湘南典型濃香型煙葉產區烤煙大田生育期氣候特征分析

陳 頤，周清明，楊虹琦*，楊紅武，李宏光，孫書斌

（1.湖南農業大學生物科學技術學院，煙草科學與健康重點實驗室，長沙 410128；2.中國煙草中南農業試驗站，長沙410128；3.湖南省煙草公司郴州市公司，湖南 郴州 423000）

湘南典型濃香型煙葉產區烤煙大田生育期氣候特征分析

陳 頤1，周清明1，楊虹琦1*，楊紅武2，李宏光3，孫書斌1

（1.湖南農業大學生物科學技術學院，煙草科學與健康重點實驗室，長沙 410128；2.中國煙草中南農業試驗站，長沙410128；3.湖南省煙草公司郴州市公司，湖南 郴州 423000）

為揭示與湘南典型濃香型烤煙風格特色密切相關的生態因子，采用湘南桂陽和江華煙區1981—2010年氣象觀測資料，以非線性多項式擬合回歸方法分析湘南煙區烤煙生育期氣候變化特征。研究結果表明：（1）桂陽和江華煙區烤煙伸根期氣溫均低于15 ℃，日照時數均在4 h以下，日降水量持續上升，表現出少光多雨，氣溫偏低的特點，其中移栽期和伸根期“低溫寡照”是影響湘南典型濃香型煙葉風格特征的主要限制因子。（2）桂陽和江華煙區成熟期最高氣溫分別是29.27 ℃和28.35 ℃，日均光照時數6月下旬后持續增加，溫差也隨之增大，而降雨量逐漸減少，空氣相對濕度逐漸降低，表現出多光少雨，氣溫偏高，相對濕度低的特點，其中成熟期“高溫逼熟”是影響湘南典型濃香型煙葉風格特征的主要限制因子。湘南煙區成熟期的西南季風和地方焚風是影響濃香型煙葉風格特色彰顯的氣象因子之一。

桂陽；江華；烤煙；生育期；氣候

生態環境是影響烤煙生長及香味風格的重要因素之一，各煙葉產區的地理位置決定其所屬氣候帶類型和氣象要素的差異，進而決定了其煙葉的風格特色［1-3］。張波等［4］研究表明，涼山煙區烤煙旺長期的溫度和空氣相對濕度降低，旺長期日照時數和成熟期降水增多能明顯提高煙葉的含鉀量。徐慶凱等［5］研究表明，江西省煙區烤煙大田生育前期會出現低溫寡照、后期有高溫烈日或暴雨成災的不利氣候。但受多年氣象資料數據短缺等原因，許多研究不同程度地存在不完善，或者不夠重視氣候的多要素匹配及其時段分配效應等問題。因此，系統研究和分析煙區不同時段氣候的多要素互作效應，對揭示氣候變化與烤煙風格特色的關系有重要意義。湖南省處于東亞季風氣候區的西側，離海洋較遠，加之地形特點導致湖南氣候既有大陸性氣候的光溫豐富特點，又有海洋性氣候的雨水充沛、空氣濕潤特征［6-8］。再者湖南氣候的季風特征主要表現在多雨期與夏季風的進退密切相關，雨熱基本同季，降雨量的年際變化大［9］。湘南典型濃香型煙葉產區處在西南季風與東南季風的交匯處，兩股季風都有可能對烤煙成熟期的氣候產生一定影響。筆者以湘南桂陽和江華兩個典型濃香型煙區近30年4項氣象資料為例，采用回歸分析法中的非線性多項式擬合，分析了湘南典型濃香型產區烤煙不同大田生育期氣候特征，以期為揭示氣候對煙葉生長和品質的影響及指導濃香型特色優質煙葉生產提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

桂陽煙區位于湖南省郴州市西部，地理坐標為東經112°13′26″至112°55′46″，北緯25°27′14″至26°13′30″，平均海拔216 m，多年平均氣溫17.4℃，多年平均降水量1452.1 mm；江華煙區位于湖南省最南端，地理坐標為東經111°25′至112°10′，北緯24°38′至25°15′，平均海拔400 m以下，多年平均氣溫18.1 ℃，多年平均降水量1550 mm。兩地均屬于亞熱帶季風性濕潤氣候區，具有四季分明、春早多變、夏熱期長、秋晴多旱、冬寒期短的特點。

1.2 氣象資料來源

1981—2010年逐日平均氣溫、逐日日照時數、逐日平均降水量和逐日相對濕度4項氣象資料由桂陽和江華縣氣象局提供。按照烤煙伸根期（移栽至團棵）、旺長期（團棵至現蕾）、成熟期（即打頂至采收）的時間劃分為3個階段進行農業氣候特征及變化規律分析。其中桂陽和江華煙區移栽及伸根期為每年3月中旬到4月中旬，旺長期為每年4月下旬到5月下旬，成熟期為每年6月上旬到7月中旬，煙葉大田生育期約120 d。本研究范圍主要是針對湘南典型濃香型煙葉形成的主要限制因子展開，因而研究對象為大田伸根期和成熟期。

1.3 分析方法

非線性趨勢分析是指在氣象學中，可以用氣象要素的時間序列與自然數數列之間的相關系數，來反映要素的變化趨勢，可以建立y與ti之間的一元多項式回歸方程［10-11］，假定響應變量y是自變量t的k次多項式：其中?i～N（0，σ2），用矩陣形式表達Y=Xβ+?0。如果采用普通最小二乘回歸方法轉換為線性回歸分析，有時會導致隨機擾動項的變化，從而影響模型的準確性，則考慮正交多項式模型yi=β0+β1λ1+β2λ2+…+βkλk+?i（i=1，2，3…，n），式中1，λ1（t），λ2（t）…，λk（t）分別是t的0次，1次，…，k次正交多項式。正交多項式回歸法的步驟如下：（1）將自變量t正交化為1，λ1（t）， λ2（t），…， λk（t）（k不大于t的長度）；（2）作y關于1，1，λ1（t），λ2（t），…， λk（t）的k元線性回歸；（3）將｛1，λ1（t），λ2（t），…，λk（t）｝還原成｛1，t，t2，…，tk｝的函數；為此，一元正交多項式回歸的方法，解決了自變量間的共線性問題，提高模型的準確性和可靠性。

2 結 果

2.1 湘南典型濃香型煙葉產區烤煙伸根期氣候變化的主要特征

桂陽和江華煙區烤煙伸根期日平均氣候變化趨勢如圖1～4所示。從圖1、2來看，桂陽和江華煙區3月份氣溫持續低于15 ℃，3月下旬平均氣溫才逐漸升至15 ℃以上，同時日照時數持續低于4 h，由此可見，湘南煙草移栽后一直處于低溫、寡照條件下，勢必導致桂陽和江華煙區早花發生概率高。從圖3、4來看，桂陽和江華煙區在伸根期特別是在4月上旬降雨量大，易導致養分流失，不利于根系生長。相對濕度呈現3月上旬和4月中旬低，3月中下旬高的變化。

由圖1～4中日平均氣候與時間序列擬合的回歸趨勢線可知，桂陽和江華煙區烤煙伸根期的均溫和日照時數呈相同的非線性變化。其中均溫隨著時間的推移而緩慢增加，到一定程度后加速增加；而日照時數隨著時間的推移而降低，達到某個值然后又增加。降雨量和相對濕度表現出先增加而后降低的趨勢，且都通過了99.9%顯著性檢驗。說明湘南煙區烤煙伸根前期的均溫和日照時數比較低，烤煙生長主要受光溫因素的限制，“低溫寡照”是影響濃香型煙葉香氣風格形成的主要限制因子。

2.2 湘南典型濃香型煙葉產區烤煙成熟期氣候變化的主要特征

桂陽和江華煙區烤煙成熟期日平均氣候變化趨勢如圖5～8所示。桂陽和江華煙區成熟期氣溫呈明顯上升趨勢，最高氣溫分別是29.27 ℃和28.35 ℃。前人研究表明［12］，直接影響作物光合作用的溫度不是氣溫和地溫，而是作物的葉溫，作物葉溫既趨向于環境溫度又常常偏離于氣溫，而且隨著光照強度增大和時間延長，葉-氣溫差有明顯增加的趨勢［13］。雖然湘南煙區烤煙成熟期的平均氣溫在30 ℃以下，但在長時間高光照和干旱條件下，烤煙的葉溫有可能高于氣溫，并且達到30 ℃以上，進而對煙葉的成熟進程產生影響，導致出現高溫逼熟現象。

圖1 1981—2010年桂陽和江華煙區伸根期日平均氣溫的變化特征Fig. 1 The change characteristics of average daily temperature at the root spreading stage at Guiyang and Jianghua tobacco-growing areas in 1981-2010

圖2 1981—2010年桂陽和江華煙區伸根期日平均日照時數的變化特征Fig. 2 The change characteristics of average daily hours of sunshine at the root spreading stage at Guiyang and Jianghua tobacco-growing areas in 1981-2010

由圖5—8中日平均氣候與時間序列擬合的回歸趨勢線可知，桂陽和江華煙區烤煙成熟期的日照時數、降雨量和相對濕度呈相同的非線性變化，其中日照時數從6月中旬開始迅速增加，而降雨量與相對濕度隨之迅速降低，氣溫表現出持續增加的趨勢，且都通過了99.9%的顯著性檢驗。說明湘南煙區烤煙成熟期的氣候表現出多光少雨，氣溫偏高，相對濕度下降的趨勢，烤煙成熟進程主要受高光照、高氣溫和弱降水限制。

3 討 論

相關研究表明［14-15］，氣溫降至10～13 ℃時煙苗基本停止生長，大田烤煙生長的最適溫度范圍為22～28 ℃。因此，提前移栽期必須采用膜下移栽，以保溫促根和防早花，揭膜培土時間選擇在4月下旬平均氣溫持續在20 ℃左右時為宜，此時日照時數也達到了4 h以上。因此，湘南煙區在烤煙伸根期需采取覆膜移栽和營養調控技術防止烤煙“早花”，對提高煙葉產量有十分重要的意義。

圖3 1981—2010年桂陽和江華煙區伸根期日平均降雨量的變化特征Fig. 3 The change characteristics of average daily rainfall at the root spreading stage at Guiyang and Jianghua tobacco-growing areas in 1981-2010

圖4 1981—2010年桂陽和江華煙區伸根期日平均相對濕度的變化特征Fig. 4 The change characteristics of average daily relative humidity at the root spreading stage at Guiyang and Jianghua tobacco-growing areas in 1981-2010

圖5 1981—2010年桂陽和江華煙區成熟期日平均氣溫的變化特征Fig. 5 The change characteristics of average daily temperature at the maturing stage at Guiyang and Jianghua tobacco-growing areas in 1981-2010

圖6 1981—2010年桂陽和江華煙區成熟期日平均日照時數的變化特征Fig. 6 The change characteristics of average daily hours of sunshine at the maturing stage at Guiyang and Jianghua tobacco-growing areas in 1981-2010

圖7 1981—2010年桂陽和江華煙區成熟期日平均降雨量的變化特征Fig. 7 The change characteristics of average daily rainfall at the maturing stage at Guiyang and Jianghua tobacco-growing areas in 1981-2010

圖8 1981—2010年桂陽和江華煙區成熟期日平均相對濕度的變化特征Fig. 8 The change characteristics of average daily relative humidity at the maturing stage at Guiyang and Jianghua tobacco-growing areas in 1981-2010

眾多研究表明［16-18］，對于完整葉片而言，滿足光合作用底物CO2的供應至關重要。細胞內CO2的供應速率主要受葉片表面氣孔大小的控制，而氣孔的開閉與空氣相對濕度的關系尤為密切。湘南典型濃香型中部煙葉的還原糖含量多年均值為22.61%［19］，而全國范圍多年均值為26.01%，全省范圍多年均值為25.63%［20］。由此可見，湘南濃香型烤煙具有糖含量偏低的特征可能與成熟期空氣相對濕度低，導致氣孔關小，細胞內CO2濃度降低，固定CO2的卡爾文循環受阻相關。再加上湘南烤煙成熟期多光少雨，氣溫偏高，空氣濕度持續降低，造成烤煙呼吸作用加快，煙株體內還原糖分解轉化率增加，最終導致湘南煙葉普遍還原糖含量較低［19］。

湘南典型濃香型煙葉產區烤煙成熟期出現煙葉快速成熟落黃現象，這可能是6月中下旬至7月中旬西南季風和地方性焚風導致相對濕度下降所致。農業氣象學研究表明［21-23］，焚風效應發生在夏季可加速谷物成熟。因此，可以說“地方風”是湘南濃香型烤煙風格特色形成的主要氣候因素之一，也可以說“焚風逼熟”與“高溫逼熟”現象的綜合作用，是影響濃香型烤煙質量的限制因子之一。云南煙區主要受西南季風的影響，一般在6月中下旬進入雨季。當西南風跨過云貴高原進入湖南煙區，就會形成干熱氣流，產生焚風效應。此外，我們對湘南煙區焚風效應發生規律的研究表明，湘南煙區烤煙成熟期是否發生高溫逼熟現象與云南煙區雨季來臨的時間有關。云南煙區干旱或雨季推遲，干熱氣流進入湘南煙區的時間也隨之推遲到烤煙成熟采收以后，因而不會對煙葉品質造成影響；反之，如果云南多雨或雨季提前，干熱氣流進入湘南煙區的時間與烤煙成熟期相遇，就會發生高溫逼熟現象，這也就是湘南煙區烤煙高溫逼熟現象并不是每年發生的原因。本文僅對影響湘南典型濃香型煙葉產區烤煙大田生育期的限制氣象因子的進行了分析，有關氣象因子對湘南典型濃香型煙葉產量、品質等方面的影響還有待進一步研究。

4 結 論

湘南桂陽和江華煙區大田伸根期氣候少光多雨、氣溫偏低，容易引發煙草早花現象，其中移栽期和伸根期的“低溫寡照”是影響湘南典型濃香型煙葉風格特征的主要限制因子；湘南桂陽和江華煙區大田成熟期氣候表現出“多光少雨、氣溫偏高，相對濕度偏低”，容易造成煙葉“高溫逼熟”，其中成熟期的光、溫和水均是影響湘南典型濃香型煙葉風格特征的主要限制因子。

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Analysis of the Climate Characteristics during Field Growth Period of Tobacco in Producing Areas of the Typical Strong Flavor Type Tobacco Leaves in Xiangnan

CHEN Yi1， ZHOU Qingming1， YANG Hongqi1*， YANG Hongwu2， LI Hongguang3， SUN Shubin1
（1.The Key Laboratories of Tobacco Technology and Health； College of Biological Science and Technology， Hunan Agricultural University， Changsha 410128， China； 2. Tobacco Agricultural Experiment Station of Central-South China， Changsha 410128， China；3. Chenzhou Tobacco Company of Hunan Province， Chenzhou， Hunan 423000， China）

In order to reveal the ecological factors that are closely related to the style features of the typical strong flavor type fluecured tobacco in Xiangnan， we analyzed the climate change characteristics during tobacco growing period of Xiangnan tobacco cultivation areas with a nonlinear polynomial regression method using meteorological data in Guiyang and Jianghua tobacco areas from 1981 to 2010. The results showed that （1） The temperature at the rooting stage of Guiyang and Jianghua districts was below 15 ℃， daylight time was less than 4 hours， and daily precipitation kept rising， showing the climate feature of less light with more rain and low temperature. Moreover， the feature of low temperature and less light at transplanting and rooting stages was the main limiting factor that affected the style characteristic of the typical strong flavor tobacco leaves of Xiangnan. （2） The highest temperature at maturity stage of Guiyang and Jianghua area was respectively 29.27 ℃ and 28.35 ℃， and as daylight time continued increaing after late June， the temperature difference increased greatly， while the rainfall reduced， so did the relative air humidity， showing the climate feature of more light with less rain， high temperature and low humidity. Moreover， the feature of high temperature at the maturity stage contributed to the major limiting factor that affected the style characteristic of the typical strong flavor tobacco leaves of Xiangnan. Southwest monsoon and local fohn at maturity stages were also believed to be the meteorological factors that affected style characteristics reveal of the typical strong flavor tobacco leaves in Xiangnan areas.

Guiyang； Jianghua； flue-cured tobacco； growing period； climate

S572.04

1007-5119（2015）04-0056-07

10.13496/j.issn.1007-5119.2015.04.010

國家煙草專賣局資助項目“湖南濃香型特色優質煙葉研究與開發”（11-14Aa01，2013NK3073）

陳 頤（1987-），男，在讀博士，研究方向為煙草栽培生理與生化。E-mail：229781579@qq.com。*通信作者，E-mail：csyhq@sina.com

2014-07-30

2015-01-10