尹小雨，钱泊廷，林铄明，张航

（天津农学院 计算机与信息工程学院，天津 300384）

云南属于亚热带季风气候，日照充足、旱雨季分明、全年温差小且土地肥沃[1]。满足烟草喜温、喜光、需水较多的生物特性[2-3]。目前，在种植过程中烟农仅凭经验控制灌溉用量[4]。以往的研究大多是对不同灌溉方法的研究与比较，而对烟草灌溉参数方面的研究非常欠缺[5]。此外，烟草生产季节降雨不均，烟农的经验并不完全准确[6]，加之灌溉技术落后、灌溉利用率低下，导致烤烟的品质和产量不稳定[7]。

1 材料与方法

在试验田中随机选择6处原状土，使用环刀在土壤深度20 cm处采集质量为5 kg的6份土样并随机分为2组，分别测量其质量，求其平均值做试验数据。随机取3份土样使用烘干机进行烘干后，测其质量，并求平均值，将2次数据相减得到土壤含水量。从伸根期开始，每隔1周测量其土壤含水量，将每一次的数据与前一次数据相减，得到土壤水分丢失量[8]。

2 结果与分析

2.1 不同时期的不同蒸发量

经上述试验，可得到烟草生长不同时期的耗水量，根据试验得到的数据，可算出在烟草根部约20 cm深处每1 m2每1周的耗水量。由于不同时期的气候不同，导致不同时期的耗水量也有一定变化。根据测量所得的数据，利用MATLAB软件拟合可得到耗水量曲线图，如图1所示。

表1 土壤水分丢失量数据表Tab.1 The data of soil water loss

图1 耗水量曲线图Fig.1 The water consumption curve

由图1可知，随烟草生长，烟田的耗水量呈线性变化，在伸根期耗水量逐渐增长，至旺长期耗水量达到最大值，度过旺长期后，耗水量逐渐趋于平缓。这是因为烟草旺长期正处于高气温、日照强的时间，且旺长期的烟草需水量大，所以土壤的耗水量也达到最大值。在伸根期和成熟期，气温相对较低、日照处于弱势，并且烟草生长前期和后期需水量较小，所以土壤的耗水量偏小。

利用MATLAB软件对试验数据进行处理，使用Fourier函数进行拟合：

式中：t——时间，d；E——耗水量，kg。

2.2 适宜范围内的蒸发量

不同生育期烟草适宜的含水率范围不同，其适宜范围的耗水量也不同。根据含水率公式：

式中：ΔW——含水率变化量；mw——湿土质量，kg；md——干土质量，kg；ms——耗水量，kg；V——土壤体积，m3。

测量实验田土壤密度Ρb为1.2 g/cm3，以1 m×1 m×0.3 m的土壤为研究样本。

将公式（2）代入公式（3），与公式（4）联立，得到含水率耗水量公式：

2.3 不同时期灌溉周期与灌溉量

在烤烟生育期内，灌溉由灌溉周期与单次灌溉量决定。灌溉量在满足烟草适宜含水率的条件下，一次灌溉使用最多水量应该作为土壤水分的补充，其值约等于适宜范围内的蒸发量，蒸发量为相邻两次测量的差值。

将公式（1）微分计算可得到耗水速率公式：

式中：M——土壤含水量，kg；m——单位土壤含水量，kg/m3；Mmax——当前生育期土壤含水量最大值，kg；Mmin——当前生育期土壤含水量最小值，kg；t——时间，d。

由公式（9）可得Mmax、Mmin，灌溉周期是在满足烟草土壤适宜含水率的条件下，两次灌溉之间最长时间间隔。

由公式（6）（10）可以得到灌溉周期公式

式中：T——灌溉周期，d。

由于烟田生育期各阶段需水量不同，灌溉量的曲线的斜率必将发生变化。伸根期烟叶蒸腾量较小，由于起始的土壤含水量较高，灌溉所需水量都不多。在旺长期，由于烟叶面积的增大，烟叶蒸腾量逐渐升高。旺长期是烤烟生长最快的时期，快速生长发育，造成对土壤水分强烈的需求。成熟期烟叶继续生长，烟叶表层的水分继续消耗，但由于烟叶根系发展较为完善，所需水量较为减少。

2.4 降雨对灌溉的影响

土壤含水率是决定烟草生长状况的主要因素之一，在烟草生长过程中，需水量是呈线性变化的，而土壤含水率是由降雨和灌溉两部分因素决定的。本实验的目的是，通过科学的计算，使得降雨量与灌溉量的总和约等于某时间段的土壤适宜含水量。通过对耗水速率与降雨量的计算，可得出降雨多久之后耗水量将超出最大范围，即距离下一次灌溉需要多长时间。将公式（3）定积分可得降雨量与灌溉时间的关系：

式中：R——降雨量，mL；Rm——雨水质量，kg；a——降雨结束的时间点；b——下一次灌溉的时间点。

3 结论

根据试验结果，通过线性拟合方法，得到烟田的耗水量呈线性与时间的关系模型，并计算出其相关函数。再根据烤烟不同生育期适宜的含水率范围不同，为使得烤烟随时处于适宜的土壤含水率范围内，确定每次灌溉的用水量。结合烟田的耗水量与时间的关系，确定每一次灌溉的时间间隔。考虑到烟草生育期间降雨时间、降雨量的不确定性，本试验研究了降雨量对下一次灌溉时间的影响，进一步分析得到了降雨量与灌溉延时的函数。灌溉方式、植株密度也对灌溉产生影响。为达到提高品质、提高产量节水的目的，株行距控制在120 cm×50 cm，灌溉方式使用喷灌较好。