李 芹, 楊民烽, 龍 濤, 王 謝,3*

(1.四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所, 成都 610066; 2.中國(guó)煙草總公司四川省公司, 成都 610000;3.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部西南山地農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 成都 610066)

四川省坡耕地比例大,可灌溉面積小,土壤瘠薄,降雨時(shí)空分布不均,生態(tài)環(huán)境弱,季節(jié)性干旱問(wèn)題突出。四川省旱情具有發(fā)生頻率高、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、災(zāi)害范圍廣、經(jīng)濟(jì)損失大的特點(diǎn),常發(fā)生春旱、夏旱、伏旱或多季連旱[1]。據(jù)近50年的氣象資料統(tǒng)計(jì),僅一般干旱年全省受旱面積不低于3×105hm2,嚴(yán)重干旱則全省受旱3×106hm2以上,糧食減產(chǎn)30×108kg以上[2]。干旱在四川省歷年因?yàn)?zāi)減產(chǎn)統(tǒng)計(jì)中常居首位[3],是制約農(nóng)村經(jīng)濟(jì)與社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要因素。

煙草是四川省重要的經(jīng)濟(jì)作物,煙葉的高質(zhì)量生產(chǎn)對(duì)優(yōu)化農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、增加煙農(nóng)收入、推動(dòng)煙區(qū)發(fā)展起到了積極作用。煙草生長(zhǎng)過(guò)程需要消耗大量的水資源,對(duì)水分的要求很高,而四川旱情頻發(fā),煙草生產(chǎn)常發(fā)生移栽期春旱、成熟期夏旱、伏旱,由于降雨時(shí)空分布不均、缺乏灌溉用水,部分煙區(qū)因干旱而造成煙葉的產(chǎn)量和品質(zhì)降低。即使在雨量充沛的地區(qū),短期的土壤干旱也可能影響到煙草正常生長(zhǎng)和煙葉品質(zhì)。因此,為了避免干旱對(duì)煙草生長(zhǎng)的威脅,需要積極采取有效的措施,來(lái)減輕干旱對(duì)煙草生產(chǎn)的負(fù)面影響,保障煙農(nóng)的經(jīng)濟(jì)效益,穩(wěn)定煙草產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

1 干旱氣候?qū)熤晟L(zhǎng)的影響

1.1 煙株長(zhǎng)勢(shì)減弱

煙草對(duì)水分的需求很高,對(duì)烤煙而言,整個(gè)生育期的需水量為400～600mm,各生育期對(duì)降雨量的需求不同,但一般需保證土壤含水量占田間最大持水量的60% ～ 80%[4]。種子萌發(fā)時(shí)土壤干旱,種子因吸水不足而不能正常發(fā)芽,發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)降低,種子活力降低,萌發(fā)后的幼苗素質(zhì)偏弱,存活率降低[5]。大田生長(zhǎng)過(guò)程中,干旱可使煙草葉片氣孔關(guān)閉,蒸騰作用減弱,光合能力下降,導(dǎo)致煙株生長(zhǎng)緩慢,甚至停滯、死亡[6]。煙草葉片受到干旱脅迫時(shí),膜脂過(guò)氧化程度加深,MDA含量升高,需要提高抗氧化酶系統(tǒng)活性升高來(lái)清除活性氧的傷害[7]。

干旱無(wú)雨往往伴隨著氣溫偏高,特別是夏旱、伏旱時(shí)期,高溫對(duì)煙草植株的生長(zhǎng)產(chǎn)生不利影響。煙草喜溫、喜光,但溫度過(guò)高會(huì)對(duì)植株生長(zhǎng)產(chǎn)生熱害,煙葉成熟期溫度過(guò)高,即便是短期高溫也會(huì)破壞葉綠素,影響光合作用,使呼吸作用增強(qiáng),消耗過(guò)多的光合產(chǎn)物,發(fā)生新陳代謝失調(diào),當(dāng)溫度持續(xù)高于30℃,會(huì)加快煙草的水分和養(yǎng)分的消耗,從而導(dǎo)致煙草植株的枯萎甚至死亡[8]。干旱對(duì)煙草植株生長(zhǎng)的影響整體上表現(xiàn)為外部形態(tài)發(fā)育不良,植株矮小,葉片變小增厚,根系發(fā)育不良,煙葉成熟延遲;內(nèi)部生理生化過(guò)程受阻,物質(zhì)代謝紊亂。

1.2 植株養(yǎng)分吸收、運(yùn)輸障礙

干旱條件下,土壤中水分減少,不利于養(yǎng)分的分解和釋放,土壤中養(yǎng)分有效性降低,缺水條件下,養(yǎng)分元素難以遷移至根系表面,增加了煙草植株吸收養(yǎng)分的難度。特別是伸根期發(fā)生干旱,煙草根系發(fā)育不良,根系活力下降,根系吸收能力減弱,導(dǎo)致更加缺乏養(yǎng)分的吸收。有研究表明,干旱脅迫下,煙株體內(nèi)N素含量增加,P、K、Ca、Mg、Fe、Mn含量減少[9]。此外,由于干旱條件下煙草植株氣孔關(guān)閉導(dǎo)致蒸騰拉力減小,礦質(zhì)元素在根、莖中分配比例升高,葉中分配比例降低,不利于葉片的生長(zhǎng)。干旱導(dǎo)致煙草植株養(yǎng)分吸收減少,進(jìn)而引起植株長(zhǎng)勢(shì)不佳,并且隨著養(yǎng)分和合成產(chǎn)物運(yùn)輸能力的減弱,最終影響了煙葉的產(chǎn)量形成和品質(zhì)。

1.3 伴隨病蟲(chóng)害爆發(fā)

當(dāng)冬、春季節(jié)溫度偏高,降水偏少,越冬后煙草害蟲(chóng)卵和幼蟲(chóng)基數(shù)大,會(huì)提前蚜蟲(chóng)遷飛高峰期,導(dǎo)致發(fā)生量增多,引起煙草病毒病感染范圍擴(kuò)大,病蟲(chóng)害防治形勢(shì)嚴(yán)峻[10]。干旱條件下,某些煙區(qū)可能會(huì)采用秸稈覆蓋的方式減少地表水分蒸發(fā),一方面對(duì)煙草蟲(chóng)害起到一定的保護(hù)作用,另一方面秸稈本身若未完全腐熟、消毒不徹底,可能引入蟲(chóng)卵,增加煙草蟲(chóng)害和相應(yīng)病害的發(fā)生和傳播。此外,干旱導(dǎo)致煙苗長(zhǎng)勢(shì)減弱,對(duì)病蟲(chóng)害的抵抗力降低,更易發(fā)生病蟲(chóng)害。

2 干旱氣候?qū)熑~生產(chǎn)的影響

2.1 煙葉產(chǎn)量下降

煙草生長(zhǎng)過(guò)程中需要消耗大量的水資源,水分參與了煙草植株光合作用、呼吸代謝、水分和營(yíng)養(yǎng)元素的吸收運(yùn)轉(zhuǎn)、各種酶的活性和有機(jī)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化、運(yùn)輸和積累等各種生理生化代謝過(guò)程,因此干旱對(duì)煙草生長(zhǎng)的影響非常深刻,表現(xiàn)在生長(zhǎng)發(fā)育的各個(gè)階段。其中,旺長(zhǎng)期是煙草產(chǎn)量形成的主要時(shí)期,煙草生長(zhǎng)迅速,代謝旺盛,蒸騰量較大,需水量急劇增多。此時(shí)缺水,煙草葉片生長(zhǎng)受阻,代謝速率降低,嚴(yán)重影響其產(chǎn)量。

煙草以收獲煙葉為產(chǎn)物,干旱導(dǎo)致植株矮小、葉片發(fā)育不良,最終表現(xiàn)為產(chǎn)量下降。以山東濟(jì)源為例,2002年旱情導(dǎo)致全市煙葉平均產(chǎn)量76kg/667m2,減產(chǎn)約40%[11]。研究表明,旺長(zhǎng)期干旱對(duì)煙草產(chǎn)量的影響最大,煙草產(chǎn)量降低幅度隨干旱程度加深而增大。室內(nèi)防雨控水栽培條件下,伸根期干旱導(dǎo)致煙草產(chǎn)量降低約11%;而旺長(zhǎng)期干旱可導(dǎo)致煙草減產(chǎn)11.0% ～ 23.7%,成熟期干旱可導(dǎo)致煙草減產(chǎn)5.2% ～ 16.7%[12]。基于多年實(shí)地氣象監(jiān)測(cè)和大田測(cè)產(chǎn)也證明了即使發(fā)生輕度干旱,也可導(dǎo)致煙草減產(chǎn)約10%[13]。

2.2 煙葉質(zhì)量降低

煙草生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中,任一時(shí)期嚴(yán)重干旱會(huì)不同程度降低煙葉品質(zhì),其中尤其以成熟期干旱對(duì)煙葉品質(zhì)下降最明顯。干旱易引起煙葉假熟現(xiàn)象,煙葉旱黃、枯邊、焦尖,甚至出現(xiàn)煙葉灼傷、枯萎,采烤價(jià)值較低[14]。為盡量減輕煙葉產(chǎn)、質(zhì)量損失,需要在煙葉失去采烤價(jià)值以前、盡可能成熟的情況下采收,采收時(shí)間不易把握,且高溫干旱煙葉的細(xì)胞壁厚、結(jié)構(gòu)緊密,干旱導(dǎo)致煙葉采收、烘烤難度增加。并且未正常成熟的煙葉,烘烤后色度不良,彈性差,煙葉外觀質(zhì)量降低。

成熟期是煙草干物質(zhì)合成、積累和轉(zhuǎn)化的主要時(shí)期,干旱導(dǎo)致煙株體內(nèi)生理代謝受阻,煙株體內(nèi)光合產(chǎn)物合成、運(yùn)輸和轉(zhuǎn)化失調(diào),進(jìn)而直接影響到煙葉化學(xué)成分和香氣物質(zhì)含量。研究表明,干旱可使煙葉糖分下降,煙堿含量增加,上中等煙比例減少,內(nèi)在化學(xué)成分比例失調(diào)[15]。隨生育期推進(jìn),干旱發(fā)生越晚,干旱程度越重對(duì)煙葉化學(xué)成分的影響越大[16]。短時(shí)干旱有利于提高香氣物質(zhì)含量,但持續(xù)干旱則可導(dǎo)致西柏烷類物質(zhì)、質(zhì)體色素降解物、美拉德反應(yīng)產(chǎn)物和芳香族等香氣物質(zhì)含量降低[17]。越臨近煙葉定長(zhǎng)階段,持續(xù)干旱對(duì)煙葉香氣物質(zhì)的影響越大。

3 煙草抗旱保產(chǎn)措施

3.1 廣開(kāi)水源,節(jié)水高效灌溉

干旱多是由于降水偏少,伴隨溫度升高,地表水分蒸發(fā)大,地表、地下水資源匱乏,因而解決四川煙區(qū)干旱的關(guān)鍵在于水資源的調(diào)控與利用。一方面,加強(qiáng)煙田水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),推進(jìn)煙水配套工程實(shí)施,新建蓄水池、水窖、旱坑等集蓄雨水,為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)開(kāi)辟新的水源,可以將降水、地表徑流收集保存,供干旱時(shí)灌溉使用。特別是有“卡脖子旱”的中高海拔煙區(qū),水窖是抗旱保苗的關(guān)鍵法寶。同時(shí),綜合整治煙區(qū)原有的各類坑塘、溝渠損毀、廢棄、污染、淤積、干涸等突出問(wèn)題,踐行“四水同治”新思路,提高蓄水防洪、抗旱減災(zāi)的功能。

另一方面,高效利用緊缺的水資源,實(shí)行節(jié)水灌溉。推行滴灌技術(shù)配套水肥一體化,根據(jù)煙草不同時(shí)期的需肥和需水特征,將水和肥適時(shí)適量直接輸送到煙草根部,可減少灌溉用水,提高肥料利用率,同時(shí)也能輸送藥劑以防治根部病蟲(chóng)害,大大降低煙草施肥、抗旱、防治病蟲(chóng)的勞動(dòng)強(qiáng)度和工作量[18]。干旱條件下煙草植株養(yǎng)分吸收困難,通過(guò)水肥一體化低濃度、高頻次均衡穩(wěn)定供應(yīng)P、K、Ca、Zn等礦質(zhì)養(yǎng)分,可以增強(qiáng)煙草葉片保水力,提高植株對(duì)干旱的耐受能力[19-20]。

3.2 選育抗性優(yōu)良的煙草品種

我國(guó)煙草品種眾多,不同品種對(duì)干旱脅迫的敏感程度和耐受限度存在明顯的差異。在易受干旱威脅的地區(qū),種植抗旱性較強(qiáng)的品種是保證煙葉收成的重要措施之一。植物的抗旱性是由遺傳因子和環(huán)境共同控制的一個(gè)復(fù)雜數(shù)量性狀,因此,這些優(yōu)良的抗旱品種可來(lái)自于現(xiàn)有品種間的抗旱能力評(píng)價(jià)篩選和抗旱遺傳改良育種。大量研究以種子萌發(fā)、幼苗存活率、抗氧化酶活性等為評(píng)價(jià)指標(biāo),篩選出一系列抗旱能力較強(qiáng)的品種,如:“豫煙6號(hào)”“TN90”“紅花大金元”“K326”“南江三號(hào)”等,可直接作為推薦栽培品種[21-23]。另一方面,對(duì)現(xiàn)有品種進(jìn)行抗旱遺傳改良,可創(chuàng)制出表現(xiàn)更優(yōu)秀的新品種。一種方式是利用嫁接換根莖原理,以抗性較強(qiáng)的烤煙品種作砧木,嫁接苗能形成較強(qiáng)大的根系,從而提高抗旱能力[24]。第二種方式是移栽前接種優(yōu)良的叢枝菌根真菌,促進(jìn)煙草的滲透調(diào)節(jié)能力,提高煙苗的早期抗旱性,縮短緩苗期[25]。第三種方式是利用抗旱能力強(qiáng)的品系做親本進(jìn)行雜交育種,如“豫煙6號(hào)”,其父本“農(nóng)大202”就具有較強(qiáng)的抗旱性[26]。第四種方式是通過(guò)抗旱相關(guān)基因進(jìn)行分子改良,使煙草植株表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗旱能力[27]。不同地區(qū)干旱發(fā)生時(shí)間、持續(xù)時(shí)間不同,除了從品種本身的抗旱性中選擇,還應(yīng)考慮品種的生育期,盡量使其與降水時(shí)間一致,減少煙葉生產(chǎn)的損失。

3.3 改進(jìn)農(nóng)藝措施適應(yīng)干旱

在育苗時(shí),做好種子的消毒和用水的清潔,為后期壯苗打好基礎(chǔ),培育的幼苗抗性較好,發(fā)生病蟲(chóng)害的幾率降低。移栽前,煙田耕翻深度在20 ～ 30cm,以打破犁底層,增加土壤的保水保墑能力,起壟增加雨水的蓄積,并采用秸稈或地膜覆蓋減少地表水分蒸發(fā)。采用地膜覆蓋相對(duì)經(jīng)濟(jì)、有效,早春情況下覆膜可使土壤水分提高,使移栽成活率提高53%以上,煙葉產(chǎn)量提高9.9% ～ 18.3%[28]。采用秸稈覆蓋則有一定的改良土壤性質(zhì)的作用,但應(yīng)注意選用充分腐熟的秸稈,避免新鮮秸稈帶入煙草病毒引起病害發(fā)生[29]。選擇品種抗旱性能強(qiáng)、植株根部發(fā)育良好的幼苗,根據(jù)產(chǎn)地的氣候環(huán)境適度調(diào)整移栽期,保證降水季節(jié)與煙草的需水期一致,盡量滿足煙葉生產(chǎn)的需要[30]。采用高莖明水深栽,提高煙草移栽成活率[31]。

3.4 應(yīng)用保水劑、植調(diào)劑進(jìn)行化學(xué)調(diào)控

保水劑作為底肥施用于土壤中,其吸水能力強(qiáng),在干旱情況下可緩慢釋放水分供給植株利用。市場(chǎng)上保水劑主要為聚丙烯酸鈉鹽類,在使用時(shí)需注意用量和原料本身,避免引起土壤環(huán)境質(zhì)量惡化[32]。相比于普通化學(xué)保水劑,含有有益微生物的保水劑、大豆秸稈基保水劑等則更利于改善土壤理化性狀[33-34]。

植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑作用于煙草葉片,通過(guò)調(diào)節(jié)煙草的生理代謝過(guò)程增強(qiáng)植株對(duì)干旱的耐受能力。硅和脫落酸可抑制蒸騰作用,減少葉片失水,增強(qiáng)植株抗旱能力[35]。而黃腐酸鉀、蕓苔素內(nèi)酯、甜菜堿及部分氨基酸可提高滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量、提高抗氧化酶活性來(lái)維持細(xì)胞內(nèi)活性氧系統(tǒng)的代謝平衡,保護(hù)細(xì)胞膜和生物大分子結(jié)構(gòu)的完整,提高煙草幼苗的抗干旱能力[36-38]。

3.5 應(yīng)用農(nóng)機(jī)提高生產(chǎn)效率

隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展進(jìn)程加快,農(nóng)業(yè)機(jī)械在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮了省工、降本、增效的作用。煙草較其他作物生產(chǎn)過(guò)程更為復(fù)雜,技術(shù)要求高,勞動(dòng)強(qiáng)度大,對(duì)農(nóng)機(jī)的需求十分迫切。在煙葉生產(chǎn)中,從育苗到采收烘烤的各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)均需要依賴農(nóng)機(jī)提高效率、節(jié)省成本、不誤農(nóng)時(shí)。在應(yīng)對(duì)干旱脅迫時(shí),農(nóng)機(jī)的應(yīng)用更顯重要,特別是大田生產(chǎn)過(guò)程中。

育苗時(shí),通過(guò)漂浮育苗,機(jī)械輔助剪葉、煉苗,苗棚智能化管理,有利于培育根系發(fā)達(dá)、長(zhǎng)勢(shì)旺盛的幼苗,后期抗旱能力強(qiáng)。耕整地時(shí),深耕機(jī)、旋耕機(jī)、鏵式犁的應(yīng)用可高效深耕,使土層深厚、土壤顆粒均勻,增強(qiáng)土壤保墑能力。在移栽時(shí),應(yīng)用農(nóng)機(jī)進(jìn)行起壟、打塘、覆膜可增加土壤水分蓄積、減少地表水分蒸發(fā)、提高幼苗存活率。當(dāng)土壤缺水影響煙苗生長(zhǎng)時(shí),水肥一體化技術(shù)可有效調(diào)蓄水資源,及時(shí)補(bǔ)充用水以避免植株枯萎,節(jié)約用水的同時(shí)根據(jù)生長(zhǎng)期養(yǎng)分需求及時(shí)施肥,提高水分和肥料的利用率。采用無(wú)人機(jī)植保,節(jié)省人工,較短時(shí)間內(nèi)完成大面積煙田的病蟲(chóng)害防治,避免病蟲(chóng)害的傳播。在采收、烘烤環(huán)節(jié),高溫干旱增加采摘烘烤難度,應(yīng)用農(nóng)機(jī)可縮短勞動(dòng)時(shí)間、降低勞動(dòng)強(qiáng)度,快速完成采收、編桿等過(guò)程,盡快地進(jìn)行烘烤以減輕干旱導(dǎo)致的煙葉損失。