烤煙硫營養對鈣吸收與積累的影響

朱英華，周可金，張國，吳社蘭，屠乃美

1安徽農業大學農學院,合肥市長江西路130號 230036;2安徽皖南煙草有限責任公司,宣城市鰲峰中路72號 242000;3湖南農業大學農學院,長沙市芙蓉區農大路1號 410128;4中國煙草中南農業試驗站,長沙市芙蓉區農大路1號410128

烤煙硫營養對鈣吸收與積累的影響

朱英華1，周可金1，張國2，吳社蘭1，屠乃美3,4

1安徽農業大學農學院,合肥市長江西路130號 230036;2安徽皖南煙草有限責任公司,宣城市鰲峰中路72號 242000;3湖南農業大學農學院,長沙市芙蓉區農大路1號 410128;4中國煙草中南農業試驗站,長沙市芙蓉區農大路1號410128

采用液培試驗，研究了不同硫濃度下烤煙根、莖、葉對鈣的吸收與積累規律。結果表明，硫濃度在0～8 mmol/L試驗范圍內，烤煙根、莖和葉片中鈣含量隨硫濃度增加呈顯著或極顯著降低。硫濃度在2～8 mmol/L范圍內，烤煙根、莖、葉片對鈣吸收速率和積累量隨硫濃度增加而大幅度降低。0 mmol/L處理烤煙根系對鈣吸收速率低于2 mmol/L處理，但在團棵和旺長期，0 mmol/L處理烤煙葉片對鈣吸收速率高于2 mmol/L處理的，在旺長后期和成熟期，0 mmol/L烤煙莖對鈣吸收速率高于2 mmol/L處理的。0 mmol/L處理烤煙根系鈣積累量低于2 mmol/L處理的，但其葉片和莖對鈣積累量與2 mmol/L處理差異不大。由此可見，在液培條件下，無硫或低硫促進了烤煙根、莖、葉對鈣的吸收和積累。

烤煙；硫；鈣；吸收速率；養分積累

鈣是植物細胞壁胞間層中果膠酸的成分，也是磷脂中磷酸與蛋白質羧基間聯結的橋梁，具有穩定細胞膜結構的作用；同時，鈣能結合到鈣調蛋白上形成復合物，活化植物細胞中的許多酶，對細胞代謝起重要的調節作用[1]。煙草缺鈣造成生理紊亂，游離氨基酸含量明顯增加；鈣過量推遲煙草成熟期，造成煙葉粗糙，使磷和鎂含量降低，銅濃度顯著降低，鐵、錳、鋅、氯和硼的濃度顯著增加[2]。硫是酶化反應活性中心的必需元素，是葉綠素、緇醇、谷胱甘肽(GSH)、輔酶等合成的重要介質，還是鐵氧還蛋白、半胱氨酸(Cys)、蛋氨酸(Met)以及所有含半胱氨酸和蛋氨酸的蛋白質必需組成成分[3]。施用硫肥可以提高土壤中其他營養成分的有效性，使植株的營養條件得到改善，鐵、錳、鋅、硼的吸收增強，土壤的pH 值降低[4]。我國在煙草生產中，一般不單獨施用硫肥，但鉀肥的施用主要以硫酸鉀為主，在給煙草補充鉀肥的同時導致其伴隨離子硫酸根大量增加，促使植煙土壤中的硫酸根離子富集，導致土壤pH值降低[5-6]，因此，白云石粉和石灰石通常被作為土壤改良劑來調節土壤的pH值[7-9]，增加了土壤鈣的輸入。前人就作物鈣、鎂、硫營養方面做了大量研究，但不同硫用量對烤煙鈣吸收與積累的影響卻少見報道。本研究采用液培試驗，研究不同硫濃度條件下烤煙不同部位對鈣的吸收與積累，目的是明確烤煙在硫酸根富集條件下對鈣吸收與積累狀況，為烤煙科學施肥提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗于2007年1月至8月在湖南農業大學煙草科研基地進行，供試材料為烤煙品種K326，采用漂浮育苗，待長到7葉1心時，選取生長一致的健壯幼苗移栽至帶定植籃（高9 cm）的深為30 cm、上內徑為25 cm、下內徑為16 cm的塑料桶內。采用液培法，硫處理營養液以Hoagland為基礎，加入Arnon微量元素液。試驗設硫濃度分別為0 mmol/L、2 mmol/L、4 mmol/L、8 mmol/L等4個處理，每個處理25盆。除陪伴離子Na+濃度不同外，NO3-和NH4＋、H2PO4-、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-等所有處理的濃度都相同，分別為17、1、6、4、2、0.02 mmol/L。培養初期，營養液每7 d換一次，旺長期每5 d換一次，每天通氣，新換營養液pH值均調至6.0～6.2之間。

1.2 測定項目和方法

分別于移栽后30、45、60、75、90 d從各處理取有代表性的烤煙3株，105℃殺青，65 ℃烘干，測干重，磨細后備用。烤煙不同部位硫和鈣含量用HNO3-HClO4消煮，全譜等離子體發射光譜儀(ICP)測定。

1.3 數據分析

采用DPS 7.5統計軟件對數據進行統計分析。烤煙不同部位對鈣的吸收與積累用Logistic方程（1）加以描述，其中w是烤煙移栽后養分吸收量，a是養分吸收的最大值，b是最初的養分吸收量，c是通過計算得到的積累或吸收常數，參數a、b、c可以通過統計軟件計算獲得。用Logistic方程的一階導數方程（2）來計算煙株各部位鈣吸收速率，其二階導數方程（3）計算煙株鈣積累量達到最大值一半時的時間(t0)，其三階導數方程（4）來計算煙株各部位對鈣快速吸收和積累的時間（t1,t2），t1為煙株各部位對鈣快速吸收和積累開始時間，而t2是煙株各部位對鈣快速吸收和積累的結束時間，當Logistic方程的二階導數和三階導數等于0時，便可以計算出t0、t1、t2的值[10]。

2 結果與分析

2.1 不同硫濃度對烤煙根鈣吸收與積累的影響

如表1所示，烤煙根系內鈣含量隨硫濃度增加而降低，隨移栽后天數的增加而升高。在團棵和旺長初期（烤煙移栽后30～45 d），0 mmol/L處理烤煙根系鈣含量極顯著高于其他處理，2 mmol/L處理的烤煙根系鈣含量在團棵期與4 mmol/L處理的差異不顯著，但在旺長初期極顯著高于4 mmol/L處理的；8 mmol/L硫濃度導致烤煙根系鈣含量在團棵至旺長初期極顯著降低。在旺長期至成熟期（烤煙移栽后60～90 d），0和2 mmol/L處理烤煙根系鈣含量差異不大，但二者顯著或極顯著高于4和8 mmol/L的處理。表2和圖1分別描述了不同硫濃度下烤煙根系對鈣的吸收和積累變化，各處理對鈣的吸收符合Logistic方程，且擬合程度較好。從表2和圖1可以看出，2 mmol/L處理烤煙根系對鈣的最大吸收速率和積累量最高，其次為0 mmol/L處理；2 mmol/L處理烤煙根系對鈣進行快速吸收的起始時間與0 mmol/L差異不大，但2 mmol/L處理烤煙根系對鈣快速吸收的持續時間比0 mmol/L處理短5 d，這可能是0 mmol/L處理烤煙根系鈣含量高于2 mmol/L處理的原因之一；2 mmol/L處理烤煙根系對鈣最大吸收速率和積累量高于0 mmol/L處理的原因可能是2 mmol/L處理烤煙根系的干物質積累量高于0 mmol/L處理的，從而導致0 mmol/L處理烤煙根系鈣含量高于2 mmol/L處理，但鈣積累量和吸收速率卻低于2 mmol/L處理的。4和8 mmol/L處理烤煙根系鈣進入快速吸收與積累期的時間較遲，并且整個生育期內的吸收速率都較低，這可能是4和8 mmol/L處理烤煙根系鈣含量顯著低于其他2個處理的主要原因，并且較低的鈣含量和干物質積累量導致了其根系鈣積累也明顯降低。

表1 不同硫濃度下烤煙根中鈣含量 %Tab.1 The calcium content in root of flue-cured tobacco under different sulfur concentrations

表2 不同硫濃度下烤煙根對鈣吸收的Logistic方程特征值Tab.2 The Logistic equation feature of culcium uptake in root of flue-cured tobacco under different sulfur concentrations

圖1 不同硫濃度對烤煙根系鈣積累量與吸收速率的影響Fig.1 The effect of sulfur concentration on culcium uptake and accumulation in root of flue-cured tobacco

表3 不同硫濃度下烤煙莖中鈣含量 %Tab.3 The calcium content in stem of flue-cured tobacco under different sulfur concentrations

表4 不同硫濃度下烤煙莖對鈣吸收的Logistic方程特征值Tab.4 The Logistic equation feature of calcium uptake in stem of flue-cured tobacco under different sulfur concentrations

圖2 不同硫濃度對烤煙莖鈣積累量與吸收速率的影響Fig.2 The effect of sulfur concentration on calcium uptake and accumulation in stem of flue-cured tobacco

2.2 不同硫濃度對烤煙莖鈣吸收與積累的影響

表3描述的是烤煙莖中鈣含量，隨硫濃度增加，烤煙鈣含量逐漸降低，但與根系鈣含量不同的是，隨移栽后天數增加，烤煙莖中鈣含量逐漸降低。在烤煙移栽后30 d，4和8 mmol/L處理烤煙莖鈣含量顯著低于0和2 mmol/L處理的，2 mmol/L處理烤煙莖含量又顯著低于0 mmol/L處理的。移栽后45 d，0 mmol/L處理烤煙莖鈣含量極顯著高于8 mmol/L，顯著高于2和4 mmol/L處理的。烤煙移栽后60 d，0 mmol/L處理烤煙莖的鈣含量極顯著高于4和8 mmol/L處理的，顯著高于2 mmol/L處理的。0和2 mmol/L處理之間烤煙莖含量在移栽后75 d差異不顯著，但二者極顯著高于8 mmol/L處理的，顯著高于4 mmol/L處理的。在0～4 mmol/L硫濃度范圍內，烤煙莖的鈣含量在移栽后90 d隨硫濃度增加極顯著降低，但4和8 mmol/L處理之間差異不顯著。表4和圖2描述的是不同硫濃度下烤煙莖對鈣的吸收和積累。從表4和圖2中看出，4 mmol/L處理烤煙莖對鈣吸收速率和積累量比2 mmol/L處理的大幅度降低，8 mmol/L處理烤煙莖對鈣吸收速率和積累量雖然也低于4 mmol/L處理，但處理之間的差異沒有2和4 mmol/L處理之間大；0 mmol/L處理烤煙莖對鈣的吸收速率在烤煙移栽后61d開始高于2 mmol/L處理的，并且在烤煙移栽后61～90d之間，0 mmol/L處理烤煙莖對鈣吸收速率的下降速度低于2 mmol/L處理的，從而導致烤煙生育后期0 mmol/L處理烤煙莖對鈣積累量與2 mmol/L處理逐漸接近。

2.3 不同硫濃度對烤煙葉片鈣吸收與積累的影響

表5描述了不同硫濃度下烤煙葉片鈣含量，在烤煙移栽至移栽后60 d，同一處理不同移栽后天數之間烤煙葉片鈣含量差異不大。在烤煙移栽后30～75 d，0 mmol/L處理烤煙葉片鈣含量極顯著高于其他處理，2 mmol/L處理烤煙葉片鈣含量極顯著或顯著高于4和8 mmol/L處理的，并且4和8 mmol/L處理之間差異也達到了極顯著或顯著水平。在成熟期（烤煙移栽后90 d），0和2 mmol/L處理之間差異不顯著，但二者極顯著高于4和8 mmol/L處理的。由此可見，在液培條件下，營養液中硫元素添加嚴重抑制了鈣在葉片中的積累。隨移栽天數的增加，0和2 mmol/L處理烤煙葉片的鈣含量是逐漸增加的，而4和8 mmol/L處理葉片的鈣含量在60～75 d有所降低，具體原因有待進一步研究。表6和圖3描述了烤煙葉片對鈣的吸收速率和積累量，在旺長前期，0 mmol/L處理烤煙葉片對鈣吸收速率高于2 mmol/L處理的，但旺長后期至成熟期，2 mmol/L處理葉片對鈣吸收速率明顯高于0 mmol/L處理。在整個生育期內，4和8 mmol/L處理烤煙葉片對鈣吸收速率與0和2 mmol/L處理相比急劇下降。0和2 mmol/L處理的烤煙葉片的鈣積累曲線幾乎重疊，這主要是2 mmol/L處理的烤煙葉片干物質積累量高于0 mmol/L 處理[11]造成的，因此，在烤煙移栽后30-75 d期間內，即使0 mmol/L處理烤煙葉片鈣含量極顯著高于2 mmol/L處理的，二者的鈣積累量也差異較小。而4和8 mmol/L處理烤煙葉片鈣積累量則由于其干物質積累量和鈣含量都較低而導致其積累量明顯低于0和2 mmol/L處理的。由此可見，在2～8 mmol/L范圍內，隨硫濃度增加，烤煙葉片鈣含量、吸收速率及積累量明顯降低。

表5 不同硫濃度下烤煙葉片中鈣含量 %Tab.5 The calcium content in leaf of flue-cured tobacco under different sulfur concentrations

表6 不同硫濃度下烤煙葉片對鈣吸收的Logistic方程特征值Tab.6 The Logistic equation feature of calcium uptake in leaf of flue-cured tobacco under different sulfur concentrations

圖3 不同硫濃度對烤煙葉片鈣積累量與吸收速率的影響Fig.3 The effect of sulfur concentration on calcium uptake and accumulation in leaf of flue-cured tobacco

3 討論

鈣在烤煙吸收的必需營養元素中位列第三[10]，鉀和鈣在烤煙葉片中的吸收和分配主要依靠植株的營養狀況和鈣的可用性[12]。李玉梅[13]認為施硫對氮、磷、鈣、鎂吸收的影響表現低量促進，高量抑制；硫的施用促進了煙葉和煙莖對鈣、鎂的吸收，對煙根鈣、鎂吸收的影響則表現為低量（0～0.18 g· kg-1）促進，高量（硫用量＞0.18 g·kg-1）抑制。在有效硫缺乏，有效鈣、鎂較豐富的土壤中，增施適量硫肥、鎂肥和鈣肥有利于稻米品質的改善和產量提高；在有效硫豐富，鎂、鈣較缺的土壤中，配施適量的硫、鎂、鈣有利于提高米質，并增加稻谷產量[14]。本研究結果表明:烤煙根系鈣積累量和最大吸收速率以2 mmol/L處理最高，這可能是2 mmol/L處理烤煙根系干物質積累較高引起的；烤煙莖對鈣最大吸收速率以2 mmol/L最高，但其下降速度較快，這可能是在其生育后期莖中鈣含量較0 mmol/L處理極顯著降低的原因；0和2 mmol/L處理烤煙葉片對鈣積累量在整個生育期基本一致，這可能是2 mmol/L 處理烤煙干物質積累量較大造成的，4和8 mmol/L處理烤煙葉片對鈣積累量明顯低于二者，且隨硫濃度增加而降低。

4 結論

試驗研究結果得出：在液培條件下，無硫或低硫可以促進烤煙根、莖、葉對鈣的吸收和積累。

[1]劉國順.煙草栽培學[M].北京:中國農業出版社,2003:185-188.

[2]Lóperz-lefebre L R,Rivero R M,Garcí PC,et al.Effect of Calcium on Mineral Nutrient Uptake and Growth of Tobacco[J].Journal of the Science of Food and Agriculture,2001,(81):1334-1338.

[3]Zhao F J ,Hawkesfordt M J ,McGrath S P,et al.Sulfur Assimilation and Effects on Yield and Quality of Wheat [J].Journal of Cereal Science,1999,30:1-17.

[4]Soliman M F,Kostandi S F,V an Beusichem M L.Influence of Sulfur and Nitrogen Fertilizer on the Uptake of Iron,Manganese,and Zinc by Corn Plants Grown in Calcareous soil [J].Soil Science and Plant Analysis,1992,23(11):1289-1300.

[5]陳建國,張楊珠,曾希柏,等.長期不同施肥對水稻土交換性鈣、鎂和有效硫、硅含量的影響[J].生態環境,2008,17(5): 2064-2067.

[6]林葆,周衛,李書田,等.長期施肥對潮土硫、鈣和鎂組分與平衡的影響[J].土壤通報,2001,32(3 ):126-129.

[7]王文軍,郭熙盛,武際,等.白云石粉對皖南酸性紅黃壤磷組分及磷有效性的影響[J].土壤,2006,38(4):448-452.

[8]邢世和,熊德中,周碧青,等.不同改良劑對煙區土壤肥力性狀及烤煙產量和質量的影響[J].福建農林大學學報(自然科學版),2004,33(3):384-389.

[9]邢世和,劉春英,熊德中,等.不同改土物料對烤煙養分吸收及碳、氮代謝的影響[J].植物營養與肥料學報,2006,12(5):694-700.

[10]Moustakas N K,Ntzanis H.Dry Matter Accumulation and Nutrient Uptake in Tobacco (Nicotiana tabacum L.)[J].Field Crops Research,2005,(94):1-13.

[11]朱英華,屠乃美,肖漢乾,等.硫對烤煙干物質積累的影響[J].中國煙草學報,2011,17(2):44-48.

[12]Elliot J M.A Survey of Flue-Cured Tobcco Grown in Ontario [Canada]in 1976.2.Nutrient Elements [J].Plant Physiology and Biochemistry,1977,47(4):19-21.

[13]李玉梅,徐茜,熊德忠.不同硫肥用量對烤煙產量和品質的影響[J].中國農學通報,2005,22(2):171-174.

[14]戴平安,易國英,鄭圣先,等.硫鎂鈣營養不同配比量對水稻品質和產量的影響[J].作物研究,1999(3):31-35.

Effect of sulfur nutrition on accumulation and uptake of calcium in flue-cured tobacco

ZHU Yinghua1,ZHOU Kejin1,ZHANG Guo2,WU Shelan1,TU Naimei3,4
1 College of Agronomy,Anhui Agricultural University,Hefei 230036,China;2 Anhui Wannan Tobacco Leaf Co.,Ltd.,Xuancheng 242000,Anhui,China;3 College of Agronomy,Hunan Agricultural University,Changsha 410128,Hunan,China;4 Tobacco Agricultural Experiment Station of Central and South China,Changsha 410128,Hunan,China

A hydroponics experiment was carried out to investigate calcium content,accumulation and uptake in root,stem and leaf in flue-cured tobacco under different sulfur concentrations.Results showed that calcium contents in root,stem and leaf were reduced significantly or highly significantly along with increase of sulfur concentration from 0 mmol/L to 8 mmol/L.The uptake rate and accumulation of calcium in root,stem and leaf were reduced along with increase of sulfur concentration from 2 mmol/L to 8 mmol/L.Calcium uptake rate in root under 0 mmol/L sulfur concentration was lower than that under 2 mmol/L.Calcium uptake rate in leaf under 0 mmol/L sulfur concentration was higher than that under 2 mmol/L from rosette to fast growing stage,while calcium uptake rate in stem nder 0 mmol/L sulfur concentration was higher than that under 2 mmol/L from fast growing to maturation stage.Calcium accumulation in root under 0 mmol/L sulfur concentration was lower than that under 2 mmol/L,but no significant difference under 0 mmol/L and 2 mmol/L sulfur concentration in stem and leaf.No or lower sulfur concentration promoted calcium uptake and accumulation in root,stem and leaf.

flue-cured tobacco; sulfur; calcium; uptake rate; nutrient accumulation

10.3969/j.issn.1004-5708.2014.02.009

S572.01 文獻標志碼： A 文章編號：1004-5708(2014)02-0059-06

國家煙草局項目“濃香型特色優質煙葉開發”(TS-01)；湖南省煙草局項目“湖南省濃香型特色優質煙開發”(11-14Aa01)；安徽農業大學農學院科研啟動基金項目（2011004）；安徽農業大學科研啟動基金（2008001）

朱英華（1973—），博士，副教授，碩士生導師，主要從事煙草栽培生理與調制方向研究，Email:zhuyinghua1973@126.com

屠乃美（1963—），博士，教授，博士生導師，主要從事農業可持續發展研究，Email:tnm505@163.com

2013-06-26