不同氯水平下纳米脱氯剂对烤烟生长及氯吸收的影响

李 亮,张 翔,王亚宁,毛家伟,司贤宗,索炎炎,余 琼,范艺宽

(1 河南省农业科学院 植物营养与资源环境研究所，河南 郑州 450002；2 河南省烟草公司，河南 郑州 450008)

烟草是我国重要的叶用经济作物，多年来烟草行业是国家第一利税大户，在我国国民经济中占有举足轻重的地位。河南烟叶曾以“吃味醇和、香气浓郁、劲头适中、油润丰满、燃烧性强”的典型浓香型风格著称于世，对推动我国卷烟工业的发展具有重要作用[1]。河南烟区是黄淮烟区的重要组成部分，也是我国烟叶的主产区，该区烤烟栽培历史悠久，烤烟种植已成为富民强省的一大支柱产业。但由于该烟区土壤及灌溉水中氯含量普遍较高，加之长期以来存在含氯肥料不合理施用的问题及该区降雨量较少，土壤淋溶作用较小，导致近年来烟叶氯含量普遍较高，这已成为制约该产区烤烟品质进一步提升的主要限制因素[2-3]。

氯是烤烟生长必需但限量施用的元素，含氯量过低，烟叶易碎，影响烟叶成丝率，含氯量过高，又会影响烟叶的燃烧性，香气减少、烟味变劣，烟叶含氯量以0.3%～0.8%较适宜。适量氯对烤烟生长发育及烟叶开片具有促进作用，可使烟叶质地柔软、油润、有弹性、膨胀性好、切丝率高、破碎率低[4-5]，但烤烟对氯具有奢侈吸收的特性，高的供氯量直接影响到烟叶的氯含量。烤烟生产上除了严格控制氯肥的施用，通常以深耕深翻、科学排灌、改善栽培措施等来减控烟叶氯含量，但氯的化学性质非常活泼，又广泛存在于周围环境中，故实际生产中对烤烟氯含量的减控一直是技术性的难题[6]。目前，纳米脱氯剂在高氯水脱氯的应用效果已被研究证明，但尚未有文献报道其在作物上的应用效果。为解决烟叶含氯量过高的问题，本研究以纳米脱氯剂为试材，基于田间盆栽试验，研究不同氯水平下，纳米脱氯剂对烟草吸氯特性的影响，以期通过脱氯剂脱氯方法降低烟叶氯含量，为河南烟区烟草降氯技术探索可行性途径。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

田间盆栽试验于2015年5月至8月在河南省漯河市临颍县进行。临颍县位于河南省中部，属于温带季风型大陆性气候，全县海拔为53～74 m，多年平均日照时数2 365.3 h，日照率54%，年平均气温14.5 ℃，年均降水量720 mm，蒸发量610 mm，无霜期225 d左右，四季分明、气候温和、雨量适中，为优质烤烟种植适宜区。供试土壤为黄壤土，基本理化性状：pH 7.3，有机质含量18.7 g/kg，速效氮含量150.7 mg/kg，速效磷含量14.3 mg/kg，速效钾含量196.8 mg/kg，水溶性氯含量29.3 mg/kg。

1.2 材 料

供试纳米脱氯剂由上海岚淼水处理科技有限公司提供(专利号：ZL 200910051824.0)。供试烟草品种“中烟100”由临颍县烟草公司提供，烟苗采用漂浮育苗法培育。

1.3 试验设计与方法

田间盆栽试验共设8个处理(T1-T8)，每个处理设3个重复，每个重复15盆。其中，未添加脱氯剂组为T1-T4处理，添加脱氯剂组为T5-T8处理(表1)。

试验花盆规格为40 cm×20 cm×30 cm(高×底径×顶径)，每盆装供试土壤15 kg(风干土质量)，移栽1株烟苗，相邻两盆烟苗的株距模仿田间种植方式调整为0.5 m。烟苗移栽前，不同氯水平处理用不同浓度的NaCl(分析纯，Cl 60.44%)溶液进行调节。烟苗移栽时，需要降氯的处理添加1.5 mL/kg 稀释浓度为0.5%的纳米脱氯剂。各处理施肥量均为每盆N 6 g、P2O59 g、K2O 21 g。氮、磷、钾肥料品种分别由硝酸铵(N 34.9%)、普钙(P2O516%)和硫酸钾(K2O 50%)提供。烤烟生长期根据土壤墒情适时浇水，每次浇水量达到土壤田间持水量的60%～80%。为使试验环境与大田环境一致，试验安排在大田内进行，将盆埋于田间，并使盆沿与大田地面保持一致，试验田间管理均按当地优质烟叶生产要求进行。

表1 田间盆栽试验处理Table 1 Pot experimental treatments in field

1.4 测定项目及方法

烟苗移栽后30～90 d，每隔15 d采集烟草全株和土壤样品各1次。首次取样不分根、茎、叶，其余每次取样将烟草分根、茎、叶进行制样，并用清水冲洗干净，在105 ℃下杀青30 min，然后在70 ℃下烘干至恒质量，称质量后粉碎过40目筛(直径0.45 mm)保存，测定烟株不同部位氯含量。

每个处理选择有代表性的3株烤烟挂牌标记，于烟苗移栽后60 d测定烟株株高、茎围、叶片数、最大叶长及叶宽。叶面积=叶长×叶宽×叶面积指数，叶面积指数通常以0.634 5计算。用SPAD-502叶绿素测定仪分别测定烟叶的叶尖、叶中、叶基3个部位的SPAD值。

土壤氯含量采用水浸提，硝酸银滴定法测定；植株氯含量采用干灰化，水浸提，银量法测定[7]。

1.5 数据分析

用Excel 2013整理数据，用OriginPro 8.0(OriginLab,USA)软件制图，用SPSS 17.0软件统计分析，用新复极差法进行平均数显著性检验。

2 结果与分析

2.1 脱氯剂对烤烟农艺性状的影响

由表2可见，不同施氯量及脱氯剂添加均对烟株农艺性状有显著影响。烟株株高、茎围、叶片数和叶面积均随施氯量的增加而减小，尤其施氯量高的T4处理，烟株出现叶色暗绿、叶片肥厚、叶缘向上卷曲的轻微氯中毒症状，导致烟株生长发育明显减弱。与未添加脱氯剂处理组相比，烟苗移栽期添加脱氯剂反而抑制烟株的生长发育。

表2 不同脱氯剂处理烤烟的农艺性状 (60 d)Table 2 Comparison of agronomic characters among different nano-antichlor treatments (60 d)

注：同列数据后标不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。

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

叶绿素含量可反映烟叶光合性能的强弱，影响烟株碳水化合物及其有机物质的合成。氯在光合系统作用中是光系统Ⅱ的催化剂，同时氯在叶绿体中优先积累，对叶绿素的稳定起保护作用[8-9]。SPAD值表征叶绿素的相对含量，在烤烟生长的前中期，较高SPAD值有利于烤烟干物质的积累和产量的提高，在烤烟生长后期，较高的SPAD值反而不利于烤烟的成熟落黄。表2显示，各处理烟叶不同叶位的SPAD值均呈现出叶基>叶中>叶尖，且随着施氯量的增加而递减，究其原因可能是因为过高的氯水平影响了叶绿素合成，进而降低了烟株体内叶绿素的含量和光合强度[6,10]。由表2可看出，与未添加脱氯剂处理组相比，添加脱氯剂可提高烟叶的SPAD值。

2.2 脱氯剂对烤烟干物质积累量的影响

不同生育期的干物质积累状况反映这一时期烟株根、茎、叶等不同部位的生长发育状况。图1显示，在不同生育期，与对照T1相比，T2、T3和T4处理全株干物质积累量减少幅度分别为13.25%～29.03%，17.67%～47.39%和19.35%～65.34%，表明氯过高会显著降低烟株干物质的积累量。不同生育期，全株干物质积累量均表现为未添加脱氯剂处理>添加脱氯剂处理，这可能是在烟苗移栽期添加脱氯剂时间尚早，会抑制烟苗前期的生长发育反而不利于烟株干物质的积累，建议烟株团棵期后再添加，可避免脱氯剂对烟株前期生长发育的抑制作用。各处理均是叶干物质积累量所占比例最高，其次是茎，再者是根。其中，根干物质积累量所占比例为8.68%～28.18%，茎为7.78%～41.22%，叶为41.24%～79.75%。处理间根、茎、叶的干物质积累量有显著性差异，且各处理根、茎、叶的干物质积累量均是移栽后60～90 d增长速率最快。

图1 脱氯剂处理对烤烟干物质积累量的影响Fig.1 Effect of different nano-antichlor treatments on dry matter accumulation

2.3 脱氯剂对烟株氯含量的影响

图2表明，烤烟全生育期，施氯量为45 mg/kg时，全株中氯含量显著高于不施氯处理，为0.66%～1.90%；当施氯量增加到90和180 mg/kg时，全株氯含量分别为0.74%～2.20%和0.75%～2.49%。可见，未添加脱氯剂时，全株氯含量随施氯水平的增加呈上升趋势。从移栽后30～90 d烟株氯含量的变化规律来看，烟株对氯的吸收以生长前期居多，生长后期各处理对氯的吸收差异不显著，也说明烟株前期快速生长，烟株对氯的吸收利用较多，因为大量合成叶绿素需要较高浓度的氯[11]。脱氯剂添加30 d时的脱氯效果最佳，T5、T6、T7和T8处理全株氯含量比同氯水平未添加脱氯剂的处理分别降低0.02%，42.11%，40.00%和27.71%，表明施氯量为45～90 mg/kg时，纳米脱氯剂脱氯效果最佳，而施氯量过高(180 mg/kg)时，脱氯效果相对较差。脱氯剂添加60 d后脱氯效果逐渐减弱，可能是脱氯剂吸氯量已达到吸附饱和，导致添加脱氯剂组与未添加脱氯剂组全株氯含量无显著性差异。烟株氯含量以叶片最高，其次是茎，再者是根。脱氯剂添加后30 d，与同氯水平未添加脱氯剂处理相比，添加脱氯剂的T5、T6、T7和T8处理根的氯含量分别降低了24.14%，59.68%，50.72%和31.94%；茎的氯含量分别降低了3.33%，16.26%，12.57%和11.56%；烟叶的氯含量分别降低了6.65%，26.92%，34.38%和24.05%。

图2 脱氯剂处理对烟株氯含量的影响Fig.2 Effect of different nano-antichlor treatments on tobacco chlorine content

2.4 脱氯剂对烟株氯积累分配规律的影响

图3显示，烤烟移栽后30 d，全株的氯积累量依次为T4>T3>T2>T7>T1>T8>T6>T5。表明未添加脱氯剂时，全株氯积累量随施氯量的增加而增加，添加脱氯剂处理全株氯积累量较同氯水平未添加脱氯剂的处理降低了41.94%～73.98%。氯以离子形态在烟株体内赋存，且流动性较强，在各器官间也会出现转运情况。从烟株不同器官看，在整个生育期，烟株根、茎、叶的氯积累量均表现持续上升趋势，且各器官氯积累量呈叶(49.20～621.64 mg/株)>茎(12.29～346.38 mg/株)>根(3.74～159.39 mg/株)的规律。烟株各器官氯分布如图4所示，氯分配最多的是叶，占全株的50.19%～89.81%，其次是茎为6.74%～44.08%，根为2.68%～20.02%。

图3 脱氯剂处理对烟株氯积累量的影响Fig.3 Effect of different nano-antichlor treatments on tobacco chlorine accumulation

图4 脱氯剂处理对烟株各器官氯分布的影响Fig.4 Effect of different nano-antichlor treatments on chlorine distribution in various organs of tobacco plants

2.5 脱氯剂对植烟土壤氯含量的影响

土壤中的氯主要以游离态的Cl-存在，其含量不仅与含氯肥料施用、含氯水灌溉、含氯农药施入和降雨有关，而且还与土壤自身状况、种植制度、土壤水分条件和排水状况有一定的关系[12-13]。烤烟属耐氯弱的植物，其在土壤中的耐氯临界值为150～180 mg/kg，当土壤氯含量超过临界值时，烤烟会发生中毒现象[14]。从图5可知，烟株移栽后30 d，植烟土壤氯含量较其他生育期高，且土壤氯含量依次为T8(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)，表明随施氯量的增加，土壤中氯含量亦增加，且植烟土壤氯含量表现为添加脱氯剂>未添加脱氯剂处理，究其原因主要是脱氯剂添加后抑制了烟株对氯的吸收，所以土壤中残留的氯相对含量较高。烟株移栽后60 d，由于施入的Cl-被烤烟植株吸收利用及降雨和灌溉淋失所致，各处理间土壤氯含量无显著性差异。

图5 脱氯剂处理对植烟土壤氯含量的影响Fig.5 Effect of different nano-antichlor treatments on soil chlorine content

2.6 施氯量与烟株氯含量之间的相关性

表3表明，未添加脱氯剂的处理烟株不同器官氯含量(y，%)与施氯量(x，mg/kg)间呈极显著的线性正相关或指数函数关系，表明未添加脱氯剂处理的烟株含氯量极显著地受施氯量的影响，随着施氯量的增加，烟株根、茎、叶的氯含量均呈线性或指数函数上升趋势。除根外，添加脱氯剂处理的烟株茎和叶的氯含量与施氯量之间的线性相关和指数函数关系均未达到显著水平，这表明脱氯剂的添加抑制了烟株茎和叶对氯的大量吸收，烟株体内运输到茎和叶的氯相对较少，也说明脱氯剂有显著的脱氯作用。

注：*和 **分别表示相关系数分别达到0.05和0.01的显著水平。下表同。

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

2.7 施氯量与植烟土壤氯含量之间的相关性

表4表明，未添加脱氯剂处理的植烟土壤氯含量(y，%)与施氯量(x，mg/kg)间呈线性负相关或指数函数关系。添加脱氯剂处理的植烟土壤氯含量与施氯量呈正相关关系，究其原因主要是未添加脱氯剂处理的烟株氯含量随施氯量的增加呈线性或指数函数上升趋势，故相对残留在土壤中的氯含量较小，而脱氯剂的添加抑制了烟株对氯的吸收，在施氯量一定的情况下土壤中残留的氯相对含量较高。

表4 施氯量与植烟土壤氯含量的相关关系 (60 d)Table 4 Correlation between chlorine application and chlorine content in soil (60 d)

3 讨 论

烤烟极易对氯进行奢侈吸收，过量的氯势必对烤烟的光合作用、生长发育、外在质量、吸湿性和香吃味等造成不良的影响[15-19]。张翔等[20]研究认为，来自土壤、灌溉水和肥料的氯分别占烤烟总吸氯量的61.8%，37.1%和1.1%。河南虽远离海岸，降水中的氯补给很少，可不予考虑，但该区大部分植烟土壤氯含量并不低，且大多烟农采用氯含量较高的地下水进行灌溉，加上长期含氯肥料的不合理施用，导致烤烟氯含量普遍较高。目前，在农业生产上，主要通过深耕深翻、合理轮作、合理密植、科学排灌、改善栽培条件等农艺措施，以达到消减烟叶氯含量的目的，但这些措施短期的降氯提质成效并不显著。本研究主要通过研究烤烟在不同氯水平下的吸氯特性，通过添加纳米脱氯剂快速对烤烟氯含量进行调控。

前人研究表明，低氯时，适量施氯能促进烟株生长，过量施氯则会抑制烟株生长，且随施氯量的增加，烟株干物质积累量呈抛物线型趋势变化[21-22]。本研究供试土壤氯背景值为29.3 mg/kg，由于盆栽试验氯的淋失量较少，除对照外，其他氯处理均超过优质烤烟生长氯含量25～30 mg/kg，故与对照相比，其他处理均抑制了烤烟生长发育。本研究结果与不同器官的氯含量叶>茎>根的研究结果不一致[17]。但在不同氯水平下，烟叶中的氯积累量均最高，其次为茎，根中氯积累量最低，这与已有研究结果一致[23]。可见氯在烟株根部被吸收后主要向叶和茎输送。彭成林等[24]研究发现，烟株不同部位氯积累量呈现先增加后降低的趋势，氯的积累高峰出现在旺长期。由于本研究为大田盆栽试验，可能有别于烤烟大田生育期，氯的积累高峰出现在移栽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响，得到的烟叶氯含量与施氯量的拟合方程有所差别。以往大多研究表明，烟株中氯含量与施氯量呈显著正相关关系[25]。曾睿等[18]报道，烟叶中的氯含量随氯水平的增加而逐渐提高，两者呈直线或指数函数关系。许永锋等[23]报道，烟株氯含量与施氯量呈显著性相关关系。本研究只有未添加脱氯剂的处理与上述研究结果一致，即随施氯量的增加，烟株氯含量呈线性或指数函数上升，而脱氯剂的添加抑制了烟株对氯的吸收从而阻碍了这种上升趋势。

供试脱氯剂是一种由生物工程方法合成的高分子纳米脱氯剂，其分子链的官能团能迅速吸附氯离子，形成有机大分子物质。大田试验研究表明，烤烟移栽后30 d采用5‰纳米脱氯剂处理的脱氯效果较佳。此外，纳米脱氯剂施用也未对烤烟的化学成分和评吸质量产生不良影响[26]。本研究表明，0.5%纳米脱氯剂添加后30 d，与同氯水平未添加脱氯剂处理相比，添加脱氯剂处理的烟叶氯含量降低了6.65%～34.38%，证明该脱氯剂一定程度上确实抑制了烟株对氯的吸收，但脱氯剂的脱氯效果具有时效性，添加60 d后脱氯剂达到吸附饱和，其脱氯效果逐渐不明显。

4 结 论

本研究结果表明，脱氯剂添加30 d的烤烟脱氯效果最佳，且施氯量为45～90 mg/kg时，添加纳米脱氯剂处理烤烟全株氯含量较未添加脱氯剂处理降低了40.00%以上，当施氯量过高(180 mg/kg)时，烟株全株降氯效果相对较差。添加60 d后脱氯剂脱氯效果逐渐减弱。在烟苗移栽后30 d，施稀释浓度为0.5%的纳米脱氯剂1.5 mL/kg，可避免脱氯剂对烟苗生长的抑制作用，有效阻控烤烟对氯的吸收，进而降低烟叶中的氯含量，故采用高分子纳米脱氯剂来抑制烟叶对氯的奢侈吸收，也是烟草提质降氯的可选择途径。