四川烟区烟叶生产综合抗旱保产技术

李 芹, 杨民烽, 龙 涛, 王 谢,3*

(1.四川省农业科学院农业资源与环境研究所, 成都 610066; 2.中国烟草总公司四川省公司, 成都 610000;3.农业农村部西南山地农业环境重点实验室, 成都 610066)

四川省坡耕地比例大,可灌溉面积小,土壤瘠薄,降雨时空分布不均,生态环境弱,季节性干旱问题突出。四川省旱情具有发生频率高、持续时间长、灾害范围广、经济损失大的特点,常发生春旱、夏旱、伏旱或多季连旱[1]。据近50年的气象资料统计,仅一般干旱年全省受旱面积不低于3×105hm2,严重干旱则全省受旱3×106hm2以上,粮食减产30×108kg以上[2]。干旱在四川省历年因灾减产统计中常居首位[3],是制约农村经济与社会可持续发展的重要因素。

烟草是四川省重要的经济作物,烟叶的高质量生产对优化农村产业结构、增加烟农收入、推动烟区发展起到了积极作用。烟草生长过程需要消耗大量的水资源,对水分的要求很高,而四川旱情频发,烟草生产常发生移栽期春旱、成熟期夏旱、伏旱,由于降雨时空分布不均、缺乏灌溉用水,部分烟区因干旱而造成烟叶的产量和品质降低。即使在雨量充沛的地区,短期的土壤干旱也可能影响到烟草正常生长和烟叶品质。因此,为了避免干旱对烟草生长的威胁,需要积极采取有效的措施,来减轻干旱对烟草生产的负面影响,保障烟农的经济效益,稳定烟草产业发展。

1 干旱气候对烟株生长的影响

1.1 烟株长势减弱

烟草对水分的需求很高,对烤烟而言,整个生育期的需水量为400～600mm,各生育期对降雨量的需求不同,但一般需保证土壤含水量占田间最大持水量的60% ～ 80%[4]。种子萌发时土壤干旱,种子因吸水不足而不能正常发芽,发芽率和发芽势降低,种子活力降低,萌发后的幼苗素质偏弱,存活率降低[5]。大田生长过程中,干旱可使烟草叶片气孔关闭,蒸腾作用减弱,光合能力下降,导致烟株生长缓慢,甚至停滞、死亡[6]。烟草叶片受到干旱胁迫时,膜脂过氧化程度加深,MDA含量升高,需要提高抗氧化酶系统活性升高来清除活性氧的伤害[7]。

干旱无雨往往伴随着气温偏高,特别是夏旱、伏旱时期,高温对烟草植株的生长产生不利影响。烟草喜温、喜光,但温度过高会对植株生长产生热害,烟叶成熟期温度过高,即便是短期高温也会破坏叶绿素,影响光合作用,使呼吸作用增强,消耗过多的光合产物,发生新陈代谢失调,当温度持续高于30℃,会加快烟草的水分和养分的消耗,从而导致烟草植株的枯萎甚至死亡[8]。干旱对烟草植株生长的影响整体上表现为外部形态发育不良,植株矮小,叶片变小增厚,根系发育不良,烟叶成熟延迟;内部生理生化过程受阻,物质代谢紊乱。

1.2 植株养分吸收、运输障碍

干旱条件下,土壤中水分减少,不利于养分的分解和释放,土壤中养分有效性降低,缺水条件下,养分元素难以迁移至根系表面,增加了烟草植株吸收养分的难度。特别是伸根期发生干旱,烟草根系发育不良,根系活力下降,根系吸收能力减弱,导致更加缺乏养分的吸收。有研究表明,干旱胁迫下,烟株体内N素含量增加,P、K、Ca、Mg、Fe、Mn含量减少[9]。此外,由于干旱条件下烟草植株气孔关闭导致蒸腾拉力减小,矿质元素在根、茎中分配比例升高,叶中分配比例降低,不利于叶片的生长。干旱导致烟草植株养分吸收减少,进而引起植株长势不佳,并且随着养分和合成产物运输能力的减弱,最终影响了烟叶的产量形成和品质。

1.3 伴随病虫害爆发

当冬、春季节温度偏高,降水偏少,越冬后烟草害虫卵和幼虫基数大,会提前蚜虫迁飞高峰期,导致发生量增多,引起烟草病毒病感染范围扩大,病虫害防治形势严峻[10]。干旱条件下,某些烟区可能会采用秸秆覆盖的方式减少地表水分蒸发,一方面对烟草虫害起到一定的保护作用,另一方面秸秆本身若未完全腐熟、消毒不彻底,可能引入虫卵,增加烟草虫害和相应病害的发生和传播。此外,干旱导致烟苗长势减弱,对病虫害的抵抗力降低,更易发生病虫害。

2 干旱气候对烟叶生产的影响

2.1 烟叶产量下降

烟草生长过程中需要消耗大量的水资源,水分参与了烟草植株光合作用、呼吸代谢、水分和营养元素的吸收运转、各种酶的活性和有机物质的转化、运输和积累等各种生理生化代谢过程,因此干旱对烟草生长的影响非常深刻,表现在生长发育的各个阶段。其中,旺长期是烟草产量形成的主要时期,烟草生长迅速,代谢旺盛,蒸腾量较大,需水量急剧增多。此时缺水,烟草叶片生长受阻,代谢速率降低,严重影响其产量。

烟草以收获烟叶为产物,干旱导致植株矮小、叶片发育不良,最终表现为产量下降。以山东济源为例,2002年旱情导致全市烟叶平均产量76kg/667m2,减产约40%[11]。研究表明,旺长期干旱对烟草产量的影响最大,烟草产量降低幅度随干旱程度加深而增大。室内防雨控水栽培条件下,伸根期干旱导致烟草产量降低约11%;而旺长期干旱可导致烟草减产11.0% ～ 23.7%,成熟期干旱可导致烟草减产5.2% ～ 16.7%[12]。基于多年实地气象监测和大田测产也证明了即使发生轻度干旱,也可导致烟草减产约10%[13]。

2.2 烟叶质量降低

烟草生长发育过程中,任一时期严重干旱会不同程度降低烟叶品质,其中尤其以成熟期干旱对烟叶品质下降最明显。干旱易引起烟叶假熟现象,烟叶旱黄、枯边、焦尖,甚至出现烟叶灼伤、枯萎,采烤价值较低[14]。为尽量减轻烟叶产、质量损失,需要在烟叶失去采烤价值以前、尽可能成熟的情况下采收,采收时间不易把握,且高温干旱烟叶的细胞壁厚、结构紧密,干旱导致烟叶采收、烘烤难度增加。并且未正常成熟的烟叶,烘烤后色度不良,弹性差,烟叶外观质量降低。

成熟期是烟草干物质合成、积累和转化的主要时期,干旱导致烟株体内生理代谢受阻,烟株体内光合产物合成、运输和转化失调,进而直接影响到烟叶化学成分和香气物质含量。研究表明,干旱可使烟叶糖分下降,烟碱含量增加,上中等烟比例减少,内在化学成分比例失调[15]。随生育期推进,干旱发生越晚,干旱程度越重对烟叶化学成分的影响越大[16]。短时干旱有利于提高香气物质含量,但持续干旱则可导致西柏烷类物质、质体色素降解物、美拉德反应产物和芳香族等香气物质含量降低[17]。越临近烟叶定长阶段,持续干旱对烟叶香气物质的影响越大。

3 烟草抗旱保产措施

3.1 广开水源,节水高效灌溉

干旱多是由于降水偏少,伴随温度升高,地表水分蒸发大,地表、地下水资源匮乏,因而解决四川烟区干旱的关键在于水资源的调控与利用。一方面,加强烟田水利基础设施建设,推进烟水配套工程实施,新建蓄水池、水窖、旱坑等集蓄雨水,为农业生产开辟新的水源,可以将降水、地表径流收集保存,供干旱时灌溉使用。特别是有“卡脖子旱”的中高海拔烟区,水窖是抗旱保苗的关键法宝。同时,综合整治烟区原有的各类坑塘、沟渠损毁、废弃、污染、淤积、干涸等突出问题,践行“四水同治”新思路,提高蓄水防洪、抗旱减灾的功能。

另一方面,高效利用紧缺的水资源,实行节水灌溉。推行滴灌技术配套水肥一体化,根据烟草不同时期的需肥和需水特征,将水和肥适时适量直接输送到烟草根部,可减少灌溉用水,提高肥料利用率,同时也能输送药剂以防治根部病虫害,大大降低烟草施肥、抗旱、防治病虫的劳动强度和工作量[18]。干旱条件下烟草植株养分吸收困难,通过水肥一体化低浓度、高频次均衡稳定供应P、K、Ca、Zn等矿质养分,可以增强烟草叶片保水力,提高植株对干旱的耐受能力[19-20]。

3.2 选育抗性优良的烟草品种

我国烟草品种众多,不同品种对干旱胁迫的敏感程度和耐受限度存在明显的差异。在易受干旱威胁的地区,种植抗旱性较强的品种是保证烟叶收成的重要措施之一。植物的抗旱性是由遗传因子和环境共同控制的一个复杂数量性状,因此,这些优良的抗旱品种可来自于现有品种间的抗旱能力评价筛选和抗旱遗传改良育种。大量研究以种子萌发、幼苗存活率、抗氧化酶活性等为评价指标,筛选出一系列抗旱能力较强的品种,如:“豫烟6号”“TN90”“红花大金元”“K326”“南江三号”等,可直接作为推荐栽培品种[21-23]。另一方面,对现有品种进行抗旱遗传改良,可创制出表现更优秀的新品种。一种方式是利用嫁接换根茎原理,以抗性较强的烤烟品种作砧木,嫁接苗能形成较强大的根系,从而提高抗旱能力[24]。第二种方式是移栽前接种优良的丛枝菌根真菌,促进烟草的渗透调节能力,提高烟苗的早期抗旱性,缩短缓苗期[25]。第三种方式是利用抗旱能力强的品系做亲本进行杂交育种,如“豫烟6号”,其父本“农大202”就具有较强的抗旱性[26]。第四种方式是通过抗旱相关基因进行分子改良,使烟草植株表现出较强的抗旱能力[27]。不同地区干旱发生时间、持续时间不同,除了从品种本身的抗旱性中选择,还应考虑品种的生育期,尽量使其与降水时间一致,减少烟叶生产的损失。

3.3 改进农艺措施适应干旱

在育苗时,做好种子的消毒和用水的清洁,为后期壮苗打好基础,培育的幼苗抗性较好,发生病虫害的几率降低。移栽前,烟田耕翻深度在20 ～ 30cm,以打破犁底层,增加土壤的保水保墒能力,起垄增加雨水的蓄积,并采用秸秆或地膜覆盖减少地表水分蒸发。采用地膜覆盖相对经济、有效,早春情况下覆膜可使土壤水分提高,使移栽成活率提高53%以上,烟叶产量提高9.9% ～ 18.3%[28]。采用秸秆覆盖则有一定的改良土壤性质的作用,但应注意选用充分腐熟的秸秆,避免新鲜秸秆带入烟草病毒引起病害发生[29]。选择品种抗旱性能强、植株根部发育良好的幼苗,根据产地的气候环境适度调整移栽期,保证降水季节与烟草的需水期一致,尽量满足烟叶生产的需要[30]。采用高茎明水深栽,提高烟草移栽成活率[31]。

3.4 应用保水剂、植调剂进行化学调控

保水剂作为底肥施用于土壤中,其吸水能力强,在干旱情况下可缓慢释放水分供给植株利用。市场上保水剂主要为聚丙烯酸钠盐类,在使用时需注意用量和原料本身,避免引起土壤环境质量恶化[32]。相比于普通化学保水剂,含有有益微生物的保水剂、大豆秸秆基保水剂等则更利于改善土壤理化性状[33-34]。

植物生长调节剂作用于烟草叶片,通过调节烟草的生理代谢过程增强植株对干旱的耐受能力。硅和脱落酸可抑制蒸腾作用,减少叶片失水,增强植株抗旱能力[35]。而黄腐酸钾、芸苔素内酯、甜菜碱及部分氨基酸可提高渗透调节物质含量、提高抗氧化酶活性来维持细胞内活性氧系统的代谢平衡,保护细胞膜和生物大分子结构的完整,提高烟草幼苗的抗干旱能力[36-38]。

3.5 应用农机提高生产效率

随着农业现代化发展进程加快,农业机械在农业生产中发挥了省工、降本、增效的作用。烟草较其他作物生产过程更为复杂,技术要求高,劳动强度大,对农机的需求十分迫切。在烟叶生产中,从育苗到采收烘烤的各个生产环节均需要依赖农机提高效率、节省成本、不误农时。在应对干旱胁迫时,农机的应用更显重要,特别是大田生产过程中。

育苗时,通过漂浮育苗,机械辅助剪叶、炼苗,苗棚智能化管理,有利于培育根系发达、长势旺盛的幼苗,后期抗旱能力强。耕整地时,深耕机、旋耕机、铧式犁的应用可高效深耕,使土层深厚、土壤颗粒均匀,增强土壤保墒能力。在移栽时,应用农机进行起垄、打塘、覆膜可增加土壤水分蓄积、减少地表水分蒸发、提高幼苗存活率。当土壤缺水影响烟苗生长时,水肥一体化技术可有效调蓄水资源,及时补充用水以避免植株枯萎,节约用水的同时根据生长期养分需求及时施肥,提高水分和肥料的利用率。采用无人机植保,节省人工,较短时间内完成大面积烟田的病虫害防治,避免病虫害的传播。在采收、烘烤环节,高温干旱增加采摘烘烤难度,应用农机可缩短劳动时间、降低劳动强度,快速完成采收、编杆等过程,尽快地进行烘烤以减轻干旱导致的烟叶损失。