湘南烤烟高温逼熟现象发生的生态因素分析

谷萌萌，王子腾，倪新程，张 臣，张靖媛，罗文君，陈文灿，韩夏冰，张帅广，朱大恒*

1.郑州大学生命科学学院，郑州高新技术产业开发区科学大道100 号 450000

2.郑州安图生物工程股份有限公司，郑州管城回族区经开第十五大街199 号 450000

烟草是一种对环境条件变化十分敏感的作物，生态因子对烟叶产量、品质和特色有较大影响［1-2］。高温逼熟是发生在烟草成熟期受高温等不良环境胁迫而出现植株早衰的一种假熟现象［3］，这种现象在湘南烟区尤为突出，广西等南部烟区也普遍发生。高温逼熟使烟叶出现粗筋暴叶，烟叶蒸腾和呼吸作用失常，导致叶片组织尚未成熟就出现黄斑、褐变，严重影响了烟叶的品质和可用性［4-6］。

温度是影响作物生长发育及其品质形成的重要因素。有研究认为，烤烟生长期内温度高于30 ℃，特别是35 ℃时烟草干物质的消耗大于积累，造成烟叶品质和产量降低［7］；烟叶成熟期温度过高，即使是短期的高温，也会影响烟草中叶绿素的合成，从而影响光合作用［6］。金云峰等［8］采用人工气候室模拟试验表明，较高的成熟期温度（均温25 ℃）条件下质体色素含量下降幅度最小，有利于质体色素积累和烟叶光合作用。杨永霞等［9］采用人工气候室模拟研究表明，成熟期高温处理（均温28.1 ℃，日最高温38 ℃）可促进烟叶质体色素降解，有利于烟叶香气成分的形成和积累，但未涉及水分、光强等因素的影响效应。我国北方不少烟区烟叶成熟期平均温度和南方烟区差异并不显著［10］，但出现高温逼熟现象并不普遍，因此，湘南烟区出现高温逼熟现象的主要原因值得进一步研究，高温可能不是逼熟的唯一原因。

有关我国烟区生态环境和烟叶品质的关系、特色烟草栽培气候条件等方面，国内已有大量的文献报道［11-18］，在已有文献报道中，温度因素研究多涉及日均温度，而有关日最高温度及天数、日最高光强及天数等对烟叶成熟的影响鲜见报道；且有关烟区生态因子（降雨、气温、光强等）对烟叶品质的综合影响效应、主要生态因子逆境阈值等方面，国内研究报道较少，尤其是在烟叶高温逼熟现象的形成机制及防控技术体系方面尚缺乏系统深入试验。为此，对湘南烟区烟叶高温逼熟现象的生态因素进行了较系统的研究，旨在揭示高温逼熟现象的发生机制，为烟草生产上高温逼熟现象的防控提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试烤烟品种为云烟87，试验地点设置在湖南省桂阳和常宁试验田。试验田基本气象条件：湖南省郴州市桂阳县仁义镇梧桐村，位于湖南省东南部。地理坐标：东经112°13′至112°55′，北纬25°27′至26°13′。属中亚热带季风性湿润气候，年平均气温17.5 ℃，年日照量1 527.8 h，年平均降水量1 485.5 mm；衡阳常宁市三角塘镇石岭村，位于湖南省中南部。地理坐标：东经112°07′至112°41′北纬26°07′至26°35′。属亚热带季风气候，年平均气温17.9 ℃，年日照量1 567.7 h，年平均降水量1 346.7 mm。

1.2 试验方法

监测时间：2015—2017 年烤烟大田生育期。生育期与月份对应关系为，生长前期（3 月下旬至4 月）、旺长期（5 月）、烟叶成熟期（6 月）。

烟区生态因子监测指标：生育期降雨量、气温（包括成熟期日最高气温≥35 ℃天数、成熟期最高气温≥38 ℃天数）、午间光照强度（光强）和烟叶高温逼熟率等。

1.3 测定方法

从烟苗移栽至烟叶采收，采用RS-100 雨量计（北京天星智联科技有限公司）每天监测降雨量；从烟苗移栽至烟叶采收用温湿度记录仪179-TH（北京鼎轩盛世科技有限公司）每天监测气温，测定时间为上午11∶00 和下午2∶00，测定结果取平均值；统计烟叶成熟期最高气温≥35 ℃天数、成熟期最高气温≥38 ℃天数；从旺长期至采收采用TES-1332A 数字式照度计（深圳市源恒通科技有限公司）每天监测记录光强，测定时间为上午11：00 和下午2：00。

参照王子腾［3］的方法测定烟叶高温逼熟率，从成熟期至采收，每3 d 记录1 次。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2010 对气象数据进行统计分析，用SPSS 17.0 数据处理软件对高温逼熟率和主要生态因素进行相关性分析。

2 结果与讨论

2.1 烤烟生育期生态指标分析

2.1.1 烤烟生育期降雨量统计与分析

2015—2017 年桂阳和常宁试验点降雨量分布如图1 所示。从桂阳试验点烟株生长前期来看，2015 年和2017 年降雨量较往年同期平均降雨量有所减少，这有利于烟苗移栽和烤烟伸根期根系的生长；2016 年降雨量较常年同期增加200.4 mm。其中，4 月份合计降雨量较常年同期增加95.05%，降雨日数多则导致土壤潮湿，不利于烟苗根系的生长。从旺长期来看，2015 年降雨量较常年同期差距不大；2016 年降雨量较常年同期略有增加且降雨量充足；2017 年降雨量偏少，较常年同期减少31.5%。从成熟期来看，2015 年降雨量比常年同期平均减少57.8%，减少较多；2016 年降雨量较常年同期变化不大；2017 年降雨量较常年同期显著增加。常宁试验点与桂阳试验点的降雨量监测数据规律相似，2016 年烟株生长前期降雨量较多，远远超出常年同期。2015 和2017 两个年份湘南烟区未发生明显的高温逼熟现象，而2016 年湘南烟区普遍出现了典型的高温逼熟现象，说明生长前期降水量偏多可能会导致高温逼熟现象的发生。

图1 烟田降雨量统计Fig.1 Rainfall statistics in tobacco fields

2.1.2 烤烟生育期气温统计与分析

2015—2017 年桂阳试验点和常宁试验点平均气温分布如表1 所示。从桂阳试验点旺长期气温来看，月平均气温3 个年度差异不大；月最高气温2016 年略高于2015 年和2017 年；日最高气温≥35 ℃天数3 个年度差异不大。从成熟期气温看，3个年度月平均气温相差不大；月最高气温2016 年较2015 年和2017 年分别提高3.7 ℃和4.1 ℃；日最高气温≥35 ℃天数2016 年较2015 年和2017 年增加14 d；此外，日最高气温≥38 ℃天数2016 年出现了4 d，而2015 年和2017 年未测出。常宁试验点监测数据略有不同，2016 年成熟期平均气温偏高且高温天数较多，高温逼熟现象较为严重；2015年常宁试验点日最高气温≥35 ℃天数和日最高气温≥38 ℃天数与2016 年度桂阳试验点相近，气温较高，但2015 年常宁试验点高温逼熟现象并不突出。这表明气温可能与高温逼熟现象有关，但不是导致高温逼熟现象发生的唯一因素。

2.1.3 烤烟生育期光照强度分析

2015—2017 年桂阳试验点和常宁试验点光照强度分布如表2 所示。从桂阳试验点旺长期光照强度看，3 个年度平均光照强度、最大光照强度、日最高光强≥50 000 Lx 天数差异不大；从成熟期光照强度看，平均光照强度、最大光照强度、日最高光强≥50 000 Lx 天数2015 年与2017 年差异不大；2016 年平均光照强度显著高于2015 年和2017 年，2016 年日最高光强≥50 000 Lx 天数较2015 年分别增长5 d 和3 d，较2017 年分别增加了11 d、8 d，2016年日最高光强≥10 000 Lx 天数也显著高于2015 年和2017 年。从直观监测结果来看，旺长期光照强度与高温逼熟发生无明显关系，成熟期以2016 年度最高。但常宁试验点监测数据有所不同，2016年平均光照强度、最大光照强度、日最高光强≥50 000 Lx天数均明显低于2015 年和2017 年，但2016 年常宁试验点普遍发生高温逼熟现象，这表明光照强度可能是促进高温逼熟现象的因素，但不是决定因素。

表1 2015—2017 年烟田温度分析Tab.1 Recorded temperatures in tobacco fields from 2015 to 2017

表2 2015—2017 年烟田光照强度分析Tab.2 Light intensities in tobacco fields from 2015 to 2017

2.2 烤烟高温逼熟的生态因子分析

2015—2017 年连续3 年，在桂阳、常宁试验点对湘南烟区烤烟大田主要生态因子进行了动态监测，同时对高温逼熟发生情况进行了分析。结果显示，2015 年和2017 年湘南烟区未发生明显的高温逼熟现象。分析发现烤烟大田生长期间前期降雨量较往年同期显著减少，旺长期降雨量较常年同期略偏高，同时成熟期温度适宜，成熟期日最高气温≥38 ℃天数不超过1 d；2016 年湘南烟区普遍出现了典型的高温逼熟现象，分析发现烤烟大田生长期间前期降雨量较常年同期显著增加，旺长期降雨量较常年同期减少；同时成熟期温度偏高，成熟期日最高气温≥38 ℃天数超过4 d。值得注意的是，旺长期至成熟期湘南烟区的光照强度2015 年平 均 在50 000 Lx 左右，而2016 年 平 均在40 000 Lx 左右，表明在一定范围内，光强不是高温逼熟现象的关键因素。但人工气候室试验研究表明，日最高光强≥100 000 Lx 的高光强天数对高温逼熟现象的发生有一定促进作用［19］。

不同年份高温逼熟发生率与主要生态因子的关系见表3。从表3 中可以看出，烤烟高温逼熟发生率与前期降雨量呈明显正相关，且随后期≥38℃天数增加而呈总体增加趋势，光照强度对高温逼熟有一定促进作用，但不是关键因素。2015年常宁试验点气温≥35 ℃天数为13 d，≥38 ℃天数为1 d，2016 年桂阳试验点气温≥35 ℃天数为14 d，≥38 ℃天数为4 d，两组数据的高温条件非常接近，但逼熟率相差较大，前者为3.6%，后者为51.9%，这表明在后期高温条件下前期降雨量（前者92.7 mm，后者358.9 mm）对高温逼熟起到了关键作用。说明湘南气候条件下，若前期降雨量适宜，即使后期出现高温条件，只要日最高温度不大于38 ℃，高温逼熟现象也并不严重。

对烟叶高温逼熟率与主要生态因素进行相关分析，结果见表4。表4 表明，在湘南气候条件下烟叶生长前期降雨量和成熟期高温天数与烟叶高温逼熟率之间存在显著相关性，相关系数分别为0.904 和0.914，说明前期降雨量和成熟期高温天数对烟叶高温逼熟率有重要影响，是高温逼熟现象发生的主要因素，这与田间控水试验和人工气候室高温强光试验结果一致［19-20］；日最高光强≥100 000 Lx 的天数与烟叶高温逼熟发生率相关系数为0.614，表明高光强天数对烟叶高温逼熟率具有一定影响，是高温逼熟现象发生的次要因素。光强过高可导致高温逼熟现象加重。

高温逼熟发生率与主要生态因子的回归方程为：

通过主要生态因子对高温逼熟率的影响效应回归方程分析显示，烟株生长前期降雨量、成熟期日最高气温≥38 ℃天数对高温逼熟率贡献率最大，为主要效应因素。成熟期日最高光强≥100 000 Lx 天数、成熟期高温天数对烟叶高温逼熟率影响较大，而旺长期降雨量、成熟期降雨量、成熟期日最高光强≥50 000 Lx 天数、成熟期日最高气温≥35 ℃天数对烟叶高温逼熟率影响不大。表明在湘南烟区逆境气候条件下，烟草生长前期雨水过量造成烤烟根系发育不良、根系活力显著下降，导致烟株生长难以适应后期高温强光，从而造成高温逼熟现象的发生。因此，烟草生长前期尤其是生根期采用相应栽培措施保证和促进烟株根系正常发育、成熟期维持烟株根系活力，才能有效提高成熟期烟叶抗逆性。下一步将增加试验点，延长监测年限，进一步丰富监测数据，在各气象因素对高温逼熟的影响效应方面进一步深入研究。

表3 烟叶高温逼熟发生率与主要生态因子的关系Tab.3 Relationships between incidence rate of heat-forced maturity of tobacco leaves and main ecological factors

表4 烟叶高温逼熟发生率与主要生态因子间的相关性Tab.4 Correlation between incidence rate of heat-forced maturity of tobacco leaves and main ecological factors

3 结论

通过不同试验点连续3 年的大田试验，调查分析了湘南烤烟高温逼熟现象发生的生态成因。结果表明：①在湘南烟区气候条件下，烟草生长前期降雨量和后期高温（日最高温度≥38 ℃）天数与烟叶高温逼熟率呈显著正相关，前期降雨量过多，是导致高温逼熟现象发生的主要前提因素，成熟期高温（日最高温度≥38 ℃）天数过多是导致高温逼熟现象发生的主要胁迫因素；②成熟期高光强（日最高光强≥100 000 Lx）的天数是高温逼熟现象发生的次要因素，高光强可导致高温逼熟现象加重。