土壤氮和15N肥料氮在不同生長期烤煙各器官的積累

化黨領(lǐng)，張?jiān)娀?，王瑞，霍光，劉衛(wèi)群

1 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，鄭州 450002；2 湖北省煙草公司恩施州公司，恩施 445000

氮素在煙株生長發(fā)育過程中起著重要作用，施用氮肥對烤煙的產(chǎn)量和質(zhì)量影響極大[1]。施肥是煙草關(guān)鍵栽培技術(shù)之一，在一定的環(huán)境和品種條件下，施肥是調(diào)控?zé)熑~產(chǎn)量和質(zhì)量的核心[2-3]。隨施氮量的增加，煙株中來源于肥料氮所占比例上升[4-5]，肥料氮在煙株不同部位煙葉中所占比例差異較大[6]。湖北恩施煙區(qū)位于北亞熱帶高海拔山區(qū)，晝夜溫差大，降雨量分配不均。煙草生長期普遍存在前期供氮不足而后期供氮較強(qiáng)。氣候方面表現(xiàn)還苗期低溫，發(fā)苗不好；中期經(jīng)常干旱，吸氮少；后期降雨多，吸氮量大，造成煙葉厚，煙堿高，產(chǎn)量和品質(zhì)不好。

本研究應(yīng)用氮同位素肥料作為全部供氮肥料，研究該煙區(qū)整個(gè)生育期不同階段煙草各器官氮含量和積累量，以及所積累土壤氮和同位素肥料氮的比例，分析土壤供氮能力和煙株、上部和中部葉吸氮表現(xiàn)，為合理調(diào)控植煙土壤供氮能力，提高中部葉上等煙比例和上部葉可用性提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以烤煙云煙87為供試品種，于2011年5月至10月在湖北省恩施土家族苗族自治州茅壩槽實(shí)驗(yàn)基地進(jìn)行。土壤類型為黃棕壤，耕層土壤質(zhì)地為重壤質(zhì)，pH值為6.84，有機(jī)質(zhì)22.88 mg/kg, 堿解氮125.59 mg/kg，速效磷25.80 mg/kg,速效鉀167.87 mg/kg。所用磷肥為Ca(H2PO4)2，所用鉀肥為K2SO4和KNO3。施用磷肥、鉀肥用量分別為Ca(H2PO4)2633.10 kg/hm2、K2SO4471.11 kg/hm2。采用當(dāng)?shù)刈罴淹扑]氮用量97.5 kg/ hm2，所用同位素氮肥為15NH415NO3（基肥，占70%）和K15NO3(追肥，占30%)，這兩種肥料15N豐度分別為10.21%和10.28%，由上?；ぱ芯吭禾峁?。施肥方法窩施。煙苗于5月25日移栽，行株距為120 cm×55 cm，在施有同位素氮肥的壟上種植煙株16株。

1.2 煙樣采集

于移栽后5、7、9、11、13、15、17周分7次分別采取2棵煙株，先將植株分成上部葉(15～18 葉位)、中部葉(7～14 葉位)、下部葉(3～6 葉位)、莖和根，后期煙頂和不同時(shí)期收集的煙杈合為一部分。樣品于105℃殺青30min,并85℃烘干備用。煙樣15N豐度和全氮含量由中國科學(xué)院南京土壤研究所土壤與環(huán)境分析測試中心采用質(zhì)譜議測定。

1.3 計(jì)算公式

土壤水分用烘干法。

%Ndff=(作物中的15N原子百分超/肥料的15N原子百分超)×100（煙株吸收的肥料氮占總吸氮量的百分比）

Ndff=%Ndff×作物吸氮量(Ndff表示來自于肥料的氮，在本文中簡稱肥料氮)

Ndfs=作物吸氮量-Ndff(Ndfs表示來自于土壤本身的氮，在本文中簡稱土壤氮)

2 結(jié)果與分析

2.1 移栽后不同時(shí)期煙株各器官氮含量和積累量

由圖1可看出，除杈以外其它器官的含氮量隨生育期推進(jìn)總體呈下降趨勢，到移栽后104 d取樣時(shí)停止下降而又略有上升。煙杈含氮量在移栽后76d達(dá)到最高峰，其后下降但仍維持在高位，說明在生育中后期出現(xiàn)的煙杈是含氮高的器官，如果煙株后期氮營養(yǎng)不足，則加劇了氮營養(yǎng)缺乏；如果在后期供氮過量時(shí)適當(dāng)留杈，則可以一定程度上調(diào)控降低上部葉氮過高造成的品質(zhì)下降。整個(gè)生育期各器官含氮量高低順序基本是：上部葉＞中部葉＞下部葉＞莖、根。上部葉在移栽后62 d前取樣時(shí)維持在高氮含量，其中在移栽后48 d取樣時(shí)達(dá)到5.381%，其后兩周內(nèi)快速下降到2.940%，但在其后保持基本平穩(wěn)。中部葉和下部葉同上部葉一樣也在移栽后76d取樣前快速下降，其后雖有波折但下降幅度較小。莖的含氮量在移栽后62d取樣前高于根，其后兩者基本相同。由圖1還可看出，各生育期每當(dāng)杈的含氮量升高時(shí)，其它器官含氮量就會下降，再次表明，煙杈是吸氮器官，煙杈的去留對煙葉氮調(diào)控影響很大。

圖1 移栽后不同時(shí)期煙株各器官中氮含量

由圖2可看出，各器官氮積累量均在移栽后62 d取樣時(shí)有陡然的升高，根據(jù)圖1中移栽后62 d時(shí)氮含量較高但沒有陡然的峰。其它器官無論積累量上升或下降均與生物量有關(guān)。在 76 d取樣期后，上部葉氮積累量直線上升，中部葉基本平穩(wěn)略降，下部葉下降明顯。后期杈的氮積累量最低，雖然其氮含量最高，而生物量低導(dǎo)致氮在杈中的分配量并不高。葉片各期積累量大小不同，前期（移栽后76 d取樣時(shí)）中部葉＞上部葉＞下部葉；之后上部葉＞中部葉＞下部葉。結(jié)合圖1知，移栽后76 d取樣時(shí)氮含量急劇下降停止而進(jìn)入緩慢下降或基本平穩(wěn)階段，移栽后76 d也就是約在移栽后兩個(gè)半月，可能是煙草生長與氮分配變化的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。在煙株的旺長期（移栽后62 d，7月27日）氮積累量較大，之后無論是上部葉還是中部葉都沒有達(dá)到這么高的吸氮量，說明旺長期是煙株吸收氮素最多的時(shí)期。

圖2 移栽后不同時(shí)期煙株各器官中氮積累量

2.2 煙株各器官氮來源于土壤氮和肥料氮情況

2.2.1 煙株各葉位及煙株總積累量來自土壤氮和肥料氮的積累

圖3a、圖3b、圖3c和3d分別是上、中、下部葉來源于兩種氮源的積累量和煙株總積累量。上部葉在移栽后62 d取樣期以前，從肥料吸收的氮多于從土壤吸收的氮，從移栽后62 d取樣期后，從土壤吸收的氮多于從肥料吸收的氮，而且隨著生育期推進(jìn)，吸收量差距增大。從兩種來源氮的各自吸收情況看，兩種氮源均隨生育期而吸收量同步高低變化，在移栽后62 d時(shí)有一個(gè)吸收高峰，其后各期兩種氮源積累量均呈上升趨勢，直到成熟后期。說明上部葉在生育后期繼續(xù)大量吸收土壤氮和肥料氮，尤其是土壤氮，上部葉在移栽后62 d（7月27日）吸收土壤氮首次超過肥料氮。這也說明試驗(yàn)地土壤在煙草生長后期供氮能力相當(dāng)強(qiáng)。

中部葉在移栽后62 d時(shí)吸收氮達(dá)到高峰，其后兩種來源吸氮量均減少。與上部葉不同的是，中部葉在達(dá)到吸收高峰后到移栽后76 d前迅速下降，然后緩慢下降，這一點(diǎn)與上部葉吸氮量一直在升高不同。下部葉在移栽后76 d前吸收以肥料氮多于土壤氮，比上部和中部葉推遲一段時(shí)間用于更多吸收肥料氮，在移栽后90 d時(shí)取樣時(shí)又有一小的吸收高峰，之后積累量下降。

圖3 不同生育期煙草上中下部葉來自土壤氮及肥料氮積累量

從圖3d中可以看出煙株總氮中來自土壤氮和肥料氮的積累量：在煙株移栽第5周（移栽后32 d）到第7周（移栽后48d），煙株吸收的肥料氮高于土壤氮，但到煙株移栽11周（移栽后76 d）時(shí)，煙株吸收的土壤氮已明顯多于肥料氮，在煙株體內(nèi)所占的比例達(dá)59.54%，即煙株在打頂后，體內(nèi)的氮素大部分來自于土壤氮。隨后，煙株累積的肥料氮不僅不增加，還有所減少，所以從煙株氮素積累量上來說，煙株打頂后所積累的氮素多來自于土壤氮，肥料氮占煙株氮素積累量的比例從煙株移栽后第5周的60.91%降到煙葉采收完時(shí)（第17周）的28.84%，而到煙葉采收結(jié)束時(shí)，煙株體內(nèi)土壤氮所占煙株氮素積累量的比例達(dá)到71.16%，這表明煙株在生育后期吸收的氮素不僅主要來自于土壤氮，而且煙株在整個(gè)生育期中吸收的氮素也主要來自于土壤氮。所以，煙株在打頂后所要吸收的土壤氮，多是來自于后期土壤有機(jī)質(zhì)礦化的氮素。

2.2.2 煙株各器官積累氮中土壤氮和肥料氮來源比例

由圖4可知，除杈以外各器官在移栽后48 d前從土壤吸收的氮少于從肥料吸收的氮，其中根、莖、上部葉和中部葉積累氮基本從第3次取樣期即移栽后約兩個(gè)月時(shí)，從兩種氮源吸收的氮量開始相當(dāng)，此后土壤氮就一直多于肥料氮，直到煙葉采收結(jié)束。而下部葉推遲到第4次取樣即移栽后兩個(gè)半月后吸氮量才相當(dāng)，到移栽后90 d時(shí)仍然相當(dāng)，也就是說肥料氮對下部葉吸收量的影響時(shí)間較長。氮素在植株體內(nèi)是容易移動再利用的元素，并且穩(wěn)定性15N同位素與普通14N有相同的化學(xué)性質(zhì)，而在該試驗(yàn)施用同位素肥料用量情況下，下部葉從肥料吸收氮比上、中部更久地保持較高量，足見此施肥量在移栽后三個(gè)月時(shí)仍然可以充分供應(yīng)肥料氮。

圖4 煙株各器官來自土壤氮和肥料氮積累百分比

3 討論

韓錦峰[7]等人的研究結(jié)果說明土壤氮對煙草供氮相當(dāng)重要，煙草主要吸收土壤無機(jī)氮。而無機(jī)氮只占土壤總氮的1%左右，土壤氮的持續(xù)供應(yīng)主要靠有機(jī)氮不斷礦化補(bǔ)充，這一方面說明培肥植煙土壤非常必要。另一方面說明注意后期土壤氮供應(yīng)，控制煙株生育后期土壤供氮量，對提高上部煙葉質(zhì)量至關(guān)重要[8]。谷海紅[8]、習(xí)向銀[9]等的研究也表明，煙株整個(gè)生育期吸收的氮素主要來自于土壤氮，且吸收的土壤氮量及其占總吸氮量的比例隨生育期延長和煙葉著生部位升高明顯增加。楊宏敏等[10]用15N標(biāo)記的硝酸銨研究的結(jié)果表明，與其它部位煙葉相比，上部葉中的氮大部分來自于土壤氮。謝志堅(jiān)等[11]也認(rèn)為烤煙后期吸收氮素的來源主要是土壤氮。因此，烤煙土壤氮素肥力的培肥對于滿足烤煙對氮素的需要、提高烤煙產(chǎn)量和產(chǎn)值具有重要意義。韓錦峰等[7]用15N標(biāo)記肥料進(jìn)行盆栽試驗(yàn)證明，煙株吸收的氮素有59.8%～90.9%來源于土壤的速效氮，9.1%～40.2%來源于當(dāng)季所施肥料中的氮，證明了煙草所吸收的氮主要來自土壤的結(jié)論。馬興華等[12]研究表明，土壤有機(jī)氮礦化能力與土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量顯著正相關(guān)。宋少堂等[13]用15N示蹤法研究的結(jié)果表明，煙株對氮素的吸收利用不僅與土壤中的速效氮含量有關(guān)，同時(shí)與氮肥種類、海拔高度、土壤質(zhì)地和溫度的高低密切相關(guān)。從這些研究中可以看出，土壤氮素對煙株的氮素營養(yǎng)有著重要作用，但也受到諸多因素的影響。

4 結(jié)論

從煙株全生育期來看，土壤氮對煙株體內(nèi)的氮素積累約占50%，在煙株生長前期，煙株吸收的肥料氮高于土壤氮，但到煙株生長中后期，即在打頂后，煙株吸收的土壤氮已明顯多于肥料氮。為了促進(jìn)煙株生長，快速形成健壯根系和茁壯莖葉，煙株生育前期必須供應(yīng)一定量的肥料氮。

從各器官氮含量消長情況看，葉片和煙杈氮含量有此消彼長關(guān)系，當(dāng)煙杈氮含量升高時(shí)其它器官則明顯下降，說明煙杈是吸氮器官，適時(shí)打杈可以強(qiáng)化葉片氮營養(yǎng)，提高葉片氮水平。煙株葉片各時(shí)期含氮量均為上部葉＞中部葉＞下部葉。上部葉比中、下部葉更早于利用土壤氮，而且在末期仍有一明顯的土壤氮吸收高峰。表明了上部葉對土壤氮的依賴性更大，調(diào)控其氮含量的難度更大。

該試驗(yàn)區(qū)煙草在施N 97.5 kg/ hm2、基追比7∶3情況下，上、中部葉在移栽后的前兩個(gè)月以吸收肥料氮為主，下部葉在移栽后三個(gè)月時(shí)仍主要吸收肥料氮，而后期所有器官均以吸收土壤氮為主。

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