基于气象因子匹配的贵州烟区适宜移栽期研究

王程栋,李 想,付生华,徐 健,陈丽萍,王克敏,穆东升,焦 剑,孙光军*

(1.中国农业科学院烟草研究所,山东 青岛 266101；2.中国烟草总公司贵州省公司,贵州 贵阳 550000)

烟叶质量的优劣对于卷烟产品的品质具有决定性的影响，优质烟叶的生产不仅需要适宜的生态条件，更需要根据烤烟生长发育特点充分利用有限的自然资源。烤烟大田生育期内气候因子在不同生育期的分配状况对于优质烤烟的生产起着至关重要的作用，而气候条件主要包括温度、降水和光照，适宜的气候条件是烤烟完成正常生长发育所必需的。此外，相对湿度的高低会影响烤烟发病情况，烟田生育期前期相对湿度过大会显著增加烟田发病率。移栽期是烤烟种植的关键环节，移栽期不同，烤烟生长发育期间所对应的生态条件尤其是气候条件也会随之变化，从而影响烤烟物理性状的形成与生理代谢物质的合成、积累过程，进而影响烟叶的产量和品质。根据区域气候条件的时空变化特点，选择合适的移栽期，以最大限度的利用优质烟叶生产所需要的环境条件，是提高烤烟种植经济效益的重要措施。

目前关于不同移栽期所对应的气象因子与烤烟物理和化学形状的相关性及其对烤烟产量与质量的影响已有较多的研究，但大多数局限于特定区域、单一气象因子与烤烟产量和质量相关指标的相关性研究，缺乏与不同烤烟产区尤其是优质产区气候条件的对比。此外，在以往的移栽期与气象因子的匹配研究中试验周期较短，降低了研究结果在长时间尺度上的适用性及准确性。本研究以贵州烟区作为试验点，基于2000—2015年气象数据，对研究区烤烟整个生育期及不同生育期气温、降水、日照时数及相对湿度的日均值动态变化特征进行分析，同时与邻近优质烤烟产区相应烤烟生育期主要气象指标的分配状况进行比较，以模拟推算出与研究区主要气象指标分配特征相适应的烤烟适宜移栽期。从而为通过气象因子的分配特征来确定不同烤烟种植区适宜移栽期相关模型的构建提供理论依据与数据支持，同时也为烤烟移栽期相关研究提供新的途径。

1 研究区概况及方法

1.1 研究区简介

贵州省位于中国西南腹地，与云南、四川、重庆、广西、湖南接壤，经、纬度范围为E 103°36′3.95″～109°33′21.24″，N 24°37′18.80″～29°13′30.94″，属亚热带湿润季风气候。贵州省境内地势西高东低，地貌可分为高原、山地、丘陵和盆地四种基本类型，高原山地居多，是全国唯一没有平原支撑的省份(图1-a)。区域内生态条件多样，四季分明、雨热同期、水热资源丰富，农田生产条件较好，农田面积分布较广，其中西部和北部地区农田分布相对集中，所占面积比例较高(图1-b)。

图1 研究区域海拔高度(a)及农田面积比例(b)空间格局Fig.1 Spatial pattern of altitude(a)and farmland area ratio(b)in the study area

烤烟是贵州省重要的经济作物，根据贵州省烤烟种植区划，可将贵州省划分为5个区：黔中丘原盆地中间香型烤烟种植区、黔北山原中山清香型烤烟种植区、黔西高原中山清香型烤烟种植区、黔南丘原中山清香型烤烟种植区以及黔东低山丘陵清香型烤烟种植区共5个烟区。因此，本研究将按照这5个分区，同时与贵州省相邻近的四川省的会理、云南省的楚雄、大理、曲靖、玉溪共5个县(市)烟区进行对比，对贵州省不同烤烟种植区主要气象指标的动态特征及其在烤烟不同生育期的分配状况进行分析。其中四川省会理是距离贵州较近的四川烟区，也是四川省凉山州的主要产区。云南楚雄、大理、曲靖是距离贵州较近的云南主产烟区，对比区域烤烟质量优良，气候条件适宜烤烟生长。

1.2 数据来源

气象台站观测数据用于分析贵州烟区的生态特质(贵州省气象台站分布如表1)，站点数据来源于中国气象局(http://www.cma.gov.cn/)的气象台站观测数据，选取了与烟草生产过程和田间管理密切相关的日平均气温、日降水总量、日照时数、相对湿度共4项要素。

表1 贵州省气象台站分布

1.3 方法

生育期关键指标及其相应阈值选取

基于气象台站观测数据，依据烟株生长发育的关键气象指标及其相应阈值(表2)，分析研究区不同生育期的气象特征，并与其他典型烤烟产区进行对比，探讨研究区不同气象因子在不同生育期的限定性问题。所选取的气象指标包括>10 ℃活动积温及气温、降水量、日照时数、相对湿度的日均值。

表2 选取的关键指标及其阈值

生育期划分

根据调查及文献资料，将研究区及对比烟区烤烟当前移栽期统一设置在5月1日左右(年积日，day of the year (DOY) 122)，烤烟整个大田生育期大约140 d(DOY122～261)，移栽40 d后为旺长期，旺长30 d后为成熟期，成熟期持续70 d，因此移栽伸根期为DOY121～160，旺长期为DOY161～190，成熟期为DOY191～260。

2 结果与分析

2.1 主要气象因子的时间动态分析

气温条件分析与对比

由图2可知，贵州烟区及对比烟区日均气温总体呈现先升高后下降的趋势，日均气温变异系数在前期和后期较高，中期相对稳定，其中黔西地区日均气温变异系数在所有统计地区中变化幅度最明显。与对比烟区相比，在DOY1～DOY91时间段内贵州烟区日均气温偏低；在DOY181～DOY271时间段内，除黔西地区日均气温较低外，其他地区日均气温均明显高于对比烟区。

图2 研究区及对比烟区2000—2015年日平均气温平均值及其年际变异系数动态Fig.2 Daily mean temperature and its interannual variation coefficient between the study area and comparison tobacco planting areas from 2000 to 2015

进一步对研究区烤烟大田生育期内不同地区间日均气温动态变化情况进行分析(表3)，黔西地区日均气温在移栽伸根期、旺长期和成熟期均最低，而且该地区烤烟整个大田生育期>10 ℃积温小于2600 ℃，未满足烤烟生育期内对热量条件的要求；黔东地区在不同生育期日均气温均最高，黔北、黔南和黔中地区在不同生育期日均气温适中。

表3 研究区及对比烟区不同生育期温度状况对比

降水条件分析与对比

由图3可知，贵州烟区及对比烟区降水基本集中在DOY121～271的时间范围内，该时期降水量变异系数也相对较低且变幅较小；前期和后期降水量相对较少，降水量变异系数较高，变化幅度较大。

图3 研究区及对比烟区2000—2015年日均降水总量及其年际变异系数动态Fig.3 Daily mean precipitation and its interannual variation coefficient between the study area and comparison tobacco planting areas from 2000 to 2015

结合表4可知，与对比烟区相比，贵州烟区整个大田生育期降水量相对较多，降水总量为838.51 mm，满足了烤烟不同生育期对降水的需求，但降水量在相同生育时期存在明显的地区差异。其中，移栽伸根期，黔东地区降水量最多，黔西地区最少；旺长期，黔北地区降水量最少，低于对比烟区平均值，黔南地区降水量在所有统计地区中最多，黔东、黔中和黔西地区降水量略高于对比烟区平均值；成熟期，黔南地区降水量最多，黔北、黔东地区降水量相对较少，且明显少于对比烟区。

表4 研究区及对比烟区不同生育期降水总量对比Tab.4 Comparison of precipitation in different growth stages between the study area and comparison tobacco planting areas

日照时数条件分析与对比

由图4可知，与对比烟区相比，贵州烟区日照时数在DOY 1～181和DOY 271～361时间范围内明显偏低，变异系数偏大；在DOY 182～270的时间范围内日照时数及其变异系数与对比烟区基本吻合。结合表4可知，贵州烟区烤烟整个大田生育期平均日照时数为607.25 h，而对比烟区相对应的时间段内平均日照时数为739.10 h，两者相比，贵州烟区日照时数明显偏少；区域内，黔中和黔西地区日照时数相对较少，黔南地区日照时数最多。

图4 研究区及对比烟区2000—2015年日平均日照时数及其年际变异系数动态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

从不同生育期看(表5)，移栽伸根期，黔北地区日照时数最少，黔东和黔中地区也相对较低，黔南地区日照时数最多，黔西地区次之；旺长期，黔西和黔中地区日照时数相对较少，黔东和黔南地区相对较多；成熟期，黔西地区日照时数最少，黔中地区也相对较少，黔南地区日照时数最多。

表5 研究区及对比烟区不同生育期日照时数对比

相对湿度条件分析与对比

由图5可知，与对比烟区相比，相同时间贵州烟区相对湿度偏高，尤其以DOY 1～166和DOY 286～361时间段内差异显著；除黔南和黔西地区相对湿度变异系数在DOY1～151的时间段内变异系数较大外，黔中、黔北及黔东地区相对湿度变异系数基本保持稳定，年内变化幅度较小。

图5 研究区及对比烟区2000—2015年日平均相对湿度及其年际变异系数动态Fig.5 Daily mean relative humidity and its interannual variation coefficient between the study area and comparion tobacco planting areas from 2000 to 2015

结合表6可知，与对比烟区相比，贵州烟区烤烟不同生育期日均相对湿度均偏高。其中，移栽伸根期与对比烟区差值最大，为13.97%；旺长期次之，为6.12%；成熟期差值最小，为0.18%。区域内不同地区间日均相对湿度也存在明显的差异，其中，移栽伸根期日均相对湿度变化范围为73.58% ～81.92%，黔东地区最高，黔南和黔西地区相对较低；旺长期，日均相对湿度变化范围为79.14%～80.99%，黔东地区最高，但与黔南和黔西地区差异较小，黔北地区最低；成熟期，日均相对湿度变化范围为75.03%～80.32%，黔南地区最高，黔西地区次之，黔北地区最低。

表6 研究区及对比烟区不同生育期相对湿度对比

2.2 基于气候资源匹配的生育期时间优化

结合烤烟生产实际及前人研究结果，成熟期气象因子对烤烟产量和质量的影响最大，一方面成熟期要保证水热资源充足，防止早霜危害，另一方面要避免烟叶采收后期降水过多，影响烟叶烘烤质量。因此，依据前人研究结果及研究区主要气象指标的年内动态分布特征，在当前时间安排下，将贵州烤烟成熟期所处时间段分别前移5 d、10 d，后移5 d、10 d，然后进一步通过成熟期的时间推算其相应移栽时间，以根据不同地区主要气象指标的时间动态特征，找到其适宜的移栽时间。

由图6-a可知，黔北地区移栽期前移后，成熟期，>10 ℃活动积温、日均气温、日照时数及降水量随移栽期的前移均呈现逐渐增加的趋势，而日均相对湿度变化不明显；旺长期，>10 ℃活动积温、日均气温和日照时数随移栽期的前移逐渐降低，而日均降水量和相对湿度逐渐增加；移栽伸根期，>10 ℃活动积温、日均气温、日照时数、降水量及相对湿度均随移栽期的前移呈现逐渐下降的趋势。总的来看，对于黔北地区来说，将成熟期前移10 d左右即4月20日左右移栽，不仅能够保证成熟期充足的水热条件，还能保证该地区烤烟移栽伸根期和旺长期最大降水量，但需注意烤烟生育前期和中期低温和日照时数不足的影响。

由图6-b可知，黔东地区移栽期前移和后移都会不同程度的提高该地区烤烟成熟期、旺长期和移栽伸根期烟田>10 ℃活动积温、日均气温及相对湿度，同时还能提高移栽伸根期降水量。此外，成熟期降水总量会随移栽期的前移而增加，而日照时数虽然随移栽期时间的调整而存在波动，但所有时间处理均高于对比烟区均值。该地区烤烟旺长期降水量随移栽期的后移而减少，而日照时数则表现出相反的特征。总的来看，对于黔东地区来说，在当前时间安排下，将烤烟成熟期前移5 d ，即移栽期前移至4月26日左右能够实现该地区主要气象指标的优化配置，但需注意生育前期日照不足对烤烟生长发育的影响。

由图6-c可知，黔南地区移栽期前移和后移均会导致烤烟成熟期期间>10 ℃活动积温和日均气温的降低以及日照时数的减少，而该时期相对湿度和降水量却不同程度的增加；旺长期降水量随移栽期前移增加明显，移栽期前移和后移均会导致旺长期积温和日均气温的降低；移栽伸根期降水量随移栽期后移增加明显，而移栽期前移和后移均能提高该时期积温和日均气温。总的来看，在当前的生育期安排下，将烤烟成熟期前移5～10 d即移栽期在4月21-26日，主要气象指标基本符合烤烟生长发育的要求，但需注意移栽伸根期低温对烤烟生长发育的影响。

注：图中横坐标-10表示移栽期前移10 d，-5表示移栽期前移5 d，0表示当前时间安排，5表示移栽期后移5 d，10表示移栽期后移10 d。图6 不同移栽期安排下主要气象指标与对比烟区差异情况Fig.6 Differences of the main meteorological indicators between the study area and comparison tobacco planting areas under different transplant time schedule

由图6-d可知，黔西地区移栽期前移和后移均会导致成熟期>10 ℃活动积温、日均气温及日照时数不同程度的下降，而降水量和相对湿度增加明显；旺长期>10 ℃活动积温和日均气温随移栽期前移和后移而下降明显，而降水量呈现不同程度的增加；移栽伸根期积温>10 ℃活动积温和日均气温也随移栽期前移和后移而下降，而降水量却随移栽期时间的调整而降低。总的来看，在当前生育期时间安排下将烤烟移栽期前移或后移，会导致该地区烤烟生育期前期和后期受到低温胁迫的影响，但当前的时间安排易导致旺长期和成熟期干旱，因此，对于黔西地区来说，当前的生育期安排能够满足烤烟光热的要求，但需注意旺长期和成熟期干旱对烤烟生长发育的影响。

由图6-e可知，黔中地区移栽期的前移后移栽期>10 ℃活动积温和日均气温逐渐增加，而相对应的移栽伸根期和旺长期>10 ℃积温和日均气温却逐渐降低；该地区烤烟不同生育期降水量均会随移栽期前移和后移而不同程度的增加，其中，移栽期前移相对应的旺长期和移栽期降水量增加明显，移栽期后移相对应的移栽伸根期降水量增加明显。通过移栽期前移能明显的提高旺长期和移栽伸根期气温、增加整个大田生育期降水量，而移栽期后移虽然使移栽伸根期气温及降水量明显提高，但会导致生育前期相对湿度过高。因此，在当前生育期时间安排下，将移栽期前移5～10 d即移栽期在4月21-26日左右对于黔中地区烤烟生长最为适宜，但仍需预防移栽伸根期低温及日照不足的影响。

3 结论与讨论

3.1 烤烟适宜移栽期的选择

烤烟是一种高光效植物，贵州地区辐射强度较高，但极少达到光抑制水平，因而本研究中未考虑辐射强度。结合研究区满足烤烟生长发育要求的时间段内气温、降水和日照时数的动态特征及对比烟区主要气象指标在烤烟生育期的分配状况可知，贵州烟区的气象资源主要限制性问题为移栽伸根期和旺长期前期低温、光照差、空气湿度大，旺长期后期和成熟期前期降水较少。成熟期是烤烟产量和质量形成的关键时期，一方面需要水热状况良好以满足烤烟生长发育的需求，另一方面又要避免极端天气对烤烟产量和质量的影响。烤烟成熟期后期即中部叶采收后，低温、早霜是影响中上部烟叶品质的重要因素，而后期降水过多，田间湿度过大，会影响中上部烟叶的烘烤，易导致烤后烟叶出现挂灰状况，从而降低烤烟的等级和烤烟种植的经济效益。成熟期热量条件充足，而降水量适宜是移栽期选择的条件之一。旺长期是烤烟进行营养生长的重要时期，该时期烤烟对水分需求量大，烟田缺水极易导致烤烟产量的下降。因此，适宜的移栽期还需保证旺长期光、温、水条件(尤其是水分)适宜。烤烟移栽伸根期生长发育相对迟缓，对水分需求量较少，在满足烤烟正常生长需求的基础上适当的干旱有利于烤烟根系下扎。而低温往往是移栽伸根期主要的限制因素，因此适宜的移栽期还需考虑移栽伸根期低温的影响。因此，如何通过移栽期的调整解决当前生育期时间安排下的主要限制性问题是研究区适宜移栽期选择的关键标准。本研究选用了与之密切相关的四个气象因子，通过贵州省气象特征，兼顾当地生产实际，从移栽期调整的角度调节烤烟与生态条件的适应关系。

3.2 与适宜移栽期相匹配的农艺措施

由于烤烟生产具有订单属性，云烟87作为工业公司指定种植品种，因此在本研究中未对品种进一步研究。通过对贵州烟区黔北、黔东、黔南、黔西和黔中5个地区主要气象指标在不同移栽期安排下的分配情况可知：在当前的生育期时间安排下，除黔西地区外，黔北、黔东、黔南和黔中4个地区烤烟移栽期适当前移更有利于烤烟不同生育期，尤其是成熟期对主要气象资源的利用。而移栽期前移对烤烟不同生育期主要气象指标的分配均会产生影响，结合研究区主要气象指标的时间动态特征来看，烤烟移栽期前移会导致烤烟生育期前期尤其是移栽伸根期积温、日均气温和日照时数不足。因此，对于研究区不同地区来说，如何预防烤烟生育前期低温危害，增强日照时数是区域内优质烤烟移栽期选择的共性问题。当前贵州烤烟生产提出的“三基本”中第一“基本”就是大多数烟区在5月1日移栽基本结束，而贵州连续三年高质量完成烟叶计划生产，其中移栽期在5月1日基本结束就是对本研究成果的验证。

对于研究区来说，提高移栽伸根期烟田温度是与烤烟移栽期前移相配套的关键技术。地膜覆盖作为一种重要的栽培技术措施，烤烟移栽后进行地膜覆盖能起到明显的保温、保湿的效果，从而一定程度上降低烟田早期低温对烤烟生长发育的影响。通过贵州烟区不同地区降水的季节分布特征可以看出，与对比烟区相比，贵州烟区大部分地区在烤烟移栽伸根期降水量较多，而生育后期水分亏缺严重。为适应烤烟提前移栽对温度的要求，膜下小苗移栽在南方优质烤烟产区已普遍采用，该技术在贵州烟区也得到广泛的推广，并得到了较好的生产适用效果。此外，井窖式移栽对于烤烟移栽初期也具有明显的恒温、保湿的作用，因此采用井窖式移栽技术也能为烟苗移栽后提供适宜的生长环境。而针对日照时数不足、空气湿度大的问题，可以采用调整群体结构措施，结合烟田叶面积指数(LAI)观测和烟叶质量分析，优化群体冠层结构，在保证产量并提升品质的前提下，使烟株群体最大程度地获取光照和辐射资源。因此可以通过修建小型蓄水设施将前期过多的降水蓄存起来，以便生育后期作为烟田补充用水，从而实现水资源的时间合理分配。

当前的生育期时间安排下(5月1日移栽)，除黔西地区外，贵州烟区其他地区烤烟大田生育期光、温、水、热条件基本能满足烤烟正常生长发育的要求，但移栽伸根期和旺长期前期日均气温较低、光照条件较差、空气湿度较大，旺长期后期和成熟期前期降水量不足是区域内烤烟种植的共性问题。基于研究区不同地区气象条件对比分析，对不同地区的生育期进行时间优化：黔北地区生育期前移10 d左右(4月20日左右移栽)，黔东地区烤烟生育期前移5 d(4月26日左右移栽)，黔南和黔中地区烤烟生育期前移5～10 d(4月21-26日左右移栽)，黔西地区生育期时间不变(5月1日左右移栽)。