攀枝花市土壤温度和湿度与烤烟根系发育的关系

毛 敏，潘兴兵，白加林，刘 余，袁家富，徐祥玉

（1.四川省烟草公司攀枝花市公司，四川 攀枝花 617026；2.湖北省农业科学院植保土肥研究所，武汉 430064）

土壤温度是植物生长发育的重要生态因子，对植物根系吸收水分和矿质元素有重要影响，不仅直接影响作物的生长、产量和品质，而且影响作物的生长发育速度、全生育期及其病虫害的发生和发展［1］。土壤水分也是影响烤烟生长发育的重要因素之一，是烤烟有机体的重要组成成分，是烟株体内一切代谢过程的介质［2］。根系作为烟株获取营养元素和水分的主要途径，其构建过程和生长发育与土壤温度和水分条件密切相关。研究表明，烟株根系生长的土壤温度最低为7℃、最高为43℃，在7～25℃范围内根生长速率较低，在25℃以上时，烟株根系生长较快，但在膜下土壤温度达35℃时根系易发生高温伤害［1］；地膜覆盖对土壤温度的提升效果好，能促进烟苗早发快长，但团棵期膜内地表温度过高可能会影响根系生长［3］。土壤相对含水量为20%时烟株根系发育较差、生长缓慢、植株矮小、不易落黄，而土壤相对含水量为80%时根系活力受阻、烟株贪青晚熟，土壤相对含水量在50%时根系体积增长迅速、干物质积累量大、根系活力强，有利于烤烟各项生理活动进行［2］，因此调控温湿度可有效调控烟株的生长发育和产质量，如覆盖和井窖式移栽［3-7］。

攀枝花市是四川省重要的烟草种植生态区，具备优越的光热条件、为烤烟的生长提供了有利环境，但该地区属于干热河谷地带，每年4—6月温度最高、降雨较少，而7—10月则为雨季、温度稍低，这种气候特点决定了烟草种植期间（5—10月）经历了前期高温少雨、后期降雨多的特点，故采用大窝、浇足底水、覆膜的栽培措施，以达到移栽期保水降温的目的。这种模式下整个烟草生长期烟株根部和垄体（两株烟中间）土壤温度和湿度变化以及这种变化与烟株根系生长发育有何关联并不清楚。本研究拟通过高频率监测土壤温度和湿度变化，分析土壤温度和湿度变化与烟株根系生长的关系，为攀枝花市土壤水、温管理、调控烟株生长提供数据支撑。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究点布置在攀枝花市盐边县，是攀枝花市烤烟主产区之一，地处攀枝花市北部，地理位置为北纬26°25′—27°21′和东经101°08′—102°04′，属南亚热带半干旱季风气候，气温年差较小、日差较大。地势以东西向为主，海拔变化大。

1.2 样点布设及数据采集

采样点布置在盐边县的和爱乡团结村（TJ）、和爱乡龙井村（LJ）、新九镇（XJ）、新民乡（XM），数据采集于2019年烤烟移栽开始，选择长势、长相均一的烟株5～6株，在距离烟株5～8 cm的地方作为根部、两株烟中间作为垄体进行数据采集，采集频率每周采集两日、每日分上午8：00—10：00和下午4：00—6：00分别采集一次，如遇降雨或浇水等时间则连续7 d每日采集数据。采集起、止日期分别为5月22日和10月10日，分别以探针式温度计和探针式土壤水分测定仪测定土壤温度和体积含水量，深度为10 cm。在中部叶采烤期每个监测点挖取有代表性的烟株3株，通过根系扫描仪获取根系数据。

1.3 数据分析

数据整理、分析、作图均以R语言记录，数据处理采用Tidyverse包、作图采用ggplot2包、相关性分析采用ggcor包。

2 结果与分析

2.1 土壤温度变化

整体来看，在烟草大田生长期内土壤温度逐步降低（图1），且垄体平均温度显著（P＜0.05）高于根部，下午平均温度显著（P＜0.05）高于上午（图2）。在烟株中间的垄体部分，XM、XJ、LJ、TJ监测点上午时段最高温度分别为24.8、22.8、22.8、24.5℃，最低温度分别为16.6、16.9、16.7、18.4℃，温差分别为8.2、5.9、6.1、6.1℃；XM、XJ、LJ、TJ监测点下午时段最高温度分别为33.4、32.0、32.3、33.9℃，最低温度分别为18.8、19.2、18.4、18.8℃，温差分别为14.6、12.8、13.9、15.1℃。在烟株根部，XM、XJ、LJ、TJ监测点上午时段最高温度分别为24.5、23.1、23.3、24.0℃，最低温度分别为16.6、16.8、16.6、16.8℃，温差分别为7.9、6.3、6.7、7.2℃；XM、XJ、LJ、TJ监测点下午时段最高温度分别为30.4、29.0、28.9、36.6℃，最低温度分别为18.8、18.8、18.8、18.8℃，温差分别为11.6、10.2、10.1、17.8℃。

图1 土壤温度动态变化

图2 烟株根部和垄体的土壤温度

2.2 土壤体积含水量变化

在大田生长期内土壤根部体积含水量维持稳定，垄体含水量则先升高后平稳（图3），且在绝大多数情况下根部体积含水量显著（P＜0.05）高于垄体（图4）。在上午时段，LJ、XM、XJ、TJ监测点烟株根部土壤体积含水量最高分别为97.8%、89.0%、100.0%和100.0%，最低分别为16.4%、16.5%、16.3%和13.0%，分别相差81.4、72.5、83.7和87.0个百分点；LJ、XM、XJ、TJ监测点垄体土壤体积含水量最高分别为86.6%、86.9%、91.2%和86.9%，最低分别为11.7%、14.1%、12.2%和12.8%，分别相差74.9、72.8、79.0和74.1个百分点。在下午时段，LJ、XM、XJ、TJ监测点烟株根部土壤体积含水量最高分别为100.0%、97.2%、86.7%和93.1%，最低分别为18.2%、18.2%、18.3%和18.2%，分别相差81.8、79.0、68.4和74.9个百分点；LJ、XM、XJ、TJ监测点垄体土壤体积含水量最高分别为89.5%、84.0%、87.5%和86.3%，最低分别为18.3%、17.1%、7.2%和15.7%，分别相差71.2、66.9、80.3和70.6个百分点。

图3 土壤体积含水量动态变化

图4 烟株根部和垄体的土壤体积含水量

2.3 根系性状

在采烤中期对烟株根系取样测定，结果显示（图5），总根长、总表面积、平均直径、总体积、根尖数、分叉数、交叉数在LJ和TJ监测点上明显高于XM和XJ监测点，其中分叉数和总根长两项指标的平均值在LJ监测点最高，而其余则在TJ监测点最高，在不同地点上大多数指标差异均不显著（除了交叉数）。

图5 不同监测点根系参数

2.4 温度和湿度与根系性状的关系

温度和湿度两个因子对烟株根系发育有明显影响，监测期内土壤平均温度和平均体积含水量与根系各项指标的关系结果显示（表1），土壤温度和土壤体积含水量与根系各项参数均有显著关系，其中总根长、总表面积和根尖数3项指标与不同时期和不同部位的土壤温度、土壤体积含水量大部分都呈显著相关（下午总根长与土壤温度、上午总表面积与根部土壤体积含水量除外），而根系总体积与土壤温度关系均显著；根系平均直径和分叉数与土壤温度无显著关系，与垄体土壤体积含水量则显著相关。其中，根尖数与土壤温度、土壤体积含水量在时间和空间上均显著相关；上午垄体土壤体积含水量则与所有根系参数均显著相关。

表1 土壤温度和湿度与根系的关系

从相关系数数值上看，不论是根部还是垄体，上午土壤温度与根系参数的相关性高于下午（相关系数数值更大）；根部土壤体积含水量在下午与根系参数之间的相关系数高于上午，而垄体则刚好相反。

3 小结与讨论

由于土壤温度和湿度对植物生长有重要影响，因此通过农艺措施调整土壤温度和湿度来调控烟株产量和品质的研究一直受到关注，如覆盖和遮阳明显影响烟株生物量和根系活力［8］；覆盖通过影响土壤温度和含水量显著促进烟株生长、明显影响烟叶化学成分和品质［9］；通过调整根部温度和湿度能明显影响烟株生长发育和产量［10］；通过深耕影响土壤日温差和相对湿度来调控烟株根系发育和烟叶产质量［6］；土壤温度和湿度与烟株长势及根系发育显著相关［11］，低温调控明显刺激根系发育［12］。这些研究表明，通过调控土壤温度和湿度可以实现烟叶高产优质。土壤温度提高可显著提高玉米根系总根长、分枝数、总体积、总根表面积、根尖数和平均根系直径等参数［13］。土壤含水量明显影响根系发育，过高和过低的土壤含水量均抑制根系生长［2］。本研究表明，靠近根系的温度状况对根系影响较大，而远离根系的土壤水分对根系影响更大，这可能是由于攀枝花市在烟叶移栽时处于一年中最热、降雨量最少、最干旱的时候，在技术上实施浇足底水移栽，该技术使烟株根部温度明显低于垄体、含水量明显高于垄体，而此时温度对根系生长发育的影响大于水分并导致后期烟株生长优势更加明显，因此在测定烟株根系的时期表现出垄体土壤水分含量与根系关系更密切的表观现象。这说明在干热河谷地带烤烟种植过程中浇足底水不仅从水分方面影响烟株生长，也可能从调控温度方面影响烟株生长。