朱英華,周可金,張國,吳社蘭,屠乃美
1安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院,合肥市長江西路130號(hào) 230036;2安徽皖南煙草有限責(zé)任公司,宣城市鰲峰中路72號(hào) 242000;3湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院,長沙市芙蓉區(qū)農(nóng)大路1號(hào) 410128;4中國煙草中南農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站,長沙市芙蓉區(qū)農(nóng)大路1號(hào)410128
烤煙硫營養(yǎng)對(duì)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(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院,合肥市長江西路130號(hào) 230036;2安徽皖南煙草有限責(zé)任公司,宣城市鰲峰中路72號(hào) 242000;3湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院,長沙市芙蓉區(qū)農(nóng)大路1號(hào) 410128;4中國煙草中南農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站,長沙市芙蓉區(qū)農(nóng)大路1號(hào)410128
采用液培試驗(yàn),研究了不同硫濃度下烤煙根、莖、葉對(duì)鈣的吸收與積累規(guī)律。結(jié)果表明,硫濃度在0~8 mmol/L試驗(yàn)范圍內(nèi),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(nèi),烤煙根、莖、葉片對(duì)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(duì)鈣吸收速率低于2 mmol/L處理,但在團(tuán)棵和旺長期,0 mmol/L處理烤煙葉片對(duì)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(duì)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(duì)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(jìn)了烤煙根、莖、葉對(duì)鈣的吸收和積累。
烤煙;硫;鈣;吸收速率;養(yǎng)分積累
鈣是植物細(xì)胞壁胞間層中果膠酸的成分,也是磷脂中磷酸與蛋白質(zhì)羧基間聯(lián)結(jié)的橋梁,具有穩(wěn)定細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的作用;同時(shí),鈣能結(jié)合到鈣調(diào)蛋白上形成復(fù)合物,活化植物細(xì)胞中的許多酶,對(duì)細(xì)胞代謝起重要的調(diào)節(jié)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(yīng)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(zhì),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(zhì)必需組成成分[3]。施用硫肥可以提高土壤中其他營養(yǎng)成分的有效性,使植株的營養(yǎng)條件得到改善,鐵、錳、鋅、硼的吸收增強(qiáng),土壤的pH 值降低[4]。我國在煙草生產(chǎn)中,一般不單獨(dú)施用硫肥,但鉀肥的施用主要以硫酸鉀為主,在給煙草補(bǔ)充鉀肥的同時(shí)導(dǎo)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(dǎo)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(diào)節(jié)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(yǎng)方面做了大量研究,但不同硫用量對(duì)烤煙鈣吸收與積累的影響卻少見報(bào)道。本研究采用液培試驗(yàn),研究不同硫濃度條件下烤煙不同部位對(duì)鈣的吸收與積累,目的是明確烤煙在硫酸根富集條件下對(duì)鈣吸收與積累狀況,為烤煙科學(xué)施肥提供技術(shù)支持。
試驗(yàn)于2007年1月至8月在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草科研基地進(jìn)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(shí),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(nèi)徑為25 cm、下內(nèi)徑為16 cm的塑料桶內(nèi)。采用液培法,硫處理營養(yǎng)液以Hoagland為基礎(chǔ),加入Arnon微量元素液。試驗(yàn)設(shè)硫濃度分別為0 mmol/L、2 mmol/L、4 mmol/L、8 mmol/L等4個(gè)處理,每個(gè)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(yǎng)初期,營養(yǎng)液每7 d換一次,旺長期每5 d換一次,每天通氣,新?lián)Q營養(yǎng)液pH值均調(diào)至6.0~6.2之間。
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(cè)干重,磨細(xì)后備用??緹煵煌课涣蚝外}含量用HNO3-HClO4消煮,全譜等離子體發(fā)射光譜儀(ICP)測(cè)定。
采用DPS 7.5統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析??緹煵煌课粚?duì)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(yǎng)分吸收量,a是養(yǎng)分吸收的最大值,b是最初的養(yǎng)分吸收量,c是通過計(jì)算得到的積累或吸收常數(shù),參數(shù)a、b、c可以通過統(tǒng)計(jì)軟件計(jì)算獲得。用Logistic方程的一階導(dǎo)數(shù)方程(2)來計(jì)算煙株各部位鈣吸收速率,其二階導(dǎo)數(shù)方程(3)計(jì)算煙株鈣積累量達(dá)到最大值一半時(shí)的時(shí)間(t0),其三階導(dǎo)數(shù)方程(4)來計(jì)算煙株各部位對(duì)鈣快速吸收和積累的時(shí)間(t1,t2),t1為煙株各部位對(duì)鈣快速吸收和積累開始時(shí)間,而t2是煙株各部位對(duì)鈣快速吸收和積累的結(jié)束時(shí)間,當(dāng)Logistic方程的二階導(dǎo)數(shù)和三階導(dǎo)數(shù)等于0時(shí),便可以計(jì)算出t0、t1、t2的值[10]。
如表1所示,烤煙根系內(nèi)鈣含量隨硫濃度增加而降低,隨移栽后天數(shù)的增加而升高。在團(tuán)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(tuán)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(dǎo)致烤煙根系鈣含量在團(tuán)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(duì)鈣的吸收和積累變化,各處理對(duì)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(duì)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(duì)鈣進(jìn)行快速吸收的起始時(shí)間與0 mmol/L差異不大,但2 mmol/L處理烤煙根系對(duì)鈣快速吸收的持續(xù)時(shí)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(duì)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(zhì)積累量高于0 mmol/L處理的,從而導(dǎo)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(jìn)入快速吸收與積累期的時(shí)間較遲,并且整個(gè)生育期內(nèi)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(gè)處理的主要原因,并且較低的鈣含量和干物質(zhì)積累量導(dǎo)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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
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(shù)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??緹熞圃院?0 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(nèi),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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)鈣吸收速率的下降速度低于2 mmol/L處理的,從而導(dǎo)致烤煙生育后期0 mmol/L處理烤煙莖對(duì)鈣積累量與2 mmol/L處理逐漸接近。
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(shù)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(dá)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(yǎng)液中硫元素添加嚴(yán)重抑制了鈣在葉片中的積累。隨移栽天數(shù)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(jìn)一步研究。表6和圖3描述了烤煙葉片對(duì)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(duì)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(duì)鈣吸收速率明顯高于0 mmol/L處理。在整個(gè)生育期內(nèi),4和8 mmol/L處理烤煙葉片對(duì)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(zhì)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(nèi),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(zhì)積累量和鈣含量都較低而導(dǎo)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(nèi),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(duì)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(duì)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
鈣在烤煙吸收的必需營養(yǎng)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(yǎng)狀況和鈣的可用性[12]。李玉梅[13]認(rèn)為施硫?qū)Φ?、磷、鈣、鎂吸收的影響表現(xiàn)低量促進(jìn),高量抑制;硫的施用促進(jìn)了煙葉和煙莖對(duì)鈣、鎂的吸收,對(duì)煙根鈣、鎂吸收的影響則表現(xiàn)為低量(0~0.18 g· kg-1)促進(jìn),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(zhì)的改善和產(chǎn)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(zhì),并增加稻谷產(chǎn)量[14]。本研究結(jié)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(zhì)積累較高引起的;烤煙莖對(duì)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(duì)鈣積累量在整個(gè)生育期基本一致,這可能是2 mmol/L 處理烤煙干物質(zhì)積累量較大造成的,4和8 mmol/L處理烤煙葉片對(duì)鈣積累量明顯低于二者,且隨硫濃度增加而降低。
試驗(yàn)研究結(jié)果得出:在液培條件下,無硫或低硫可以促進(jìn)烤煙根、莖、葉對(duì)鈣的吸收和積累。
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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(xiàn)標(biāo)志碼: A 文章編號(hào):1004-5708(2014)02-0059-06
國家煙草局項(xiàng)目“濃香型特色優(yōu)質(zhì)煙葉開發(fā)”(TS-01);湖南省煙草局項(xiàng)目“湖南省濃香型特色優(yōu)質(zhì)煙開發(fā)”(11-14Aa01);安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院科研啟動(dòng)基金項(xiàng)目(2011004);安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)科研啟動(dòng)基金(2008001)
朱英華(1973—),博士,副教授,碩士生導(dǎo)師,主要從事煙草栽培生理與調(diào)制方向研究,Email:zhuyinghua1973@126.com
屠乃美(1963—),博士,教授,博士生導(dǎo)師,主要從事農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究,Email:tnm505@163.com
2013-06-26