魏秋蘭, 劉高, 張學偉, 邵蘭軍 , 王維, 蔡一霞,*

?

不同種類鎂肥對烤煙中微量元素含量和產(chǎn)質(zhì)量的影響

魏秋蘭1, 劉高1, 張學偉2, 邵蘭軍2, 王維1, 蔡一霞1,*

1. 華南農(nóng)業(yè)大學，廣州 510642 2. 廣東中煙工業(yè)有限責任公司，廣州 510610

針對福建武平煙區(qū)土壤酸化嚴重，土壤有效鎂含量偏低導致煙葉鎂含量低的問題，研究了3種不同鎂肥對土壤和烤后煙葉中微量元素含量以及烤煙產(chǎn)質(zhì)量的影響。結(jié)果表明，施用不同鎂肥后均能顯著提高土壤交換鎂的含量，但不同鎂肥對提高土壤交換鎂含量的時效不同。各處理土壤其它中微量元素含量以施用硫酸鎂的土壤較高，施用氫氧化鎂的土壤偏低?？竞鬅熑~的鎂含量以氧化鎂處理最高，其次為氫氧化鎂。施用鎂肥會影響煙葉其它中微量元素的含量，其中施用氫氧化鎂會導致中上部煙葉鈣鐵含量輕度缺乏，而施用硫酸鎂會導致煙葉中鋅錳含量過高。各處理中以氧化鎂處理煙葉化學成分含量最適宜，且經(jīng)濟性狀最優(yōu)。因此，在福建武平煙區(qū)建議施用氧化鎂，既可以防止烤煙生育前期有效鎂的淋失，又可以提高煙葉的產(chǎn)量和質(zhì)量。

鎂肥; 中量元素; 微量元素; 化學成分;

1 前言

鎂是植物生長的必須營養(yǎng)元素, 對植物的生長發(fā)育有著重要的作用, 作為葉綠素分子唯一的金屬元素, 鎂不僅對葉綠素結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定起著重要作用, 還間接影響植物的光合作用[1, 2]。此外鎂還參與碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)等生物大分子的合成, 糖酵解、三羧酸循環(huán)、氮和硫的同化過程中酶的激活也需要鎂參與[3]。煙株對鎂的缺乏較為敏感, 當煙株缺鎂時, 會影響煙株的生長發(fā)育進而影響煙葉的品質(zhì)和產(chǎn)量[4]。目前我國南方地區(qū)普遍存在土壤有效鎂含量低, 導致煙株缺鎂的問題。為此, 我國學者研究了許多關(guān)于施用不同種類的鎂肥、鎂肥的施用水平以及鎂肥的施用方法對煙葉鎂含量以及烤煙生長發(fā)育和生理特性的影響[5-9]。但鎂肥的施用除了影響煙株的鎂含量以外, 還會影響煙葉中其它微量元素含量[10], 關(guān)于不同鎂肥的施用對烤煙微量元素含量影響的研究還比較少。福建武平煙區(qū)是優(yōu)質(zhì)煙葉的主產(chǎn)區(qū)之一, 該煙區(qū)土壤酸化嚴重, 土壤有效鎂含量偏低導致煙葉鎂含量低。因此, 本文通過研究不同鎂肥對烤煙中微量元素含量和產(chǎn)質(zhì)量的影響, 旨在為產(chǎn)區(qū)合理施用鎂肥提供參考依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 試驗材料與土壤背景

試驗于2016年在福建省龍巖市武平縣進行, 以云煙87為供試品種。選擇地面平整田塊進行試驗, 前茬作物為水稻, 土壤類型為砂壤土, 土壤的基本理化性狀見表1。

2.2 試驗設計

采用隨機區(qū)組設計, 試驗設4個處理, 每個處理3次重復, 共12個小區(qū), 試驗處理分別為: 處理 A(對照): 正常施肥, 但不施用任何鎂肥; 處理 B: 在處理A基礎上增施硫酸鎂; 處理C: 在處理A 基礎上增施氫氧化鎂; 處理D: 在處理A基礎上增施氧化鎂。各處理折合施純鎂37.5 kg·hm2, 作為基肥一次性施完。每個小區(qū)均施基肥: 牛糞煙草有機肥6.4 Kg和煙草專用復合肥(N:P:K=10:7:21)4.2 Kg。各處理氮, 磷, 鉀肥料用量相同。

2.3 測定項目與方法

2.3.1 土壤中微量元素的測定

于烤煙各生育期規(guī)范采集不同處理的土壤, 分析各處理土壤的交換性鈣鎂、有效錳、有效鐵、有效銅、有效鋅的含量。交換性鈣、交換性鎂采用乙酸銨浸提-火焰光度計測定[11], 土壤中的有效鐵、有效銅、有效錳、有效鋅用二乙基三胺五乙酸(DTPA)浸提-原子吸收法測定[12]。

2.3.2 烤后煙葉化學成分的測定

取烤后煙葉上部葉的上橘二(B2F)、中部葉的中橘三(C3F)、下部葉的下橘二(X2F)三個等級, 采用王瑞新[13]的方法測烤后煙葉中總糖、還原糖、淀粉、煙堿、總氮等常規(guī)化學成分, 煙葉中鉀、鈣、鎂、鐵、錳、銅、鋅含量參考吳學蘭[14]的原子吸收法。

2.3.3 烤后煙葉經(jīng)濟性狀的測定

煙葉按小區(qū)單獨采收, 每個小區(qū)選取30株, 分開掛竿烘烤, 按國家煙葉分級標準(GB2635-92)進行分級和測產(chǎn), 計算煙葉產(chǎn)量、產(chǎn)值和上中等煙葉比例。

2.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2013 和SPSS21.0 進行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析。

表1 試驗土壤基本理化性狀

Tab.1 Basic physical and chemical properties of soil

3 結(jié)果與分析

3.1 不同鎂肥對土壤中微量元素的影響

從表2可知, 施用不同鎂肥后均能顯著提高土壤交換鎂的含量,但不同鎂肥對提高土壤交換鎂含量的時效不同。其中, B處理土壤的交換鎂含量在烤煙還苗期達到最大值, 并顯著高于其它處理, 而C處理和D處理土壤的交換鎂含量則在烤煙伸根期達到最大值, 且分別高于對照51.10 mg·kg-1和64.26 mg·kg-1。到烤煙旺長期, B、C、D處理土壤中的交換鎂含量差異不顯著, 但均高于對照。但到烤煙成熟期, B、C、D處理土壤中的交換鎂含量與對照不存在顯著性差異。

由表2還可看出, 施用不同鎂肥對土壤其它中微量元素含量的影響不同。與對照相比, 在烤煙生育前期, 施用硫酸鎂提高了土壤中微量元素的含量, 而施用氫氧化鎂和氧化鎂則降低了土壤交換鈣、有效鐵、有效銅、有效鋅的含量, 但提高了土壤有效錳的含量。各處理土壤交換鈣和有效銅的含量在烤煙還苗期達到最大值, 而有效鐵、有效錳和有效鋅含量則在伸根期達到最大值。

3.2 不同鎂肥對烤后煙葉中微量元素的影響

依據(jù)國內(nèi)外卷煙工業(yè)企業(yè)對煙煙葉中、微量元素含量的要求, 認為鎂在煙葉中占0.4%—1.5%(干重)屬正常,在0.2%—0.4%(干重)為輕度缺鎂, 小于0.2%(干重)為缺鎂, 而小于0.15%則為明顯缺鎂[15]。從表3可知, 施用鎂肥后顯著提高了煙葉中的鎂含量, 煙葉上中下部葉的鎂含量均處于0.27%—0.36%之間, 屬于輕度缺鎂。不同鎂肥處理后煙葉鎂含量存在顯著性差異。其中, B處理上中下部煙葉鎂含量顯著低于C處理和D處理。而D處理的上部葉和中部葉的鎂含量最高, 分別比對照高0.17%和0.22%, 下部葉鎂含量最高的則為C處理。

依據(jù)國內(nèi)外卷煙工業(yè)企業(yè)對煙葉中微量元素含量的要求, 認為煙葉中微量元素含量的最適范圍為鈣含量在1.7%—3.4%, 鐵含量在90 mg·kg-1—120 mg·kg-1, 銅含量在6 mg·Kg-1—15 mg·kg-1, 鋅含量在20 mg·kg-1—50 mg·kg-1, 錳含量在50 mg·kg-1—200 mg·kg-1[15]。由表3可知, 施用不同鎂肥后在不同程度上影響了烤后煙葉中的其它中微量元素。其中, B處理上中下部位煙葉的鋅錳含量、下部煙葉的鐵含量和上部煙葉的銅含量均偏高; C處理上中部位煙葉的鈣含量和鐵含量偏低, 而銅含量偏高; D處理除上部煙葉的錳含量偏高外, 其它中微量元素均在合適范圍內(nèi)。

表2 不同處理土壤的中微量元素含量

Tab.2 The middle and trace element content in different treatment of soil (mg·kg-1)

注: 表中數(shù)據(jù)分析采用鄧肯式新復極差法, 具有相同字母的數(shù)據(jù)間差異未達到 5 % 顯著水平, 具有不同字母的數(shù)據(jù)間差異達到5 % 顯著水平。下同。

表3 不同處理烤后煙葉中微量元素的含量

Tab.3 The middle and trace element content in flue-cured tobacco of different treatment

3.3 不同鎂肥對烤后煙葉常規(guī)化學成分含量的影響

從表4可看出, 施用鎂肥后對煙葉的常規(guī)化學成分含量產(chǎn)生顯著的影響。與A處理相比, B、C、D處理上中下部煙葉的總糖和還原糖含量都顯著高于A處理, 而煙堿含量、總氮含量和鉀含量都顯著低于A處理。B、C、D處理間的烤后煙葉的化學成分也存在一定差異。從總糖和還原糖含量來看, C處理下部煙葉的總糖含量和上、下部煙葉的還原糖含量均顯著高于B、D處理, 但B和D處理之間差異不顯著。從煙堿含量來看, B處理上部葉煙堿偏高且分別高于C、D處理21.7%和13.18%, 而中、下部煙葉的煙堿含量適中, 且處理間差異不顯著; 從總氮含量上來看, 各處理烤煙總氮含量變化范圍在 2.18%—2.94%之間, 處于我國優(yōu)質(zhì)煙葉對總氮含量的要求范圍內(nèi), 其中上中下部煙葉都以C處理的總氮含量最低; 從鉀含量來看, 各處理的鉀含量基本高于我國優(yōu)質(zhì)煙葉的對鉀含量的要求, 處理間以C處理的鉀含量最低, D處理的鉀含量最高并達到顯著性差異。

糖堿比和氮堿比是反映煙葉化學成分協(xié)調(diào)性的重要指標, 其中氮堿比以1.0最優(yōu), 而糖堿比以10.0最優(yōu)。由表4可知, 施用鎂肥的處理的糖堿比均優(yōu)于A處理, 不同處理的糖堿比差異達到顯著性, 從上部葉來看, 以C、D處理的糖堿比較適宜, B處理偏低, 而下部葉以B和D處理糖堿比較適宜, C處理偏高。但不同處理間上部煙葉和下部煙葉的氮堿比差異不顯著, 中部葉C處理的氮堿比偏低。

3.4 不同鎂肥對烤煙經(jīng)濟性狀的影響

由表5可知, 施用鎂肥處理的煙葉的產(chǎn)量、產(chǎn)值均高于對照, 其中產(chǎn)值以D處理最高, 而產(chǎn)量則以B處理最高, 分別達到62219.11元·hm-2和2624.44 kg·hm-2, 比A處理提高了24.59%、20.68%; 從均價上來看, C、D處理均價顯著高于A處理, 而B處理與A處理的差異不顯著; 上等煙比例以C處理最高, 其次為D和B處理, 均顯著高于A處理; B、C、D處理的中上等煙比例均達到90%以上, 且處理間差異不顯著。因此, 綜合來看, 施用鎂肥可以在一定的程度上提高煙葉的產(chǎn)量產(chǎn)值, 且不同的鎂肥的施用效果以氧化鎂較顯著。

表4 烤煙在不同處理下的常規(guī)化學成分

Tab.4 The conventional chemical composition of flue-cured tobacco in different treatment

表5 不同處理下烤煙的經(jīng)濟性狀

Tab.5 The economic characters of flue-cured tobacco in different treatment

4 討論

4.1 不同鎂肥對土壤中微量元素含量的影響

施用不同的鎂肥后能顯著提高土壤中交換鎂的含量, 但不同形式的鎂肥在水中的溶解度差異很大, 會影響其在土壤中的有效性[16]。本研究中, 硫酸鎂屬于易溶的酸性鎂肥, 施用后能快速提高土壤的交換鎂含量, 但由于煙區(qū)烤煙生育前期雨水較多, 土壤有效鎂在前期淋失嚴重導致后期土壤供鎂量下降, 不利于煙株在生育中后期對鎂的吸收。此外, 土壤pH會影響土壤對鎂吸附能力, 隨著土壤pH的升高, 土壤對鎂的吸附能力升高[17]。福建武平煙區(qū)土壤酸化嚴重, 硫酸鎂的施用加劇了土壤的酸化, 降低了土壤對鎂的吸附能力, 加速了土壤有效鎂的淋失。氧化鎂和氫氧化鎂為堿性緩效性的鎂肥, 能在一定程度上防止土壤有效鎂在烤煙生育前期的流失。鎂肥的施用對土壤不僅直接影響鎂元素在土壤中的有效性, 還可能通過改變土壤的pH影響到其他中微量元素在土壤的有效性[18]。劉文科[19]等研究表明, 土壤中微量元素含量與隨著土壤pH的升高而下降。在本研究中, 硫酸鎂為酸性鎂肥, 施用硫酸鎂后可能降低了土壤的酸堿度, 從而導致在烤煙生育前期施用硫酸鎂的后土壤中微量元素含量顯著高于施用氫氧化鎂和氧化鎂的土壤。

4.2 不同鎂肥對烤后煙葉中微量元素的影響

煙株吸收中微量元素的含量主要受土壤中微量元素含量的影響[10]。本研究中, 施用硫酸鎂處理的烤后煙葉中鎂含量較其它鎂肥低, 但煙葉中鋅錳鐵銅的含量均偏高, 而施用氫氧化鎂處理的烤后煙葉的鈣含量和鐵含量偏低, 這主要由于施用硫酸鎂的土壤中微量元素的有效含量高, 施用氫氧化鎂的土壤中微量元素的有效含量低。煙株吸收中微量元素還與中微量元素間的拮抗和協(xié)同效應有關(guān)[10]。前人研究認為, 鈣與鎂、鋅存在拮抗作用, 而銅與鐵、鋅之間也存在拮抗作用, 在本研究中, 這幾種中微量元素間的相互作用規(guī)律并不明顯, 這可能是由于土壤環(huán)境復雜, 其它氮磷鉀等營養(yǎng)元素也會對煙株中微量元素的吸收產(chǎn)生影響。

4.3 不同鎂肥對烤后煙葉常規(guī)化學成分含量的影響

在本研究條件下, 施用不同的鎂肥后能在不同程度上增加煙葉含糖量, 同時有降低煙堿、總氮和鉀含量的趨勢, 這與鄧超[4, 20, 21]等人的研究結(jié)果相一致。其中, 施用鎂肥導致煙葉煙堿和總氮含量的下降可能是因為Mg的施用抑制了煙株對NH4+的吸收和硝酸鹽的同化, 導致煙葉氮及其氮化合物含量的下降, 從而降低了煙堿的含量[22], 而施用鎂肥后鉀含量的降低則是由鎂離子與鉀離子的拮抗作用引起的[23]。施用不同種類的鎂肥后煙葉化學成分含量以氧化鎂最適宜, 其次為氫氧化鎂和硫酸鎂。

[1] 張其德, 婁世慶, 李桐柱, 等. 葉綠體膜的結(jié)構(gòu)與功能Ⅱ.鉀離子和鎂離子對兩種類型葉綠體膜吸收光譜及光系統(tǒng)Ⅱ功能的影響[J]. Journal of Integrative Plant Biology. 1979(03): 250–258.

[2] HEMANS C, JOHNSON G N, STRASSER R J, et al. Physiological characterisation of magnesium deficiency in sugar beet: acclimation to low magnesium differentially affects photosystems I and II[J]. PLANTA. 2004, 220(2): 344–355.

[3] 汪洪, 褚天鐸. 植物鎂素營養(yǎng)的研究進展[J]. 植物學通報. 1999, (03): 54-59.

[4] 鄧超, 王能如, 王東勝, 等. 煙草鎂素營養(yǎng)研究進展[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學. 2008, (19): 8123–8126.

[5] 方紅, 羅建新, 周萬春, 等. 施鎂量和施鎂方法對烤煙生長發(fā)育和煙葉產(chǎn)量的影響[J]. 作物研究. 2007, (01): 32–34.

[6] 朱英華, 屠乃美, 肖漢乾, 等. 鎂對烤煙生長發(fā)育及養(yǎng)分吸收的影響[J]. 華北農(nóng)學報, 2011, (03): 164–167.

[7] 李永忠, 丁善榮, 楊志新, 等. 烤煙幾個生理指標與鎂累積量的關(guān)系[J]. 云南農(nóng)業(yè)大學學報, 2001, (03): 209–212.

[8] 徐暢, 陳祖富, 高明, 等. 供鎂水平對烤煙生長及養(yǎng)分吸收的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學報, 2009, (01): 191–196.

[9] 張國, 趙松義, 相智華, 等. 鎂對烤煙生長發(fā)育和生理特性的影響[J]. 中國煙草學報, 2009, (04): 43–47.

[10] 于建軍, 葉賢文, 董高峰, 等. 土壤與烤煙中微量元素含量的相關(guān)性[J]. 生態(tài)學雜志, 2010, (06): 1127–1134.

[11] 鮑士旦. 土壤農(nóng)化分析[M]. 北京:中國農(nóng)業(yè)出版社, 2000.

[12] 魯如坤. 我國30、40年代南方土壤的養(yǎng)分概況和作物產(chǎn)量水平[J]. 土壤, 1999, (01): 20–22.

[13] 王瑞新. 煙草化學[M]. 北京:中國農(nóng)業(yè)出版社, 2003.

[14] 吳學蘭. 煙草中銅、鋅、錳微量元素的測定[J]. 煙草科技. 1991, (05): 25–28.

[15] 趙曉繞, 李哲, 朱江, 等. 羅平土壤及煙葉主要中、微量元素含量分析[J]. 中國煙草科學. 2014, (03): 27–31.

[16] HAERDTER R, REX M, ORLOVIUS K. Effects of different Mg fertilizer sources on the magnesium availability in soils[J]. Nutrient Cycling in Agroecosystems. 2004, 70(3): 249–259.

[17] 王龍, 王子芳, 金昆, 等. pH和有機質(zhì)對三種不同土壤鎂吸附特性的影響[J]. 西南大學學報(自然科學版). 2009, (07): 150–155.

[18] 王書轉(zhuǎn). 長期施肥條件下土壤微量元素化學特性及有效性研究[D]. 北京：中國科學院大學, 2016:1–135.

[19] 劉文科, 杜連鳳, 劉東臣. 石灰性土壤中鐵肥的形態(tài)轉(zhuǎn)化及其供鐵機理研究[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學報. 2002, (03): 344–348.

[20] 崔國明, 張小海, 李永平, 等. 鎂對烤煙生理生化及品質(zhì)和產(chǎn)量的影響研究[J]. 中國煙草科學. 1998, (01): 7–9.

[21] 徐茜, 陳愛國, 戴培剛, 等. 鎂肥合理施用對烤煙生長及產(chǎn)質(zhì)量的影響[J]. 中國煙草科學. 2011, (02): 33–37.

[22] 孫五三. 烤煙煙堿積累機理及其調(diào)控技術(shù)的研究[D]. 合肥：安徽農(nóng)業(yè)大學, 2003:1–60.

[23] 徐照麗, 張曉海. 烤煙營養(yǎng)元素交互作用研究進展[C]//李躍建. 云南省作物學會2004—2006年優(yōu)秀論文選集, 重慶：《西南農(nóng)業(yè)學報》編輯部, 2006:535–538.

Effects of different magnesium fertilizers on contents of medium and trace elements and yield and quality of flue-cured tobacco

WEI Qiulan1, LIU Gao1, ZHANG Xuewei2, SHAO Lanjun2, WANG Wei1, CAI Yixia1,*

1.South ChinaAgricultural University, Guangzhou 510642, China 2. China Tobacco Guangdong Industrial Co, Ltd, Guangzhou 510610, China

To solve the problems of serious soil acidification and the low content of available magnesium in soil in Wuping tobacco-growing areas of Fujian Province, the influences of three different magnesium fertilizers on the contents of medium and trace elements in soil and tobacco leaves and yields and quality of flue-cured tobacco were investigated. The results showed that the content of soil exchange magnesium could be significantly increased after applying different magnesium fertilizers, but different magnesium fertilizers had different timely effects on increasing soil exchange magnesium content. The contents of other medium and trace elements in soil were higher with magnesium sulfate and lower with magnesium hydroxide. The magnesium content of flue-cured tobacco leaves was the highest with magnesium oxide, followed by magnesium hydroxide. The contents of other medium and trace elements in tobacco leaves could be affected by the application of magnesium fertilizers, and the application of magnesium hydroxide led to a slight lack of calcium and iron content in middle and upper tobacco leaves. However, the application of magnesium sulfate resulted in the excessive contents of zinc and manganese in tobacco leaves. The contents of chemical constituents in leaves treated with magnesia were the most appropriate and the economic characters were also the best. Therefore, it is suggested that the application of magnesia in Wuping, Fujian Province could prevent leaching of available magnesium in the early stage of flue-cured tobacco growth as well as improve the yield and quality of tobacco leaves.

magnesium fertilizer; medium element; trace element; chemical composition

S157.2

A

1008-8873(2018)01-049-06

2017-02-17;

2017-03-19

廣東中煙工業(yè)有限責任公司資助項目“福建武平基地優(yōu)質(zhì)煙葉適用生產(chǎn)技術(shù)體系開發(fā)研究”(粵煙工(15XM-QK〔2014〕-002)

魏秋蘭(1990—), 女, 廣東梅州人, 碩士研究生

蔡一霞, 女, 博士, 副教授, 主要從事作物生態(tài)學研究, E-mail: caiyixia@scau.edu.cn

10.14108/j.cnki.1008-8873.2018.01.007

魏秋蘭, 劉高, 張學偉, 等. 不同種類鎂肥對烤煙中微量元素含量和產(chǎn)質(zhì)量的影響[J]. 生態(tài)科學, 2018, 37(1): 49-54.

WEI Qiulan, LIU Gao, ZHANG Xuewei, et al. Effects of different magnesium fertilizers on contents of medium and trace elements and yield and quality of flue-cured tobacco[J]. Ecological Science, 2018, 37(1): 49-54.