祖慶學 聶忠揚 林松 饒陳 張翼飛 張涵

（1 貴州省煙草公司開陽分公司，550300，貴州開陽；2 貴州大學農(nóng)學院，550025，貴州貴陽）

植物對各種營養(yǎng)元素的吸收方式和途徑不盡相同，而各種元素間在吸收過程中也存在相互作用。烤煙生長發(fā)育必需元素有16 種，包括大量元素氮、磷、鉀，中量元素碳、氫、氧、鈣、鎂、硫，微量元素鐵、錳、硼、鋅、銅、鉬、氯[1]，每種元素都不可缺少，不可代替，哪種不足或過量都會引起作物生理機能失調，生長發(fā)育受阻。氮素是影響烤煙生長發(fā)育及煙葉品質的重要礦質元素[2]。高等植物從土壤或其他外界環(huán)境中主要以硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的形式吸收氮素，這2 種氮形態(tài)會對植物的一系列生理和代謝過程產(chǎn)生不同影響[3-4]。植物體內各種離子在一定條件下保持平衡狀態(tài)，反映植物細胞內環(huán)境的穩(wěn)定程度，是細胞內部各種生理生化過程正常進行的前提條件之一[5]。由于植物吸收的陰陽離子中約70%有NH4+或NO3-的陪伴[6]，所以供氮形態(tài)對各種礦質養(yǎng)分的吸收及植物體內陰陽離子的相互關系都起著關鍵作用。

當植株根系以不同速率吸收營養(yǎng)元素時，植物內部的電中性通過有機酸的積累或降解來維持。煙草中的有機酸以非揮發(fā)有機酸為主，在煙葉中多與K+、Mg2+、Ca2+等金屬離子或生物堿結合成鹽或以酯類形式存在，少部分以游離態(tài)存在，主要有草酸、蘋果酸及檸檬酸[7-8]。有研究[9-10]認為，硝態(tài)氮有利于烤煙的生長，同時煙葉內有機酸含量會增加，但是硝態(tài)氮施用量過高會影響烤煙對鉀的吸收。也有研究[11-12]認為，銨態(tài)氮相比硝態(tài)氮更有利于烤煙產(chǎn)量和品質的提高，但烤煙吸收過多的NH4+會使土壤變酸。目前，更多的研究[5,13-14]認為，銨硝混合營養(yǎng)比單一銨態(tài)氮或硝態(tài)氮更有利于烤煙生長發(fā)育。Engels 等[15]研究發(fā)現(xiàn)，施用硝態(tài)氮后植物K+、Ca2+、Mg2+等陽離子含量明顯提高，而施用銨態(tài)氮比硝態(tài)氮含有更多的Cl-和PO43-。煙草作為一種特殊的經(jīng)濟作物，K+和Cl-等含量對烤煙的生長有著很大的影響，因此，研究不同銨硝配比下烤煙的離子平衡對烤煙產(chǎn)量提高和品質提升有重要意義。本試驗采用水培法，以云煙87 為試驗材料，研究了不同銨硝配比對煙苗生長及陰陽離子平衡的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗地點及材料

試驗于2019 年2 月在貴州大學南校區(qū)盆栽場進行，試驗材料為云煙87。

1.2 試驗設計

在等氮量前提下，設5 個不同銨硝配比（NH4+-N:NO3--N）處理，分別是100:0、75:25、50:50、25:75 和0:100。每個處理4 次重復，每盆植煙1株，共60 盆。依據(jù)水培地點光照和通風等環(huán)境差異，采用隨機區(qū)組排列。用漂浮育苗方式培育壯苗，苗齡約45d 時選擇長勢一致的煙苗移栽，洗凈根部砂粒，移栽于1.5L 的塑料容器中（容器深12cm），塑料容器上覆蓋具孔蓋板，植株根莖結合部位用海綿包裹，固定在蓋板上，烤煙移栽前3d用1/2 Hoagland 營養(yǎng)液培養(yǎng)；烤煙生長過程中每7d更換一次營養(yǎng)液，每隔2d 用稀H2SO4或稀NaOH溶液調節(jié)pH，確保水培期間pH 為6.0。全生育期每天加入3% H2O21～3mL，加強病蟲害防治。采用改良Hoagland 營養(yǎng)液配方，其中，N 140mg/L、P 40mg/L、K 200mg/L、Ca 200mg/L、Mg 40mg/L、Mn 0.5mg/L、Cu 0.02mg/L、Zn 0.05mg/L、Mo 0.05mg/L、B 0.5mg/L，每升培養(yǎng)液中加入1mL Fe-EDTA。Fe-EDTA 溶液配制方法如下，將5.57g FeSO4·7H2O 和7.45g Na2EDTA 溶于200mL 蒸餾水中，加熱混合，待冷卻后定容至1L 后作母液。各處理試劑用量見表1。

表1 不同銨硝配比營養(yǎng)液的配制Table 1 Preparation of nutrient solution with different ratios of ammonium to nitratemg/L

1.3 測定指標與方法

1.3.1 取樣時期 烤煙移栽后第15 天取樣，每個處理取4 株煙苗，共計60 株。分別稱取煙株根、莖、葉鮮質量，將其在105℃下殺青30min，85℃下烘干至恒重；將烘干至恒重的根、莖、葉粉碎，分別稱干質量；烘干粉碎好的樣品用于測定K+、Na+、Ca2+、NO3-、H2PO4-、Cl-、SO42-、蘋果酸、檸檬酸和草酸含量。

1.3.2 測定項目與方法 采用火焰光度計法[16]測定煙苗K+、Ca2+、Mg2+含量，采用離子色譜法[17]測定NO3-、H2PO4-、Cl-、SO42-含量。采用毛細管氣相色譜法[18]測定有機酸含量。陰陽離子平衡=陽離子含量-（無機陰離子含量+有機陰離子含量），正值表示陽離子含量大于陰離子含量，根系分泌的H+＞OH-，根系出現(xiàn)酸化現(xiàn)象；負值表示陰離子含量大于陽離子含量，根系分泌的OH-＞H+，根系出現(xiàn)堿化現(xiàn)象[19]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2003 進行數(shù)據(jù)整理，用DPS 7.05（LSD法）進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 不同銨硝配比對煙苗各部位鮮質量和干質量的影響

由表2 可知，不同銨硝配比處理下，煙苗各部位干、鮮質量均表現(xiàn)為隨著硝態(tài)氮比例的增加呈增加趨勢，以全硝處理最高。全硝處理（0:100）的葉、莖及總鮮質量均與其他處理達顯著差異，根鮮質量與銨硝比50:50、25:75 處理無顯著性差異，但顯著高于全銨處理（100:0）和銨硝比75:25 處理。全硝處理的煙苗葉、莖干質量與銨硝比50:50、25:75 處理無顯著差異；全硝處理的根、總干質量與銨硝比25:75 處理無顯著差異，但與其他處理達顯著差異。全硝處理煙苗整株含水率最高，為93.13%，顯著高于其他處理，銨硝比75:25、50:50、25:75 處理間含水率均未達到顯著性差異。說明硝態(tài)氮比例的增加有利于煙株的生長并促進煙株干物質積累。

表2 不同銨硝配比對苗期煙株各部位鮮、干質量的影響Table 2 Effects of different ratios of ammonium to nitrate on fresh and dry weight of various parts of tobacco plants at seedling stage

2.2 不同銨硝配比對煙苗葉片有機酸積累的影響

由表3 可知，煙苗對有機酸的積累在不同銨硝比例處理下有顯著性差異。隨著硝態(tài)氮比例的增加，蘋果酸和有機酸總含量呈先降低后增加的趨勢，草酸含量呈增加趨勢，檸檬酸含量呈先增加后降低的趨勢。蘋果酸含量在銨硝比75:25 處理下最低（3.59mg/g），在全硝處理下達到最高（15.52mg/g）。草酸和總有機酸總量均表現(xiàn)為全硝處理顯著高于其他處理，全銨處理與銨硝比75:25 處理間無顯著差異，但均顯著低于銨硝比50:50 和25:75 處理。檸檬酸含量在銨硝比25:75處理達到最大值，但與全硝處理無顯著差異，二者均顯著高于其余3 個處理。以上說明硝態(tài)氮有利于促進煙苗有機酸的積累。各處理有機酸含量均表現(xiàn)為檸檬酸＞蘋果酸＞草酸，說明檸檬酸是煙苗有機酸的主要成分，蘋果酸次之。

表3 不同銨硝配比對煙苗葉片有機酸含量的影響Table 3 Effects of different ratios of ammonium to nitrate on organic acid content of tobacco leavesmg/g

2.3 不同銨硝配比對煙苗離子含量的影響

2.3.1 對煙苗主要陽離子的影響 由表4 可知，煙苗葉片中K+、Ca2+、Mg2+及總陽離子含量均隨銨態(tài)氮比例的下降呈升高趨勢，全硝處理陽離子含量顯著高于其他處理，分別為3.51、1.84、1.03 和6.38mmol/g，銨硝比75:25、50:50、25:75 處理間均未達到顯著差異。說明銨態(tài)氮會抑制煙苗對K+、Ca2+、Mg2+陽離子的吸收，這可能是由于它自身所帶的正電荷會拮抗植物對陽離子的吸收。在不同銨硝配比處理下，陽離子占比始終是K+＞Ca2+＞Mg2+，說明銨態(tài)氮對煙苗陽離子吸收的抑制程度基本相同，且K+含量占主導地位。

表4 不同銨硝配比對煙苗葉片離子吸收量的影響Table 4 Effects of different ratios of ammonium to nitrate on the charge amount of ion absorption of tobacco leavesmmol/g

2.3.2 對煙苗主要陰離子的影響 由表4 可知，NO3-和H2PO4-含量隨硝態(tài)氮比例的增加呈先增加后不變的趨勢，全硝處理與銨硝比50:50、25:75處理之間無顯著差異。Cl-、SO42-和總無機陰離子含量隨硝態(tài)氮比例的增加呈先升高后降低的趨勢，銨硝比75:25 處理Cl-含量顯著大于其他處理；銨硝比50:50 和25:75 處理SO42-含量顯著高于其余3個處理；銨硝比75:25 和50:50 處理總無機陰離子含量均顯著大于其余3 個處理。綜上，銨硝配施有利于烤煙對陰離子的吸收。

2.4 不同銨硝配比對煙苗陰陽離子平衡的影響

由表5 可知，隨著硝態(tài)氮比例的增加陰陽離子平衡呈增加趨勢，全硝處理的平衡結果遠高于其他處理。在全銨處理和銨硝比75:25 和50:50 處理時，葉片陰離子含量大于陽離子含量，陰陽離子平衡分別為-0.22、-0.20 和-0.16mmol/g，表現(xiàn)出堿化趨勢；在銨硝比25:75 和全硝處理（0:100）時，陽離子含量大于陰離子含量，陰陽離子平衡分別為0.62 和3.43mmol/g，表現(xiàn)出酸化趨勢，說明不同銨硝配比會對烤煙煙苗陰陽離子平衡產(chǎn)生一定的影響。

表5 不同銨硝配比對煙苗整株葉片陰陽離子平衡的影響Table 5 Effects of different ratios of ammonium to nitrate on the balance of anion and cation in the whole leaves of tobacco seedlingsmmol/g

3 討論

在施入總氮量相同條件下，不同銨硝配比對煙苗鮮質量和干質量有顯著性影響[20]。邢瑤等[21]認為，在處理周期內，銨硝比70:30 或50:50 處理根系干質量高于其他處理，單施硝態(tài)氮或銨態(tài)氮處理會抑制烤煙根系的生長。王曉鳳[22]發(fā)現(xiàn)，隨著營養(yǎng)液中NO3--N 的提高，煙苗地上部生物量也隨之增加。而本試驗發(fā)現(xiàn)，隨著銨硝比從100:0 到0:100，煙苗根、莖、葉鮮質量與干物質量均增加，說明硝態(tài)氮有利于烤煙苗期的生長，但針對烤煙中后期氮素營養(yǎng)規(guī)律有待進一步研究。

有機酸與植株體內新陳代謝有一定的相關性，它是植株體內能量轉化的重要介質，同時也是維持植株體內酸堿平衡的重要物質[23]。本試驗發(fā)現(xiàn)，隨著硝態(tài)氮比例的增加，草酸和有機酸總含量整體上呈增加趨勢，原因可能是陽離子的吸收會促進有機酸的積累；檸檬酸含量呈先增加后降低的趨勢，可能是由于濃度過高的硝態(tài)氮會抑制對檸檬酸的吸收；蘋果酸含量呈先降低后增加的趨勢，與西紅柿[24]植株蘋果酸含量呈增加趨勢的研究結論略有不同。

離子吸收對植物礦質營養(yǎng)代謝有重要意義，植株在吸收離子的過程中始終保持電中性[25]。當植物生境中某種毒性離子含量過高時，會造成離子不平衡，發(fā)生單鹽毒害[26]。劉梅等[27]研究發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫下，硝營養(yǎng)油菜和水稻木質部Na+濃度、韌皮部Na+和K+濃度及水稻木質部K+濃度均高于銨營養(yǎng)植株。本試驗表明，不同銨硝比對陰陽離子的吸收存在差異，銨硝比從100:0（全銨處理）到0:100（全硝處理）表現(xiàn)為對主要陽離子的吸收有促進作用，對無機陰離子的影響卻各有不同。K+、Ca2+、Mg2+及陽離子電荷量均隨著硝態(tài)氮比例的增加呈增加趨勢，說明硝態(tài)氮促進陽離子的吸收，銨態(tài)氮抑制陽離子的吸收。其原因可能是植物吸收NH4+后會向土壤中釋放H+使土壤酸化，進而影響部分陽離子吸收，對陽離子產(chǎn)生拮抗作用[28-29]，但過高的Ca2+會產(chǎn)生毒害作用[30-35]。NO3-和H2PO4-含量隨硝態(tài)氮比例的增加而增加，但達到一定濃度后含量不再變化，原因可能是植物所吸收的NO3-已足夠其正常生長發(fā)育，多余的NO3-排出了體外，同時高濃度的硝態(tài)氮可能會抑制煙株對磷酸鹽的吸收。Cl-、SO42-和無機陰離子含量隨硝態(tài)氮比例的增加呈先增加后降低的趨勢，說明硝態(tài)氮對Cl-和SO42-的吸收有明顯的抑制作用。而煙草本身就是忌氯植物，減少對Cl-的吸收反而有利于植株的生長[36]。

植物體內陰陽離子平衡變化會影響植物根系H+和OH-的釋放和根際pH[37]。本試驗發(fā)現(xiàn)，銨硝比50:50、75:25 和100:0 處理呈堿化趨勢，且堿化程度相差不大；硝態(tài)氮比例高的處理呈酸化趨勢，全硝處理酸化最強，這可能與陽離子的大量吸收有關。同時全硝處理下離子平衡結果最差，但卻促進了煙苗的生長，原因可能是陽離子的吸收提高了煙株體內的細胞勢，從而促進了煙苗生長，同時陽離子的吸收量并未超過毒害濃度，說明硝態(tài)氮有利于烤煙苗期的生長，且不會產(chǎn)生離子毒害。但長期施用單一硝態(tài)氮可能對烤煙生長造成影響。在烤煙實際生產(chǎn)中，要針對烤煙不同生育期進行配施。

4 結論

在施入總氮量相同的條件下，硝態(tài)氮比例的增加會促進烤煙苗期根、莖、葉的生長，同時有利于有機酸的積累及陽離子的吸收，銨硝配施有利于陰離子的吸收。全硝處理下陰陽離子平衡結果最差，但并未產(chǎn)生離子毒害。綜上，全硝處理下最有利于煙苗生長。