磷硫交互作用对烤烟富硒的影响

张宏旺1,张得平2,陈慧珠1,石保峰 2,贾海江3,首安发2,唐新莲1,鲁 婷1,沈方科1

(1.广西大学农学院/植物科学国家级实验教学示范中心(广西大学),广西 南宁 530005;2.广西壮族自治区烟草公司贺州市公司,广西 贺州 542899;3.广西中烟工业有限责任公司,广西 南宁 530001)

摘 要:【目的】探明施用不同的硫、磷水平对烤烟烟叶硒含量变化的影响。【方法】以云烟205为材料,采用二元回归饱和D-最优设计试验方案,测定了烤烟烟叶及地下部硒含量、土壤pH、地上部生物量。【结果】旺长期时,施加KH2PO4 4.33 g/kg、(NH42SO4 1.45 g/kg,对烤烟旺长期的硒的吸收量是处于协同作用的,其他处理中硫磷营养对烤烟富硒的效应是拮抗作用。而对于成熟期,施加KH2PO4 8.65 g/kg、(NH42SO4 5.81 g/kg,对烤烟成熟期的硒的吸收量是协同作用,而施加KH2PO4分别为15.39、6.8、10.73、7.69 g/kg,(NH42SO4分别为0、3.62、8.33、4.17 g/kg时,硫磷营养对烤烟富硒的效应为协同作用。两个时期烤烟地下部的硒含量没有明显差异;而地上部硒含量相比,成熟期的烟叶硒含量要比旺长期的高。另外,单施磷营养比单施硫营养的烤烟有更高的富硒促进效应。【结论】磷硫交互作用对烤烟富硒的影响因烤烟的生育期及不同器官而异。在实验设计的磷硫用量范围类,磷硫交互作用对烤烟的硒含量增加为正效应。

关键词:烤烟;磷;硫;硒;生育期

【前人研究进展】硒是动物和人体营养的必需微量元素,在环境和食物链中,硒与动物的生长发育和人体健康存在密切关系,其在防癌、抗癌、抗衰老和提高免疫力、保护肝脏和心肌健康等作用等方面具有重要作用[1-2]。环境中硒过量或缺乏均会导致人体和动物产生疾病,故硒的重要性受到了空前重视。随着吸烟与健康问题的日益突出,烟草的可用性和安全性已成为重要的研究方向之一。许多疾病的产生,特别是一些癌症(如肺癌)与烟气焦油和烟气自由基有关。卷烟燃烧后产生的自由基的活性很高,进入人体后能引起细胞损伤,同时还可直接与DNA结合使细胞转化[3]。而硒具有抑制脂质过氧化、清除活性氧自由基的生物功能,从而可以保护细胞膜免受损伤,起到降低基因突变、修复DNA的作用。硒能降低烟气中有害物质尤其是焦油含量和毒性,抑制肿瘤产生,从而可以减轻吸烟对人体健康的危害。王美珠等[4]研究发现香烟含硒量与焦油含量和自由基浓度呈显著负相关;香烟主气流中硒的含量是香烟含硒总量的8%~11%,香烟中的硒对人体血清中硒水平有轻微影响,抽吸高硒烟可起到微量的补硒作用。【本研究切入点】磷、硫均是烤烟生长发育所必需的营养元素,在烟株体内的含量分别占干重的0.15%~0.6%、0.2%~0.5%[5-6]。磷、硫的丰缺对烟株的生发育、烟叶产量和品质等具有重要的影响[5,7-9]。相关研究表明,磷、硫、硒3种元素在土壤中均以阴离子形态被植株吸收,磷或硫元素的丰缺影响植物对硒的吸收与积累[10-12]。张继榛等[13]、Bloem E等[14]研究均表明磷、硫间存在显著的正交互作用。因此,合理施用磷、硫肥可促进植物对硒的吸收,在富硒土壤上种植烟草或向烟草施用硒肥,生产富硒烟叶以提高烟叶安全性是一个重要研究方向。【研究意义】了解现有的硫或磷对烟草中吸收硒的变化及影响,探讨某一种烟草品种在不同的施肥水平下,即不同浓度磷、硫水平下,对烟草硒含量吸收的影响,揭示土壤中硫、磷的交互作用对烟草硒吸收的影响,为富硒烟草的施肥方式及增加烟草硒含量的方法上提供科学依据。【拟解决的关键问题】通过土培实验,探明最佳的磷、硫施用量,以提高种植在富硒土壤上的烟叶硒含量,同时为烟草生产的减肥降本、增产提质增效提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试植物为云烟205,试验于2016年2~7月在广西大学温室进行。供试土壤为高硒土壤,实验前风干捶碎,过1 cm筛,混匀备用。其理化性质为:pH为4.5,有机质含量33.13 g/kg,碱解氮含量400 mg/kg,速效磷(P2O5)含量13.2 mg/kg,全磷含量1.92 mg/kg,速效钾(K2O)含量110.5 mg/kg,全钾含量12.94 mg/kg,全硒含量1.0 mg/kg。

1.2 试验方法

1.2.1 磷硫交互作用对旺长期烤烟硒吸收的影响 采用盆栽试验,每盆装风干土2.5 kg,各种施肥设计用量水平见表1。试验设7个处理(T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7),每个处理3次重复,每个重复1盆,其中处理T1为不施加硫和磷的对照。装土盆栽器皿大小为:直径12 cm、高18 cm,每盆移栽一株烟苗对试验过程进行严格管理,保持土壤湿润和保障植株无病虫害发生。于移栽后40 d(旺长期)采集土壤样品和植株样品,测定土壤pH和烟草硒含量等指标。

表1 旺长期烤烟盆栽试验设计
Table 1 Pot experiment design of flue-cured tobacco at vigorous period

注:编码值方案(X1、X2)采用的二次回归饱和D-最优设计的2因子编码表的结构。
Note: The coded value scheme (X1, X2) in the table is the structure of the twofactor coding table adopted by binary regression saturated D-optimal design.

施肥方案Fertilization scheme(g/kg)X1 X2 KNO3CO(NH22KH2PO4 (NH42SO4 T1(CK) -1 -1 3.80 0.99 0.00 0.00 T2 1 -1 0.96 1.79 7.69 0.00 T3 -1 1 3.80 0.04 0.00 2.08 T4 -0.1315-0.1315 2.57 0.93 3.34 0.90 T5 1 0.3944 2.21 0.78 4.33 1.45 T6 0.3944 1 1.82 0.60 5.36 2.08 T7 0 0 2.38 0.92 3.85 1.04处理Treatment编码值方案Coded value scheme

1.2.2 硫、磷的交互作用对成熟期烤烟硒吸收的影响 采用盆栽实验,每盆装入风干土10 kg,各种施肥设计用量水平见表2,共设7个处理(C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7),每个处理3次重复,每个重复1盆,其中C1为不施加磷和硫的对照,每盆移栽1株烟苗。保持土壤湿润,其中2/3氮肥做基肥,1/3氮肥于移栽后30 d追施。于移栽后75 d(成熟期)采集土壤样品和植株样品,测定烟草硒含量和土壤pH等指标。

1.3 样品处理

分别于烟苗移栽后40、75 d时按地上部分和地下部分采收烟草,洗净过去离子水后,105 ℃杀青30 min,65 ℃烘干至恒重。烟草植株样品经烘干、磨样、过0.25 mm筛,备用。土壤样品自然风干后,磨细过后备用。

表2 成熟期烤烟盆栽试验设计
Table 2 Pot experiment design of flue-cured tobacco at mature period

注:编码值方案(X1、X2)采用的是二次回归饱和D-最优设计的2因子编码表的结构。
Note: The coded value scheme (X1, X2) in the table is the structure of the two-factor coding table adopted by binary regression saturated D-optimal design.

处理Treatment编码值方案Coded value scheme 施肥方案(g/kg)Fertilization scheme X1 X2 KNO3 CO(NH22(基肥)Base fertilizer CO(NH22(追肥)Top-dressing fertilizer KH2PO4 (NH42SO4 C1(CK) -1 -1 15.22 5.64 2.82 0 0 C2 1 -1 3.85 7.88 3.94 15.39 0 C3 -1 1 15.22 2.99 1.49 0 8.33 C4 -0.1315 -0.1315 10.28 5.46 2.73 6.80 3.62 C5 1 0.3944 8.82 5.05 2.52 8.65 5.81 C6 0.3944 1 7.29 4.55 2.27 10.73 8.33 C7 0 0 9.53 5.43 2.71 7.69 4.17

1.4 样品分析

烟叶硒、磷、硫含量的测定:称取0.2000 g植物样品于高压消解罐底部,加入8 mL优级纯硝酸,放置通风橱中加盖静置过夜。第2天给高压消解罐上套上铁罐,拧紧,在150 ℃烘箱中烘5 h,直至样品被消解完全,待冷却取出放置赶酸板上,120 ℃进行赶酸,赶至黄豆粒大小,然后加5 mL浓盐酸(1∶1)于100 ℃还原0.5 h,冷却后用小漏斗转移至25 mL容量瓶中,超纯水定容,摇匀,然后再将溶液进行过滤,最后使用ICP-MS测定植株硒、磷、硫等含量。

pH值测定:称10 g土壤样品放于50 mL烧杯中,加入25 mL去离子水,放入磁铁,在磁力搅拌器的工作下搅动15 min,静置0.5 h后即可浸入pH复合电极测量pH值。

采用Microsoft Excel 进行数据计算处理,用SPSS 19.0软件进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 硫磷交互作用对旺长期烤烟硒吸收的影响

2.1.1 不同浓度硫磷含量对旺长期烤烟地上部生物量(干重)的影响 从图1可以看出,在旺长期,增施不同浓度的硫磷均可以显著提高烟草的生物量,其中T2、T3、T4和T6处理间的生物量没有显著差异,比T1生物量要高,但是T5、T7处理的地上部生物量比T1显著提高。T1的生物量最少(5.5 g/株),T7处理的生物量最高(8.82 g/株),T4是T1的1.76倍。

图1 不同浓度硫磷含量对旺长期烤烟地上部生物量(干重)的影响
Fig. 1 The effects of different concentrations of sulphur and phosphorus on above-ground biomass (dry weight)of flue-cured tobacco at vigorous stage

图中小写英文字母不同者表示差异显著
Different lowercase letters in the chart represent significant difference

以烤烟地上部生物量(Y)为目标函数,以硫磷施用量为变量,编码值X1(P2O5)、X2〔(NH42SO4〕,根据二次回归饱和D-最优设计[16],建立二元二次回归方程[17]

Y=6.66+0.61X1+0.59X2-0.25X1X2+1.05X12-0.76X22

从回归方程可知,烟草的地上部生物量与增施的硫磷含量呈抛物线,增施不同浓度的硫磷可以提高烟草的地上部生物量。对地上部生物量的回归方程求偏导数:

0=0.61-0.25X2+2.1X1 0=0.59-0.25X1-1.52X2

解得编码值为X1 =-0.24、X2=0.44。将编码值进行换算,地上部生物量达到预测最高时的施加硫磷方案是P=6.57 mg/kg、S=6.95 mg/kg,地上部生物量最高预测值是18.76 g/pot。

2.1.2 不同浓度硫磷含量对旺长期烤烟地上部硒含量的影响 从图2可以看出,与对照相比,增施不同浓度的硫磷含量可以显著提高烟草的含硒量,T2和T5处理的地上部硒含量有显著提高,而T3、T4、T6处理的地上部硒含量与T1没有显著差异,T7处理的地上部硒含量显著低于对照。除对照外,其他6个处理有显著差异。其中,T5处理的地上部硒含量最高(0.35 mg/kg),T7处理的硒含量最低(0.21 mg/kg),两者之间差1.66倍。

以烟草地上部硒含量(Y)为目标函数,以硫磷施用量为变量,编码值X1(P2O5)、X2〔(NH42SO4〕,根据二次回归饱和D-最优设计[16],建立二元二次回归方程[17]

Y=0.275+0.0285 X1 +0.0085 X2-0.0115 X1 X2+0.0525 X12-0.0285 X22

图2 不同浓度硫磷含量对旺长期烤烟地上部硒含量的影响
Fig. 2 The effects of different concentrations of sulphur and phosphorus on selenium content in aboveground part of flue-cured tobaccoat vigorous stage

图中小写英文字母不同者表示差异显著
Different lowercase letters in the chart represent significant difference

c根据回归方程可知,在[-2,2]的范围内,硫磷含量与烟草地上部硒含量的效应影响呈抛物线。在一定范围内,施加硫磷营养会提高烟草地上部含量。对烤烟地上部硒含量的回归方程求偏导数,建立方程如下:

0=0.0285-0.0115 X2+0.105

X10=0.0085-0.0115 X1-0.057 X2

解得编码值X1 =-0.25、X2=0.20,换算编码值,可以得到烤烟地上部硒含量最高的硫磷浓度P=0.285 g/kg、S=0.272 g/kg,烤烟地上部硒含量最高值预测值为0.365 mg/kg。

2.1.3 不同浓度硫磷含量对旺长期烤烟地下部硒含量的影响 从图3可以看出,施加不同含量的硫磷对旺长期烤烟地下部的硒含量有较为显著的影响。与对照相比,T7处理地下部硒含量显著低于对照,T2、T3、T4和T5处理地下部硒含量要高于对照,而T2和T5处理的地上部硒含量有显著提高。7个处理中,烟草地下部硒含量最高的是T5(0.81 mg/kg),地下部硒含量最低的是T7(0.43 mg/kg)。

图3 不同浓度硫磷含量对旺长期烤烟地下部硒含量的影响
Fig. 3 The effects of different concentrations of sulphur and phosphorus on selenium content in under-ground part of flue-cured tobacco at vigorous stage

图中小写英文字母不同者表示差异显著
Different lowercase letters in the chart represent significant difference

以烟草地下部硒含量(Y)为目标函数,以硫磷施用量为变量,编码值X1(P2O5)、X2〔(NH42SO4〕,根据二次回归饱和D-最优设计[16],建立二元二次回归方程[17]

Y=0.61+0.06 X1 +0.01 X12-0.04 X1X2+0.18 X12-0.14 X22

对单因子效应进行分析(mg/kg):在[-2,2]的范围内,硫磷含量与烟草地下部硒含量的效应影响呈抛物线。将烤烟地下部硒含量的回归方程求偏导数,得到的方程如下:

0=0.06-0.04 X1+0.36 X2

0=0.01-0.04X1-0.28X2

求得编码值X1=-0.16、X2=0.34,将编码值进行换算,得到施加硫磷营养的方案P=0.605g/kg、S=0.5974 g/kg,得到最佳的烤烟地下部硒含量为0.708 mg/kg。

2.1.4 不同浓度硫磷含量对旺长期烤烟土壤pH的影响 从图4可以看出,与对照相比,增施不同浓度的磷硫后土壤pH有所增高。T5、T6处理的pH显著高于对照,T2、T3处理间没有显著差异,T4、T7处理的pH值显著低于对照。在土壤中施加不同浓度的硫磷营养后,T5和T6的pH显著高于其他处理,T4、T7处理的pH则显著低于其他处理。土壤pH最高的为T5处理(4.12),最低的为T7处理(4.00)。

图4 不同浓度硫磷含量对旺长期烤烟土壤pH值的影响
Fig. 4 The effects of different concentrations of sulphur and phosphorus on soil pH of flue-cured tobacco at vigorous stage

图中小写英文字母不同者表示差异显著
Different lowercase letters in the chart represent significant difference

以土壤pH(Y)为目标函数、硫磷施用量为变量,编码值 X1(P2O5)、X2〔(NH42SO4〕根据二次回归饱和D-最优设计[16],建立二元二次回归方程[17]

Y=4.036+0.028 X1 +0.028 X2+0.008 X1X2+0.037 X1 2+0.025 X22

从回归方程可知土壤的pH与硫磷浓度呈正相关。对土壤pH的回归方程求偏导数,建立方程如下:

0=0.028+0.008 X2+0.074 X1

0=0.028+0.008 X1 +0.05 X2

解得编码值为X1 =0.047、X2=-0.568,将编码值进行换算,得到土壤pH最高的硫磷施加方案P=4.037 g/kg、S=4.028 g/kg,可得到土壤pH最高预测值为5.392。

2.2 硫磷交互作用对成熟期烤烟硒吸收的影响

2.2.1 不同浓度硫磷含量对成熟期烤烟地上部硒含量的影响 从图5可以看出,在成熟期,与对照相比,增施不同浓度的硫磷后对烤烟地上部硒含量高有显著影响。其中,C3、C7间没有显著差异,在增施硫磷处理中,只有C5比对照的硒含量高,与其他处理相比具有显著差异;C4的地上部硒含量最低、为0.57 mg/kg,烟草地上部硒含量最高的是C5(0.83 mg/kg),C5比C4增加46%。C2处理的地上部硒含量是0.76 mg/kg,C3处理的地上部硒含量是0.62 mg/kg,可见,单施加磷营养要比单施加硫营养促进烤烟地上部对硒的吸收效应。施加不同的硫磷含量后,地上部硒含量最高的与对照C1相比,C5比C1增加了14%。

图5 不同浓度硫磷含量对成熟期烤烟地上部硒含量的影响
Fig. 5 The effects of different concentrations of sulphur and phosphorus on selenium content in above-ground part of flue-cured tobacco at mature period

图中小写英文字母不同者表示差异显著
Different lowercase letters represent significant difference

以烟草地上部硒含量(Y)为目标函数、硫磷施用量为变量,编码值X1(P2O5)、X2〔(NH42SO4〕,根据二次回归饱和D-最优设计[16],建立二元二次回归方程[17]

Y=0.575+0.069 X1 -0.001 X2+0.054 X1 X2+0.164 X12+0.005 X22

从回归方程可知烟草地上部硒含量(75 d)与硫磷浓度呈正相关。根据地上部硒含量回归方程求偏导数,得到方程如下:

0=0.069+0.054 X2+0.328 X1

0=-0.001+0.054 X1 +0.01 X2

求得编码值为X1=-2.04、X2=-10.9,换算编码值,求得施加硫磷方案P=1.114 g/kg、S=1.76 g/kg,那么可以算得地上部硒含量最高预测值为1.09 mg/kg。

2.2.2 不同浓度硫磷含量对成熟期烤烟地下部硒含量的影响 从图6可以看出,与对照相比,增施不同浓度的硫磷对成熟期烤烟地下部硒含量有明显变化。其中,没有施加硫营养C2处理的地下部硒含量是0.52 mg/kg,没有施加磷营养C3处理的地下部硒含量是0.42 mg/kg,从地下部硒含量来看,C2处理比C3处理的地下部硒含量增加24%,单施加磷营养要比单施加硫营养促进烤烟地上部对硒的吸收效应。其中,C4、C5和C6处理的地下部硒含量显著高于C1,而其他处理的硒含量与C1没有显著差异,烟草地下部硒含量最高的是C6处理(0.75 mg/kg),最低的是C3处理(0.42 mg/kg)。增施硫磷含量后,地下部硒含量最高的C6处理比T1增加70%。

图6 不同浓度硫磷含量后对成熟期烤烟地下部硒含量的影响
Fig. 6 The effects of different concentrations of sulphur and phosphorus on selenium content in under-ground part of flue-cured tobacco at mature period

图中小写英文字母不同者表示差异显著
Different lowercase letters represent significant difference

以烟草地下部硒含量(Y)为目标函数、硫磷施用量为变量,编码值 X1(P2O5)、X2〔(NH42SO4〕,根据二次回归饱和D-最优设计[16],建立二元二次回归方程[17]

Y=0.677+ 0.083X1+0.033 X2+0.043 X1X2-0.183X12+ 0.019X22

对单因子效应进行分析(mg/kg):在[-2,2]的范围内,硫磷含量与烟草地下部硒含量的效应影响呈抛物线。对烤烟地下部硒含量的回归方程求偏导数,建立方程如下:

0=0.083+0.043X2-0.366X1

0=0.033+0.043X1+0.038X2

解得编码值为X1=-0.70、X2=-7.89,换算编码值后,得到地下部硒含量最高的硫磷施加方案P=0.53 g/kg、S=1.60 g/kg,那么可以得到成熟期烤烟地下部硒含量最高预测值为0.807 mg/kg。

2.2.3 不同浓度硫磷含量对成熟期烤烟土壤pH的影响 从图7可以看出,与对照相比,其他处理的土壤pH值存在差异,增施不同浓度的硫磷后对烤烟土壤的pH值有一定影响。没有施加硫营养C2处理的土壤pH为4.38,没有施加磷营养C3处理的土壤pH为4.32,单施加磷营养的土壤pH值要比单施加硫营养的土壤pH高,在施加硫磷的处理中,没有施加磷营养的C3处理明显要比其他处理pH值低。

图7 不同浓度硫磷含量后对成熟期烤烟土壤pH值的影响
Fig. 7 The effects of different concentrations of sulphur and phosphorus on soil pH of flue-cured tobacco at mature period

图中小写英文字母不同者表示差异显著
Different lowercase letters represent significant difference

以土壤pH(Y)为目标函数、硫磷施用量为变量,编码值 X1(P2O5)、X2〔(NH42SO4〕,根据二次回归饱和D-最优设计[16],建立二元二次回归方程[17]

Y=4.373+0.024X1 -0.006 X2+0.004X1X2-0.026X12+0.007 X22

在[-2,2]的范围内,硫磷含量与土壤pH呈抛物线。对土壤pH的回归方程求偏导数,得到方程如下:

0=0.024+0.004 X2-0.052 X1

0=-0.006+0.004 X1+0.014 X2

求得编码值为X1=0.48、X2=0.41,换算编码值,得到施加硫磷方案P=4.379 g/kg、S=4.37g/kg。

3 讨论

磷是植物生长过程中三大必需营养元素之一,几乎参与了作物光合作用各个阶段的物质转化、光合产物运转和能量传递,是作物生长发育过程中必不可少的养分,对作物的产量和品质等具有重要的影响。硫是继氮、磷、钾之后作物生长发育所需要的第四大主要营养元素,是构成含硫氨基酸和蛋白质的基本营养元素,又能合成其他重要的生物活性物质,参与酶的活化等生理活动。因此,磷、硫能调节植物代谢,提高产量和改善产品品质[18-20]

本研究结果表明,磷、硫营养的施用均提高了旺长期烤烟地上部的生物量,T1处理烤烟的生物量最低(5.5 g/株),T7处理的生物量最高(8.82 g/株),T7处理的生物量是T1的1.6倍。土壤中增施不同浓度的硫、磷水平含量后烟草地上部生物量明显提高,这与王越等[21]、梁红[22]、田苗等[23]研究结果类似。

磷与硒在土壤中均以阴离子形态被植物吸收,其离子半径和理化性质类似。硫与硒同为周期表第ⅥA族元素,其原子大小基本相同,键能、电离性质、电子亲和力和电负性相近,植物体内硫、硒的同化途径相似[24]。因此磷、硫营养元素的施用情况也是影响植物吸收硒的重要环境因素之一。杨奎等[25]研究指出,土壤全硫、全磷等影响土壤硒的赋存形态,土壤有效磷、有效硫通过提高水稻生物可利用态硒含量,从而影响土壤硒向水稻籽粒迁移转化。姚欢等[26-27]研究发现,磷肥的施用促进土壤硒的有效性提高、磷的浓度增加也促进水稻对硒的吸收;但是关于磷促进土壤硒有效性的研究存在一定差异。刘勤等[11]研究表明,在土壤-稻株的系统中,磷、硒之间的关系既相互促进又相互拮抗。本实验中,旺长期除T1外,其他6个处理的地上部硒含量有显著差异。其中,T5的地上部硒含量最高(0.35mg/kg),T7的硒含量最低(0.21 mg/kg),两者之间相差1.66倍,硒含量最高的T5处理比T1高1.4倍。地下部硒含量在增施不同浓度硫磷含量后有显著区别,其中,T5处理的地下部硒含量最高(0.81 mg/kg)。与对照相比,T4、T5处理的硒含量均有提高,而T6、T7处理的硒降低,可见,T5处理的硫磷营养对于烤烟富硒的效应是协同作用,而T6、T7两个处理的硫磷营养对于烤烟富硒的效应是拮抗作用。成熟期时,对于地上部硒含量,处理C2、C3、C6和C7 4个处理与C1的硒含量没有显著差异,处理C5明显比C1的地上部硒含量高, C4处理的地上部硒含量显著低于C1;而对于地下部硒含量,处理C2的硒含量高于C1,处理C3与C1的硒含量没有显著差异,处理C4、C5、C6和C7的硒含量显著高于C1。所以,对成熟期来说,处理C5中硫磷营养对于烤烟富硒的效应是协同作用, C2、C4、C6和C7这4个处理中硫磷营养对于烤烟富硒的效应则是拮抗作用。因此磷硫交互作用对于烟草富硒效性的协同作用,受植物的生育时期及磷硫营养的比例而不同。另外,无论旺长期还是成熟期,单施加磷营养的处理和单施加硫营养的处理效应相比,单施加磷营养的处理的地上部和地下部的硒含量均高于单施加硫营养的处理,可见,施用单效应的磷、硫对烟叶的硒增加是正效应,单加磷的富硒效果比单加硫的效果要好。旺长期的烤烟地上部硒含量明显低于地下部的,这与前人的研究结果[12]一致;而成熟期的烤烟,地上部的硒含量与地下部的硒含量没有明显差异,根系对硒的含量变化不大。王晓芳等[28]研究发现,硒非积累植物成熟时茎、叶中硒含量很低,而籽粒中的硒浓度与地下部的硒浓度基本一致。这也可能与硒在植物中的转运及土壤中的硒形态有关,硒在土壤中与可氧化硫化物结合硒可能转化为硒酸盐后通过硫酸盐转运子被水稻吸收[29],而转化为亚硒酸盐后通过水通道[30]或磷酸盐转运子[31]被水稻吸收;王鹏等[32]研究发现,磷素可以活化土壤中稳定态硒,同时也可提高硒酸盐的生物有效性。

土壤中硒存在的化学形态很大程度上由土壤pH值决定,因此影响硒的有效性。Geering等[27]测定了紫花苜蓿在中性和酸性土壤上对Se4+的积累量,发现当植物生长的土壤pH较高时,吸收的硒含量同样也高。Hawrylak[33]试验表明,随着土壤pH值的增加,吸附基上的Se4+会被氢氧化铁所取代,使Se4+进入溶液,从而导致硒有效性增加。本研究表明,在旺长期时,土壤pH最高的是T5处理,地下部硒含量最高的也是T5;在成熟期,土壤pH最高的是C6处理,同样地下部硒含量最高的也是C6处理,说明磷硫营养同施与土壤pH 存在一定的相关性。在两个生育期,T5、C5两个处理采用高磷中硫水平磷硫营养设计,土壤pH值提高,同时烤烟的硒积累量明显高于其他处理,这与刘宇、严佳等关于pH值影响硒的有效性的研究结果一致[34-35],说明合理施用一定水平的磷硫营养有利于提高土壤硒的有效性,从而促进烤烟硒的积累量增加。

根据旺长期时烤烟地上部硒含量的回归方程:Y=0.275+0.0285X1+0.0085X2-0.0115X1X2+0.0525X12-0.0285X22,得到烤烟地上部硒含量最高的硫、磷浓度:P=0.285 g/kg,S=0.272 g/kg。烤烟地上部硒含量最高值预测值为0.365 mg/kg;而成熟期烤烟地上部含硒量回归方程:Y=0.575+0.069X1-0.001X2+0.054X1X2+0.164X12+0.005X22,可以得到施加的硫磷方案:P=1.114 g/kg,S=1.76 g/kg,得到的地上部硒含量最高预测值为1.09 mg/kg。施加不同的硫磷水平营养后,从烤烟吸收硒的效应来看,烤烟对于硒的吸收是整个生长期都在进行的,成熟期吸收的硒含量比旺长期明显增多。

4 结论

磷、硫各自单效应在提高烟叶的硒含量的效应上为正效应,过高磷、硫交互作用为负效应,合理的磷硫比促进烟叶硒含量的提高。对于成熟期的烤烟,施加硫、磷营养的方案是:P=1.114 g/kg,S=1.76 g/kg,可以促进烤烟地上部的富硒效应,提高地上部硒含量。成熟期、旺长期两个时期烤烟地下部的硒含量没有显著差异,成熟期的烟叶硒含量要比旺长期的要高。说明烟叶对硒的吸收是一个持续的过程。不同的磷硫水平处理的土壤pH值表现出一定的差异性,其对应处理的烟叶硒含量也具有差异。这有可能与不同的磷、硫营养比例施用有关,导致土壤理化性质的变化,提高了土壤硒的有效性,从而促进植物对土壤硒的吸收。

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Effects of Sulfur and Phosphorus Interaction on Selenium Enrichment in Flue-cured Tobacco

ZHANG Hongwang1, ZHANG Deping2, CHEN Huizhu1, SHI Baofeng2, JIA Haijiang 3,SHOU Anfa2, TANG Xinlian1, LU Ting1, SHEN Fangke1
(1. Agricultural College of Guangxi University/ National Experimental Teaching Demonstration Center of Plant Science (Guangxi University), Nanning 530005,China; 2.Tabacco Monopoly Bureau of Hezhou in Guangxi ,Hezhou 542899,China; 3. Tobacco Industry Limited Liability Company in Guangxi , Nanning 530001,China)

Abstract:【Objective】The research was conducted to identify the effects of different application amounts of sulphur and phosphorus on the change of selenium content in flue-cured tobacco leaves.【Method】Taking a tobacco(Nicotiana tabacum L.) cultivar‘Yunyuan 205’as tested material, binary regression saturated D-optimal design experiment was conducted to study the selenium content in flue-cured tobacco leaves and the under-ground part, pH values and the aboveground biomass. 【Result】At the vigorous growth period, the application of KH2PO4 (4.33 g/kg) and (NH42SO4 (1.45 g/kg) had synergistic effect on the selenium absorption of flue-cured tobacco. While the sulphur and phosphorus nutrition in other treatments had antagonistic effect on selenium absorption. At the mature period, the application KH2PO4 (8.65 g/kg) and (NH42SO4(5.81 g/kg) had synergistic effect on the selenium absorption of flue-cured tobacco. With the application amount of 15.39,6.8, 10.73, 7.69 g/kg KH2PO4 and 0, 3.62, 8.33, 4.17 g/kg (NH42SO4, the sulphur and phosphorus nutrition had synergistic effect on the selenium absorption of flue-cured tobacco. There was no significant difference in selenium content in the underground part of flue-cured tobacco in two periods. For the above-ground part, the selenium content in flue-cured tabacco leaves in mature period was higher than that in vigorous growth period.Moreover, compared with single application of sulphur,single application of phosphorus fertilizer had higher selenium enrichment in flue-cured tobacco.【Conclusion】The effects of phosphorus and sulfur interaction on selenium enrichment of flue-cured tobacco varied due to the growth period and different organs of flue-cured tobacco. In the designed application amount of phosphorus and sulfur, the interaction of phosphorus and sulfur showed a positive effect on the increase of selenium content of flue-cured tobacco.

Key words: flue-cured tobacco; phosphorus; sulphur; selenium; growth period

中图分类号:S572

文献标志码:A

文章编号:1004-874X(2019)04-0042-09

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收稿日期:2018-10-09

基金项目:广西自治区科技厅广西重点研发计划项目(桂科AB16380160);广西中烟工业有限责任公司项目“真龙卷烟生态富硒特色烟叶生产关键技术研究与应用”

作者简介:张宏旺(1990—),男,在读硕士生,研究方向为植物营养学,E-mail:HongWangZ166@163.com

通信作者:沈方科(1973—),男,硕士,讲师,研究方向为植物营养与肥料,E-mail:shenfk@gxu. edu.cn

(责任编辑 白雪娜)