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烟草水分关系(河南讲义)


烟草—水分关系

龙怀玉

中国农业科学院农业资源与农业区划研究所

讲义提纲 1.水分对于烟草的重要性 2.土壤水分的基础知识

3.烟草水分生理简介
4.烟田水分管理

5.我国烤烟需水量的空间分布特征
6.目前我国烟草—水分关系研究应该注意 的几个问题<

br />
水分对于烟草的重要性 毛主席亲自主持制定的农业八字宪法: 土、肥、水、种、保、管、工、密

有收无收在于水,

收多收少在于肥!

水分对于烟草的重要性
灌溉是调控烟草的产量与品 质的重要手段; 烟草比一般农作物对水分更 加敏感;水分不足会绝产, 水分过多也会片烟无收
水分适当 水分过少

水分过多

水分对于烟草的重要性

淹水时间对烟草产量和化学成分的影响(g/株)

淹水显著地 降低了生物 产量、烟碱、 还原糖含量

淹水时间(h) 烤后叶

相对值

还原糖

总烟碱

糖/碱

0 12 24 72 120

167 100 11.8 171 105 15.8 145 87 14.8 51 29 6.7 43 25 5.5 烟草栽培生理,韩锦峰主编

1.2 0.76 0.90 0.97 0.62

12.3 22.2 16.9 6.9 8.4

不同淹水时间对烟草采收末期的根、茎、叶 重量的影响(单位:g/株) 时间(天) 根 叶 茎 总量 0 100.0 100.0 100.0 100.0 0.5 90.9 86.6 91.3 87.7 1 66.2 52.2 51.5 54.4 2 24.7 35.0 40.8 31.6 4 9.1 25.5 26.2 24.3
中国烟草栽培学,陈瑞泰主编。

水分对于烟草的重要性

水肥是调控烟草产量和质量的手段
? 光、热、水、养、气(空气)是作物必需的基本生 活要素。 ? 气象范畴中的光、热、气,现在还无法大范围调控, 只能监测它们、适应它们。 ? 水、肥,则可以通过灌排、施肥等手段进行调控。

? 代农业种植生产过程,主要就是对水肥土的调控, 获得适宜产量和品质的过程。

水分对于烟草的重要性

水分是烟草生产过程消耗对多的资源
? 在目前生产水平下,我国烤烟大田耗水量 大约为30万~50万公斤/亩(300~500方/ 亩)。按目前1.5元/方的水价,相当于 450~750元/亩

土壤水分的基础知识
一、土壤水的基本含义 二、土壤水的类型及其有效性 三、土壤水分含量的表示方法 四、土壤水贮量 五、土水势 六、土壤水运动 七、土壤水常数 八、土壤水分特征曲线 九、土壤-植物-大气水分连续体

土壤水分的基础知识

一、土壤水的基本含义 是指在一个大气压下,在105℃条件下能从土壤 中分离出来的水分。与次生矿物结合的水不属 于土壤水分的范围。 土壤水分是烟草水分的直接来源,不管是灌溉 水、还是降雨都必须转化成土壤水之后才能被 烟草吸收、利用!

土壤水的主要来源有降雨、灌溉、地下水、以 及侧渗

一、土壤水的基本含义

土壤含水量的测定方法
----重量法(gravimetric method) 经典烘干法 快速烘干法 -----中子法(neutron scattering) ----TDR法 时域反射仪 (time-domain reflectometry)

中子仪

TDR

土壤水分的基础知识

二、土壤水的类型及其有效性
根据土壤水分所受的作用力,可以把土壤水分分为如下几个类型:

1、吸湿水
干燥土粒通过分子引力和静电引力的作用,从空气中 吸持汽态水,使之在土粒表面形成一或数分子层厚的 水膜,称为吸湿水。 没有溶解溶质的能力,不能呈液态自由移动,只有加 热到105℃以上时,才呈气态扩散。 不能被植物吸收利用。

土壤水分的基础知识

二、土壤水的类型及其有效性 2、膜状水: 当土壤含水量达到最大吸湿量时,土粒对周围水 分子还有剩余引力,可以在吸湿水外层又吸附一 层新的液态水膜。这层新的水膜就称为膜状水。 ? 基本性质与液态水相似,但粘滞性较大,无溶解 性。可以沿土粒从水膜厚处想薄处移动。

? 当根接触膜状水时,膜状水可以被吸收。但膜状 水对植物而言是供不应求的。但膜状水尚未完全 被利用之前,植物就会出现凋萎状态。

土壤水分的基础知识

二、土壤水的类型及其有效性 3、毛管水 ? 当土壤含水量超过最大分子持水量时,水分子 不再受土粒表面引力的作用,而是靠毛管引力 而保持在土壤的毛管孔隙中,这部分的水就称 为毛管水。 ? 毛管水具有自由水的特点,能溶解溶质,移动 速度快,可以满足作物的需要,是作物可以利 用的土壤水分的主要形态。

土壤水分的基础知识

二、土壤水的类型及其有效性
3、毛管水
? 降雨或灌溉以后,由于毛管力的作用而保留在土壤 上层的水分,称为毛管悬着水。 ? 地下水随毛管孔隙上升而被毛管力保持在土壤中的 水份,称为毛管上升水。当地下水位适当时,毛管 上升水是作物所需水份的重要来源。 ? 毛管上升水的高度与孔隙的半径成反比。但当孔隙 过细时,管壁对水份运动的阻力增加,因而上升高 度反而变小。

土壤水分的基础知识

二、土壤水的类型及其有效性
4、重力水 ? 当土壤水份超过田间持水量时,多余的水份不能 为毛管所保持而在重力作用下沿着大孔隙向下渗 漏,这部分水就称为重力水。 ? 重力水对作物是有效的,但由于它渗漏很快,不 能被保持,所以对旱作而言是无效的。

土壤水分的基础知识

三、土壤水分含量的表示方法 1、质量含水量。指土壤中水分的质量与干土质量的 比值,一般用θm 表示。 θm = 土壤水质量/干土质量*100 2、容积含水量。指土壤总容积中水所占的容积分数, 一般用θv表示 θv =(土壤水容积/土壤总容积)*100 θv = θm.ρ;ρ=土壤容重

3、相对含水量。土壤含水量占田间持水量的百分数 =土壤含水量/田间持水量。 可以说明土壤水的含量、有效性和水、气的比例等, 是农业生产上常用的土壤含水量的表示方法。

土壤水分的基础知识

四、土壤水贮量 ? 指一定面积和厚度土壤中含水的绝对数量。
1、水深(Dw):指在一定厚度(h)和一定面积 土壤中所含水量相当于同面积水层的厚度。单 位可以用cm或mm Dw= θv.h 2、绝对水体积(容量):指一定面积一定厚度土 壤所含水量的体积,量纲为L3。如每亩多少方、 每公顷多少方

土壤水分的基础知识

五、土水势 ? 与自然界其它物体一样,土壤水具有不同数量和 形式的能量。 ? 所谓土水势,就是指土壤水的势能与纯自由水的 能量之差。 ? 土水势是除温度以外的所有的能够影响土壤水化 学势的各种因素之和。因此,土水势由各种分势 组成: ψ = ψm+ ψp+ ψs+ ψg….

土壤水分的基础知识

五、土水势 1、基质势(基模势,ψm) ? 由于土壤的基质吸力对水份的吸持而引起的水份 势值的降低,成为基质势。 ? 一般以纯自由水的水势为零作为参比标准,所以 基质势是负值。 ? 含水量越高,基质势的绝对值越低。 ? 当土壤水分处于饱和状态时,基质势趋于零。 ? 因此,基质势对非饱和土壤的水势运动和保持有 极其重要的作用。

土壤水分的基础知识

五、土水势 2、压力势(ψp) ? 在饱和状态下,土壤水份所承受的压力与参照水 面的差值,称为压力势。 ? 不饱和土壤水的压力势等于零。只有在饱和土壤 中,土壤水已经形成连续体的情况下,土壤水才 存在压力势。是饱和土壤水分运动的主要推动力 ? 压力势大于参比标准,所以压力势恒为正值。 ? 同一土壤剖面中,深度越大,压力势越越大。

土壤水分的基础知识

五、土水势 3、溶质势(ψs) ? 由于土壤溶质对土壤水的作用而引起的水分势 值的降低,称为溶质势。

? 其数值与渗透压相等,符号相反,为负值。
? 一般情况下,溶质势对土壤水本身的运动并没 有太大作用,但对根系吸水有影响。

土壤水分的基础知识

五、土水势 4、重力势(ψg) ? 土壤水由于其所处的位置不同,因重力影响而 产生的势能也不同,有此而产生的水势称为重 力势。 ? 重力势可正可负,它是与参照面相对而言的。 参照面以上的土壤水重力势为正值,参照面以 下的为负值。

? 通常选择剖面内部或底面边界。

土壤水分的基础知识

五、土水势 5、土壤水吸力 ? 指土壤水在承受一定吸力的情况下所处的能态。 土壤水吸力不是指土壤对水的吸力。

? 基质势和溶质势一般为负值,在使用中不太方便。 所以将二者之和的绝对值定义为吸力(S)。
? 土壤水总是从吸力低处向吸力高处流动。

土壤水分的基础知识

五、土水势 6、土水势(土壤吸力)的定量表示 ? 单位容积土壤水的势能值用压力表示,标准单位 帕(Pa),或千帕(KPa),兆帕(MPa),习惯上也用 巴(bar)、大气压(atm)和厘米水柱表示。
? 1Pa=0.0102厘米水柱 ? 1atm=1033厘米水柱=1.0133bar ? 1bar=0.9896atm=1020厘米水柱

五、土水势
7、土水势的测定
张力计法(tensiometers)
一般只能测定0~-85kPa范围内的土壤基模势。

压力膜法(pressure membrane apparatus)
它的测量范围在0~-1.5MPa之间。可以测定土壤 的吸水(湿润)曲线和脱水(释水)曲线。

图7-7 张力计结构示意图

土壤水分张力仪(Equilibrium Tensiometer)
它的测量范围在0~-1.5MPa之间。可以原位测定。

土壤水分的基础知识

六、土壤水运动 土壤处于永恒的运动中,运动的动力是水势梯度 1.饱和水运动:土壤被水所饱和时产生的水分运 动。推动力主要是重力势和压力势。运动速度 快、存在时间短。 2.非饱和水运动:土壤水在非饱情况下的水分运 动。推动力主要是基质势。运动速度慢、存在 时间长,是主要运动形式。
?H q?k ?Z

?? q ? k (? ) ?Z

土壤水分的基础知识

七、水分常数
土壤水分常数是一些与植物生长、土壤的保水能力以 及水分的移动特征有关的特定数值。

1、吸湿系数,又称最大吸湿水量 是在相对湿度接近饱和空气时,土壤吸收水 汽分子的最大量。 2、凋萎系数,又称有效水分的下限 当植物产生永久凋萎时的土壤含水量。 此时土壤水是全部的吸湿水和部分膜状水。 凋萎系数 = 吸湿系数*(1.34~1.5)

土壤水分的基础知识

七、水分常数 3、田间持水量,又称适宜水分上限 当土壤被充分饱和后,多余的重力水已经渗漏, 渗透水流已降至很低甚至停止时土壤的含水量。 此时包括全部吸湿水、膜状水和毛管悬着水。 4、土壤饱和含水量,又称全容水量 土壤完全为水所饱和时的含水量,此时土壤 水包括吸湿水、膜状水、毛管水和重力水。 水分基本充满了土壤孔隙

土壤水分的基础知识

七、水分常数 5、有效水含量 土壤水的有效性是指土壤水被植物吸收利用的 状况。不能被植物吸收的称无效水。能被植物 吸收的称有效水。 凋萎系数为有效水的下限,田间含水量为土壤有 效水的上限。

最大有效含水量 = 田间含水量-凋萎系数 有效水分含量 = 自然含水量-凋萎系数

土壤水分的基础知识

七、水分常数 不同类型土壤的水分常数不同。
华北平原不同土壤质地的几种水分常数(重量,%)
土壤质地 砂壤土
轻壤土 中壤土 重壤土 轻粘土 中粘土 重粘土

吸湿系数 1-2
1-2 2-3 2-3 -

凋萎系数 4-6
4-9 6-10 6-13 15.0 12-17 -

田间持水量 22-30
22-28 22-28 22-28 28-32 25-35 30-35

饱和含水量 30-40
28-40 30-38 28-38 32-40 35-40 38-42

土壤水分的基础知识

八、土壤水分特征曲线 土壤水的基质势(或土壤水 吸力)是随土壤含水量的变 化而变化的。它们之间的 关系曲线称为土壤水分特 征曲线。

含水量相同时,不同质地土壤水吸力大小顺序为: 粘土>壤土>砂土 土壤水吸力相同,不同质地土壤含水量大小顺序为: 粘土>壤土>砂土

土壤水分的基础知识

八、土壤水分特征曲线,重要意义
其一,不同质地土壤含水量相同时,其吸水力相 差很大。对植物的有效性不同。 其二,不同质地土壤达到 萎蔫系数和田间持水量时 的土壤水吸力相似。达到 萎蔫系数时,土壤水吸力 为15atm或15bar,pF为4.2; 达到田间持水量时,土壤 水吸力为0.3atm或0.3bar; pF为2.8。

土壤水分的基础知识

九、土壤-植物-大气水分连续体 大气水分以降水形式到达地面,经分配后进入土 壤,大量的水分通过植物根系吸水经植物体运输 到叶片,再由叶片中的液态水变为汽态水而输送 到空气中。这种贯通土 壤—植物—大气连续的水 流,被称为土壤—植物— 大气连续体(Soil-PlantAtmosphere Continuum)。

土壤水分的基础知识

九、土壤-植物-大气水分连续体 SPAC系统中水流的动力是蒸 腾作用,从土壤-根-茎-叶-大 气,水势逐渐降低。

烟草水分生理简介
植物对水分的吸收、运输、利用和散失的过程,被 称为植物的水分代谢(water metabolism)。

一、 水在烟草生命活动中的作用
二、 烟草对水分的吸收 三、 烟草的蒸腾作用

烟草的水分生理

一、水在烟草生命活动中的作用
1、烟草的含水量

? 烟株含水量在80%以上
? 不同器官、组织不同
根尖、幼苗、嫩芽、旺长期叶片88~90% 烟茎、成熟期叶片80~85% 种子在贮藏期含水量为7~8%,萌动时含水量达到60 ~70%

? 生命活动较旺盛的部分,水分含量较多。 ? 不同环境下有差异;荫蔽、潮湿>向阳、干燥环境

烟草的水分生理

一、水在烟草生命活动中的作用
2、烟株体内水分存在的状态 束缚水:与细胞组分紧密结合而不能自由流动 的水分; 自由水:未与细胞组分相结合可以自由流动的 水分,正常情况下60%以上。
自由水参与各种代谢作用,自由水占总含水 量的百分比越大,则植物代谢越旺盛。 束缚水不参与代谢作用,束缚水含量与植物 抗性大小有密切关系。

烟草的水分生理

一、水在烟草生命活动中的作用
1.水分是细胞质的主要成分

2.水分是代谢作用过程的反应物质
3.水分是植物对物质吸收和运输的溶剂

4.水分能保持植物的固有姿态
5. 水 的 某 些 理 化 性 质 也 有 利 于 植 物 的 生命活动,如高的比热和气化热,有利于调节植 物体的温度。

烟草的水分生理

二、植物根系对水分的吸收
1、根部吸水的区域 2、根系吸水的途径 3、根系吸水主要形式及其动力

4、影响根系吸水的土壤条件

烟草的水分生理

二、根系对水分的吸收
成熟区(根毛区,吸 水最旺盛)

伸长区(吸水旺盛)

分生区
根冠

烟草的水分生理

二、根系对水分的吸收
1、根部吸水的区域 主要在根尖10cm。包括根冠、根毛区、伸长 区和分生区, 根毛区的吸水能力最大,其次是伸 长区。 ①根毛区有许多根毛,增大了吸收面积; ②根毛细胞壁的外部由果胶质组成,粘性强,亲水 性也强,有利于与土壤颗粒粘着和吸水;

③根毛区的输导组织发达,对水分移动的阻力小。

烟草的水分生理

二、根系对水分的吸收
2、根系吸水的途径

质外体途径:水分通过细胞壁、细胞间隙等没有原生 质的部分移动,移动速度快。 共质体途径:是指水分从一个细胞的细胞质经过胞间 连丝,移动到另一个细胞的细胞质。移动速度较慢。 内皮层细胞壁上的凯氏带

水分只能通过内皮层的原生质体。即进入共质体 途径

根部吸水的途径

烟草的水分生理

二、根系对水分的吸收
3、根系吸水主要形式及其动力 植物根系吸水主要依靠 2 种方式 : 主动吸水:由根系的生理活动而引起。

动力是根压
被动吸水: 由蒸腾作用所引起。
主要的

动力是蒸腾拉力

烟草的水分生理

二、根系对水分的吸收
3、根系吸水主要形式及其动力 蒸腾拉力的本质是水势差 ? 地上比根部低。 ? 上部叶比下部叶低 ? 在同一叶子中距离主脉越

远则越低;
? 在根部则内部低于外部。

烟草的水分生理

二、根系对水分的吸收
4、影响根系吸水的土壤条件 ①土壤中可用水分 根部有吸水的能力,而土壤也有保水的能力 (土壤中胶体能吸附一些水分,土壤颗粒表面也吸 附一些水分)。 根部吸水能力 > 土壤保水能力,吸水

根部吸水能力 < 土壤保水能力,不吸水
植物只能利用土壤中可用水分。

烟草的水分生理

二、根系对水分的吸收
4、影响根系吸水的土壤条件
②土壤通气状况 土壤通气不良使根系吸水量减少。 短期内可使细胞呼吸减弱, 影响根压,继而阻碍吸水; 时间较长,就形成无氧呼吸, 产生和累积较多酒精,根系 中毒受伤,吸水更少。

土壤缺氧和CO2浓 度过高 原因:

烟草的水分生理

二、根系对水分的吸收
4、影响根系吸水的土壤条件
③土壤温度

低温能降低根系的吸水速率
①水分本身的黏性增大,扩散速率降低;

原 ②细胞质黏性增大,水分不易通过细胞质; 因 ③呼吸作用减弱,影响根压;
④根系生长缓慢,不利于吸水表面的增加。

烟草的水分生理

二、根系对水分的吸收
4、影响根系吸水的土壤条件
③土壤温度

土壤温度过高对根系吸水也不利。
①高温加速根的老化过程,吸收面积减少, 吸收速率也下降。 ②温度过高使酶钝化,影响根系主动吸水。

原 因

烟草的水分生理

二、根系对水分的吸收
4、影响根系吸水的土壤条件
④土壤溶液浓度 土壤溶液浓度越低,溶质势(水势的一个成分) 就越高,越有利于根系吸水;反之,不利于根 系吸水,水分倒流 施用化学肥料时不宜过量,产生“烧苗”

烟草的水分生理

三、蒸腾作用
1、概念 2、蒸腾的生理意义

3、评价蒸腾的指标
4、蒸腾的部位 5、气孔蒸腾

烟草的水分生理

三、蒸腾作用
烟株吸收的水分

1、概念
蒸腾作用:是指水 用于代谢 散失 95%~99%

分以气体状态,通
过植物体的表面(主

1%~5%

要是叶子),从体内
散失到体外的现象。

1)极少量以液体状态散失 到体外(吐水现象)

2)绝大多数以气体状态散 逸到体外(蒸腾作用)

烟草的水分生理

三、蒸腾作用
2、生理意义 (1)是植物水分吸收和运输的主要动力。 (2)促进木质部汁液中物质的运输。 (3)能够降低叶片的温度,避免叶片灼伤。 (1g水变成水蒸气需要吸收的能量,在 20℃时是2444.9J,30℃时是2430.2J)

(4)有利于气体交换。有利于光合作用的进行。

烟草的水分生理

三、蒸腾作用
3、指标 ①蒸腾速率

植物在单位时间内,单位叶面积通过蒸腾作用散 失的水量。
单位:(g m-2 h-1)或(mmol m-2 s-1) 白天的蒸腾速率——15~250 g m-2 h-1 晚上的蒸腾速率——1~20 g m-2 h-1。

烟草的水分生理

三、蒸腾作用
3、指标

②蒸腾比率
(蒸腾效率) 植物每消耗1 kg水时所形成的干物质 克数。一般植物的蒸腾比率是1-8。 ③蒸腾系数 指植物形成 1 g 干物质所需水分(g)。

(蒸腾比率的倒数)蒸腾系数越大,利用水分的 效率就越低。
一般农作物:125-1000,玉米为370,小麦为540, 烟草在500以上

烟草的水分生理

三、蒸腾作用
4、部位 幼小——全部表面都能蒸腾

木本植物长大后——皮孔蒸腾(约占0.1%)
植物的蒸腾作用绝大部分是在叶片上进行。 叶片蒸腾的 两种方式 角质蒸腾(仅占5%~10%) 气孔蒸腾,烟草气孔数目多 500个/mm2

烟草的水分生理

三、蒸腾作用
5、气孔蒸腾 气孔面积只占叶表面的0.5%~1.5%;气孔蒸腾 量要比同面积的自由水面的蒸发量快50倍之多。
小孔扩散定律

水蒸气通过气孔扩散 的速率,不与小孔的 面积成正比而与小孔 的周长成正比。

气孔蒸腾的过程

烟草的水分生理

三、蒸腾作用
5、气孔蒸腾
目前普遍认为控制气孔开与关的主要机理是: 淀粉—糖转化、钾离子累积

气孔运动:白天开放,晚上关闭。

烟草的水分生理

三、蒸腾作用
5、气孔蒸腾
影响气孔运动的因素 光照 光照—张开;黑暗—关闭

温度

上升—气孔开度增大 10℃以下小,30℃最大,35℃以上变小
低浓度—促进张开;高浓度—迅速关闭 水分胁迫——气孔开度减小

CO2 水分

烟田水分管理
一、需水量和耗水量的概念、测定方法 二、烟草的需水规律 三、烟草合理灌溉指标 四、烟田适宜的灌溉方法 五、烟田灌溉制度 六、烟草的水肥耦合技术

烟田水分管理

一、需水量和耗水量的概念、测定方法
1、作物需水量。也称作物蒸散量,一般用 ETc 表 示。指在水分、养分等处于最优状况下、没有任何 病虫害的群体作物,为能取得高产潜力而消耗的水 量,包括植株蒸腾、土壤蒸发以及组成植株体所需 的水量(一般小于1%,可忽略)。即认为作物需水 量就等于植株蒸腾量(Transpiration)和棵间蒸发量 (Evaporation)之和,即ETc = E + T

2、作物耗水量。在实际田间情况下的群体作物所 消耗的水量,同样包括植株蒸腾、土壤蒸发。一般 用 ET 表示。

烟田水分管理

一、需水量和耗水量的概念、测定方法 目前确定作物需水量的方法可以分为2大类:

1、估计法。包括:空气动力学法、热量平衡法、 动力学与能量联立法、经验公式法、遥感估测法等。 其中作物系数—参考作物法运用最为广泛。 2、测定法,其实就是土壤水量平衡法。

烟田水分管理

一、需水量和耗水量的概念、测定方法
估计法中的作物系数—参考作物法,参考作物需水 量 ET0 的确定方法又有10多中计算方法。其中联 合国粮农组织FAO推荐的 Penman-Monteith 模型精 确度、准确度最高,在全世界通行;

ETc ? Kc ? ET0
ET0 ?

ETc 需水量[ mm/day];Kc 作物系数; ET0 参考作物蒸散量[ mm day-1]。

0.408?( Rn ? G ) ? ?

900 U 2 ( e s ?ea ) T ? 273 ? ? ? (1 ? 0.34U 2 )

Rn 冠层净辐射,G 土壤热通量,T 离地表2米高处的空气温度,U2 离地表2米 高处的风速,es饱和水气压,ea实际水气压,△水气压曲线斜率, 湿度计常数

烟田水分管理

一、需水量和耗水量的概念、测定方法

烤烟的基础作物 系数
1.2 1.0

FAO 33推荐的烤烟作物系数
移栽后时期 initial stage 持续天数 10(2) Kc 0.3-0.4

the development stage
mid-season stage late-season stage

20-30(4-6) 0.7-0.8
30-35(6-7) 1.0-1.2 30-40(6-8) 0.9-1.0

基础作物系数Kcb

0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0 5 10 15 移栽后候数 20 25 30

harvest

(4-6)

0.75-0.85

注:表中括号内的数字为候数,FAO 原始 数据中并没有这个数据

烟田水分管理

一、需水量和耗水量的概念、测定方法 在作物系数—参考作物法,耗水量的确定一般是通 K cb ? 1.0 ? K cb 过修正基础作物系数,而实现的。 K ??
a

? K cb ? (1 ? K cb ) Af
砂壤土 壤砂土 1 0.750 0.598 0.482 0.385 0.321 0.275 0.241 0.214

K cb ? 1.0

表 3 平均湿土蒸发因子(Af) 降雨间隔 (d) 粘土 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0.842 0.746 0.672 0.611 0.558 0.511 0.467 0.427 粘壤土 1 0.811 0.696 0.608 0.535 0.472 0.415 0.363 0.323 粉砂壤土 1 0.776 0.640 0.536 0.450 0.375 0.322 0.281 0.250 砂土 1 0.711 0.535 0.402 0.321 0.268 0.229 0.201 0.178 1 0.646 0.431 0.323 0.259 0.215 0.185 0.162 0.144

烟田水分管理

一、需水量和耗水量的概念、测定方法
作物需水量、耗水量的测定法,本质上就是土壤 水量平衡法。 △W=P+I+U-(R+ET+D)
△W土壤储水量变化[mm];P 有效降雨量[mm];I 灌溉量;U 从下层土壤中渗透上来的水量,简称上行水量;R径流量; ET蒸散量;D 渗漏到下层土壤中水量,简称渗漏量。

关键是如何确定U、D,围绕U、D的确定,土壤水 量平衡法又有以下3种主要形式:

烟田水分管理

一、需水量和耗水量的概念、测定方法 1、测坑法。在四壁和底部不渗水的池子中装填土 壤、并种植作物。由于池子不渗水,池子中的土 壤与外部土壤便隔离开来,此时U、D便为0了。
测坑法破坏了土壤原来的结 构,人为隔断了作物生长土 壤与深层土壤之间的水分联 系,容器内植株的代表性对 蒸发测定有影响,测定结果 的代表性需要慎重考虑。

烟田水分管理

一、需水量和耗水量的概念、测定方法
2、蒸渗仪法。将土壤装填在一个 比较大的容器内(即所谓的蒸渗 仪),在蒸渗仪内种植上作物。容 器底部有开口,从容器内土壤中渗 漏出来的水分可以被接住,得到D 准确测量,而U为0。
蒸渗仪法是测定作物需水量的经典标准方法,可用于1h以内 蒸散量的测定,但也存在一些不足:设计复杂,破坏了土壤 原来的结构,人为隔断了作物生长土壤与深层土壤之间的水 分联系;容器内植株的代表性值得怀疑,而且植株生长量会 逐渐累积到蒸散量中去,造成误差;需要大型设备,成本昂 贵,不能广泛使用,特别是不能在实际田间状态下采用。

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一、需水量和耗水量的概念、测定方法
3、农田简化法。假设在地下水埋深很大的地方(一般 要求至少要大于5米),在某个时期当土层达到一定深 度时(经常是2米左右),U、D为0。农田简化法应用 最为普遍,简便,不受气象条件的限制。 但是农田简化法中人为假定D、U为0,如果D、U为比 较大的话,必然会导致很大误差。

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一、需水量和耗水量的概念、测定方法
4、零通量法。是从土壤水分运动出发结合土壤物理状 况来确定蒸散量的一种方法。根据土壤水分运动方程, 当土壤剖面上土水势梯度为零时(零通量面),土壤水分 通量为零,即D、U为0 。
0 0 土壤含水量 土壤水势 100% -1500KPa

θ (t1) Φ(t1) Φ(t2) θ (t2)

土 壤 深 度

Z0(t1) Z0(t2)

图 2 土体储水量变化求算示意图

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一、需水量和耗水量的概念、测定方法
4、零通量法,具有很多突出优点。
? 基本不破坏土壤结构,保持了烟草生长土壤与深层土 壤之间的水分联系,属于原位测量技术,不存在植株 代表性问题;

? 可获得很小时间段的蒸散量数据(精确到小时)
? 不需要固定设备,监测地点可以很方便地改变。

? 理论上,还可以原位地将烟田的烟株蒸腾量和土壤蒸 发量分开,确定不同根层的根系吸水量。

? 可以原位得到土壤水分特征曲线、土壤非饱和导水率、 土壤容重等额外参数。

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二、烟草的需水规律 在150 kg/亩的产量水平下,我国烤烟大田耗水量 大约为300~500方,其中蒸腾量大约为75~150方。 烟草耗水表现为前期 少、中期多、后期又 少的规律;伸根期、 旺长期、成熟期的耗 水量分别占总耗水量 的16~21%、43~46%、 35~38%。

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三、合理灌溉指标 是否需要灌溉可依据气候、土壤墒情、烟草形态、 生理性状和指标加以判断。
1、土壤含水量指标 我国烤烟在还苗伸根期、旺长期、成熟期的土壤计划湿 润土层一般分别为25、50、30厘米,土壤相对含水量以 60%、80%、70%为适宜;如果相对含水量低于45%、70%、 60%,就必须及时进行灌溉。 土壤含水量对灌溉有一定的参考价值,但是由于灌溉的 对象是作物,而不是土壤,所以最好应以作物本身的情 况作为灌溉的直接依据。

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三、合理灌溉指标 2、形态指标

上午8:00以前,没有任何萎蔫。土壤水分充足
上午11:00以前,发生萎蔫。土壤水分已经不足

上午10:00以前发生萎蔫,下午4:00后没有恢 复。土壤水分很不足,必须马上灌溉
茎、叶的颜色也可以指示水分状况 缺水时:叶绿素浓度相对增大,而呈暗绿色;茎、 叶颜色有时变红

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三、合理灌溉指标

3、生理指标
烟叶成熟阶段,

?叶片水分吸力>10 atm,已经缺水,需要灌溉; ?叶片水分吸力>14 atm,严重缺水,应马上灌溉; ?叶片水分吸力<9 atm,水分过多,需要控制水分
近年研究表明:烟叶片细胞汁液浓度、气孔导度、 胞间CO2浓度等也可作为灌溉的生理指标,但如何运 用还需要进一步研究。

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三、合理灌溉指标

可惜!烟草还没有这方面的数据

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四、烟草适用灌溉方法 1、喷灌。就是借助动力设备把水喷到空中成水滴降 落到植物和土壤上。这种方法既可解除大气干旱和 土壤干旱,保持土壤团粒结构,防止土壤盐碱化, 水分利用率高,可节约用水。
灌水均匀度,不 会造成局部的渗 漏损失和肥料流 失,灌水量和灌 水深度容易控制。

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四、烟草适用灌溉方法 2、滴灌。通过埋入地下或设置于地面的塑料管网络, 将水分输送到作物根系周围,水分(也可添加营养 物质)从管上的小孔缓慢地滴出,让烟草根系经常 处于保持在良好的水分、空气、营养状态下。
能精确地按作 物需要供水; 提高肥料的利 用率,可以实 现精确施肥。

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四、烟草适用灌溉方法 3、隔沟交替灌溉。采取地面自流灌溉的方法,隔 行灌溉。下次交叉灌溉垄沟。 节约用水,提高水 分利用率;减少灌 水对土壤结构的破 坏;比较好地协调 了土壤水分、空气 的关系;减少地温 下降,可提高灌水 效率 。

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四、烟草适用灌溉方法
喷灌好于 滴灌好于 沟灌好于 浇灌
不同灌溉方式烤烟产量比较(贵州烟科所) 亩产量 K326 雨养 沟灌 喷灌 滴灌 浇灌 kg 188.1 188.7 211.5 217.7 202.8 亩产值 元 826 863 942 921 844 上中等烟 比例% 35.4 37.8 45 42.2 36.3 亩产量 kg 127.9 139.5 162.4 182.3 150.1 亩产值 元 574 612 688 635 609 上中等烟 比例% 23.4 27.6 33 32.2 24.3

云 85 雨养 沟灌 喷灌 滴灌 浇灌

不同沟灌方式比较(云南烟科所) ET 产量 水分利用效 产值 (元 均价(元 上中等 处理 2 (m3/hm2) (kg/hm2) 率 (kg/m3) /hm ) /kg) 烟(%) 两边同时灌溉 5307.07 2245.65 0.42 21026.85 9.36 87.31 两边交替灌溉 3127.43 2289.75 0.73 23584.35 10.29 89.59 固定单边灌溉 2793.81 2037.15 0.73 18518.59 9.09 84.23

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四、烟草适用灌溉方法
水分效率: 滴灌略好于 喷灌、好于 沟灌
金文华等 在河南驻 马店的试 验

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五、烟草灌溉制度 1、烟草产量对耗水量的响应
Y ETa (1 ? a ) ? K y (1 ? ) Ym ET m
Ya实际产量;Ym没有水分亏缺情况下的 最大产量; ETa实际蒸散量;ETm需水量, 在没有水分亏缺情况的蒸散量;Ky产量 响应系数,根据FAO 的数据:烤烟还苗 伸根期、旺长期、成熟期的Ky分别为0.2、 1.0、0.5,全大田期为:0.9。
烟叶产量Y(kg/ha^2)

2600 2500 2400 2300 2200 2100 2000 1900 1800 250

y = -0.0915x 2 + 62.461x - 8182.1 R 2 = 0.9674

数据来源:汪耀富等.2003
270 290 310 蒸散量ET(mm) 330 350

烟草产量对旺长期的水分供应最敏感,其次是成 熟期,而在伸根期对水分供应敏感系数低!

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五、烟草灌溉制度 2、烟草的水分临界期 植物的水分临界期,是指植物在生命周期中,对 水分缺乏最敏感、最易受害的时期。由于水分临 界期缺水对产量影响很大,因此,应确保农作物 水分临界期的水分供应。 烟草的水分临界期是旺长期。当水资源不足的情 况下,应该尽量将灌溉水运用到旺长期!

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五、烟草灌溉制度 3、烟草的水分关键期 在水分临界期或者对水分也相当敏感的另一个时 期 ,正好遇上当地的降水条件经常出现不适宜, 则这一时期就是当地水分条件影响产量的关键时 期,称作物的水分关键期。
与水分临界期的区别:临界期是从作物本身对水分的 需求来考虑的,是生理问题;而关键期是综合考虑了 作物的特性和当地的气候条件,是农业气象问题。

尽管伸根期不是烟草的水分临界期,在我国大部 分地区却是烟草的水分关键期!必须加强伸根期 的烟田水分管理!

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五、烟草灌溉制度 烟草灌溉制度:是指根据烟草需水特征和当地气 候、土壤、农业技术以及灌水技术等条件,为确 保烟草的产量和质量而制定的适时适量的灌水方 案。包括移栽前及整个大田期内各生育期灌水时 间、灌水次数、灌水定额和灌溉定额。 烟草灌溉制度必须考虑: ?产量和质量目标要求 ?可用来灌溉的水量 ?烟草水分临界期 ?烟草水分关键期 ?灌水技术,沟灌、滴灌还是喷灌

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五、烟草灌溉制度
?缺水干旱区: 伸根期 22-26方(分2次) 旺长期35-40方(2-3次) 成熟期25-30方(2次)

亩产150175公斤烟 叶所需的 ?半丰水易旱区:伸根期20-23方(1-2次) 旺长期30-35方(2次) 灌水量:
成熟期15-20方(1次)

?丰水季旱区:

伸根期12-18方(1次) 旺长期15-20方(1-2次) 成熟期5-10方(1次)

注:1、每年实际灌水量应根据降雨量与常年平均降雨量的差值作相应增减。 2、采用喷灌和滴灌方法灌水量分别减少40%和60%。 3、秸秆覆盖可以有效减少水分蒸发,灌水定额可以减少20%。

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六、烟草的水肥耦合技术 水肥耦合技术就是根据不同水分、养分条件,合 理规划,使得灌溉与施肥在时间、数量和方式上 合理配合,促进扩大烟草根系在的吸水范围,提 高烟草的蒸腾和光合强度,减少土壤的无效蒸发, 以提高水分、养分的利用效率,达到以水促肥, 以肥调水,以期增加烟草产量、改善品质。

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六、烟草的水肥耦合技术
产值 (元 /hm2)

18000 16000 14000

N0:0 N1:22.5 kg/hm2 N2:45.0 kg/hm2 N2:67.5 kg/hm2

W0:不灌水; W1:灌225方/公顷 W2:灌450方/公顷

肥料作用的发挥必须 有一定水分供应为基 础!适量的水分供应 可以降低肥料用量!

12000 10000 8000 6000 4000 2000 0
W 0 0N W 1 0N W 2 0N W 3 0N W 0 1N W 1 1N W 2 1N W 3 1N W 0 2N W 1 2N 2 3 2N 2N W W

烟草灌溉项目组
处理

水氮耦合对烟草水分利用效率的影响(烟草灌溉项目组)
水分控制下限 (占田间 施氮量 (kg/hm2)中上等烟比例(%) 持水量的百分数) ET(m3/hm2) 产量(kg/ hm2) 水分利用效率 (kg/m3)

60-80-70 60-80-70 60-80-70 60-80-70 50-80-65 50-80-65

52.5 60.0 67.5 75.0 52.5 60.0

85.6 86.6 87.3 64.7 74.8 75.4

2107 2156 2253 2401 2054 2079

2433.4 2600.4 2747.4 2648.0 2154.0 2487.0

1.15 1.21 1.22 1.10 1.05 1.20

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六、烟草的水肥耦合技术 灌水可以显著提高 氮肥利用率,低肥 用量时更加明显! 适量的氮肥 可以显著提 高水分利用 效率,但过 多肥料不利 于烟草对水 分的利用!
灌水与氮用量互作对烤烟氮素利用效率的影响 氮用量 氮素利用率 % 氮素增产率 % (kg· -2) 不灌水 灌水 不灌水 hm 灌水 22.5 28.05 36.51 11.58 14.19 45.0 35.02 43.56 23.64 28.65 67.5 35.25 39.81 25.27 30.94 90.0 36.06 37.03 28.31 32.60

汪耀富等,2003

任亚等, 2005

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六、烟草的水肥耦合技术 水肥耦合技术的要点: ? 平衡施肥,养分均衡足量供应是基础 ? 有机肥、无机肥结合施用,饼肥对烟草的特殊 作用 ? 适宜的施肥方式,烟草以穴施较好 ? 合理的灌溉制度,灌水定额超过1050方/公顷便 容易造成肥料淋失,在沟灌条件下灌水定额宜 控制在825方/公顷以内。

关于我国烟草灌溉研究的几点思考

关于我国烟草灌溉研究的几点思考

一、研究烟草灌溉的根本目标
节水?
? 我国大部分烟区分布在降雨比较丰富的地区,全国整体上应以排为主,即使在前期水 分亏缺,节水空间也相当有限(极限节水30方/亩); ? 烟草收获的是营养体-烟叶,与粮食作物完全不一样(收获的是籽粒),营养体的含 水量远远大于籽粒,受水分影响更加敏感。 ? 烟草比较效益较好,在生产上很难在该茬上实施节水措施

1.运用水分调控烟草的产量与品质 2.运用水分提高肥料的利用效率、调控土壤-烟株之间的 养分供求关系

3.运用水分协调烟株与环境之间的关系,调节土壤温度、 土壤空气以及烟田的微气象(湿度、温度)

关于我国烟草灌溉研究的几点思考

二、应该关注几个最基本概念 田间持水量Wt 凋萎系数Wd 土壤有效水Wt-Wd 临界土壤水分系数Wl

烟草应该是哪 一种模式?

关于我国烟草灌溉研究的几点思考

二、应该关注几个最基本概念

在不同土壤上,烟草的凋 萎系数?

关于我国烟草灌溉研究的几点思考

二、应该关注几个最基本概念

在不同土壤上,烟草的临界土壤水分系数?

关于我国烟草灌溉研究的几点思考

三、应该用何种指标来表达土壤水分状况? 土壤水分有效性的本质是土壤-烟株-大 气水分势能的相对强弱

罗金耀,1989

关于我国烟草灌溉研究的几点思考

三、应该用何种指标来表达土壤水分状况?

在理论研究时,最好用势能(土水势)

便于揭示基本规律;便于将在特定土壤上取得 的结果运用到到其他土壤上(通过土壤水分特 征曲线)
在生产操作时,最好用土壤含水量与相对含水量 容易测定,容易掌握

关于我国烟草灌溉研究的几点思考

四、测定烟草各个生育期的水分作物系数和 水分敏感系数是烟草灌溉研究的核心工作
烟草需水量

ET ? K c ? ET0

关于我国烟草灌溉研究的几点思考

四、测定烟草各个生育期的水分作物系数和 水分敏感系数是烟草灌溉研究的核心工作
9000 8

产量(kg/hm )

7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 2500 3000 3500 4000

A

B

6 5 4 3 2 1 4500 5000
3 2

WUE-ET

0 5500

耗水量(m /hm ) 夏玉米产量和水分生产效率与耗水量之间的关系(孙景生,2004)

水分生产效率(kg/m3)

8000

Y-ET

7

2

关于我国烟草灌溉研究的几点思考

四、测定烟草各个生育期的水分作物系数和 水分敏感系数是烟草灌溉研究的核心工作
? ETci ? Yk ? ?? ? ET ? Ym i ?1 ? cmi ? ?
n

?i

Ky值是指导非充分灌溉、进行水最优管理的一个关键 性参数。反映了水分亏缺对烟草不同生育阶段产量的 影响大小。越大,在相同的亏水量条件下造成的减产 损失越大,应对烟草Ky(i)大的时段优先供水

在上式中:Y不仅代 表产量,也代表品 质因素,如烟碱、 淀粉、糖分等

生育时期及水分敏感指数(λ) 项目 符号 λ ETm mm 苗期 越冬 返青 0.138 66.6 拔节 抽穗 灌浆 产量 kg/hm2 6202.5

0.114 0.081 61.2 46.7

0.147 0.164 0.128 100.5 164.3 112.5

冬小麦分生育期作物产量-用水量关系模型

关于我国烟草灌溉研究的几点思考

五、建立水肥气效应监测协作网,是解决水分管 理技术的根本途径

冬小麦在不同年份的作物系数(李新红,2005)

关于我国烟草灌溉研究的几点思考

五、建立水肥气效应监测协作网,是解决水分管 理技术的根本途径

棉花在不同地点的作物系数(李新红,2005)

关于我国烟草灌溉研究的几点思考

五、建立水肥气效应监测协作网,是解决水分管 理技术的根本途径
? 农业生产处于受许多因素影响的开放系统中,只有连续进行 监测,才能将偶然因素基本上消除,获得稳定可靠的烟田养 分水分管理参数,高效管理。

? 农作物产量质量与水肥气关系的参数随着环境条件的改变而 改变,具有明显的空间变异性和时效性。
? 农业部进行了多次全国肥料效应协作监测,现在又有一系列 工程,沃土工程、节肥增效 ? 水利部上个世纪的作物需水量协作监测,2002年重新建立全 国灌溉试验网

六、烟草—水分关系不容易确定,需要更多的努力
1、和养分一样,都是通过根系而被作物吸收。 2、被作物吸收的水分99.8%以上以蒸腾的形式离开了作物。 3、水分在土壤的迁移性强(扩散率在10-3~102 cm2 min-1),养分在土壤 中的迁移性差;因此,被作物吸收的养分绝大部分来自根系活动层之内, 被作物吸收的水分很大部分来自根系活动层之外;在理论上讲可以通过 测定土壤中养分含量差值确定作物吸收量,而水分不能。 4、可以通过测定不同时期植株体内养分之含量来确定养分之吸收量,但 是不能采用这种方法来确定水分之吸收量。 5、因此通过传统的田间小区试验便可以很容易地确定肥料效应,但是难 以确定水分效应,水分效应试验难度要远远大于肥料效应试验

谢谢!


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