不同氯水平下納米脫氯劑對(duì)烤煙生長(zhǎng)及氯吸收的影響

李 亮,張 翔,王亞寧,毛家偉,司賢宗,索炎炎,余 瓊,范藝寬

(1 河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 植物營(yíng)養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，河南 鄭州 450002；2 河南省煙草公司，河南 鄭州 450008)

煙草是我國(guó)重要的葉用經(jīng)濟(jì)作物，多年來(lái)煙草行業(yè)是國(guó)家第一利稅大戶(hù)，在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有舉足輕重的地位。河南煙葉曾以“吃味醇和、香氣濃郁、勁頭適中、油潤(rùn)豐滿(mǎn)、燃燒性強(qiáng)”的典型濃香型風(fēng)格著稱(chēng)于世，對(duì)推動(dòng)我國(guó)卷煙工業(yè)的發(fā)展具有重要作用[1]。河南煙區(qū)是黃淮煙區(qū)的重要組成部分，也是我國(guó)煙葉的主產(chǎn)區(qū)，該區(qū)烤煙栽培歷史悠久，烤煙種植已成為富民強(qiáng)省的一大支柱產(chǎn)業(yè)。但由于該煙區(qū)土壤及灌溉水中氯含量普遍較高，加之長(zhǎng)期以來(lái)存在含氯肥料不合理施用的問(wèn)題及該區(qū)降雨量較少，土壤淋溶作用較小，導(dǎo)致近年來(lái)煙葉氯含量普遍較高，這已成為制約該產(chǎn)區(qū)烤煙品質(zhì)進(jìn)一步提升的主要限制因素[2-3]。

氯是烤煙生長(zhǎng)必需但限量施用的元素，含氯量過(guò)低，煙葉易碎，影響煙葉成絲率，含氯量過(guò)高，又會(huì)影響煙葉的燃燒性，香氣減少、煙味變劣，煙葉含氯量以0.3%～0.8%較適宜。適量氯對(duì)烤煙生長(zhǎng)發(fā)育及煙葉開(kāi)片具有促進(jìn)作用，可使煙葉質(zhì)地柔軟、油潤(rùn)、有彈性、膨脹性好、切絲率高、破碎率低[4-5]，但烤煙對(duì)氯具有奢侈吸收的特性，高的供氯量直接影響到煙葉的氯含量。烤煙生產(chǎn)上除了嚴(yán)格控制氯肥的施用，通常以深耕深翻、科學(xué)排灌、改善栽培措施等來(lái)減控?zé)熑~氯含量，但氯的化學(xué)性質(zhì)非?；顫?，又廣泛存在于周?chē)h(huán)境中，故實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)烤煙氯含量的減控一直是技術(shù)性的難題[6]。目前，納米脫氯劑在高氯水脫氯的應(yīng)用效果已被研究證明，但尚未有文獻(xiàn)報(bào)道其在作物上的應(yīng)用效果。為解決煙葉含氯量過(guò)高的問(wèn)題，本研究以納米脫氯劑為試材，基于田間盆栽試驗(yàn)，研究不同氯水平下，納米脫氯劑對(duì)煙草吸氯特性的影響，以期通過(guò)脫氯劑脫氯方法降低煙葉氯含量，為河南煙區(qū)煙草降氯技術(shù)探索可行性途徑。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

田間盆栽試驗(yàn)于2015年5月至8月在河南省漯河市臨潁縣進(jìn)行。臨潁縣位于河南省中部，屬于溫帶季風(fēng)型大陸性氣候，全縣海拔為53～74 m，多年平均日照時(shí)數(shù)2 365.3 h，日照率54%，年平均氣溫14.5 ℃，年均降水量720 mm，蒸發(fā)量610 mm，無(wú)霜期225 d左右，四季分明、氣候溫和、雨量適中，為優(yōu)質(zhì)烤煙種植適宜區(qū)。供試土壤為黃壤土，基本理化性狀：pH 7.3，有機(jī)質(zhì)含量18.7 g/kg，速效氮含量150.7 mg/kg，速效磷含量14.3 mg/kg，速效鉀含量196.8 mg/kg，水溶性氯含量29.3 mg/kg。

1.2 材 料

供試納米脫氯劑由上海嵐淼水處理科技有限公司提供(專(zhuān)利號(hào)：ZL 200910051824.0)。供試煙草品種“中煙100”由臨潁縣煙草公司提供，煙苗采用漂浮育苗法培育。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

田間盆栽試驗(yàn)共設(shè)8個(gè)處理(T1-T8)，每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)15盆。其中，未添加脫氯劑組為T(mén)1-T4處理，添加脫氯劑組為T(mén)5-T8處理(表1)。

試驗(yàn)花盆規(guī)格為40 cm×20 cm×30 cm(高×底徑×頂徑)，每盆裝供試土壤15 kg(風(fēng)干土質(zhì)量)，移栽1株煙苗，相鄰兩盆煙苗的株距模仿田間種植方式調(diào)整為0.5 m。煙苗移栽前，不同氯水平處理用不同濃度的NaCl(分析純，Cl 60.44%)溶液進(jìn)行調(diào)節(jié)。煙苗移栽時(shí)，需要降氯的處理添加1.5 mL/kg 稀釋濃度為0.5%的納米脫氯劑。各處理施肥量均為每盆N 6 g、P2O59 g、K2O 21 g。氮、磷、鉀肥料品種分別由硝酸銨(N 34.9%)、普鈣(P2O516%)和硫酸鉀(K2O 50%)提供?？緹熒L(zhǎng)期根據(jù)土壤墑情適時(shí)澆水，每次澆水量達(dá)到土壤田間持水量的60%～80%。為使試驗(yàn)環(huán)境與大田環(huán)境一致，試驗(yàn)安排在大田內(nèi)進(jìn)行，將盆埋于田間，并使盆沿與大田地面保持一致，試驗(yàn)田間管理均按當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)要求進(jìn)行。

表1 田間盆栽試驗(yàn)處理Table 1 Pot experimental treatments in field

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

煙苗移栽后30～90 d，每隔15 d采集煙草全株和土壤樣品各1次。首次取樣不分根、莖、葉，其余每次取樣將煙草分根、莖、葉進(jìn)行制樣，并用清水沖洗干凈，在105 ℃下殺青30 min，然后在70 ℃下烘干至恒質(zhì)量，稱(chēng)質(zhì)量后粉碎過(guò)40目篩(直徑0.45 mm)保存，測(cè)定煙株不同部位氯含量。

每個(gè)處理選擇有代表性的3株烤煙掛牌標(biāo)記，于煙苗移栽后60 d測(cè)定煙株株高、莖圍、葉片數(shù)、最大葉長(zhǎng)及葉寬。葉面積=葉長(zhǎng)×葉寬×葉面積指數(shù)，葉面積指數(shù)通常以0.634 5計(jì)算。用SPAD-502葉綠素測(cè)定儀分別測(cè)定煙葉的葉尖、葉中、葉基3個(gè)部位的SPAD值。

土壤氯含量采用水浸提，硝酸銀滴定法測(cè)定；植株氯含量采用干灰化，水浸提，銀量法測(cè)定[7]。

1.5 數(shù)據(jù)分析

用Excel 2013整理數(shù)據(jù)，用OriginPro 8.0(OriginLab,USA)軟件制圖，用SPSS 17.0軟件統(tǒng)計(jì)分析，用新復(fù)極差法進(jìn)行平均數(shù)顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 脫氯劑對(duì)烤煙農(nóng)藝性狀的影響

由表2可見(jiàn)，不同施氯量及脫氯劑添加均對(duì)煙株農(nóng)藝性狀有顯著影響。煙株株高、莖圍、葉片數(shù)和葉面積均隨施氯量的增加而減小，尤其施氯量高的T4處理，煙株出現(xiàn)葉色暗綠、葉片肥厚、葉緣向上卷曲的輕微氯中毒癥狀，導(dǎo)致煙株生長(zhǎng)發(fā)育明顯減弱。與未添加脫氯劑處理組相比，煙苗移栽期添加脫氯劑反而抑制煙株的生長(zhǎng)發(fā)育。

表2 不同脫氯劑處理烤煙的農(nóng)藝性狀 (60 d)Table 2 Comparison of agronomic characters among different nano-antichlor treatments (60 d)

注：同列數(shù)據(jù)后標(biāo)不同小寫(xiě)字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。

Note:Different lowercase letters in same column indicate significant difference atP<0.05 level.

葉綠素含量可反映煙葉光合性能的強(qiáng)弱，影響煙株碳水化合物及其有機(jī)物質(zhì)的合成。氯在光合系統(tǒng)作用中是光系統(tǒng)Ⅱ的催化劑，同時(shí)氯在葉綠體中優(yōu)先積累，對(duì)葉綠素的穩(wěn)定起保護(hù)作用[8-9]。SPAD值表征葉綠素的相對(duì)含量，在烤煙生長(zhǎng)的前中期，較高SPAD值有利于烤煙干物質(zhì)的積累和產(chǎn)量的提高，在烤煙生長(zhǎng)后期，較高的SPAD值反而不利于烤煙的成熟落黃。表2顯示，各處理煙葉不同葉位的SPAD值均呈現(xiàn)出葉基>葉中>葉尖，且隨著施氯量的增加而遞減，究其原因可能是因?yàn)檫^(guò)高的氯水平影響了葉綠素合成，進(jìn)而降低了煙株體內(nèi)葉綠素的含量和光合強(qiáng)度[6,10]。由表2可看出，與未添加脫氯劑處理組相比，添加脫氯劑可提高煙葉的SPAD值。

2.2 脫氯劑對(duì)烤煙干物質(zhì)積累量的影響

不同生育期的干物質(zhì)積累狀況反映這一時(shí)期煙株根、莖、葉等不同部位的生長(zhǎng)發(fā)育狀況。圖1顯示，在不同生育期，與對(duì)照T1相比，T2、T3和T4處理全株干物質(zhì)積累量減少幅度分別為13.25%～29.03%，17.67%～47.39%和19.35%～65.34%，表明氯過(guò)高會(huì)顯著降低煙株干物質(zhì)的積累量。不同生育期，全株干物質(zhì)積累量均表現(xiàn)為未添加脫氯劑處理>添加脫氯劑處理，這可能是在煙苗移栽期添加脫氯劑時(shí)間尚早，會(huì)抑制煙苗前期的生長(zhǎng)發(fā)育反而不利于煙株干物質(zhì)的積累，建議煙株團(tuán)棵期后再添加，可避免脫氯劑對(duì)煙株前期生長(zhǎng)發(fā)育的抑制作用。各處理均是葉干物質(zhì)積累量所占比例最高，其次是莖，再者是根。其中，根干物質(zhì)積累量所占比例為8.68%～28.18%，莖為7.78%～41.22%，葉為41.24%～79.75%。處理間根、莖、葉的干物質(zhì)積累量有顯著性差異，且各處理根、莖、葉的干物質(zhì)積累量均是移栽后60～90 d增長(zhǎng)速率最快。

圖1 脫氯劑處理對(duì)烤煙干物質(zhì)積累量的影響Fig.1 Effect of different nano-antichlor treatments on dry matter accumulation

2.3 脫氯劑對(duì)煙株氯含量的影響

圖2表明，烤煙全生育期，施氯量為45 mg/kg時(shí)，全株中氯含量顯著高于不施氯處理，為0.66%～1.90%；當(dāng)施氯量增加到90和180 mg/kg時(shí)，全株氯含量分別為0.74%～2.20%和0.75%～2.49%?？梢?jiàn)，未添加脫氯劑時(shí)，全株氯含量隨施氯水平的增加呈上升趨勢(shì)。從移栽后30～90 d煙株氯含量的變化規(guī)律來(lái)看，煙株對(duì)氯的吸收以生長(zhǎng)前期居多，生長(zhǎng)后期各處理對(duì)氯的吸收差異不顯著，也說(shuō)明煙株前期快速生長(zhǎng)，煙株對(duì)氯的吸收利用較多，因?yàn)榇罅亢铣扇~綠素需要較高濃度的氯[11]。脫氯劑添加30 d時(shí)的脫氯效果最佳，T5、T6、T7和T8處理全株氯含量比同氯水平未添加脫氯劑的處理分別降低0.02%，42.11%，40.00%和27.71%，表明施氯量為45～90 mg/kg時(shí)，納米脫氯劑脫氯效果最佳，而施氯量過(guò)高(180 mg/kg)時(shí)，脫氯效果相對(duì)較差。脫氯劑添加60 d后脫氯效果逐漸減弱，可能是脫氯劑吸氯量已達(dá)到吸附飽和，導(dǎo)致添加脫氯劑組與未添加脫氯劑組全株氯含量無(wú)顯著性差異。煙株氯含量以葉片最高，其次是莖，再者是根。脫氯劑添加后30 d，與同氯水平未添加脫氯劑處理相比，添加脫氯劑的T5、T6、T7和T8處理根的氯含量分別降低了24.14%，59.68%，50.72%和31.94%；莖的氯含量分別降低了3.33%，16.26%，12.57%和11.56%；煙葉的氯含量分別降低了6.65%，26.92%，34.38%和24.05%。

圖2 脫氯劑處理對(duì)煙株氯含量的影響Fig.2 Effect of different nano-antichlor treatments on tobacco chlorine content

2.4 脫氯劑對(duì)煙株氯積累分配規(guī)律的影響

圖3顯示，烤煙移栽后30 d，全株的氯積累量依次為T(mén)4>T3>T2>T7>T1>T8>T6>T5。表明未添加脫氯劑時(shí)，全株氯積累量隨施氯量的增加而增加，添加脫氯劑處理全株氯積累量較同氯水平未添加脫氯劑的處理降低了41.94%～73.98%。氯以離子形態(tài)在煙株體內(nèi)賦存，且流動(dòng)性較強(qiáng)，在各器官間也會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)運(yùn)情況。從煙株不同器官看，在整個(gè)生育期，煙株根、莖、葉的氯積累量均表現(xiàn)持續(xù)上升趨勢(shì)，且各器官氯積累量呈葉(49.20～621.64 mg/株)>莖(12.29～346.38 mg/株)>根(3.74～159.39 mg/株)的規(guī)律。煙株各器官氯分布如圖4所示，氯分配最多的是葉，占全株的50.19%～89.81%，其次是莖為6.74%～44.08%，根為2.68%～20.02%。

圖3 脫氯劑處理對(duì)煙株氯積累量的影響Fig.3 Effect of different nano-antichlor treatments on tobacco chlorine accumulation

圖4 脫氯劑處理對(duì)煙株各器官氯分布的影響Fig.4 Effect of different nano-antichlor treatments on chlorine distribution in various organs of tobacco plants

2.5 脫氯劑對(duì)植煙土壤氯含量的影響

土壤中的氯主要以游離態(tài)的Cl-存在，其含量不僅與含氯肥料施用、含氯水灌溉、含氯農(nóng)藥施入和降雨有關(guān)，而且還與土壤自身狀況、種植制度、土壤水分條件和排水狀況有一定的關(guān)系[12-13]?？緹煂倌吐热醯闹参铮湓谕寥乐械哪吐扰R界值為150～180 mg/kg，當(dāng)土壤氯含量超過(guò)臨界值時(shí)，烤煙會(huì)發(fā)生中毒現(xiàn)象[14]。從圖5可知，煙株移栽后30 d，植煙土壤氯含量較其他生育期高，且土壤氯含量依次為T(mén)8(160.70 mg/kg)>T4(139.65 mg/kg)>T7(115.10 mg/kg)>T3(80.90 mg/kg)>T6(49.65 mg/kg)>T5(45.45 mg/kg)>T2(35.50 mg/kg)>T1(26.70 mg/kg)，表明隨施氯量的增加，土壤中氯含量亦增加，且植煙土壤氯含量表現(xiàn)為添加脫氯劑>未添加脫氯劑處理，究其原因主要是脫氯劑添加后抑制了煙株對(duì)氯的吸收，所以土壤中殘留的氯相對(duì)含量較高。煙株移栽后60 d，由于施入的Cl-被烤煙植株吸收利用及降雨和灌溉淋失所致，各處理間土壤氯含量無(wú)顯著性差異。

圖5 脫氯劑處理對(duì)植煙土壤氯含量的影響Fig.5 Effect of different nano-antichlor treatments on soil chlorine content

2.6 施氯量與煙株氯含量之間的相關(guān)性

表3表明，未添加脫氯劑的處理煙株不同器官氯含量(y，%)與施氯量(x，mg/kg)間呈極顯著的線(xiàn)性正相關(guān)或指數(shù)函數(shù)關(guān)系，表明未添加脫氯劑處理的煙株含氯量極顯著地受施氯量的影響，隨著施氯量的增加，煙株根、莖、葉的氯含量均呈線(xiàn)性或指數(shù)函數(shù)上升趨勢(shì)。除根外，添加脫氯劑處理的煙株莖和葉的氯含量與施氯量之間的線(xiàn)性相關(guān)和指數(shù)函數(shù)關(guān)系均未達(dá)到顯著水平，這表明脫氯劑的添加抑制了煙株莖和葉對(duì)氯的大量吸收，煙株體內(nèi)運(yùn)輸?shù)角o和葉的氯相對(duì)較少，也說(shuō)明脫氯劑有顯著的脫氯作用。

注：*和 **分別表示相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到0.05和0.01的顯著水平。下表同。

Note：* and **indicate correlation coefficients are significant at 0.05 and 0.01 levels,respectively.The same below.

2.7 施氯量與植煙土壤氯含量之間的相關(guān)性

表4表明，未添加脫氯劑處理的植煙土壤氯含量(y，%)與施氯量(x，mg/kg)間呈線(xiàn)性負(fù)相關(guān)或指數(shù)函數(shù)關(guān)系。添加脫氯劑處理的植煙土壤氯含量與施氯量呈正相關(guān)關(guān)系，究其原因主要是未添加脫氯劑處理的煙株氯含量隨施氯量的增加呈線(xiàn)性或指數(shù)函數(shù)上升趨勢(shì)，故相對(duì)殘留在土壤中的氯含量較小，而脫氯劑的添加抑制了煙株對(duì)氯的吸收，在施氯量一定的情況下土壤中殘留的氯相對(duì)含量較高。

表4 施氯量與植煙土壤氯含量的相關(guān)關(guān)系 (60 d)Table 4 Correlation between chlorine application and chlorine content in soil (60 d)

3 討 論

烤煙極易對(duì)氯進(jìn)行奢侈吸收，過(guò)量的氯勢(shì)必對(duì)烤煙的光合作用、生長(zhǎng)發(fā)育、外在質(zhì)量、吸濕性和香吃味等造成不良的影響[15-19]。張翔等[20]研究認(rèn)為，來(lái)自土壤、灌溉水和肥料的氯分別占烤煙總吸氯量的61.8%，37.1%和1.1%。河南雖遠(yuǎn)離海岸，降水中的氯補(bǔ)給很少，可不予考慮，但該區(qū)大部分植煙土壤氯含量并不低，且大多煙農(nóng)采用氯含量較高的地下水進(jìn)行灌溉，加上長(zhǎng)期含氯肥料的不合理施用，導(dǎo)致烤煙氯含量普遍較高。目前，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，主要通過(guò)深耕深翻、合理輪作、合理密植、科學(xué)排灌、改善栽培條件等農(nóng)藝措施，以達(dá)到消減煙葉氯含量的目的，但這些措施短期的降氯提質(zhì)成效并不顯著。本研究主要通過(guò)研究烤煙在不同氯水平下的吸氯特性，通過(guò)添加納米脫氯劑快速對(duì)烤煙氯含量進(jìn)行調(diào)控。

前人研究表明，低氯時(shí)，適量施氯能促進(jìn)煙株生長(zhǎng)，過(guò)量施氯則會(huì)抑制煙株生長(zhǎng)，且隨施氯量的增加，煙株干物質(zhì)積累量呈拋物線(xiàn)型趨勢(shì)變化[21-22]。本研究供試土壤氯背景值為29.3 mg/kg，由于盆栽試驗(yàn)氯的淋失量較少，除對(duì)照外，其他氯處理均超過(guò)優(yōu)質(zhì)烤煙生長(zhǎng)氯含量25～30 mg/kg，故與對(duì)照相比，其他處理均抑制了烤煙生長(zhǎng)發(fā)育。本研究結(jié)果與不同器官的氯含量葉>莖>根的研究結(jié)果不一致[17]。但在不同氯水平下，煙葉中的氯積累量均最高，其次為莖，根中氯積累量最低，這與已有研究結(jié)果一致[23]?？梢?jiàn)氯在煙株根部被吸收后主要向葉和莖輸送。彭成林等[24]研究發(fā)現(xiàn)，煙株不同部位氯積累量呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，氯的積累高峰出現(xiàn)在旺長(zhǎng)期。由于本研究為大田盆栽試驗(yàn)，可能有別于烤煙大田生育期，氯的積累高峰出現(xiàn)在移栽75 d以后。

由于受土壤氯含量本底值、灌溉、降雨及栽培措施等因素影響，得到的煙葉氯含量與施氯量的擬合方程有所差別。以往大多研究表明，煙株中氯含量與施氯量呈顯著正相關(guān)關(guān)系[25]。曾睿等[18]報(bào)道，煙葉中的氯含量隨氯水平的增加而逐漸提高，兩者呈直線(xiàn)或指數(shù)函數(shù)關(guān)系。許永鋒等[23]報(bào)道，煙株氯含量與施氯量呈顯著性相關(guān)關(guān)系。本研究只有未添加脫氯劑的處理與上述研究結(jié)果一致，即隨施氯量的增加，煙株氯含量呈線(xiàn)性或指數(shù)函數(shù)上升，而脫氯劑的添加抑制了煙株對(duì)氯的吸收從而阻礙了這種上升趨勢(shì)。

供試脫氯劑是一種由生物工程方法合成的高分子納米脫氯劑，其分子鏈的官能團(tuán)能迅速吸附氯離子，形成有機(jī)大分子物質(zhì)。大田試驗(yàn)研究表明，烤煙移栽后30 d采用5‰納米脫氯劑處理的脫氯效果較佳。此外，納米脫氯劑施用也未對(duì)烤煙的化學(xué)成分和評(píng)吸質(zhì)量產(chǎn)生不良影響[26]。本研究表明，0.5%納米脫氯劑添加后30 d，與同氯水平未添加脫氯劑處理相比，添加脫氯劑處理的煙葉氯含量降低了6.65%～34.38%，證明該脫氯劑一定程度上確實(shí)抑制了煙株對(duì)氯的吸收，但脫氯劑的脫氯效果具有時(shí)效性，添加60 d后脫氯劑達(dá)到吸附飽和，其脫氯效果逐漸不明顯。

4 結(jié) 論

本研究結(jié)果表明，脫氯劑添加30 d的烤煙脫氯效果最佳，且施氯量為45～90 mg/kg時(shí)，添加納米脫氯劑處理烤煙全株氯含量較未添加脫氯劑處理降低了40.00%以上，當(dāng)施氯量過(guò)高(180 mg/kg)時(shí)，煙株全株降氯效果相對(duì)較差。添加60 d后脫氯劑脫氯效果逐漸減弱。在煙苗移栽后30 d，施稀釋濃度為0.5%的納米脫氯劑1.5 mL/kg，可避免脫氯劑對(duì)煙苗生長(zhǎng)的抑制作用，有效阻控烤煙對(duì)氯的吸收，進(jìn)而降低煙葉中的氯含量，故采用高分子納米脫氯劑來(lái)抑制煙葉對(duì)氯的奢侈吸收，也是煙草提質(zhì)降氯的可選擇途徑。