朱換換,符 雷,曾代龍,祝春崗,時(shí)向東
(1河南農(nóng)業(yè)大學(xué)國家煙草栽培生理生化研究基地,鄭州450002;2海南省煙草公司,海口570000;3川渝中煙工業(yè)責(zé)任有限公司,四川什邡618400;4海南省煙草公司儋州公司,儋州571700)
氯對煙草品質(zhì)有重要影響,其含量過高或過低對煙葉質(zhì)量和產(chǎn)量都有不良影響,對煙葉燃燒性和吸濕性的影響尤為重要。優(yōu)質(zhì)煙葉含氯量在0.3%~0.8%,煙葉中 K/Cl≥4較為理想[1]。我國植煙面積世界第一,植煙土壤資源豐富多樣,不同的土壤類型和土壤狀況,必然形成氯素供給能力的差異,從而影響煙株對氯素的吸收、積累和煙葉的質(zhì)量。
植物吸收氯的速度和數(shù)量主要取決于介質(zhì)中的氯離子濃度,即煙葉吸收氯量與土壤含氯量呈正相關(guān)[2,3]。我國煙草種植的最適宜區(qū)域土壤氯離子含量不超過30mg/kg[4]。土壤類型和肥力條件都影響煙株對氯的吸收、積累和分配。土壤母質(zhì)、氣候條件、海拔高度以及人類活動(dòng)等均對土壤含氯量有明顯影響[5]。我國生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)煙葉的土壤類型有紅壤、黃壤、紫色土、水稻土、褐土和棕壤[4]。楊美麗[6]研究發(fā)現(xiàn),福建煙區(qū)土壤水溶性氯含量與烤煙葉、根、莖部位含氯量達(dá)到極顯著正相關(guān)。袁家富等[7]研究發(fā)現(xiàn),土壤中含氯量一般在37~370mg/kg,我國土壤平均含氯量為24.8mg/kg,南方煙區(qū)主要植煙土壤的游離態(tài)氯含量幾乎都低于30mg/kg,且有50%以上的土壤的含氯量低于10mg/kg。范藝寬等[8]、毛家偉等[9,10]通過對河南煙區(qū)耕層土壤氯含量的分析發(fā)現(xiàn),河南煙區(qū)土壤氯含量的平均值為30.13mg/kg,與煙草生長所需的土壤氯含量臨界值相近或略高,但不同地區(qū)間差異較大:豫西煙區(qū)干旱少雨,耕層土壤中的氯由于不易淋溶,氯含量較高;豫東煙區(qū)雨水偏多,加之灌溉條件較好,因此耕層土壤中氯含量較低。河南部分地區(qū)煙葉中也存在氯含量偏高的現(xiàn)象[11],應(yīng)采取綜合農(nóng)藝措施來降低煙葉中的氯含量。李明德等[12]指出,湖南省主要煙區(qū)土壤水溶性氯含量平均為16.6mg/kg,在烤煙生長適宜的含氯范圍內(nèi)。秦松[13]研究發(fā)現(xiàn),貴州省植煙土壤平均氯含量為4.60mg/kg,明顯低于優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)的土壤氯含量。唐樹海等[14]報(bào)道,土壤含氯量的多少與成土母質(zhì)有一定的關(guān)系,貴州大部分土壤由含氯較多的海相沉積物母質(zhì)發(fā)育而來,但貴州土壤含氯卻很低,可能是由于地形和氣候造成的。貴州地區(qū)不同土壤類型煙區(qū)的煙葉氯含量存在差異,各種土壤類型中氯含量的趨勢為:黃壤>黃棕壤>石灰土>紅壤>水稻土。王世濟(jì)等[15]報(bào)道,安徽省主要有潮土、砂姜黑土、黃褐土、黃棕壤、紅壤等5種土壤類型,全省土壤氯含量在 0.2~87.0mg/kg,平均18.5mg/kg,其中96%的土壤樣品氯含量 <45mg/kg,82%的土壤氯含量<30mg/kg,造成部分皖南煙區(qū)煙葉含氯量低,應(yīng)適當(dāng)加施氯肥。陳朝陽等[16]研究發(fā)現(xiàn),南平烤煙區(qū)土壤氯的適宜指標(biāo)為25~45 mg/kg,土壤氯含量 <10 mg/kg時(shí),對煙葉氯含量的影響較?。煌寥缆群浚?0 mg/kg時(shí),煙葉氯含量與土壤氯含量之間呈極顯著線性正相關(guān)。殷杰[17]研究發(fā)現(xiàn),宜賓市不同類型土壤水溶性氯平均含量為黃壤>石灰土>黃棕壤>紫色土>水稻土,植煙土壤含氯量平均為11.6 mg/kg,土壤氯含量的變化對煙株含氯量有明顯影響。云南煙區(qū)土壤含氯量為20 mg/kg左右,四川煙區(qū)中性紫色土水溶性氯含量為26 mg/kg。李丹丹[18]研究發(fā)現(xiàn),四川省大部分煙區(qū)烤煙氯含量(平均含量為0.36%)在適宜范圍內(nèi)。煙葉含氯量隨土壤含氯量相對變化,一般是東北煙區(qū)煙葉含氯量低,黃淮海煙葉含氯量高,西南煙區(qū)含氯量最低[7]。我國主要煙區(qū)土壤含氯量基本不會(huì)對煙株生長產(chǎn)生毒害,很多地區(qū)為了滿足煙葉質(zhì)量的要求需增施一定量的氯肥。
土壤團(tuán)聚狀況直接影響土壤通氣狀況、含水量、土壤抗侵蝕能力以及土壤中養(yǎng)分淋溶。土壤的孔隙構(gòu)造是影響溶質(zhì)運(yùn)移的重要因素,小孔隙增多和孔隙曲折度的增大也會(huì)使得Cl-在土壤中擴(kuò)散—彌散系數(shù)增大和阻滯效率減?。?9]。土壤團(tuán)粒的大小對煙株吸收氯有一定影響。孫慧敏等[20]采用垂直土柱易混置換法研究發(fā)現(xiàn),土壤團(tuán)聚體大小對氯離子的遷移有影響。團(tuán)聚作用較強(qiáng)的土壤阻滯因子高于團(tuán)聚作用較差的土壤。土壤團(tuán)聚體內(nèi)部孔隙對Cl-遷移的阻滯效應(yīng)表現(xiàn)為相同粒徑的土柱和砂柱的穿透曲線形狀與位置相異。土壤團(tuán)聚直徑0.25~0.5 mm時(shí)阻滯效應(yīng)最強(qiáng),良好的土壤結(jié)構(gòu)對防止土壤次生鹽漬化以及保肥有重要作用。團(tuán)聚作用較好的土壤,土體中各個(gè)孔隙不是連通的,其中的水近似于靜止?fàn)顟B(tài),僅通過擴(kuò)散作用轉(zhuǎn)移,而一些團(tuán)聚狀況不好的土壤,孔隙連通,水流較快,易造成養(yǎng)分流失。合理的土壤團(tuán)聚狀況有利于煙株對氯的吸收。
在干旱條件下煙株對氯的吸收量增加。McCants等[21]和曹志洪等[1]也有相似的發(fā)現(xiàn),濕潤條件與干旱條件相比煙株吸收氯的量較少,即土壤含水量高時(shí)煙株吸氯量減少。孫梅霞等[22]研究發(fā)現(xiàn),在烤煙成熟期煙葉中的氯含量與土壤含水量呈負(fù)相關(guān)。土壤干旱狀態(tài)下蒸發(fā)量>降水量,更多的氯離子被帶到土壤表層,可增加煙株對氯的吸收;其次,干旱條件下,煙株需要吸收氯來調(diào)節(jié)細(xì)胞的膨壓和水勢,以吸收更多的水分來滿足生長發(fā)育的需要。適當(dāng)?shù)母珊悼梢蕴岣咧仓甑目剐院吐群俊?/p>
一般認(rèn)為適宜煙草生長的 pH為 5.5~7.0[23]。土壤pH嚴(yán)重影響土壤養(yǎng)分的有效性,同時(shí)影響煙株對養(yǎng)分的吸收,隨pH升高煙株吸收氯量減少[1]。McCants等[21]通過研究有相似的發(fā)現(xiàn),認(rèn)為煙葉氯含量與土壤pH呈負(fù)相關(guān)。許自成等[24]研究發(fā)現(xiàn),湖南煙區(qū)在pH5.5~6.5時(shí)水溶性氯含量最宜,適于優(yōu)質(zhì)烤煙生長。陳朝陽[25]研究發(fā)現(xiàn),南平煙區(qū)土壤pH與水溶性氯呈極顯著負(fù)相關(guān),在pH為5.5~6.5之間氯的有效性較低,但煙株沒有出現(xiàn)缺素癥。邵麗等[26]和夏東旭等[27]在云南騰沖和永德煙區(qū)的研究則認(rèn)為土壤水溶性氯含量與土壤pH相關(guān)性不顯著。不同地區(qū)的研究結(jié)果有差異可能與當(dāng)?shù)赝寥李愋图碍h(huán)境狀況等有關(guān)系。當(dāng)土壤pH過高(>9.0)或過低(<4.0)都會(huì)對煙株根部造成損害,從而影響根部對氯的吸收機(jī)能,同時(shí)也有可能制約了Cl的形態(tài)及其在土壤中的活性。楊美麗[6]發(fā)現(xiàn),pH可以通過影響NO-3、H2PO-4、SO2-4的含量來影響植株吸收氯的量,并有研究發(fā)現(xiàn)土壤pH影響硝化作用,pH升高硝化作用加強(qiáng),當(dāng) pH8.3~8.5時(shí),硝化作用效率最高。此時(shí),土壤中硝態(tài)氮增加,由于Cl-與NO-3的拮抗作用,植株對氯的吸收減弱,pH降低時(shí)硝化作用減弱,土壤中銨態(tài)氮增加,煙株對氯離子的吸收加強(qiáng)[1]。
眾所周知,離子之間存在拮抗作用和協(xié)同作用。研究表明,Cl-與NO-3、H2PO-4、SO2-4等離子之間都存在拮抗作用,當(dāng)這些離子與氯離子處于同一介質(zhì)中時(shí),根系對氯離子的吸收就會(huì)減少[6,28]。研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)氯離子固定不變而硝酸根的濃度改變時(shí),隨著NO-3的增加,氯離子在莖和根中的含量減少,而鉀在莖中的含量增加。在沙培條件下,用硝態(tài)氮作氮肥時(shí),在施氯量為270 kg/hm2時(shí)煙葉沒有出現(xiàn)氯毒害現(xiàn)象。White等[29]研究表明,NH+4促進(jìn)氯離子的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn),但Br-抑制氯離子的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)。大量施用鉀、鈣、磷以及適量石灰等都可以降低氯的毒害[17]。施用過磷酸鈣、石膏、磷石膏等也可減少煙株對氯的吸收,降低氯離子對煙株的毒害[1]。生產(chǎn)上可以通過不同種類肥料混合施用達(dá)到平衡煙株養(yǎng)分供給的作用。
土壤有機(jī)質(zhì)含量的高低直接影響作物的生長發(fā)育。研究表明,土壤有機(jī)質(zhì)含量低于0.5%,土壤的保水保肥性能差,即便施用大量化肥也難以高產(chǎn)[30]。有機(jī)肥能直接顯著的提高土壤有機(jī)質(zhì)含量,進(jìn)而改善土壤結(jié)構(gòu)并為煙草生長提供全面的養(yǎng)分,使煙葉內(nèi)在化學(xué)成分更加協(xié)調(diào)[31]。
陳朝陽等[32]研究發(fā)現(xiàn),南平煙區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量和水溶性氯含量呈顯著負(fù)相關(guān)。武雪萍等[33]通過對不同有機(jī)肥配比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),增加有機(jī)肥的比例可降低煙葉中的氯含量。王小東等[34]也有相似的發(fā)現(xiàn),土壤有機(jī)質(zhì)含量在20~70 g/kg范圍內(nèi),隨著土壤有機(jī)質(zhì)含量的增加,煙葉中氯含量遞減,且高有機(jī)質(zhì)組(有機(jī)質(zhì)含量平均71.6 g/kg)與中 (平均43.8 g/kg)、低(平均 24.5 g/kg)有機(jī)質(zhì)組間差異顯著。王鎮(zhèn)[35]認(rèn)為,增施有機(jī)肥對烤后煙葉氯含量影響不顯著。許自成等[36]、秦松等[37]等則認(rèn)為在一定范圍內(nèi),土壤有機(jī)質(zhì)含量增加有利于煙葉對氯離子的積累。
土壤中的氯以離子狀態(tài)存在,不易被土壤膠體所吸附,但極易淋失[1]。由于不同地區(qū)土壤質(zhì)地、水分狀況以及降水量等的不同,氯的淋溶狀況亦不同。土壤中氯離子的淋失主要受降雨量和降雨中氯離子的含量的影響,在靠近海的地區(qū)每年降水向土壤中帶入大量的氯,因而這些地區(qū)土壤中往往不缺氯;內(nèi)陸地區(qū)由于降水中氯離子含量少,土壤氯素的積累較少同時(shí)降雨淋失會(huì)使土壤中的氯含量降低;在土壤含氯較少卻降雨較多的煙區(qū),應(yīng)該適量的加施一些氯,以保證煙株的生長需要[38,39]。在南方水淹田中,每年向土壤中施入氯肥,雖然耕層土壤中的氯含量變化不大,但植株吸收氯量會(huì)增加[40]。研究發(fā)現(xiàn),南平煙區(qū)土壤中氯的積累與淋溶處于動(dòng)態(tài)平衡,施入量越大,淋溶量也越大,施氯不會(huì)造成耕層土壤氯的積累,但犁底層中氯含量有所增加[25]。貴州煙區(qū)雨量充沛,土壤中的氯易形成可溶性鹽被淋失,并且貴州終年濕潤,降雨量≥蒸發(fā)量,這就使得已被淋溶到根層以外的氯難以再通過水分蒸發(fā)回到根層,不能被煙株吸收。土壤中的氯隨水運(yùn)動(dòng)不斷排出土體使土壤含氯量降低,進(jìn)而減少了煙株對氯的吸收[14]。
楊美麗[6]通過土柱模擬整個(gè)淋洗過程試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),從同一淋洗時(shí)間來看,不同土壤氯素淋失量表現(xiàn)為灰泥田(含氯 30.32 mg/kg)最高,潮砂田(含氯10.94 mg/kg)和黃泥田相近(含氯 11.38 mg/kg)。從土壤氯的淋洗率來看,黃泥田(98.90%)>潮砂田(94.65%)>灰泥田(73.55%),不同施氯量下,淋失量隨施入量增加而增加,但淋失率都有所下降,說明長期施用氯肥雖然大部分會(huì)淋失,但也有部分仍會(huì)殘留于土壤,可以降低淋失率,增加土壤對煙株的氯肥供給。
耐氯煙株對氯離子的吸收具有一定的調(diào)節(jié)功能,可以降低煙株對土壤的敏感性,在一定程度上減弱土壤氯含量對煙葉品質(zhì)的影響。
從分子水平對煙草吸收氯的機(jī)理、氯離子通道、氯在煙株體內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制以及對煙草中對氯吸收有調(diào)節(jié)作用的關(guān)鍵基因進(jìn)行研究,適時(shí)調(diào)節(jié)并使煙葉氯含量達(dá)到適宜水平。
土壤pH影響硝化作用,硝酸根與氯離子存在拮抗作用,NH4+促進(jìn)氯離子的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)。對于土壤含氯量較高的煙區(qū)可以多施加硝態(tài)氮肥,減少煙株對氯的吸收;土壤含氯量較低的煙區(qū)應(yīng)適量加大銨態(tài)氮肥的比例,促進(jìn)煙株對氯的吸收和積累。
我國大多數(shù)煙區(qū)土壤中氯含量不能滿足優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)所需。對我國主要植煙土壤進(jìn)行分析檢測,確定主要煙區(qū)的合理施氯量,適時(shí)適量施肥,使煙葉氯含量達(dá)到適宜水平。
氯離子是影響煙葉燃燒性的重要因素。我國存在植煙土壤氯含量超標(biāo)的煙區(qū),該區(qū)域的煙葉存在氯含量高的問題,且傳統(tǒng)的改良方法無法降低煙葉中的氯含量,研究具有吸附和固化氯離子的土壤改良劑很有必要。
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