談晶晶,邵孝侯,陳立華,汪耀富,彭 宇

(1.河海大學(xué)南方地區(qū)高效灌排與農(nóng)業(yè)水土環(huán)境教育部重點實驗室,江蘇南京 210098;

2.河海大學(xué)水利水電學(xué)院,江蘇南京 210098;3.湖南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司,湖南長沙 410014)

煙草是我國的主要經(jīng)濟作物之一,煙葉生產(chǎn)在我國國民經(jīng)濟中占有重要位置[1]。水分直接影響著煙葉的產(chǎn)量、質(zhì)量和效益,是煙草生長發(fā)育必不可少的重要物質(zhì)資源[2-5]。我國各煙區(qū)降雨資源時空分布不均,對烤煙的生長發(fā)育影響較大。北方煙區(qū)在烤煙生長前期干旱嚴重,植株生長緩慢;后期雨水偏多,土壤中肥料得到重新利用,葉片成熟推遲,難以落黃。南方煙區(qū)雨量充沛,能滿足烤煙前中期正常的生長需求,但成熟期伴有階段性干旱發(fā)生,不利于烤煙正常成熟落黃和優(yōu)質(zhì)煙葉的生產(chǎn)[6];同時南方各煙區(qū)降雨量在季節(jié)和年際間變異也較大,在煙草生長期間時常發(fā)生不同程度的干旱,造成煙葉產(chǎn)量和質(zhì)量很不穩(wěn)定。

適宜的水分供應(yīng),能促進煙草生長發(fā)育的順利進行,水分過多過少,都會使煙草的生命活動受阻[7]。煙草在其各個生長過程中都在不斷地進行著吸水和失水的水分代謝,當(dāng)吸水和失水達到動態(tài)平衡時,煙株生長正常,有利于烤煙產(chǎn)量和品質(zhì)的形成[8]。當(dāng)煙株散失的水分超過吸收的水分時,就會造成植株組織內(nèi)水分虧缺,葉片萎蔫,缺水時間較長以及水分過多等都會嚴重影響煙株的生長發(fā)育和產(chǎn)量品質(zhì)[9-12]。因此,科學(xué)調(diào)控?zé)熖锼止?yīng)是提高烤煙水分和肥料利用效率、實現(xiàn)煙葉優(yōu)質(zhì)穩(wěn)產(chǎn)的必由之路,對進一步提高煙葉產(chǎn)量和品質(zhì)具有重要意義。

本文通過在蒸滲儀中模擬湖南典型煙區(qū)烤煙全生育期不同降雨量條件,研究煙田的水分盈虧狀況,探討不同降雨量條件對煙株蒸散量的影響,進而為調(diào)控?zé)熖锿寥浪止?yīng),促進煙葉優(yōu)質(zhì)適產(chǎn),保持煙葉的產(chǎn)量和質(zhì)量的相對穩(wěn)定提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗場地

試驗于2010年在南京市蔬菜花卉科學(xué)研究所內(nèi)的蒸滲儀中進行。當(dāng)?shù)啬昶骄涤炅?106.5mm,每年6月下旬至7月為梅雨季節(jié),年平均溫度15.7℃,最大平均濕度81%,最大風(fēng)速19.8m/s,無霜期237d。

蒸滲儀由水泥、磚塊砌成,每個蒸滲儀面積均為(4×2)m2,蒸滲儀中的土壤是原地按自然層次(測容重)回填的黃棕壤,質(zhì)地黏重,有機質(zhì)質(zhì)量比為14.209 g/kg,全氮質(zhì)量比為1.303 g/kg,堿解氮質(zhì)量比為129.9mg/kg,全磷質(zhì)量比為0.363g/kg,速效磷質(zhì)量比為27.2mg/kg,pH值5.87,當(dāng)土壤厚度為0～60cm時土壤密度為1.35g/cm3,其土壤田間持水量28.0%(質(zhì)量含水率),地下水埋深10m。蒸滲儀上面安裝防雨棚,以隔絕自然降水。

1.2 試驗設(shè)計

試驗?zāi)M湖南地區(qū)3個不同生態(tài)煙區(qū)烤煙生育期的降雨量(1000mm,800mm,600mm),考慮烤煙不同生育期的降雨分布(伸根期占30%,旺長期占40%,成熟期占30%),用灌溉摸擬降雨(按降雨量的50%被煙株吸收,50%為地表徑流和土壤深層滲漏等損失折算,此處的實際田間灌溉量為煙株可吸收利用的量)。在烤煙生育期(5月11日移栽,8月17日收獲)按降雨分布(減去地表徑流和土壤深層滲漏)在不同生育期進行分配,移栽以后每隔7d模擬降雨(灌水)1次,試驗過程中,灌水方法采用水管澆灌,通過秒表控制灌水時間,以實現(xiàn)精確灌水量,灌水時間在11：00左右。把各生育期的降水量按照灌水次數(shù)折算后平均灌至蒸滲儀中?？緹熆偸┑繛?0kg/hm2,施肥品種為煙草專用無機肥(含氮量8%,總有效養(yǎng)分32%),施肥按7∶3的比例(基肥∶追肥)施用肥料,基肥在移栽前一次性穴施,追肥時間為旺長前期(移栽后26d)。共設(shè)3個模擬降雨量處理,各處理做3次重復(fù),具體見表1。

表1 模擬降雨量試驗處理Table1 Experimental processing in rainfall simulation

1.3 試驗測定項目和方法

1.3.1 土壤含水率測定

烤煙移栽后,采用烘干法每7d測1次土壤厚度分別為0～10cm,10～30cm,30～50cm的土壤含水量(質(zhì)量含水率)。用土鉆取土,在實驗室稱得土樣原始重量,再將土樣烘干后再次稱重,通過2次所得結(jié)果計算出土壤含水量。

1.3.2 棵間蒸發(fā)量測定

采用口徑9cm,長35 cm的PVC管制作的微型土壤蒸發(fā)儀。內(nèi)裝與蒸滲儀中質(zhì)地相同的土壤,底部用細紗網(wǎng)封牢,用于防止操作過程中土體損失。微型蒸發(fā)儀還需放入直徑稍大且預(yù)先埋入行間的PVC套桶中,將其埋入蒸滲儀中,并使微型蒸發(fā)儀內(nèi)土柱頂面與田面齊平。每個蒸滲儀重復(fù)中布置3個微型蒸發(fā)儀。每次灌水前后各稱量1次,計算棵間蒸發(fā)量。

1.3.3 土壤水分日變化測定

進入旺長期后,采用TDR(時域反射儀)在灌水后第2d每隔2 h測定1次土壤水分的日變化情況。

1.3.4 干物質(zhì)量

采用烘干稱重法,煙葉成熟時,將植株按根、莖、葉分開,75℃烘干后稱重。

1.3.5烤煙蒸散量

采用水量平衡法來進行計算,水量平衡方程如下：式中：ΔS——烤煙生育期內(nèi)根層土壤水分盈虧變化,mm;P,I——烤煙生育期內(nèi)的降水量和灌水量,mm;Eg——潛水蒸發(fā)量,mm;ET——蒸散量,mm(煙株蒸騰量和棵間蒸發(fā)量之和);Rg,D——地表徑流量和土層下邊界滲漏量,mm。

由于采用蒸滲儀控制試驗,蒸滲儀上有防雨棚,用來隔絕降雨,因此降雨量和徑流量可以忽略;試驗區(qū)地下水埋深為10m,因此可以忽略潛水蒸發(fā)量;灌水的上限為田間持水量,且計劃濕潤深度不超過1m,因此滲漏量可以忽略。所以,烤煙蒸散量計算公式可以簡化為：

2 結(jié)果與分析

2.1 模擬不同降雨量條件下烤煙蒸散量與水分利用狀況

烤煙的全生育期分為4個生長階段：伸根期(還苗-團棵)、旺長(團棵-現(xiàn)蕾)前期、旺長(團棵-現(xiàn)蕾)后期、成熟期(現(xiàn)蕾-采畢)。整個生育時期模擬降雨共14次,伸根期為5次,旺長期為6次(旺長前期3次,旺長后期3次),成熟期為3次。模擬不同的降雨量條件下蒸散量、煙株對降水的利用效率和產(chǎn)量結(jié)果,如表2所示。

表2 模擬不同降雨量條件下煙田的灌水量、蒸散量、水分利用效率和產(chǎn)量Table 2 Irrigation amount,evapotranspiration,water use efficiency,and tobacco yield in tobacco fields with different amounts of rainfall

從表2可以看出,T1和T2處理的煙田實際蒸散量均小于實際灌水量,T3處理的實際蒸散量略大于有效降水量,這說明扣除地表徑流和深層滲漏損失后,3種不同降雨量條件均基本滿足煙株整個生育期的需水量。同時可以發(fā)現(xiàn),隨著模擬降水量的增加,煙株的蒸散量也隨之增大。T1處理的實際蒸散量為最大,為3575.4m3/hm2,蒸散量為有效降雨量的71.15%,而T2處理的蒸散量為有效降水量的83.52%,當(dāng)T3處理時,蒸散量則為有效降水量的103.30%,說明有效降水不足,土壤水分出現(xiàn)虧缺。

水分利用效率是烤煙產(chǎn)量和蒸散量的綜合反映。在一定蒸散量范圍內(nèi),煙葉產(chǎn)量一般會隨著蒸散量的增加而增加。研究表明,作物的產(chǎn)量都隨蒸散量的增加而快速增加,但當(dāng)蒸散量達到一定程度時,產(chǎn)量增加緩慢[3]。煙株的水分利用效率(WUE)定義為煙株每消耗1m3水量所能生產(chǎn)的煙葉產(chǎn)量,即：WUE=Y/ET,其中,Y為產(chǎn)量,ET為煙田蒸散量。

從表2的數(shù)據(jù)可以得到,T1,T2,T3處理的煙株對水分的利用效率分別為0.694kg/m3、0.939kg/m3和0.866kg/m3,模擬降雨量為1000mm的T1處理煙株水分利用效率最低。綜合考慮烤煙產(chǎn)量、水分利用效率與蒸散量情況,可以看出T3處理較為理想,在滿足烤煙生長需要的同時也提高了水分的利用效率,既保證了較高的煙葉產(chǎn)量又不造成水分大量浪費。

2.2 不同生育期煙株蒸散量與土壤水分盈虧

從表3可以看出,隨著模擬降雨量的變化,烤煙蒸散量也隨之有較明顯變化。伸根期各批次處理的蒸散量相差不大,均為總蒸散量的23%左右,此生育期各批次處理的土壤水分均有盈余。旺長期烤煙蒸散量有了較大增加,這是由于旺長期是煙株生長最快的時期,這一時期烤煙葉面積迅速增大,干物質(zhì)累積量大,所以蒸散量也大。從表3可以看出,旺長期T1處理的土壤水分仍有大量盈余,而T3的處理則土壤水分嚴重虧缺,T2處理土壤水分略有盈余,說明該處理既滿足烤煙需水量,同時也不造成土壤水分因棵間蒸發(fā)而浪費?？緹熯M入成熟期后,由于生理代謝活動減弱,蒸散量相對旺長期明顯下降。T1處理的土壤水分大量盈余,T3處理的土壤水分有少許虧缺,說明該處理在成熟期不能滿足烤煙需水量,需要通過進一步灌水來消除土壤水分虧缺?？v觀整個生育期烤煙的蒸散量,可以看出T1處理在整個生育期都處于土壤水分大量盈余的狀況,而T3處理在旺長期存在土壤水分嚴重虧缺,會影響煙葉的最終產(chǎn)量,而T2處理較為理想。

表3 各生育期烤煙蒸散量及土壤水分盈虧狀況Table3 Evapotranspiration and soil water surplus and deficit at different growth stages of tobacco

2.3 不同模擬降雨量條件下煙株不同生育期的棵間蒸發(fā)量及蒸騰量變化

從表4可以看出,在伸根期,各批次處理的日蒸騰量均為9.70m3/hm2左右,T1處理的每日棵間蒸發(fā)最大,為14.46m3/hm2,T2處理次之,T3處理最小,僅為T1處理的76.90%。這主要是由于伸根期煙株葉面積較小,蒸騰量也較小。此時期的烤煙耗水主要表現(xiàn)在棵間蒸發(fā)上。模擬降雨量越大,棵間蒸發(fā)也越大。

表4 各生育期烤煙日蒸散量、蒸騰量和棵間蒸發(fā)量Table 4 Daily evapotranspiration,transpiration,and ground evaporation between plants at different growth stages of tobacco m3/hm2

進入旺長期,由于煙葉面積迅速增大,覆蓋了大面積土壤,所以此時期的烤煙蒸散量主要是以植物蒸騰為主,各種處理烤煙蒸散量的差異主要是煙株蒸騰的差異。在旺長前期,T2處理的日蒸騰量為最大,達到33.05m3/hm2,其次是T1處理的,T3處理的日蒸騰量最小。這主要是由于T1處理在伸根期土壤水分盈余最大,不利于烤煙的根系發(fā)育生長,使得烤煙進入旺長期后,根系不能較好地吸收水分,因此植物蒸騰低于T2處理。而T3處理由于土壤水分虧缺,影響了植株的生長,因此蒸騰量也較低。到了旺長后期,由于烤煙生長速度逐漸減緩,煙株蒸騰量有所下降,但隨著氣溫升高,棵間蒸發(fā)量較旺長前期有所增大,總的蒸散量僅略有降低。

進入成熟期后,由于溫度較高,棵間蒸發(fā)也隨著模擬降雨量的增大而增大。T1處理的棵間蒸發(fā)量最大,T3處理的最小,為蒸散量的35.4%。而此時期由于烤煙生理代謝活動減弱,各種處理的蒸騰量也隨之下降。

3 結(jié) 論

根據(jù)試驗結(jié)果,可以得出以下結(jié)論：

a.從烤煙的蒸散量和煙株對降雨的利用效率來看,3種不同降雨量條件均基本滿足煙株整個生育期的需水量,模擬降雨量越大,降雨的利用率和單位降雨煙葉的產(chǎn)量越小。

b.T1處理在整個生育期土壤水分都處于大量盈余的狀況,而T3處理在旺長期土壤水分虧缺,嚴重影響煙葉的最終產(chǎn)量,T2處理時的煙田水分平衡狀況最為理想。

c.伸根期不同降雨處理批次間蒸騰量并無明顯差距,棵間蒸發(fā)量隨著模擬降雨量的增加而增加。在旺長前期,T2處理的日蒸騰量為最大,達到33.05m3/hm2,T1處理次之,T3處理的日蒸騰量最小。旺長后期,各處理批次的煙株日蒸騰量較旺長前期有所下降,但隨著氣溫升高,棵間蒸發(fā)量較旺長前期有所增大,總的蒸散量略有降低。成熟期烤煙蒸散量較旺長期有所減少。T2處理較符合烤煙在各生育時期生長所需要的有效水分。

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