硅對煙草生長的影響及診斷指標研究

林汲　徐宋萍　羅麗娟　唐莉娜　陳星峰　李延

摘 要 通過水培試驗，研究不同供硅水平（0、0.5、1.0、2.0、3.0 mmol/L，SiO2）對煙草生長的影響和煙草硅素營養(yǎng)診斷指標，并對福建省煙草主產區(qū)148個煙葉樣品的硅素含量狀況進行測定。結果表明：供硅可提高煙草根、莖、葉的硅含量，不同部位、不同葉位的硅含量表現為根>葉>莖、下部葉>中部葉>上部葉，煙草硅素營養(yǎng)診斷的適宜部位為現蕾期植株中部葉，硅素診斷臨界值為葉片含硅0.26%。與對照相比較，供硅對團棵期煙草的生長無明顯影響，但可顯著提高現蕾期煙草地上部干重和總生物量，硅可提高煙草K、P、Zn的含量，降低N、Ca、Cu、Fe、B的含量。福建省煙草主產區(qū)煙葉的硅含量范圍在0.04%～0.64%，平均值為0.22%，有52%樣品的硅含量低于0.26%。

關鍵詞 硅；煙草；生長；診斷指標

中圖分類號 S572 文獻標識碼 A

Abstract A hydroponic experiment with 5 silicon concentrations（0， 0.5， 1.0， 2.0， 3.0 mmol/L）was carried out to study the effects of silicon on tobacco growth and tobacco silicon nutrition diagnosis. The results indicated that tobacco silicon content increased with the increasing silicon concentration in culture solution. The silicon content of tobacco organs was in the order of root>leaves>stem， lower leaves>middle leaves>upper leaves. The middle leaves at topping stage was considered to be a proper part for silicon nutrition diagnosis. Compared with the control， silicon treatment improved tobacco dry weight of aboveground and total biomass significantly at topping stage， but had no effect on tobacco growth at rosette stage. Silicon treatment increased the content of K， P and Zn， but decreased the content of N， Ca， Cu， Fe and B of tobacco. 148 tobacco leaf samples collected from major tobacco producing areas in Fujian were tested. The results showed that the range and the average silicon content of tobacco was 0.04%-0.64% and 0.22% respectively， 52% samples silicon content was lower than 0.26%.

Key words Silicon；Tobacco；Growth；Silicon nutrition diagnosis

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2016.01.008

硅是土壤中含量僅次于氧的第二豐富元素，目前尚未有充足證據可將硅認定為高等植物的必需營養(yǎng)元素[1]。大量研究結果表明，硅能緩解作物的非生物脅迫（重金屬、鹽脅迫）[2]和生物脅迫（病蟲害）[3]，提高干旱、UV-B輻射等逆境條件下水稻[4]、大豆[5]、小麥[6]等的光合作用速率。迄今為止，有關硅對作物生長影響的研究大都集中在喜硅的水稻、甘蔗、小麥等禾本科植物和對硅敏感的黃瓜、西瓜等葫蘆科作物。煙草屬于硅低富集作物[7]，關于硅對煙草作用的報道甚少。邱克逢等[8]在江西贛南所做的試驗研究結果表明，煙草團棵期每公頃追施多效硅肥（SiO2≥20%）300、375、450 kg，可分別提高煙葉產量12.99%、22.73%、5.84%，與對照相比，差異均達極顯著水平。肖尚華等[9]在江西吉安所做的試驗也證實了施用硅肥可提高煙草產量。李發(fā)林等[10]在云南8地開展烤煙硅肥肥效試驗，結果顯示，6個試驗點施用硅肥處理的烤煙產量較對照有顯著或極顯著的提高，但有2個試驗點與對照差異不顯著。上述研究結果表明，施用硅肥可提高煙草的產量，但硅肥對煙草的效果具有不確定性。由于相關研究均未排除硅肥中除硅以外的其他營養(yǎng)元素對煙草生長的影響，也未排除施用硅肥所帶來的土壤pH變化的影響，因而無法證實煙草產量的提高是硅元素作用的效果，同時煙草硅肥肥效的不確定性說明開展煙草硅素營養(yǎng)診斷指標研究的重要性。目前，關于硅對煙草生長影響和煙草硅素營養(yǎng)診斷的研究尚未見報道，開展此方面的研究可為煙草合理施用硅肥提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 材料及水培試驗 供試煙草品種為K326，選取漂浮育苗長勢一致的6葉齡煙苗，將幼苗根系洗凈后用Hoagland營養(yǎng)液進行水培。在前期預備試驗的基礎上，設置5個不同SiO2濃度處理：0、0.5、1.0、2.0、3.0 mmol/L（處理代號分別為CK、T1、T2、T3、T4），每個處理重復6次。以K2SiO3作為硅源，K2SiO3引入的鉀通過調節(jié)Hoagland營養(yǎng)液的KNO3扣除，而由此引起的NO3-損失用1 mol/L HNO3補充，使各處理的氮、鉀一致。營養(yǎng)液pH用1 mol/L NaOH、1 mol/L H2SO4調節(jié)至6.0。培養(yǎng)用盆缽為10 L聚乙烯塑料桶，用具孔的塑料板通過海綿固定幼苗，每桶種植4株，電動泵每隔2 h通氣1 h。每7 d換一次處理液，每2 d調一次pH值。水培試驗的營養(yǎng)液用蒸餾水配制，所有試劑均為優(yōu)級純或分析純。

煙草生長至團棵期和現蕾期時取樣，將植株分為根、莖、葉三部分，現蕾期將葉片進一步細分為上部葉（1～6葉）、中部葉（7～12葉）和下部葉（13～18葉），樣品置于105 ℃烘干箱殺青30 min，75 ℃烘干至恒重后稱重，樣品用于硅和其他養(yǎng)分含量的測定。

1.1.2 煙草樣品的采集 2013年在三明、南平、龍巖3個煙草主產區(qū)的13個縣市，采集翠碧、云煙87、K326等品種現蕾期中部成熟葉片樣品148個，用于煙草硅含量的測定。

1.2 測試項目與方法

1.2.1 植株硅含量測定 參照王繼朋等[11]的方法并略作修改，具體測定方法為：準確稱取烘干至恒重的樣品3份，每份0.3 g（準確至萬分之一），裝入鎳坩堝中，另取3個坩堝不加入樣品作為空白。將坩堝放進高溫電爐，300 ℃預灰化3 h后，升溫至550 ℃后灰化4 h。將充分灰化的樣品用0.08 mol/L H2S04 50 mL轉移至聚乙烯瓶中，加入40% HF 2 mL，震蕩1 h后在（23±3）℃溫度的培養(yǎng)箱放置過夜，所得溶液即為原液。吸2 rnL原液于100 mL的聚乙烯瓶中，加入3.2%的H3B03溶液50 mL，振蕩2 h以除去過量的HF，所得溶液為硅待測液。取10 mL待測液（內含SiO2 0.5-2.5 μg/mL）于25 mL容量瓶中，加入5 mL顯色劑（0.08 mol/L H2S04和2.0%鉬酸銨溶液1 ∶ l混合）。放置5 min后，依次加入3.3%酒石酸溶液5 mL和0.4%抗壞血酸溶液5 mL，用高純水定容，顯色后在811 nm波長處比色。

1.2.2 植株養(yǎng)分含量測定 樣品用H2SO4-H2O2聯合消煮，靛酚藍比色法測氮，釩鉬黃比色法測磷，火焰光度計法測鉀，姜黃素法則硼ICP-MS測定植物鈣、鎂、鐵、錳、鋅、銅含量。

1.3 數據處理

試驗所得數據采用Microsoft Excel 2003軟件進行處理，并用SPSS軟件進行統(tǒng)計分析和處理間差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 硅對煙草生長的影響

水培試驗結果顯示，團棵期硅處理煙草的根干重、地上部干重和總生物量與CK無明顯差異，而現蕾期硅處理的地上部干重和總生物量分別較CK提高18.15%～43.26%、14.58%～40.52%，差異顯著或極顯著，但處理間根干重除T4處理較其余處理差異顯著外，其他處理之間無顯著差異（表1）。

2.2 硅對煙草養(yǎng)分吸收的影響

由表2可知，硅可提高煙草葉片磷、鉀含量，降低氮的含量，與CK相比較，供硅處理煙草葉片含鉀量增加了14.0%～28.0%，含磷量增加了4.80%～16.97%，含氮量減少了29.70%～32.18%，差異均達到顯著或極顯著水平。硅有降低煙草鈣含量的趨勢，與CK處理相比較，供硅處理煙草葉片含鈣量減少了5.56%～33.33%。硅對煙草鎂含量的影響沒有明顯的規(guī)律。有研究結果表明，施硅可以抑制水稻鉀素吸收[12]，降低棉花體內氮含量[13]，但也有研究結果得出，硅促進小麥植株氮、磷、鉀的吸收[14]，說明硅對礦質元素的吸收會因作物的不同而異。

硅對煙草微量元素含量的影響結果見表3，硅降低煙草的銅、鐵含量，與CK相比較，供硅處理煙草葉片含銅量降低了17.89%～24.60%，含鐵量減少了5.77%～14.61%，差異均達到顯著或極顯著水平。硅有提高煙草鋅含量的趨勢，而對煙草錳含量的影響沒有明顯的規(guī)律。硅降低煙草硼的含量，與CK處理相比較，供硅處理煙草葉片含硼量減少了30.20%～53.36%。

2.3 煙草植株硅素營養(yǎng)診斷指標

煙草不同部位的硅含量表現為根>葉>莖，煙草根、莖的含硅量均隨供硅濃度的提高而增加（圖1），葉片含硅量表現為硅處理大于CK。與CK處理相比較，T1、T2、T3、T4處理煙草的根系含硅量分別提高了38.5%、200.0%、661.5%、1 038.5%，差異極顯著，莖、葉的含硅量也均較CK有極顯著提高。

由圖2可知，不同葉位硅含量的高低順序表現為下部葉>中部葉>上部葉，不同葉位硅含量均有隨供硅濃度提高而增加的趨勢。上部葉、中部葉和下部葉的含硅量（y）與營養(yǎng)液供硅濃度（x）的相關方程分別為：y=0.025x+0.110（r=0.827）、y=0.055x+0.203（r=0.984**）和y=0.056x+0.350（r=0.978**），即中部葉和下部葉的含硅量與營養(yǎng)液供硅濃度存在極顯著相關，而上部葉的含硅量與營養(yǎng)液供硅濃度無顯著相關，說明中部葉和下部葉含硅量均能反映介質的供硅狀況。在診斷實踐中，確定適宜診斷部位時，除了考慮相關性這一基礎外，還需考慮高低兩端含量的差異（T4/CK），差距大表示該部位對介質硅營養(yǎng)狀況的反映敏感。上部葉、中部葉和下部葉硅含量的T4/CK比值分別為2.11、1.71和1.41，說明煙草不同葉位對供硅的靈敏度為上部葉>中部葉>下部葉，由于中部葉對煙草產量的貢獻最大，且是煙草品質最好的葉位[15]，因此選擇中部葉作為煙草硅素營養(yǎng)診斷的部位。

臨界值是作物營養(yǎng)診斷的重要指標，本研究將現蕾期煙草中部葉硅含量與相對生物量作圖（圖3）并建立回歸方程，按Ulrich等[16]提出的診斷臨界值的確定方法，即相對生物量90%所對應的養(yǎng)分含量定為臨界值，測得煙草葉片硅含量的臨界值為0.26%。

2.4 福建省煙草硅素營養(yǎng)狀況分析

由表4可見，福建省煙區(qū)煙葉硅的范圍在0.04%～0.64%，平均值為0.22%。以煙草硅素診斷臨界值0.26%為標準，福建省煙葉硅含量低于0.26%的樣品占52%。不同煙區(qū)煙葉硅含量比較，長汀、永定為硅含量豐富地區(qū)，光澤、浦城、連城、尤溪、上杭為硅含量缺乏地區(qū)。

3 討論與結論

研究表明，營養(yǎng)液供硅（0.5～3.0 mmol mg/L，SiO2）可提高煙草各部位的硅含量，現蕾期煙草地上部干重和總生物量隨供硅濃度的提高而增加，煙株中部葉可作為煙草硅素營養(yǎng)診斷的部位，其診斷臨界值為葉片含硅0.26%。有研究結果表明，植物硅素吸收受生態(tài)氣候、品種、土壤類型、栽培措施等多種因素影響而存在一定的差異[17]。甘秀芹等[18]通過田間試驗比較了30個水稻品種的硅素積累特性，結果表明成熟期水稻硅含量會因基因型不同而存在顯著差異，品種間含硅量的變幅為1.62%～2.66%，并且同一水稻品種的硅含量還會因栽培季節(jié)不同而異。劉輝等[19]采用水培試驗，研究低硅（15 mg/L，SiO2）條件下28個常規(guī)水稻品種的硅素吸收，結果也表明，水稻品種間的硅含量存在顯著或極顯著差異。魏海燕等[20]以15個常規(guī)粳稻品種為材料研究氮對硅素積累與分配的影響，發(fā)現不同生育時期水稻的莖鞘、葉片和全株的硅含量均隨氮肥施用水平的提高而下降。因此，本研究通過水培試驗得出的煙草硅素營養(yǎng)診斷指標在生產中的正確性和適用性，還需要通過田間硅肥試驗的驗證，不同煙草品種的硅素營養(yǎng)診斷指標是否存在差異也有待進一步的研究。

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責任編輯：黃東杰