氣候變化對洛陽市烤煙種植及品質(zhì)的影響

張文冉

（封丘縣氣象局，河南封丘 453300）

洛陽市是河南省主要煙葉種植區(qū)，在河南省煙葉生產(chǎn)中占有重要地位，于1986 年被河南省農(nóng)業(yè)區(qū)劃委員會確定為優(yōu)質(zhì)煙草種植區(qū)。洛陽市煙草種植區(qū)主要集中在洛寧縣、新安縣和宜陽縣，該區(qū)域位于洛陽市的西北部，其他縣市煙草種植面積較小。煙草種植區(qū)內(nèi)山川丘陵交錯，地形復(fù)雜，其中山區(qū)約占總面積的45.51%，丘陵約占總面積的40.73%，平原約占總面積的13.8%。近年來，洛陽地區(qū)煙草種植面積保持穩(wěn)中有增的趨勢，其中，2016 年洛寧縣種植煙葉面積達(dá)6 866.67 hm2，新安縣煙葉面積4 814 hm2，宜陽縣煙葉面積9 814 hm2，分別比歷年均值增長12.5%、13.4%和14.1%，比2015 年分別增長14.5%、12.9%和13.2%，取得了顯著經(jīng)濟(jì)效益。隨著煙草種植面積的不斷擴(kuò)大，經(jīng)濟(jì)效益增長迅速，2010 年建成了全省優(yōu)質(zhì)煙草生產(chǎn)基地。

近年來，不少學(xué)者選取不同的氣候要素指標(biāo)進(jìn)行組合，針對河南省或省內(nèi)部分烤煙種植地區(qū)開展了氣候適宜性研究和區(qū)劃［1-8］，張慢慢等分析了煙草成分與氣候要素的關(guān)系［9］。煙草的生長發(fā)育對氣候要素條件有較高的要求，氣候要素變化對煙葉生長發(fā)育及品質(zhì)形成影響較大［10-12］。以往的研究側(cè)重于加快煙葉生產(chǎn)布局或單一品質(zhì)指標(biāo)，對煙葉品質(zhì)與氣候變化的相互關(guān)系缺乏研究，煙草種植布局和結(jié)構(gòu)調(diào)整沒有科學(xué)的依據(jù)。

本研究旨在分析煙葉品質(zhì)特征和氣候條件的關(guān)系，闡明氣候條件對煙草品質(zhì)的影響，使煙草種植趨利避害，是發(fā)展當(dāng)?shù)責(zé)煵萆a(chǎn)的關(guān)鍵。完善煙草種植管理技術(shù)和措施，科學(xué)利用氣候資源提高煙葉質(zhì)量，穩(wěn)定種植面積，促進(jìn)煙葉品質(zhì)的提高具有重要的意義。

1 材料與方法

1.1 洛陽市氣候概況

洛陽市屬于暖溫帶向亞熱帶過渡地區(qū)，氣候特點(diǎn)是四季分明，氣候宜人。年平均氣溫14.2 ℃，年降水量403.3～1 386.6 mm，平均降水量546 mm，年日照時數(shù)2 103 h，無霜期210 d。洛陽市海拔最高為2 212.5 m，最低處不足100 m，導(dǎo)致各縣區(qū)氣候變化存在較大差異。

1.2 資料來源

逐日的降水量、平均氣溫、極端最高和最低氣溫、日照時數(shù)等氣候資料來自洛陽市所轄（洛寧縣、新安縣和宜陽縣）氣象站，時間范圍為1981—2016 年；煙葉化學(xué)成分含量數(shù)據(jù)由洛陽市煙草公司和洛陽市卷煙廠提供。

1.3 研究方法

主要采取相關(guān)性分析法：相關(guān)分析是對兩個對等數(shù)列，用數(shù)學(xué)方法測定一個反映它們之間變動的聯(lián)系程度和聯(lián)系方向的抽象化數(shù)值，即相關(guān)系數(shù)。回歸分析是在兩個或兩個以上有聯(lián)系的數(shù)列中，確定一個為因變量數(shù)列，其他為自變量數(shù)列，為它們配合一定的數(shù)學(xué)模型，并用統(tǒng)計方法估計模型參數(shù)，得出回歸方程。

直線相關(guān)系數(shù)計算方法，設(shè)x和y為兩個不分因變量和自變量的對等變量，n代表成對變量值數(shù)目，則相關(guān)系數(shù)的算式為：

r值的范圍在+1～-1，其值越接近1 或-1，表示兩變量直線相關(guān)的程度越高，越接近0 相關(guān)程度越低；正號表示兩變量有同增同減的變動關(guān)系，而負(fù)號則表示一增一減的異方向變動關(guān)系。

2 結(jié)果與分析

2.1 洛陽煙草種植區(qū)氣候變化趨勢分析

2.1.1 降水量變化

通過對1981—2016 年各月降水資料分析可知，洛陽煙草區(qū)各月最大降水量出現(xiàn)在7 月（達(dá)到190.2 mm）；月降水量最小值出現(xiàn)在1 月（僅為15.6 mm）；一年中降水量主要集中出現(xiàn)在5—9 月，約占全年總降水量的73.1%，接近全年的3/4。洛陽煙草種植區(qū)春季降水量為160.7 mm，約占全年總降水量的19.5%；夏季降水量為441.0 mm，占全年降水量的54.7%，超過了全年降水的50%；秋季降水量為155.4 mm，占全年總量的19.1%；冬季降水量只有50.7 mm，僅占全年6.4%。年平均降水量為729.7 mm，且呈波動遞減的變化趨勢，氣候變化傾向率為-54.44 mm/10 年，一般在600～1 000 mm。年最大降水量為1 345.2 mm，出現(xiàn)在1984 年；最小降水量為454.5 mm，出現(xiàn)在1988 年，二者相差890.7 mm，降水量最多年是最少年的近2 倍。

2.1.2 氣溫變化

通過對1981—2016 年各月氣溫變化進(jìn)行分析可知，洛陽煙草種植區(qū)年平均氣溫為14.96 ℃，其中4—10 月的月平均溫度在15 ℃以上；月平均最低值氣溫為1.08 ℃，出現(xiàn)在1 月，月平均氣溫最高值為27.27 ℃，出現(xiàn)在7 月，二者相差26.19 ℃。各月平均最高溫度的最大值出現(xiàn)在8月，達(dá)到30.0 ℃，而最高氣溫最小值出現(xiàn)在1月，為4.7 ℃，最大、最小值二者相差25.3 ℃；各月平均最低溫度的最大值（24.6 ℃）、最小值（-1.8 ℃）出現(xiàn)日期均與最高氣溫出現(xiàn)的月份一致，最大、最小值相差26.4 ℃。

年平均氣溫為14.3 ℃，年平均氣溫最大值為15.3 ℃，出現(xiàn)在2002 年；年平均氣溫最小值為13.3 ℃，出現(xiàn)在1984 年和1985 年，二者相差2.0 ℃。其中，在2004 年與2005 年變化幅度最大，達(dá)到1.3 ℃。年平均氣溫的氣候傾向率為0.139 ℃/10 年，整體上是呈上升趨勢。

2.1.3 日照時數(shù)變化

根據(jù)近36 年的各月平均日照時數(shù)變化，年平均日照時數(shù)為2 075.6 h；年內(nèi)各月日照時數(shù)基本上呈拋物線型波動變化，2—5 月呈連續(xù)上升變化，5 月日照時數(shù)達(dá)到最大值，而后5—12 月呈連續(xù)下降變化。月平均日照時數(shù)均大于130 h，且在5 月達(dá)到最大值214.1 h，在2 月達(dá)到最小值133.1 h，二者相差81 h。

近36 年來，洛陽煙草種植區(qū)年平均日照時數(shù)為2 097.8 h。多年平均日照時數(shù)的線性傾向率為-62.22 h/10年，呈下降趨勢。日照時數(shù)最多的年份是1997 年，為2 441.3 h，日照時數(shù)最少的年份是2007 年，為1 744.2 h，二者相差697.1 h。

2.2 氣候變化對煙草品質(zhì)的影響

2.2.1 烤煙大田期氣候要素變化特征分析

在洛陽煙區(qū)，煙草的大田生長期間平均氣溫為20.3 ℃，最大差值為2.6 ℃，氣溫偏低，年度間變化不大；≥10 ℃積溫平均為3 132.0 ℃，最大差值為1 943.0 ℃，年際間變化幅度較大；平均日照時數(shù)為874.7 h，最大差值為403.3 h，年度間變化較大；生長期降水量為472.1 mm，降水量年際變化較大，年內(nèi)季節(jié)分布差異明顯；平均氣溫為20 ℃持續(xù)天數(shù)為87.5 d，最大差值達(dá)24 d，年度間變異較大。同時，在煙草的還苗伸根期、旺長期、成熟期平均氣溫變化幅度較小，年際間變化差異較小。對照煙草各生育時段對溫度條件的要求（表1）分析，可知：在煙草的整個大田生長期內(nèi)，平均氣溫、均溫、≥10 ℃積溫等要素的變化幅度較小，年際差異不明顯；日照時數(shù)年度間變化幅度較大。總之，洛陽煙草種植區(qū)各個氣候要素都基本滿足優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)需求。

表1 煙草各生育時段對溫度條件的要求

洛陽煙草種植區(qū)多為丘陵和低山，降水量時空分布不均，干旱或洪澇時有發(fā)生，嚴(yán)重影響煙葉質(zhì)量和產(chǎn)量的提高，不同生長期煙葉植株遭遇干旱就會出現(xiàn)不出苗、燒苗、葉面萎縮、枯萎和死株等現(xiàn)象，2015 年3—4 月降雨較少，春旱嚴(yán)重，導(dǎo)致煙草出苗率降低。

2.2.2 溫度對煙草的影響

煙草是一種喜溫植物，適宜的生長溫度為22～28 ℃（見表1），煙草在8～38 ℃范圍內(nèi)均可發(fā)芽生長，溫度變化空間較大，在煙草生長的還苗伸根期，當(dāng)日平均氣溫低于13.8 ℃時，影響煙草的正常生長發(fā)育，在煙草生長的中后期（旺長、成熟期)，當(dāng)日平均氣溫低于20 ℃時，嚴(yán)重影響煙葉的正常發(fā)育成熟。統(tǒng)計洛陽煙草種植區(qū)氣候資料發(fā)現(xiàn)：洛陽煙區(qū)2006 年和2013 年的平均氣溫、≥10 ℃積溫較高；2011 年平均氣溫較低；2010 年平均氣溫日較差小于10 ℃；2008 年、2011 年、2014 年和2015 年平均氣溫均大于12℃，且平均氣溫日較差較高；2007 年和2013 年平均氣溫≥20 ℃的天數(shù)較多，分別達(dá)到100 d 和97 d，2011 年最少（76 d），滿足生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)煙葉要求［8］?？緹熒L發(fā)育適宜的溫度范圍是地上部分8～38 ℃，最適宜溫度是28 ℃左右，但如果長期生長在適宜溫度下，生長迅速，營養(yǎng)體較大，造成植株纖維偏弱，難以達(dá)到優(yōu)質(zhì)煙葉的標(biāo)準(zhǔn)，如果生長在發(fā)育前期日平均氣溫低于18℃，尤其是在13℃以下時，將抑制生長發(fā)育，造成早花，影響產(chǎn)量和煙草品質(zhì)。煙草旺長期平均溫度除2013 年、2015 年以外，其他年份均≥22℃，處于優(yōu)質(zhì)煙葉適宜生長范圍內(nèi)。

研究表明：在煙草生產(chǎn)的中后期，當(dāng)日平均氣溫小于20 ℃時，將直接影響煙草的化學(xué)成分及其含量，導(dǎo)致煙葉無法正常成熟，隨著氣溫的降低，煙葉的質(zhì)量也將越來越差。煙葉成熟期氣溫變化對煙草的產(chǎn)量和質(zhì)量的影響最為大，當(dāng)煙葉成熟期的氣溫介于20～28 ℃時，煙葉的質(zhì)量是隨著氣溫的升高而提高［8］。

氣溫總體變化有上升趨勢，見表2。氣候變暖直接導(dǎo)致煙葉植株無法正常生長發(fā)育，一旦氣溫發(fā)生變化就會造成煙草發(fā)育期提早或延遲，影響煙葉質(zhì)量的提升，播種期溫度低于5 ℃，不利于煙草出苗和生長；成熟期的溫度大于35 ℃，則會造成煙草葉面灼傷，影響煙葉質(zhì)量。

表2 2011—2016 年煙草生長期間（3—6 月）氣象要素

2.2.3 水分對煙草生長發(fā)育的影響

通過分析煙草對水分的需要可知：正常煙株平均含水量為70%～80%，旺長期煙葉含水量最高，達(dá)到了90%以上，成熟期煙葉含水量80%～90%。試驗(yàn)（溫室內(nèi)測定）表明：每生產(chǎn)l g 煙葉，蒸騰就需耗水500 g 以上。在洛陽煙區(qū)，煙草生長期內(nèi)，月平均降水量為100～130 mm，完全可以滿足煙草生長需求。

煙草生長的各個階段對土壤含水量的要求不同：煙草從播種至2 片真葉（苗床期），適宜土壤水分含量在70%左右；在大十字期，土壤水分含量在50%～60%時為宜；在豎葉-成苗期耗水量較大，土壤水分含量需保持80%以上，同時在移栽前10～15 d 內(nèi)停止水分供給，提高幼苗的適應(yīng)能力；煙草在還苗-團(tuán)棵期，適宜土壤水分含量為60%，如果低于40%或者高于80%，就會影響煙草的正常生長發(fā)育和根系生長，導(dǎo)致煙草后期生長發(fā)育不利；煙草在團(tuán)棵-旺長期，適宜土壤水分含量為80%；現(xiàn)蕾-成熟期，適宜土壤水分含量為60%，土壤水分偏少有利于提高煙葉品質(zhì)，如果土壤水分含量過高，往往造成煙草成熟期推遲和煙葉品質(zhì)下降。一般來說，優(yōu)質(zhì)烤煙生產(chǎn)區(qū)大田降水量在450～550 mm，分布均勻?yàn)樽詈谩Ｂ尻柺袩煵萆a(chǎn)區(qū)多雨季節(jié)與煙草生長需水旺盛期基本吻合，有利于產(chǎn)量和品質(zhì)的提高。優(yōu)質(zhì)煙葉生長最佳降水分布：移栽-旺長階段需水量較多，有利于煙草幼苗伸根和旺盛生長；成熟期雨量少，有利于煙葉成熟落黃。而洛陽煙草種植區(qū)降水變化基本與煙草需水周期一致，可以滿足煙草生長需水。

2.2.4 日照時數(shù)對煙草生長發(fā)育的影響

充足的日照時數(shù)有利于煙草植株的生長旺盛，使煙草葉厚莖粗。煙草的整個生長期要求日照充足，日照時數(shù)以8～10 h·d-1為宜，特別是在煙草的成熟期，日照充足，有利于提高煙草的產(chǎn)量和品質(zhì)。在一定范圍內(nèi)，日照充足，有利于光合作用，增加有機(jī)物質(zhì)的合成；當(dāng)光照不足時，煙株生長緩慢，植株矮小，葉色黃綠，甚至發(fā)生畸形；日照有利于提高煙葉的品質(zhì)和產(chǎn)量，日照時數(shù)＞5 h，煙葉質(zhì)量最為理想生長條件［10］。

2.2.5 氣象要素與煙草化學(xué)成分的關(guān)系

通過相關(guān)關(guān)系方法計算，可以獲得洛陽煙草品質(zhì)與氣溫、降水量、日照時數(shù)條件的相互關(guān)系以及各個發(fā)育期氣象條件的相互關(guān)系，見表3。

由表3 可知，總糖、還原糖、蛋白質(zhì)、MW 堿性總量均與大田期氣溫呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系；蛋白質(zhì)、石油MW 總量與旺長期氣溫也呈現(xiàn)出顯著的正相關(guān)關(guān)系；煙堿與伸根期氣溫呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，而與旺長期氣溫、降水、成熟期的晝夜氣溫差的大小呈正相關(guān)關(guān)系；氮/堿比、鉀氯比、糖/堿比值與旺長期氣溫呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，同時，糖/堿比值與≥10 ℃活動積溫均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；氮/堿比、糖/堿比與伸根期氣溫呈顯著的正相關(guān)關(guān)系；兩糖比與成熟期氣溫呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系；總揮發(fā)酸與伸根期氣溫呈較顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系；煙堿、總氮含量與伸根期、旺長期平均氣溫和≥10 ℃活動積溫均呈正相關(guān)關(guān)系；還原糖與旺長期降水均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，均通過了0.05 的水平顯著性檢驗(yàn)。這與汪孝國等的研究結(jié)論一致［12］。

表3 洛陽煙草品質(zhì)和氣溫單相關(guān)分析

煙堿、總氮含量與伸根期、旺長期平均氣溫和≥10 ℃活動積溫均呈正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)在0.44～0.58，均通過0.05 的顯著水平；煙堿含量與成熟期晝夜溫差呈正相關(guān)；淀粉與≥10 ℃活動積溫均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為-0.63，均通過0.05 的顯著水平；糖/堿比值與旺長期均溫、≥10 ℃活動積溫均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為-0.44 和-0.47，均通過0.05 的顯著水平；氮/堿比值與成熟期均溫呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；煙堿與旺長期降水呈正相關(guān)，淀粉、糖/堿比值、氮/堿比值、還原糖與旺長期降水均呈負(fù)相關(guān)，均通過了0.05 的水平顯著性檢驗(yàn)。

3 結(jié)論

1）洛陽煙草種植區(qū)近36年年平均降水量為807.91 mm；其中冬季降水少，夏季降水多，春秋二季降水相當(dāng)；年平均氣溫為14.96 ℃，在7 月平均氣溫最高，1 月最?。荒昶骄照諘r數(shù)為2 075.6 h，日照時數(shù)均在5 月達(dá)到最大值，2 月最小。

2）洛陽煙草種植區(qū)自20 世紀(jì)90 年代起，年平均氣溫有明顯的上升趨勢，并在1991 年產(chǎn)生突變；而年日照時數(shù)變化趨勢不顯著，未出現(xiàn)突變現(xiàn)象。

3）煙草生長期間主要的氣候氣候?yàn)?zāi)害有煙苗生長期的低溫冷害和煙草旺長期（7 月、8 月）較為集中強(qiáng)降水，易造成農(nóng)田積水等洪澇災(zāi)害。

4）煙草的化學(xué)成分主要受氣溫和活動積溫關(guān)系密切；煙堿、還原糖與降水相關(guān)關(guān)系密切。

總之，洛陽煙草種植區(qū)降水量、日照時數(shù)均能滿足煙草的生長發(fā)育，對提高煙草的產(chǎn)量和品質(zhì)影響相對較小。