水培茶苗营养液酸化与氮形态的相关性

房江育，马雪泷，邹鹏飞

(黄山学院 生命与环境科学学院，安徽 黄山245041)

茶树喜欢酸性环境。但长期种植茶树后，茶园土壤酸化加剧，最终影响茶叶生产。尤其在现代农业中，高投入与高产出造成的土壤pH 的持续下降已经成为世界范围内最普遍的现象[1,2]。由于茶树吸收铵态氮多于硝态氮，普遍认为铵根离子进入植株，置换下的氢离子造成了土壤酸化[3,4]。本文调整营养液中的硝态氮和铵态氮比例，溶液培养茶苗，通过分析营养液中电导率和酸度的变化，揭示硝酸根离子在这一过程中的一些作用。

1 材料与方法

1.1 茶树种子的萌发

于霜降后在安徽省祁门县采集茶树（Camellia senises）杨树林品种的种子。将果壳褪去后，用自来水清洗茶树种子，再用洗衣液消毒、清水漂洗、流水浸泡1 周。捞出沉底的种子，埋入用蒸汽消过毒的河沙中，沙子覆盖厚度约1cm，放在实验楼室外过道中，适当喷水保持沙子潮湿。第二年4月份，待茶苗出芽、根长大约3cm 时，将其取出，冲洗干净后，移入室内进行溶液培养。

1.2 茶苗的溶液培养

茶苗培养在黄山学院生命与环境实验楼实验室内常温、自然光照下进行。培养容器为塑料盆，上口直径25cm，底部直径20cm，高20cm。每盆装入营养液7L，培养茶苗12 株。每株茶苗用海面包裹茎与根连接处，分散定植于泡沫板上，用氧气泵24h 通气。每隔14d 更换1 次营养液。

以1/2 小西茂毅配方[5]为营养液基本成分。在保持总氮量为40mg/L 的基础上，调整配方中的(NH4)2SO4和NH4NO3的含量，使得其中的硝态氮和铵态氮比例分别为20∶20、15∶25、10∶30、5∶35、和0:40，降低的S 用CaSO4补充，再按量降低CaCl2含量。营养液pH调节到6.5。

1.3 营养液EC 值和pH 值的测定

待茶苗生长3 个月更新营养液时，连续2 周内每隔2d 测定各硝、铵态氮比例下培养茶苗的营养液电导率EC 值和酸碱度pH 值。

1.4 统计分析

以IBM 公司Spss 软件20 版进行相关的生物统计学分析。

2 结果与分析

2.1 营养液氮形态对EC 值的影响

电导率EC 值是植物溶液培养中用来监测植物吸收矿质营养的重要指标。在植物生长中，根系不断吸收矿质离子，营养液的电导率EC 值逐步降低。图1 显示，5 种处理下茶苗营养液的初始EC 值依溶液中硝态氮的增加和铵态氮的减少而降低，表明营养液的EC 值不仅与离子数量有关，也与离子种类密切相关。本试验中营养液初始EC 值依硝态氮比例增高规律性下降源于在配制一定比例的硝、铵态氮时，对原配方中 (NH4)2SO4、NH4NO3、CaSO4和CaCl2等成分有所调整。在茶苗连续培养2 周中，以时间作自变量，依次将后一次与前次的EC 值差作因变量进行相关分析，结果5 种处理下均没有相关性。事实上，植物在生长中一方面吸收矿质离子，使得营养液EC 值下降； 另一方面植物的根系也释放一些代谢产物到介质中去，其中不乏具有导电性的物质，它们会提高营养液的EC 值。这种因根系分泌导致营养液EC 值升高的情况，在茶苗生长后期与根系对矿质的吸收相比较是微不足道、完全被掩盖的，但在幼苗生长初期因植株生物量很小，根系吸收极其有限，因而EC 值升高表达着茶苗根系的分泌作用。在本试验中采用1/2 浓度的小西茂毅营养液，既能满足茶苗初期生长的需要，又能提高营养液EC 值的灵敏度，因此可以在表观上反映茶苗根系的吸收与分泌情况，即将EC 值下降，差值为负表征为根系的吸收大于分泌，EC 值上升，差值为正表征为根系的分泌大于吸收。具体在图1 中，虽然不同硝、铵态氮比例下各营养液的起始EC 值不同，但它们在茶苗生长的相同时间段中的变化趋势是基本一致的。如培养第3d 时各处理EC 值降低，显示茶苗根系对矿质元素的吸收大于分泌； 而在第5d，各处理EC 值均有升高，说明茶苗根在第4、5 天内分泌较多的物质于环境中；之后EC 值趋于平稳，表明吸收与释放处于动态平衡中。

图1 茶苗营养液电导率的变化

为了解茶苗根系的吸收与分泌是否与营养液中硝态氮和铵态氮有关系，通过控制铵态氮或硝态氮，对营养液的硝、铵态氮从高到低的5 种比例与13d 后各营养液与起始状态的EC 差值进行偏相关分析。结果发现它们之间呈显著的高度负相关（偏相关系数r=-0.977，p=0.023）。表明在铵态氮一定时，硝态氮含量越低，EC 差为正值，数值越大，根系分泌越多，即在铵态氮存在下，硝态氮促进茶苗根系的分泌作用；在硝态氮一定时，铵态氮越高，EC 差为负值，数值越大，根系吸收越多，即在硝态氮存在下，铵态氮促进茶苗根系的吸收作用。又将各次测定的营养液的EC 值与前次EC 值之差分别与5 种硝铵态氮比例进行相关分析，得出在第6 次和第5次测定（即第11d 与第9d）之间的EC 差值与营养液的硝、铵态氮比例呈显著的高度负相关，相关系数为-0.881，p=0.048，同样的是硝态氮与分泌方向和铵态氮与吸收方向的联系。

2.2 营养液氮EC 值与pH 值的相关

将2 周期间后一次与前一次测定的pH 差值以及最后一次与第一次测定的pH 差值共7 组数据分别进行pH 差值与硝铵态氮比例的相关分析，均未达到具有统计学意义的显著性，无法判断氮形态与茶苗生长中营养液酸度变化之间的相关关系。但图2 却直观地显示，3月龄茶苗在2 周时间内营养液的pH 由最初的6.5 降至4.5 附近，不同处理下pH下降幅度在1.46-2.07 单位，其下降幅度在硝、铵态氮比例为（20:20）＞（15:25）＞（10:30）＞（5:35）＞（0:40），即随着硝态氮和铵态氮的比例从高到低，营养液的酸化程度也从高到低依次排序。

图2 茶苗营养液pH 的降低

对5 种硝、铵态氮比例下营养液的pH 值与茶苗培养时间进行相关分析，结果表明，二者之间呈高度负相关，其中有4 种处理达到极显著水平，1 种处理达到显著水平（表1）。这说明在溶液培养条件下，随着茶苗生长时间的延长营养液呈线性酸化，是极其明确的。但这种变化更多地是源于根系对矿质的吸收还是其分泌物的释放，并不明确。

表1 营养液pH 值与培养时间之间的相关性

图2 表明，茶苗营养液在第一周内pH 由6.5 降至5.8 以下，下降的幅度比第二周大很多，尤其是在第3d 和第5d 之内pH 降幅最大，占二周内总pH 下降的64%-83%。由图1 已经得知，在pH 大幅下降的第3-5 天期间各处理茶苗的营养液的电导率EC值是上升的，因而此时营养液酸度的提高是与根系分泌物的释放有关系。从对5 种处理下营养液的第3-13d 的EC 值分别与前1 次的EC 值的差值与同一时间的pH 的差值共30 对数据进行的相关分析中看到，茶苗EC 值差与pH 值差之间呈低度负相关，相关系数为-0.367，在0.05 水平上显著 （p=0.046）。也就是说EC 差值提高时候，pH 差值降低。提示了茶苗根系分泌作用与营养液的酸化作用之间具有一定联系。

如前所述，茶苗根系吸收矿质后EC 值降低，又因茶树喜铵，茶苗根系表面每吸附一个铵根离子将交换下来一个质子，如此造成环境酸化，所以在理论上植株吸收铵越多，环境pH 降低也越多，即EC差与pH 差在茶苗根系单纯吸收铵根离子情况下，二者如果相关，理论上呈正相关关系。显然，此处的低度负相关则基于另一种情况的发生，那就是根系生理活动的复杂性——根系不仅吸收铵根离子，它还吸收其它矿质元素，同时也释放一些物质到介质中。因而这里的pH 差与EC 差的负相关关系则基于根系酸性分泌物的释放导致营养液EC 值的升高，同时pH 值显著下降。又由于测得的EC 值是根系吸收与分泌的净结果，因此单独从分泌的角度，可以认定pH 值与根系分泌之间的这种负相关关系。

3 结 论

在水培茶苗中，无论铵态氮还是硝态氮，都随植物生长时间的延长发生营养液pH 值的下降，其下降速率远远高于土壤培养，说明土壤在缓冲酸碱性方面具有独特的作用。通过相关分析，明确了铵态氮促进茶苗根系对矿质的吸收，这与过去的研究是一致的[3]；而在铵态氮存在下，茶苗营养液中的硝态氮能够在一定程度上促进茶苗根系的分泌作用，而这种分泌与营养液的pH 值下降具有相关性，是导致环境酸化的因素之一。因此，硝态氮引起的酸化作用是通过茶苗本身根系的代谢作用而进行的，不容忽视。

[1]孟红旗,刘景，徐明岗，等.长期施肥下我国典型农田耕层土壤的pH 演变[J].土壤学报，2013，50(6):1109-1116.

[2]陆宇燕,李丕鹏.氮肥污染的危害[J].沈阳师范大学学报(自然科学版)，2014，32(1):1-5.

[3]廖万有.我国茶园土壤的酸化及其防治[J].农业环境保护，1998,17(4):178-180.

[4]姚建族.永春县酸化茶园成因与改良对策[J].福建农业科技，2014,(4):77-79.

[5]童启庆.茶树栽培学[M].北京:中国农业出版社，2006:93.