湘西山地區(qū)域不同移栽期氣象因子對烤煙‘HN2146’農(nóng)藝性狀的影響

張明發(fā)，張 勝，袁小康，巢 進(jìn)，田茂成，田詠梅，馬 琳，覃 浪，陸魁東，彭 宇，孔凡玉，田 峰

（1湖南湘西州煙草公司生產(chǎn)技術(shù)中心，湖南吉首 416000；2湖南省氣象研究所，長沙 410128；3湖南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，長沙 410100；4中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所/煙草行業(yè)煙草病蟲害監(jiān)測與綜合治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島 266101）

0 引言

適宜的烤煙移栽期對生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)煙葉具有重要意義[1]。前人就多種作物生育期間溫光條件、遺傳因素、栽培措施與主要生育階段的關(guān)系進(jìn)行了較多報(bào)道[2-5]，氣候條件的作用凸顯，甚至影響烤煙化學(xué)成分、莖稈生長、穗粒形成好、糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)、香氣等作物品質(zhì)和產(chǎn)量[6-12]。因此，為合理安排移栽期、預(yù)測烤煙生長趨勢，前人建立了云南烤煙生育期預(yù)測模型以保護(hù)煙株免受霜凍危害[13-14]；劉冰等[3]開展了煙草香氣成分特征的區(qū)域差異及與氣象因素研究相關(guān)研究。但有關(guān)日照、降水量及溫度對湘西烤煙生長發(fā)育進(jìn)程的限制與影響的研究較少，而日照、降水量及溫度作為山地烤煙產(chǎn)質(zhì)量影響關(guān)鍵因子尤為突出。鑒于當(dāng)前對氣象效應(yīng)的研究中多為單因素研究[16-18]，多因素研究卻報(bào)道不多。本研究通過3 a田間試驗(yàn)及簡單相關(guān)分析、典型相關(guān)分析和主成分分析，旨在闡明不同移栽期和農(nóng)藝性狀及生長的協(xié)調(diào)作用機(jī)理，探討氣象因子作為評(píng)價(jià)烤煙質(zhì)量指標(biāo)的可行性，在湘西通過煙田小氣候自動(dòng)氣象站連續(xù)多年定位研究溫度、降水量和光照對烤煙生長的影響，分析它們與烤煙發(fā)育進(jìn)程的規(guī)律，以期為合理安排湘西烤煙移栽期，科學(xué)利用當(dāng)?shù)貧夂驐l件，為烤煙生產(chǎn)生態(tài)布局提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2019—2021年在湘西龍山縣茨巖點(diǎn)與大安點(diǎn)、永順縣石堤點(diǎn)、花垣縣道二點(diǎn)煙區(qū)采用當(dāng)?shù)刂髟云贩N‘HN2146’設(shè)置不同移栽期試驗(yàn)，每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)設(shè)5個(gè)移栽期處理，均相差7 d，試驗(yàn)處理見表1。各試驗(yàn)點(diǎn)均采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，小區(qū)面積72 m2（寬4.8 m，長15 m），3 次重復(fù)，純氮用量為112.5～120 kg/hm2，m(N):m(P2O5):m(K2O)=1:1.1:2.8，肥料全部基施，移栽煙苗保持大小一致，種植密度均為行距1.2 m、株距0.5 m，其他田間管理措施保持一致。

表1 烤煙‘HN2146’不同移栽期的設(shè)計(jì)

1.2 測定項(xiàng)目及方法

氣象數(shù)據(jù)采集與分析：煙田小氣候自動(dòng)氣象站由中環(huán)天儀（天津）氣象儀器有限公司提供，包括地面觀測部分：氣溫（平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫）、日照時(shí)數(shù)、降水量3 個(gè)要素。地下部分包括2 層地溫和2層土壤濕度，共計(jì)5 個(gè)要素。所有要素自動(dòng)采集頻率為5 min 采集一次數(shù)據(jù)。所采集的數(shù)據(jù)可以用U盤直接下載，同時(shí)自動(dòng)發(fā)送至湖南省氣象科學(xué)研究所專用接收電腦進(jìn)行分析[19]。觀測點(diǎn)包括龍山、永順、花垣三縣的龍山茨巖、大安、永順石堤、花垣道二共4個(gè)點(diǎn)。

生育期調(diào)查：按照煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YC/T142—2010《煙草農(nóng)藝性狀調(diào)查測量方法》調(diào)查記錄煙草生育期，其中，移栽至團(tuán)棵為團(tuán)棵期，團(tuán)棵至現(xiàn)蕾為旺長期，現(xiàn)蕾至最上部煙葉采收結(jié)束為成熟期。移栽后每周調(diào)查一次農(nóng)藝性狀直至采烤基本結(jié)束。采用五點(diǎn)取樣法掛牌定時(shí)定株調(diào)查，每點(diǎn)10株。

1.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)利用Excel進(jìn)行；多重比較、相關(guān)分析及通徑分析利用SAS進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同移栽期對氣象因子的影響

將2019、2020、2021年不同移栽期下烤煙‘HN2146’的關(guān)鍵生育期內(nèi)日照時(shí)數(shù)、降水量和12℃以上有效積溫分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（表2）。結(jié)果顯示：在2019年，隨移栽期推遲，團(tuán)棵期、旺長期12℃以上有效積溫與團(tuán)棵期日照時(shí)數(shù)均呈增加趨勢，但降水量隨移栽推遲變化規(guī)律不明顯；在2020年，隨移栽期推遲，團(tuán)棵期與旺長期≥12℃有效積溫和成熟期日照時(shí)數(shù)均呈增加趨勢，團(tuán)棵期日照時(shí)數(shù)、旺長期日照時(shí)數(shù)和成熟期≥12℃有效積溫呈減少趨勢，團(tuán)棵期和成熟期降水量隨移栽期增加至T3后減少；2021年則隨移栽期推遲，團(tuán)棵期、旺長期≥12℃有效積溫和團(tuán)棵期、成熟期日照時(shí)數(shù)均呈增加趨勢，旺長期日照時(shí)數(shù)呈減少趨勢，成熟期≥12℃有效積溫和團(tuán)棵期降水量隨移栽期增加至T3后減少。

表2 不同烤煙移栽期下不同生育期氣象因子特征

所有年份不同移栽期烤煙團(tuán)棵期、旺長期與成熟期有效積溫均無顯著差異。所有年份團(tuán)棵期、旺長期、成熟期日照時(shí)數(shù)與降水量隨移栽期推遲而顯著變化。同時(shí)可以看出，T1 處理與其他處理相比，氣象各指標(biāo)相對較好，說明T1處理對區(qū)域氣象因子的調(diào)節(jié)優(yōu)于其他4個(gè)不同移栽期處理。

2.2 不同移栽期氣象因子和農(nóng)藝性狀的關(guān)聯(lián)分析

烤煙農(nóng)藝性狀是評(píng)價(jià)烤煙生長的重要指標(biāo)[20]，氣象因子對烤煙農(nóng)藝性狀有極大的影響，為探究烤煙農(nóng)藝性狀、氣象因子和不同移栽期之間的關(guān)系，特進(jìn)行簡單相關(guān)分析、典型相關(guān)分析和主成分分析。

將2019、2020 與2021 年不同移栽期下烤煙‘HN2146’成熟期農(nóng)藝性狀進(jìn)行比較，結(jié)果如表3。以7、14、21、28 與35 分別代替3 a 所有T1、T2、T3、T4、T5處理(x)，經(jīng)與農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)分析擬合，其對應(yīng)的株高、莖圍、中部葉長和中部葉面積變化(y)可擬合成“S”型曲線，它們曲線公式分別如式(1)～(4)所示。

表3 不同移栽期下烤煙成熟期農(nóng)藝性狀

說明株高、莖圍與烤煙移栽期中等相關(guān)，中部葉長和中部葉面積與它強(qiáng)相關(guān)；同時(shí)T1（4 月12 日、4 月19日與4月26日）移栽的烤煙株高、莖圍和葉面積最大，相比于其他4 個(gè)時(shí)期的平均值增幅分別為6.14%±2.98%、5.35%±1.69%、19.38%±5.83%。因此，從農(nóng)藝性狀看，4月12日、4月19日與4月26日分別是湘西低中高海拔地區(qū)‘HN2146’烤煙品種最佳移栽期。

但上部葉長和上部葉面積與移栽期的相關(guān)系數(shù)極低，與烤煙中后期打頂早遲及留葉數(shù)等人為操作有關(guān)[21]。

2.2.1 簡單相關(guān)分析 表4 顯示，不僅≥12℃有效積溫、降水量、日照時(shí)數(shù)3 種氣象因子兩兩之間均呈極顯著正相關(guān)，而且與多數(shù)農(nóng)藝性狀指標(biāo)均呈極顯著相關(guān)；其中除與上部葉長和上部葉面積呈顯著負(fù)相關(guān)外，與其他農(nóng)藝性狀均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。說明3種氣象因子在有效葉數(shù)、中部葉面積方面與促進(jìn)烤煙生長方面起重要作用。同時(shí)可見，同一種氣象因子對多種農(nóng)藝性狀指標(biāo)有極顯著或顯著的相關(guān)性，說明3 種氣象因子均影響了表中所有農(nóng)藝性狀指標(biāo)的變化過程，密切關(guān)聯(lián)著烤煙的農(nóng)藝性狀指標(biāo)的變化。

表4 氣象因子與烤煙生長及主要農(nóng)藝性狀的相關(guān)系數(shù)

2.2.2 典型相關(guān)分析 根據(jù)不同移栽期的農(nóng)藝性狀指標(biāo)和氣象因子的典型分析及典型變量構(gòu)成（表5），構(gòu)建氣象因子典型變量(U)和農(nóng)藝性狀指標(biāo)典型變量(V)的線性表達(dá)式。其第一對典型變量表達(dá)式如式(5)～(6)所示。

表5 氣象因子與烤煙生長及主要農(nóng)藝性狀的典型變量

第二對如式(7)～(8)所示。

從表達(dá)式系數(shù)符號(hào)來看，第一對線性表達(dá)式中3種氣象因子兩兩之間呈正相關(guān)關(guān)系；除上部葉葉長與面積外的5種農(nóng)藝性狀指標(biāo)均與其他農(nóng)藝性狀指標(biāo)和氣象因子正相關(guān)；從表達(dá)式構(gòu)成來看，≥12℃有效積溫特征向量為0.4379，絕對值最大，在氣象因子綜合因子中起主要作用，葉數(shù)和中部葉長特征向量分別為0.4344、0.5436，絕對值明顯較大，在農(nóng)藝性狀綜合因子中起主要作用。同理第二線性表達(dá)式中，降水量在第二氣象因子綜合因子中起主要作用，株高和中部葉長在農(nóng)藝性狀綜合因子中起主要作用，降水量與其他兩種氣象因子呈負(fù)相關(guān)，上部葉長、中部葉長與其他農(nóng)藝性狀呈負(fù)相關(guān)。前兩對典型變量卡方檢驗(yàn)結(jié)果呈極顯著相關(guān)(P＜0.01)，典型相關(guān)系數(shù)分別為0.9735 與0.9584（表6），說明農(nóng)藝性狀與氣象因子存在極顯著的典型相關(guān)關(guān)系，烤煙不同移栽期主要影響降水量與≥12℃有效積溫及葉數(shù)和中部葉長的大小。

表6 典型變量的顯著性檢驗(yàn)

2.2.3 主成分分析 為了深入探討烤煙不同移栽期的氣象因子與農(nóng)藝性狀的關(guān)系，對二者進(jìn)行主成分分析以尋找主要影響因子。由表7 可見，特征值大于或略等于1 的有2 個(gè)，此2 個(gè)主成分的累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為87.9508%，大于85%，能用于反映氣象因子及農(nóng)藝性狀系統(tǒng)全部信息。其中第一主成分的方差貢獻(xiàn)率達(dá)79.9343%，可以近似地表示烤煙的氣象因子及農(nóng)藝性狀系統(tǒng)信息；且其系數(shù)（可理解為權(quán)重）與載荷（可理解為貢獻(xiàn)大小）的絕對值較為接近、正負(fù)符號(hào)基本相同，說明調(diào)節(jié)不同烤煙移栽期能改善氣象因子與烤煙農(nóng)藝性狀，在效應(yīng)上具有相似的特點(diǎn)（表8）。其他和典型相關(guān)分析的結(jié)果近似。

表8 不同烤煙移栽期農(nóng)藝性狀與氣象因子的標(biāo)準(zhǔn)化特征向量矩陣

第二主成分的方差貢獻(xiàn)率僅為8.0165%，不能代表氣象與農(nóng)藝性狀信息，主要反映了烤煙生理生化過程的部分變化。其系數(shù)與載荷的絕對值差別大、正負(fù)符號(hào)多不相同，但上部葉面積、上部葉長、中部葉面積、莖圍、株高、≥12℃有效積溫均有相對較大的載荷，從第二主成分表達(dá)式可見，中部葉面積、上部葉面積隨著株高減少而減小、而莖圍、上部葉長卻隨著增加。說明不同烤煙移栽期在影響氣象因子與農(nóng)藝性狀上的主要差異是上部葉面積、上部葉長、中部葉面積、莖圍、株高、≥12℃有效積溫的變化（表8）。

3 結(jié)論

株高、莖圍與烤煙移栽期中等相關(guān)，中部葉長和中部葉面積與它強(qiáng)相關(guān)；同時(shí)T1（4月12日、4月19日、4月26日）移栽的低中高烤煙株高、莖圍和葉面積最大，相比于其他4 個(gè)時(shí)期的平均值增幅分別為6.14%±2.98%、5.35%±1.69%、19.38%±5.83%。簡單相關(guān)分析表明，≥12℃有效積溫、降水量、日照時(shí)數(shù)3種氣象因子兩兩之間均呈極顯著正相關(guān)，而且與多數(shù)農(nóng)藝性狀指標(biāo)均呈極顯著相關(guān)；典型相關(guān)分析結(jié)果表明，農(nóng)藝性狀與氣象因子存在極顯著的典型相關(guān)關(guān)系，烤煙不同移栽期主要影響降水量與≥12℃有效積溫及葉數(shù)和中部葉長的大小；主成分分析結(jié)果顯示，第一主成分說明調(diào)節(jié)不同烤煙移栽期能改善氣象因子與烤煙農(nóng)藝性狀，在效應(yīng)上具有相似的特點(diǎn)。第二主成分說明不同烤煙移栽期在影響農(nóng)藝性狀與氣象因子上的主要差異是上部葉面積、上部葉長、中部葉面積、莖圍、株高、≥12℃有效積溫的變化。因此，從農(nóng)藝性狀看，4月12日、4月19日與4月26日是湘西低中高海拔地區(qū)‘HN2146’烤煙品種最佳移栽期。

4 討論

（1）本研究得出“烤煙‘HN2146’不同移栽期均可顯著調(diào)節(jié)區(qū)域氣象因子，株高、莖圍與烤煙移栽期中等相關(guān)，中部葉長和中部葉面積與它強(qiáng)相關(guān)；同時(shí)T1（4月12 日、4 月19 日與4 月26 日）分別移栽的低中高海拔烤煙株高、莖圍和葉面積最大。”這與白應(yīng)香等[22]的研究結(jié)果不甚相符，這與本試驗(yàn)品種為耐低溫品種烤煙‘HN2146’，而前人試驗(yàn)品種為不耐低溫品種烤煙‘云煙87’有關(guān)。說明不耐低溫品種煙葉移栽過早，對農(nóng)藝性狀有不利影響；但耐低溫品種移栽期較早的烤煙提高了成熟期的積溫，進(jìn)而提高了烤煙質(zhì)量。但與孫延國等[23]的研究結(jié)果基本相符。

（2）對氣候適宜性評(píng)價(jià)強(qiáng)調(diào)的是綜合整體適宜性，典型相關(guān)分析顯示3種氣象因子及農(nóng)藝性狀因子并不是孤立的單項(xiàng)指標(biāo)，均不同程度地直接或間接地關(guān)聯(lián)烤煙生長。氣象因子兩兩之間均呈極顯著正相關(guān)，除上部葉葉長與面積外的5 種農(nóng)藝性狀指標(biāo)均與其他農(nóng)藝性狀指標(biāo)和氣象因子正相關(guān)；從表達(dá)式構(gòu)成來看，≥12℃有效積溫特征向量為0.4379，絕對值最大，在氣象因子綜合因子中起主要作用，葉數(shù)和中部葉長特征向量分別為0.4344、0.5436，絕對值明顯較大，在農(nóng)藝性狀綜合因子中起主要作用。與胡穎梅等[24]的研究基本相符。但降雨量在月度、年份間均波動(dòng)較大，是較大的烤煙種植風(fēng)險(xiǎn)因素[25]，廣大從煙人員應(yīng)高度重視。

（3）適宜性評(píng)價(jià)與烤煙生長狀況分析中[26]，全面分析所有氣象及農(nóng)藝性狀因子單項(xiàng)指標(biāo)不僅工作量大，而且不易找出問題的主要方面；氣象因子具有明顯的區(qū)域特征，在植煙氣候適宜性區(qū)劃和特色優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)中，往往從很多的氣象及農(nóng)藝性狀因子評(píng)價(jià)指標(biāo)中找出能反映該區(qū)域氣象及農(nóng)藝性狀特征的部分指標(biāo)；主成分分析結(jié)果得出；調(diào)節(jié)不同烤煙移栽期能改善氣象因子與烤煙農(nóng)藝性狀，在效應(yīng)上具有相似的特點(diǎn)；且它們主要效應(yīng)差異是上部葉面積、上部葉長、中部葉面積、莖圍、株高與≥12℃有效積溫的變化，因此在湘西州氣候適宜性評(píng)價(jià)分級(jí)及烤煙不同移栽期設(shè)計(jì)中，應(yīng)重點(diǎn)研究上述氣象與農(nóng)藝性狀因子。

（4）氣象綜合適宜性受海拔、品種、栽培習(xí)慣等因素綜合影響。雪茄煙的葉長、葉寬、葉面積及比葉面積與光照負(fù)相關(guān)[27]。反映不同生態(tài)區(qū)域氣候適宜性的氣象因子的重要性各不相同。烤煙氣象農(nóng)藝性狀因子間的關(guān)系具有區(qū)域性與特殊性。本研究只是針對湖南湘西烤煙‘HN2146’不同移栽期調(diào)整溫光水的效果，對指導(dǎo)湖南湘西烤煙‘HN2146’移栽期具有重要意義，但本研究方法在其他地區(qū)可以借鑒。