硅对烟草生长的影响及诊断指标研究

林汲　徐宋萍　罗丽娟　唐莉娜　陈星峰　李延

摘 要 通过水培试验，研究不同供硅水平（0、0.5、1.0、2.0、3.0 mmol/L，SiO2）对烟草生长的影响和烟草硅素营养诊断指标，并对福建省烟草主产区148个烟叶样品的硅素含量状况进行测定。结果表明：供硅可提高烟草根、茎、叶的硅含量，不同部位、不同叶位的硅含量表现为根>叶>茎、下部叶>中部叶>上部叶，烟草硅素营养诊断的适宜部位为现蕾期植株中部叶，硅素诊断临界值为叶片含硅0.26%。与对照相比较，供硅对团棵期烟草的生长无明显影响，但可显著提高现蕾期烟草地上部干重和总生物量，硅可提高烟草K、P、Zn的含量，降低N、Ca、Cu、Fe、B的含量。福建省烟草主产区烟叶的硅含量范围在0.04%～0.64%，平均值为0.22%，有52%样品的硅含量低于0.26%。

关键词 硅；烟草；生长；诊断指标

中图分类号 S572 文献标识码 A

Abstract A hydroponic experiment with 5 silicon concentrations（0， 0.5， 1.0， 2.0， 3.0 mmol/L）was carried out to study the effects of silicon on tobacco growth and tobacco silicon nutrition diagnosis. The results indicated that tobacco silicon content increased with the increasing silicon concentration in culture solution. The silicon content of tobacco organs was in the order of root>leaves>stem， lower leaves>middle leaves>upper leaves. The middle leaves at topping stage was considered to be a proper part for silicon nutrition diagnosis. Compared with the control， silicon treatment improved tobacco dry weight of aboveground and total biomass significantly at topping stage， but had no effect on tobacco growth at rosette stage. Silicon treatment increased the content of K， P and Zn， but decreased the content of N， Ca， Cu， Fe and B of tobacco. 148 tobacco leaf samples collected from major tobacco producing areas in Fujian were tested. The results showed that the range and the average silicon content of tobacco was 0.04%-0.64% and 0.22% respectively， 52% samples silicon content was lower than 0.26%.

Key words Silicon；Tobacco；Growth；Silicon nutrition diagnosis

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2016.01.008

硅是土壤中含量仅次于氧的第二丰富元素，目前尚未有充足证据可将硅认定为高等植物的必需营养元素[1]。大量研究结果表明，硅能缓解作物的非生物胁迫（重金属、盐胁迫）[2]和生物胁迫（病虫害）[3]，提高干旱、UV-B辐射等逆境条件下水稻[4]、大豆[5]、小麦[6]等的光合作用速率。迄今为止，有关硅对作物生长影响的研究大都集中在喜硅的水稻、甘蔗、小麦等禾本科植物和对硅敏感的黄瓜、西瓜等葫芦科作物。烟草属于硅低富集作物[7]，关于硅对烟草作用的报道甚少。邱克逢等[8]在江西赣南所做的试验研究结果表明，烟草团棵期每公顷追施多效硅肥（SiO2≥20%）300、375、450 kg，可分别提高烟叶产量12.99%、22.73%、5.84%，与对照相比，差异均达极显著水平。肖尚华等[9]在江西吉安所做的试验也证实了施用硅肥可提高烟草产量。李发林等[10]在云南8地开展烤烟硅肥肥效试验，结果显示，6个试验点施用硅肥处理的烤烟产量较对照有显著或极显著的提高，但有2个试验点与对照差异不显著。上述研究结果表明，施用硅肥可提高烟草的产量，但硅肥对烟草的效果具有不确定性。由于相关研究均未排除硅肥中除硅以外的其他营养元素对烟草生长的影响，也未排除施用硅肥所带来的土壤pH变化的影响，因而无法证实烟草产量的提高是硅元素作用的效果，同时烟草硅肥肥效的不确定性说明开展烟草硅素营养诊断指标研究的重要性。目前，关于硅对烟草生长影响和烟草硅素营养诊断的研究尚未见报道，开展此方面的研究可为烟草合理施用硅肥提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 材料及水培试验 供试烟草品种为K326，选取漂浮育苗长势一致的6叶龄烟苗，将幼苗根系洗净后用Hoagland营养液进行水培。在前期预备试验的基础上，设置5个不同SiO2浓度处理：0、0.5、1.0、2.0、3.0 mmol/L（处理代号分别为CK、T1、T2、T3、T4），每个处理重复6次。以K2SiO3作为硅源，K2SiO3引入的鉀通过调节Hoagland营养液的KNO3扣除，而由此引起的NO3-损失用1 mol/L HNO3补充，使各处理的氮、钾一致。营养液pH用1 mol/L NaOH、1 mol/L H2SO4调节至6.0。培养用盆钵为10 L聚乙烯塑料桶，用具孔的塑料板通过海绵固定幼苗，每桶种植4株，电动泵每隔2 h通气1 h。每7 d换一次处理液，每2 d调一次pH值。水培试验的营养液用蒸馏水配制，所有试剂均为优级纯或分析纯。

烟草生长至团棵期和现蕾期时取样，将植株分为根、茎、叶三部分，现蕾期将叶片进一步细分为上部叶（1～6叶）、中部叶（7～12叶）和下部叶（13～18叶），样品置于105 ℃烘干箱杀青30 min，75 ℃烘干至恒重后称重，样品用于硅和其他养分含量的测定。

1.1.2 烟草样品的采集 2013年在三明、南平、龙岩3个烟草主产区的13个县市，采集翠碧、云烟87、K326等品种现蕾期中部成熟叶片样品148个，用于烟草硅含量的测定。

1.2 测试项目与方法

1.2.1 植株硅含量测定 参照王继朋等[11]的方法并略作修改，具体测定方法为：准确称取烘干至恒重的样品3份，每份0.3 g（准确至万分之一），装入镍坩埚中，另取3个坩埚不加入样品作为空白。将坩埚放进高温电炉，300 ℃预灰化3 h后，升温至550 ℃后灰化4 h。将充分灰化的样品用0.08 mol/L H2S04 50 mL转移至聚乙烯瓶中，加入40% HF 2 mL，震荡1 h后在（23±3）℃温度的培养箱放置过夜，所得溶液即为原液。吸2 rnL原液于100 mL的聚乙烯瓶中，加入3.2%的H3B03溶液50 mL，振荡2 h以除去过量的HF，所得溶液为硅待测液。取10 mL待测液（内含SiO2 0.5-2.5 μg/mL）于25 mL容量瓶中，加入5 mL显色剂（0.08 mol/L H2S04和2.0%钼酸铵溶液1 ∶ l混合）。放置5 min后，依次加入3.3%酒石酸溶液5 mL和0.4%抗坏血酸溶液5 mL，用高纯水定容，显色后在811 nm波长处比色。

1.2.2 植株养分含量测定 样品用H2SO4-H2O2联合消煮，靛酚蓝比色法测氮，钒钼黄比色法测磷，火焰光度计法测钾，姜黄素法则硼ICP-MS测定植物钙、镁、铁、锰、锌、铜含量。

1.3 数据处理

试验所得数据采用Microsoft Excel 2003软件进行处理，并用SPSS软件进行统计分析和处理间差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 硅对烟草生长的影响

水培试验结果显示，团棵期硅处理烟草的根干重、地上部干重和总生物量与CK无明显差异，而现蕾期硅处理的地上部干重和总生物量分别较CK提高18.15%～43.26%、14.58%～40.52%，差异显著或极显著，但处理间根干重除T4处理较其余处理差异显著外，其他处理之间无显著差异（表1）。

2.2 硅对烟草养分吸收的影响

由表2可知，硅可提高烟草叶片磷、钾含量，降低氮的含量，与CK相比较，供硅处理烟草叶片含钾量增加了14.0%～28.0%，含磷量增加了4.80%～16.97%，含氮量减少了29.70%～32.18%，差异均达到显著或极显著水平。硅有降低烟草钙含量的趋势，与CK处理相比较，供硅处理烟草叶片含钙量减少了5.56%～33.33%。硅对烟草镁含量的影响没有明显的规律。有研究结果表明，施硅可以抑制水稻钾素吸收[12]，降低棉花体内氮含量[13]，但也有研究结果得出，硅促进小麦植株氮、磷、钾的吸收[14]，说明硅对矿质元素的吸收会因作物的不同而异。

硅对烟草微量元素含量的影响结果见表3，硅降低烟草的铜、铁含量，与CK相比较，供硅处理烟草叶片含铜量降低了17.89%～24.60%，含铁量减少了5.77%～14.61%，差异均达到显著或极显著水平。硅有提高烟草锌含量的趋势，而对烟草锰含量的影响没有明显的规律。硅降低烟草硼的含量，与CK处理相比较，供硅处理烟草叶片含硼量减少了30.20%～53.36%。

2.3 烟草植株硅素营养诊断指标

烟草不同部位的硅含量表现为根>叶>茎，烟草根、茎的含硅量均随供硅浓度的提高而增加（图1），叶片含硅量表现为硅处理大于CK。与CK处理相比较，T1、T2、T3、T4处理烟草的根系含硅量分别提高了38.5%、200.0%、661.5%、1 038.5%，差异极显著，茎、叶的含硅量也均较CK有极显著提高。

由图2可知，不同叶位硅含量的高低顺序表现为下部叶>中部叶>上部叶，不同叶位硅含量均有随供硅浓度提高而增加的趋势。上部叶、中部叶和下部叶的含硅量（y）与营养液供硅浓度（x）的相关方程分别为：y=0.025x+0.110（r=0.827）、y=0.055x+0.203（r=0.984**）和y=0.056x+0.350（r=0.978**），即中部叶和下部叶的含硅量与营养液供硅浓度存在极显著相关，而上部叶的含硅量与营养液供硅浓度无显著相关，说明中部叶和下部叶含硅量均能反映介质的供硅状况。在诊断实践中，确定适宜诊断部位时，除了考虑相关性这一基础外，还需考虑高低两端含量的差异（T4/CK），差距大表示该部位对介质硅营养状况的反映敏感。上部叶、中部叶和下部叶硅含量的T4/CK比值分别为2.11、1.71和1.41，说明烟草不同叶位对供硅的灵敏度为上部叶>中部叶>下部叶，由于中部叶对烟草产量的贡献最大，且是烟草品质最好的叶位[15]，因此选择中部叶作为烟草硅素营养诊断的部位。

临界值是作物营养诊断的重要指标，本研究将现蕾期烟草中部叶硅含量与相对生物量作图（图3）并建立回归方程，按Ulrich等[16]提出的诊断临界值的确定方法，即相对生物量90%所对应的养分含量定为临界值，测得烟草叶片硅含量的臨界值为0.26%。

2.4 福建省烟草硅素营养状况分析

由表4可见，福建省烟区烟叶硅的范围在0.04%～0.64%，平均值为0.22%。以烟草硅素诊断临界值0.26%为标准，福建省烟叶硅含量低于0.26%的样品占52%。不同烟区烟叶硅含量比较，长汀、永定为硅含量丰富地区，光泽、浦城、连城、尤溪、上杭为硅含量缺乏地区。

3 讨论与结论

研究表明，营养液供硅（0.5～3.0 mmol mg/L，SiO2）可提高烟草各部位的硅含量，现蕾期烟草地上部干重和总生物量随供硅浓度的提高而增加，烟株中部叶可作为烟草硅素营养诊断的部位，其诊断临界值为叶片含硅0.26%。有研究结果表明，植物硅素吸收受生态气候、品种、土壤类型、栽培措施等多种因素影响而存在一定的差异[17]。甘秀芹等[18]通过田间试验比较了30个水稻品种的硅素积累特性，结果表明成熟期水稻硅含量会因基因型不同而存在显著差异，品种间含硅量的变幅为1.62%～2.66%，并且同一水稻品種的硅含量还会因栽培季节不同而异。刘辉等[19]采用水培试验，研究低硅（15 mg/L，SiO2）条件下28个常规水稻品种的硅素吸收，结果也表明，水稻品种间的硅含量存在显著或极显著差异。魏海燕等[20]以15个常规粳稻品种为材料研究氮对硅素积累与分配的影响，发现不同生育时期水稻的茎鞘、叶片和全株的硅含量均随氮肥施用水平的提高而下降。因此，本研究通过水培试验得出的烟草硅素营养诊断指标在生产中的正确性和适用性，还需要通过田间硅肥试验的验证，不同烟草品种的硅素营养诊断指标是否存在差异也有待进一步的研究。

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责任编辑：黄东杰