烤烟硫营养对钙吸收与积累的影响

朱英华，周可金，张国，吴社兰，屠乃美

1安徽农业大学农学院,合肥市长江西路130号 230036;2安徽皖南烟草有限责任公司,宣城市鳌峰中路72号 242000;3湖南农业大学农学院,长沙市芙蓉区农大路1号 410128;4中国烟草中南农业试验站,长沙市芙蓉区农大路1号410128

烤烟硫营养对钙吸收与积累的影响

朱英华1，周可金1，张国2，吴社兰1，屠乃美3,4

1安徽农业大学农学院,合肥市长江西路130号 230036;2安徽皖南烟草有限责任公司,宣城市鳌峰中路72号 242000;3湖南农业大学农学院,长沙市芙蓉区农大路1号 410128;4中国烟草中南农业试验站,长沙市芙蓉区农大路1号410128

采用液培试验，研究了不同硫浓度下烤烟根、茎、叶对钙的吸收与积累规律。结果表明，硫浓度在0～8 mmol/L试验范围内，烤烟根、茎和叶片中钙含量随硫浓度增加呈显著或极显著降低。硫浓度在2～8 mmol/L范围内，烤烟根、茎、叶片对钙吸收速率和积累量随硫浓度增加而大幅度降低。0 mmol/L处理烤烟根系对钙吸收速率低于2 mmol/L处理，但在团棵和旺长期，0 mmol/L处理烤烟叶片对钙吸收速率高于2 mmol/L处理的，在旺长后期和成熟期，0 mmol/L烤烟茎对钙吸收速率高于2 mmol/L处理的。0 mmol/L处理烤烟根系钙积累量低于2 mmol/L处理的，但其叶片和茎对钙积累量与2 mmol/L处理差异不大。由此可见，在液培条件下，无硫或低硫促进了烤烟根、茎、叶对钙的吸收和积累。

烤烟；硫；钙；吸收速率；养分积累

钙是植物细胞壁胞间层中果胶酸的成分，也是磷脂中磷酸与蛋白质羧基间联结的桥梁，具有稳定细胞膜结构的作用；同时，钙能结合到钙调蛋白上形成复合物，活化植物细胞中的许多酶，对细胞代谢起重要的调节作用[1]。烟草缺钙造成生理紊乱，游离氨基酸含量明显增加；钙过量推迟烟草成熟期，造成烟叶粗糙，使磷和镁含量降低，铜浓度显著降低，铁、锰、锌、氯和硼的浓度显著增加[2]。硫是酶化反应活性中心的必需元素，是叶绿素、缁醇、谷胱甘肽(GSH)、辅酶等合成的重要介质，还是铁氧还蛋白、半胱氨酸(Cys)、蛋氨酸(Met)以及所有含半胱氨酸和蛋氨酸的蛋白质必需组成成分[3]。施用硫肥可以提高土壤中其他营养成分的有效性，使植株的营养条件得到改善，铁、锰、锌、硼的吸收增强，土壤的pH 值降低[4]。我国在烟草生产中，一般不单独施用硫肥，但钾肥的施用主要以硫酸钾为主，在给烟草补充钾肥的同时导致其伴随离子硫酸根大量增加，促使植烟土壤中的硫酸根离子富集，导致土壤pH值降低[5-6]，因此，白云石粉和石灰石通常被作为土壤改良剂来调节土壤的pH值[7-9]，增加了土壤钙的输入。前人就作物钙、镁、硫营养方面做了大量研究，但不同硫用量对烤烟钙吸收与积累的影响却少见报道。本研究采用液培试验，研究不同硫浓度条件下烤烟不同部位对钙的吸收与积累，目的是明确烤烟在硫酸根富集条件下对钙吸收与积累状况，为烤烟科学施肥提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2007年1月至8月在湖南农业大学烟草科研基地进行，供试材料为烤烟品种K326，采用漂浮育苗，待长到7叶1心时，选取生长一致的健壮幼苗移栽至带定植篮（高9 cm）的深为30 cm、上内径为25 cm、下内径为16 cm的塑料桶内。采用液培法，硫处理营养液以Hoagland为基础，加入Arnon微量元素液。试验设硫浓度分别为0 mmol/L、2 mmol/L、4 mmol/L、8 mmol/L等4个处理，每个处理25盆。除陪伴离子Na+浓度不同外，NO3-和NH4＋、H2PO4-、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-等所有处理的浓度都相同，分别为17、1、6、4、2、0.02 mmol/L。培养初期，营养液每7 d换一次，旺长期每5 d换一次，每天通气，新换营养液pH值均调至6.0～6.2之间。

1.2 测定项目和方法

分别于移栽后30、45、60、75、90 d从各处理取有代表性的烤烟3株，105℃杀青，65 ℃烘干，测干重，磨细后备用。烤烟不同部位硫和钙含量用HNO3-HClO4消煮，全谱等离子体发射光谱仪(ICP)测定。

1.3 数据分析

采用DPS 7.5统计软件对数据进行统计分析。烤烟不同部位对钙的吸收与积累用Logistic方程（1）加以描述，其中w是烤烟移栽后养分吸收量，a是养分吸收的最大值，b是最初的养分吸收量，c是通过计算得到的积累或吸收常数，参数a、b、c可以通过统计软件计算获得。用Logistic方程的一阶导数方程（2）来计算烟株各部位钙吸收速率，其二阶导数方程（3）计算烟株钙积累量达到最大值一半时的时间(t0)，其三阶导数方程（4）来计算烟株各部位对钙快速吸收和积累的时间（t1,t2），t1为烟株各部位对钙快速吸收和积累开始时间，而t2是烟株各部位对钙快速吸收和积累的结束时间，当Logistic方程的二阶导数和三阶导数等于0时，便可以计算出t0、t1、t2的值[10]。

2 结果与分析

2.1 不同硫浓度对烤烟根钙吸收与积累的影响

如表1所示，烤烟根系内钙含量随硫浓度增加而降低，随移栽后天数的增加而升高。在团棵和旺长初期（烤烟移栽后30～45 d），0 mmol/L处理烤烟根系钙含量极显著高于其他处理，2 mmol/L处理的烤烟根系钙含量在团棵期与4 mmol/L处理的差异不显著，但在旺长初期极显著高于4 mmol/L处理的；8 mmol/L硫浓度导致烤烟根系钙含量在团棵至旺长初期极显著降低。在旺长期至成熟期（烤烟移栽后60～90 d），0和2 mmol/L处理烤烟根系钙含量差异不大，但二者显著或极显著高于4和8 mmol/L的处理。表2和图1分别描述了不同硫浓度下烤烟根系对钙的吸收和积累变化，各处理对钙的吸收符合Logistic方程，且拟合程度较好。从表2和图1可以看出，2 mmol/L处理烤烟根系对钙的最大吸收速率和积累量最高，其次为0 mmol/L处理；2 mmol/L处理烤烟根系对钙进行快速吸收的起始时间与0 mmol/L差异不大，但2 mmol/L处理烤烟根系对钙快速吸收的持续时间比0 mmol/L处理短5 d，这可能是0 mmol/L处理烤烟根系钙含量高于2 mmol/L处理的原因之一；2 mmol/L处理烤烟根系对钙最大吸收速率和积累量高于0 mmol/L处理的原因可能是2 mmol/L处理烤烟根系的干物质积累量高于0 mmol/L处理的，从而导致0 mmol/L处理烤烟根系钙含量高于2 mmol/L处理，但钙积累量和吸收速率却低于2 mmol/L处理的。4和8 mmol/L处理烤烟根系钙进入快速吸收与积累期的时间较迟，并且整个生育期内的吸收速率都较低，这可能是4和8 mmol/L处理烤烟根系钙含量显著低于其他2个处理的主要原因，并且较低的钙含量和干物质积累量导致了其根系钙积累也明显降低。

表1 不同硫浓度下烤烟根中钙含量 %Tab.1 The calcium content in root of flue-cured tobacco under different sulfur concentrations

表2 不同硫浓度下烤烟根对钙吸收的Logistic方程特征值Tab.2 The Logistic equation feature of culcium uptake in root of flue-cured tobacco under different sulfur concentrations

图1 不同硫浓度对烤烟根系钙积累量与吸收速率的影响Fig.1 The effect of sulfur concentration on culcium uptake and accumulation in root of flue-cured tobacco

表3 不同硫浓度下烤烟茎中钙含量 %Tab.3 The calcium content in stem of flue-cured tobacco under different sulfur concentrations

表4 不同硫浓度下烤烟茎对钙吸收的Logistic方程特征值Tab.4 The Logistic equation feature of calcium uptake in stem of flue-cured tobacco under different sulfur concentrations

图2 不同硫浓度对烤烟茎钙积累量与吸收速率的影响Fig.2 The effect of sulfur concentration on calcium uptake and accumulation in stem of flue-cured tobacco

2.2 不同硫浓度对烤烟茎钙吸收与积累的影响

表3描述的是烤烟茎中钙含量，随硫浓度增加，烤烟钙含量逐渐降低，但与根系钙含量不同的是，随移栽后天数增加，烤烟茎中钙含量逐渐降低。在烤烟移栽后30 d，4和8 mmol/L处理烤烟茎钙含量显著低于0和2 mmol/L处理的，2 mmol/L处理烤烟茎含量又显著低于0 mmol/L处理的。移栽后45 d，0 mmol/L处理烤烟茎钙含量极显著高于8 mmol/L，显著高于2和4 mmol/L处理的。烤烟移栽后60 d，0 mmol/L处理烤烟茎的钙含量极显著高于4和8 mmol/L处理的，显著高于2 mmol/L处理的。0和2 mmol/L处理之间烤烟茎含量在移栽后75 d差异不显著，但二者极显著高于8 mmol/L处理的，显著高于4 mmol/L处理的。在0～4 mmol/L硫浓度范围内，烤烟茎的钙含量在移栽后90 d随硫浓度增加极显著降低，但4和8 mmol/L处理之间差异不显著。表4和图2描述的是不同硫浓度下烤烟茎对钙的吸收和积累。从表4和图2中看出，4 mmol/L处理烤烟茎对钙吸收速率和积累量比2 mmol/L处理的大幅度降低，8 mmol/L处理烤烟茎对钙吸收速率和积累量虽然也低于4 mmol/L处理，但处理之间的差异没有2和4 mmol/L处理之间大；0 mmol/L处理烤烟茎对钙的吸收速率在烤烟移栽后61d开始高于2 mmol/L处理的，并且在烤烟移栽后61～90d之间，0 mmol/L处理烤烟茎对钙吸收速率的下降速度低于2 mmol/L处理的，从而导致烤烟生育后期0 mmol/L处理烤烟茎对钙积累量与2 mmol/L处理逐渐接近。

2.3 不同硫浓度对烤烟叶片钙吸收与积累的影响

表5描述了不同硫浓度下烤烟叶片钙含量，在烤烟移栽至移栽后60 d，同一处理不同移栽后天数之间烤烟叶片钙含量差异不大。在烤烟移栽后30～75 d，0 mmol/L处理烤烟叶片钙含量极显著高于其他处理，2 mmol/L处理烤烟叶片钙含量极显著或显著高于4和8 mmol/L处理的，并且4和8 mmol/L处理之间差异也达到了极显著或显著水平。在成熟期（烤烟移栽后90 d），0和2 mmol/L处理之间差异不显著，但二者极显著高于4和8 mmol/L处理的。由此可见，在液培条件下，营养液中硫元素添加严重抑制了钙在叶片中的积累。随移栽天数的增加，0和2 mmol/L处理烤烟叶片的钙含量是逐渐增加的，而4和8 mmol/L处理叶片的钙含量在60～75 d有所降低，具体原因有待进一步研究。表6和图3描述了烤烟叶片对钙的吸收速率和积累量，在旺长前期，0 mmol/L处理烤烟叶片对钙吸收速率高于2 mmol/L处理的，但旺长后期至成熟期，2 mmol/L处理叶片对钙吸收速率明显高于0 mmol/L处理。在整个生育期内，4和8 mmol/L处理烤烟叶片对钙吸收速率与0和2 mmol/L处理相比急剧下降。0和2 mmol/L处理的烤烟叶片的钙积累曲线几乎重叠，这主要是2 mmol/L处理的烤烟叶片干物质积累量高于0 mmol/L 处理[11]造成的，因此，在烤烟移栽后30-75 d期间内，即使0 mmol/L处理烤烟叶片钙含量极显著高于2 mmol/L处理的，二者的钙积累量也差异较小。而4和8 mmol/L处理烤烟叶片钙积累量则由于其干物质积累量和钙含量都较低而导致其积累量明显低于0和2 mmol/L处理的。由此可见，在2～8 mmol/L范围内，随硫浓度增加，烤烟叶片钙含量、吸收速率及积累量明显降低。

表5 不同硫浓度下烤烟叶片中钙含量 %Tab.5 The calcium content in leaf of flue-cured tobacco under different sulfur concentrations

表6 不同硫浓度下烤烟叶片对钙吸收的Logistic方程特征值Tab.6 The Logistic equation feature of calcium uptake in leaf of flue-cured tobacco under different sulfur concentrations

图3 不同硫浓度对烤烟叶片钙积累量与吸收速率的影响Fig.3 The effect of sulfur concentration on calcium uptake and accumulation in leaf of flue-cured tobacco

3 讨论

钙在烤烟吸收的必需营养元素中位列第三[10]，钾和钙在烤烟叶片中的吸收和分配主要依靠植株的营养状况和钙的可用性[12]。李玉梅[13]认为施硫对氮、磷、钙、镁吸收的影响表现低量促进，高量抑制；硫的施用促进了烟叶和烟茎对钙、镁的吸收，对烟根钙、镁吸收的影响则表现为低量（0～0.18 g· kg-1）促进，高量（硫用量＞0.18 g·kg-1）抑制。在有效硫缺乏，有效钙、镁较丰富的土壤中，增施适量硫肥、镁肥和钙肥有利于稻米品质的改善和产量提高；在有效硫丰富，镁、钙较缺的土壤中，配施适量的硫、镁、钙有利于提高米质，并增加稻谷产量[14]。本研究结果表明:烤烟根系钙积累量和最大吸收速率以2 mmol/L处理最高，这可能是2 mmol/L处理烤烟根系干物质积累较高引起的；烤烟茎对钙最大吸收速率以2 mmol/L最高，但其下降速度较快，这可能是在其生育后期茎中钙含量较0 mmol/L处理极显著降低的原因；0和2 mmol/L处理烤烟叶片对钙积累量在整个生育期基本一致，这可能是2 mmol/L 处理烤烟干物质积累量较大造成的，4和8 mmol/L处理烤烟叶片对钙积累量明显低于二者，且随硫浓度增加而降低。

4 结论

试验研究结果得出：在液培条件下，无硫或低硫可以促进烤烟根、茎、叶对钙的吸收和积累。

[1]刘国顺.烟草栽培学[M].北京:中国农业出版社,2003:185-188.

[2]Lóperz-lefebre L R,Rivero R M,Garcí PC,et al.Effect of Calcium on Mineral Nutrient Uptake and Growth of Tobacco[J].Journal of the Science of Food and Agriculture,2001,(81):1334-1338.

[3]Zhao F J ,Hawkesfordt M J ,McGrath S P,et al.Sulfur Assimilation and Effects on Yield and Quality of Wheat [J].Journal of Cereal Science,1999,30:1-17.

[4]Soliman M F,Kostandi S F,V an Beusichem M L.Influence of Sulfur and Nitrogen Fertilizer on the Uptake of Iron,Manganese,and Zinc by Corn Plants Grown in Calcareous soil [J].Soil Science and Plant Analysis,1992,23(11):1289-1300.

[5]陈建国,张杨珠,曾希柏,等.长期不同施肥对水稻土交换性钙、镁和有效硫、硅含量的影响[J].生态环境,2008,17(5): 2064-2067.

[6]林葆,周卫,李书田,等.长期施肥对潮土硫、钙和镁组分与平衡的影响[J].土壤通报,2001,32(3 ):126-129.

[7]王文军,郭熙盛,武际,等.白云石粉对皖南酸性红黄壤磷组分及磷有效性的影响[J].土壤,2006,38(4):448-452.

[8]邢世和,熊德中,周碧青,等.不同改良剂对烟区土壤肥力性状及烤烟产量和质量的影响[J].福建农林大学学报(自然科学版),2004,33(3):384-389.

[9]邢世和,刘春英,熊德中,等.不同改土物料对烤烟养分吸收及碳、氮代谢的影响[J].植物营养与肥料学报,2006,12(5):694-700.

[10]Moustakas N K,Ntzanis H.Dry Matter Accumulation and Nutrient Uptake in Tobacco (Nicotiana tabacum L.)[J].Field Crops Research,2005,(94):1-13.

[11]朱英华,屠乃美,肖汉乾,等.硫对烤烟干物质积累的影响[J].中国烟草学报,2011,17(2):44-48.

[12]Elliot J M.A Survey of Flue-Cured Tobcco Grown in Ontario [Canada]in 1976.2.Nutrient Elements [J].Plant Physiology and Biochemistry,1977,47(4):19-21.

[13]李玉梅,徐茜,熊德忠.不同硫肥用量对烤烟产量和品质的影响[J].中国农学通报,2005,22(2):171-174.

[14]戴平安,易国英,郑圣先,等.硫镁钙营养不同配比量对水稻品质和产量的影响[J].作物研究,1999(3):31-35.

Effect of sulfur nutrition on accumulation and uptake of calcium in flue-cured tobacco

ZHU Yinghua1,ZHOU Kejin1,ZHANG Guo2,WU Shelan1,TU Naimei3,4
1 College of Agronomy,Anhui Agricultural University,Hefei 230036,China;2 Anhui Wannan Tobacco Leaf Co.,Ltd.,Xuancheng 242000,Anhui,China;3 College of Agronomy,Hunan Agricultural University,Changsha 410128,Hunan,China;4 Tobacco Agricultural Experiment Station of Central and South China,Changsha 410128,Hunan,China

A hydroponics experiment was carried out to investigate calcium content,accumulation and uptake in root,stem and leaf in flue-cured tobacco under different sulfur concentrations.Results showed that calcium contents in root,stem and leaf were reduced significantly or highly significantly along with increase of sulfur concentration from 0 mmol/L to 8 mmol/L.The uptake rate and accumulation of calcium in root,stem and leaf were reduced along with increase of sulfur concentration from 2 mmol/L to 8 mmol/L.Calcium uptake rate in root under 0 mmol/L sulfur concentration was lower than that under 2 mmol/L.Calcium uptake rate in leaf under 0 mmol/L sulfur concentration was higher than that under 2 mmol/L from rosette to fast growing stage,while calcium uptake rate in stem nder 0 mmol/L sulfur concentration was higher than that under 2 mmol/L from fast growing to maturation stage.Calcium accumulation in root under 0 mmol/L sulfur concentration was lower than that under 2 mmol/L,but no significant difference under 0 mmol/L and 2 mmol/L sulfur concentration in stem and leaf.No or lower sulfur concentration promoted calcium uptake and accumulation in root,stem and leaf.

flue-cured tobacco; sulfur; calcium; uptake rate; nutrient accumulation

10.3969/j.issn.1004-5708.2014.02.009

S572.01 文献标志码： A 文章编号：1004-5708(2014)02-0059-06

国家烟草局项目“浓香型特色优质烟叶开发”(TS-01)；湖南省烟草局项目“湖南省浓香型特色优质烟开发”(11-14Aa01)；安徽农业大学农学院科研启动基金项目（2011004）；安徽农业大学科研启动基金（2008001）

朱英华（1973—），博士，副教授，硕士生导师，主要从事烟草栽培生理与调制方向研究，Email:zhuyinghua1973@126.com

屠乃美（1963—），博士，教授，博士生导师，主要从事农业可持续发展研究，Email:tnm505@163.com

2013-06-26