不同氮源對烤煙漂浮育苗氮素利用及煙苗生長的影響

張 夢，梁永江，張長華，陳小明，楊宇虹，袁 玲*

(1西南大學資源環境學院，重慶400716;2貴州省遵義市煙草公司，遵義563000;3云南省煙草研究所，云南玉溪653100)

我國常年種植烤煙100多萬公頃［1］，每年烤煙施用氮肥高達10多萬噸［2］。然而，在烤煙種植的各個環節，氮肥利用率普遍較低，損失量大，浪費嚴重［3－4］。提高氮肥肥效，減少氮素損失和環境污染十分必要。

育苗是烤煙生產的重要環節，壯苗是烤煙優質適產的保證。漂浮育苗是把烤煙種子播于裝有基質的育苗盤上，再將盤漂浮在盛有營養液的池中，煙苗生長所需的水分和養分通過基質由營養液提供。目前，全國約80%的煙苗采用集約化漂浮育苗。在烤煙漂浮育苗體系中，70%以上的氮源來自于價格昂貴的硝酸鉀和硝酸銨。此外，營養液的氮素含量高，利用率低，過量或不足都會嚴重影響煙苗生長，故氮素營養管理是漂浮育苗的關鍵環節之一。烤煙可以吸收利用硝態氮、銨態氮，以及少量有機態氮［5］。其中，硝態氮有利于煙苗生長，促進生長發育和鉀的積累［6－7］;銨態氮能提高葉片可溶性糖含量［8］，降低煙堿［9］;兩種形態氮素適量配施可提高煙草品質，彌補單施的不足［5］。試驗發現，供應適當比例酰胺態氮不會對煙株生長和煙葉品質產生不良影響，而且還可降低肥料成本［10］。

烤煙漂浮育苗的生長環境及營養條件有別于土壤和單純的水培，但對營養液的氮素形態和煙苗氮素利用研究目前還較少。在基質—營養液體系中，一部分氮素被煙苗吸收利用，另一部分被基質吸附或微生物利用轉化。為此，試驗在漂浮育苗條件下，研究了煙苗對不同形態氮源利用情況，為降低氮肥成本，提高氮素利用率，培育壯苗提供理論依據和技術途徑。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試烤煙品種為云貴煙區廣泛種植的K326，于烤煙生長季節在西南大學網室中進行漂浮育苗，培育周期為40 d。

漂浮育苗基質采用遵義市煙草公司提供的煙草漂浮育苗專用基質(貴州湘暉農業科技有限公司生產，有機質含量26.80%、全氮0.67%、全磷0.09%、全鉀0.90%)。

1.2 試驗設計

采用160孔標準煙草育苗盤，每孔裝基質5 g，裝盤播種后，將苗盤漂浮于純水中發芽;幼苗出現兩片真葉時，將苗盤分別置于承裝不同處理營養液的水箱中培養，每個水箱一盤，營養液用去離子水配制。同時在各氮素形態的處理中，設置不播種的苗盤(營養液–基質–未植煙系統)作為對照(CK)，共設4個對照處理。目的是消除基質對營養液的影響所帶來的誤差。在煙苗生長期，定期添加去離子水保持箱內水深8 cm，精確到營養液體積14.48 L。

1.3 測定項目與方法

在培養期間，每隔10 d測定各營養液中的硝態氮(紫外比色法)［11］、銨態氮(靛酚蘭比色法)［11］、亞硝態氮(重氮化耦合分光光度法)［11］和尿素(對二甲氨基苯甲醛比色法)［12］的含量。各處理取3個樣本(每個樣本10株煙苗)，測定40 d煙苗的生物量及植株全氮含量，采用乙醇丙酮混合浸提比色法測定最大葉片的葉綠素、類胡蘿卜素、光合色素含量，TTC還原法測定根系活力［13］，另取莖基部3 cm處莖段10個，徒手切片，間苯三酚染色，光學顯微鏡觀察評定木質化程度。

1.4 數據計算與處理

根據實測數據，進行氮素表觀利用量、氮素表觀利用率、煙株氮素吸收量和氮素實際利用率的計算，公式如下：

氮素表觀利用量Q(t)(N mg/盤)=(CCK－C)×V其中：CCK為對照(未植煙)營養液的氮素濃度;C為植煙營養液的氮素濃度;V為營養液的體積。

氮素表觀利用率(%)=氮素表觀利用量/營養液中氮的施用量×100

煙株氮素吸收量(N mg/株)=煙株含氮量×生物量

苗盤煙株氮素利用量(N mg/盤)=煙株氮素吸收量×苗盤煙株數

氮素實際利用率(%)=苗盤煙株氮素利用量/營養液中的氮素施用量×100

試驗數據用Excel和SPSS 18.0軟件進行處理和統計分析，Duncan法進行多重比較，顯著水平為0.05。

2 結果與分析

2.1 漂浮育苗營養液不同形態氮的變化

在漂浮育苗的營養液中，不同氮形態的氮素濃度隨煙苗的生長發生顯著的變化(圖1)。在硝態氮源的營養液中(圖1a)，硝態氮濃度隨著煙苗的生長迅速遞減，在煙苗生長至40 d時趨近于0。與此同時，溶液中未測得－N，但有少量的－N。未植煙營養液的硝態氮濃度在整個培養期無顯著變化，說明未植煙的對照營養液－N無損失，而植煙營養液中的－N降低源于煙苗的吸收。

銨態氮源的營養(圖1b)中，未植煙的對照營養液在前10 d時銨態氮濃度約降低了8.9%，之后無顯著變化，降低的部分估計被基質吸附，少量氧化為硝態氮。在植煙的營養液中，銨態氮濃度前10 d快速降低，接著(10～30 d)緩慢降低，后期(＞30 d)下降較快。說明營養液中銨態氮含量的降低是煙苗吸收和基質吸附的結果。

在酰胺態氮源營養(圖1c)中，未植煙的對照營養液的酰胺態氮在0～30 d僅降低了13%，但30～40 d快速降低。其中，約有50%的尿素轉化為銨態氮和硝態氮，說明基質中的微生物酶系統參與了酰胺態氮的轉化。在植煙的營養液中，酰胺態氮濃度在10 d時基本與對照相等，說明煙苗在此階段吸收甚少;在20～40 d酰胺態氮濃度幾乎呈直線降低趨勢，表明了煙苗迅速吸收;在40 d時，酰胺態氮濃度趨近于0，供應的氮源大部分被煙苗吸收，少部分以硝態氮和銨態氮的形式存留于溶液中，但濃度極低，分別為1.04 mmol/L(銨態氮)和 0.80 mmol/L(硝態氮)。

在50%硝態氮+50%銨態氮源營養(圖1d)中，未植煙對照營養液中的銨態氮濃度大幅度波動，并在20 d時檢測到亞硝態氮，估計與微生物的氧化還原反應有關，在40 d時營養液中的硝態氮濃度超過銨態氮，說明部分銨態氮轉化為硝態氮。在植煙營養液中，銨態氮和硝態氮濃度總是顯著低于對照，主要原因是煙苗吸收。

圖1 不同供氮條件下營養液中氮濃度的變化Fig．1 Changes of N concentrations of culture solution under different supplied N forms

此外，在未植煙的營養液中，三種氮形態的穩定性順序表現為－N ＞－N＞(NH2)2CO－N，說明基質中的微生物或酶參與氮素轉化。在植煙的營養液中，供應硝態氮和酰胺態氮，40 d時消耗殆盡，在酰胺態氮的營養液中檢測到少量的－N和－N。但是，在供應銨態氮的營養液中，40 d時尚有25%銨態氮。說明在漂浮育苗過程中，煙苗對氮的吸收因形態不同而異，且受基質的影響。

2.2 不同氮源對氮素表觀利用量的影響

在煙苗培養期間，生物和非生物因素顯著影響營養液中不同形態氮的變化。為了反映漂浮育苗系統(煙苗+基質微生物)對不同氮源的利用狀況，引入氮素表觀利用量Q(t)。圖2所示，硝態氮源的氮素表觀利用量Q(t)隨煙苗生長而加速增長，銨態氮源的Q(t)各時期均顯著低于硝態氮源，酰胺態氮源的Q(t)在10 d后快速增長。不同處理Q(t)的變化反映出苗盤生物對不同氮源的利用存在顯著差異，從時間進程來看，幾種氮源的表觀利用量Q(t)表現為：0～10 d，硝態氮＞銨態氮＞酰胺態氮;20～30 d，酰胺態氮＞硝態氮＞銨態氮;30～40 d，硝態氮＞酰胺態氮＞銨態氮。苗盤生物在整個培養階段對硝態氮的氮素表觀利用量最高，銨態氮最低，而對于尿素的利用初期存在一個緩滯期，但最終利用量僅略低于硝態氮。在50%硝態氮+50%銨態氮源共存的條件下，苗盤氮素表觀利用量介于兩者之間，略低于酰胺態氮源處理，并隨時間推移穩定遞增。由此可見，苗盤(包括烤煙和基質微生物)對不同氮源的利用存在差異，其氮素表觀利用量表現為硝態氮源＞酰胺態氮源＞50%銨態氮+50%硝態氮源＞銨態氮源。

2.3 不同氮源對烤煙氮素利用的影響

圖2 不同氮源的氮素表觀利用量Fig．2 The amount of N apparent utilization of different N sources

氮素的供應形態影響煙苗對氮的吸收積累，進而影響植株體內的碳、氮代謝和生長狀態。表2所示，不同處理的煙株氮含量有顯著差異，呈現銨態氮源＞酰胺態氮源≈50%銨態氮+50%硝態氮源＞硝態氮源處理。但煙株氮素積累量與煙苗氮含量呈現相反的規律，即硝態氮源＞酰胺態源≈50%銨態氮+50%硝態氮源＞銨態氮源。從煙株的生長來看，不同處理的煙株存在顯著的差異，單株生物量表現為硝態氮源＞50%銨態氮+50%硝態氮源≈酰胺態氮源＞銨態氮源處理，其中硝態氮源處理的單株干重是銨態氮源的二倍，差異顯著?？梢娛┯孟鯌B氮的處理煙株干物質積累量最大，對氮素的吸收量最多;銨態氮源處理煙株干物質積累量最低，對氮素的吸收量最少。而酰胺態氮營養與銨態氮硝態氮配合的處理介于兩者之間，但明顯優于單純的銨態氮營養。

表2 不同氮源對煙苗生長和氮素吸收的影響Table 2 Effects of different N sources on plant growth and N uptake of tobacco seeding

2.4 不同氮源對烤煙營養生理的影響

漂浮育苗的各項管理措施目標是為了培養壯苗?？緹焿衙绮粌H需要考察煙苗的生物量、養分含量，而且更重要的要考察煙苗的木質化程度、根系活力、葉綠素含量等生理生化指標。不同的氮形態會顯著影響煙株的生理生化活性。表3表明，煙苗根系活力受氮源的影響差異明顯，酰胺態氮源、50%銨態氮+50%硝態氮源處理顯著高于銨態氮源、硝態氮源處理居中。光合色素(葉綠素a、b，類胡蘿卜素)含量表現為隨硝態氮比例的增加而下降，隨銨態氮比例增加而升高，而酰胺態氮源處理的光合色素含量與銨態氮源處理差異不顯著。 可見，酰胺態氮和硝酸銨為氮源時，植株具有較高的根系活力;銨態氮為氮源時根系活力較低，光合色素含量較高;硝態氮為氮源時光合色素含量、木質化程度最低。

表3 不同氮源對烤煙生理指標的影響Table 3 Effects of different supplied N sources on physiological indices of seeding tobacco

2.5 不同氮源下漂浮育苗的氮素積累與利用

從表4可以看出，不同的氮源處理顯著影響漂浮育苗體系中氮的利用狀況。煙株氮素利用量和氮素表觀利用量由高到低依次為硝態氮源＞酰胺態氮源＞50%銨態氮+50%硝態氮源＞銨態氮源處理。而營養液氮素消耗量則是硝態氮源和酰胺態氮源處理的最高，50%銨態氮+50%硝態氮源處理次之，銨態氮源處理最低。氮源的不同也顯著影響氮素實際利用效率，50%銨態氮+50%硝態氮源、硝態氮源和酰胺態氮源處理三者無顯著差異，銨態氮源處理的最低;氮素表觀利用效率則以硝態氮源處理最高，極顯著地高于其它各處理，酰胺態氮源處理與50%銨態氮+50%硝態氮源處理的次之(二者之間無顯著差異)，銨態氮源處理的最低。

表4 不同氮形態對漂浮育苗體系氮素利用效率的影響Table 4 Effects of different N sources on N utilization efficiency(UE)in the floating-seeding system

3 討論

在烤煙漂浮育苗體系中，采用氮素表觀利用量Q(t)綜合表征系統(煙苗、基質和微生物)對氮的利用差異。研究表明，在整個培養期，來自于不同氮源的Q(t)大小順序為硝態氮＞酰胺態氮＞50%銨態氮+50%硝態氮(硝酸銨)＞銨態氮處理。硝態氮處理的Q(t)最高，銨態氮處理的最低，(NH2)2CON處理在初期存在一個緩滯期，10 d以后Q(t)快速增加，說明尿素逐步水解后，它的Q(t)大于硝酸銨和銨態氮源。進一步研究發現，煙苗的氮素累積量也受氮源的顯著影響，但除銨態氮源處理之外，其它三個處理之間均無顯著差異，即硝態氮、硝酸銨和尿素均可選擇作為烤煙育苗的氮源。在硝態氮、硝酸銨和尿素為氮源的系統中，引起Q(t)的差異主要來自于系統中的微生物或酶的作用，結合各處理氮素實際利用率和表觀利用率，它們分別有44.45%、28.14%、17.88%的氮素被微生物消耗，推測營養液中的硝態氮可能有部分反硝化損失［14］;在硝態氮源的處理中，這種作用大于其它有銨鹽存在的系統。鑒于這種情況，以全硝態氮為氮源的漂浮育苗營養液不應該是最佳的選擇。

煙苗對銨態氮利用差的主要原因可能來自于吸收所帶來的酸化效應［15－16］，在培育結束時，銨態氮源處理營養液降低了2個pH單位也證實了這一現象。銨態氮源處理的煙苗氮素含量和葉片光合色素含量高，植株矮小，生物量低，這與氨氮的過量吸收影響到煙苗的正常生長及代謝有關［17－18］，此外，由于溶液pH低，影響基質微生物活性及煙苗自身根系活力等，所以在漂浮育苗營養液中，不能用銨態氮代替整個氮素營養。

在本試驗結果中，雖然硝態氮源最利于煙苗吸收，銨態氮源最差，煙苗對氮源的吸收利用的高低順序為硝態氮＞酰胺態氮＞50%銨態氮+50%硝態氮(硝酸銨)＞銨態氮處理，多數研究也證實烤煙為喜硝態氮的作物［19］，但是，通過考察煙苗的生物量、根系活力、木質化程度、葉綠素含量等生理生化指標后發現，以硝酸銨、尿素和硝態氮為氮源的植株具有高的根系活力和生物量;但硝態氮為氮源時光合色素含量和木質化程度最低。即以綜合指標評價，以尿素或硝酸銨為氮源的漂浮育苗營養液更有利于培育壯苗。

綜上所述，烤煙漂浮育苗是一個特殊系統，對氮的利用包含煙苗、微生物或酶的利用及分解損失等，不同的氮素形態對烤煙漂浮育苗影響各異。研究表明，用硝態氮和銨態氮混合營養液更利于壯苗，有較少的氮損失和更高的氮素實際利用率。而以尿素為氮源的系統實際是脲酶分解后的硝態氮與銨態氮的混合系統，煙苗在生長初期，對氮素需求量較少，適當添加硝態氮即可解決此矛盾，隨著尿素的逐步分解，即可形成硝態氮與銨態氮的混合溶液，這個系統由于其更適合壯苗的培育和較少的氮損失，所以優于單純的硝態氮系統。同時，尿素比硝酸鉀和硝酸銨更經濟，故尿素添加少量的硝態氮是烤煙漂浮育苗體系中培養壯苗最佳的氮源選擇。

［1］王彥亭．中國煙草種植區劃［M］．北京：科技出版社，2009.1－2.

Wang Y T．Tobacco-planting regionalization in China［M］．Beijing：Science Press，2009.1 －2.

［2］張衛峰，馬文奇，王雁峰，張福鎖．基于CBEM模型的2010年農田化肥需求預測［J］．植物營養與肥料學報，2008，14(3)：407－416.

Zhang W F，Ma W Q，Wang Y F，Zhang F S．Forecasting fertilizer demand of China in 2010 using CBEM model［J］．Plant Nutr．Fert．Sci．，2008，14(3)：407 －416.

［3］李春儉，張福鎖，李文卿，等．我國烤煙生產中的氮素管理及其與煙葉品質的關系［J］．植物營養與肥料學報，2007，13(2)：331－337.

Li C J，Zhang F S，Li W Qet al．Nitrogen management and its relation to leaf quality in production of flue-cured tobacco in China［J］．Plant Nutr．Fert．Sci．，2007，13(2)：331 －337

［4］馬興華，張忠鋒，榮凡番，等．高低土壤肥力條件下烤煙對氮素吸收、分配和利用的研究［J］．中國煙草科學，2009，30(1)：1－4，9.

Ma X H，Zhang Z Y，Rong F Fet al．Studies on nitrogen absorption，distribution and utilization in Flue-cured tobacco under higher and lower fertility conditions［J］．Chin．Tob．Sci．，2009，30(1)：1－4，9.

［5］韓錦峰．煙草栽培生理［M］．北京：中國農業出版社，2003.138－140.

Han J F．Tobacco cultivation and physiology［M］．Beijing：China Agric．Press，2003.138 －140.

［6］劉勤．氮形態和硫水平對烤煙氮、硫、鉀等營養的影響［J］．土壤通報，2006，37(6)：1171－1174.

Liu Q．Effects of nitrogen forms and sulphur rate on nitrogen，sulphur and potassium nutrition of tobacco［J］．Chin．J．Soil Sci．，2006，37(6)：1171－1174.

［7］介曉磊，黃向東，劉世亮，等．不同氮素供應對煙草品質指標的影響［J］．土壤通報，2007，38(6)：1150－1153.

Jie X L，Huang X D，Liu S Let al．Effect of different nitrogen forms on tobacco quality indices［J］．Chin．J．Soil Sci．，2007，38(6)：1150－1153.

［8］楊宇虹，趙正雄，李春儉，等．不同氮形態和氮水平對水田和旱地烤煙煙葉糖含量及相關酶活性的影響［J］．植物營養與肥料學報，2009，15(5)：1386－1394.

Yang Y H，Zhao Z X，Li C Jet al．Effects of nitrogen fertilization on carbohydrate content and related metabolic enzymes of fluecured tobacco in paddy field and highland ［J］．Plant Nutr．Fert．Sci．，2009，15(5)：1386 －1394.

［9］Karaivazoglou N A，Tsotsolis N C，Tsadilas C D．Influence of liming and form of nitrogen fertilizer on nutrient uptake，growth，yield and quality of virginia(flue-cured)tobacco［J］．Field Crops Res．，2007，100(1)：52－60.

［10］習向銀，陳益銀，劉國順，時向東．尿素態氮水平對烤煙漂浮育苗中營養生長和生理特性的影響［J］．華北農學報，2008，23(1)：128－132.

Xi X Y，Chen Y Y，Liu G S，Shi X D．Eggects of urea-nitrogen level on nutritional growth and physiological characteristics of flue-cured tobacco seedlings in the floating system［J］．Acta Agric．Boreali-Sin．，2008，23(1)：128－132.

［11］魯如坤．土壤農業化學分析方法［M］．北京：中國農業科技出版社，2000.129－133.

Lu R K．The analytic methods of soil and agricultural chemistry［M］．Beijing：China Agricultural Science and Technology Press，2000.129 －133.

［12］劉志剛，趙慶良，孫麗欣，等．PDAB比色法直接測定液相中的常量尿素［J］．哈爾濱工業大學學報，2008，40(8)：1214－1217.

Liu Z G，Zhao Q L，Sun L Xet al．Determination of medium concentration urea in solution by p-dimethylaminobenzaldehyde colorimetry［J］．J．Harbin Inst．Tech．，2008，40(8)：1214 －1217.

［13］李合生．植物生理生化實驗原理和技術［M］．北京：高等教育出版社，2000.119－137.

Li H S．Principles and techniques of plant physiological and biochemical experiment［M］．Beijing：Higher Education Press，2000.119－137.

［14］黃昌勇．土壤學［M］．北京：中國農業出版社，2000.195－196.

Huang C Y．Soil Science［M］．Beijing：China Agriculture Press，2000.195 －196.

［15］任永浩，陳建軍，韓錦峰．不同根際pH值下烤煙生長反應的比較研究［J］．中國煙草科學，1995，(3)：1－5.

Ren Y H，Chen J J，Han J F．Influence of pH value on growth of flue-cured tobacco［J］．Chin．Tob．Sci．，1995，(3)：1 －5.

［16］唐莉娜，熊德中．土壤酸度的調節對烤煙根系生長與煙葉化學成分含量的影響［J］．中國生態農業學報，2002，(4)：69－71.

Tang L N，Xiong D Z．Effects of soil acidity adjustment on root growth and chemical compositions of the cured leaves in fluecured tobacco［J］．Chin．J．Eco-Agric．，2002，(4)：69 －71.

［17］韓錦峰，史宏志，官春云，等．不同施氮水平和氮素來源煙葉碳氮比及其與碳氮代謝的關系［J］．中國煙草學報，2006(1)：19－25.

Han J F，Shi H Z，Guan C Yet al．C/N of tobacco leaf and its relations with carbon and nitrogen metabolism as related to nitrogen level and source［J］．Acta Tab．Sin．，2006，(1)：19 －25.

［18］Kirkby E A，Mengel K．Ionic balance in diffrernt tissues of the tomato plant in relation to nitrate，urea，or ammonium nutrition［J］．Plant Physiol．，1967，42(1)：6 －14.

［19］Havlin J L，Beaton J D，Tisdale S L，Nelson W L．Soil fertility and fertilizers：An introduction to nutrient management(7th ed．)［M］．New Jersey：Pearson Prentice Hall，2005.99－100.