不同种类镁肥对烤烟中微量元素含量和产质量的影响

魏秋兰, 刘高, 张学伟, 邵兰军 , 王维, 蔡一霞,*



不同种类镁肥对烤烟中微量元素含量和产质量的影响

魏秋兰1, 刘高1, 张学伟2, 邵兰军2, 王维1, 蔡一霞1,*

1. 华南农业大学，广州 510642 2. 广东中烟工业有限责任公司，广州 510610

针对福建武平烟区土壤酸化严重，土壤有效镁含量偏低导致烟叶镁含量低的问题，研究了3种不同镁肥对土壤和烤后烟叶中微量元素含量以及烤烟产质量的影响。结果表明，施用不同镁肥后均能显著提高土壤交换镁的含量，但不同镁肥对提高土壤交换镁含量的时效不同。各处理土壤其它中微量元素含量以施用硫酸镁的土壤较高，施用氢氧化镁的土壤偏低。烤后烟叶的镁含量以氧化镁处理最高，其次为氢氧化镁。施用镁肥会影响烟叶其它中微量元素的含量，其中施用氢氧化镁会导致中上部烟叶钙铁含量轻度缺乏，而施用硫酸镁会导致烟叶中锌锰含量过高。各处理中以氧化镁处理烟叶化学成分含量最适宜，且经济性状最优。因此，在福建武平烟区建议施用氧化镁，既可以防止烤烟生育前期有效镁的淋失，又可以提高烟叶的产量和质量。

镁肥; 中量元素; 微量元素; 化学成分;

1 前言

镁是植物生长的必须营养元素, 对植物的生长发育有着重要的作用, 作为叶绿素分子唯一的金属元素, 镁不仅对叶绿素结构的稳定起着重要作用, 还间接影响植物的光合作用[1, 2]。此外镁还参与碳水化合物、脂肪、蛋白质等生物大分子的合成, 糖酵解、三羧酸循环、氮和硫的同化过程中酶的激活也需要镁参与[3]。烟株对镁的缺乏较为敏感, 当烟株缺镁时, 会影响烟株的生长发育进而影响烟叶的品质和产量[4]。目前我国南方地区普遍存在土壤有效镁含量低, 导致烟株缺镁的问题。为此, 我国学者研究了许多关于施用不同种类的镁肥、镁肥的施用水平以及镁肥的施用方法对烟叶镁含量以及烤烟生长发育和生理特性的影响[5-9]。但镁肥的施用除了影响烟株的镁含量以外, 还会影响烟叶中其它微量元素含量[10], 关于不同镁肥的施用对烤烟微量元素含量影响的研究还比较少。福建武平烟区是优质烟叶的主产区之一, 该烟区土壤酸化严重, 土壤有效镁含量偏低导致烟叶镁含量低。因此, 本文通过研究不同镁肥对烤烟中微量元素含量和产质量的影响, 旨在为产区合理施用镁肥提供参考依据。

2 材料与方法

2.1 试验材料与土壤背景

试验于2016年在福建省龙岩市武平县进行, 以云烟87为供试品种。选择地面平整田块进行试验, 前茬作物为水稻, 土壤类型为砂壤土, 土壤的基本理化性状见表1。

2.2 试验设计

采用随机区组设计, 试验设4个处理, 每个处理3次重复, 共12个小区, 试验处理分别为: 处理 A(对照): 正常施肥, 但不施用任何镁肥; 处理 B: 在处理A基础上增施硫酸镁; 处理C: 在处理A 基础上增施氢氧化镁; 处理D: 在处理A基础上增施氧化镁。各处理折合施纯镁37.5 kg·hm2, 作为基肥一次性施完。每个小区均施基肥: 牛粪烟草有机肥6.4 Kg和烟草专用复合肥(N:P:K=10:7:21)4.2 Kg。各处理氮, 磷, 钾肥料用量相同。

2.3 测定项目与方法

2.3.1 土壤中微量元素的测定

于烤烟各生育期规范采集不同处理的土壤, 分析各处理土壤的交换性钙镁、有效锰、有效铁、有效铜、有效锌的含量。交换性钙、交换性镁采用乙酸铵浸提-火焰光度计测定[11], 土壤中的有效铁、有效铜、有效锰、有效锌用二乙基三胺五乙酸(DTPA)浸提-原子吸收法测定[12]。

2.3.2 烤后烟叶化学成分的测定

取烤后烟叶上部叶的上橘二(B2F)、中部叶的中橘三(C3F)、下部叶的下橘二(X2F)三个等级, 采用王瑞新[13]的方法测烤后烟叶中总糖、还原糖、淀粉、烟碱、总氮等常规化学成分, 烟叶中钾、钙、镁、铁、锰、铜、锌含量参考吴学兰[14]的原子吸收法。

2.3.3 烤后烟叶经济性状的测定

烟叶按小区单独采收, 每个小区选取30株, 分开挂竿烘烤, 按国家烟叶分级标准(GB2635-92)进行分级和测产, 计算烟叶产量、产值和上中等烟叶比例。

2.4 数据分析

采用Excel 2013 和SPSS21.0 进行数据处理和统计分析。

表1 试验土壤基本理化性状

Tab.1 Basic physical and chemical properties of soil

3 结果与分析

3.1 不同镁肥对土壤中微量元素的影响

从表2可知, 施用不同镁肥后均能显著提高土壤交换镁的含量,但不同镁肥对提高土壤交换镁含量的时效不同。其中, B处理土壤的交换镁含量在烤烟还苗期达到最大值, 并显著高于其它处理, 而C处理和D处理土壤的交换镁含量则在烤烟伸根期达到最大值, 且分别高于对照51.10 mg·kg-1和64.26 mg·kg-1。到烤烟旺长期, B、C、D处理土壤中的交换镁含量差异不显著, 但均高于对照。但到烤烟成熟期, B、C、D处理土壤中的交换镁含量与对照不存在显著性差异。

由表2还可看出, 施用不同镁肥对土壤其它中微量元素含量的影响不同。与对照相比, 在烤烟生育前期, 施用硫酸镁提高了土壤中微量元素的含量, 而施用氢氧化镁和氧化镁则降低了土壤交换钙、有效铁、有效铜、有效锌的含量, 但提高了土壤有效锰的含量。各处理土壤交换钙和有效铜的含量在烤烟还苗期达到最大值, 而有效铁、有效锰和有效锌含量则在伸根期达到最大值。

3.2 不同镁肥对烤后烟叶中微量元素的影响

依据国内外卷烟工业企业对烟烟叶中、微量元素含量的要求, 认为镁在烟叶中占0.4%—1.5%(干重)属正常,在0.2%—0.4%(干重)为轻度缺镁, 小于0.2%(干重)为缺镁, 而小于0.15%则为明显缺镁[15]。从表3可知, 施用镁肥后显著提高了烟叶中的镁含量, 烟叶上中下部叶的镁含量均处于0.27%—0.36%之间, 属于轻度缺镁。不同镁肥处理后烟叶镁含量存在显著性差异。其中, B处理上中下部烟叶镁含量显著低于C处理和D处理。而D处理的上部叶和中部叶的镁含量最高, 分别比对照高0.17%和0.22%, 下部叶镁含量最高的则为C处理。

依据国内外卷烟工业企业对烟叶中微量元素含量的要求, 认为烟叶中微量元素含量的最适范围为钙含量在1.7%—3.4%, 铁含量在90 mg·kg-1—120 mg·kg-1, 铜含量在6 mg·Kg-1—15 mg·kg-1, 锌含量在20 mg·kg-1—50 mg·kg-1, 锰含量在50 mg·kg-1—200 mg·kg-1[15]。由表3可知, 施用不同镁肥后在不同程度上影响了烤后烟叶中的其它中微量元素。其中, B处理上中下部位烟叶的锌锰含量、下部烟叶的铁含量和上部烟叶的铜含量均偏高; C处理上中部位烟叶的钙含量和铁含量偏低, 而铜含量偏高; D处理除上部烟叶的锰含量偏高外, 其它中微量元素均在合适范围内。

表2 不同处理土壤的中微量元素含量

Tab.2 The middle and trace element content in different treatment of soil (mg·kg-1)

注: 表中数据分析采用邓肯式新复极差法, 具有相同字母的数据间差异未达到 5 % 显著水平, 具有不同字母的数据间差异达到5 % 显著水平。下同。

表3 不同处理烤后烟叶中微量元素的含量

Tab.3 The middle and trace element content in flue-cured tobacco of different treatment

3.3 不同镁肥对烤后烟叶常规化学成分含量的影响

从表4可看出, 施用镁肥后对烟叶的常规化学成分含量产生显著的影响。与A处理相比, B、C、D处理上中下部烟叶的总糖和还原糖含量都显著高于A处理, 而烟碱含量、总氮含量和钾含量都显著低于A处理。B、C、D处理间的烤后烟叶的化学成分也存在一定差异。从总糖和还原糖含量来看, C处理下部烟叶的总糖含量和上、下部烟叶的还原糖含量均显著高于B、D处理, 但B和D处理之间差异不显著。从烟碱含量来看, B处理上部叶烟碱偏高且分别高于C、D处理21.7%和13.18%, 而中、下部烟叶的烟碱含量适中, 且处理间差异不显著; 从总氮含量上来看, 各处理烤烟总氮含量变化范围在 2.18%—2.94%之间, 处于我国优质烟叶对总氮含量的要求范围内, 其中上中下部烟叶都以C处理的总氮含量最低; 从钾含量来看, 各处理的钾含量基本高于我国优质烟叶的对钾含量的要求, 处理间以C处理的钾含量最低, D处理的钾含量最高并达到显著性差异。

糖碱比和氮碱比是反映烟叶化学成分协调性的重要指标, 其中氮碱比以1.0最优, 而糖碱比以10.0最优。由表4可知, 施用镁肥的处理的糖碱比均优于A处理, 不同处理的糖碱比差异达到显著性, 从上部叶来看, 以C、D处理的糖碱比较适宜, B处理偏低, 而下部叶以B和D处理糖碱比较适宜, C处理偏高。但不同处理间上部烟叶和下部烟叶的氮碱比差异不显著, 中部叶C处理的氮碱比偏低。

3.4 不同镁肥对烤烟经济性状的影响

由表5可知, 施用镁肥处理的烟叶的产量、产值均高于对照, 其中产值以D处理最高, 而产量则以B处理最高, 分别达到62219.11元·hm-2和2624.44 kg·hm-2, 比A处理提高了24.59%、20.68%; 从均价上来看, C、D处理均价显著高于A处理, 而B处理与A处理的差异不显著; 上等烟比例以C处理最高, 其次为D和B处理, 均显著高于A处理; B、C、D处理的中上等烟比例均达到90%以上, 且处理间差异不显著。因此, 综合来看, 施用镁肥可以在一定的程度上提高烟叶的产量产值, 且不同的镁肥的施用效果以氧化镁较显著。

表4 烤烟在不同处理下的常规化学成分

Tab.4 The conventional chemical composition of flue-cured tobacco in different treatment

表5 不同处理下烤烟的经济性状

Tab.5 The economic characters of flue-cured tobacco in different treatment

4 讨论

4.1 不同镁肥对土壤中微量元素含量的影响

施用不同的镁肥后能显著提高土壤中交换镁的含量, 但不同形式的镁肥在水中的溶解度差异很大, 会影响其在土壤中的有效性[16]。本研究中, 硫酸镁属于易溶的酸性镁肥, 施用后能快速提高土壤的交换镁含量, 但由于烟区烤烟生育前期雨水较多, 土壤有效镁在前期淋失严重导致后期土壤供镁量下降, 不利于烟株在生育中后期对镁的吸收。此外, 土壤pH会影响土壤对镁吸附能力, 随着土壤pH的升高, 土壤对镁的吸附能力升高[17]。福建武平烟区土壤酸化严重, 硫酸镁的施用加剧了土壤的酸化, 降低了土壤对镁的吸附能力, 加速了土壤有效镁的淋失。氧化镁和氢氧化镁为碱性缓效性的镁肥, 能在一定程度上防止土壤有效镁在烤烟生育前期的流失。镁肥的施用对土壤不仅直接影响镁元素在土壤中的有效性, 还可能通过改变土壤的pH影响到其他中微量元素在土壤的有效性[18]。刘文科[19]等研究表明, 土壤中微量元素含量与随着土壤pH的升高而下降。在本研究中, 硫酸镁为酸性镁肥, 施用硫酸镁后可能降低了土壤的酸碱度, 从而导致在烤烟生育前期施用硫酸镁的后土壤中微量元素含量显著高于施用氢氧化镁和氧化镁的土壤。

4.2 不同镁肥对烤后烟叶中微量元素的影响

烟株吸收中微量元素的含量主要受土壤中微量元素含量的影响[10]。本研究中, 施用硫酸镁处理的烤后烟叶中镁含量较其它镁肥低, 但烟叶中锌锰铁铜的含量均偏高, 而施用氢氧化镁处理的烤后烟叶的钙含量和铁含量偏低, 这主要由于施用硫酸镁的土壤中微量元素的有效含量高, 施用氢氧化镁的土壤中微量元素的有效含量低。烟株吸收中微量元素还与中微量元素间的拮抗和协同效应有关[10]。前人研究认为, 钙与镁、锌存在拮抗作用, 而铜与铁、锌之间也存在拮抗作用, 在本研究中, 这几种中微量元素间的相互作用规律并不明显, 这可能是由于土壤环境复杂, 其它氮磷钾等营养元素也会对烟株中微量元素的吸收产生影响。

4.3 不同镁肥对烤后烟叶常规化学成分含量的影响

在本研究条件下, 施用不同的镁肥后能在不同程度上增加烟叶含糖量, 同时有降低烟碱、总氮和钾含量的趋势, 这与邓超[4, 20, 21]等人的研究结果相一致。其中, 施用镁肥导致烟叶烟碱和总氮含量的下降可能是因为Mg的施用抑制了烟株对NH4+的吸收和硝酸盐的同化, 导致烟叶氮及其氮化合物含量的下降, 从而降低了烟碱的含量[22], 而施用镁肥后钾含量的降低则是由镁离子与钾离子的拮抗作用引起的[23]。施用不同种类的镁肥后烟叶化学成分含量以氧化镁最适宜, 其次为氢氧化镁和硫酸镁。

[1] 张其德, 娄世庆, 李桐柱, 等. 叶绿体膜的结构与功能Ⅱ.钾离子和镁离子对两种类型叶绿体膜吸收光谱及光系统Ⅱ功能的影响[J]. Journal of Integrative Plant Biology. 1979(03): 250–258.

[2] HEMANS C, JOHNSON G N, STRASSER R J, et al. Physiological characterisation of magnesium deficiency in sugar beet: acclimation to low magnesium differentially affects photosystems I and II[J]. PLANTA. 2004, 220(2): 344–355.

[3] 汪洪, 褚天铎. 植物镁素营养的研究进展[J]. 植物学通报. 1999, (03): 54-59.

[4] 邓超, 王能如, 王东胜, 等. 烟草镁素营养研究进展[J]. 安徽农业科学. 2008, (19): 8123–8126.

[5] 方红, 罗建新, 周万春, 等. 施镁量和施镁方法对烤烟生长发育和烟叶产量的影响[J]. 作物研究. 2007, (01): 32–34.

[6] 朱英华, 屠乃美, 肖汉乾, 等. 镁对烤烟生长发育及养分吸收的影响[J]. 华北农学报, 2011, (03): 164–167.

[7] 李永忠, 丁善荣, 杨志新, 等. 烤烟几个生理指标与镁累积量的关系[J]. 云南农业大学学报, 2001, (03): 209–212.

[8] 徐畅, 陈祖富, 高明, 等. 供镁水平对烤烟生长及养分吸收的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2009, (01): 191–196.

[9] 张国, 赵松义, 相智华, 等. 镁对烤烟生长发育和生理特性的影响[J]. 中国烟草学报, 2009, (04): 43–47.

[10] 于建军, 叶贤文, 董高峰, 等. 土壤与烤烟中微量元素含量的相关性[J]. 生态学杂志, 2010, (06): 1127–1134.

[11] 鲍士旦. 土壤农化分析[M]. 北京:中国农业出版社, 2000.

[12] 鲁如坤. 我国30、40年代南方土壤的养分概况和作物产量水平[J]. 土壤, 1999, (01): 20–22.

[13] 王瑞新. 烟草化学[M]. 北京:中国农业出版社, 2003.

[14] 吴学兰. 烟草中铜、锌、锰微量元素的测定[J]. 烟草科技. 1991, (05): 25–28.

[15] 赵晓绕, 李哲, 朱江, 等. 罗平土壤及烟叶主要中、微量元素含量分析[J]. 中国烟草科学. 2014, (03): 27–31.

[16] HAERDTER R, REX M, ORLOVIUS K. Effects of different Mg fertilizer sources on the magnesium availability in soils[J]. Nutrient Cycling in Agroecosystems. 2004, 70(3): 249–259.

[17] 王龙, 王子芳, 金昆, 等. pH和有机质对三种不同土壤镁吸附特性的影响[J]. 西南大学学报(自然科学版). 2009, (07): 150–155.

[18] 王书转. 长期施肥条件下土壤微量元素化学特性及有效性研究[D]. 北京：中国科学院大学, 2016:1–135.

[19] 刘文科, 杜连凤, 刘东臣. 石灰性土壤中铁肥的形态转化及其供铁机理研究[J]. 植物营养与肥料学报. 2002, (03): 344–348.

[20] 崔国明, 张小海, 李永平, 等. 镁对烤烟生理生化及品质和产量的影响研究[J]. 中国烟草科学. 1998, (01): 7–9.

[21] 徐茜, 陈爱国, 戴培刚, 等. 镁肥合理施用对烤烟生长及产质量的影响[J]. 中国烟草科学. 2011, (02): 33–37.

[22] 孙五三. 烤烟烟碱积累机理及其调控技术的研究[D]. 合肥：安徽农业大学, 2003:1–60.

[23] 徐照丽, 张晓海. 烤烟营养元素交互作用研究进展[C]//李跃建. 云南省作物学会2004—2006年优秀论文选集, 重庆：《西南农业学报》编辑部, 2006:535–538.

Effects of different magnesium fertilizers on contents of medium and trace elements and yield and quality of flue-cured tobacco

WEI Qiulan1, LIU Gao1, ZHANG Xuewei2, SHAO Lanjun2, WANG Wei1, CAI Yixia1,*

1.South ChinaAgricultural University, Guangzhou 510642, China 2. China Tobacco Guangdong Industrial Co, Ltd, Guangzhou 510610, China

To solve the problems of serious soil acidification and the low content of available magnesium in soil in Wuping tobacco-growing areas of Fujian Province, the influences of three different magnesium fertilizers on the contents of medium and trace elements in soil and tobacco leaves and yields and quality of flue-cured tobacco were investigated. The results showed that the content of soil exchange magnesium could be significantly increased after applying different magnesium fertilizers, but different magnesium fertilizers had different timely effects on increasing soil exchange magnesium content. The contents of other medium and trace elements in soil were higher with magnesium sulfate and lower with magnesium hydroxide. The magnesium content of flue-cured tobacco leaves was the highest with magnesium oxide, followed by magnesium hydroxide. The contents of other medium and trace elements in tobacco leaves could be affected by the application of magnesium fertilizers, and the application of magnesium hydroxide led to a slight lack of calcium and iron content in middle and upper tobacco leaves. However, the application of magnesium sulfate resulted in the excessive contents of zinc and manganese in tobacco leaves. The contents of chemical constituents in leaves treated with magnesia were the most appropriate and the economic characters were also the best. Therefore, it is suggested that the application of magnesia in Wuping, Fujian Province could prevent leaching of available magnesium in the early stage of flue-cured tobacco growth as well as improve the yield and quality of tobacco leaves.

magnesium fertilizer; medium element; trace element; chemical composition

S157.2

A

1008-8873(2018)01-049-06

2017-02-17;

2017-03-19

广东中烟工业有限责任公司资助项目“福建武平基地优质烟叶适用生产技术体系开发研究”(粤烟工(15XM-QK〔2014〕-002)

魏秋兰(1990—), 女, 广东梅州人, 硕士研究生

蔡一霞, 女, 博士, 副教授, 主要从事作物生态学研究, E-mail: caiyixia@scau.edu.cn

10.14108/j.cnki.1008-8873.2018.01.007

魏秋兰, 刘高, 张学伟, 等. 不同种类镁肥对烤烟中微量元素含量和产质量的影响[J]. 生态科学, 2018, 37(1): 49-54.

WEI Qiulan, LIU Gao, ZHANG Xuewei, et al. Effects of different magnesium fertilizers on contents of medium and trace elements and yield and quality of flue-cured tobacco[J]. Ecological Science, 2018, 37(1): 49-54.