不同供水條件下煙田的水分利用效率

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(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)沙 410014)

煙草是我國(guó)的主要經(jīng)濟(jì)作物之一,煙葉生產(chǎn)在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(zhǎng)發(fā)育必不可少的重要物質(zhì)資源[2-5]。我國(guó)各煙區(qū)降雨資源時(shí)空分布不均,對(duì)烤煙的生長(zhǎng)發(fā)育影響較大。北方煙區(qū)在烤煙生長(zhǎng)前期干旱嚴(yán)重,植株生長(zhǎng)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(zhǎng)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(shí)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(zhǎng)期間時(shí)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(jìn)煙草生長(zhǎng)發(fā)育的順利進(jìn)行,水分過多過少,都會(huì)使煙草的生命活動(dòng)受阻[7]。煙草在其各個(gè)生長(zhǎng)過程中都在不斷地進(jìn)行著吸水和失水的水分代謝,當(dāng)吸水和失水達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí),煙株生長(zhǎng)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(shí),就會(huì)造成植株組織內(nèi)水分虧缺,葉片萎蔫,缺水時(shí)間較長(zhǎng)以及水分過多等都會(huì)嚴(yán)重影響煙株的生長(zhǎng)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(shí)現(xiàn)煙葉優(yōu)質(zhì)穩(wěn)產(chǎn)的必由之路,對(duì)進(jìn)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(duì)煙株蒸散量的影響,進(jìn)而為調(diào)控?zé)熖锿寥浪止?yīng),促進(jìn)煙葉優(yōu)質(zhì)適產(chǎn),保持煙葉的產(chǎn)量和質(zhì)量的相對(duì)穩(wěn)定提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)場(chǎng)地

試驗(yàn)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(jìn)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(gè)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(cè)容重)回填的黃棕壤,質(zhì)地黏重,有機(jī)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(shí)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(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)?zāi)M湖南地區(qū)3個(gè)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(zhǎng)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(shí)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(jìn)行分配,移栽以后每隔7d模擬降雨(灌水)1次,試驗(yàn)過程中,灌水方法采用水管澆灌,通過秒表控制灌水時(shí)間,以實(shí)現(xiàn)精確灌水量,灌水時(shí)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。烤煙總施氮量為90kg/hm2,施肥品種為煙草專用無機(jī)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(shí)間為旺長(zhǎng)前期(移栽后26d)。共設(shè)3個(gè)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(yàn)處理Table1 Experimental processing in rainfall simulation

1.3 試驗(yàn)測(cè)定項(xiàng)目和方法

1.3.1 土壤含水率測(cè)定

烤煙移栽后,采用烘干法每7d測(cè)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(shí)驗(yàn)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(jì)算出土壤含水量。

1.3.2 棵間蒸發(fā)量測(cè)定

采用口徑9cm,長(zhǎng)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(xì)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(gè)蒸滲儀重復(fù)中布置3個(gè)微型蒸發(fā)儀。每次灌水前后各稱量1次,計(jì)算棵間蒸發(fā)量。

1.3.3 土壤水分日變化測(cè)定

進(jìn)入旺長(zhǎng)期后,采用TDR(時(shí)域反射儀)在灌水后第2d每隔2 h測(cè)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(shí),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(jìn)行計(jì)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(yàn),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(yàn)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(jì)劃濕潤(rùn)深度不超過1m,因此滲漏量可以忽略。所以,烤煙蒸散量計(jì)算公式可以簡(jiǎn)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(gè)生長(zhǎng)階段：伸根期(還苗-團(tuán)棵)、旺長(zhǎng)(團(tuán)棵-現(xiàn)蕾)前期、旺長(zhǎng)(團(tuán)棵-現(xiàn)蕾)后期、成熟期(現(xiàn)蕾-采畢)。整個(gè)生育時(shí)期模擬降雨共14次,伸根期為5次,旺長(zhǎng)期為6次(旺長(zhǎng)前期3次,旺長(zhǎng)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(duì)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(shí)際蒸散量均小于實(shí)際灌水量,T3處理的實(shí)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(gè)生育期的需水量。同時(shí)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(shí)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(shí),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(huì)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(dá)到一定程度時(shí),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(duì)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(zhǎng)需要的同時(shí)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(fèi)。

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(zhǎng)期烤煙蒸散量有了較大增加,這是由于旺長(zhǎng)期是煙株生長(zhǎng)最快的時(shí)期,這一時(shí)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(zhǎng)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(yán)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(shí)也不造成土壤水分因棵間蒸發(fā)而浪費(fèi)?？緹熯M(jìn)入成熟期后,由于生理代謝活動(dòng)減弱,蒸散量相對(duì)旺長(zhǎng)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(jìn)一步灌水來消除土壤水分虧缺?？v觀整個(gè)生育期烤煙的蒸散量,可以看出T1處理在整個(gè)生育期都處于土壤水分大量盈余的狀況,而T3處理在旺長(zhǎng)期存在土壤水分嚴(yán)重虧缺,會(huì)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(shí)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(jìn)入旺長(zhǎng)期,由于煙葉面積迅速增大,覆蓋了大面積土壤,所以此時(shí)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(zhǎng)前期,T2處理的日蒸騰量為最大,達(dá)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(zhǎng),使得烤煙進(jìn)入旺長(zhǎng)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(zhǎng),因此蒸騰量也較低。到了旺長(zhǎng)后期,由于烤煙生長(zhǎng)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(zhǎng)前期有所增大,總的蒸散量?jī)H略有降低。

進(jìn)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(shí)期由于烤煙生理代謝活動(dòng)減弱,各種處理的蒸騰量也隨之下降。

3 結(jié) 論

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,可以得出以下結(jié)論：

a.從烤煙的蒸散量和煙株對(duì)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(gè)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(gè)生育期土壤水分都處于大量盈余的狀況,而T3處理在旺長(zhǎng)期土壤水分虧缺,嚴(yán)重影響煙葉的最終產(chǎn)量,T2處理時(shí)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(zhǎng)前期,T2處理的日蒸騰量為最大,達(dá)到33.05m3/hm2,T1處理次之,T3處理的日蒸騰量最小。旺長(zhǎng)后期,各處理批次的煙株日蒸騰量較旺長(zhǎng)前期有所下降,但隨著氣溫升高,棵間蒸發(fā)量較旺長(zhǎng)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(zhǎng)期有所減少。T2處理較符合烤煙在各生育時(shí)期生長(zhǎng)所需要的有效水分。

[1]高華軍,汪耀富,邵孝侯.烤煙節(jié)水灌溉的研究進(jìn)展[J].節(jié)水灌溉,2005(5)：33-35.(GAO Huajun,WANG Yaofu,SHAO Xiaohou.Status quo and prospect of water saving irrigation for tobacco[J].Water Saving Irrigation,2005(5)：33-35.(in chinese))

[2]詹金華,陳志良.煙草栽培[M].昆明：云南科技出版社,1998.

[3]何健.河南中壤煙區(qū)烤煙需水指標(biāo)與需水模型研究[D].鄭州：河南農(nóng)業(yè)大學(xué),2004.

[4]金文華,劉金海,魯家鑫.烤煙節(jié)水灌溉技術(shù)與示范[J].煙草科技,2002(1)：l39-142.(JIN Wenhua,LIU Jinhai,LU Jiaxin.Water saving irrigation technology and demonstration for tobacco[J].Tobacco Science&Technology,2002(1)：l39-142.(in chinese))

[5]李繼新,袁有波,蘇賢坤,等.土壤水分對(duì)烤煙耗水特征及煙葉產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[J].河海大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2008,36(4)：520-524.(LI Jixin,YUAN Youbo,SUXiankun,et al.Effects of soil moistureon water consumption,yield and quality of fluecured tobacco[J].Journal of Hohai University：Natural Science,2008,36(4)：520-524.(in chinese))

[6]劉貞琦,伍賢進(jìn),劉振業(yè).土壤水分對(duì)煙草光合生理特性影響的研究[J].中國(guó)煙草學(xué)報(bào),1995,2(3)：44-49.(LIU Zhenqi,WU Xianjin,LIUZhenye.The effectsof soil water content onphotosynthetic characteristicsof tobacco[J].Acta Tabacaria Sinica,1995,2(3)：44-49.(in chinese))

[7]伍賢進(jìn).土壤水分對(duì)烤煙產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù),1998(2)：3-6.(WU Xianjin.The effects of soil moistureon yield and quality of flue-cured tobacco[J].Agriculture&Technology,1998(2)：3-6.(in chinese))

[8]肖金香,許曉利,馮敏玉,等.土壤水分對(duì)烤煙農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量和葉綠素的影響[J].氣象與減災(zāi)研究,2007,30(1)：48-52.(XIAO Jinxiang,XU Xiaoli,FENG Minyu,et al.Effect of soil moisture to agronomical characteristics,yield and chlorophyll of fluecured tobacco[J].Meteorology and Disaster Reduction Research,2007,30(1)：48-52.(in chinese))

[9]STEKAUEROVANAGYKOTOROVA D.Soil water regime of agricultural field and forest ecosystems[J].Biologia,2006,61(19)：300-304.

[10]ARYA L M,LEIJF J.Scaling parameter to predict the soil water characteristic from particle-size distribution data[J].Soil Science Society of America Journal,1999,63：510-519.

[11]陳佳勃,錢曉剛,李許濱,等.煙田土壤水分動(dòng)態(tài)變化特征[J].貴州農(nóng)業(yè)科學(xué),2006,34(4)：44-46.(CHEN Jiabo,QIAN Xiaogang,LIXubin,et al.Dynamic characteristicsof soil moisturein tobaccofields[J].Guizhou Agricultural Sciences,2006,34(4)：44-46.(in chinese))

[12]汪耀富,高華軍,邵孝侯.蒸滲儀控制下烤煙土壤水分的時(shí)空動(dòng)態(tài)研究[J].水土保持學(xué)報(bào),2005,19(3)：152-155.(WANG Yaofu,GAO Huajun,SHAO Xiaohou.Study on temporal and spatial dynamics of soil moisture in flue-cured tobacco under control of lysimeter[J].Journal of Soil and Water Conservation,2005,19(3)：152-155.(in chinese))