湘南烤煙高溫逼熟現象發生的生態因素分析

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.鄭州大學生命科學學院，鄭州高新技術產業開發區科學大道100 號 450000

2.鄭州安圖生物工程股份有限公司，鄭州管城回族區經開第十五大街199 號 450000

煙草是一種對環境條件變化十分敏感的作物，生態因子對煙葉產量、品質和特色有較大影響［1-2］。高溫逼熟是發生在煙草成熟期受高溫等不良環境脅迫而出現植株早衰的一種假熟現象［3］，這種現象在湘南煙區尤為突出，廣西等南部煙區也普遍發生。高溫逼熟使煙葉出現粗筋暴葉，煙葉蒸騰和呼吸作用失常，導致葉片組織尚未成熟就出現黃斑、褐變，嚴重影響了煙葉的品質和可用性［4-6］。

溫度是影響作物生長發育及其品質形成的重要因素。有研究認為，烤煙生長期內溫度高于30 ℃，特別是35 ℃時煙草干物質的消耗大于積累，造成煙葉品質和產量降低［7］；煙葉成熟期溫度過高，即使是短期的高溫，也會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表明，較高的成熟期溫度（均溫25 ℃）條件下質體色素含量下降幅度最小，有利于質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 ℃）可促進煙葉質體色素降解，有利于煙葉香氣成分的形成和積累，但未涉及水分、光強等因素的影響效應。我國北方不少煙區煙葉成熟期平均溫度和南方煙區差異并不顯著［10］，但出現高溫逼熟現象并不普遍，因此，湘南煙區出現高溫逼熟現象的主要原因值得進一步研究，高溫可能不是逼熟的唯一原因。

有關我國煙區生態環境和煙葉品質的關系、特色煙草栽培氣候條件等方面，國內已有大量的文獻報道［11-18］，在已有文獻報道中，溫度因素研究多涉及日均溫度，而有關日最高溫度及天數、日最高光強及天數等對煙葉成熟的影響鮮見報道；且有關煙區生態因子（降雨、氣溫、光強等）對煙葉品質的綜合影響效應、主要生態因子逆境閾值等方面，國內研究報道較少，尤其是在煙葉高溫逼熟現象的形成機制及防控技術體系方面尚缺乏系統深入試驗。為此，對湘南煙區煙葉高溫逼熟現象的生態因素進行了較系統的研究，旨在揭示高溫逼熟現象的發生機制，為煙草生產上高溫逼熟現象的防控提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試烤煙品種為云煙87，試驗地點設置在湖南省桂陽和常寧試驗田。試驗田基本氣象條件：湖南省郴州市桂陽縣仁義鎮梧桐村，位于湖南省東南部。地理坐標：東經112°13′至112°55′，北緯25°27′至26°13′。屬中亞熱帶季風性濕潤氣候，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石嶺村，位于湖南省中南部。地理坐標：東經112°07′至112°41′北緯26°07′至26°35′。屬亞熱帶季風氣候，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 試驗方法

監測時間：2015—2017 年烤煙大田生育期。生育期與月份對應關系為，生長前期（3 月下旬至4 月）、旺長期（5 月）、煙葉成熟期（6 月）。

煙區生態因子監測指標：生育期降雨量、氣溫（包括成熟期日最高氣溫≥35 ℃天數、成熟期最高氣溫≥38 ℃天數）、午間光照強度（光強）和煙葉高溫逼熟率等。

1.3 測定方法

從煙苗移栽至煙葉采收，采用RS-100 雨量計（北京天星智聯科技有限公司）每天監測降雨量；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）每天監測氣溫，測定時間為上午11∶00 和下午2∶00，測定結果取平均值；統計煙葉成熟期最高氣溫≥35 ℃天數、成熟期最高氣溫≥38 ℃天數；從旺長期至采收采用TES-1332A 數字式照度計（深圳市源恒通科技有限公司）每天監測記錄光強，測定時間為上午11：00 和下午2：00。

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

1.4 數據處理

采用Microsoft Excel 2010 對氣象數據進行統計分析，用SPSS 17.0 數據處理軟件對高溫逼熟率和主要生態因素進行相關性分析。

2 結果與討論

2.1 烤煙生育期生態指標分析

2.1.1 烤煙生育期降雨量統計與分析

2015—2017 年桂陽和常寧試驗點降雨量分布如圖1 所示。從桂陽試驗點煙株生長前期來看，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 月份合計降雨量較常年同期增加95.05%，降雨日數多則導致土壤潮濕，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。常寧試驗點與桂陽試驗點的降雨量監測數據規律相似，2016 年煙株生長前期降雨量較多，遠遠超出常年同期。2015 和2017 兩個年份湘南煙區未發生明顯的高溫逼熟現象，而2016 年湘南煙區普遍出現了典型的高溫逼熟現象，說明生長前期降水量偏多可能會導致高溫逼熟現象的發生。

圖1 煙田降雨量統計Fig.1 Rainfall statistics in tobacco fields

2.1.2 烤煙生育期氣溫統計與分析

2015—2017 年桂陽試驗點和常寧試驗點平均氣溫分布如表1 所示。從桂陽試驗點旺長期氣溫來看，月平均氣溫3 個年度差異不大；月最高氣溫2016 年略高于2015 年和2017 年；日最高氣溫≥35 ℃天數3 個年度差異不大。從成熟期氣溫看，3個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2016 年較2015 年和2017 年增加14 d；此外，日最高氣溫≥38 ℃天數2016 年出現了4 d，而2015 年和2017 年未測出。常寧試驗點監測數據略有不同，2016 年成熟期平均氣溫偏高且高溫天數較多，高溫逼熟現象較為嚴重；2015年常寧試驗點日最高氣溫≥35 ℃天數和日最高氣溫≥38 ℃天數與2016 年度桂陽試驗點相近，氣溫較高，但2015 年常寧試驗點高溫逼熟現象并不突出。這表明氣溫可能與高溫逼熟現象有關，但不是導致高溫逼熟現象發生的唯一因素。

2.1.3 烤煙生育期光照強度分析

2015—2017 年桂陽試驗點和常寧試驗點光照強度分布如表2 所示。從桂陽試驗點旺長期光照強度看，3 個年度平均光照強度、最大光照強度、日最高光強≥50 000 Lx 天數差異不大；從成熟期光照強度看，平均光照強度、最大光照強度、日最高光強≥50 000 Lx 天數2015 年與2017 年差異不大；2016 年平均光照強度顯著高于2015 年和2017 年，2016 年日最高光強≥50 000 Lx 天數較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≥10 000 Lx 天數也顯著高于2015 年和2017 年。從直觀監測結果來看，旺長期光照強度與高溫逼熟發生無明顯關系，成熟期以2016 年度最高。但常寧試驗點監測數據有所不同，2016年平均光照強度、最大光照強度、日最高光強≥50 000 Lx天數均明顯低于2015 年和2017 年，但2016 年常寧試驗點普遍發生高溫逼熟現象，這表明光照強度可能是促進高溫逼熟現象的因素，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因子分析

2015—2017 年連續3 年，在桂陽、常寧試驗點對湘南煙區烤煙大田主要生態因子進行了動態監測，同時對高溫逼熟發生情況進行了分析。結果顯示，2015 年和2017 年湘南煙區未發生明顯的高溫逼熟現象。分析發現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，同時成熟期溫度適宜，成熟期日最高氣溫≥38 ℃天數不超過1 d；2016 年湘南煙區普遍出現了典型的高溫逼熟現象，分析發現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；同時成熟期溫度偏高，成熟期日最高氣溫≥38 ℃天數超過4 d。值得注意的是，旺長期至成熟期湘南煙區的光照強度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，光強不是高溫逼熟現象的關鍵因素。但人工氣候室試驗研究表明，日最高光強≥100 000 Lx 的高光強天數對高溫逼熟現象的發生有一定促進作用［19］。

不同年份高溫逼熟發生率與主要生態因子的關系見表3。從表3 中可以看出，烤煙高溫逼熟發生率與前期降雨量呈明顯正相關，且隨后期≥38℃天數增加而呈總體增加趨勢，光照強度對高溫逼熟有一定促進作用，但不是關鍵因素。2015年常寧試驗點氣溫≥35 ℃天數為13 d，≥38 ℃天數為1 d，2016 年桂陽試驗點氣溫≥35 ℃天數為14 d，≥38 ℃天數為4 d，兩組數據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）對高溫逼熟起到了關鍵作用。說明湘南氣候條件下，若前期降雨量適宜，即使后期出現高溫條件，只要日最高溫度不大于38 ℃，高溫逼熟現象也并不嚴重。

對煙葉高溫逼熟率與主要生態因素進行相關分析，結果見表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與煙葉高溫逼熟率之間存在顯著相關性，相關系數分別為0.904 和0.914，說明前期降雨量和成熟期高溫天數對煙葉高溫逼熟率有重要影響，是高溫逼熟現象發生的主要因素，這與田間控水試驗和人工氣候室高溫強光試驗結果一致［19-20］；日最高光強≥100 000 Lx 的天數與煙葉高溫逼熟發生率相關系數為0.614，表明高光強天數對煙葉高溫逼熟率具有一定影響，是高溫逼熟現象發生的次要因素。光強過高可導致高溫逼熟現象加重。

高溫逼熟發生率與主要生態因子的回歸方程為：

通過主要生態因子對高溫逼熟率的影響效應回歸方程分析顯示，煙株生長前期降雨量、成熟期日最高氣溫≥38 ℃天數對高溫逼熟率貢獻率最大，為主要效應因素。成熟期日最高光強≥100 000 Lx 天數、成熟期高溫天數對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≥50 000 Lx 天數、成熟期日最高氣溫≥35 ℃天數對煙葉高溫逼熟率影響不大。表明在湘南煙區逆境氣候條件下，煙草生長前期雨水過量造成烤煙根系發育不良、根系活力顯著下降，導致煙株生長難以適應后期高溫強光，從而造成高溫逼熟現象的發生。因此，煙草生長前期尤其是生根期采用相應栽培措施保證和促進煙株根系正常發育、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。下一步將增加試驗點，延長監測年限，進一步豐富監測數據，在各氣象因素對高溫逼熟的影響效應方面進一步深入研究。

表3 煙葉高溫逼熟發生率與主要生態因子的關系Tab.3 Relationships between incidence rate of heat-forced maturity of tobacco leaves and main ecological factors

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

3 結論

通過不同試驗點連續3 年的大田試驗，調查分析了湘南烤煙高溫逼熟現象發生的生態成因。結果表明：①在湘南煙區氣候條件下，煙草生長前期降雨量和后期高溫（日最高溫度≥38 ℃）天數與煙葉高溫逼熟率呈顯著正相關，前期降雨量過多，是導致高溫逼熟現象發生的主要前提因素，成熟期高溫（日最高溫度≥38 ℃）天數過多是導致高溫逼熟現象發生的主要脅迫因素；②成熟期高光強（日最高光強≥100 000 Lx）的天數是高溫逼熟現象發生的次要因素，高光強可導致高溫逼熟現象加重。