貴州開陽煙區烤煙需水特征與煙田土壤水分變化研究

冷 璐，陸引罡

（貴州大學農學院，貴州貴陽550025）

研究優質烤煙生產的需水特征，掌握烤煙在現有雨養條件下和水分適宜條件下各個生育期的需水量，為煙田的水分管理提供基礎性數據參考，對確定在特定生態環境條件下烤煙的適宜水分指標、水分調控效益等參數是必不可少的，同時也為“煙水工程”的實施及使用提供技術性支持。

適宜的土壤水分是烤煙生產產量和質量的重要保證，土壤水分狀況對烤煙生長發育、生理生化過程及肥料利用都有十分顯著的影響[1]。在缺水時間不長或缺水不嚴重的情況下,煙株有暫時調節體內水分平衡的能力；但是，嚴重干旱或水分過多都會嚴重影響煙株的生長發育。貴州省開陽縣由于諸多原因限制，不能為烤煙生長的水分供應提供灌溉條件，主要依靠天然降雨，由于降雨的時空分布不均和長期的雨養烤煙，對烤煙的產量和質量易造成不利影響。然而，我國對烤煙的水分生理、需水規律、土壤水分的供給狀況以及烤煙本身對水分的適應性和調節作用的研究尚少，缺乏當地烤煙各生育期的科學灌溉參數。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試品種為當地主推烤煙品種：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 試驗地概況

貴州省煙草公司貴陽市分公司開陽縣龍崗試驗基地，海拔 1 125 m，經度 107°06′899″，緯度 26°52′360″。該地區屬于低緯度亞熱帶季風濕潤氣候，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，質地中等，有機質含量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 試驗設計

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，烤煙整個大田期設置兩個處理：

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

處理二（對照）：在烤煙的整個大田生育期，不進行人為控水，使其處于自然條件下。

試驗采用隨機區組排列，小區面積34.32 m2，重復3次。各小區行株距為1.1 m×0.6 m，每小區4行，每行13株煙，共52株。不同區組間留1.0m走道，試驗區周圍設1.0m保護行。

1.4 數據處理

對試驗所得的各種數據，應用DPS和Excel進行統計分析。

1.5 測定項目及方法

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

2 結果與分析

2.1 烤煙生長季內煙田土壤含水量變化

通過生育期內對煙田土壤相對含水量的測定，得到開陽煙區煙田土壤相對含水量生育期變化動態圖，見圖1。土壤相對含水量變化受到棵間蒸發、烤煙蒸騰作用的影響，其變化趨勢是：從伸根期到旺長期，由于一定的降雨使得這個階段的土壤相對含水量比較穩定，但超過了伸根期烤煙需求的最佳土壤相對含水量，不利于烤煙根系的生長；到旺長期雖然總的降雨量能夠滿足烤煙全生育期的需要，但由于在時空上分布不均，旺長后期和成熟前期會出現干旱，導致土壤相對含水量較低，達到60.5%，這一時期是需水最為關鍵的時期，應及時補水；而后又由于降雨量大增，土壤相對含水量又逐漸上升且居高不下，特別是成熟后期達到89.6%，造成大面積烤煙由于過量降雨而缺肥，地勢較低田塊的烤煙受到澇災。

2.2 煙區烤煙的需水量

圖1 煙田土壤相對含水量季節變化Fig.1 RWC seasonal variation of tobacco soil

作物需水量是灌溉工程設計與管理、水土資源平衡計算中不可缺少的基本數據[2]。作物需水量是灌溉預報的關鍵,為了較準確地預估未充分灌溉條件下的減產率和確定灌水日期及灌水量,必須對未來一段時間內的作物需水量及其變化過程做出預測[3-4]。烤煙需水量與大氣蒸發力、土壤含水率以及作物生物性狀有關,在需要預測的未來時段內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育性狀是互為因果關系[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雜，難于精確計算，故在實際需水量計算中常將這一小部分忽略不計，認為作物需水量等于棵間蒸發量和植株蒸騰量之和，也稱為“蒸散量”[8]。

利用自制蒸滲儀對烤煙生育期內土壤含水量的變化進行監測[9]，最后通過計算得到棵間蒸發量、植株蒸騰量及相關系數見表1。

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

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

2.3 煙區的降雨特征

貴州省貴陽市開陽縣位于中國西南云貴高原東部，屬亞熱帶濕潤溫和型氣候，多年平均降雨量為1 109.0 mm，年內各月降雨不均勻，各月間變化差異較大，其中4~8月累計降雨量為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，累計降水量為91.0mm，占全年總降水量的8.21%,為旱季。

通過對2012年各月降雨量測定及多年各月平均降雨量的統計，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，結合烤煙需水量可知：開陽煙區周年降雨總量大于烤煙生育期內總需水量，但存在時空分布不均、與烤煙各生育時期需水量吻合程度不佳的問題。具體表現為：5月份為烤煙伸根期，此時需水量少，降雨量遠大于其需水量；6、7月份正值烤煙旺長期、成熟期，需水量大且需水強度亦大，但此時降雨不能滿足其需求。

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

2.4 烤煙生長需水特征

由表1可知：大田烤煙需水模系數分別為：伸根期19.54%，旺長期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、后期又少的規律性。烤煙需水特征與煙株的生長趨勢相一致。這一結果說明，烤煙需水量隨煙株生長量的增加而不斷增大；對照與控水處理都是旺長期需水量最大，需水強度最強，成熟前期次之，生根期和成熟后期相對較少。旺長期需水多且強度大，而且正值烤煙營養生長階段，是需水的關鍵時期。成熟前期需水量及強度雖不如旺長期，但此時水分對于烤煙葉片的質量至關重要，多了易造成葉片貪青徒長，不易成熟且難以烘烤，少了易造成葉片開片狀況差，葉片外觀及內在質量下降。

2.5 煙田棵間蒸發動態變化

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

控水與對照處理的煙田蒸發量存在一定差異，主要表現在控水處理煙田伸根期和成熟后期土壤蒸發值比對照處理小，團棵以后進入旺長期控水處理煙田土壤蒸發值偏大。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量大，烤煙伸根期和成熟后期煙田土壤含水量對照處理高于控水處理；進入旺長期后對照處理受到干旱的影響，煙田土壤含水量下降明顯，煙田的日蒸發量減小。

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

圖4 烤煙不同時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 煙田烤煙蒸騰動態變化

從圖4可以看出：烤煙不同時期蒸騰量變化具有明顯的階段性，在移栽后一個月內烤煙主要以根系縱深處擴展為主，葉面積小，營養體小，蒸騰量少；團棵期以后烤煙進入旺盛生長階段，這個階段烤煙生長發育最旺盛、干物質積累最快最多，莖桿迅速長高增粗，葉面積迅速增大，根系進一步向縱深處擴展，使得煙株蒸騰量迅速增加，這個時期烤煙的需水量達到一生的最大值；現蕾打頂以后煙株進入干物質積累和轉化階段，代謝活動趨于穩定，當烤煙進入成熟期后，煙葉自下而上成熟，隨著采收次數不斷增加，葉面積逐漸減小，蒸騰強度逐漸降低，到成熟后期，蒸騰強度降到最低，蒸騰量達到最小值。

控水與對照處理煙田烤煙蒸騰量存在一定差異，主要表現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照處理小，在旺長期大于對照處理。主要原因是伸根期、成熟前期、成熟后期對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超過自然降雨的處理。團棵期后烤煙進入旺長期，控水處理的供水條件優于對照處理，且對照處理受到階段性干旱的影響，影響了烤煙的生長發育，抑制了烤煙體內代謝活動的正常進行，使烤煙的蒸騰能力有所降低。

2.7 煙田騰發量的動態變化

煙田騰發量包括兩部分：一是煙田的棵間蒸發量，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季節的變化進程進行分析[10]。

圖5 烤煙不同時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，對照與控水處理烤煙需水量基本上呈現為伸根期小、之后逐漸增大、旺長期達到最大值之后逐漸降低、到成熟后期最小的單峰型規律。日需水高峰出現在旺長期，日需水量對照處理為5.70 mm，控水處理為6.35mm。烤煙的需水量在伸根期逐漸增加，到旺長期達到最大，其后逐漸減小。這種變化規律反映了烤煙在伸根期葉面積小，營養體少，需水量低；團棵后隨溫度升高，烤煙進入旺長階段，體內各項生理活動旺盛，植株迅速生長，葉面積逐漸增大，需水量急劇增加；現蕾打頂后烤煙進入成熟期，煙葉自下而上逐漸成熟，體內的各種生理活動趨于穩定，隨著煙葉采收次數增加，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，不同水分處理對烤煙的需水特征僅在需水量上產生一些差異，其它方面影響不大。控水處理與對照處理相比，伸根期需水強度偏低，主要是控水處理煙田伸根期土壤含水量偏低，棵間蒸發降低的緣故；對照處理煙田進入旺長期之后受階段性干旱的影響，影響了烤煙的生長發育，抑制了烤煙體內生理代謝活動的正常進行，需水強度降幅較大；進入成熟期以后，由于過量的降雨對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段的日蒸散量差異較大[11]，但結合圖3和圖4可以知道，成熟期兩處理需水強度雖然差異不大，但是蒸發與蒸騰比值是不同的。

2.8 煙田蒸發與蒸騰關系的動態變化

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

由圖6可知，煙株對水分的消耗主要表現為棵間蒸發量和植株蒸騰，二者互為消長，其數量關系可用作物葉面蒸騰在總蒸散量中所占的比值來描述，也稱為分攤系數。分攤系數與葉面積指數密切相關，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，分攤系數值越大[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,而煙田地表溫度達到了30℃，田間氣溫已超過20℃，此時的蒸發速率大于蒸騰速率，分攤系數小于0.5。團棵以后煙株體內各項生理活動旺盛，干物質快速積累，葉片數逐漸增大，葉面積迅速增大，其蔭蔽狀況逐漸增強，導致到達地面的太陽輻射減少，土壤溫度低，從而可供煙田水分蒸發的能量降低，而煙田下層通風狀況較差，煙株蒸騰最為旺盛，且空氣濕度較大，蒸發較弱，此時蒸騰量的分攤系數最大，為0.75左右。現蕾打頂以后氣溫稍有回落，但仍穩定在較高水平，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，煙田的通風狀況逐漸提高，煙株體內各項生理活動開始減弱，分攤系數有所回落。而成熟后期煙葉僅剩下總量的一小部分，且多趨于成熟，生理活動較弱,日蒸騰量減小，分攤系數進一步減小，在0.5左右。

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

3 小結與討論

（1）綜合上述分析，烤煙生長季內需水量具有明顯的階段性：伸根期消耗少，旺長期明顯升高，成熟期逐步下降。測定結果表明，烤煙在土壤水分相對適宜的條件下（控水處理）大田烤煙需水模系數分別為：伸根期19.54%，旺長期44.69%，成熟前期24.46%，成熟后期11.11%。控水處理（烤煙各生育期供水較為適宜）烤煙大田期需水量為497.4mm，對照（自然雨養，生根期土壤含水量偏多，旺長期后期和成熟前期出現階段性干旱）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，對照處理烤煙伸根期、旺長期、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，作物苗期對缺水干旱具有較強的抵御能力。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[14]。

（2）通過對煙田土壤的定點定時測定，結果表明，①烤煙各個生育期的土壤含水量與烤煙各個生育期的需水量的關系是：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，這一時段應及時進行補灌。②煙田騰發量呈伸根期小、旺長期大、成熟前期較大、成熟后期小的單峰型規律。棵間蒸發量基本呈下降趨勢，煙株蒸騰變化與騰發量變化基本相同。煙株蒸騰和棵間蒸發互為消長，全生育期蒸發量大于蒸騰量，蒸騰量約占總蒸散量的2/3。

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