土壤氮和15N肥料氮在不同生长期烤烟各器官的积累

2013-03-14化党领张诗卉王瑞霍光刘卫群

中国烟草学报 2013年1期

化党领，张诗卉，王瑞，霍光，刘卫群

1 河南农业大学资源与环境学院，郑州 450002；2 湖北省烟草公司恩施州公司，恩施 445000

氮素在烟株生长发育过程中起着重要作用，施用氮肥对烤烟的产量和质量影响极大[1]。施肥是烟草关键栽培技术之一，在一定的环境和品种条件下，施肥是调控烟叶产量和质量的核心[2-3]。随施氮量的增加，烟株中来源于肥料氮所占比例上升[4-5]，肥料氮在烟株不同部位烟叶中所占比例差异较大[6]。湖北恩施烟区位于北亚热带高海拔山区，昼夜温差大，降雨量分配不均。烟草生长期普遍存在前期供氮不足而后期供氮较强。气候方面表现还苗期低温，发苗不好；中期经常干旱，吸氮少；后期降雨多，吸氮量大，造成烟叶厚，烟碱高，产量和品质不好。

本研究应用氮同位素肥料作为全部供氮肥料，研究该烟区整个生育期不同阶段烟草各器官氮含量和积累量，以及所积累土壤氮和同位素肥料氮的比例，分析土壤供氮能力和烟株、上部和中部叶吸氮表现，为合理调控植烟土壤供氮能力，提高中部叶上等烟比例和上部叶可用性提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

以烤烟云烟87为供试品种，于2011年5月至10月在湖北省恩施土家族苗族自治州茅坝槽实验基地进行。土壤类型为黄棕壤，耕层土壤质地为重壤质，pH值为6.84，有机质22.88 mg/kg, 碱解氮125.59 mg/kg，速效磷25.80 mg/kg,速效钾167.87 mg/kg。所用磷肥为Ca(H2PO4)2，所用钾肥为K2SO4和KNO3。施用磷肥、钾肥用量分别为Ca(H2PO4)2633.10 kg/hm2、K2SO4471.11 kg/hm2。采用当地最佳推荐氮用量97.5 kg/ hm2，所用同位素氮肥为15NH415NO3（基肥，占70%）和K15NO3(追肥，占30%)，这两种肥料15N丰度分别为10.21%和10.28%，由上海化工研究院提供。施肥方法窝施。烟苗于5月25日移栽，行株距为120 cm×55 cm，在施有同位素氮肥的垄上种植烟株16株。

1.2 烟样采集

于移栽后5、7、9、11、13、15、17周分7次分别采取2棵烟株，先将植株分成上部叶(15～18 叶位)、中部叶(7～14 叶位)、下部叶(3～6 叶位)、茎和根，后期烟顶和不同时期收集的烟杈合为一部分。样品于105℃杀青30min,并85℃烘干备用。烟样15N丰度和全氮含量由中国科学院南京土壤研究所土壤与环境分析测试中心采用质谱议测定。

1.3 计算公式

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（烟株吸收的肥料氮占总吸氮量的百分比）

Ndff=%Ndff×作物吸氮量(Ndff表示来自于肥料的氮，在本文中简称肥料氮)

Ndfs=作物吸氮量-Ndff(Ndfs表示来自于土壤本身的氮，在本文中简称土壤氮)

2 结果与分析

2.1 移栽后不同时期烟株各器官氮含量和积累量

由图1可看出，除杈以外其它器官的含氮量随生育期推进总体呈下降趋势，到移栽后104 d取样时停止下降而又略有上升。烟杈含氮量在移栽后76d达到最高峰，其后下降但仍维持在高位，说明在生育中后期出现的烟杈是含氮高的器官，如果烟株后期氮营养不足，则加剧了氮营养缺乏；如果在后期供氮过量时适当留杈，则可以一定程度上调控降低上部叶氮过高造成的品质下降。整个生育期各器官含氮量高低顺序基本是：上部叶＞中部叶＞下部叶＞茎、根。上部叶在移栽后62 d前取样时维持在高氮含量，其中在移栽后48 d取样时达到5.381%，其后两周内快速下降到2.940%，但在其后保持基本平稳。中部叶和下部叶同上部叶一样也在移栽后76d取样前快速下降，其后虽有波折但下降幅度较小。茎的含氮量在移栽后62d取样前高于根，其后两者基本相同。由图1还可看出，各生育期每当杈的含氮量升高时，其它器官含氮量就会下降，再次表明，烟杈是吸氮器官，烟杈的去留对烟叶氮调控影响很大。

图1 移栽后不同时期烟株各器官中氮含量

由图2可看出，各器官氮积累量均在移栽后62 d取样时有陡然的升高，根据图1中移栽后62 d时氮含量较高但没有陡然的峰。其它器官无论积累量上升或下降均与生物量有关。在 76 d取样期后，上部叶氮积累量直线上升，中部叶基本平稳略降，下部叶下降明显。后期杈的氮积累量最低，虽然其氮含量最高，而生物量低导致氮在杈中的分配量并不高。叶片各期积累量大小不同，前期（移栽后76 d取样时）中部叶＞上部叶＞下部叶；之后上部叶＞中部叶＞下部叶。结合图1知，移栽后76 d取样时氮含量急剧下降停止而进入缓慢下降或基本平稳阶段，移栽后76 d也就是约在移栽后两个半月，可能是烟草生长与氮分配变化的关键节点。在烟株的旺长期（移栽后62 d，7月27日）氮积累量较大，之后无论是上部叶还是中部叶都没有达到这么高的吸氮量，说明旺长期是烟株吸收氮素最多的时期。

图2 移栽后不同时期烟株各器官中氮积累量

2.2 烟株各器官氮来源于土壤氮和肥料氮情况

2.2.1 烟株各叶位及烟株总积累量来自土壤氮和肥料氮的积累

图3a、图3b、图3c和3d分别是上、中、下部叶来源于两种氮源的积累量和烟株总积累量。上部叶在移栽后62 d取样期以前，从肥料吸收的氮多于从土壤吸收的氮，从移栽后62 d取样期后，从土壤吸收的氮多于从肥料吸收的氮，而且随着生育期推进，吸收量差距增大。从两种来源氮的各自吸收情况看，两种氮源均随生育期而吸收量同步高低变化，在移栽后62 d时有一个吸收高峰，其后各期两种氮源积累量均呈上升趋势，直到成熟后期。说明上部叶在生育后期继续大量吸收土壤氮和肥料氮，尤其是土壤氮，上部叶在移栽后62 d（7月27日）吸收土壤氮首次超过肥料氮。这也说明试验地土壤在烟草生长后期供氮能力相当强。

中部叶在移栽后62 d时吸收氮达到高峰，其后两种来源吸氮量均减少。与上部叶不同的是，中部叶在达到吸收高峰后到移栽后76 d前迅速下降，然后缓慢下降，这一点与上部叶吸氮量一直在升高不同。下部叶在移栽后76 d前吸收以肥料氮多于土壤氮，比上部和中部叶推迟一段时间用于更多吸收肥料氮，在移栽后90 d时取样时又有一小的吸收高峰，之后积累量下降。

图3 不同生育期烟草上中下部叶来自土壤氮及肥料氮积累量

从图3d中可以看出烟株总氮中来自土壤氮和肥料氮的积累量：在烟株移栽第5周（移栽后32 d）到第7周（移栽后48d），烟株吸收的肥料氮高于土壤氮，但到烟株移栽11周（移栽后76 d）时，烟株吸收的土壤氮已明显多于肥料氮，在烟株体内所占的比例达59.54%，即烟株在打顶后，体内的氮素大部分来自于土壤氮。随后，烟株累积的肥料氮不仅不增加，还有所减少，所以从烟株氮素积累量上来说，烟株打顶后所积累的氮素多来自于土壤氮，肥料氮占烟株氮素积累量的比例从烟株移栽后第5周的60.91%降到烟叶采收完时（第17周）的28.84%，而到烟叶采收结束时，烟株体内土壤氮所占烟株氮素积累量的比例达到71.16%，这表明烟株在生育后期吸收的氮素不仅主要来自于土壤氮，而且烟株在整个生育期中吸收的氮素也主要来自于土壤氮。所以，烟株在打顶后所要吸收的土壤氮，多是来自于后期土壤有机质矿化的氮素。

2.2.2 烟株各器官积累氮中土壤氮和肥料氮来源比例

由图4可知，除杈以外各器官在移栽后48 d前从土壤吸收的氮少于从肥料吸收的氮，其中根、茎、上部叶和中部叶积累氮基本从第3次取样期即移栽后约两个月时，从两种氮源吸收的氮量开始相当，此后土壤氮就一直多于肥料氮，直到烟叶采收结束。而下部叶推迟到第4次取样即移栽后两个半月后吸氮量才相当，到移栽后90 d时仍然相当，也就是说肥料氮对下部叶吸收量的影响时间较长。氮素在植株体内是容易移动再利用的元素，并且稳定性15N同位素与普通14N有相同的化学性质，而在该试验施用同位素肥料用量情况下，下部叶从肥料吸收氮比上、中部更久地保持较高量，足见此施肥量在移栽后三个月时仍然可以充分供应肥料氮。

图4 烟株各器官来自土壤氮和肥料氮积累百分比

3 讨论

韩锦峰[7]等人的研究结果说明土壤氮对烟草供氮相当重要，烟草主要吸收土壤无机氮。而无机氮只占土壤总氮的1%左右，土壤氮的持续供应主要靠有机氮不断矿化补充，这一方面说明培肥植烟土壤非常必要。另一方面说明注意后期土壤氮供应，控制烟株生育后期土壤供氮量，对提高上部烟叶质量至关重要[8]。谷海红[8]、习向银[9]等的研究也表明，烟株整个生育期吸收的氮素主要来自于土壤氮，且吸收的土壤氮量及其占总吸氮量的比例随生育期延长和烟叶着生部位升高明显增加。杨宏敏等[10]用15N标记的硝酸铵研究的结果表明，与其它部位烟叶相比，上部叶中的氮大部分来自于土壤氮。谢志坚等[11]也认为烤烟后期吸收氮素的来源主要是土壤氮。因此，烤烟土壤氮素肥力的培肥对于满足烤烟对氮素的需要、提高烤烟产量和产值具有重要意义。韩锦峰等[7]用15N标记肥料进行盆栽试验证明，烟株吸收的氮素有59.8%～90.9%来源于土壤的速效氮，9.1%～40.2%来源于当季所施肥料中的氮，证明了烟草所吸收的氮主要来自土壤的结论。马兴华等[12]研究表明，土壤有机氮矿化能力与土壤有机质和全氮含量显著正相关。宋少堂等[13]用15N示踪法研究的结果表明，烟株对氮素的吸收利用不仅与土壤中的速效氮含量有关，同时与氮肥种类、海拔高度、土壤质地和温度的高低密切相关。从这些研究中可以看出，土壤氮素对烟株的氮素营养有着重要作用，但也受到诸多因素的影响。

4 结论

从烟株全生育期来看，土壤氮对烟株体内的氮素积累约占50%，在烟株生长前期，烟株吸收的肥料氮高于土壤氮，但到烟株生长中后期，即在打顶后，烟株吸收的土壤氮已明显多于肥料氮。为了促进烟株生长，快速形成健壮根系和茁壮茎叶，烟株生育前期必须供应一定量的肥料氮。

从各器官氮含量消长情况看，叶片和烟杈氮含量有此消彼长关系，当烟杈氮含量升高时其它器官则明显下降，说明烟杈是吸氮器官，适时打杈可以强化叶片氮营养，提高叶片氮水平。烟株叶片各时期含氮量均为上部叶＞中部叶＞下部叶。上部叶比中、下部叶更早于利用土壤氮，而且在末期仍有一明显的土壤氮吸收高峰。表明了上部叶对土壤氮的依赖性更大，调控其氮含量的难度更大。

该试验区烟草在施N 97.5 kg/ hm2、基追比7∶3情况下，上、中部叶在移栽后的前两个月以吸收肥料氮为主，下部叶在移栽后三个月时仍主要吸收肥料氮，而后期所有器官均以吸收土壤氮为主。

[1]韩锦峰，汪耀富，钱晓刚. 烟草栽培生理[M]. 北京∶中国农业出版社，2003∶163-184.

[2]韩锦峰，刘国顺，韩富根.氮素用量、形态和种类对烤烟生长发育及产量品质影响的研究[J].中国烟草学报,1992，1(1)∶44-49.

[3]张本强，马兴华，王术科，等.施氮方式对烤烟氮素吸收积累及品质的影响[J].中国烟草科学，2011，32（5）：56-62.

[4]郭培国,陈建军.不同施氮水平条件下烤烟对氮素的利用研究[J].热带亚热带土壤科学, 1996,5(3)∶145-148.

[5]刘青丽，石俊雄，张云贵，等.应用15N示踪研究不同有机物对烤烟氮素营养及品质的影响[J].中国农业科学，2010,43(22)：4642-4651.

[6]陈萍,李天福,张晓海,等.利用15N 示踪技术探讨烟株对氮素肥料的吸收与分配[J].云南农业大学学报 ,2003,18(1)∶1-4.

[7]韩锦峰,郭培国,黄元炯，等.应用15N示踪法探讨烟草对氮素利用的研究[J].河南农业大学学报 ,1992,26(3)∶224-227.

[8]谷海红，刘宏斌，王树会，等.应用15N 示踪研究不同来源氮素在烤烟体内的累积和分配[J].中国农业科学，2008，41(9)：2693-2702.

[9]习向银，晃逢春，李春俭.利用15N示踪法研究土壤氮对烤烟氮素累积和烟碱合成的影响[J].植物营养与肥料学报，2008，14（6）：1232-1236.

[10]杨宏敏,王伟,陆引罡,等.应用同位素15N研究肥料氮施入烤烟土壤中的去向[J].土壤农化通报,1991,6(1/2)∶123-126.

[11]谢志坚,涂书新,李进平,等.基肥(15N)施用时间对烤烟产量、产值及氮素利用率的影响[J].核农学报2010，24(4)∶829-834.