黔西南州不同烤烟种植区气候特征研究

张辉红，张亚恒，沈勰，王唯，刘胜传，吴方莲，张仕祥，陈发元

（1河南农业大学资源与环境学院，郑州 450002；2贵州中烟工业有限责任公司，贵阳 550000；3贵州省烟草公司黔西南州公司，贵州兴义 562400；4中国烟草总公司郑州烟草研究院，郑州 450002）

0 引言

黔西南州位于贵州省西南部、云贵高原东南端，是云南、广西、贵州三省（区）结合部，黔西南州属典型的低纬度高海拔地区(104°35′—106°32′ E，24°38′—26°11′N)，地形为西高东低，全州幅员总面积16804 km2。境内气候类型属亚热带季风湿润气候，气候适宜，无霜期长，雨量、热量充足，雨热同季。烤烟种植主要集中在海拔1000～1700 m 的丘陵地区，是中国西南地区代表性烤烟产区。

烟叶质量对于卷烟产品品质有着至关重要的影响，而优质烟叶生产需要适宜的生态条件[1]。生态条件中气候条件对烤烟品质的影响较为明显[2]，而气候条件主要包括降雨量、温度和光照等，适宜的气候条件是完成烤烟正常生长发育的必要条件[3]，是烟叶优质适产的关键外因之一，可作为区划烤烟种植的重要依据[4-7]。烟株生长发育期间主要利用的水分来源是降雨量，但降雨量会出现时空分布不均匀的特点，水分不足或者过多都会严重影响到烟叶的产量和品质[8]。烟株短时间处于低温或高温条件下后，再经历适宜的温度条件下，可以恢复烟株的正常生长发育[9]，如果长时间处于低温或高温条件下，则会导致参与光合和呼吸作用的各种酶的活性下降，严重时还会导致烟株组织和器官受到严重的损伤[10]。当烤烟大田生育期间温度高于30℃，特别是35℃时干物质的消耗增多会大于积累，造成烟叶质量出现明显降低[11]。烤烟质量和品质与大田期的平均气温以及日平均气温≥20℃的持续时间紧密相关[12]，烟叶生长前期足够的有效积温有利于形成烟叶的糖类物质，但不利于含氮化合物的形成[13]。适宜的光照能够促进烟株的正常生长发育，一方面，光照是烟株进行光合作用的能量来源，不同的光照强度、光照时间会对参与烟株光合作用的酶的活性造成影响，从而会对烟株生长发育和物质的合成产生影响；另一方面，光还会通过光敏色素等作用途径调节植物的生长发育，通过环境信号的方式作用于烟株[14]。本研究主要从与烤烟生长发育紧密相关的降雨量、光照、温度等气候因素入手，对贵州中烟黔西南基地不同产地的气候特征进行统计分析，旨在为优化植烟区域布局提供参考。

1 材料与方法

1.1 数据来源

本研究贵州中烟黔西南基地2010—2021 年气象数据由黔西南州气象局提供。主要地点包括兴义市、兴仁县、普安县、贞丰县、安龙县、晴隆县等6个黔西南州主要植烟县/市，气象数据的代表性强，选取了与烟草生长发育过程和田间管理密切相关的降雨量、日照时数、平均气温、有效积温4项气候要素。

1.2 生育期划分

根据黔西南基地6 个不同产地烤烟生产状况，将烟草大田生育期划分为6 个阶段：还苗期（4 月下旬）、伸根期（5月）、旺长期（6月+7月上旬）、成熟前期（7月中下旬）、成熟中期（8月中上旬）、成熟后期（8月下旬+9 月上旬）。分别计算黔西南不同产地烤烟种植大田生育期4 月下旬—9 月上旬的旬降水量、平均气温、日照时数、有效积温等气象指标数据。

1.3 数据统计分析

采用Microsoft Excel 2019处理数据，采用Pearson法进行指标间的相关性分析，使用Origin 2018 和Microsoft Visio软件作图。

2 结果与分析

2.1 黔西南不同产地烤烟生育期降水量变化

2010—2021年黔西南州兴义市、兴仁县、普安县、贞丰县、安龙县、晴隆县烟草还苗期平均降雨量分别为25.9、28.8、32.9、28.1、25.5、37.2 mm，其中2013 年晴隆县和兴仁县达到最高，分别为75.1、71.8 mm，且明显高于其他年份和产地降雨量，2011年和2012年整体降雨量偏少，其中2012 年贞丰县降雨量最低为1 mm（图1A）；烟草伸根期兴义市、兴仁县、普安县、贞丰县、安龙县、晴隆县平均降雨量分别为157.6、144.3、134.6、185.1、157.1、150.9 mm，贞丰县平均降雨量最高，2011年整体降雨量偏低，其中晴隆县降雨量最低为36 mm（图1B）；烟草旺长期兴义市、兴仁县、普安县、贞丰县、安龙县、晴隆县平均降雨量分别为347.9、334.0、286.7、319.7、272.0、373.1 mm，其中晴隆县平均降雨量最高达到373.1 mm，2019、2020、2021年晴隆县降雨量都是最高，分别为591.3、656.0、425.7 mm，2011、2015 年安龙县降雨量都低于同时期其他产地降雨量，分别为110.0、110.5 mm（图1C）；烟草成熟前期6 个县/市平均降雨量分别为175.5、129.6、145.1、130.4、121.5、144.7 mm，其中兴义市平均降雨量最高（图1D）；烟草成熟中期6个县/市平均降雨量144.8、96.1、120.2、139.3、125.9、140.9 mm，其中2011 年整体降雨量偏低（图1E）；烟草成熟后期6 个县/市平均降雨量分别为134.0、110.6、118.5、111.9、98.4、112.4 mm，由图可以看出2013 年兴义市降雨量明显高于其他县/市降雨量（图1F）。

图1 2010—2021年黔西南不同产地烤烟生育期降雨量变化

2.2 黔西南不同产地烤烟生育期平均气温变化

如图2所示，2010—2021年黔西南州兴义市、兴仁县、普安县、贞丰县、安龙县、晴隆县烤烟生育期不同时间的平均气温变化趋势基本一致。烟草还苗期6个烤烟生产地的平均气温范围在12.6～24.0℃，在2012—2021年兴义市的平均气温都高于其他产地，普安县的平均气温在这12 a 都处于最低（图2A）；烟草伸根期6个烤烟生产基地的平均气温范围在17.7～23.4℃（图2B）；烟草旺长期6 个烤烟生产地的平均气温范围在19.6～24.1℃，贞丰县和兴义市的平均气温基本高于其他产地的平均气温（图2C）；烟草成熟前期、中期、后期6 个烤烟生产地的温度都比较高，平均气温分别是20.6～25.4℃（图2D）、19.9～24.5℃（图2E）、19.2～23.5℃（图2F），12 a间平均气温基本符合贞丰县＞兴义市＞兴仁县＞安龙县＞晴隆县＞普安县。

图2 2010—2021年黔西南不同产地烤烟生育期平均气温变化

2.3 黔西南不同产地烤烟生育期日照时数变化

2010—2021年黔西南州兴义市、兴仁县、普安县、贞丰县、安龙县、晴隆县烟草还苗期日照时数波动较大，最高日照时长达到93.4 h，最低0 h，因为2017年日照异常，多为阴天或者雨天，日照时长较低（图3A）；烟草伸根期日照时数范围在81.7～233 h，其中2015 年安龙县日照时数最高，且在2016、2017、2018年和2021年安龙县日照时数均为最高（图3B）；烟草旺长期日照时数范围在91.7～268.3 h，其中2020 年贞丰县日照时数最高，安龙县的日照时数总体处于较高水平，12 a间的平均日照时数193.85 h（图3C）；烟草成熟期3 个阶段的日照时数分别在37.9～160.1 h（图3D）、51.3～166.4 h（图3E）、50.8～182.6 h（图3F），其中成熟期3 个阶段贞丰县的日照时数均在不同年份处于最高值。

图3 2010—2021年黔西南不同产地烤烟生育期日照时数变化

2.4 黔西南不同产地烤烟生育期有效积温变化

如图4所示，2010—2021年黔西南州兴义市、兴仁县、普安县、贞丰县、安龙县、晴隆县烤烟生育期有效积温的变化趋势大体一致。烟草还苗期的有效积温较低，一般在26.2～139.4℃，其中2012年贞丰县有效积温最高，普安县有效积温都处于最低（图4A）；烟草伸根期和旺长期的有效积温较高，其中伸根期有效积温处于238.4～410.2℃（图4B），旺长期有效积温处于382.4～552.4℃（图4C）；烟草成熟期有效积温贞丰县＞兴义市＞兴仁县＞安龙县＞晴隆县＞普安县，其中成熟前期贞丰县有效积温较高，12年间平均有效积温270.9℃（图4D）。

图4 2010—2021年黔西南不同产地烤烟生育期有效积温变化

2.5 黔西南不同产地烤烟生育期各气象指标变化的主成分分析、随机森林图、相关性分析以及热图分析

将黔西南州不同产地作为处理，不同年份作为重复，通过主成分分析(PCA)的方法研究了不同产地、不同年份对烤烟生育期不同时期气象指标的影响，其中PC1 和PC2 的贡献率分别占据了总方差的51.6%和16.2%（图5A）。通过图5B发现，不同产地不同时期的气象指标没有显著分离；PC1 显著影响了成熟前期降雨量、还苗期有效积温、成熟前期平均气温、成熟中期平均气温、旺长期平均气温、成熟后期平均气温、伸根期平均气温、还苗期日照时数、还苗期平均气温，PC2显著影响了成熟前期降雨量、成熟后期降雨量、还苗期降雨量（图5C）。随机森林图（图5D）结果显示，对于有效积温的变化，平均精度下降值由大到小依次为伸根期有效积温、成熟中期有效积温、成熟后期有效积温、成熟前期有效积温、旺长期有效积温；对于平均气温的变化，平均精度下降值由大到小依次为成熟后期平均气温、成熟中期平均气温、成熟前期平均气温、旺长期平均气温、伸根期平均气温；对于日照时数的变化，平均精度下降值由大到小依次为伸根期日照时数、成熟中期日照时数、旺长期日照时数、成熟后期日照时数。

图5 黔西南不同产地烤烟生育期各气象指标变化的主成分分析(A、B、C)和随机森林图(D)

根据相关性分析图（图6A）和热图（图6B）结果分析表明，还苗期、成熟中期、成熟后期降雨量，伸根期、旺长期日照时数，旺长期、成熟中期、成熟前期、成熟后期有效积温这部分指标之间呈显著正相关(P＜0.05)；生育期不同时期的平均气温之间呈极显著正相关(P＜0.01)，与还苗期日照时数、还苗期有效积温之间呈显著正相关(P＜0.05)；还苗期、成熟中期、成熟后期降雨量，伸根期、旺长期日照时数，旺长期、成熟中期、成熟前期、成熟后期有效积温与生育期不同时期的平均气温之间呈显著负相关(P＜0.05)。

图6 黔西南不同产地烤烟生育期各气象指标变化的相关性分析(A)和热图(B)

3 结论与讨论

气候因子对烤烟内在化学品质形成的影响具有重要作用，烤烟对环境变化十分敏感，气候条件的变化会对烟叶产量和质量有较大的影响[15]。适宜的光照、气温、降水量有利于烟叶物理质量的形成，通常认为，大田生育期光照500～700 h[16]、气温25～28℃[17]、降水量500 mm[18]左右较好。

烟草大田生育期降雨量的强度与时空分布情况，会对烟叶的产量和香气品质产生直接影响[19]。降水通过影响土壤水分含量而影响烟草的生长发育和物质养分吸收、运输及转化，从而影响烟叶化学成分[18,20]。高阳华[21]等研究指出，烟草大田生育期降水过多会对根系发育造成不利影响；降水不足则会导致烟株长势差，造成质量下降。因此，降雨量过多过少都会对烟株的生长产生不影响，对于烤烟整个生育期而言，移栽期降水量增多，光照不宜太强，有利于烟株幼苗还苗成活；伸根期降雨量不宜太多，光照宜充足，以促进根系的生长；旺长期宜充足的降水宜满足烟株生长发育对水分的需求；进入成熟期后，降水不宜过多，否则会推迟烟叶的成熟，降低最后品质[18]。本研究表明，还苗期、伸根期降雨量较低，有利于根系的生长，旺长期降雨量增多，随后成熟期降雨量降低，能够保证烟叶的适时成熟。晴隆县降雨量在烤烟生育期各个时期较适宜，有利于烟株的生长发育和较高品质烟叶的生产。

烤烟属于喜温作物，适宜生长的温度范围比较宽，在10～35℃都能生长，但25～28℃是烤烟最适宜的生长温度[18]。本研究中，黔西南主要烟区还苗期平均气温范围在12.6～24.0℃，成熟期的平均气温较高基本在20～25℃范围。有研究表明，当烟叶成熟期的平均气温介于20～28℃时，烟叶的品质会随着气温的升高而提高[22]。当成熟期的温度大于35℃时，会造成烟草叶面的灼伤，对烟叶质量造成影响[23]，若成熟期的日平均气温低于17℃时，烟草的生长发育会受到阻碍，并且会降低烟草对病虫害的抵抗力，烟叶的品质也会受到影响[5]。根据2010—2021年对黔西南州不同基地大田生育期平均气温的分析，发现贞丰县平均气温较高，符合大田生育期间烟草生长的适宜温度，烟叶品质会相对较高，普安县的平均气温较低，但不会对烟叶的品质造成较大的影响，依然能够满足烟草生长。

光照时长偏少，光合作用降低，干物质积累量减少，烟株生长速度变缓，烟株矮小，烟叶叶片变薄，易受到病虫害危害，会造成烟叶烟碱含量下降，油分不足，香气不足，口感变差；光照强度过强，则会造成烟叶叶片变厚，形成粗筋爆叶，烟叶烟碱含量增高，导致口味辛辣，烟叶成品颜色不正，品质变差[18]。本文研究发现，烟草还苗期日照时数降低，伸根期和旺长期对光照的需求较高，日照时数增加，成熟期日照时数适宜，符合成熟采收期日照时数280～300 h[24]。

烟草整个生育期的完成大致需要2200～2800℃的有效积温，韩锦峰等[25]研究认为，烟草苗期大于10℃的活动积温为950～1100℃，从移栽期到成熟期大于10℃的活动积温为2200～2600℃。如果生育期的有效积温达不到烟草正常生长发育的需要，那么烟草的生育期便会延长直接会影响到烟草的产量和品质[26]。通过对黔西南州6 个植烟县/市不同时期的有效积温统计分析，贞丰县的有效积温较高，能够满足不同时期烟株对积温的需求，普安县的有效积温较低，可能会使烟草的成熟期延迟。

黔西南州被国家烟草局列为全国最佳优质烟叶发展潜力区，通过对黔西南州烤烟不同产地气象特征进行分析，为当地烤烟的种植分布提供参考价值。本研究结果表明：（1）通过对黔西南不同产地2010—2021年气象数据的分析，发现兴义市大田生育期降雨量较多，趋势表现为还苗期、伸根期降雨量较低，促进根系生长发育，旺长期降雨量增多，满足烟株对水分的需求，成熟期降雨量适宜，有利于烟叶品质形成；（2）黔西南不同产地大田生育期平均气温和有效积温表现为：贞丰县＞兴义市＞兴仁县＞安龙县＞晴隆县＞普安县，大部分地区平均气温特点符合优质烤烟种植区需求；（3）黔西南州大田生育期日照时数表现为旺长期和成熟期贞丰县日照时数较高，普安县日照时数整体较低。研究结果明确了不同产地气象数据的变化，对黔西南州植烟区的分布提供了重要理论依据。