云南烤烟种植气候的科学问题.ppt

云南烤烟种植气候的科学问题,引言,农业气象学(agrometeorology)是气象学科中应用气象学的重要分支，是农业与气象的边缘学科。农业部门:主要针对育种土壤施肥栽培技术等缺乏系统的气象资料气象部门:业务重心缺乏系统的农业资料农业气象试验（基地）条件农业气象研究在我国长期得不到足够的重视,云南农业气象研究的一项重要进展烤烟气象,云南省烤烟种植业发展历程1940-1949年种植推广阶段1950-1956年开始规模种植1953年江川、弥勒烟叶被评为“中国烤烟质量第一”1956年面积、总产占全国18.8%、14.4%1978-1981年15个县被定为全国60个烤烟基地县1988年烟叶产量质量均全国第一，烟草业成云南支柱产业2004年烟叶产量占全国1/3，出口创汇占全国52.9%近几年面积产量占全国1/3，是排名第2贵州省面积的近2倍烟草利税占财政收入比重:90年代70%-75%，近几年40%-45%大理州烟叶产量占全省总产9%，居第6位（2006年）,引言,云南烟草业的构成烟草农业：烤烟种植为主；烟草工业：卷烟生产烤烟烟叶卷烟工业的主要原料，体现烤烟种植的重要烟草气象研究和服务的重要性气象条件对作物生长产量影响的比重达60%75%国内烤烟气象研究的不足(2007年以前)烟叶品质与气象的关系不太明确烟叶品质风格特点的成因众说纷纭对云南烤烟种植气候的独特性认识不足烤烟气象研究成果实用指导性较差(品质气候波动变化),引言,一、烤烟对气象/土壤的要求二、烤烟品质与气象条件的关系三、云南气候与云烟品质风格四、云南烤烟种植气候评价指标/区划五、气候变化对云南烤烟种植的影响六、云南烤烟气候开发/气象服务问题,主要内容,一、烤烟对气象/土壤的要求,光合作用：受光、温、水、CO2直接影响，制造有机物质呼吸作用：受温度主导，消耗作物的糖类物质和能量蒸腾作用：决定作物需水量，主导作物对土壤养分的吸收，影响作物生理代谢进程。受温度、湿度、日照影响大。生理生化过程：产质形成/维持生命,与三大作用相关。如糖类等在根/茎/叶上的分配，影响含量及比例。受T/R/S和土壤养分影响作物生长：光合作用、呼吸作用共同决定，需要土壤养分作物发育：需要温度累积量/土壤养分，受光、温、水制约,作物生理代谢对环境条件的响应,作物产量/品质形成取决于光合/呼吸/蒸腾作用,烤烟正常生长对气象的基本要求：气温12-38,雨量80-130mm/月日照3.5h/天,10的积温2600d烤烟优质适产的重要需求:旺长期：均温18-25，水分条件较好/旱涝影响小，日照4.0h/天烟叶成熟期：均温较高19-28、日照4.0-5.0h/天、无明显旱涝危害,喜温作物生长与温度的关系（引自农业气象原理）,作物的生命周期，对光照、积温、水分三个方面都有总量上的基本要求。不同生长发育阶段对光、温、水条件要求明显不同。,一、烤烟对气象/土壤的要求,烤烟的生物学特性:喜温、喜光，需水较多。全生育期要求一定积温，各阶段有最低/高/最适温度,对光、水适应性较强。,一、烤烟对气象/土壤的要求二、烤烟品质与气象条件的关系三、云南气候与云烟品质风格四、云南烤烟种植气候评价指标/区划五、气候变化对云南烤烟种植的影响六、云南烤烟气候开发/气象服务问题,主要内容,烟叶产量与质量的关系烟叶高产和优质对气象、土壤条件的要求不一致。旺盛生长期水分适宜(无旱涝)、气温较高有利于高产。质量好的烟叶才会有价值。烟草业追求的是烟叶优质适产。土壤因素的影响pH值对烟叶钾含量影响大，N、P、K、有机质对烟叶糖、烟碱、氮等成分含量有一定的影响。烤烟品种的影响：在土壤/气象/品种三大因素中影响最小气象条件的影响主导烟叶品质风格特点形成和烟叶质量水平。,二、烤烟品质与气象条件的关系,1.影响烤烟品质的因素,二、烤烟品质与气象条件的关系,2.烤烟烟叶品质指标外观质量：颜色、成熟度、油分、结构等(收购/经验)物理特性：叶厚度、含粳率、填充性、叶面密度(卷烟工业)评吸质量：香气(类型质量)、刺激性、劲头、杂气、浓度、余味、总分(从吸烟感受角度/有主观性)化学品质：总糖、还原糖、烟碱(尼古丁)、氮、蛋白质、钾、氯、石油醚提取物等(从物质成分角度/可定量化)安全性：农药残留、焦油量、重金属离子、霉菌污(食品卫生)烟草行业没有公认的、简洁而能全面客观评价烟叶质量的指标,2.烤烟烟叶品质指标化学成分烟碱：即尼古丁(碱性)，优质烟含量适中。若含量过低，劲头小，吸味淡而“不过瘾”；含量高，则劲头大，有呛刺感。总糖：酸性，对吸味影响大的指标，优质烟含糖量较高。但不是含量越高越好。糖碱比值是度量酸碱平衡协调性的复合指标。钾：表达烟叶燃烧性的重要指标，还与氯含量比值有关，含钾量高、钾氯比值大的烟叶，其燃烧性较好。石油醚提取物：是使用石油醚提取出的众多香气物质成分的总称。含量高，表示香气质好、香气量足，一般为浓香型烟叶。致香物质成分：烟叶中约有四千种，分为浓香、中性、清香类，目前很多成分难以单独提取。其含量和比例决定香气质、香气量。前4项成分含量指标大体上能反映烟叶品质特点、质量水平,二、烤烟品质与气象条件的关系,烟叶总糖含量与平均气温负相关烟碱含量与5月日照时数负相关,二、烤烟品质与气象条件的关系,石油醚提取物含量与7月均温正相关石油醚提取物含量与7月日照正相关,二、烤烟品质与气象条件的关系,烟叶钾含量与土壤pH值呈负相关烟叶钾含量与日照、雨量呈正相关,二、烤烟品质与气象条件的关系,一、烤烟对气象/土壤的要求二、烤烟品质与气象条件的关系三、云南气候与云烟品质风格四、云南烤烟种植气候评价指标/区划五、气候变化对云南烤烟种植的影响六、云南烤烟气候开发/气象服务问题,主要内容,云南烤烟品质有什么特别之处？云南气候对烟叶品质有哪些影响？云南烟草为什么能在全国一枝独秀？云南烤烟品质“美中不足”，为什么？,三、云南气候与云烟品质风格,1.云南烤烟种植气候特点生长季总热量条件好(积温较多)、生长期长。中高海拔区夏季热量强度欠足。水分条件(而不是气温)决定烤烟移栽期(水源条件和雨季开始)。移栽期一般雨水较少、气温较高、日照充足.大田中后期(旺盛生长烟叶成熟)日照偏少、降水多、空气湿度大，寡照多雨特征显著。地膜覆盖栽培广泛应用，提高了烤烟种植的气温有效性。(栽培技术引发普遍的小气候特点)云南烤烟生育期：苗期(1月下4月)、移栽还苗期(4中5月中)、旺盛生长期(6月)、烟叶成熟期(7月9月上旬),三、云南气候与云烟品质风格,2.云南烤烟种植气候的独特性,三、云南气候与云烟品质风格,云南烤烟大田生长季/大田后期日照和热量条件上没有任何优势,2.云南烤烟种植气候的独特性,三、云南气候与云烟品质风格,云南与国外优质烟区气候上的最大差别-光照条件(特别是生长后期),2.云南烤烟气候的独特性,逐月平均气温变化比较,日照时数逐月变化比较,降水量逐月变化比较,三、云南气候与云烟品质风格,2.云南烤烟种植气候的独特性,3.云南烤烟品质的风格特点云南、国内和国外优质烟主要化学品质对比云烟品质特点：含糖量较高、烟碱适中、钾含量偏低、石油醚提取物偏低.,烟叶香型风格基本类别：浓香型、清香型、中间香型云南、福建烟叶被公认为清香型；贵州烟叶为中间香型国外优质烟(津、巴、美、)和河南/山东烟为浓香型,三、云南气候与云烟品质风格,4.云烟化学品质类型与气候条件的关系,低糖高碱高醚提取物(I):气温较高，前期多雨少光照，后期少雨多光照高糖低碱低醚提取物(II):气温较低，前期少雨多光照，后期多雨少光照,三、云南气候与云烟品质风格,三、云南气候与云烟品质风格,成熟期日照多、气温适当偏高，烟叶化学成分比例协调，评吸得分较高,主要致香物质含量：在测试分析的81项中，云南烟叶致香物质成分含量与津巴布韦烟叶差别显著的项数占50%。其中成分含量典型偏低的项数占33%，典型偏高的项数占17%。,5.云烟香气成分含量与气候条件的关系,三、云南气候与云烟品质风格,三、云南气候与云烟品质风格,K326品种在美国、津巴布韦、河南出产“浓香型”烟叶，在云南、福建出“清香型”,5.云烟香气成分含量与气候条件的关系,6.云烟品质风格特点的成因烤烟种植气候的独特性生长前期“多光少雨、气温较高”，中期(6月)光照适中略少，光热水配置总体较好与相对较好的水利条件配合，前期和中期的气候效应是提高烟叶含糖量(光热好利于糖分积累),同时抑制烟碱的形成(多光少雨不利于烟碱合成)。大田生长后期“少光多雨、气温偏低”主导云烟“清香型”风格的形成(气温偏低和光照少不利于浓香型物质积累)，有效降低烟叶糖分的转移和耗失(气温低会减缓生理代谢强度)，有利于烟叶积累烟碱，使烟叶钾含量不高(气温偏低光照少造成蒸腾偏弱，降低烟株吸收钾的能力)。,三、云南气候与云烟品质风格,云南烟叶“清香型”风格、香气质独特的成因气候特性,传统的农业气象强调：(1)作物全(主要)生育期得到的光、热、水总量；(2)作物(产质量形成)关键期的气象条件；(3)气象灾害的影响。,6.云烟品质风格特点的成因,三、云南气候与云烟品质风格,气象条件对作物的影响，光、热、水三因素是同时作用的,但传统农业气象对两个方面考虑不周：(1)光、热、水三因素匹配(造成不同气候类型)的影响；(2)作物生育阶段间气候类型配置的影响。这两方面对于研究作物品质形成非常重要。,7.云南烤烟种植气候的优势,优势一：较好的灌溉条件下，大田生长前期和中期气候，即45月“多光少雨、气温较高”和6月光温水配置总体较好。优势二：大田生长后期“少光多雨、气温偏低”的气候，是云烟独特“清香型”风格的主要成因，也是云南烤烟气候的优势。,三、云南气候与云烟品质风格,优势三：光温补偿效应显著和温度有效性高。夏季云南烟区各地“少光多雨湿度大”的特点鲜明。但滇中及以北烟区大部日照相对较多，光照对温度的补偿和地膜覆盖增温效应显著，一定程度弥补高原热量强度欠足的缺陷。同时，北方冷空气影响小、夏季太阳高度角大和烟区海拔较高造成烤烟生长中后期(夏季)各地光热总量差距缩小，是云南烟区海拔上限高、海拔跨度大和适宜植烟面积大的重要原因.云南立体气候十分显著,为什么只出产“清香型”烟叶？,地膜覆盖栽培的增温效应,地温较高一定程度上提高烤烟群体小气候环境温度和烟株体温(叶温),7.云南烤烟种植气候的优势,三、云南气候与云烟品质风格,大田生长前中期气候区域性差异小，而大田生长后期光、温、水匹配的区域性差别大导致云南烤烟种植气候适宜性的区域性差异显著。6月下旬8月的“少光多雨、气温偏低”气候下，太阳直接辐射量不足加之中高海拔区气温偏低造成白天烟株生理代谢活动(受光合作用和蒸腾作用主导)的旺盛时段较短，导致烟叶浓香型致香物质和钾的积累量偏少。（云南与国外优质烟区烤烟气候的主要差异，导致云南烟叶在香气和含钾量两方面不及国外优质烟）。1个优势点也是缺点,8.云南烤烟种植气候的主要不足,三、云南气候与云烟品质风格,传统认识误区：大田生长中后期若光照过强，会导致叶片厚而粗糙，中脉凸出，形成“粗筋暴叶”，甚至引起日灼等，严重降低烟叶品质。成熟期漫射光多、半阴半晴、光照和煦，更有利优质烟形成。,三、云南气候与云烟品质风格,(津巴布韦低纬高原纬度日照时数),9.云烟品质可贵、市场价值高的原因国外优质烟(津巴布韦)：含糖量较高、烟碱含量适中、石油醚提取物和钾含量高，浓香型全面优质型云南烟叶风格特点：含糖量高、烟碱含量适中、石油醚提取物和钾含量偏低，清香型特色优质型在使用多产地烟叶配伍生产相同品牌(混合型)中式卷烟时代，同时具备含糖量高、烟碱含量适中、清香型三个特点的烟叶产地/产量都很少。云南烟叶的清香型比福建烟叶的清香型更胜一筹(因海拔光照明显差异),三、云南气候与云烟品质风格,一、烤烟对气象/土壤的要求二、烤烟品质与气象条件的关系三、云南气候与云烟品质风格四、云南烤烟种植气候评价指标/区划五、气候变化对云南烤烟种植的影响六、云南烤烟气候开发/气象服务问题,主要内容,怎样评价各地气候是否适宜种植烤烟？气候的空间差异、年际波动对云南烤烟品质有什么影响？,四、烤烟种植气候评价指标/区划,四、烤烟种植气候评价指标/区划,（引自陈瑞泰，宋志林）,(一)全国烤烟种植生态区划指标(不适用于云南),（引自中国农业科学院）,(一)全国烤烟种植生态区划指标(不适用于云南),四、烤烟种植气候评价指标/区划,云南最适宜区成熟期气温2025、大田期日照5小时/天？?,四、烤烟种植气候评价指标/区划,引自2009年中国烟草种植区划,(一)全国烤烟种植生态区划指标(不适用于云南),全国烤烟种植生态区划(2009),烤烟生态适宜性分区,四、烤烟种植气候评价指标/区划,(二)云南烤烟气候适宜性评价指标和区划单项指标的确定和物理意义,(1)7-8月平均气温：反映云南烤烟气候的主要热量问题(2)4月平均气温：反映苗期、移栽期低温和倒春寒的影响(3)4-9月日照时数：代表育苗后期至成熟采收期总光照条件(4)7-8月日照时数：反映云南烤烟气候的主要光照问题(5)6-8月降水量：主导中后期自然水湿状况和生长季总雨量,丽江市古城区4-9月总热量条件比昭通昭阳好，为什么产不出优质烟叶？,四、烤烟种植气候评价指标/区划,适宜性等级评判标准：不适宜f(x)0.6；次适宜0.6f(x)0.75；适宜0.75f(x)0.90；最适宜f(x)0.90,综合气候适宜度：IAIfiCi,云南烤烟种植气候适宜性的定量化评判,四、烤烟种植气候评价指标/区划,气候要素空间分布的GIS精细化推算,云南省气候中心推算,美国PRISM推算,云南年降水量分布,四、烤烟种植气候评价指标/区划,78月日照时数分布,气候要素空间分布的GIS精细化推算,四、烤烟种植气候评价指标/区划,云南烤烟气候适宜性区划,气温适宜性,光温适宜性,综合气候适宜性,四、烤烟种植气候评价指标/区划,(三)基于烟叶品质的烤烟种植气候区划,系统聚类法划分4种烟叶品质类型灰关联度分析得到烟叶品质类型气候分区图弄清了多年平均气候态下各地烟叶品质特点,四、烤烟种植气候评价指标/区划,区划结果反映云南气候的区域性差别，比如:哀牢山地理气候分界线,(四)烤烟气候的“空间+时间”动态分区(预)评估,滇中27站平均烤烟生长季三时段气候要素的波动,使用部分气象预测数据，可对当年实时气象影响进行分区预测,四、烤烟种植气候评价指标/区划,两种动态分区(预)评估：适宜性、烟叶成分含量变化动态分区的意义：卷烟工业的需求、精细化气象服务的需要，对任意年份的分区(预)评估,1994年烤烟气候适宜性分区,2008年烤烟气候适宜性分区,两典型年和30年平均态烤烟气候各等级适宜区面积比重单位：%,四、烤烟种植气候评价指标/区划,2008年对比1994年烟叶总糖含量变化,2008年对比1994年石油醚提取物含量变化,两种分区(预)评估相结合可以满足生产上宏观和微观两方面的需求。,烟叶成分含量变化分区(预)评估与适宜性分区具有一致性,“空间+时间”动态气候区划不同于传统空间静态气候区划,四、烤烟种植气候评价指标/区划,一、烤烟对气象/土壤的要求二、烤烟品质与气象条件的关系三、云南气候与云烟品质风格四、云南烤烟种植气候评价指标/区划五、气候变化对云南烤烟种植的影响六、云南烤烟气候开发/气象服务问题,主要内容,气候变化对云南烟草业影响弊大于利？云南烟草业怎样应对气候变化？,五、气候变化对云南烤烟种植的影响,五、气候变化对云南烤烟种植的影响,1.主要阶段气候各年代均值及年代际变化,气候变暖显著、4-5月雨量2000s明显增大，其他气候均值不异常4-5月雨量年代际差异大、6-8月日照年代际波动明显,50年来夏季、4-9月降水、日照总量的均值和标准差未发生显著异常,2.主要阶段气候年际变率的年代际差别,五、气候变化对云南烤烟种植的影响,3.大田中后期气候变化趋势,夏季(6-8月)强降水天数和比重变化,五、气候变化对云南烤烟种植的影响,6月、7-8月候最低气温最小值变化,6月：多光少雨、气温较高时主成分Z1值大；低温期和6月温度越高，主成分Z2值越大7-8月：多光少雨、气温较高时主成分Z1值大；气温偏低、日照偏多时，主成分Z2值大,4.大田中后期气候主成分变化(EOF),6月和7-8月光温水三因素匹配的年(代)际变化都明显，7-8月波动更大,五、气候变化对云南烤烟种植的影响,5.气候变化对烤烟种植的影响,五、气候变化对云南烤烟种植的影响,2000s4-5月雨量平均增加16.8%(21.5mm)，雨季提前(8/11年偏早/略早)；6-8月均温增加0.45、日照减少8.4min/d。气候变暖、4-5雨量增+育苗技术进步(集约式专业化漂浮育苗)+地膜覆盖栽培+水利条件改善烤烟育苗期、移栽期提前18-22天，成熟采收期提早22-28天。烤烟生育期提前旺长期光热条件改善、成熟期气温提高1.0-1.5、低温危害影响减小最宜区+适宜区面积显著扩大。,对比1970-1980年代，2000s烤烟生长季平均气温增加0.315生育期缩短约7-8d；日照减少7.1分钟/天有减缓光合积累和降低温度有效性的作用但影响不突出。,成熟末期提前25-30d旺长/成熟期降水量分别增加1.1-1.2mm/天；6-8月强降水次数及其雨量比重加大旺长成熟期洪涝影响加重；夏季升温和高湿度引起烤烟病虫危害加重。不同年代间的气候差别对烟叶成分含量的影响程度不大过去50年气候变化未显著改变云烟品质风格特点。2000年后的暖年也可能遭受低温冷害和寡照多雨的影响。如，2002年8月低温寡照多雨天气烟叶单产减少5%、中上等烟叶比重下降10%。另外，雨季典型偏晚年5-6月干旱危害重(05年),过去50年气候变化的有利影响明显大于不利影响,5.气候变化对烤烟种植的影响,五、气候变化对云南烤烟种植的影响,6.未来10年烤烟气候变化的影响,光合、蒸腾作用主导作物生长和生理代谢。夏季变暖提高种植适宜度、增大适宜种植面积,改善烟叶香气质/量。日照时数小幅递减变化的负效应不可能抵消气候变暖的积极作用。,4-5月雨量的年际变率仍较大春旱+雨季偏晚年，移栽期和大田前期的干旱极端气候影响会加大产量和品质不稳定。,无论是气候变暖的有利，还是日照递减的不利，气候趋势变化的累积程度都不大，不会对烟叶品质风格特点产生大影响。,洪涝和病虫害影响很有可能加重。相对于年代际变化和趋势变化，气候年际变化和极端气候的影响更值得关注。,五、气候变化对云南烤烟种植的影响,九、气候变化对云南烤烟种植的影响,烟季气候变暖显著、光照/降水量变化总体无异常4-5月降水波动大(易旱)、7-8月光温水匹配变化显著光热水总量趋势变化的影响有限,气候变暖有利气候变暖+雨季提前+栽培技术进步+水利条件改善成熟期光热条件改善大/最有利影响旺盛生长+成熟期:洪涝影响、病虫害加大(可控)年际变化/极端气候(旱涝/寡照低温):最值得关注,气候变化对烤烟种植的影响有利大于不利,小结,7.如何应对气候变化的影响-适应变化是优先选择,中高海拔烟区坚持“集约化专业育苗+适当提早抗旱移栽+地膜覆盖栽培”，培育壮苗、促还苗和旺长利用前期良好光热条件，减轻后期寡照多雨和低温影响。,要继续搞好烟田水利配套工程建设，增强灌溉和防洪排涝能力。确保4-5月灌溉、抗旱用水，和中后期能够防洪和排涝。,应加强田间管理工作，及时排除烟田积水，