氯对烤烟的影响及植烟土壤氯现状
2015-03-24张清壮屠乃美付小红王靖渊邹湘香易镇邪
张清壮,屠乃美,付小红,王靖渊,何 康,邹湘香,傅 淋,易镇邪
(湖南农业大学农学院,长沙 410128)
氯对烤烟的影响及植烟土壤氯现状
张清壮,屠乃美*,付小红,王靖渊,何 康,邹湘香,傅 淋,易镇邪
(湖南农业大学农学院,长沙 410128)
氯是烤烟生长必需但又限量使用的元素,烟叶中氯含量过高、过低都会对烟草产生不良影响。结合国内外的研究进展,主要是氯元素对烤烟生理及烟叶产质量的影响、植烟土壤的含氯现状及施氯的影响进行综述,并对今后的研究方向进行展望。
烤烟;氯;植烟土壤
氯是烤烟生长发育所必需的营养元素之一,在烟草体内担负着一定的生理功能,对烟叶产量和品质也有一定的积极作用。长期以来,烟草都被认为是“忌氯作物”,因此在烤烟栽培上相对注重N、P、K等大量元素的施用,不主张施用含氯肥料;另外,烟草不但很容易吸收土壤中的氯,而且易在烟叶中过量积累,即表现出对氯“奢侈吸收”的特性,加上烟叶大田生产中较少出现缺氯的明显症状,而氯对烟叶燃烧性又有不利作用,导致忽视烟草氯的重要性。
近些年来,烤烟低氯含量已成为我国烤烟品质进一步提高的瓶颈。韩忠明等[1]认为,我国烤烟氯含量偏低,各烟区烤烟氯含量均低于国外优质烤烟氯含量。一般研究认为,优质烟叶中氯含量以0.3%~0.8%为宜,但我国大部分烟区烟叶氯含量都低于0.3%,在一定程度上影响了烟叶的质量。为此,国内外烟草工作者对烤烟氯素营养的关注越来越多,并取得了一定的成果,现就近年来的研究作一综述,以为提高烟草及其制品的产质量提供参考。
1 氯对烤烟生理的影响
1.1 氯在烤烟体内的含量及分布
由于烟草对氯离子的需要浓度为100 mg/kg左右,因而将氯纳入了微量元素的范畴。一般烟叶中正常含氯范围为0.3%~0.8%,过高过低对烟叶产质量均有不良影响。李强等[2]对我国主要烟区烤烟氯含量的区域特征、分布状况分析表明,我国烤烟氯含量普遍偏低,其中,高氯烤烟主要分布在北方(77.32%),低氯烤烟主要分布在南方(78.23%),在调查的2 712份烤烟样品中,53.32%的样品氯含量低于0.30%,43.10%的样品氯含量在0.30%~0.80%,3.43%的样品氯含量大于0.80%。何景福等[3]研究表明,河南烟叶中有39.9%氯含量在0.3%~0.8%范围内,有55.0%的烟叶氯含量小于0.3%,约5.1%的烟叶氯含量高于0.8%。
氯在烟株体内一般以离子的形态存在。在烟株各器官中以叶的氯含量最高,其次是茎,再次是根;叶片中又以叶梗氯含量最高,36Cl示踪研究表明,叶片的叶脉中氯含量高于叶肉组织。张翔等[4]研究表明,烟叶吸氯量占总吸氯量的55.1%~67.6%、茎占19.8%~26.5%、根占12.6%~18.4%。氯在烟草各部位叶片中的含量分布规律,一般是下部叶高于中部叶,中部叶高于上部叶,但也有上部烟叶含氯量>下部烟叶>中部烟叶的报道[5],可能是因为不同部位烟叶发育时水分供应有差异的结果。氯离子在烟草植株中的再利用能力差,故先于老叶中积累[6],因此,烟叶各部位中氯积累量与氯含量正好相反。不同叶位及烟株不同部位氯的积累量表现出先增加后降低的趋势,与施氯量之间表现出二次抛物线关系,氯的积累高峰出现在旺长期[7];当烟叶缺氯时,在生长点附近氯的含量较高[8]。
1.2 氯素对烟株光合作用的影响
氯在光合作用中是光系统II的氧化剂,同时氯在叶绿体中优先积累,对叶绿素的稳定起保护作用。大量研究表明,氯可促进光合磷酸化作用和ATP的合成,是光合放氧所必需的;氯在叶绿体中含量较高,在光合电子传递过程中,氯离子具有平衡电荷的作用。同时,氯离子迅速进入烟株细胞内部提高了细胞内的渗透势和水势,从而增强了烟株从土壤中吸收水分的能力和使叶片饱满充实,延长或增强了光合作用[9,10]。王少先等[11]研究表明,随施氯量增加,光合作用增强,当NH4Cl施用量达到45 kg/hm2时效果最好,再增加施用量其效果会下降。刘国顺等[12]研究表明,施氯不仅影响叶绿素的合成,而且影响不同生育阶段烟叶叶绿素含量变化;Cl-浓度在0.5~4. 0 mmol/L时,有利于烟草叶片营养阶段叶绿素的合成,60 d 及60 d 以后,叶片叶绿素开始降解,其含量逐渐处于较低水平,有利于后期叶片的正常落黄成熟。在细胞遭破坏、正常的叶绿体光合作用受到影响时,氯能使叶绿体的光合反应活化。缺氯时,烟株光合作用将受到抑制,叶片失绿坏死。
1.3 氯素对烤烟生长发育的影响
氯是一种烤烟生长必需但限量使用的元素,在植物体内担负着重要的生理功能。氯离子可促进细胞分裂,在烟株缺氯时,烟叶的细胞增值率降低,叶片生长明显减缓,叶面积大量减少。舒小兵等[13]研究表明,随施氯量的增加,烟株的团棵期和现蕾期均有所提前,分别为2~3 d、3~5 d,同时延长了终采期及大田期1~7 d,烟株株高增加了3.55~7.78 cm。而封卫平等[14]研究表明,不同施氯量处理下,各生育阶段持续时间一致,但不会缩短或延长烤烟田间生长时间。研究结果不一致的原因可能是两烟区土壤氯含量及生态环境不同而引起的。高华军等[15]研究表明,烟田施用氯化钾能在一定程度上改善烟叶的农艺性状。赵光伟等[16]研究表明,在烤烟田间叶片生长发育过程中,随着烟叶部位的上升,叶片氯含量表现为“V”型的变化,随着叶龄的增长,新鲜烟叶中各部位叶片氯含量总的变化趋势是逐渐下降并趋于稳定。郝春玲等[17]根据烤烟品种红花大金元上、中、下部烟叶进入成熟期后的外观特征,分别设置了4个采收成熟度(M1、M2、M3、M4),试验结果表明,上、中、下部烟叶的氯含量均随成熟度的变化而呈现先降后升的趋势,且各成熟度烟叶的氯含量偏低。氯还可以钝化烟草花叶病毒的核酸,对烟草茎腐病、黑胫病及根腐病等真菌性病害有一定的防治作用。
1.4 氯素与N、S等营养元素的交互作用
氯、磷和硫等被植物吸收的形态均为阴离子,因而各元素之间可能有拮抗作用。植烟土壤低磷条件下,氯显著抑制烟株对磷的吸收;土壤磷丰富的条件下,氯对烟株磷的吸收则没有明显影响。一般认为,硫对烟株的氯吸收起抑制作用[20],硫素含量过高也是烟区土壤氯缺乏的重要影响因素之一。
1.5 烤烟氯素缺乏症状及氯过多的危害
烟叶氯含量以0.3%~0.8%较适宜,当氯含量<0.3%时,烟株生长不良,下部叶片尖端出现凋萎或失绿,新叶卷曲,叶缘皱缩,严重时组织坏死,由局部遍及全叶;根系细长,根量少;烘烤后烟叶颜色淡,身份薄,弹性差,易破碎,切丝率低。然而,烤烟属于耐氯性极弱的植物,超过一定的含量即可能出现中毒症状,表现为烟株叶色浓绿,叶片肥厚,生长点坏死,叶畸形;干烟叶易碎且容易发霉,卷烟香味和燃烧性差,易熄火[21]。
2 植烟土壤的含氯现状及施氯的影响
2.1 植烟土壤含氯现状
氯是植物必需养分中唯一的卤族元素和唯一的气体非金属微量元素。大多数情况下,氯是伴随其它养分元素进入土壤的,包括氯化铵、氯化钾、氯化镁、氯化钙等。传统的施肥方法,片面强调氮、磷、钾等大量营养元素的施用,而对中微量营养元素很少或根本不施用,长此以往,不但造成烟田土壤板结,也使病虫害逐年加剧,致使烟叶的产量下降,品质降低。土壤中氯素的含量是烟株氯素营养的重要物质基础,直接影响到土壤的供氯能力。土壤中的氯一般以离子的形态存在,在大多数土壤中移动性很大,其在土壤中迁移和积累的数量和规模受水循环的影响很大。我国植烟土壤氯含量的分布总趋势为北方高于南方、沿海高于内地、盐渍化土壤高于非盐渍化土壤。我国烟草种植的最适宜区域土壤氯离子含量不超过30 mg/kg[22]。不同烟区土壤氯素含量差异较大。湖南省进行的烟区土壤养分普查和烟叶品质分析统计结果表明,植烟土壤水溶性氯含量平均为16.6 mg/kg,其中35%的土壤水溶性氯含量低于10 mg/kg[23,24]。福建省植烟土壤平均氯含量为23.75 mg/kg,77%南平烟区植烟土壤水溶性氯含量低于20 mg/kg,90%烟叶氯含量以上低于0.3%,处于较低水平[25]。河南烟区土壤氯含量的平均值为30.13 mg/kg,与烟草生长所需的土壤氯含量临界值相近或略高,但不同地区间差异较大[26~28]。云南烟区土壤溶液含氯量为20 mg/kg左右;贵州主要植烟土壤水溶性氯含量平均4.51 mg/kg[29],明显低于优质烟叶生产的土壤氯含量;宜宾市植烟土壤含氯量平均为11.6 mg/kg[30];重庆植烟土壤氯含量平均为13.4 mg/kg;广西百色烟区土壤含氯量平均为19.8 mg/kg[15]。
优质烟生长要求土壤含氯量为25~30 mg/kg,从以上可知,我国主要植烟土壤绝大多数氯含量偏低,尤其是西南烟区。造成各烟区土壤氯含量偏低的原因有多种。就湖南烟区来讲,由于多年来种植烤烟未施含氯肥料,加上土壤中的氯以游离态的氯离子存在,易随降水、灌溉、渗漏等流失,长期使用含硫元素的肥料,导致氯的利用率低。在西南烟区的云南、贵州、四川以及皖南烟区和福建部分烟区因受降水量大、长期未施用含氯肥料等因素的影响,土壤和烟叶含氯量普遍偏低。李强等[31]研究认为,北方烟农有施用粪肥的习惯,由此带入的氯元素在土壤中不断积累;加上北方降水量较少,土壤淋溶作用较小,每年施入的氯元素在土壤中难以被淋溶而逐年累积;这也是造成其烤烟氯含量高的重要原因之一。南方烟区,当烟草与需氯量大的农作物进行轮作或水旱轮作,也会导致土壤氯元素被大量消耗。
2.2 施氯对植烟土壤氯含量的影响
施用含氯肥料使土壤氯含量增加。李明德等[24]通过不同时期取样分析表明,施氯对土壤氯含量影响较大,土壤中的氯含量随着氯化钾施用量的增加而提高。在采烤后,取样分析表明,15%氯化钾处理和30%氯化钾处理土壤中的氯含量与试验前土样一致,没有导致土壤中氯的积累,这主要是由于烤烟的生长季节正值多雨季节,施入的氯离子易随雨水流失,故施入少量的氯离子不会造成土壤氯的积累。陈朝阳等[32]研究表明,土壤中施入不同量的氯,经过种植一季烤烟,耕作层氯含量已降至基本一致的水平,说明施入土壤的氯在耕作层中很少残留。关博谦等[33]研究表明,从烟草不同生育期土壤氯含量的动态变化看,施用氯肥后,土壤含氯量急剧升高,以团棵期土壤含氯量最高,随着烤烟对氯的吸收以及氯随水淋失,土壤含氯量又快速下降。
3 氯素对烟叶产质量的影响
3.1 氯素对烟叶产量的影响
在正确的施用方法和合理的施肥前提下,施用氯肥对烤烟有增产效应。施氯适量有利于提高烟叶产量,可能原因为氯元素参与植物的光合作用,烟株的光合作用增强,从而增加了烟叶中干物质的积累。但施氯过量则易产生毒害作用,不利于提高产量。许永锋等[34]发现,在施氯24 kg/hm2处理下,烤烟产量显著高于不施氯处理。卢晓华等[35]的田间试验表明,氯肥用量为22.5和45.0 kg/hm2时,烤烟产量、产值较高,上、中、下部烟叶的钾/氯为4.34~7.28,在适宜范围内。关博谦等[33]的地膜栽培试验结果显示,施氯提高了上等烟比例,与对照相比施氯处理的上等烟叶比例提高了3%~7%,其中以施氯量为45 kg/hm2处理的上等烟比率最高。
3.2 氯素对烟叶品质的影响
烟草是叶用经济作物,烟株吸收一定量的氯有利于改善烟叶品质,如颜色、弹性、油份和烟叶的储藏质量等。田婕等[36]研究表明,贫氯土壤(水溶性氯含量17.5 mg/kg)上增施氯肥可促进烟株早生快发,提高烟株高度,改善烟叶品质与香气,能促使生产出的烟叶达到优质烟叶的要求。施氯效应在烟叶上一般表现为上部>中部>下部。烟叶的含氯量与肥料中提供的氯呈直线相关关系[37]。赵第锟等[38]对皖南红壤区烤烟的施氯量试验表明:随着施氯量的增加,烟叶中氯含量增大,两者呈显著的线性相关。霍沁建[39]研究表明,在地膜覆盖栽培条件下,施氯量在30.0~45.0 kg/km2范围内,各部位烟叶氯含量最佳为0.30%~0.44%;露地栽培则以施氯量45.0~60.0 kg/km2,烟叶氯含量比较适中(0.21%~0.50%);当施氯量小于30.0 kg/km2时,无论是地膜或露地栽培烟叶氯含量都低于0.30%。
不同施氯量对烟叶内在化学成分的影响不尽相同。林中麟等[40]研究表明,不同施氯量对烟叶化学成分产生一定的影响,并以总糖、还原糖、氯含量、双糖差、钾氯比受影响较大。施氯后烟叶的还原糖含量提高,烟碱和总氮含量降低,化学成分更趋协调,说明在贫氯地区施用氯肥可改善烟叶的内在质量。刘洪斌等[41]报道,施氯能提高烟叶烟碱含量,其可能是与施氯促进烟叶对氮的吸收有关。周毓华等[42]报道,增施氯化钾降低了还原糖的含量,但对烟叶中的蛋白质和烟碱含量增加不明显。许永锋等[34]研究表明,随施氯量的提高,相同部位烤后烟叶的总糖和还原糖含量表现出上升的趋势,B2F和X2F 两个等级烟叶的总氮含量随施氯量的增加表现为下降的趋势。从以上可看出,施氯对烟叶的烟碱和还原糖含量影响结果并不统一。
4 研究展望
综上可知,氯素对烤烟生长及产质量影响很大,进一步加强烤烟氯元素的研究十分必要。近些年来,国内在施肥和植烟土壤环境对烟叶氯含量的影响及如何控制氯素在烟叶中处于适宜的范围等方面开展了较多的研究,并取得了一些成果,但相对于其它营养元素而言,烤烟氯素营养研究仍处于一个较低的水平。因此,采取适当措施来改善我国烤烟氯含量应该引起足够的重视。
我国大多数烟区氯含量偏低,主要是长期忽视土壤中氯的补充所致。因此,在氯含量较低的烟区合理施用一定量的氯是有必要的,但需防止对氯肥的滥用。在氯含量较低的烟区用部分氯化钾代替硫酸钾是可行的,不仅降低成本,更能提高烟叶的经济效益。一般认为氯化钾占加入总钾量(K2O计)的15%为适宜。封卫平等[14]研究认为,当硫酸钾和氯化钾的比例为7∶3时,对烟叶产质量最有利。说明在不同烟区,需对植烟土壤和烟叶氯含量进行分析检测,来确定配施比例,使烟叶中氯含量达到适宜水平。另外,一些研究认为可将氯化钾在冬翻时配合施入土壤来减少烟草的吸收;也有研究认为宜在烤烟移栽后30 d追施氯化钾。总之,对烟叶中氯元素补充的方法及时间还有待进一步研究,应结合氯残留与流失等情况来确定合理的施氯原则与方法。
随着分子生物技术的日益成熟,加上氯营养分子生物学在其它作物,如水稻、黄瓜等方面的成果,在烟草上也可以尝试从分子水平来研究氯在烟株体内的运转机制,氯离子通道以及烟叶对氯吸收的有效性基因等。
在氯含量低的植烟土壤中应尽量减少不利于氯素营养吸收的成分,而增加能促进烤烟吸收氯素营养的成分;对于部分氯含量较高的烟区土壤可通过多施硝态氮肥来减少烟株对氯的吸收。其次,关于植物生长调节剂和土壤改良剂对烟叶和土壤中游离态氯含量的调节可进行深入研究。另外,氯在土壤中的淋失规律,提高土壤氯素有效性和氯肥肥效都需进行深入地研究探讨。
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Effect of Chlorine on Flue-cured Tobacco and Current Situation of Chlorine in Tobacco-planting Soil
ZHANG Qing-zhuang,TU Nai-mei*,FU Xiao-hong,WANG Jing-yuan, HE Kang,ZOU Xiang-xiang,FU Lin,YI Zhen-xie
(College of Agronomy,Hunan Agricultural University,Changsha,Hunan 410128,China)
Chlorine is a necessary element but be limited application for flue-cured tobacco,and higher or lower chlorine content has bad effects on tobacco. In this paper,effects of chlorine on physiological traits of flue-cured tobacco,yield and quality of tobacco leaves,situation of chlorine content in tobacco planting soils and effects of chlorine application were summarized,and the research directions were put forward.
flue-cured tobacco;chlorine;tobacco planting soils
2014-11-25
张清壮(1990-)女,湖南娄底人,硕士研究生,Email:1187363224@ qq.com。
*通信作者:屠乃美,教授,Email:tnm505@163.com。
S572.06
A
1001-5280(2015)02-0215-06
10.3969/j.issn.1001-5280.2015.02.27