张明发,张胜,巢进,田茂成,田咏梅,马琳,覃浪,陆魁东,彭宇,孔凡玉
(1湖南湘西州烟草公司生产技术中心,湖南吉首 416000;
2湖南省气象研究所,长沙 410128;
3湖南中烟工业有限责任公司,长沙 410100;
4中国农业科学院烟草研究所/烟草行业烟草病虫害监测与综合治理重点实验室,山东青岛 266101)
生育期分析研究对准确模拟作物生长及生产力形成有重要意义。前人就多种作物生育期间温光条件、遗传因素、栽培措施与主要生育阶段的关系进行了较多报道[1-5],气候条件的作用凸显,甚至影响茎秆生长、穗粒形成、糖质量分数、香气等作物品质和产量[6-12]。因此,为合理安排移栽期、预测烤烟生长趋势,进一步建立了云南烤烟生育期预测模型[13]。黎妍妍等[14]开展了烟草青枯病流行时间动态与气象因素研究。但有关日照及温度对湘西烤烟生长发育进程及青枯病的限制与影响的研究较少,而日照及温度作为山地烤烟产质量影响关键因子尤为突出。鉴于此,笔者在湘西连续多年定位研究温度和光照对烤烟生育期及青枯病变化规律的影响,分析它们与烤烟发育进程及青枯病流行的规律,以期为合理安排湘西烤烟移栽期,掌握青枯病发生、发展和流行规律及预测预报,科学利用当地气候条件,为错开病害发生高峰期及烤烟生产生态布局提供理论依据。
2019—2020年在湘西龙山县茨岩点与大安点、永顺县石堤点、花垣县道二点烟区采用当地主栽品种设置不同移栽期试验,其中龙山茨岩点与大安点主栽‘K326’、‘HN2146’,永顺石堤点、花垣道二点主栽‘云烟87’、‘HN2146’,每个试验点设5 个移栽期处理,均相差7 d,试验处理见表1。各试验点均采用随机区组设计,3 次重复,小区面积72 m2(宽4.8 m,长15 m),3次重复,纯氮用量为112.5~120 kg/hm2,m(N):m(P2O5):m(K2O)=1:1.1:2.8,肥料全部基施,移栽烟苗保持大小一致,种植密度均为行距1.2 m、株距0.5 m,其他田间管理措施保持一致。
表1 各主栽品种不同移栽期的设计
1.2.1 气象数据采集与分析烟田小气候自动气象站由中环天仪(天津)气象仪器有限公司提供,地面观测部分包括气温(平均气温、最高气温、最低气温)、日照时数、降水量3 个要素,地下部分包括2 层地温和2 层土壤湿度。所有要素自动采集频率为5 min采集一次数据。所采集的数据可以用U盘直接下载,同时自动发送至湖南省气象科学研究所专用接收电脑进行分析[15]。观测点包括龙山、永顺、花垣3 县的龙山茨岩、大安、永顺石堤、花垣道二共4个点。
1.2.2 生育期调查按照烟草行业标准《烟草农艺性状调查测量方法》(YC/T 142—2010)调查记录烟草生育期,其中,移栽至团棵期为团棵期,团棵期至现蕾期为旺长期,现蕾期至最下部烟叶成熟为成熟前期,最下部烟叶成熟至最上部烟叶采收结束为成熟后期。
1.2.3 青枯病病害调查2019—2020 年系统调查常年发病且整个生育期未喷施化学药剂的烟田小气候自动气象站附近田块199 块。移栽后每周调查一次病情指数直至采烤基本结束。采用五点取样法挂牌定时定株调查,每点10株,指数计算参照文献[16]。
数据统计利用Excel进行,多重比较、相关分析及通径分析利用SAS进行。其中降水量、2层地温和2层土壤湿度2年4个地区数据经过分析处理,年度地区变化、年度地区互作均较大,故仅采用稳定一致的气温与光照2年4个地区数据进行分析研究。
表2 显示,不同品种所有年度及地点试验全生育期均随移栽期推迟而显著缩短,其差异主要表现在现蕾之前的营养生长阶段的团棵期和营养生长与生殖生长并进阶段的旺长期,其次为生长后期(成熟后期),而生长中期(成熟前期)时间基本一致。
各品种受移栽期影响较大的为团棵期、旺长期生长阶段,各品种生育期与温度、光照简单相关分析结果如表3。各品种团棵期、生长前期(团棵期+旺长期)阶段与有效积温无显著相关关系,仅旺长期时间与有效积温呈显著或极显著正相关。各品种团棵期、旺长期及生长前期时间与累积日照时数均无显著相关关系,表明累积日照时数的减少主要是随生育时间缩短而变化的。各品种团棵期、旺长期及生长前期时间与平均气温均呈极显著负相关,与平均日照时数均呈极显著正相关。平均气温与平均日照时数是影响生育期的主要因素。
表3 主栽品种生育期与温度、光照相关系数
将团棵期、旺长期生长阶段与平均日照时数、平均气温进行通径分析,结果如表4。平均日照时数对各品种烤烟生育期的直接作用及作用总和均低于平均气温,表明影响湘西烤烟生育期变化的主要气象因子是平均气温。
表4 生育期与温度、光照通径分析
以SMSA培养基检测的青枯病病菌数量为因变量(Y),周平均日照时数(X2)和周平均气温(X1)为自变量,通过逐步回归分析法建立回归方程Y=-746.211+24.77473X1+0.274462X2,相关系数r=0.7664(表5),烟草青枯病病菌数量与周平均日照时数、周平均气温呈正相关。偏相关分析结果显示,周平均温度偏相关系数(0.6037)明显大于周平均日照时数偏相关系数(0.0819),温度可能是影响青枯病病菌数量的主要因素。通径分析决定系数与剩余通径系数分别为0.6106与0.6171,说明光照、温度对青枯病影响达到61.71%。
表5 青枯病病情指数与温度、光照相关系数
以烟草青枯病病情指数为因变量(Y),周平均日照时数(X2)、周平均气温(X1)为自变量,通过逐步回归分析法建立回归方程Y=- 327.823 + 10.82626X1-0.387621X2,相关系数r=0.901042(表6)。烤烟青枯病病菌数量与周平均日照时数呈负相关,与周平均气温呈正相关。周平均温度(0.7420)偏相关系数明显大于周平均日照时数偏相关系数(0.0912),说明温度是影响青枯病病害发生的主要因素。通径分析的剩余通径系数与决定系数分别为0.4198、0.8168,说明光照、温度对青枯病影响达到81.68%。
表6 青枯病病情指数与温度、光照通径分析
根据烤烟青枯病流行特点及逐步回归方程,统计分析烟草青枯病调查数据,重点防治期为烟叶移栽63 d之前且均温未达21.82℃之前,预防重点期为均温未达18.77℃之前且烟叶移栽42 d 之前。基于温度和青枯病发生特点的精准防控阶段对青枯病的高效防控更具意义。
烤烟团棵期和旺长期随移栽期延迟而显著缩短,其原因是温度随移栽期推迟而显著升高,使生育进程加快;
累积日照时数的减少有随生育时间减少而变化的趋势。温度、日照对烤烟的主要效应时期在团棵期与旺长期,主要影响在现蕾以前,其中温度是影响湘西烤烟生育期的关键因子。平均日照时数与平均气温是影响生育期的主要因子,其中关键主要因子是平均气温。青枯病重点防治期为烟叶移栽63 d之前且均温未达21.82℃之前,重点预防期为均温未达18.77℃之前且烟叶移栽42 d之前。温度对于指导青枯病的预测预报和防治具有重要意义。
作物生长发育不仅受光照、气温等因子影响,栽培管理也是关键因素子[17],生育期随着移栽期推迟而显著减少[8];
温度的升高能使生育期缩短[18];
其中烤烟团棵期和旺长前期生育时间明显减少,现蕾后变化较小[19];
孙延国等[20]认为烟草生育期随移栽期推迟而减少开花之前的生长时间,而开花后期并未缩短。本研究结果与前人的研究结果一致[12,19-21]。由温度、赤霉素、光周期、春化以及年龄等至少6条途径可组成作物开花的遗传调控网络[22],而温度、光照差异实现了作物生育期的改变;
且温度表现为热效应和春化效应[18],光照表现在光合有效辐射效应[18]和光周期效应[22];
通过光温效应模型[11]、积温非线性模型[2]、积温线性模型[3]等分析模拟,光温效应在油菜[3]、小麦[2]及光敏品种[23]的生育期分析预测较准确,且积温理论也较好[24]。本研究结果与前人在其他作物上的研究结果一致[24-25],但与吕尊富等[2]研究的日照时数、有效积温随播种期推迟均显著减少的结果不一致;
播种至抽穗阶段的生育加快直接造成生育天数缩短[2];
而湘西烟区气候类型为亚热带季风性湿润气候,雨热同季;
夏季降水充沛;
不同海拔高度形成了盆谷地、中低山、中山原等局地小气候,烤烟移栽时、团棵到现蕾时均在最适生长温度范围之内,分别为18~21、21~23、23~25℃;
4 月6 日为中海拔(花垣道二)稳定通过10℃初日,9月5日为>20℃终日,4月26日为高海拔(龙山大安)稳定通过10℃初日,9月12 日为>20℃终日等,可能造成山地气温与光照的变化,进而研究结果不全一致。
降雨量也是烤烟重要气象因子。但据统计,3 月下旬气温开始稳定通过10℃,至7月达到峰值。8月气温逐步下降,11 月后降至10℃以下。降水量也是从3月到7 月逐渐增多,8 月降水量一般在100 mm 以下。降水量变化趋势与气温变化趋势基本一致,且降水量较充沛的4—8月热量资源也较丰富;
因此本研究降水量数据虽然有待继续多年观察,但这种雨热同季的气候环境论证了仅把温度和光照作为主要气象因子的可行性。
湘西州烤烟全生育期日照时数850~1100 h。1—2月日照时数大部分地方为40~55 h;
3—4 月日照明显增多,为82~100 h;
5—6月为110~130 h,能满足烟叶生长的需要;
7—8月为170~210 h,有利烟叶成熟;
9月开始日照逐渐减少。可能与湘西山地地形有关,日平均日照时数低于平原丘陵地区,故本研究认为影响湘西烤烟生育期变化的关键气象因子是平均气温。
本研究围绕湘西烟区重点气象因素、烤烟青枯病流行特点及烤烟生育期特点,提出重点预防期为均温未达18.77℃之前且烟叶移栽42 d之前,重点防治期为烟叶移栽63 d 之前且均温未达21.82℃之前。但不同种类土壤烤烟青枯病的病指有一定差异。一般土质黏重板结、低洼渍水与土壤湿度大的地区发病严重。
温度是青枯病病菌繁殖及病害蔓延的主要因素,调控不同生态区域生育期气温具有重要价值[26-28]。建议生产上适当提早移栽期,尽量使上部叶成熟采收提前至发病高峰期[29]。
在不同品种与海拔高度进行连年小气候观测和移栽期试验,调查青枯病发病情况,构建气象要素与主要烤烟青枯病的关系模型;
利用烤烟移栽期气象指标和历史气象资料,结合最佳的烤烟产质量指标或病情指数,可推出或调整各生态气候区不同品种的最佳移栽期或降低重病区的病害趋势。建议基于历年气象大数据,实现病害预测、气象查询与气象预警等智能发布。
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