基于氣象因子匹配的貴州煙區適宜移栽期研究

王程棟,李 想,付生華,徐 健,陳麗萍,王克敏,穆東升,焦 劍,孫光軍*

(1.中國農業科學院煙草研究所,山東 青島 266101；2.中國煙草總公司貴州省公司,貴州 貴陽 550000)

煙葉質量的優劣對于卷煙產品的品質具有決定性的影響，優質煙葉的生產不僅需要適宜的生態條件，更需要根據烤煙生長發育特點充分利用有限的自然資源。烤煙大田生育期內氣候因子在不同生育期的分配狀況對于優質烤煙的生產起著至關重要的作用，而氣候條件主要包括溫度、降水和光照，適宜的氣候條件是烤煙完成正常生長發育所必需的。此外，相對濕度的高低會影響烤煙發病情況，煙田生育期前期相對濕度過大會顯著增加煙田發病率。移栽期是烤煙種植的關鍵環節，移栽期不同，烤煙生長發育期間所對應的生態條件尤其是氣候條件也會隨之變化，從而影響烤煙物理性狀的形成與生理代謝物質的合成、積累過程，進而影響煙葉的產量和品質。根據區域氣候條件的時空變化特點，選擇合適的移栽期，以最大限度的利用優質煙葉生產所需要的環境條件，是提高烤煙種植經濟效益的重要措施。

目前關于不同移栽期所對應的氣象因子與烤煙物理和化學形狀的相關性及其對烤煙產量與質量的影響已有較多的研究，但大多數局限于特定區域、單一氣象因子與烤煙產量和質量相關指標的相關性研究，缺乏與不同烤煙產區尤其是優質產區氣候條件的對比。此外，在以往的移栽期與氣象因子的匹配研究中試驗周期較短，降低了研究結果在長時間尺度上的適用性及準確性。本研究以貴州煙區作為試驗點，基于2000—2015年氣象數據，對研究區烤煙整個生育期及不同生育期氣溫、降水、日照時數及相對濕度的日均值動態變化特征進行分析，同時與鄰近優質烤煙產區相應烤煙生育期主要氣象指標的分配狀況進行比較，以模擬推算出與研究區主要氣象指標分配特征相適應的烤煙適宜移栽期。從而為通過氣象因子的分配特征來確定不同烤煙種植區適宜移栽期相關模型的構建提供理論依據與數據支持，同時也為烤煙移栽期相關研究提供新的途徑。

1 研究區概況及方法

1.1 研究區簡介

貴州省位于中國西南腹地，與云南、四川、重慶、廣西、湖南接壤，經、緯度范圍為E 103°36′3.95″～109°33′21.24″，N 24°37′18.80″～29°13′30.94″，屬亞熱帶濕潤季風氣候。貴州省境內地勢西高東低，地貌可分為高原、山地、丘陵和盆地四種基本類型，高原山地居多，是全國唯一沒有平原支撐的省份(圖1-a)。區域內生態條件多樣，四季分明、雨熱同期、水熱資源豐富，農田生產條件較好，農田面積分布較廣，其中西部和北部地區農田分布相對集中，所占面積比例較高(圖1-b)。

圖1 研究區域海拔高度(a)及農田面積比例(b)空間格局Fig.1 Spatial pattern of altitude(a)and farmland area ratio(b)in the study area

烤煙是貴州省重要的經濟作物，根據貴州省烤煙種植區劃，可將貴州省劃分為5個區：黔中丘原盆地中間香型烤煙種植區、黔北山原中山清香型烤煙種植區、黔西高原中山清香型烤煙種植區、黔南丘原中山清香型烤煙種植區以及黔東低山丘陵清香型烤煙種植區共5個煙區。因此，本研究將按照這5個分區，同時與貴州省相鄰近的四川省的會理、云南省的楚雄、大理、曲靖、玉溪共5個縣(市)煙區進行對比，對貴州省不同烤煙種植區主要氣象指標的動態特征及其在烤煙不同生育期的分配狀況進行分析。其中四川省會理是距離貴州較近的四川煙區，也是四川省涼山州的主要產區。云南楚雄、大理、曲靖是距離貴州較近的云南主產煙區，對比區域烤煙質量優良，氣候條件適宜烤煙生長。

1.2 數據來源

氣象臺站觀測數據用于分析貴州煙區的生態特質(貴州省氣象臺站分布如表1)，站點數據來源于中國氣象局(http://www.cma.gov.cn/)的氣象臺站觀測數據，選取了與煙草生產過程和田間管理密切相關的日平均氣溫、日降水總量、日照時數、相對濕度共4項要素。

表1 貴州省氣象臺站分布

1.3 方法

生育期關鍵指標及其相應閾值選取

基于氣象臺站觀測數據，依據煙株生長發育的關鍵氣象指標及其相應閾值(表2)，分析研究區不同生育期的氣象特征，并與其他典型烤煙產區進行對比，探討研究區不同氣象因子在不同生育期的限定性問題。所選取的氣象指標包括>10 ℃活動積溫及氣溫、降水量、日照時數、相對濕度的日均值。

表2 選取的關鍵指標及其閾值

生育期劃分

根據調查及文獻資料，將研究區及對比煙區烤煙當前移栽期統一設置在5月1日左右(年積日，day of the year (DOY) 122)，烤煙整個大田生育期大約140 d(DOY122～261)，移栽40 d后為旺長期，旺長30 d后為成熟期，成熟期持續70 d，因此移栽伸根期為DOY121～160，旺長期為DOY161～190，成熟期為DOY191～260。

2 結果與分析

2.1 主要氣象因子的時間動態分析

氣溫條件分析與對比

由圖2可知，貴州煙區及對比煙區日均氣溫總體呈現先升高后下降的趨勢，日均氣溫變異系數在前期和后期較高，中期相對穩定，其中黔西地區日均氣溫變異系數在所有統計地區中變化幅度最明顯。與對比煙區相比，在DOY1～DOY91時間段內貴州煙區日均氣溫偏低；在DOY181～DOY271時間段內，除黔西地區日均氣溫較低外，其他地區日均氣溫均明顯高于對比煙區。

圖2 研究區及對比煙區2000—2015年日平均氣溫平均值及其年際變異系數動態Fig.2 Daily mean temperature and its interannual variation coefficient between the study area and comparison tobacco planting areas from 2000 to 2015

進一步對研究區烤煙大田生育期內不同地區間日均氣溫動態變化情況進行分析(表3)，黔西地區日均氣溫在移栽伸根期、旺長期和成熟期均最低，而且該地區烤煙整個大田生育期>10 ℃積溫小于2600 ℃，未滿足烤煙生育期內對熱量條件的要求；黔東地區在不同生育期日均氣溫均最高，黔北、黔南和黔中地區在不同生育期日均氣溫適中。

表3 研究區及對比煙區不同生育期溫度狀況對比

降水條件分析與對比

由圖3可知，貴州煙區及對比煙區降水基本集中在DOY121～271的時間范圍內，該時期降水量變異系數也相對較低且變幅較小；前期和后期降水量相對較少，降水量變異系數較高，變化幅度較大。

圖3 研究區及對比煙區2000—2015年日均降水總量及其年際變異系數動態Fig.3 Daily mean precipitation and its interannual variation coefficient between the study area and comparison tobacco planting areas from 2000 to 2015

結合表4可知，與對比煙區相比，貴州煙區整個大田生育期降水量相對較多，降水總量為838.51 mm，滿足了烤煙不同生育期對降水的需求，但降水量在相同生育時期存在明顯的地區差異。其中，移栽伸根期，黔東地區降水量最多，黔西地區最少；旺長期，黔北地區降水量最少，低于對比煙區平均值，黔南地區降水量在所有統計地區中最多，黔東、黔中和黔西地區降水量略高于對比煙區平均值；成熟期，黔南地區降水量最多，黔北、黔東地區降水量相對較少，且明顯少于對比煙區。

表4 研究區及對比煙區不同生育期降水總量對比Tab.4 Comparison of precipitation in different growth stages between the study area and comparison tobacco planting areas

日照時數條件分析與對比

由圖4可知，與對比煙區相比，貴州煙區日照時數在DOY 1～181和DOY 271～361時間范圍內明顯偏低，變異系數偏大；在DOY 182～270的時間范圍內日照時數及其變異系數與對比煙區基本吻合。結合表4可知，貴州煙區烤煙整個大田生育期平均日照時數為607.25 h，而對比煙區相對應的時間段內平均日照時數為739.10 h，兩者相比，貴州煙區日照時數明顯偏少；區域內，黔中和黔西地區日照時數相對較少，黔南地區日照時數最多。

圖4 研究區及對比煙區2000—2015年日平均日照時數及其年際變異系數動態Fig.4 Daily mean hours of sunshine and its interannual variation coefficient between the study area and comparison tobacco planting areas from 2000 to 2015

從不同生育期看(表5)，移栽伸根期，黔北地區日照時數最少，黔東和黔中地區也相對較低，黔南地區日照時數最多，黔西地區次之；旺長期，黔西和黔中地區日照時數相對較少，黔東和黔南地區相對較多；成熟期，黔西地區日照時數最少，黔中地區也相對較少，黔南地區日照時數最多。

表5 研究區及對比煙區不同生育期日照時數對比

相對濕度條件分析與對比

由圖5可知，與對比煙區相比，相同時間貴州煙區相對濕度偏高，尤其以DOY 1～166和DOY 286～361時間段內差異顯著；除黔南和黔西地區相對濕度變異系數在DOY1～151的時間段內變異系數較大外，黔中、黔北及黔東地區相對濕度變異系數基本保持穩定，年內變化幅度較小。

圖5 研究區及對比煙區2000—2015年日平均相對濕度及其年際變異系數動態Fig.5 Daily mean relative humidity and its interannual variation coefficient between the study area and comparion tobacco planting areas from 2000 to 2015

結合表6可知，與對比煙區相比，貴州煙區烤煙不同生育期日均相對濕度均偏高。其中，移栽伸根期與對比煙區差值最大，為13.97%；旺長期次之，為6.12%；成熟期差值最小，為0.18%。區域內不同地區間日均相對濕度也存在明顯的差異，其中，移栽伸根期日均相對濕度變化范圍為73.58% ～81.92%，黔東地區最高，黔南和黔西地區相對較低；旺長期，日均相對濕度變化范圍為79.14%～80.99%，黔東地區最高，但與黔南和黔西地區差異較小，黔北地區最低；成熟期，日均相對濕度變化范圍為75.03%～80.32%，黔南地區最高，黔西地區次之，黔北地區最低。

表6 研究區及對比煙區不同生育期相對濕度對比

2.2 基于氣候資源匹配的生育期時間優化

結合烤煙生產實際及前人研究結果，成熟期氣象因子對烤煙產量和質量的影響最大，一方面成熟期要保證水熱資源充足，防止早霜危害，另一方面要避免煙葉采收后期降水過多，影響煙葉烘烤質量。因此，依據前人研究結果及研究區主要氣象指標的年內動態分布特征，在當前時間安排下，將貴州烤煙成熟期所處時間段分別前移5 d、10 d，后移5 d、10 d，然后進一步通過成熟期的時間推算其相應移栽時間，以根據不同地區主要氣象指標的時間動態特征，找到其適宜的移栽時間。

由圖6-a可知，黔北地區移栽期前移后，成熟期，>10 ℃活動積溫、日均氣溫、日照時數及降水量隨移栽期的前移均呈現逐漸增加的趨勢，而日均相對濕度變化不明顯；旺長期，>10 ℃活動積溫、日均氣溫和日照時數隨移栽期的前移逐漸降低，而日均降水量和相對濕度逐漸增加；移栽伸根期，>10 ℃活動積溫、日均氣溫、日照時數、降水量及相對濕度均隨移栽期的前移呈現逐漸下降的趨勢。總的來看，對于黔北地區來說，將成熟期前移10 d左右即4月20日左右移栽，不僅能夠保證成熟期充足的水熱條件，還能保證該地區烤煙移栽伸根期和旺長期最大降水量，但需注意烤煙生育前期和中期低溫和日照時數不足的影響。

由圖6-b可知，黔東地區移栽期前移和后移都會不同程度的提高該地區烤煙成熟期、旺長期和移栽伸根期煙田>10 ℃活動積溫、日均氣溫及相對濕度，同時還能提高移栽伸根期降水量。此外，成熟期降水總量會隨移栽期的前移而增加，而日照時數雖然隨移栽期時間的調整而存在波動，但所有時間處理均高于對比煙區均值。該地區烤煙旺長期降水量隨移栽期的后移而減少，而日照時數則表現出相反的特征。總的來看，對于黔東地區來說，在當前時間安排下，將烤煙成熟期前移5 d ，即移栽期前移至4月26日左右能夠實現該地區主要氣象指標的優化配置，但需注意生育前期日照不足對烤煙生長發育的影響。

由圖6-c可知，黔南地區移栽期前移和后移均會導致烤煙成熟期期間>10 ℃活動積溫和日均氣溫的降低以及日照時數的減少，而該時期相對濕度和降水量卻不同程度的增加；旺長期降水量隨移栽期前移增加明顯，移栽期前移和后移均會導致旺長期積溫和日均氣溫的降低；移栽伸根期降水量隨移栽期后移增加明顯，而移栽期前移和后移均能提高該時期積溫和日均氣溫。總的來看，在當前的生育期安排下，將烤煙成熟期前移5～10 d即移栽期在4月21-26日，主要氣象指標基本符合烤煙生長發育的要求，但需注意移栽伸根期低溫對烤煙生長發育的影響。

注：圖中橫坐標-10表示移栽期前移10 d，-5表示移栽期前移5 d，0表示當前時間安排，5表示移栽期后移5 d，10表示移栽期后移10 d。圖6 不同移栽期安排下主要氣象指標與對比煙區差異情況Fig.6 Differences of the main meteorological indicators between the study area and comparison tobacco planting areas under different transplant time schedule

由圖6-d可知，黔西地區移栽期前移和后移均會導致成熟期>10 ℃活動積溫、日均氣溫及日照時數不同程度的下降，而降水量和相對濕度增加明顯；旺長期>10 ℃活動積溫和日均氣溫隨移栽期前移和后移而下降明顯，而降水量呈現不同程度的增加；移栽伸根期積溫>10 ℃活動積溫和日均氣溫也隨移栽期前移和后移而下降，而降水量卻隨移栽期時間的調整而降低。總的來看，在當前生育期時間安排下將烤煙移栽期前移或后移，會導致該地區烤煙生育期前期和后期受到低溫脅迫的影響，但當前的時間安排易導致旺長期和成熟期干旱，因此，對于黔西地區來說，當前的生育期安排能夠滿足烤煙光熱的要求，但需注意旺長期和成熟期干旱對烤煙生長發育的影響。

由圖6-e可知，黔中地區移栽期的前移后移栽期>10 ℃活動積溫和日均氣溫逐漸增加，而相對應的移栽伸根期和旺長期>10 ℃積溫和日均氣溫卻逐漸降低；該地區烤煙不同生育期降水量均會隨移栽期前移和后移而不同程度的增加，其中，移栽期前移相對應的旺長期和移栽期降水量增加明顯，移栽期后移相對應的移栽伸根期降水量增加明顯。通過移栽期前移能明顯的提高旺長期和移栽伸根期氣溫、增加整個大田生育期降水量，而移栽期后移雖然使移栽伸根期氣溫及降水量明顯提高，但會導致生育前期相對濕度過高。因此，在當前生育期時間安排下，將移栽期前移5～10 d即移栽期在4月21-26日左右對于黔中地區烤煙生長最為適宜，但仍需預防移栽伸根期低溫及日照不足的影響。

3 結論與討論

3.1 烤煙適宜移栽期的選擇

烤煙是一種高光效植物，貴州地區輻射強度較高，但極少達到光抑制水平，因而本研究中未考慮輻射強度。結合研究區滿足烤煙生長發育要求的時間段內氣溫、降水和日照時數的動態特征及對比煙區主要氣象指標在烤煙生育期的分配狀況可知，貴州煙區的氣象資源主要限制性問題為移栽伸根期和旺長期前期低溫、光照差、空氣濕度大，旺長期后期和成熟期前期降水較少。成熟期是烤煙產量和質量形成的關鍵時期，一方面需要水熱狀況良好以滿足烤煙生長發育的需求，另一方面又要避免極端天氣對烤煙產量和質量的影響。烤煙成熟期后期即中部葉采收后，低溫、早霜是影響中上部煙葉品質的重要因素，而后期降水過多，田間濕度過大，會影響中上部煙葉的烘烤，易導致烤后煙葉出現掛灰狀況，從而降低烤煙的等級和烤煙種植的經濟效益。成熟期熱量條件充足，而降水量適宜是移栽期選擇的條件之一。旺長期是烤煙進行營養生長的重要時期，該時期烤煙對水分需求量大，煙田缺水極易導致烤煙產量的下降。因此，適宜的移栽期還需保證旺長期光、溫、水條件(尤其是水分)適宜。烤煙移栽伸根期生長發育相對遲緩，對水分需求量較少，在滿足烤煙正常生長需求的基礎上適當的干旱有利于烤煙根系下扎。而低溫往往是移栽伸根期主要的限制因素，因此適宜的移栽期還需考慮移栽伸根期低溫的影響。因此，如何通過移栽期的調整解決當前生育期時間安排下的主要限制性問題是研究區適宜移栽期選擇的關鍵標準。本研究選用了與之密切相關的四個氣象因子，通過貴州省氣象特征，兼顧當地生產實際，從移栽期調整的角度調節烤煙與生態條件的適應關系。

3.2 與適宜移栽期相匹配的農藝措施

由于烤煙生產具有訂單屬性，云煙87作為工業公司指定種植品種，因此在本研究中未對品種進一步研究。通過對貴州煙區黔北、黔東、黔南、黔西和黔中5個地區主要氣象指標在不同移栽期安排下的分配情況可知：在當前的生育期時間安排下，除黔西地區外，黔北、黔東、黔南和黔中4個地區烤煙移栽期適當前移更有利于烤煙不同生育期，尤其是成熟期對主要氣象資源的利用。而移栽期前移對烤煙不同生育期主要氣象指標的分配均會產生影響，結合研究區主要氣象指標的時間動態特征來看，烤煙移栽期前移會導致烤煙生育期前期尤其是移栽伸根期積溫、日均氣溫和日照時數不足。因此，對于研究區不同地區來說，如何預防烤煙生育前期低溫危害，增強日照時數是區域內優質烤煙移栽期選擇的共性問題。當前貴州烤煙生產提出的“三基本”中第一“基本”就是大多數煙區在5月1日移栽基本結束，而貴州連續三年高質量完成煙葉計劃生產，其中移栽期在5月1日基本結束就是對本研究成果的驗證。

對于研究區來說，提高移栽伸根期煙田溫度是與烤煙移栽期前移相配套的關鍵技術。地膜覆蓋作為一種重要的栽培技術措施，烤煙移栽后進行地膜覆蓋能起到明顯的保溫、保濕的效果，從而一定程度上降低煙田早期低溫對烤煙生長發育的影響。通過貴州煙區不同地區降水的季節分布特征可以看出，與對比煙區相比，貴州煙區大部分地區在烤煙移栽伸根期降水量較多，而生育后期水分虧缺嚴重。為適應烤煙提前移栽對溫度的要求，膜下小苗移栽在南方優質烤煙產區已普遍采用，該技術在貴州煙區也得到廣泛的推廣，并得到了較好的生產適用效果。此外，井窖式移栽對于烤煙移栽初期也具有明顯的恒溫、保濕的作用，因此采用井窖式移栽技術也能為煙苗移栽后提供適宜的生長環境。而針對日照時數不足、空氣濕度大的問題，可以采用調整群體結構措施，結合煙田葉面積指數(LAI)觀測和煙葉質量分析，優化群體冠層結構，在保證產量并提升品質的前提下，使煙株群體最大程度地獲取光照和輻射資源。因此可以通過修建小型蓄水設施將前期過多的降水蓄存起來，以便生育后期作為煙田補充用水，從而實現水資源的時間合理分配。

當前的生育期時間安排下(5月1日移栽)，除黔西地區外，貴州煙區其他地區烤煙大田生育期光、溫、水、熱條件基本能滿足烤煙正常生長發育的要求，但移栽伸根期和旺長期前期日均氣溫較低、光照條件較差、空氣濕度較大，旺長期后期和成熟期前期降水量不足是區域內烤煙種植的共性問題。基于研究區不同地區氣象條件對比分析，對不同地區的生育期進行時間優化：黔北地區生育期前移10 d左右(4月20日左右移栽)，黔東地區烤煙生育期前移5 d(4月26日左右移栽)，黔南和黔中地區烤煙生育期前移5～10 d(4月21-26日左右移栽)，黔西地區生育期時間不變(5月1日左右移栽)。