1、江西农业学报 2023，35（10）：16ActaAgriculturaeJiangxiDOI:10.19386/ki.jxnyxb.2023.10.001洱海流域烤烟耗水规律和水分利用效率研究杨文杰，张刘东*，陈丽红，刘清圣，毕红春（云南农业大学 水利学院，云南 昆明 650201）摘 要:为了阐明洱海流域烤烟的耗水规律和水分利用效率，以烤烟品种K326为研究对象，在云南大理磻溪村进行大田实验，运用水量平衡公式和彭曼公式对烤烟的耗水量、耗水强度、耗水模数、水分利用效率等进行了研究。研究结果表明：随着烤烟的生长发育，其耗水量、耗水强度、耗水模数和作物系数均呈现先增大后减小的变化规律，均在旺长期
2、达到最大值；在6个气象要素中，相对湿度对烤烟耗水量的直接影响最大，土壤温度的直接影响最小，且空气温度、风速、日照时数、土壤温度通过相对湿度对烤烟耗水量的抑制作用均最大；随着烟株的生长发育，水分利用效率呈现持续上升的趋势，以成熟期的水分利用效率最高。关键词:洱海流域；烤烟；耗水规律；水分利用效率；作物系数 中图分类号：S572.071 文献标志码：A 文章编号：1001-8581（2023）10-0001-06Study on Water Consumption Pattern and Water Use Efficiency of Flue-cured Tobacco in Erhai Lak
3、e Basin YANGWen-jie,ZHANGLiu-dong*,CHENLi-hong,LIUQing-sheng,BIHong-chun(CollegeofWaterConservancy,YunnanAgriculturalUniversity,Kunming650201,China)Abstract:Toclarifythewaterconsumptionpatternsandwateruseefficiencyofflue-curedtobaccointheErhaiLakeBasin,flue-curedtobaccoK326wasusedastheresearchobject
4、,andafieldexperimentofflue-curedtobaccowasconductedinPanxiVillage,DaliCity,YunnanProvince.Thewaterconsumption,waterconsumptionintensity,waterconsumptionmodulusandwateruseefficiencyofflue-curedtobaccowerestudiedbywaterbalanceformulaandPenmanformula.Theresultsshowedthatwiththegrowthanddevelopmentofflu
5、e-curedtobacco,thewaterconsumption,waterconsumptionintensity,waterconsumptionmodulusandcropcoefficientofflue-curedtobaccoincreasedfirstandthendecreased,andreachedthemaximuminthevigorousgrowthperiod.Amongthe6climaticfactorsthataffectedwaterconsumption,relativehumidityhadthegreatestdirectimpactonwater
6、consumption,whilesoiltemperaturehadthesmallestimpactontobaccowaterconsumption.Airtemperature,averagewindspeed,sunshinedurationandsoiltemperaturehadthelargestinhibitoryeffectonwaterconsumptionofflue-curedtobaccothroughrelativehumidity.Withthegrowthanddevelopmentofthetobaccoplant,thewateruseefficiency
7、showedacontinuousincreasingtrend,andreachedthehighestinmatureperiod.Key words:ErhaiLakeBasin;Flue-curedtobacco;Waterconsumptionpattern;Wateruseefficiency;Cropcoefficient洱海是云南省的第二大淡水湖，面积约246km2，总蓄水量约29.5亿m3，南北总长约40km1。洱海流域属于典型的低纬度高原季风气候区域，其位于大理白族自治州的中心地带，大气降水通过地表径流、湖面降水及地下径流进入湖泊，构成洱海的主要水源。近十几年来，大理洱海地
8、区的年平均气温呈波动上升趋势，气候明显变暖；年降水量总体呈波动下降趋势，秋季降水量减少2-3。洱海流域是传统的农业生产区，烤烟是该流域的主要经济作物之一，区域内独特的气候条件使所产烟叶具有香气量足、余味舒适等特点4。但迄今有关洱海流域烤烟耗水规律的研究尚不多见。为了明确洱海流域烤烟在生长过程中的耗水规律和水分利用效率，为该流域烤烟的高效节能栽培提供理论依据和数据支撑，本试验探究了洱海流域烤烟的耗水量、耗水强度、耗水模数的规律以及收稿日期：2023-07-30基金项目：云南省科技厅重大科技专项（202202AE090034）；云南省农业联合专项（202301BD070001-099）；云南省高层
9、次人才培养支持计划（YNWR-QNBJ-2020-168）。作者简介：杨文杰（1999），男，江苏海安人，硕士研究生，从事水资源高效利用与管理研究。*通信作者：张刘东。江 西 农 业 学 报35 卷2不同生育期的水分利用效率，分析了不同气候因素对耗水量的直接和间接影响。1 材料与方法1.1 试验区概况本试验在洱海流域磻溪村进行，其地理坐标为100 8 27 E、25 49 6 N，海拔1970m，干湿季分明，冬干夏雨，510月的降雨量占全年总降雨量的88%；近17a的年均气温为16.4，年均降雨量为756mm，日照时长为2380h5。该流域2022年烤烟生育期内土壤温度和空气温度的变化如图1所
10、示。1.2 试验设计供试烤烟品种为K326，采用覆膜起垄种植方式，垄长12.6m，垄宽0.5m，垄高0.350.40m；种植行距1.3m，株距0.5m，种植密度15000株/hm2；根据当地农户的传统施肥量（P2O560kg/hm2、K2O150kg/hm2）进行施肥。试验田长87.00m，宽12.15m；为减小本试验研究的空间位置差异，共分12个小区，每个小区长14m，宽6m，每3个小区（随机选取）作为一组参照，14组分别对应处理T1、T2、T3、T4。图1 2022年烤烟生育期间土壤温度和空气温度的变化1.3 土壤物理性质的测定播种前在试验区挖剖面，用环刀（直径5cm，高5cm）在每个剖面
11、取5层土壤样品，在室内测定每层中间土样的容重、饱和含水量、田间持水量、土壤各粒径颗粒的占比等，每层重复测定3次，计算平均值。测量的土壤平均容重为1.5g/cm3，表层饱和含水率为50.38%，最大田间持水量为25.26%；各土层土壤不同粒径颗粒的比例见表1。表1 各土层土壤不同粒径颗粒的比例%土层深度/cm不同粒径土壤颗粒0.25mm0.250.50mm0.50.9mm0.91.0mm1.02.0mm2.05.0mm5.010.0mm10.0mm0206.604.535.862.034.6519.7325.4031.2020405.003.324.701.713.6217.7538.8825.
12、0140609.504.765.481.993.7122.4033.8118.33608011.746.287.282.335.3226.4115.4125.228010026.0912.4315.232.224.3516.3411.4411.901.4 土壤含水率的测定采用土钻法，每间隔10d（降雨前后各加测1次）在离植株10cm处取土壤剖面样品，该样品包含6层，各层深度分别为020、2040、4060、6080、80100cm，采用室内烘干法测定各层土壤的含水率，每层重复测定6次，计算其平均值。1.5 烤烟生物学性状的测定分别在烤烟的出苗期、团棵期、旺长期、成苗期测定烤烟的株高、最大叶长、
13、最大叶宽、叶片数、根长、根粗、茎粗、干物质积累量，去除边际效应，单次随机取10株，结果取平均值。1.6 烤烟干物质积累和产量的测定将烤烟植株（连同根部）完整拔出，用水充分洗干净后用吸水纸吸干水分，分别称量根、茎、叶的鲜重；然后将新鲜的根、茎、叶放入烤箱（105）中杀青30min，再在5HG-56S果蔬烘干机（75）中烘干至恒重，分别称量烤烟根、茎、叶的干重。1.7 作物需水量的计算作物需水量通过水平衡方程计算得到，即：ET=P+I-D+WG-R+SWD （1）式（1）中：P为降雨量；I为灌水量；D为渗漏量；WG为地下水补给量；R为径流量；SWD为储存水量。烤烟整个生育期内以小雨天气为主，无灌水
14、，故I、R可以不考虑；储存水量SWD通过土壤含水率的变化进行计算；地下水补给量WG利用改进后的阿维里扬诺夫公式9进行计算，计算公式为：WG=ET01-（H-d）/Hmaxn（2）式（2）中：H为地下水埋深；d为作物计划湿润层深度；Hmax为地下水极限埋深；n一般取13。Hmax的计算公式为：Hmax=2+5NDVI，0.2NDVI0.8（3）10 期杨文杰等：洱海流域烤烟耗水规律和水分利用效率研究3式（3）中，NDVI为归一化植被指数，用遥感波段反演法10进行计算，其计算公式为：NDVI=（NIR-R）/（NIR+R）（4）式(4)中，NIR、R分别为地物在近红外、红波段的反射率。用彭曼公式计
15、算ET0：ET0=0.404（Rn-G）+900T+273u2（es-ea）+（1+0.34u2）（5）1.8 耗水模数耗水模数的计算公式为：耗水模数（%）=各生育阶段耗水量/总耗水量100%（6）1.9 水分利用效率烟株对水分的利用效率用下式计算：水分利用效率（g/kg）=烟株干物质量（g）/烟株耗水量（kg）（7）1.10 气象要素的监测利用试验区小型气象站采集和收集逐日气象数据，包括降水、风速、温度、日照时数等。每10min读取1次数据，每1h记录1次数据。有效降水量（P0）采用生产中常用的简化公式进行计算：P0=P（8）式（8）中：P0为 有 效 降 水 量；P为 实 际 降 水量；为
16、降水有效利用系数。当降雨量小于5mm时，=0，为无效降雨；当降雨量在550mm之间时，=1，为有效降雨；当降雨量大于50mm时，=0.8，为有效降雨11。1.11 数据处理采用MicrosoftExcel2019软件进行数据整理，用IBMSPSSStatistics26软件进行通径分析，采用Origin2021软件进行插图绘制。2 结果与分析2.1 烤烟的生育期及生育期间降雨量2.1.1 烤烟的生育期 烤烟的生育期受到海拔、气温、品种等12因素的影响。由表2可知，洱海流域烤烟的幼苗期在5月上旬至中下旬，团棵期在5月下旬至6月中旬，旺长期在6月下旬至7月底，成熟期在7月底至9月下旬，历时最久（5
17、4d），期间打顶1次，采摘叶片2次。2.1.2 烤烟生育期间的降雨特征 2022年试验区烤烟生长发育期间（5月5日9月25日）以小于10mm的小降雨事件为主，共降雨66场，占总降雨场次的85.71%；小雨累计降雨量181.3mm，占总降雨量的50.1%。中雨（1025mm）共10场，占总降雨场次的12.99%；中雨累计降雨量142.1mm，占总降雨量的39.26%。大雨（2550mm）共1场，降雨量为38.5mm，占总降雨量的10.64%。烤烟全生育期间总降雨量为361.9mm，有效总降雨量为277.8mm（图2）；各生育期间有效降雨量分别占有效总降雨量的2.48%、29.19%、27.60%
18、、49.17%（表3）。表2 洱海流域烤烟的生育期项目幼苗期团棵期旺长期成熟期日期/（月/日）5/55/195/206/19 6/208/38/49/25历期/d15304554图 2 2022年烤烟全生育期间降雨量的分布情况 表 3 烤烟各生育期降雨量的分布特征 mm项目幼苗期团棵期旺长期成熟期全生育期实际降雨量19.590.4100.3140.5361.9有效降雨量6.981.176.7136.6277.82.2 土壤含水率及其变化规律2.2.1 烤烟全生育期内土壤含水率的变化 在烤烟全生育期间，受到不同类型降雨的影响，在020、2040cm土层中土壤含水率的变化较为明显；不过与020cm
19、土层相比，2040cm土层土壤含水率的变化更为强烈。040cm深度土层的土壤含水率对各场降雨几乎都有响应，每场降雨后土壤含水率均明显上升，随着降雨的停止和降雨径流的消退，土壤含水率逐渐降低。在烤烟全生育期内降雨多为小雨和中雨，对4080cm深土层土壤含水率的影响较小，该土层土壤含水率在降雨前后的变化均较小（图3）。由于79月这3个月的连续降雨量大于5月和6月的，因此旺长期和成熟期的土壤含水率略高于幼苗期和团棵期的。2.2.2 烤烟全生育期内地下水位的变化 浅层地下水位可以反映降雨、地表水与土壤水、地下水之间相互转化的情况13。从图4可以看出：降雨后第江 西 农 业 学 报35 卷42天浅地下水
20、位就出现上升现象；57月的地下水位高于89月的，这可能是因为连续降雨天数较少，雨水蒸发较快，渗漏较慢。降雨量与浅地下水位的变化趋势几乎一致；在此期间出现1次中雨，降雨前1d地下水位为112.4cm，第2天地下水位上升到90.2cm，随后3d内地下水位持续上升，直到68.4cm，可见中等以上的降雨对地下水位的影响迅速且持续时间较长。地下水补给是地下水系统的基本组成部分14，地下水补给量可以反映含水层的可更新能力15。在烤烟全生育期间地下水总补给量为270.38mm。图3 烤烟生育期土壤含水率的变化图4 烤烟全生育期内降雨与浅地下水位的变化规律2.2.3 土壤含水率对烤烟主要生物学性状的影响 土壤
21、水分率会直接影响烟株的生长发育，土壤含水率越高烟株生长越快16。从图5可以看出：在团棵期旺长期间，土壤含水率的变化幅度最大，烤烟植株各生物学性状的增加均较明显，增长幅度表现为株高最大叶长最大叶宽根长叶片数茎粗根粗；在烤烟全生育期内，株高、最大叶长和最大叶宽均随着土壤含水率的变化而先增加后减小，这与余泺等17的试验结果一致。烟株的地下部分指标则随着土壤含水率的变化一直呈现上升趋势。图5 土壤含水率对烤烟生物学性状的影响2.3 烤烟耗水的变化规律2.3.1 耗水量 烤烟在整个生育期间的耗水量为477.51mm；从幼苗期至成熟期，烤烟的耗水量呈“山峰型”变化；各生育期的耗水量表现为旺长期成熟期团棵期
22、幼苗期（图6）。由表4可知：幼苗期烟株较小，耗水主要由土壤蒸发引起18，耗水量只有36.12mm；随着烟株的生长发育，其耗水量慢慢增加，在团棵期增加至110.94mm；旺长期是烤烟生长发育的关键时期，历时最长，在此期间烟株的蒸腾蒸发能力也最强，以致耗水量最大，达到194.12mm；成熟期由于打顶、叶片衰老等原因，耗水量下降至136.33mm。图6 烤烟全生育期内耗水量的变化规律10 期杨文杰等：洱海流域烤烟耗水规律和水分利用效率研究52.3.2 耗水强度 耗水强度能反映作物蒸发蒸腾和生长代谢的能力。由表4可知：烤烟各生育期的耗水强度表现为旺长期团棵期成熟期幼苗期，这与各生育期耗水量的表现基本一
23、致；烤烟全生育期的平均耗水强度为3.32mm/d。2.3.3 耗水模数 耗水模数为各生育阶段耗水量占全生育期耗水量的比例，代表各生育阶段对水分的需求能力。各生育阶段烤烟的耗水模数表现为旺长期成熟期团棵期幼苗期，以旺长期的耗水模数最高，达40.65%。2.3.4 气象要素对烤烟耗水量的影响 就空气温度、相对湿度、风速、日照时数、降雨、土壤温度这6个气象要素对烤烟耗水量的影响进行通径分析。由表5通径分析结果可知：相对湿度对烤烟耗水量的直接通径系数最大，达0.440；其次是降雨量和空气温度，直接通径系数分别为0.322、0.307；土壤温度对烤烟耗水量的直接通径系数最小；空气温度、风速、日照时数、土
24、壤温度通过相对湿度对烤烟耗水量的抑制作用均最大；降雨量通过相对湿度对烤烟耗水量的促进作用最大。表4 烤烟各生育期的耗水量、耗水强度和耗水模数项目幼苗期 团棵期 旺长期 成熟期 全生育期耗水量/mm36.12110.94194.12136.33477.51耗水强度/（mm/d）2.413.704.312.523.32耗水模数/%7.5623.2340.6528.55100.00表5 烤烟耗水量影响因素的通径分析结果气象要素直接通径系数间接通径系数空气温度相对湿度风速日照时数降雨量土壤温度总和空气温度0.307-0.2420.0610.196-0.0860.1730.102相对湿度0.440-0.
25、347-0.161-0.3110.170-0.212-0.860风速0.2730.054-0.1000.100-0.0390.0920.108日照时数0.1460.093-0.1030.054-0.0420.0880.090降雨量0.322-0.0910.124-0.046-0.092-0.044-0.148土壤温度0.120-0.0680.058-0.041-0.0720.016-0.1062.4 烤烟不同生育期的作物系数作物系数是作物自身各种生物学条件和各种外界环境条件对作物耗水量影响的综合表现，可分为单作物系数和双作物系数19，其中单作物系数法的计算形式简便且在实际中应用较广泛。由表6可
26、知：烤烟的作物系数（Kc）随着烟株生长发育的进程呈现先上升后下降的变化趋势；与FAO推荐的Kc值相比,本试验计算得出的洱海流域烤烟各生育阶段的Kc值总体均偏大。表6 烤烟不同生育期的作物系数项目幼苗期团棵期旺长期成熟期FAO推荐的Kc0.30.40.70.81.01.20.91.0试验得出的Kc0.771.131.310.932.5 烤烟产量和水分利用效率2.5.1 烤烟干物质积累与分配 干物质的积累和分配会直接影响作物的产量，是潜在产量的重要衡量指标。由表7可知：烤烟旺长期的干物质积累总量最大；随着烤烟的生长发育，茎秆中干物质累积量占全株干物质累积量的比例越来越大，而烟叶中干物质累积量的占比
27、越来越小。从表7还可以看出：烤烟的根冠比在团棵期和成熟期变小，而在旺长期突增，这可能是由于旺长期土壤含水率较低，虽然根系的生长受到了一定程度的影响，但是地上部茎和烟叶的生长受到了更大的抑制。因此，在旺长期只靠自然降雨和地下水补给无法满足烤烟生长对水分的需求。表7 烤烟各生育期干物质的积累和分配生育期总干重/g根茎叶根冠比干重/g占全株/%干重/g占全株/%干重/g占全株/%幼苗期17.092.420.3314.181.870.1510.9412.790.4174.880.16团棵期66.9615.052.7522.4815.380.6022.9736.530.8754.550.15旺长期222
28、.8628.501.5012.7974.251.4033.31120.114.0453.900.29成熟期208.9029.751.9214.2472.251.6934.58106.912.2651.180.172.5.2 烤烟对水分的利用效率 烤烟对水分的利用效率可以反映烟株通过气孔与大气进行碳、水交换的状况，而光合作用和蒸腾作用是导致烤烟水分利用效率变化的主要因素20。由表8可知，随着烟株的生长，水分利用效率呈现持续上升的趋势，以成熟期的水分利用效率最高，旺长期的水分江 西 农 业 学 报35 卷6利用效率次之。表8 烤烟各生育期的水分利用效率生育期烟叶产量/（kg/hm2）水分利用效率/
29、（g/kg）幼苗期256.20.709团棵期1003.90.904旺长期3341.11.721成熟期3131.82.2973 讨论与小结本试验研究发现，洱海流域烤烟的耗水量在整个生育期内呈“山峰型”波动变化，总耗水量为477.51mm。随着烟株的生长发育，烤烟的耗水量和耗水强度均呈现先增大后减小的变化趋势，这与蔡寒玉等21-22的试验结果一致。烤烟在整个生育期的耗水强度为3.32mm/d，各生育期的耗水强度表现为旺长期成熟期团棵期幼苗期。烤烟各生育期耗水模数的变化规律与耗水强度一致，在旺长期最大（40.65%），成熟期次之（28.55%），这与汪耀富等23的研究结果“烤烟团棵期、旺长期与成熟期
30、的耗水模数分别为19.97%、45.23%和34.80%”相近。通径分析结果表明，在6个气象要素中，相对湿度对烤烟耗水量的直接影响最大，这主要是因为洱海流域相对湿度的日变化较大，日较差达21.4%24。洱海流域烤烟在旺长期的作物系数最大，团棵期的作物系数次之。随着烟株的生长发育，水分利用效率呈现持续上升的趋势，以成熟期的水分利用效率最高。参考文献：1 李松,何显耀.锦绣大理 M.昆明:云南美术出版社,2013.2 安国英,郭兆成,叶佩.云南大理地区19892019年期间气候变化及对洱海水质的影响 J.现代地质,2022,36(2):406-417.3 丁文荣.环洱海地区气候变化特征研究 J.长
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