利用15N示踪研究烤烟对氮素的吸收和分配规律

时向东,刘喜庆，王振海，牛书金，程玉渊

1 河南农业大学烟草行业烟草栽培重点实验室,河南郑州 450002；2 河南省烟草公司南阳市公司，河南南阳 473000

氮是影响烟株生长发育以及烟叶产量、品质的重要元素。氮素形态、用量、施用方法等对烤烟养分吸收、产量和质量形成都有重要影响[1-3]。河南作为浓香型烤烟的主要产区之一，其所产烟叶具有油分足、香味浓郁沉溢等特点，对中式卷烟核心原料体系建设意义重大[4]。但近年来由于氮素肥料的不合理使用，造成烟株发育和营养状况不正常，烤后烟叶的工业可用性降低，同时也导致氮肥利用率低并对农业环境造成影响[5-6]。本试验在烤烟浓香型产区河南方城开展，以云烟85为研究对象，采用15N分别标记铵态氮和硝态氮，探讨了烤烟大田期内对不同形态和不同来源氮素的吸收分配规律，旨在为烤烟生产合理施用氮肥提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况和试验设计

试验设在河南省南阳市方城县河南农业大学科研教学基地“金叶园”，供试土壤为黄褐土，有机质22.9 g﹒kg-1、全氮0.96 g﹒kg-1、速效氮68.4 mg﹒kg-1、速效磷13.1 mg﹒kg-1、速效钾66.1 mg﹒kg-1、pH6.7。供试品种为云烟85。试验用肥料15N-(NH4)2SO4和15N-KNO3丰度均为20%，由上海化工研究院提供。

试验设置3个处理(见表1)。每个处理种植30株烟，共计90株，不同处理之间用保护行隔离。每株烟施纯氮3.75 g,其中基肥氮:追肥氮=7:3，N:P2O5:K2O＝1:2:3。基肥中铵态氮:硝态氮=1:1，采用穴施方式一次性施入。种植行距130 cm，株距45 cm。追肥采用硝酸钾，分成两等分，分别在移栽后10 d和25 d兑水根部浇施，第2次追肥时揭膜培土。烟株在旺长期灌水2次。

表1 试验处理设计

1.2 测定项目和方法

分别在移栽后40 d、60 d、80 d和100 d进行取样，每个处理每次取3株长势适中的烟株，移栽后100 d时成熟采收完毕。清理干净，阴干后分根、茎、叶于105℃杀青15～20 min，60～70℃烘干至恒重，测干重，然后将标记样品用粉碎机粉碎，过60目筛，处理好后由中国科学院南京土壤所采用半微量凯氏定氮法和同位素质谱法分别测定样品中总氮含量和15N丰度。试验测定数据采用DPS统计软件进行统计分析。

1.3 计算方法

烟株氮素来自肥料氮的百分比(%Ndff)＝(烟株中的15N原子百分超-0.365%)¸(肥料15N原子百分超-0.365%)×100%，0.365%是自然界中15N含量；

烟株各部位累积的肥料氮量(Ndff)＝%Ndff×烟株各部位累积的总氮量；

烟株各部位来自于土壤氮的比例(%Ndfs)＝100%-该部位来自肥料氮的百分比(%Ndff)；

烟株各部位累积的土壤氮量(Ndfs)＝烟株各部位累积的总氮量-Ndff；

2 结果与分析

2.1 烤烟中不同器官氮素积累情况

由表2可知，烟株根、茎、叶表现出不同的氮素积累特性。烟叶中氮素积累在移栽后40d～60d急剧增加，之后增加缓慢；烟根氮素积累量在整个生育期都表现出不断增大的趋势；烟茎中氮素积累量峰值出现在移栽后60～80 d之间，相对烟叶表现出滞后性；最终烤烟吸收的氮素超过50%积累在烟叶中，烤烟不同器官氮素积累量在整个大田生育期内均为：叶＞茎＞根。

表2 烟株不同器官氮素积累情况 （g/株）

2.2 烤烟对土壤氮和肥料氮的吸收

土壤氮和肥料氮是烤烟氮素吸收的两种主要来源。由图1可知，烤烟在移栽后40～60 d期间氮素积累最快，之后肥料氮的积累不再增加，甚至略有下降，土壤氮的积累也趋于平缓；烟株在整个大田生育期内积累的土壤氮的量都远高于肥料氮，且越往后差距越大。

由表3可知，烟株各器官中肥料氮积累量占总氮的比例均随生育期推进而下降，特别是移栽后40～60 d期间下降显著，各器官中积累的肥料氮占总氮的比例在整个生育期都未超过50%；在同一时期不同器官,烟根中肥料氮占总氮的比例都高于烟茎和烟叶，烟株在移栽后100 d时积累的肥料氮量占总氮比例降至最低，仅为13.7%。

由图2可知，不同叶位叶片在整个大田生育期内吸收肥料氮占吸收总氮的比例一直都是：下部叶＞中部叶＞上部叶，表明肥料氮是下中部烟叶生长的主要供应源，而上部叶片生长的氮素，主要由土壤氮素提供；随生育期推进各部位叶片中肥料氮占总氮的比例不断下降，其中下部叶下降幅度最大。

表3 不同生育期烟株各器官中吸收的肥料氮占总氮百分比动态变化 (%)

图1 不同生育期烟株对不同来源氮的吸收

图2 烤烟不同部位叶片在不同生育期氮素吸收

2.3 烤烟不同时期对不同来源氮素的吸收强度变化

氮肥吸收强度指一定时期内平均每株烟一天吸收的氮素量[7]。本文将氮素的吸收强度以一定时期内平均每株烟每天积累氮素量和氮素总施入量的比值来表示。从图3可以看出，大田生育期内烟株对氮素的吸收峰值出现在移栽后40～60 d，并且对土壤氮素的吸收强度远远高于肥料氮素。在移栽后60～80 d期间，烟株对土壤氮素的吸收强度依然较高，并具有持续吸收和积累的特点。

就烟株对不同形态氮素（铵态氮和硝态氮），以及不同来源氮素（基肥氮和追肥氮）吸收强度来看（图4），各种氮素的吸收强度峰值都出现在移栽后40～60 d期间，其中基肥中的硝态氮肥在移栽后40 d前已经具有较高的吸收强度。在整个移栽后60 d期间烟株对硝态氮的吸收强度显著高于铵态氮，大约从移栽后70 d开始铵态氮吸收强度开始大于硝态氮。烟株对追肥氮的吸收强度在整个生育期都显著高于基肥氮。

图3 烟株对土壤氮和肥料氮的吸收强度变化

图4 烟株对各种肥料的吸收强度变化

3 讨论

3.1 烤烟各器官不同生育期氮素积累状况

封幸兵等[8]研究结果表明，烤烟吸收的氮素首先供应营养器官中生长最旺盛的部位——顶部，然后是中部叶和下部叶，茎中氮素供应较少，根中最少。从烤烟不同生育期各器官氮素积累情况来看，烟株积累的氮素有58%～70.5%分布在叶片中，根部最少，符合这一结论。和叶片不同，烟根作为吸收土壤养分和烟碱合成的重要器官，其氮素积累量在整个生育期不断增加，说明烟株根系在生育后期仍有较强活力，容易导致烤烟生育后期具有较强的氮素吸收能力和烟碱合成能力并最终影响烟叶可用性，烤烟生育后期对土壤氮的过量吸收验证了这一结论。

3.2 烤烟对土壤氮和肥料氮的吸收利用

在烤烟生产中，维持烟株生长发育的氮素来源，不仅仅是施入的肥料氮，土壤氮在烤烟氮素营养中也占有重要地位[9-10]。侯雪坤[11]研究表明，烤烟吸收的氮素，在前期以肥料氮为主，之后土壤氮的比重逐步大于肥料氮。谷海红等[12]研究表明，烟株整个生育期中吸收的氮素主要来自土壤氮，而且烟株吸收的土壤氮及其占总吸收氮量的比例随生育期延长和烟叶着生部位的升高而显著增加，到采收时烟株吸收的土壤氮占总氮的74%。本试验中，移栽后40d时烤烟体内积累的氮素中就已经有超过2/3来自土壤氮，且随着生育期推进，这一比值不断增大，到成熟采收时，土壤氮比重达86.3%，尤其上部叶中近90%的氮来自土壤氮，这个结果一方面与供试土壤全氮、速效氮含量较高有关，另一方面，也反映了生产优质烤烟对土壤中残留氮控制的重要意义。

3.3 烤烟生育后期体内氮素的流失

对于不同部位叶片氮素代谢来说，前人的研究表明，在烤烟大田生育期中，烟株所有活器官中，都有氮素不断流入、流出和转化，其中在成熟衰老叶片中存在氮的净损耗[13-14]。本试验结果显示，随生育期推进各部位叶片中吸收的肥料氮占总氮比例不断下降，其中下部叶下降幅度最大。分析这一结果的原因，可能是因为烤烟生育前期吸收肥料氮相对较多，并在叶片中大量积累（这些叶片也就是后来的下部叶）。而后随着下部叶片的成熟衰老，所积累的肥料氮不断向上部幼嫩叶片转移或通过氨挥发等途径损失掉[15-16]，同时下部叶还仍然进行氮素的同化吸收，所吸收的氮素主要是来自土壤。于是，下部叶片内肥料氮占总氮的比例出现了明显的下降。此外，本试验结果和陈刚、刘化冰等[15-16]的研究都发现烤烟生育后期存在氮素损耗现象，然而，这个过程主要通过叶片氨挥发途径流向大气，还是通过根系外泌途径回归土壤，以及其流失途径、机理和影响因素等，尚需要深入探讨。

3.4 烤烟氮素吸收强度分析

徐四新等[7]通过盆栽试验研究表明，在施氮情况下烟株吸氮强度在移栽后第7周达最高。本试验中烟株对不同形态和来源的氮素吸收强度最高出现在移栽后40d～60d期间，移栽后60d～80d期间烤烟对土壤氮的吸收强度仍然较高，说明烟株氮素吸收存在滞后性。烟株在各生育期对硝态氮的吸收强度都高于铵态氮，符合烤烟偏好吸收硝态氮的规律[17]；在移栽后70d，烟株对铵态氮的吸收强度开始大于硝态氮，出现这种现象可能是由于生育后期施入土壤的硝态氮已被大量吸收和通过淋溶等损失掉，而铵态氮前期被吸收较少且不易淋溶，不断通过硝化作用转变成硝态氮，从而在生育后期被烟株吸收。另外基肥中硝态氮以及追肥氮的吸收强度在移栽后40d前已达到较高水平，说明其对烤烟生育前期的氮素供应意义重大。

4 结论

本文试验地点在浓香型烤烟的产区河南方城，植烟土壤前作为玉米，土壤残留氮素较多，烤烟氮素吸收状况与优质烤烟“少富老贫”的需氮规律相比存在一定的滞后性，特别是生育后期吸收大量土壤氮素，并导致了烟株成熟推迟。前人研究表明影响烤烟氮素吸收的因素包括土壤温度、pH值、水分、光照、以及烟株长势、根系活力等。对于生长旺盛的烟株而言，高温、低pH值和适宜的土壤含水量有利于烤烟氮素吸收[18]。然而，由于近年来异常气候频发，河南烤烟移栽后常遭遇低温天气，不利于烤烟早生快发；到六月份温度适宜但常出现伏旱，降雨量偏少，致使土壤中氮素矿化少，不利于烟株吸收；在烤烟生育后期的八、九月份，高温伴随多雨天气，土壤氮大量矿化，烤烟生育后期根系吸收大量氮素，易导致烟叶贪青晚熟，可用性降低，不符合优质烤烟氮素吸收规律。

在实际生产中，选择基础肥力中等的地块、适当推迟移栽期、采用膜下移栽、以及通过灌溉以水调肥等措施是提高河南烤烟可用性、彰显浓香型烟叶特色的有效途径。

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