不同鈣濃度對(duì)烤煙生長(zhǎng)及鎂吸收的影響

馮新維 黃 鶯 吳貴麗 芶劍渝 彭玉龍

（1貴州大學(xué)煙草學(xué)院，550025，貴州貴陽(yáng)；2貴州省煙草品質(zhì)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，550025，貴州貴陽(yáng)；3普安縣茶葉發(fā)展中心，561500，貴州普安；4貴州省煙草公司遵義市公司，563000，貴州遵義）

煙草是我國(guó)重要的葉用經(jīng)濟(jì)作物之一，煙葉產(chǎn)量的高低和品質(zhì)的好壞直接影響煙農(nóng)的經(jīng)濟(jì)收入和卷煙原料的穩(wěn)定性[1]。鈣能維持細(xì)胞形狀，調(diào)節(jié)烤煙對(duì)其他礦質(zhì)元素的吸收[2]。同時(shí)鈣是煙灰的主要組分，鈣含量過高或過低都會(huì)造成煙葉品質(zhì)受損。鎂在煙草生長(zhǎng)過程中起著至關(guān)重要的作用，對(duì)煙草生理和煙葉品質(zhì)具有突出的貢獻(xiàn)，被稱為烤煙的第四大營(yíng)養(yǎng)元素[3-4]。鎂在植物體內(nèi)作為葉綠素的組成元素直接參與光合作用[5-6]，還可影響氮代謝、基因表達(dá)和酶的合成[7-9]。煙草對(duì)鎂的需求量高，缺鎂會(huì)導(dǎo)致煙株?duì)I養(yǎng)不良，發(fā)育緩慢[10]。適量的鎂有利于改善煙葉的香氣品質(zhì)，提高煙葉的燃燒品質(zhì)[11-12]。植物中鎂來源于土壤和肥料，但植物在吸收鎂時(shí)易受其他元素的影響，一般認(rèn)為鈣與鎂的拮抗效應(yīng)會(huì)影響植物對(duì)鎂的吸收。當(dāng)前的研究主要集中于鎂元素的生理功能[13-15]，而關(guān)于鎂的吸收及鈣如何影響烤煙體內(nèi)鎂的分布情況的研究則少見報(bào)道。

貴州是典型的喀斯特地區(qū)，土壤鈣鎂含量豐富，但在局部區(qū)域烤煙會(huì)表現(xiàn)出缺鎂癥狀[16-18]，合理的鈣鎂含量是優(yōu)質(zhì)煙所必需的[19]。因此，本研究采用營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)方式，探討烤煙生長(zhǎng)過程中鈣濃度對(duì)烤煙生長(zhǎng)及其對(duì)鎂吸收和分布的影響，找出適合烤煙生長(zhǎng)的鈣濃度，為烤煙科學(xué)施肥提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2017年在貴州省安順市貴州大學(xué)煙草試驗(yàn)基地的塑料大棚中進(jìn)行。供試烤煙品種為K326。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)置7個(gè)鈣素供應(yīng)水平處理：0（T1）、3（T2）、6（T3）、9（T4）、12（T5）、15（T6）和18mmol/L（T7）。水培營(yíng)養(yǎng)液采用Hoagland營(yíng)養(yǎng)液，Ca2+濃度用Ca(NO3)2和CaSO4調(diào)節(jié)。采用漂浮盤育苗，于烤煙四葉一心時(shí)選取生長(zhǎng)健壯且長(zhǎng)勢(shì)一致的煙苗進(jìn)行移植，每個(gè)處理12株，移植于盛有5L營(yíng)養(yǎng)液的培養(yǎng)罐中，用泡沫板固定。前40d每7d更換1次營(yíng)養(yǎng)液，40d后每3d更換1次營(yíng)養(yǎng)液，以確保營(yíng)養(yǎng)液中各元素濃度可以滿足烤煙的生長(zhǎng)需求。

1.3 樣品采集及測(cè)定方法

分別于烤煙伸根期（移植后20d）、團(tuán)棵期（35d）、旺長(zhǎng)中期（55d）和現(xiàn)蕾期（69d）選取長(zhǎng)勢(shì)一致的煙株，每個(gè)處理選取3株，并按煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YC∕T 142-2010《煙草農(nóng)藝性狀調(diào)查測(cè)量方法》進(jìn)行農(nóng)藝性狀調(diào)查。采用原子吸收分光光度法[20]測(cè)定煙葉鈣和鎂含量，原子吸收分光光度計(jì)為耶拿CanTrAA700。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2010和DPS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同Ca2+濃度對(duì)烤煙生長(zhǎng)的影響

2.1.1 對(duì)烤煙農(nóng)藝性狀的影響 由圖1可看出，在團(tuán)棵期，T5處理煙株長(zhǎng)勢(shì)最好，T6次之，葉面積與培養(yǎng)液Ca2+濃度遵循二次多項(xiàng)式變化：y=-1.8395x2+38.07x+101.19，r=0.8345（x表示Ca2+濃度，y表示最大葉面積，下同），由此可計(jì)算出當(dāng)培養(yǎng)液Ca2+濃度為10.35mmol/L時(shí)，最大葉面積為298.16cm2；當(dāng)培養(yǎng)液Ca2+濃度為13.78mmol/L時(shí)，株高最高為15.37cm；當(dāng)培養(yǎng)液Ca2+濃度為10.56mmol/L時(shí)，莖圍最大為58.23mm。

圖1 培養(yǎng)液Ca2+濃度對(duì)烤煙農(nóng)藝性狀的影響Fig.1 Effects of culture solution Ca2+concentration on agronomic traits of flue-cured tobacco

旺長(zhǎng)中期，葉面積與培養(yǎng)液Ca2+濃度間遵循二次多項(xiàng)式變化：y=-1.9822x2+34.769x+188.73，r=0.3779。由此可計(jì)算出，當(dāng)培養(yǎng)液Ca2+濃度為8.77mmol/L時(shí)，最大葉面積為341.20cm2；當(dāng)Ca2+濃度為12.32mmol/L時(shí)，株高最高為48.23cm；當(dāng)培養(yǎng)液Ca2+濃度為10.04mmol/L時(shí)，莖圍最大為98.61mm。

在現(xiàn)蕾期，葉面積與培養(yǎng)液Ca2+濃度間遵循二次多項(xiàng)式變化：y=-0.9158x2+20.501x+191.66，r=0.3779。由此可計(jì)算出，當(dāng)Ca2+濃度為12.25mmol/L時(shí)，最大葉面積為306.40cm2，除T1處理外，株高和莖圍其他處理間差異不顯著。

綜上可知，當(dāng)Ca2+濃度在8.77～13.78mmol/L時(shí)，烤煙農(nóng)藝性狀表現(xiàn)較好。

2.1.2 對(duì)烤煙生物產(chǎn)量的影響 葉片是烤煙的收獲器官，因此烤煙葉片的生物產(chǎn)量體現(xiàn)了烤煙的產(chǎn)量。如圖2所示，團(tuán)棵期時(shí)，烤煙上、中、下部葉的鮮重與培養(yǎng)液Ca2+濃度均呈顯著相關(guān)性。上部葉鮮重與培養(yǎng)液Ca2+濃度呈二次多項(xiàng)式變化，y=-0.109x2+2.24x+3.95，r=0.8261。由此可計(jì)算，當(dāng)培養(yǎng)液Ca2+濃度為10.28mmol/L時(shí)，上部葉鮮重為最大值15.46g，Ca2+濃度超過10.28mmol/L則受到抑制；當(dāng)培養(yǎng)液Ca2+濃度為11.22mmol/L時(shí)，中部葉鮮重為最大值33.15g；當(dāng)培養(yǎng)液Ca2+濃度為10.85mmol/L時(shí)，下部葉鮮重為最大值18.55g，旺長(zhǎng)中期的上、中、下部葉鮮重差異均不顯著?，F(xiàn)蕾期時(shí)，各部位煙葉鮮重隨Ca2+濃度呈波動(dòng)性變化。

圖2 培養(yǎng)液Ca2+濃度對(duì)烤煙生物產(chǎn)量的影響Fig.2 Effects of culture solution Ca2+concentration on biomass of flue-cured tobacco

綜上，當(dāng)Ca2+濃度在10.28～11.22mmol/L時(shí)，烤煙的生物產(chǎn)量較高。

2.2 不同Ca2+濃度對(duì)烤煙吸收鎂的影響

由圖3a可知，在烤煙團(tuán)棵期，烤煙上、中、下部葉鎂含量的變化規(guī)律較為一致，均隨著培養(yǎng)液Ca2+濃度的提高先下降隨后緩慢上升，在Ca2+濃度15mmol/L處鎂含量最低，以中部葉表現(xiàn)最為明顯。由圖3b可知，在現(xiàn)蕾期時(shí)，當(dāng)培養(yǎng)液Ca2+濃度≤12mmol/L時(shí)，隨培養(yǎng)液Ca2+濃度的提高，鎂含量下降，在12mmol/L后緩慢上升。這說明培養(yǎng)液Ca2+濃度對(duì)煙葉中鎂含量的影響較大。

圖3 培養(yǎng)液Ca2+濃度對(duì)團(tuán)棵期和現(xiàn)蕾期烤煙鎂吸收的影響Fig.3 Effects of culture solution Ca2+concentration on Mg absorption of flue-cured tobacco during the resettling stage and squaring stage

2.3 不同Ca2+濃度與烤煙生長(zhǎng)的相關(guān)性分析

表1顯示，除旺長(zhǎng)中期的最大葉面積外，其他時(shí)期的各個(gè)性狀與培養(yǎng)液Ca2+濃度均呈正相關(guān)，團(tuán)棵期株高與培養(yǎng)液Ca2+濃度呈顯著正相關(guān)。

表1 培養(yǎng)液Ca2+濃度與烤煙農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析Table 1 Correlation analysis of culture solution Ca2+concentration and agronomic traits of flue-cured tobacco

2.4 培養(yǎng)液Ca2+濃度與煙葉鈣含量的相關(guān)性分析

對(duì)培養(yǎng)液中不同Ca2+濃度與不同時(shí)期不同部位煙葉鈣含量進(jìn)行相關(guān)分析（表2）發(fā)現(xiàn)，在烤煙團(tuán)棵期，培養(yǎng)液Ca2+濃度對(duì)煙葉鈣含量的影響不大，而到了旺長(zhǎng)中期，培養(yǎng)液Ca2+濃度對(duì)煙葉鈣含量的影響增大，培養(yǎng)液Ca2+濃度與上部葉、中部葉鈣含量的相關(guān)性未達(dá)到顯著水平，而與下部葉鈣含量達(dá)到顯著水平。

表2 培養(yǎng)液Ca2+濃度與煙葉鈣含量的相關(guān)性分析Table 2 Correlation analysis of Ca2+concentration in culture solution and Ca content in tobacco leaves

2.5 培養(yǎng)液Ca2+濃度與煙葉鎂含量的相關(guān)性分析

對(duì)培養(yǎng)液Ca2+濃度與團(tuán)棵期和現(xiàn)蕾期上、中、下部葉鎂含量進(jìn)行相關(guān)性分析（表3）發(fā)現(xiàn)，培養(yǎng)液Ca2+濃度與煙葉鈣含量對(duì)鎂的吸收均有影響。培養(yǎng)液Ca2+濃度對(duì)上部葉和下部葉鎂含量在團(tuán)棵期與現(xiàn)蕾期均呈顯著負(fù)相關(guān)，與中部葉鎂含量的相關(guān)性不顯著。

表3 培養(yǎng)液Ca2+濃度與煙葉鎂含量的相關(guān)性分析Table 3 Correlation analysis of the concentration of Ca2+in culture solution and the content of Mg in tobacco leaves

通過煙葉中不同部位的鈣含量與鎂含量進(jìn)行相關(guān)性分析（表4）發(fā)現(xiàn)，在團(tuán)棵期，上、中、下部葉鈣含量與中部葉鎂含量之間的相關(guān)性均達(dá)到顯著相關(guān)水平，其中，下部葉鈣含量與中部葉鎂含量之間的相關(guān)性達(dá)到極顯著水平；另外，中部葉鈣含量與上部葉鎂含量之間的相關(guān)性達(dá)到顯著水平；現(xiàn)蕾期鈣含量與鎂含量之間的相關(guān)性均不顯著。

表4 煙葉鈣含量與鎂含量的相關(guān)性分析Table 4 Correlation analysis of Ca and Mg contents in tobacco leaves

3 討論

培養(yǎng)液Ca2+濃度、煙葉鈣含量均與煙葉鎂含量呈顯著負(fù)相關(guān)，這與前人研究結(jié)果[21-22]一致，本研究培養(yǎng)液Ca2+濃度與上、下部葉鎂含量呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)，這與隨著煙葉部位的上升，煙葉鎂含量逐漸下降有關(guān)[23]；團(tuán)棵期上、中、下部葉的鈣含量均與煙葉鎂含量之間呈顯著負(fù)相關(guān)，說明培養(yǎng)液Ca2+濃度主要影響上、下部葉的鎂含量，而煙葉鈣含量則主要影響中部葉鎂含量，可能是由于鈣是不易移動(dòng)的元素，而鎂是易于移動(dòng)的元素[24]，且鈣鎂相互拮抗。

烤煙對(duì)鎂的吸收表現(xiàn)為培養(yǎng)液Ca2+濃度≤12mmol/L時(shí)隨著Ca2+濃度的提高而降低，培養(yǎng)液Ca2+與鎂含量呈顯著負(fù)相關(guān)，這是鈣鎂拮抗作用所致，Ca2+濃度的提高抑制了植株對(duì)鎂的吸收。煙草對(duì)鎂較為敏感，缺鎂或鎂含量過高都會(huì)影響煙草的生長(zhǎng)發(fā)育，造成產(chǎn)量和品質(zhì)下降。正常煙葉鎂含量約占干物重的0.4%～1.5%，低于0.2%時(shí)就會(huì)出現(xiàn)缺鎂癥狀[25-26]。

烤煙的農(nóng)藝性狀直觀反映了烤煙的生長(zhǎng)狀況，高加明等[27]研究表明，施鈣能夠促進(jìn)烤煙的生長(zhǎng)，農(nóng)藝性狀表現(xiàn)較好。本研究表明，培養(yǎng)液Ca2+濃度為12.25mmol/L時(shí)最有利于烤煙的生長(zhǎng)。通過對(duì)不同培養(yǎng)液Ca2+濃度與最大葉面積、株高和莖圍之間擬合的二次多項(xiàng)式看，當(dāng)葉面積、株高和莖圍達(dá)到最大值時(shí)，培養(yǎng)液Ca2+濃度在8.77～13.78mmol/L之間。煙草是葉用經(jīng)濟(jì)作物，葉面積的大小影響光合作用與干物質(zhì)積累，是烤煙的主要考察指標(biāo)?？緹熒L(zhǎng)至現(xiàn)蕾期，其最大葉面積基本穩(wěn)定，此時(shí)葉面積在培養(yǎng)液Ca2+濃度為12.25mmol/L時(shí)最大，為306.40cm2。

烤煙的生物產(chǎn)量關(guān)系到烤煙的產(chǎn)量，培養(yǎng)液Ca2+濃度為11.22mmol/L時(shí)，有利于烤煙生物量的積累。上、中、下部葉的鮮重達(dá)到最大時(shí)的培養(yǎng)液Ca2+濃度分別為10.28、11.22和10.85mmol/L?？緹熤胁咳~的可用性和產(chǎn)值高于上部葉和下部葉，其生物量大對(duì)烤煙生產(chǎn)有利，有助于煙農(nóng)的增收。

4 結(jié)論

培養(yǎng)液Ca2+濃度與烤煙上部葉和下部葉鎂含量顯著負(fù)相關(guān)，與中部葉鎂含量的相關(guān)性不顯著。當(dāng)根際Ca2+濃度≤12mmol/L時(shí)，烤煙鎂含量隨著Ca2+濃度的增大而降低，最小值為1.61g/kg。培養(yǎng)液Ca2+濃度為12.25mmol/L時(shí)烤煙的長(zhǎng)勢(shì)最好，濃度為11.22mmol/L時(shí)最有利于烤煙生物量的積累。綜上，在根際Ca2+濃度為11.22～12.25mmol/L時(shí)，可促進(jìn)烤煙生長(zhǎng)，使鈣鎂含量較為協(xié)調(diào)，提高鈣肥的利用率。在運(yùn)用于生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)先進(jìn)行土壤鈣背景值的調(diào)查，然后在此基礎(chǔ)上施用鈣肥。