铵态氮和硝态氮配比对烤烟生长及离子平衡的影响

2023-08-07祖庆学聂忠扬林松饶陈张翼飞张涵

作物杂志 2023年3期

祖庆学聂忠扬林松饶陈张翼飞张涵

（1 贵州省烟草公司开阳分公司，550300，贵州开阳；2 贵州大学农学院，550025，贵州贵阳）

植物对各种营养元素的吸收方式和途径不尽相同，而各种元素间在吸收过程中也存在相互作用。烤烟生长发育必需元素有16 种，包括大量元素氮、磷、钾，中量元素碳、氢、氧、钙、镁、硫，微量元素铁、锰、硼、锌、铜、钼、氯[1]，每种元素都不可缺少，不可代替，哪种不足或过量都会引起作物生理机能失调，生长发育受阻。氮素是影响烤烟生长发育及烟叶品质的重要矿质元素[2]。高等植物从土壤或其他外界环境中主要以硝态氮和铵态氮的形式吸收氮素，这2 种氮形态会对植物的一系列生理和代谢过程产生不同影响[3-4]。植物体内各种离子在一定条件下保持平衡状态，反映植物细胞内环境的稳定程度，是细胞内部各种生理生化过程正常进行的前提条件之一[5]。由于植物吸收的阴阳离子中约70%有NH4+或NO3-的陪伴[6]，所以供氮形态对各种矿质养分的吸收及植物体内阴阳离子的相互关系都起着关键作用。

当植株根系以不同速率吸收营养元素时，植物内部的电中性通过有机酸的积累或降解来维持。烟草中的有机酸以非挥发有机酸为主，在烟叶中多与K+、Mg2+、Ca2+等金属离子或生物碱结合成盐或以酯类形式存在，少部分以游离态存在，主要有草酸、苹果酸及柠檬酸[7-8]。有研究[9-10]认为，硝态氮有利于烤烟的生长，同时烟叶内有机酸含量会增加，但是硝态氮施用量过高会影响烤烟对钾的吸收。也有研究[11-12]认为，铵态氮相比硝态氮更有利于烤烟产量和品质的提高，但烤烟吸收过多的NH4+会使土壤变酸。目前，更多的研究[5,13-14]认为，铵硝混合营养比单一铵态氮或硝态氮更有利于烤烟生长发育。Engels 等[15]研究发现，施用硝态氮后植物K+、Ca2+、Mg2+等阳离子含量明显提高，而施用铵态氮比硝态氮含有更多的Cl-和PO43-。烟草作为一种特殊的经济作物，K+和Cl-等含量对烤烟的生长有着很大的影响，因此，研究不同铵硝配比下烤烟的离子平衡对烤烟产量提高和品质提升有重要意义。本试验采用水培法，以云烟87 为试验材料，研究了不同铵硝配比对烟苗生长及阴阳离子平衡的影响。

1 材料与方法

1.1 试验地点及材料

试验于2019 年2 月在贵州大学南校区盆栽场进行，试验材料为云烟87。

1.2 试验设计

在等氮量前提下，设5 个不同铵硝配比（NH4+-N:NO3--N）处理，分别是100:0、75:25、50:50、25:75 和0:100。每个处理4 次重复，每盆植烟1株，共60 盆。依据水培地点光照和通风等环境差异，采用随机区组排列。用漂浮育苗方式培育壮苗，苗龄约45d 时选择长势一致的烟苗移栽，洗净根部砂粒，移栽于1.5L 的塑料容器中（容器深12cm），塑料容器上覆盖具孔盖板，植株根茎结合部位用海绵包裹，固定在盖板上，烤烟移栽前3d用1/2 Hoagland 营养液培养；烤烟生长过程中每7d更换一次营养液，每隔2d 用稀H2SO4或稀NaOH溶液调节pH，确保水培期间pH 为6.0。全生育期每天加入3% H2O21～3mL，加强病虫害防治。采用改良Hoagland 营养液配方，其中，N 140mg/L、P 40mg/L、K 200mg/L、Ca 200mg/L、Mg 40mg/L、Mn 0.5mg/L、Cu 0.02mg/L、Zn 0.05mg/L、Mo 0.05mg/L、B 0.5mg/L，每升培养液中加入1mL Fe-EDTA。Fe-EDTA 溶液配制方法如下，将5.57g FeSO4·7H2O 和7.45g Na2EDTA 溶于200mL 蒸馏水中，加热混合，待冷却后定容至1L 后作母液。各处理试剂用量见表1。

表1 不同铵硝配比营养液的配制Table 1 Preparation of nutrient solution with different ratios of ammonium to nitratemg/L

1.3 测定指标与方法

1.3.1 取样时期烤烟移栽后第15 天取样，每个处理取4 株烟苗，共计60 株。分别称取烟株根、茎、叶鲜质量，将其在105℃下杀青30min，85℃下烘干至恒重；将烘干至恒重的根、茎、叶粉碎，分别称干质量；烘干粉碎好的样品用于测定K+、Na+、Ca2+、NO3-、H2PO4-、Cl-、SO42-、苹果酸、柠檬酸和草酸含量。

1.3.2 测定项目与方法采用火焰光度计法[16]测定烟苗K+、Ca2+、Mg2+含量，采用离子色谱法[17]测定NO3-、H2PO4-、Cl-、SO42-含量。采用毛细管气相色谱法[18]测定有机酸含量。阴阳离子平衡=阳离子含量-（无机阴离子含量+有机阴离子含量），正值表示阳离子含量大于阴离子含量，根系分泌的H+＞OH-，根系出现酸化现象；负值表示阴离子含量大于阳离子含量，根系分泌的OH-＞H+，根系出现碱化现象[19]。

1.4 数据处理

用Excel 2003 进行数据整理，用DPS 7.05（LSD法）进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同铵硝配比对烟苗各部位鲜质量和干质量的影响

由表2 可知，不同铵硝配比处理下，烟苗各部位干、鲜质量均表现为随着硝态氮比例的增加呈增加趋势，以全硝处理最高。全硝处理（0:100）的叶、茎及总鲜质量均与其他处理达显著差异，根鲜质量与铵硝比50:50、25:75 处理无显著性差异，但显著高于全铵处理（100:0）和铵硝比75:25 处理。全硝处理的烟苗叶、茎干质量与铵硝比50:50、25:75 处理无显著差异；全硝处理的根、总干质量与铵硝比25:75 处理无显著差异，但与其他处理达显著差异。全硝处理烟苗整株含水率最高，为93.13%，显著高于其他处理，铵硝比75:25、50:50、25:75 处理间含水率均未达到显著性差异。说明硝态氮比例的增加有利于烟株的生长并促进烟株干物质积累。

表2 不同铵硝配比对苗期烟株各部位鲜、干质量的影响Table 2 Effects of different ratios of ammonium to nitrate on fresh and dry weight of various parts of tobacco plants at seedling stage

2.2 不同铵硝配比对烟苗叶片有机酸积累的影响

由表3 可知，烟苗对有机酸的积累在不同铵硝比例处理下有显著性差异。随着硝态氮比例的增加，苹果酸和有机酸总含量呈先降低后增加的趋势，草酸含量呈增加趋势，柠檬酸含量呈先增加后降低的趋势。苹果酸含量在铵硝比75:25 处理下最低（3.59mg/g），在全硝处理下达到最高（15.52mg/g）。草酸和总有机酸总量均表现为全硝处理显著高于其他处理，全铵处理与铵硝比75:25 处理间无显著差异，但均显著低于铵硝比50:50 和25:75 处理。柠檬酸含量在铵硝比25:75处理达到最大值，但与全硝处理无显著差异，二者均显著高于其余3 个处理。以上说明硝态氮有利于促进烟苗有机酸的积累。各处理有机酸含量均表现为柠檬酸＞苹果酸＞草酸，说明柠檬酸是烟苗有机酸的主要成分，苹果酸次之。

表3 不同铵硝配比对烟苗叶片有机酸含量的影响Table 3 Effects of different ratios of ammonium to nitrate on organic acid content of tobacco leavesmg/g

2.3 不同铵硝配比对烟苗离子含量的影响

2.3.1 对烟苗主要阳离子的影响由表4 可知，烟苗叶片中K+、Ca2+、Mg2+及总阳离子含量均随铵态氮比例的下降呈升高趋势，全硝处理阳离子含量显著高于其他处理，分别为3.51、1.84、1.03 和6.38mmol/g，铵硝比75:25、50:50、25:75 处理间均未达到显著差异。说明铵态氮会抑制烟苗对K+、Ca2+、Mg2+阳离子的吸收，这可能是由于它自身所带的正电荷会拮抗植物对阳离子的吸收。在不同铵硝配比处理下，阳离子占比始终是K+＞Ca2+＞Mg2+，说明铵态氮对烟苗阳离子吸收的抑制程度基本相同，且K+含量占主导地位。

表4 不同铵硝配比对烟苗叶片离子吸收量的影响Table 4 Effects of different ratios of ammonium to nitrate on the charge amount of ion absorption of tobacco leavesmmol/g

2.3.2 对烟苗主要阴离子的影响由表4 可知，NO3-和H2PO4-含量随硝态氮比例的增加呈先增加后不变的趋势，全硝处理与铵硝比50:50、25:75处理之间无显著差异。Cl-、SO42-和总无机阴离子含量随硝态氮比例的增加呈先升高后降低的趋势，铵硝比75:25 处理Cl-含量显著大于其他处理；铵硝比50:50 和25:75 处理SO42-含量显著高于其余3个处理；铵硝比75:25 和50:50 处理总无机阴离子含量均显著大于其余3 个处理。综上，铵硝配施有利于烤烟对阴离子的吸收。

2.4 不同铵硝配比对烟苗阴阳离子平衡的影响

由表5 可知，随着硝态氮比例的增加阴阳离子平衡呈增加趋势，全硝处理的平衡结果远高于其他处理。在全铵处理和铵硝比75:25 和50:50 处理时，叶片阴离子含量大于阳离子含量，阴阳离子平衡分别为-0.22、-0.20 和-0.16mmol/g，表现出碱化趋势；在铵硝比25:75 和全硝处理（0:100）时，阳离子含量大于阴离子含量，阴阳离子平衡分别为0.62 和3.43mmol/g，表现出酸化趋势，说明不同铵硝配比会对烤烟烟苗阴阳离子平衡产生一定的影响。

表5 不同铵硝配比对烟苗整株叶片阴阳离子平衡的影响Table 5 Effects of different ratios of ammonium to nitrate on the balance of anion and cation in the whole leaves of tobacco seedlingsmmol/g

3 讨论

在施入总氮量相同条件下，不同铵硝配比对烟苗鲜质量和干质量有显著性影响[20]。邢瑶等[21]认为，在处理周期内，铵硝比70:30 或50:50 处理根系干质量高于其他处理，单施硝态氮或铵态氮处理会抑制烤烟根系的生长。王晓凤[22]发现，随着营养液中NO3--N 的提高，烟苗地上部生物量也随之增加。而本试验发现，随着铵硝比从100:0 到0:100，烟苗根、茎、叶鲜质量与干物质量均增加，说明硝态氮有利于烤烟苗期的生长，但针对烤烟中后期氮素营养规律有待进一步研究。

有机酸与植株体内新陈代谢有一定的相关性，它是植株体内能量转化的重要介质，同时也是维持植株体内酸碱平衡的重要物质[23]。本试验发现，随着硝态氮比例的增加，草酸和有机酸总含量整体上呈增加趋势，原因可能是阳离子的吸收会促进有机酸的积累；柠檬酸含量呈先增加后降低的趋势，可能是由于浓度过高的硝态氮会抑制对柠檬酸的吸收；苹果酸含量呈先降低后增加的趋势，与西红柿[24]植株苹果酸含量呈增加趋势的研究结论略有不同。

离子吸收对植物矿质营养代谢有重要意义，植株在吸收离子的过程中始终保持电中性[25]。当植物生境中某种毒性离子含量过高时，会造成离子不平衡，发生单盐毒害[26]。刘梅等[27]研究发现，盐胁迫下，硝营养油菜和水稻木质部Na+浓度、韧皮部Na+和K+浓度及水稻木质部K+浓度均高于铵营养植株。本试验表明，不同铵硝比对阴阳离子的吸收存在差异，铵硝比从100:0（全铵处理）到0:100（全硝处理）表现为对主要阳离子的吸收有促进作用，对无机阴离子的影响却各有不同。K+、Ca2+、Mg2+及阳离子电荷量均随着硝态氮比例的增加呈增加趋势，说明硝态氮促进阳离子的吸收，铵态氮抑制阳离子的吸收。其原因可能是植物吸收NH4+后会向土壤中释放H+使土壤酸化，进而影响部分阳离子吸收，对阳离子产生拮抗作用[28-29]，但过高的Ca2+会产生毒害作用[30-35]。NO3-和H2PO4-含量随硝态氮比例的增加而增加，但达到一定浓度后含量不再变化，原因可能是植物所吸收的NO3-已足够其正常生长发育，多余的NO3-排出了体外，同时高浓度的硝态氮可能会抑制烟株对磷酸盐的吸收。Cl-、SO42-和无机阴离子含量随硝态氮比例的增加呈先增加后降低的趋势，说明硝态氮对Cl-和SO42-的吸收有明显的抑制作用。而烟草本身就是忌氯植物，减少对Cl-的吸收反而有利于植株的生长[36]。

植物体内阴阳离子平衡变化会影响植物根系H+和OH-的释放和根际pH[37]。本试验发现，铵硝比50:50、75:25 和100:0 处理呈碱化趋势，且碱化程度相差不大；硝态氮比例高的处理呈酸化趋势，全硝处理酸化最强，这可能与阳离子的大量吸收有关。同时全硝处理下离子平衡结果最差，但却促进了烟苗的生长，原因可能是阳离子的吸收提高了烟株体内的细胞势，从而促进了烟苗生长，同时阳离子的吸收量并未超过毒害浓度，说明硝态氮有利于烤烟苗期的生长，且不会产生离子毒害。但长期施用单一硝态氮可能对烤烟生长造成影响。在烤烟实际生产中，要针对烤烟不同生育期进行配施。