攀枝花市土壤溫度和濕度與烤煙根系發(fā)育的關(guān)系

毛 敏，潘興兵，白加林，劉 余，袁家富，徐祥玉

（1.四川省煙草公司攀枝花市公司，四川 攀枝花 617026；2.湖北省農(nóng)業(yè)科學院植保土肥研究所，武漢 430064）

土壤溫度是植物生長發(fā)育的重要生態(tài)因子，對植物根系吸收水分和礦質(zhì)元素有重要影響，不僅直接影響作物的生長、產(chǎn)量和品質(zhì)，而且影響作物的生長發(fā)育速度、全生育期及其病蟲害的發(fā)生和發(fā)展［1］。土壤水分也是影響烤煙生長發(fā)育的重要因素之一，是烤煙有機體的重要組成成分，是煙株體內(nèi)一切代謝過程的介質(zhì)［2］。根系作為煙株獲取營養(yǎng)元素和水分的主要途徑，其構(gòu)建過程和生長發(fā)育與土壤溫度和水分條件密切相關(guān)。研究表明，煙株根系生長的土壤溫度最低為7℃、最高為43℃，在7～25℃范圍內(nèi)根生長速率較低，在25℃以上時，煙株根系生長較快，但在膜下土壤溫度達35℃時根系易發(fā)生高溫傷害［1］；地膜覆蓋對土壤溫度的提升效果好，能促進煙苗早發(fā)快長，但團棵期膜內(nèi)地表溫度過高可能會影響根系生長［3］。土壤相對含水量為20%時煙株根系發(fā)育較差、生長緩慢、植株矮小、不易落黃，而土壤相對含水量為80%時根系活力受阻、煙株貪青晚熟，土壤相對含水量在50%時根系體積增長迅速、干物質(zhì)積累量大、根系活力強，有利于烤煙各項生理活動進行［2］，因此調(diào)控溫濕度可有效調(diào)控煙株的生長發(fā)育和產(chǎn)質(zhì)量，如覆蓋和井窖式移栽［3-7］。

攀枝花市是四川省重要的煙草種植生態(tài)區(qū)，具備優(yōu)越的光熱條件、為烤煙的生長提供了有利環(huán)境，但該地區(qū)屬于干熱河谷地帶，每年4—6月溫度最高、降雨較少，而7—10月則為雨季、溫度稍低，這種氣候特點決定了煙草種植期間（5—10月）經(jīng)歷了前期高溫少雨、后期降雨多的特點，故采用大窩、澆足底水、覆膜的栽培措施，以達到移栽期保水降溫的目的。這種模式下整個煙草生長期煙株根部和壟體（兩株煙中間）土壤溫度和濕度變化以及這種變化與煙株根系生長發(fā)育有何關(guān)聯(lián)并不清楚。本研究擬通過高頻率監(jiān)測土壤溫度和濕度變化，分析土壤溫度和濕度變化與煙株根系生長的關(guān)系，為攀枝花市土壤水、溫管理、調(diào)控煙株生長提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究點布置在攀枝花市鹽邊縣，是攀枝花市烤煙主產(chǎn)區(qū)之一，地處攀枝花市北部，地理位置為北緯26°25′—27°21′和東經(jīng)101°08′—102°04′，屬南亞熱帶半干旱季風氣候，氣溫年差較小、日差較大。地勢以東西向為主，海拔變化大。

1.2 樣點布設(shè)及數(shù)據(jù)采集

采樣點布置在鹽邊縣的和愛鄉(xiāng)團結(jié)村（TJ）、和愛鄉(xiāng)龍井村（LJ）、新九鎮(zhèn)（XJ）、新民鄉(xiāng)（XM），數(shù)據(jù)采集于2019年烤煙移栽開始，選擇長勢、長相均一的煙株5～6株，在距離煙株5～8 cm的地方作為根部、兩株煙中間作為壟體進行數(shù)據(jù)采集，采集頻率每周采集兩日、每日分上午8：00—10：00和下午4：00—6：00分別采集一次，如遇降雨或澆水等時間則連續(xù)7 d每日采集數(shù)據(jù)。采集起、止日期分別為5月22日和10月10日，分別以探針式溫度計和探針式土壤水分測定儀測定土壤溫度和體積含水量，深度為10 cm。在中部葉采烤期每個監(jiān)測點挖取有代表性的煙株3株，通過根系掃描儀獲取根系數(shù)據(jù)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)整理、分析、作圖均以R語言記錄，數(shù)據(jù)處理采用Tidyverse包、作圖采用ggplot2包、相關(guān)性分析采用ggcor包。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤溫度變化

整體來看，在煙草大田生長期內(nèi)土壤溫度逐步降低（圖1），且壟體平均溫度顯著（P＜0.05）高于根部，下午平均溫度顯著（P＜0.05）高于上午（圖2）。在煙株中間的壟體部分，XM、XJ、LJ、TJ監(jiān)測點上午時段最高溫度分別為24.8、22.8、22.8、24.5℃，最低溫度分別為16.6、16.9、16.7、18.4℃，溫差分別為8.2、5.9、6.1、6.1℃；XM、XJ、LJ、TJ監(jiān)測點下午時段最高溫度分別為33.4、32.0、32.3、33.9℃，最低溫度分別為18.8、19.2、18.4、18.8℃，溫差分別為14.6、12.8、13.9、15.1℃。在煙株根部，XM、XJ、LJ、TJ監(jiān)測點上午時段最高溫度分別為24.5、23.1、23.3、24.0℃，最低溫度分別為16.6、16.8、16.6、16.8℃，溫差分別為7.9、6.3、6.7、7.2℃；XM、XJ、LJ、TJ監(jiān)測點下午時段最高溫度分別為30.4、29.0、28.9、36.6℃，最低溫度分別為18.8、18.8、18.8、18.8℃，溫差分別為11.6、10.2、10.1、17.8℃。

圖1 土壤溫度動態(tài)變化

圖2 煙株根部和壟體的土壤溫度

2.2 土壤體積含水量變化

在大田生長期內(nèi)土壤根部體積含水量維持穩(wěn)定，壟體含水量則先升高后平穩(wěn)（圖3），且在絕大多數(shù)情況下根部體積含水量顯著（P＜0.05）高于壟體（圖4）。在上午時段，LJ、XM、XJ、TJ監(jiān)測點煙株根部土壤體積含水量最高分別為97.8%、89.0%、100.0%和100.0%，最低分別為16.4%、16.5%、16.3%和13.0%，分別相差81.4、72.5、83.7和87.0個百分點；LJ、XM、XJ、TJ監(jiān)測點壟體土壤體積含水量最高分別為86.6%、86.9%、91.2%和86.9%，最低分別為11.7%、14.1%、12.2%和12.8%，分別相差74.9、72.8、79.0和74.1個百分點。在下午時段，LJ、XM、XJ、TJ監(jiān)測點煙株根部土壤體積含水量最高分別為100.0%、97.2%、86.7%和93.1%，最低分別為18.2%、18.2%、18.3%和18.2%，分別相差81.8、79.0、68.4和74.9個百分點；LJ、XM、XJ、TJ監(jiān)測點壟體土壤體積含水量最高分別為89.5%、84.0%、87.5%和86.3%，最低分別為18.3%、17.1%、7.2%和15.7%，分別相差71.2、66.9、80.3和70.6個百分點。

圖3 土壤體積含水量動態(tài)變化

圖4 煙株根部和壟體的土壤體積含水量

2.3 根系性狀

在采烤中期對煙株根系取樣測定，結(jié)果顯示（圖5），總根長、總表面積、平均直徑、總體積、根尖數(shù)、分叉數(shù)、交叉數(shù)在LJ和TJ監(jiān)測點上明顯高于XM和XJ監(jiān)測點，其中分叉數(shù)和總根長兩項指標的平均值在LJ監(jiān)測點最高，而其余則在TJ監(jiān)測點最高，在不同地點上大多數(shù)指標差異均不顯著（除了交叉數(shù)）。

圖5 不同監(jiān)測點根系參數(shù)

2.4 溫度和濕度與根系性狀的關(guān)系

溫度和濕度兩個因子對煙株根系發(fā)育有明顯影響，監(jiān)測期內(nèi)土壤平均溫度和平均體積含水量與根系各項指標的關(guān)系結(jié)果顯示（表1），土壤溫度和土壤體積含水量與根系各項參數(shù)均有顯著關(guān)系，其中總根長、總表面積和根尖數(shù)3項指標與不同時期和不同部位的土壤溫度、土壤體積含水量大部分都呈顯著相關(guān)（下午總根長與土壤溫度、上午總表面積與根部土壤體積含水量除外），而根系總體積與土壤溫度關(guān)系均顯著；根系平均直徑和分叉數(shù)與土壤溫度無顯著關(guān)系，與壟體土壤體積含水量則顯著相關(guān)。其中，根尖數(shù)與土壤溫度、土壤體積含水量在時間和空間上均顯著相關(guān)；上午壟體土壤體積含水量則與所有根系參數(shù)均顯著相關(guān)。

表1 土壤溫度和濕度與根系的關(guān)系

從相關(guān)系數(shù)數(shù)值上看，不論是根部還是壟體，上午土壤溫度與根系參數(shù)的相關(guān)性高于下午（相關(guān)系數(shù)數(shù)值更大）；根部土壤體積含水量在下午與根系參數(shù)之間的相關(guān)系數(shù)高于上午，而壟體則剛好相反。

3 小結(jié)與討論

由于土壤溫度和濕度對植物生長有重要影響，因此通過農(nóng)藝措施調(diào)整土壤溫度和濕度來調(diào)控煙株產(chǎn)量和品質(zhì)的研究一直受到關(guān)注，如覆蓋和遮陽明顯影響煙株生物量和根系活力［8］；覆蓋通過影響土壤溫度和含水量顯著促進煙株生長、明顯影響煙葉化學成分和品質(zhì)［9］；通過調(diào)整根部溫度和濕度能明顯影響煙株生長發(fā)育和產(chǎn)量［10］；通過深耕影響土壤日溫差和相對濕度來調(diào)控煙株根系發(fā)育和煙葉產(chǎn)質(zhì)量［6］；土壤溫度和濕度與煙株長勢及根系發(fā)育顯著相關(guān)［11］，低溫調(diào)控明顯刺激根系發(fā)育［12］。這些研究表明，通過調(diào)控土壤溫度和濕度可以實現(xiàn)煙葉高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)。土壤溫度提高可顯著提高玉米根系總根長、分枝數(shù)、總體積、總根表面積、根尖數(shù)和平均根系直徑等參數(shù)［13］。土壤含水量明顯影響根系發(fā)育，過高和過低的土壤含水量均抑制根系生長［2］。本研究表明，靠近根系的溫度狀況對根系影響較大，而遠離根系的土壤水分對根系影響更大，這可能是由于攀枝花市在煙葉移栽時處于一年中最熱、降雨量最少、最干旱的時候，在技術(shù)上實施澆足底水移栽，該技術(shù)使煙株根部溫度明顯低于壟體、含水量明顯高于壟體，而此時溫度對根系生長發(fā)育的影響大于水分并導致后期煙株生長優(yōu)勢更加明顯，因此在測定煙株根系的時期表現(xiàn)出壟體土壤水分含量與根系關(guān)系更密切的表觀現(xiàn)象。這說明在干熱河谷地帶烤煙種植過程中澆足底水不僅從水分方面影響煙株生長，也可能從調(diào)控溫度方面影響煙株生長。