葉采收，采用RS-100 雨量計(jì)（北京天星智聯(lián)科技有限公司）每天監(jiān)測(cè)降雨量；從煙苗移栽至煙葉采收用溫濕度記錄儀179-TH（北京鼎軒盛世科技有限公司）每天監(jiān)測(cè)氣溫，測(cè)定時(shí)間為上午11∶00 和下午2∶00，測(cè)定結(jié)果取平均值；統(tǒng)計(jì)煙葉成熟期最高氣溫≥35 ℃天數(shù)、成熟期最高氣溫≥38 ℃天數(shù)；從旺長期至采收采用TES-1332A 數(shù)字式照度計(jì)（深圳市源恒通科技有限公司）每天監(jiān)測(cè)記錄光強(qiáng)，測(cè)定時(shí)間為上午11：00 和下午2：00。

參照王子騰［3］的方法測(cè)定煙葉高溫逼熟率，從成熟期至采收，每3 d 記錄1 次。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010 對(duì)氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用SPSS 17.0 數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)高溫逼熟率和主要生態(tài)因素進(jìn)行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 烤煙生育期生態(tài)指標(biāo)分析

2.1.1 烤煙生育期降雨量統(tǒng)計(jì)與分析

2015—2017 年桂陽和常寧試驗(yàn)點(diǎn)降雨量分布如圖1 所示。從桂陽試驗(yàn)點(diǎn)煙株生長前期來看，2015 年和2017 年降雨量較往年同期平均降雨量有所減少，這有利于煙苗移栽和烤煙伸根期根系的生長；2016 年降雨量較常年同期增加200.4 mm。其中，4 月份合計(jì)降雨量較常年同期增加95.05%，降雨日數(shù)多則導(dǎo)致土壤潮濕，不利于煙苗根系的生長。從旺長期來看，2015 年降雨量較常年同期差距不大；2016 年降雨量較常年同期略有增加且降雨量充足；2017 年降雨量偏少，較常年同期減少31.5%。從成熟期來看，2015 年降雨量比常年同期平均減少57.8%，減少較多；2016 年降雨量較常年同期變化不大；2017 年降雨量較常年同期顯著增加。常寧試驗(yàn)點(diǎn)與桂陽試驗(yàn)點(diǎn)的降雨量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)規(guī)律相似，2016 年煙株生長前期降雨量較多，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出常年同期。2015 和2017 兩個(gè)年份湘南煙區(qū)未發(fā)生明顯的高溫逼熟現(xiàn)象，而2016 年湘南煙區(qū)普遍出現(xiàn)了典型的高溫逼熟現(xiàn)象，說明生長前期降水量偏多可能會(huì)導(dǎo)致高溫逼熟現(xiàn)象的發(fā)生。

圖1 煙田降雨量統(tǒng)計(jì)Fig.1 Rainfall statistics in tobacco fields

2.1.2 烤煙生育期氣溫統(tǒng)計(jì)與分析

2015—2017 年桂陽試驗(yàn)點(diǎn)和常寧試驗(yàn)點(diǎn)平均氣溫分布如表1 所示。從桂陽試驗(yàn)點(diǎn)旺長期氣溫來看，月平均氣溫3 個(gè)年度差異不大；月最高氣溫2016 年略高于2015 年和2017 年；日最高氣溫≥35 ℃天數(shù)3 個(gè)年度差異不大。從成熟期氣溫看，3個(gè)年度月平均氣溫相差不大；月最高氣溫2016 年較2015 年和2017 年分別提高3.7 ℃和4.1 ℃；日最高氣溫≥35 ℃天數(shù)2016 年較2015 年和2017 年增加14 d；此外，日最高氣溫≥38 ℃天數(shù)2016 年出現(xiàn)了4 d，而2015 年和2017 年未測(cè)出。常寧試驗(yàn)點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)略有不同，2016 年成熟期平均氣溫偏高且高溫天數(shù)較多，高溫逼熟現(xiàn)象較為嚴(yán)重；2015年常寧試驗(yàn)點(diǎn)日最高氣溫≥35 ℃天數(shù)和日最高氣溫≥38 ℃天數(shù)與2016 年度桂陽試驗(yàn)點(diǎn)相近，氣溫較高，但2015 年常寧試驗(yàn)點(diǎn)高溫逼熟現(xiàn)象并不突出。這表明氣溫可能與高溫逼熟現(xiàn)象有關(guān)，但不是導(dǎo)致高溫逼熟現(xiàn)象發(fā)生的唯一因素。

2.1.3 烤煙生育期光照強(qiáng)度分析

2015—2017 年桂陽試驗(yàn)點(diǎn)和常寧試驗(yàn)點(diǎn)光照強(qiáng)度分布如表2 所示。從桂陽試驗(yàn)點(diǎn)旺長期光照強(qiáng)度看，3 個(gè)年度平均光照強(qiáng)度、最大光照強(qiáng)度、日最高光強(qiáng)≥50 000 Lx 天數(shù)差異不大；從成熟期光照強(qiáng)度看，平均光照強(qiáng)度、最大光照強(qiáng)度、日最高光強(qiáng)≥50 000 Lx 天數(shù)2015 年與2017 年差異不大；2016 年平均光照強(qiáng)度顯著高于2015 年和2017 年，2016 年日最高光強(qiáng)≥50 000 Lx 天數(shù)較2015 年分別增長5 d 和3 d，較2017 年分別增加了11 d、8 d，2016年日最高光強(qiáng)≥10 000 Lx 天數(shù)也顯著高于2015 年和2017 年。從直觀監(jiān)測(cè)結(jié)果來看，旺長期光照強(qiáng)度與高溫逼熟發(fā)生無明顯關(guān)系，成熟期以2016 年度最高。但常寧試驗(yàn)點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有所不同，2016年平均光照強(qiáng)度、最大光照強(qiáng)度、日最高光強(qiáng)≥50 000 Lx天數(shù)均明顯低于2015 年和2017 年，但2016 年常寧試驗(yàn)點(diǎn)普遍發(fā)生高溫逼熟現(xiàn)象，這表明光照強(qiáng)度可能是促進(jìn)高溫逼熟現(xiàn)象的因素，但不是決定因素。

表1 2015—2017 年煙田溫度分析Tab.1 Recorded temperatures in tobacco fields from 2015 to 2017

表2 2015—2017 年煙田光照強(qiáng)度分析Tab.2 Light intensities in tobacco fields from 2015 to 2017

2.2 烤煙高溫逼熟的生態(tài)因子分析

2015—2017 年連續(xù)3 年，在桂陽、常寧試驗(yàn)點(diǎn)對(duì)湘南煙區(qū)烤煙大田主要生態(tài)因子進(jìn)行了動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，同時(shí)對(duì)高溫逼熟發(fā)生情況進(jìn)行了分析。結(jié)果顯示，2015 年和2017 年湘南煙區(qū)未發(fā)生明顯的高溫逼熟現(xiàn)象。分析發(fā)現(xiàn)烤煙大田生長期間前期降雨量較往年同期顯著減少，旺長期降雨量較常年同期略偏高，同時(shí)成熟期溫度適宜，成熟期日最高氣溫≥38 ℃天數(shù)不超過1 d；2016 年湘南煙區(qū)普遍出現(xiàn)了典型的高溫逼熟現(xiàn)象，分析發(fā)現(xiàn)烤煙大田生長期間前期降雨量較常年同期顯著增加，旺長期降雨量較常年同期減少；同時(shí)成熟期溫度偏高，成熟期日最高氣溫≥38 ℃天數(shù)超過4 d。值得注意的是，旺長期至成熟期湘南煙區(qū)的光照強(qiáng)度2015 年平 均 在50 000 Lx 左右，而2016 年 平 均在40 000 Lx 左右，表明在一定范圍內(nèi)，光強(qiáng)不是高溫逼熟現(xiàn)象的關(guān)鍵因素。但人工氣候室試驗(yàn)研究表明，日最高光強(qiáng)≥100 000 Lx 的高光強(qiáng)天數(shù)對(duì)高溫逼熟現(xiàn)象的發(fā)生有一定促進(jìn)作用［19］。

不同年份高溫逼熟發(fā)生率與主要生態(tài)因子的關(guān)系見表3。從表3 中可以看出，烤煙高溫逼熟發(fā)生率與前期降雨量呈明顯正相關(guān)，且隨后期≥38℃天數(shù)增加而呈總體增加趨勢(shì)，光照強(qiáng)度對(duì)高溫逼熟有一定促進(jìn)作用，但不是關(guān)鍵因素。2015年常寧試驗(yàn)點(diǎn)氣溫≥35 ℃天數(shù)為13 d，≥38 ℃天數(shù)為1 d，2016 年桂陽試驗(yàn)點(diǎn)氣溫≥35 ℃天數(shù)為14 d，≥38 ℃天數(shù)為4 d，兩組數(shù)據(jù)的高溫條件非常接近，但逼熟率相差較大，前者為3.6%，后者為51.9%，這表明在后期高溫條件下前期降雨量（前者92.7 mm，后者358.9 mm）對(duì)高溫逼熟起到了關(guān)鍵作用。說明湘南氣候條件下，若前期降雨量適宜，即使后期出現(xiàn)高溫條件，只要日最高溫度不大于38 ℃，高溫逼熟現(xiàn)象也并不嚴(yán)重。

對(duì)煙葉高溫逼熟率與主要生態(tài)因素進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果見表4。表4 表明，在湘南氣候條件下煙葉生長前期降雨量和成熟期高溫天數(shù)與煙葉高溫逼熟率之間存在顯著相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)分別為0.904 和0.914，說明前期降雨量和成熟期高溫天數(shù)對(duì)煙葉高溫逼熟率有重要影響，是高溫逼熟現(xiàn)象發(fā)生的主要因素，這與田間控水試驗(yàn)和人工氣候室高溫強(qiáng)光試驗(yàn)結(jié)果一致［19-20］；日最高光強(qiáng)≥100 000 Lx 的天數(shù)與煙葉高溫逼熟發(fā)生率相關(guān)系數(shù)為0.614，表明高光強(qiáng)天數(shù)對(duì)煙葉高溫逼熟率具有一定影響，是高溫逼熟現(xiàn)象發(fā)生的次要因素。光強(qiáng)過高可導(dǎo)致高溫逼熟現(xiàn)象加重。

高溫逼熟發(fā)生率與主要生態(tài)因子的回歸方程為：

通過主要生態(tài)因子對(duì)高溫逼熟率的影響效應(yīng)回歸方程分析顯示，煙株生長前期降雨量、成熟期日最高氣溫≥38 ℃天數(shù)對(duì)高溫逼熟率貢獻(xiàn)率最大，為主要效應(yīng)因素。成熟期日最高光強(qiáng)≥100 000 Lx 天數(shù)、成熟期高溫天數(shù)對(duì)煙葉高溫逼熟率影響較大，而旺長期降雨量、成熟期降雨量、成熟期日最高光強(qiáng)≥50 000 Lx 天數(shù)、成熟期日最高氣溫≥35 ℃天數(shù)對(duì)煙葉高溫逼熟率影響不大。表明在湘南煙區(qū)逆境氣候條件下，煙草生長前期雨水過量造成烤煙根系發(fā)育不良、根系活力顯著下降，導(dǎo)致煙株生長難以適應(yīng)后期高溫強(qiáng)光，從而造成高溫逼熟現(xiàn)象的發(fā)生。因此，煙草生長前期尤其是生根期采用相應(yīng)栽培措施保證和促進(jìn)煙株根系正常發(fā)育、成熟期維持煙株根系活力，才能有效提高成熟期煙葉抗逆性。下一步將增加試驗(yàn)點(diǎn)，延長監(jiān)測(cè)年限，進(jìn)一步豐富監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，在各氣象因素對(duì)高溫逼熟的影響效應(yīng)方面進(jìn)一步深入研究。

表3 煙葉高溫逼熟發(fā)生率與主要生態(tài)因子的關(guān)系Tab.3 Relationships between incidence rate of heat-forced maturity of tobacco leaves and main ecological factors

表4 煙葉高溫逼熟發(fā)生率與主要生態(tài)因子間的相關(guān)性Tab.4 Correlation between incidence rate of heat-forced maturity of tobacco leaves and main ecological factors

3 結(jié)論

通過不同試驗(yàn)點(diǎn)連續(xù)3 年的大田試驗(yàn)，調(diào)查分析了湘南烤煙高溫逼熟現(xiàn)象發(fā)生的生態(tài)成因。結(jié)果表明：①在湘南煙區(qū)氣候條件下，煙草生長前期降雨量和后期高溫（日最高溫度≥38 ℃）天數(shù)與煙葉高溫逼熟率呈顯著正相關(guān)，前期降雨量過多，是導(dǎo)致高溫逼熟現(xiàn)象發(fā)生的主要前提因素，成熟期高溫（日最高溫度≥38 ℃）天數(shù)過多是導(dǎo)致高溫逼熟現(xiàn)象發(fā)生的主要脅迫因素；②成熟期高光強(qiáng)（日最高光強(qiáng)≥100 000 Lx）的天數(shù)是高溫逼熟現(xiàn)象發(fā)生的次要因素，高光強(qiáng)可導(dǎo)致高溫逼熟現(xiàn)象加重。