水培茶苗營養(yǎng)液酸化與氮形態(tài)的相關(guān)性

房江育，馬雪瀧，鄒鵬飛

(黃山學(xué)院 生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，安徽 黃山245041)

茶樹喜歡酸性環(huán)境。但長期種植茶樹后，茶園土壤酸化加劇，最終影響茶葉生產(chǎn)。尤其在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中，高投入與高產(chǎn)出造成的土壤pH 的持續(xù)下降已經(jīng)成為世界范圍內(nèi)最普遍的現(xiàn)象[1,2]。由于茶樹吸收銨態(tài)氮多于硝態(tài)氮，普遍認(rèn)為銨根離子進(jìn)入植株，置換下的氫離子造成了土壤酸化[3,4]。本文調(diào)整營養(yǎng)液中的硝態(tài)氮和銨態(tài)氮比例，溶液培養(yǎng)茶苗，通過分析營養(yǎng)液中電導(dǎo)率和酸度的變化，揭示硝酸根離子在這一過程中的一些作用。

1 材料與方法

1.1 茶樹種子的萌發(fā)

于霜降后在安徽省祁門縣采集茶樹（Camellia senises）楊樹林品種的種子。將果殼褪去后，用自來水清洗茶樹種子，再用洗衣液消毒、清水漂洗、流水浸泡1 周。撈出沉底的種子，埋入用蒸汽消過毒的河沙中，沙子覆蓋厚度約1cm，放在實(shí)驗(yàn)樓室外過道中，適當(dāng)噴水保持沙子潮濕。第二年4月份，待茶苗出芽、根長大約3cm 時(shí)，將其取出，沖洗干凈后，移入室內(nèi)進(jìn)行溶液培養(yǎng)。

1.2 茶苗的溶液培養(yǎng)

茶苗培養(yǎng)在黃山學(xué)院生命與環(huán)境實(shí)驗(yàn)樓實(shí)驗(yàn)室內(nèi)常溫、自然光照下進(jìn)行。培養(yǎng)容器為塑料盆，上口直徑25cm，底部直徑20cm，高20cm。每盆裝入營養(yǎng)液7L，培養(yǎng)茶苗12 株。每株茶苗用海面包裹莖與根連接處，分散定植于泡沫板上，用氧氣泵24h 通氣。每隔14d 更換1 次營養(yǎng)液。

以1/2 小西茂毅配方[5]為營養(yǎng)液基本成分。在保持總氮量為40mg/L 的基礎(chǔ)上，調(diào)整配方中的(NH4)2SO4和NH4NO3的含量，使得其中的硝態(tài)氮和銨態(tài)氮比例分別為20∶20、15∶25、10∶30、5∶35、和0:40，降低的S 用CaSO4補(bǔ)充，再按量降低CaCl2含量。營養(yǎng)液pH調(diào)節(jié)到6.5。

1.3 營養(yǎng)液EC 值和pH 值的測(cè)定

待茶苗生長3 個(gè)月更新營養(yǎng)液時(shí)，連續(xù)2 周內(nèi)每隔2d 測(cè)定各硝、銨態(tài)氮比例下培養(yǎng)茶苗的營養(yǎng)液電導(dǎo)率EC 值和酸堿度pH 值。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

以IBM 公司Spss 軟件20 版進(jìn)行相關(guān)的生物統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 營養(yǎng)液氮形態(tài)對(duì)EC 值的影響

電導(dǎo)率EC 值是植物溶液培養(yǎng)中用來監(jiān)測(cè)植物吸收礦質(zhì)營養(yǎng)的重要指標(biāo)。在植物生長中，根系不斷吸收礦質(zhì)離子，營養(yǎng)液的電導(dǎo)率EC 值逐步降低。圖1 顯示，5 種處理下茶苗營養(yǎng)液的初始EC 值依溶液中硝態(tài)氮的增加和銨態(tài)氮的減少而降低，表明營養(yǎng)液的EC 值不僅與離子數(shù)量有關(guān)，也與離子種類密切相關(guān)。本試驗(yàn)中營養(yǎng)液初始EC 值依硝態(tài)氮比例增高規(guī)律性下降源于在配制一定比例的硝、銨態(tài)氮時(shí)，對(duì)原配方中 (NH4)2SO4、NH4NO3、CaSO4和CaCl2等成分有所調(diào)整。在茶苗連續(xù)培養(yǎng)2 周中，以時(shí)間作自變量，依次將后一次與前次的EC 值差作因變量進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果5 種處理下均沒有相關(guān)性。事實(shí)上，植物在生長中一方面吸收礦質(zhì)離子，使得營養(yǎng)液EC 值下降； 另一方面植物的根系也釋放一些代謝產(chǎn)物到介質(zhì)中去，其中不乏具有導(dǎo)電性的物質(zhì)，它們會(huì)提高營養(yǎng)液的EC 值。這種因根系分泌導(dǎo)致營養(yǎng)液EC 值升高的情況，在茶苗生長后期與根系對(duì)礦質(zhì)的吸收相比較是微不足道、完全被掩蓋的，但在幼苗生長初期因植株生物量很小，根系吸收極其有限，因而EC 值升高表達(dá)著茶苗根系的分泌作用。在本試驗(yàn)中采用1/2 濃度的小西茂毅營養(yǎng)液，既能滿足茶苗初期生長的需要，又能提高營養(yǎng)液EC 值的靈敏度，因此可以在表觀上反映茶苗根系的吸收與分泌情況，即將EC 值下降，差值為負(fù)表征為根系的吸收大于分泌，EC 值上升，差值為正表征為根系的分泌大于吸收。具體在圖1 中，雖然不同硝、銨態(tài)氮比例下各營養(yǎng)液的起始EC 值不同，但它們?cè)诓杳缟L的相同時(shí)間段中的變化趨勢(shì)是基本一致的。如培養(yǎng)第3d 時(shí)各處理EC 值降低，顯示茶苗根系對(duì)礦質(zhì)元素的吸收大于分泌； 而在第5d，各處理EC 值均有升高，說明茶苗根在第4、5 天內(nèi)分泌較多的物質(zhì)于環(huán)境中；之后EC 值趨于平穩(wěn)，表明吸收與釋放處于動(dòng)態(tài)平衡中。

圖1 茶苗營養(yǎng)液電導(dǎo)率的變化

為了解茶苗根系的吸收與分泌是否與營養(yǎng)液中硝態(tài)氮和銨態(tài)氮有關(guān)系，通過控制銨態(tài)氮或硝態(tài)氮，對(duì)營養(yǎng)液的硝、銨態(tài)氮從高到低的5 種比例與13d 后各營養(yǎng)液與起始狀態(tài)的EC 差值進(jìn)行偏相關(guān)分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)它們之間呈顯著的高度負(fù)相關(guān)（偏相關(guān)系數(shù)r=-0.977，p=0.023）。表明在銨態(tài)氮一定時(shí)，硝態(tài)氮含量越低，EC 差為正值，數(shù)值越大，根系分泌越多，即在銨態(tài)氮存在下，硝態(tài)氮促進(jìn)茶苗根系的分泌作用；在硝態(tài)氮一定時(shí)，銨態(tài)氮越高，EC 差為負(fù)值，數(shù)值越大，根系吸收越多，即在硝態(tài)氮存在下，銨態(tài)氮促進(jìn)茶苗根系的吸收作用。又將各次測(cè)定的營養(yǎng)液的EC 值與前次EC 值之差分別與5 種硝銨態(tài)氮比例進(jìn)行相關(guān)分析，得出在第6 次和第5次測(cè)定（即第11d 與第9d）之間的EC 差值與營養(yǎng)液的硝、銨態(tài)氮比例呈顯著的高度負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.881，p=0.048，同樣的是硝態(tài)氮與分泌方向和銨態(tài)氮與吸收方向的聯(lián)系。

2.2 營養(yǎng)液氮EC 值與pH 值的相關(guān)

將2 周期間后一次與前一次測(cè)定的pH 差值以及最后一次與第一次測(cè)定的pH 差值共7 組數(shù)據(jù)分別進(jìn)行pH 差值與硝銨態(tài)氮比例的相關(guān)分析，均未達(dá)到具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的顯著性，無法判斷氮形態(tài)與茶苗生長中營養(yǎng)液酸度變化之間的相關(guān)關(guān)系。但圖2 卻直觀地顯示，3月齡茶苗在2 周時(shí)間內(nèi)營養(yǎng)液的pH 由最初的6.5 降至4.5 附近，不同處理下pH下降幅度在1.46-2.07 單位，其下降幅度在硝、銨態(tài)氮比例為（20:20）＞（15:25）＞（10:30）＞（5:35）＞（0:40），即隨著硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的比例從高到低，營養(yǎng)液的酸化程度也從高到低依次排序。

圖2 茶苗營養(yǎng)液pH 的降低

對(duì)5 種硝、銨態(tài)氮比例下營養(yǎng)液的pH 值與茶苗培養(yǎng)時(shí)間進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果表明，二者之間呈高度負(fù)相關(guān)，其中有4 種處理達(dá)到極顯著水平，1 種處理達(dá)到顯著水平（表1）。這說明在溶液培養(yǎng)條件下，隨著茶苗生長時(shí)間的延長營養(yǎng)液呈線性酸化，是極其明確的。但這種變化更多地是源于根系對(duì)礦質(zhì)的吸收還是其分泌物的釋放，并不明確。

表1 營養(yǎng)液pH 值與培養(yǎng)時(shí)間之間的相關(guān)性

圖2 表明，茶苗營養(yǎng)液在第一周內(nèi)pH 由6.5 降至5.8 以下，下降的幅度比第二周大很多，尤其是在第3d 和第5d 之內(nèi)pH 降幅最大，占二周內(nèi)總pH 下降的64%-83%。由圖1 已經(jīng)得知，在pH 大幅下降的第3-5 天期間各處理茶苗的營養(yǎng)液的電導(dǎo)率EC值是上升的，因而此時(shí)營養(yǎng)液酸度的提高是與根系分泌物的釋放有關(guān)系。從對(duì)5 種處理下營養(yǎng)液的第3-13d 的EC 值分別與前1 次的EC 值的差值與同一時(shí)間的pH 的差值共30 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行的相關(guān)分析中看到，茶苗EC 值差與pH 值差之間呈低度負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.367，在0.05 水平上顯著 （p=0.046）。也就是說EC 差值提高時(shí)候，pH 差值降低。提示了茶苗根系分泌作用與營養(yǎng)液的酸化作用之間具有一定聯(lián)系。

如前所述，茶苗根系吸收礦質(zhì)后EC 值降低，又因茶樹喜銨，茶苗根系表面每吸附一個(gè)銨根離子將交換下來一個(gè)質(zhì)子，如此造成環(huán)境酸化，所以在理論上植株吸收銨越多，環(huán)境pH 降低也越多，即EC差與pH 差在茶苗根系單純吸收銨根離子情況下，二者如果相關(guān)，理論上呈正相關(guān)關(guān)系。顯然，此處的低度負(fù)相關(guān)則基于另一種情況的發(fā)生，那就是根系生理活動(dòng)的復(fù)雜性——根系不僅吸收銨根離子，它還吸收其它礦質(zhì)元素，同時(shí)也釋放一些物質(zhì)到介質(zhì)中。因而這里的pH 差與EC 差的負(fù)相關(guān)關(guān)系則基于根系酸性分泌物的釋放導(dǎo)致營養(yǎng)液EC 值的升高，同時(shí)pH 值顯著下降。又由于測(cè)得的EC 值是根系吸收與分泌的凈結(jié)果，因此單獨(dú)從分泌的角度，可以認(rèn)定pH 值與根系分泌之間的這種負(fù)相關(guān)關(guān)系。

3 結(jié) 論

在水培茶苗中，無論銨態(tài)氮還是硝態(tài)氮，都隨植物生長時(shí)間的延長發(fā)生營養(yǎng)液pH 值的下降，其下降速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于土壤培養(yǎng)，說明土壤在緩沖酸堿性方面具有獨(dú)特的作用。通過相關(guān)分析，明確了銨態(tài)氮促進(jìn)茶苗根系對(duì)礦質(zhì)的吸收，這與過去的研究是一致的[3]；而在銨態(tài)氮存在下，茶苗營養(yǎng)液中的硝態(tài)氮能夠在一定程度上促進(jìn)茶苗根系的分泌作用，而這種分泌與營養(yǎng)液的pH 值下降具有相關(guān)性，是導(dǎo)致環(huán)境酸化的因素之一。因此，硝態(tài)氮引起的酸化作用是通過茶苗本身根系的代謝作用而進(jìn)行的，不容忽視。

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