煙草的需水特點(diǎn)和需水規(guī)律
(一)煙草的需水量
植物產(chǎn)生1g干物質(zhì)所需散失的水量,稱為需水量,又稱蒸騰系數(shù)。在溫室條件下,煙草每生產(chǎn)1g干物質(zhì)需要蒸騰失水167g,在大田栽培條件下每生產(chǎn)1g干煙葉的蒸騰水量在500g以上。煙草的需水量受煙草內(nèi)部條件和外界環(huán)境的制約,在土壤水分充足的條件下,煙草的蒸騰系數(shù)在1000以上。
(二)煙草需水特點(diǎn)和需水規(guī)律
無(wú)論在干旱還是濕潤(rùn)條件下,烤煙煙田耗水量都以旺長(zhǎng)期最大,成熟期次之,伸根期最小,表現(xiàn)出前期少、中期多、后期又少的規(guī)律性。伸根期、旺長(zhǎng)期和成熟期適宜的土壤水分指標(biāo)分別為61.9%、81.3%和77.3%,干旱指標(biāo)分別為50.1%、69.0%和58.4%(孫梅霞等 2000)。
煙草生長(zhǎng)期間需水量可以分成3個(gè)階段(Papenfus和Quin 1984)。
第一階段是移栽后2~5周(返苗到團(tuán)棵),該階段需水量小,對(duì)過(guò)多水分敏感。這一階段耗水量占總耗水量的20%左右。該時(shí)期一定的水分缺乏,有利于根系發(fā)育深扎,這對(duì)煙株進(jìn)入旺長(zhǎng)期是非常有利的。但移栽后1~3周,嚴(yán)重干旱會(huì)影響煙草早生快發(fā)。土壤水分不足(土壤相對(duì)含水量在40%),根系不能正常生長(zhǎng),地上部生長(zhǎng)受阻;供水過(guò)多(土壤相對(duì)含水量在80%),根系發(fā)育不良,造成煙株地上部和地下部生長(zhǎng)不協(xié)調(diào)。孫國(guó)榮等(2002a)研究表明,烤煙伸根期的最佳土壤水分條件為土壤的相對(duì)含水量在65%~75%之間,有利于蹲苗、壯苗,水分利用率最高;劉貞琦等(1995)則認(rèn)為以60%~70%為宜。這些可能與不同土壤性質(zhì)和生態(tài)條件有關(guān)。
第二階段為移栽后5周以后到打頂,直至上部葉片完全展開(kāi)(旺長(zhǎng)到葉片開(kāi)始成熟采摘)。該階段葉片是快速生長(zhǎng)階段,葉面積迅速增大,蒸騰作用大大加強(qiáng),煙株及葉片的生理活動(dòng)最為旺盛,需水量大,對(duì)水分需求敏感,土壤水分極為重要,需要經(jīng)常灌溉或降雨。這一階段的耗水量占總耗水量的50%左右。旺長(zhǎng)期是煙草的水分臨界期。該時(shí)期缺水將顯著降低煙草產(chǎn)量和質(zhì)量(Collins和Hwaks 1995)。水分不足,煙株生長(zhǎng)受阻,干物質(zhì)累積顯著減小,葉片較小,品質(zhì)差。辛剛等(2002)研究表明,烤煙旺長(zhǎng)期最佳土壤含水量應(yīng)保持在75%~85%,這時(shí)煙草對(duì)水分的利用率最高,煙葉氣水與外界氣體和水分交換通暢,植株長(zhǎng)勢(shì)最好。
第三階段是上部葉葉片完全展開(kāi)到采收完畢(葉片開(kāi)始采摘到采收完畢)。該階段因葉片數(shù)不斷減少,蒸騰作用下降,水分散失速度比主要生長(zhǎng)時(shí)期的水分散失速度低,植株需水量顯著減少。這一階段的耗水量占總耗水量的30%左右。該階段煙株比較耐旱,水分只是用來(lái)確保煙葉正常成熟和調(diào)制質(zhì)量。該期土壤水分稍低有利于煙葉品質(zhì)的形成;水分過(guò)多,在土壤供氮水平較高時(shí),造成煙葉成熟延遲,品質(zhì)下降。但嚴(yán)重缺水仍會(huì)降低煙草品質(zhì),煙葉厚而窄長(zhǎng),葉片結(jié)構(gòu)緊密,煙堿和蛋白質(zhì)含量增加,香氣物質(zhì)減少,刺激性大。孫梅霞等(2002)研究認(rèn)為,烤煙煙葉成熟期土壤的相對(duì)含水量在60%~80%之間有利于煙葉良好品質(zhì)的形成,而劉貞琦等(1995)認(rèn)為成熟期最適土壤相對(duì)持水量為70%。
二、煙草的蒸騰作用
煙株在整個(gè)生育期吸收的水分是相當(dāng)多的,只有1%~5%的水用于代謝活動(dòng)和自身的組成,大多都通過(guò)蒸騰作用散失掉了。煙株的蒸騰作用主要通過(guò)葉片進(jìn)行的,水分經(jīng)葉面的蒸騰包括角質(zhì)層蒸騰和氣孔蒸騰。角質(zhì)層蒸騰掉水分較少,氣孔蒸騰是蒸騰作用的主要方式。
(一)煙草氣孔及運(yùn)動(dòng)的規(guī)律
煙草葉片的氣孔一般是上表皮少,下表皮多,烤煙品種大黃金上表皮氣孔200個(gè)/mm2,下表皮為300個(gè)/mm2;同一植株不同部位葉片的氣孔密度和大小有所不同,一般下部葉的氣孔較大,密度較小;上部葉的氣孔較小,密度較大(韓錦峰 2003)。
氣孔蒸騰是煙株的主要蒸騰方式,因此,氣孔的開(kāi)放和運(yùn)動(dòng)規(guī)律對(duì)煙草的蒸騰有重要影響。氣孔運(yùn)動(dòng)有晝開(kāi)夜閉的規(guī)律性。黎明日出后,光強(qiáng)不斷增加,溫度亦隨之升高,氣孔逐漸張開(kāi),隨著光強(qiáng)及溫度的升高,氣孔開(kāi)度也增大,在中午前后由于溫度較高、光強(qiáng)較強(qiáng),氣孔發(fā)生關(guān)閉,過(guò)后氣孔再度開(kāi)放,然后隨光強(qiáng)的減弱,氣孔開(kāi)度逐漸減小。對(duì)氣孔導(dǎo)度的測(cè)定也說(shuō)明了這一點(diǎn),云南保山香料煙的氣孔導(dǎo)度日變化呈“V”字形,上午9點(diǎn)后氣孔導(dǎo)度不斷下降,在下午2點(diǎn)左右達(dá)到低谷后回升,基本可以反應(yīng)氣孔的開(kāi)張情況。
干旱會(huì)影響氣孔開(kāi)放,干旱條件下,上部葉和中部葉氣孔開(kāi)放達(dá)到高峰的時(shí)間提前,上部葉氣孔開(kāi)度顯著減小,中部葉變化不大,下部葉無(wú)明顯變化。上部葉中午閉孔的程度小,時(shí)間短;中部葉和下部葉閉孔程度大,時(shí)間長(zhǎng)(韓錦峰 2003)。
(二)煙草的蒸騰作用
1.不同生育期蒸騰強(qiáng)度變化
煙草在大田的整個(gè)生長(zhǎng)期間,不同生育時(shí)期蒸騰強(qiáng)度是不同的。移栽到團(tuán)棵以前蒸騰強(qiáng)度較小,然后隨煙株生長(zhǎng)蒸騰強(qiáng)度逐漸提高,在旺長(zhǎng)期達(dá)到高峰,以后有逐漸降低,與植株的需水規(guī)律相吻合(圖3)。因此,旺長(zhǎng)期需要充足的水分供應(yīng)。
2.蒸騰強(qiáng)度日變化
蒸騰作用是表示植物水分代謝的一個(gè)重要生理指標(biāo)。蒸騰強(qiáng)度的日變化與土壤含水量有關(guān),一般情況下,蒸騰強(qiáng)度日變化表現(xiàn)為雙峰型,在中午過(guò)后有一個(gè)低谷,中午的低谷與氣孔關(guān)閉、氣孔導(dǎo)度下降有關(guān)(圖2)。土壤水分充足時(shí),蒸騰作用日變化可表現(xiàn)為單峰型,土壤水分供應(yīng)不足或缺乏時(shí),蒸騰作用日變化就有可能是雙峰型。孫國(guó)榮等(2002a)研究表明,烤煙的蒸騰強(qiáng)度日變化,在土壤相對(duì)持水量較高時(shí)(100%~85%)可表現(xiàn)為單峰型,在土壤含水量為85%~65%時(shí)表現(xiàn)為雙峰型,含水量在55%~45%以下時(shí),烤煙的蒸騰強(qiáng)度的峰值會(huì)提前出現(xiàn),一般在上午8點(diǎn)左右,17點(diǎn)以后再次回升。
3.影響煙草水分蒸騰的因素
溫度對(duì)蒸騰作用影響較大,一般隨溫度升高,蒸騰作用增強(qiáng)。大氣相對(duì)濕度較高時(shí),蒸騰強(qiáng)度較低,大氣相對(duì)濕度較低時(shí),蒸騰作用較強(qiáng)。不同部位的煙葉蒸騰強(qiáng)度不同,一般隨葉齡的增大蒸騰強(qiáng)度降低,下部葉強(qiáng)度較小,中部葉次之,上部葉最大。干旱和土壤濕度對(duì)葉片蒸騰作用有明顯作用,干旱脅迫下煙葉的蒸騰強(qiáng)度顯著下降,干旱處理10d時(shí),土壤相對(duì)濕度下降50%,蒸騰強(qiáng)度下降61.3%(汪耀富等 1994)。
(三)煙草的水分利用率
水分利用率是指單位土地面積上煙葉產(chǎn)量與總耗水量的比值來(lái)表示??緹熑~片的水分利用率日變化呈雙峰型,在午后有一低谷(圖4)。在干旱條件下,煙草的水分利率較高;在降雨正常年份,水分利用率較低,并且隨灌水量增加,水分利用率下降。當(dāng)灌水超過(guò)一定限度后,會(huì)導(dǎo)致煙田無(wú)效耗水增多。
地膜覆蓋、合理密植、煙田深耕均可提高煙田土壤水分利用率。汪耀富等(2003)研究表明,隨著種植密度的增大,煙田耗水量相應(yīng)增加,煙田的水分利用效率(WUE)則以16500株/hm2的處理最大,19500株/hm2處理次之,13500株/hm2和22500株/hm2兩處理較低;相同種植密度下蓋膜能提高煙田的WUE。綜合不同處理煙葉的經(jīng)濟(jì)性狀和煙田的水分利用效率,烤煙適宜的種植密度范圍應(yīng)在16500~19500株/hm2(表1)。烤煙產(chǎn)量(Y)與耗水系數(shù)(K)的關(guān)系為:K=1/(0.196+0.00132Y),二者的相關(guān)系數(shù)為0.9033**,說(shuō)明產(chǎn)量較高時(shí),烤煙的耗水系數(shù)較小,對(duì)水分的利用率較高;產(chǎn)量較低時(shí),耗水系數(shù)較大,對(duì)水分的利用率較低(韓錦峰 2003)。
三、水分對(duì)煙草生長(zhǎng)和品質(zhì)的影響
為獲得最佳的產(chǎn)量和質(zhì)量,煙草應(yīng)保證充足的水分供應(yīng),使煙草不受限制。水分過(guò)分缺少或水分過(guò)多,產(chǎn)質(zhì)量都會(huì)下降(Reynoldsand Rosa 1995)。
(一)干旱對(duì)煙草生長(zhǎng)和品質(zhì)的影響
1.干旱脅迫對(duì)煙草生長(zhǎng)的影響
干旱脅迫下,煙株莖和葉的生長(zhǎng)受阻,葉面積減小,莖桿高度降低,干物質(zhì)累積減少。特別是旺長(zhǎng)期干旱對(duì)煙株莖葉生長(zhǎng)的影響更顯著。因此,旺長(zhǎng)期是煙株對(duì)水分反應(yīng)最敏感的時(shí)期,也是煙草需水的關(guān)鍵時(shí)期。輕度干旱脅迫對(duì)根系生長(zhǎng)有利,但干旱脅迫較重(土壤濕度40%)時(shí),影響根系生長(zhǎng),根系體積減小,土壤水分過(guò)多、過(guò)少對(duì)根系發(fā)育都不利。土壤干旱會(huì)降低根系活力,但伸根期輕度干旱(土壤濕度60%),中期水分充足可以提高根系活力。干旱情況下,煙葉含水量不足,下部葉易變成旱早熟煙,上部葉表皮過(guò)厚,結(jié)構(gòu)過(guò)緊,烘烤期間不能正常變黃。
干旱嚴(yán)重影響烤煙的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程和干物質(zhì)積累。汪耀富(2004)研究表明,在烤煙生長(zhǎng)的伸根、旺長(zhǎng)、成熟任一時(shí)期進(jìn)行干旱處理,煙株的干重都顯著降低,干旱程度越重,干重越小,各時(shí)期干旱處理與對(duì)照(土壤濕度80%)相比,干物質(zhì)在煙株根、莖中的分配都顯著增加,在葉中的分配顯著減小,表明干旱對(duì)烤煙葉片生長(zhǎng)的影響大于根和莖(表2)。此外,輕度干旱(土壤濕度60%)下根系干物質(zhì)最重,嚴(yán)重干旱(土壤濕度40%)次之,對(duì)照(土壤濕度80%)最小,說(shuō)明土壤水分過(guò)高或過(guò)低都會(huì)影響根系發(fā)育。
2.干旱脅迫對(duì)烤煙營(yíng)養(yǎng)物含量的影響
干旱會(huì)影響煙株對(duì)養(yǎng)分的吸收。不同時(shí)期干旱處理與對(duì)照相比,干旱脅迫下N素含量增加,P、K、Ca、Mg、Fe、Mn含量顯著減少,Cu、Zn含量變化不大(表3)。輕度干旱與嚴(yán)重干旱相比,各時(shí)期N、P含量差異不大,K、Fe含量輕度干旱處理顯著高于嚴(yán)重干旱處理。因此,干旱可以影響煙株對(duì)P、K、Ca、Mg、Fe、Mn的吸收。
魏永勝和梁宗鎖(2001)研究表明,干旱脅迫下(田間持水量40%~45%),鉀在葉脈和葉肉間以及葉肉細(xì)胞的線粒體、葉綠體和液泡間存在再分配的現(xiàn)象,液泡中鉀所占比例減小,葉綠體和線粒體中鉀所占比例增加,這有利于干旱下煙株生理活動(dòng)的進(jìn)行。
3.干旱對(duì)煙株生理代謝的影響
干旱脅迫下,烤煙的束縛水含量增加,葉片相對(duì)含水量和自由水含量下降,氣孔阻力增加,葉片水勢(shì)下降,蒸騰強(qiáng)度減弱,煙株對(duì)水分的蒸散量減少(汪耀富等1994)。
干旱脅迫下,葉片的葉綠素含量減少,葉綠體希爾反應(yīng)活力下降,凈光合速率減弱,硝酸還原酶活力下降,脯氨酸含量增加,呼吸速率先升高后下降(韓錦峰等 1994a)。當(dāng)土壤相對(duì)含水量低于75%時(shí),光合非氣孔限制出現(xiàn),當(dāng)土壤相對(duì)含水量低于65%時(shí),非氣孔限制成為光合下降的主導(dǎo)因子,并可能導(dǎo)致光合器官受到損傷(孫國(guó)榮等 2002b)。
干旱加劇植物體內(nèi)自由基的大量累積,引發(fā)膜脂過(guò)氧化,丙二醛累積,細(xì)胞結(jié)構(gòu)受到損傷,膜透性增加(周冀衡等1996)。
4.干旱對(duì)煙草品質(zhì)的影響
(1)干旱和水分對(duì)葉片化學(xué)成分的影響 干旱不但影響煙葉產(chǎn)量,而且煙葉的總氮、煙堿、蛋白質(zhì)含量增加,總糖、還原糖、鉀含量減少,品質(zhì)下降。在煙草生長(zhǎng)的不同時(shí)期干旱都會(huì)使烤煙葉片中還原糖含量下降,總氮和煙堿含量上升,內(nèi)在化學(xué)成分失調(diào),干旱發(fā)生越晚、干旱程度越重,對(duì)煙葉化學(xué)成分的影響也越大(韓錦峰 2003)。
生長(zhǎng)季節(jié)雨水較多,或土壤水分充足的煙草比生長(zhǎng)季節(jié)干燥或稍缺乏水分的煙草的硝態(tài)氮、總氮、煙堿和石油醚提取物含量要低一些,淀粉和還原糖要高一些。這主要是氮素等養(yǎng)分的淋失,以及由于煙草產(chǎn)量較高導(dǎo)致養(yǎng)分相對(duì)減少(Davis and Nielsen 2003)。
(2)干旱和雨水對(duì)煙草致香物質(zhì)的影響 干旱對(duì)煙葉香氣品質(zhì)有不良影響,降低色素類降解物質(zhì)如巨豆三烯酮和部分類西柏烷類化合物的含量,而茄酮、β-大馬酮等呈增加趨勢(shì),因此對(duì)香氣質(zhì)量有不良影響。但成熟期輕度干旱有利于煙葉香氣物質(zhì)的形成和轉(zhuǎn)化,可以提高煙葉中大部分香氣物質(zhì)含量(韓錦峰等 1994b)。
煙草表面的腺毛分泌的膠狀分泌物與煙葉香氣關(guān)系密切,是一些煙草重要致香物質(zhì)的前體。Severson等(1985)研究了水分脅迫對(duì)白肋煙、烤煙和香料煙葉表面成分的影響,與灌水相比,水分脅迫使葉片蔗糖酯、順式-冷杉醇和西柏三烯二醇的含量顯著提高。大雨也可以明顯沖掉煙葉表面物質(zhì),降低蔗糖酯、西柏三烯醇、西柏三烯二醇、順-冷杉醇和賴百當(dāng)萜醇等物質(zhì)的含量(Severson et al 1985)。
(二)淹澇對(duì)煙草生長(zhǎng)和品質(zhì)的影響
1.淹澇對(duì)煙草生長(zhǎng)的影響
煙草對(duì)漬水敏感,這是煙草起壟種植的原因之一。煙草在漬水條件下表現(xiàn)為發(fā)黃、凋萎。土壤水分過(guò)多不利于煙草生長(zhǎng),使煙株的生物量下降。淹澇的土壤由于缺氧而使厭氧細(xì)菌活動(dòng)增加,使土壤中積累大量的有機(jī)酸和無(wú)機(jī)鹽(如亞硝酸鹽),土壤酸度增大,影響根系對(duì)礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的吸收,厭氧細(xì)菌還可產(chǎn)生一些有毒物質(zhì),直接毒害根系,引起根系腐爛死亡,植株不能吸收充足的水分來(lái)保證葉片的膨壓,煙葉就會(huì)凋萎,嚴(yán)重時(shí)即死亡。
淹澇對(duì)根系損傷程度取決于積水的深度和滯留的時(shí)間,淹水12h就可對(duì)煙草生長(zhǎng)有不良影響。在淹水脅迫下烤煙葉片相對(duì)含水量、水勢(shì)、蒸騰強(qiáng)度、葉綠素含量、凈光合速率、超氧化物歧化酶活性和過(guò)氧化氫酶活性下降,而葉片氣孔阻力、丙二醛含量、細(xì)胞膜相對(duì)透性和過(guò)氧化物酶活性上升,表明淹水對(duì)烤煙植株的傷害可能與煙株體內(nèi)活性氧代謝失調(diào)有關(guān)(宮長(zhǎng)榮和汪耀富 1995b)。
據(jù)報(bào)道,煙田漬水,由于根系無(wú)氧呼吸產(chǎn)生酒精,促進(jìn)花芽分化而導(dǎo)致早花。
2.淹水對(duì)煙草品質(zhì)的影響
淹水12h以上時(shí),就可對(duì)煙葉化學(xué)成分產(chǎn)生影響,短期(24h內(nèi))的淹水使煙葉還原糖含量增加,淹水超過(guò)24h時(shí),還原糖含量顯著下降;淹水使煙堿含量明顯下降(韓錦峰 2003)。
土壤水分過(guò)高,易產(chǎn)生生理性病斑,易造成再次營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng),煙葉遲熟難烤,烤后色澤暗,葉肉組織疏松,葉片薄,油分少,彈性差,吸味淡,缺乏芳香
為了解影響不同含水率卷煙抽吸品質(zhì)差異的因素,研究了不同相對(duì)濕度 下平衡的卷煙煙絲含水率、燃吸品質(zhì)、煙氣粒相與氣相水分及總粒相物揮發(fā)性成分的變化。結(jié)果表明:
①隨著平衡的環(huán)境相對(duì)濕度由30%上升到70%,煙絲含水率由8.28%上升到18.79%,卷煙的燃吸品質(zhì)亦發(fā)生差、好、差的變化。其中,含水率12.25%和14.34%卷煙的燃吸品質(zhì)均較好,含水率8.28%、9.13%、18.79%卷煙均較差;
②隨著煙絲含水率的升高,卷煙煙氣粒相水分及氣相水分均呈上升趨勢(shì),但氣相水分的上升幅度較大;
③總粒相物和煙堿含量隨煙絲含水率增大而少量減少,CO量則明顯增加;
④含水率8.28%、12.25%和18.79%卷煙煙氣粒相中均鑒定出相同的70種揮發(fā)性成分,但含水率8.28%卷煙的易揮發(fā)性化學(xué)成分含量較含水率12.25%卷煙高,而含水率18.79%卷煙則偏低。
因此,含水率12%~14%卷煙具有較好的燃吸品質(zhì),環(huán)境濕度或煙絲含水率是影響卷煙煙氣水分(尤其是氣相水分)和低分子量易揮發(fā)性成分,乃至感官質(zhì)量的重要因素。 在煙草水分的檢測(cè)過(guò)程中,實(shí)驗(yàn)室多采用CSY-L5A鹵素快速水分測(cè)定儀。CSY-L5A鹵素快速水分測(cè)定儀采用電磁力平衡傳感器稱重系統(tǒng),保證稱重準(zhǔn)確;環(huán)形石英鎢鹵紅外線加熱源,快速干燥樣品;在干燥過(guò)程中,CSY-L5A鹵素快速水分測(cè)定儀持續(xù)測(cè)量并即時(shí)顯示樣品丟失的水分含量%,干燥程序完成后,最終測(cè)定的水分含量值被鎖定顯示。其加熱源為環(huán)形加熱管,測(cè)試更均勻、速度更快,測(cè)試完畢后不會(huì)出現(xiàn)樣品焦糊現(xiàn)象;與國(guó)際烘箱加熱法相比,環(huán)形石英鎢鹵紅外線加熱可以在高溫下將樣品均勻地快速干燥,樣品表面不易受損,其檢測(cè)結(jié)果與國(guó)標(biāo)烘箱法具有良好的一致性,具有可替代性,且檢測(cè)效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于烘箱法。智能化操作,一般樣品只需幾分鐘即可完成測(cè)定,是一種新型的快速檢測(cè)儀器。
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