贵州开阳烟区烤烟需水特征与烟田土壤水分变化研究

冷 璐，陆引罡

（贵州大学农学院，贵州贵阳550025）

研究优质烤烟生产的需水特征，掌握烤烟在现有雨养条件下和水分适宜条件下各个生育期的需水量，为烟田的水分管理提供基础性数据参考，对确定在特定生态环境条件下烤烟的适宜水分指标、水分调控效益等参数是必不可少的，同时也为“烟水工程”的实施及使用提供技术性支持。

适宜的土壤水分是烤烟生产产量和质量的重要保证，土壤水分状况对烤烟生长发育、生理生化过程及肥料利用都有十分显著的影响[1]。在缺水时间不长或缺水不严重的情况下,烟株有暂时调节体内水分平衡的能力；但是，严重干旱或水分过多都会严重影响烟株的生长发育。贵州省开阳县由于诸多原因限制，不能为烤烟生长的水分供应提供灌溉条件，主要依靠天然降雨，由于降雨的时空分布不均和长期的雨养烤烟，对烤烟的产量和质量易造成不利影响。然而，我国对烤烟的水分生理、需水规律、土壤水分的供给状况以及烤烟本身对水分的适应性和调节作用的研究尚少，缺乏当地烤烟各生育期的科学灌溉参数。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试品种为当地主推烤烟品种：云烟85。肥料为烤烟专用肥，专用基肥（N︰P︰K=9︰12︰25），专用追肥（N︰P︰K=13︰0︰26）；地膜为0.008 mm厚120 cm宽无色透明聚乙烯树脂塑料膜。

1.2 试验地概况

贵州省烟草公司贵阳市分公司开阳县龙岗试验基地，海拔 1 125 m，经度 107°06′899″，纬度 26°52′360″。该地区属于低纬度亚热带季风湿润气候，海拔1 100 m。年平均气温14~17℃，年降雨量1 179.3~1 194.15 mm，全年无霜期平均276.5d。供试土壤为黄壤，质地中等，有机质含量13.78 g/kg，碱解氮98.63 mg/kg，速效磷21.52 mg/kg，速效钾121.43 mg/kg，pH 6.63，土壤容重1.45 g/cm3，最大田间持水量28.31%。

1.3 试验设计

烤烟于2013年2月25日播种；4月5日起高垄覆膜；5月5日移栽；6月28日开始采收；8月25日采收完毕。本试验在栽前高垄覆膜，高茎壮苗移栽，施纯氮5 kg/667m2的前提下，烤烟整个大田期设置两个处理：

处理一（控水）：人为控水60%-80%-70%(即伸根期-旺长期-成熟期分别人工补水至55%~65%,75%~85%、65%~75%)；

处理二（对照）：在烤烟的整个大田生育期，不进行人为控水，使其处于自然条件下。

试验采用随机区组排列，小区面积34.32 m2，重复3次。各小区行株距为1.1 m×0.6 m，每小区4行，每行13株烟，共52株。不同区组间留1.0m走道，试验区周围设1.0m保护行。

1.4 数据处理

对试验所得的各种数据，应用DPS和Excel进行统计分析。

1.5 测定项目及方法

土壤含水量：烘干法（室内），TSC-V型土壤水分快速测定仪（北京智海电子仪器厂生产）；土壤蒸发量：微型蒸渗仪法；土壤径流量：径流池法；降雨量：常规量雨筒；大气温湿度：温湿度计；植株蒸腾量：称重法。

2 结果与分析

2.1 烤烟生长季内烟田土壤含水量变化

通过生育期内对烟田土壤相对含水量的测定，得到开阳烟区烟田土壤相对含水量生育期变化动态图，见图1。土壤相对含水量变化受到棵间蒸发、烤烟蒸腾作用的影响，其变化趋势是：从伸根期到旺长期，由于一定的降雨使得这个阶段的土壤相对含水量比较稳定，但超过了伸根期烤烟需求的最佳土壤相对含水量，不利于烤烟根系的生长；到旺长期虽然总的降雨量能够满足烤烟全生育期的需要，但由于在时空上分布不均，旺长后期和成熟前期会出现干旱，导致土壤相对含水量较低，达到60.5%，这一时期是需水最为关键的时期，应及时补水；而后又由于降雨量大增，土壤相对含水量又逐渐上升且居高不下，特别是成熟后期达到89.6%，造成大面积烤烟由于过量降雨而缺肥，地势较低田块的烤烟受到涝灾。

2.2 烟区烤烟的需水量

图1 烟田土壤相对含水量季节变化Fig.1 RWC seasonal variation of tobacco soil

作物需水量是灌溉工程设计与管理、水土资源平衡计算中不可缺少的基本数据[2]。作物需水量是灌溉预报的关键,为了较准确地预估未充分灌溉条件下的减产率和确定灌水日期及灌水量,必须对未来一段时间内的作物需水量及其变化过程做出预测[3-4]。烤烟需水量与大气蒸发力、土壤含水率以及作物生物性状有关,在需要预测的未来时段内土壤含水率逐日减小,减小的过程又取决于作物需水量的变化过程,亦即逐日的需水量、土壤含水率和作物发育性状是互为因果关系[5-6]。

烟田烤烟的需水量包括烟株的蒸腾耗水、烟田土壤蒸发耗水和组成烟株的水量[7]。由于组成烟株和消耗于光合作用等生理过程所需的水量只占烤烟总需水量中很微小的一部分（≤1%），并且由于这部分的影响因素较为复杂，难于精确计算，故在实际需水量计算中常将这一小部分忽略不计，认为作物需水量等于棵间蒸发量和植株蒸腾量之和，也称为“蒸散量”[8]。

利用自制蒸渗仪对烤烟生育期内土壤含水量的变化进行监测[9]，最后通过计算得到棵间蒸发量、植株蒸腾量及相关系数见表1。

表1 烤烟生育期内需水量(mm)Table 1 Water requirement in flued-cured tobacco growth period

由2个处理各个时期的需水量比较后可以看出，控水处理在烤烟的整个生育期的需水量之和小于对照处理，而在烤烟的旺长期需水量大于对照，其原因是在烤烟的旺长期控水处理的土壤含水量控制在烤烟的适宜生长范围，而这一时期对照处理处于相对干旱和半干旱状态，所以控水处理的蒸散量大于对照；除旺长期之外的其它几个时期，由于田间降水量较充足，所以对照处理的蒸散量大于控水处理。

2.3 烟区的降雨特征

贵州省贵阳市开阳县位于中国西南云贵高原东部，属亚热带湿润温和型气候，多年平均降雨量为1 109.0 mm，年内各月降雨不均匀，各月间变化差异较大，其中4~8月累计降雨量为772.0 mm，该期间月平均降水量大于100.0 mm,占全年总降水量的69.61%，为雨季。12月至翌年3月月平均降水量小于40.0 mm，累计降水量为91.0mm，占全年总降水量的8.21%,为旱季。

通过对2012年各月降雨量测定及多年各月平均降雨量的统计，得图2，由图2可知：周年降雨量变化呈单峰型，以5、6月为最大，周年降雨多集中在4~10月，1~3月及11~12月降雨很少，为枯水期。由图2，结合烤烟需水量可知：开阳烟区周年降雨总量大于烤烟生育期内总需水量，但存在时空分布不均、与烤烟各生育时期需水量吻合程度不佳的问题。具体表现为：5月份为烤烟伸根期，此时需水量少，降雨量远大于其需水量；6、7月份正值烤烟旺长期、成熟期，需水量大且需水强度亦大，但此时降雨不能满足其需求。

图2 开阳年内各月降雨量Fig.2 The monthly rainfall during a year in Kaiyang

2.4 烤烟生长需水特征

由表1可知：大田烤烟需水模系数分别为：伸根期19.54%，旺长期44.69%，成熟前期24.46%，成熟后期11.11%。这表明烤烟需水具有前期少、中期多、后期又少的规律性。烤烟需水特征与烟株的生长趋势相一致。这一结果说明，烤烟需水量随烟株生长量的增加而不断增大；对照与控水处理都是旺长期需水量最大，需水强度最强，成熟前期次之，生根期和成熟后期相对较少。旺长期需水多且强度大，而且正值烤烟营养生长阶段，是需水的关键时期。成熟前期需水量及强度虽不如旺长期，但此时水分对于烤烟叶片的质量至关重要，多了易造成叶片贪青徒长，不易成熟且难以烘烤，少了易造成叶片开片状况差，叶片外观及内在质量下降。

2.5 烟田棵间蒸发动态变化

由图3可知，随着烤烟生育期的推进，棵间蒸发量随着烟株生育期的推进和气温的升高呈下降趋势。这种变化可能由于烤烟是大叶作物，随着烟株的生长，茎叶茂盛，到旺长后期，烟田形成“封行”，烟叶对烟田的郁闭作用更加明显。成熟后期的蒸发量比前期稍有提高，可能是后期烟叶的采收郁闭作用减小的缘故。

控水与对照处理的烟田蒸发量存在一定差异，主要表现在控水处理烟田伸根期和成熟后期土壤蒸发值比对照处理小，团棵以后进入旺长期控水处理烟田土壤蒸发值偏大。主要原因是同等气候条件下土壤含水量值高则烟田日蒸发量大，烤烟伸根期和成熟后期烟田土壤含水量对照处理高于控水处理；进入旺长期后对照处理受到干旱的影响，烟田土壤含水量下降明显，烟田的日蒸发量减小。

图3 烤烟不同时期平均日蒸发量变化Fig.3 The change of average daily evaporation at different tobacco growing stages

图4 烤烟不同时期平均日蒸腾量变化Fig.4 The change of average daily transpiration volume at different tobacco growing stages

2.6 烟田烤烟蒸腾动态变化

从图4可以看出：烤烟不同时期蒸腾量变化具有明显的阶段性，在移栽后一个月内烤烟主要以根系纵深处扩展为主，叶面积小，营养体小，蒸腾量少；团棵期以后烤烟进入旺盛生长阶段，这个阶段烤烟生长发育最旺盛、干物质积累最快最多，茎杆迅速长高增粗，叶面积迅速增大，根系进一步向纵深处扩展，使得烟株蒸腾量迅速增加，这个时期烤烟的需水量达到一生的最大值；现蕾打顶以后烟株进入干物质积累和转化阶段，代谢活动趋于稳定，当烤烟进入成熟期后，烟叶自下而上成熟，随着采收次数不断增加，叶面积逐渐减小，蒸腾强度逐渐降低，到成熟后期，蒸腾强度降到最低，蒸腾量达到最小值。

控水与对照处理烟田烤烟蒸腾量存在一定差异，主要表现在控水处理烟田伸根期、成熟前期、成熟后期烤烟蒸腾值都比对照处理小，在旺长期大于对照处理。主要原因是伸根期、成熟前期、成熟后期对照处理由于过量降雨使土壤含水量高于控水处理，所以在烤烟的蒸腾量上就出现超过自然降雨的处理。团棵期后烤烟进入旺长期，控水处理的供水条件优于对照处理，且对照处理受到阶段性干旱的影响，影响了烤烟的生长发育，抑制了烤烟体内代谢活动的正常进行，使烤烟的蒸腾能力有所降低。

2.7 烟田腾发量的动态变化

烟田腾发量包括两部分：一是烟田的棵间蒸发量，二是烟田烤烟的蒸腾量。而这两部分近似等于烤烟需水量，全生育期烤烟需水量的变化特征可以通过各生育期烤烟平均日需水量在生长季节的变化进程进行分析[10]。

图5 烤烟不同时期平均日需水量变化Fig.5 The change of average daily water demand at different tobacco growing stages

从图5可以看出，对照与控水处理烤烟需水量基本上呈现为伸根期小、之后逐渐增大、旺长期达到最大值之后逐渐降低、到成熟后期最小的单峰型规律。日需水高峰出现在旺长期，日需水量对照处理为5.70 mm，控水处理为6.35mm。烤烟的需水量在伸根期逐渐增加，到旺长期达到最大，其后逐渐减小。这种变化规律反映了烤烟在伸根期叶面积小，营养体少，需水量低；团棵后随温度升高，烤烟进入旺长阶段，体内各项生理活动旺盛，植株迅速生长，叶面积逐渐增大，需水量急剧增加；现蕾打顶后烤烟进入成熟期，烟叶自下而上逐渐成熟，体内的各种生理活动趋于稳定，随着烟叶采收次数增加，叶面积逐渐减小，烤烟的需水量逐渐降低，日需水量也随之降低。

从图5还可以看出，不同水分处理对烤烟的需水特征仅在需水量上产生一些差异，其它方面影响不大。控水处理与对照处理相比，伸根期需水强度偏低，主要是控水处理烟田伸根期土壤含水量偏低，棵间蒸发降低的缘故；对照处理烟田进入旺长期之后受阶段性干旱的影响，影响了烤烟的生长发育，抑制了烤烟体内生理代谢活动的正常进行，需水强度降幅较大；进入成熟期以后，由于过量的降雨对照处理烟田供水较多，而控水处理供水适宜，使得两者间的这一时段的日蒸散量差异较大[11]，但结合图3和图4可以知道，成熟期两处理需水强度虽然差异不大，但是蒸发与蒸腾比值是不同的。

2.8 烟田蒸发与蒸腾关系的动态变化

图6 控水处理烟田的棵间蒸发与植株蒸腾Fig.6 The tobacco field evaporation and plant transpiration of water control treatment

由图6可知，烟株对水分的消耗主要表现为棵间蒸发量和植株蒸腾，二者互为消长，其数量关系可用作物叶面蒸腾在总蒸散量中所占的比值来描述，也称为分摊系数。分摊系数与叶面积指数密切相关，冠层荫蔽状况愈好，所截留的净辐射愈多，用于蒸腾的能量越多，分摊系数值越大[12-13]。

研究表明，在烤烟伸根期，新生叶片叶面积较小，一般覆盖度小于60%，冠层荫蔽状况较弱,而烟田地表温度达到了30℃，田间气温已超过20℃，此时的蒸发速率大于蒸腾速率，分摊系数小于0.5。团棵以后烟株体内各项生理活动旺盛，干物质快速积累，叶片数逐渐增大，叶面积迅速增大，其荫蔽状况逐渐增强，导致到达地面的太阳辐射减少，土壤温度低，从而可供烟田水分蒸发的能量降低，而烟田下层通风状况较差，烟株蒸腾最为旺盛，且空气湿度较大，蒸发较弱，此时蒸腾量的分摊系数最大，为0.75左右。现蕾打顶以后气温稍有回落，但仍稳定在较高水平，地表温度为40℃左右，这一阶段下部烟叶开始成熟采收，随着叶片自下而上的采收，烟田的通风状况逐渐提高，烟株体内各项生理活动开始减弱，分摊系数有所回落。而成熟后期烟叶仅剩下总量的一小部分，且多趋于成熟，生理活动较弱,日蒸腾量减小，分摊系数进一步减小，在0.5左右。

烟田全生育期蒸腾量大于蒸发量，烟地蒸腾量占总蒸散量的62.54%(控水处理)，旺长期和成熟前期远大于蒸发作用，而成熟后期由于过多的降雨导致后期的蒸发大于蒸腾。

3 小结与讨论

（1）综合上述分析，烤烟生长季内需水量具有明显的阶段性：伸根期消耗少，旺长期明显升高，成熟期逐步下降。测定结果表明，烤烟在土壤水分相对适宜的条件下（控水处理）大田烤烟需水模系数分别为：伸根期19.54%，旺长期44.69%，成熟前期24.46%，成熟后期11.11%。控水处理（烤烟各生育期供水较为适宜）烤烟大田期需水量为497.4mm，对照（自然雨养，生根期土壤含水量偏多，旺长期后期和成熟前期出现阶段性干旱）烤烟大田期需水量为513.26mm；控水处理烤烟需水量分别为 97.19 mm 、222.29 mm、122.59 mm 、55.33 mm，对照处理烤烟伸根期、旺长期、成熟前期、成熟后期需水量分别为105.06 mm、199.49 mm、145.95 mm、62.76 mm。已有研究表明，作物苗期对缺水干旱具有较强的抵御能力。Turner（1989）明确提出早期适度水分亏缺在某些作物上有利于增产[14]。

（2）通过对烟田土壤的定点定时测定，结果表明，①烤烟各个生育期的土壤含水量与烤烟各个生育期的需水量的关系是：伸根期、成熟期土壤含水量大于烤烟的需水量，需要注意排水，而旺长后期和成熟前期由于阶段性干旱，土壤含水量小于烤烟的需水量，这一时段应及时进行补灌。②烟田腾发量呈伸根期小、旺长期大、成熟前期较大、成熟后期小的单峰型规律。棵间蒸发量基本呈下降趋势，烟株蒸腾变化与腾发量变化基本相同。烟株蒸腾和棵间蒸发互为消长，全生育期蒸发量大于蒸腾量，蒸腾量约占总蒸散量的2/3。

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