全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
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摇 摇 第 猿源卷 第 远期摇 摇 圆园员源年 猿月摇 渊半月刊冤
目摇 摇 次
前沿理论与学科综述
全球气候变暖对凋落物分解的影响 宋摇 飘袁张乃莉袁马克平袁等 渊员猿圆苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
从系统到景观院区域物质流分析的景观取向 张晓刚袁曾摇 辉 渊员猿源园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
论湿地生态系统服务的多维度价值评估方法 宋豫秦袁张晓蕾 渊员猿缘圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
保幼激素在昆虫中的分子作用机理 金敏娜袁林欣大 渊员猿远员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
岩画和壁画类文物微生物病害研究进展 李摇 强袁葛琴雅袁潘晓轩袁等 渊员猿苑员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于 猿杂技术的图们江流域湿地生态安全评价与预警研究 朱卫红袁苗承玉袁郑小军袁等 渊员猿苑怨冤噎噎噎噎噎噎
跨界保护区网络构建研究进展 王摇 伟袁田摇 瑜袁常摇 明袁等 渊员猿怨员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
个体与基础生态
速生树种尾巨桉和竹柳幼苗耗水特性和水分利用效率 邱摇 权袁潘摇 昕袁李吉跃袁等 渊员源园员冤噎噎噎噎噎噎噎噎
三种增温情景对入侵植物空心莲子草形态可塑性的影响 褚延梅袁杨摇 健袁李景吉袁等 渊员源员员冤噎噎噎噎噎噎噎
气象要素及土壤理化性质对不同土地利用方式下冬夏岩溶作用的影响 刘摇 文袁张摇 强袁贾亚男 渊员源员愿冤噎噎
施用纳米碳对烤烟氮素吸收和利用的影响 梁太波袁尹启生袁张艳玲袁等 渊员源圆怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于 灾燥则燥灶燥蚤图的林分空间模型及分布格局研究 刘摇 帅袁吴舒辞袁王摇 红袁等 渊员源猿远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
近自然毛竹林空间结构动态变化 仇建习袁汤孟平袁沈利芬袁等 渊员源源源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于种实性状的无患子天然群体表型多样性研究 刁松锋袁邵文豪袁姜景民袁等 渊员源缘员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
不同林分起源的相容性生物量模型构建 符利勇袁雷渊才袁孙摇 伟袁等 渊员源远员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
种群尧群落和生态系统
毛竹材用林林下植被群落结构对多花黄精生长的影响 樊艳荣袁陈双林袁杨清平袁等 渊员源苑员冤噎噎噎噎噎噎噎噎
温度和 悦韵圆浓度升高下转 月贼水稻种植对土壤活性碳氮和线虫群落的短期影响
陈摇 婧袁陈法军袁刘满强袁等 渊员源愿员冤
噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
中国东北地区近 缘园年净生态系统生产力的时空动态 李摇 洁袁张远东袁顾峰雪袁等 渊员源怨园冤噎噎噎噎噎噎噎噎
遥感与 郧陨杂支持下的盘锦湿地水禽栖息地适宜性评价 董张玉袁刘殿伟袁王宗明袁等 渊员缘园猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎
秦岭火地塘林区土壤大孔隙分布特征及对导水性能的影响 陆摇 斌袁张胜利袁李摇 侃袁等 渊员缘员圆冤噎噎噎噎噎噎
磷浓度对铜绿微囊藻尧大型溞和金鱼藻三者相互作用的影响 马剑敏靳摇 萍袁郭摇 萌袁等 渊员缘圆园冤噎噎噎噎噎噎
普生轮藻浸提液对两种淡水藻类的化感抑制作用及其数学模型 何宗祥袁刘摇 璐袁李摇 诚袁等 渊员缘圆苑冤噎噎噎噎
北京永定河鄄海河干流河岸带植物的区系分析 修摇 晨袁欧阳志云袁郑摇 华 渊员缘猿缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于河流生境调查的东河河流生境评价 王摇 强袁袁兴中袁刘摇 红袁等 渊员缘源愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
景观尧区域和全球生态
应用 杂宰粤栽模型研究潮河流域土地利用和气候变化对径流的影响 郭军庭袁张志强袁王盛萍袁等 渊员缘缘怨冤噎噎
长白山不同海拔树木生长对气候变化的响应差异 陈摇 力袁尹云鹤袁赵东升袁等 渊员缘远愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
石家庄市空气花粉散布规律及与气候因子的关系 李摇 英袁李月丛袁吕素青袁等 渊员缘苑缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
不同放牧梯度下呼伦贝尔草甸草原土壤碳氮变化及固碳效应 闫瑞瑞袁辛晓平袁王摇 旭袁等 渊员缘愿苑冤噎噎噎噎噎
南四湖区农田土壤有机质和微量元素空间分布特征及影响因素 武摇 婕袁李玉环袁李增兵袁等 渊员缘怨远冤噎噎噎噎
资源与产业生态
跨国土地利用及其生态影响 陆小璇 渊员远园远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
期刊基本参数院悦晕 员员鄄圆园猿员 辕 匝鄢员怨愿员鄢皂鄢员远鄢圆愿愿鄢扎澡鄢孕鄢 预 怨园郾 园园鄢员缘员园鄢猿园鄢圆园员源鄄园猿
室室室室室室室室室室室室室室
封面图说院 图们江河流中段要要要图们江位于吉林省东南边境袁发源于长白山东南部的石乙水袁河流的绝大部分是中国与朝鲜的
界河袁下游很小一段为俄罗斯与朝鲜的界河袁并由这里流入日本海袁我国珲春距离日本海最近的地方仅有 员缘噪皂遥 图
们江是我国重要的国际性河流之一袁随着我国经济的迅速崛起袁图们江地区进入到多国合作联合开发阶段袁湿地生
态系统处于中度预警状态袁并有向重度预警发展的趋势袁生态安全面临的威胁越来越严重遥 对该区域进行湿地生态
安全评价与预警研究袁可为图们江流域生态环境的可持续发展提供依据遥 图中河道的远方为朝鲜尧河道近方为
中国遥
彩图及图说提供院 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 耘鄄皂葬蚤造院 糟蚤贼藻泽援糟澡藻灶躁憎岳 员远猿援糟燥皂
第 34 卷第 6 期
2014年 3月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.34,No.6
Mar.,2014
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家自然科学基金项目(31101120);国家科技支撑计划项目(2012BAC08B08);河南省重大科技攻关计划项目(102101110600)
收稿日期:2012鄄10鄄23; 摇 摇 修订日期:2013鄄03鄄04
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: xiejp@ ztri.com.cn
DOI: 10.5846 / stxb201210231469
梁太波,尹启生,张艳玲,谢剑平,王宝林,蔡宪杰,过伟民,王建伟.施用纳米碳对烤烟氮素吸收和利用的影响.生态学报,2014,34(6):1429鄄1435.
Liang T B, Yin Q S, Zhang Y L, Xie J P, Wang B L, Cai X J, Guo W M, Wang J W.Effects of nanocarbon application on nitrogen absorption and
utilization of flue鄄cured tobacco.Acta Ecologica Sinica,2014,34(6):1429鄄1435.
施用纳米碳对烤烟氮素吸收和利用的影响
梁太波,尹启生,张艳玲,谢剑平*,王宝林,蔡宪杰,过伟民,王建伟
(中国烟草总公司郑州烟草研究院,郑州摇 450001)
摘要:为明确纳米碳在提高烤烟氮素吸收利用方面的效果,在盆栽条件下,研究了纳米碳不同用量对烤烟根系生长发育、干物质
积累和氮素吸收利用的影响。 结果表明,在常规肥料中添加纳米碳能够促进烤烟根系生长发育,明显提高烟株根系活力和单株
根系生物量,增加植株干物质积累量。 施用纳米碳增加了烤烟植株成熟期各器官氮素含量和积累量,而未明显影响氮素在植株
不同器官的分配。 施用纳米碳不仅增加了植株对肥料氮的吸收量,还增加了对土壤氮的吸收量,这与其促进烤烟根系生长发
育、提高根系吸收能力有密切关系。 纳米碳无论做基肥还是做追肥,均显著提高了氮肥利用率,提高幅度分别达到 14.44%和
9郾 62%,有效降低了氮素土壤残留和损失。
关键词:烤烟;纳米碳;氮素吸收;氮素利用
Effects of nanocarbon application on nitrogen absorption and utilization of flue鄄
cured tobacco
LIANG Taibo, YIN Qisheng, ZHANG Yanling, XIE Jianping*, WANG Baolin, CAI Xianjie, GUO Weimin,
WANG Jianwei
Zhengzhou Tobacco Research Institute of China National Tobacco Corporation, Zhengzhou 450001, China
Abstract: With the improvement of the agricultural technology, especially the application of chemical fertilizers, the crop
yields have greatly increased in the past few decades. Nitrogen application is one of the most important measures to increase
yield and improve quality in tobacco production. Although nitrogen supply drives productivity, excessive nitrogen fertilizers
and irrational application have become the serious problems in many fields. The residual nitrogen in the soil caused not only
the decrease of nitrogen use efficiency, but also the increasing risk of environmental pollution. Thus, improving fertilizer
nitrogen use efficiency and reducing fertilizer losses are significant to the agricultural development and environmental
protection.
Nanomaterials have some particular properties such as surface effect, volume effect, quantum size effect, and so on,
which macro materials do not have. Nanotechnology has become one of the hot topics in the scientific research field because
of its wide applications. Many studies found that nanomaterial can enhance crop seed germination and promote plant growth.
And chemical fertilizer utilization rate can be increased by nanomaterial application in soil. Tobacco is an important
economic crop in our country, and excessive fertilization occurs occasionally in tobacco production. A recent study has
shown that carbon nanotubes induce growth enhancement of tobacco cells. However, to date, only few reports exist on the
effects of nanomaterial on tobacco growth and nutrient absorption. So this study was conducted to determine the effects of
nanocarbon on nitrogen absorption, assimilation and use efficiency of tobacco plant using 15N tracer technique, to provide
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theory basis for nanocarbon research and application. A pot culture experiment was carried out with tobacco cultivar
Zhongyan100 in the greenhouse of Zhengzhou Tobacco Research Institute. Four treatments (T1, T2, T3, T4) were set up
and each treatment had 15 pots. Eight pots of T1 and T3 treatment were used for 15N tracer experiment. Plant organ and soil
samples were taken for analysis at the resettling growth stage, vigorous growth stage and maturity stage.
The results showed that nanocarbon application promoted root growth, increased root biomass and root vigor, and
increased dry matter accumulation of tobacco plant. At maturity stage, compared with T1, the dry matter accumulation of
root, stem and leaf increased 6. 73%, 19. 17%, 7. 92% ( T3) and 9. 12%, 12. 44%, 3. 89% ( T4), respectively.
Nanocarbon application increased nitrogen content and nitrogen accumulation amount, without effect on nitrogen distribution
of different organs of flue鄄cured tobacco. At vigorous growth stage and maturity stage, the plant nitrogen uptake, 25.29%—
34.62% of which derived from fertilizer and 65. 38%—74. 01% from soil. Nanocarbon application increased nitrogen
absorption amount both from soil and fertilizer, which attributed to strong root absorption ability. The total nitrogen uptake
increased by 14.11% and 15.63% at vigorous growth stage and maturity stage by the nanocarbon application. Nanocarbon
application increased nitrogen utilization rate by 14. 44% ( base fertilizer ) and 9. 62% ( top dressing), respectively.
Meanwhile, the residual ratio and loss ratio decreased significantly by the nanocarbon application, which had great benefit
of decreasing nitrogen loss. Therefore, nanocarbon is suitable for making new fertilizer and using in tobacco production.
Key Words: flue鄄cured tobacco (Nicotiana tabacum L.); nanocarbon; nitrogen absorption; nitrogen utilization
摇 摇 在我国农业生产中,肥料的大量投入在提高农
产品产量和品质方面发挥了重要作用。 然而,随着
肥料使用量的不断增加,其负面效应不断显现,肥料
利用率低、经济效益下降等问题日益突出。 据估计,
我国氮肥利用率仅为 30%左右,远低于世界发达国
家[1]。 提高肥料利用效率,减少肥料损失,对我国农
业的健康发展和人类生存环境的保护都有着重要意
义[2]。 纳米技术是 20世纪 80 年代兴起的一项新技
术,基本涵义是在纳米(10-9—10-7m)尺度范围内对
物质进行认识和改造。 纳米材料具有小尺寸效应、
表面界面效应和量子尺寸效应等许多传统材料不具
备的特性[3鄄4]。 近年来,纳米材料被逐步应用到农业
生产领域,其在促进植物生长发育、提高肥料利用率
方面的作用受到人们极大关注[5鄄7]。 研究表明,纳米
材料能够调节植物基因表达,刺激种子萌发和根系
生长[8鄄9]。 同时,纳米材料能够调节植物体内多种酶
的活性,改善植物光合性能,提高作物产量[10鄄12]。 此
外,由纳米材料研制的纳米增效肥料在减少肥料的
流失、提高肥料利用率方面展现出良好效果[13鄄16]。
烤烟是我国重要的经济作物,在烤烟生产中过
量施肥现象时有发生。 提高烤烟植株对营养元素的
吸收,减少肥料投入,对增加农民收入和生态环境保
护都有重要意义。 室内培养研究发现,适宜浓度的
碳纳米管能够促进烟草细胞生长[8],然而关于纳米
材料对烤烟养分吸收利用的研究尚鲜见报道。 为
此,进行了不同纳米碳施用量对烤烟生长发育和氮
素吸收积累的影响试验,以期为纳米碳在烤烟生产
中的应用提供依据。
1摇 材料与方法
1.1摇 试验材料
试验于 2011 年 4 月至 8 月在郑州烟草研究院
温室内进行,供试土壤质地为壤土,有机质、速效氮、
速效磷、速效钾含量分别为 15.10 g / kg,87. 16 mg /
kg,44.27 mg / kg,96.37 mg / kg。 土壤过筛后装盆,每
盆装土 15 kg(盆钵直径 30cm,高 25 cm),供试烤烟
品种为中烟 100。 供试肥料:硝酸铵(含 N35%)、硝
酸钾(含 N13%,K2O 45%)、硫酸钾(含 K2O 50%)、
磷酸二氢钾(含 P 2O5 52%, K2O 34%)等,纳米碳由
北京华龙肥料技术有限公司提供。
1.2摇 试验设计
试验设 4个处理,分别为:T1,对照(不施用纳米
碳);T2,纳米碳用量为肥料总重量的 0.1%;T3,纳米
碳用量为肥料总重量的 0.3%;T4,纳米碳用量为肥
料总重量的 0.5%。 根据烤烟需肥规律,每处理均按
照氮磷钾 N 颐P 2O5颐K2O= 1颐0.8颐3(纯氮 2.1g /盆)的比
例施用肥料。 施肥方法:各处理所需氮素的 70%以
硝酸铵形式连同磷、钾肥一起作为基肥在移栽前施
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入,剩余 30%的氮素以硝酸钾形式在移栽后 30d 作
为追肥施入,纳米碳与肥料混合均匀后随肥料同时
施入。 每处理 15 次重复,4 月 28 日移栽,其他管理
措施同大田栽培。
结合盆栽试验,在 T1 和 T3 处理中分别取 8 盆
进行15N示踪试验。 同位素肥料分别为15N双标记的
硝酸铵 (丰度 10%) 和15 N 标记的硝酸钾 (丰度
10%),由上海化工研究院提供。 其中,第 1、2、3、4
盆,基肥施用标记15N 的硝酸铵肥料,追肥施用普通
硝酸钾肥料;第 5、6、7、8 盆,基肥施用普通硝酸铵肥
料,追肥施用标记15N的硝酸钾肥料。 其他管理措施
与盆栽试验保持一致。
1.3摇 样品采集与测定
在烟叶生长团棵期(移栽后 35d)、旺长期(移栽
后 60d)、成熟期(移栽后 85d)分别取样, 每处理取
代表性植株 2—3株。 操作时先用水小心冲出根系,
然后将烟株按根、茎、叶各器官分开并称其鲜重,于
70益烘箱中烘至恒重后,测定干物质量。
样品粉碎后用浓 H2SO4鄄H2O2消化,半微量凯氏
定氮法测定土壤、植株含氮量。 根系活力用 TTC 还
原法测定[17]。15N 样品采用 ZHT2O2 型质谱仪分析
15N丰度,由河北省农林科学院理化所分析。
计算公式:
植株从肥料中吸收的氮素百分数(NDFF)
NDFF=(植株样品中
15N原子百分超-0.366)
肥料中15N原子百分超伊100
植株从土壤中吸收的氮素百分数(NDFS)
NDFS= 100-植株从肥料中吸收的氮素百分数 NDFF
肥料氮素利用率%=植株吸氮量伊NDFF /施氮量
植株各器官氮素积累量 =各器官干物质重伊各器官
氮素含量
1.4摇 数据处理
数据分析采用 Excel 2010 程序和 DPS v7. 05 统
计分析软件进行。
2摇 结果与分析
2.1摇 根系生物量和根系活力
从图 1可以看出,在烤烟生长发育的 3 个关键
时期(团棵期、旺长期和成熟期),与对照(T1)比较,
施用纳米碳均不同程度地增加了植株根系生物量,
成熟期增加幅度分别达到 9. 78%, 18. 53% 和
21郾 04%。 3 个纳米碳处理比较,在烟株团棵期,以
T3处理根系生物量最高;在烟株生育后期以 T4 处
理根系生物量相对较高。 说明施用纳米碳有利于促
进烤烟根系生长发育,增加根系生物量,但不同纳米
碳用量的效果存在差异。 由图 1 还可以看出,施用
纳米碳能够不同程度提高烤烟根系活力。 与对照
(T1)比较,在团棵期和旺长期,3 个纳米碳处理根系
活力均显著增加,且以 T3 处理增加幅度最大。 在成
熟期,T3 和 T4 处理根系活力显著高于 T1 和 T2
处理。
图 1摇 施用纳米碳对烤烟根系生物量和根系活力的影响
Fig.1摇 Effects of nanocarbon application on the biomass and vigor of tobacco root
2.2摇 干物质积累量
由表 1看出,在烤烟生长发育进程中,施用纳米
碳均不同程度促进了烤烟植株各器官生长发育,增
加干物质积累量,尤以 T3 和 T4 处理相对较好。 在
1341摇 6期 摇 摇 摇 梁太波摇 等:施用纳米碳对烤烟氮素吸收和利用的影响 摇
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成熟期,与对照(T1)相比,T3 处理根茎叶干物质积
累量分别增加 6.73%、19.17%和 7.92%;T4处理分别
增加 9.12%、12.44%和 3.89%。 可见,适宜的纳米碳
用量有利于促进烤烟植株生长发育,增加干物质积
累量。
表 1摇 不同处理对烤烟干物质积累量的影响
Table 1摇 Effect of different treatments on dry matter accumulation of flue鄄cured tobacco
处理
Treatment
团棵期
Resettling growth stage
根 Root /
(g /株)
茎 Stem /
(g /株)
叶 Leaf /
(g /株)
旺长期
Vigorous growth stage
根 Root /
(g /株)
茎 Stem /
(g /株)
叶 Leaf /
(g /株)
成熟期
Maturity stage
根 Root /
(g /株)
茎 Stem /
(g /株)
叶 Leaf /
(g /株)
T1 1.80c 2.00c 7.00c 7.50a 14.65b 30.85b 15.90b 55.93b 70.56b
T2 1.95bc 2.40b 7.20c 7.65a 15.70ab 32.20ab 16.02b 59.93ab 72.60ab
T3 2.20b 2.70a 8.80b 7.75a 16.60a 33.85ab 16.97a 66.65a 76.15a
T4 2.50a 2.60a 10.00a 7.50a 15.00b 32.75a 17.35a 62.89ab 73.29ab
摇 摇 同列数据中不同小写字母表示差异达 5%显著水平
2.3摇 成熟期不同器官氮素积累和分配
从表 2可以看出,与对照 T1 相比,施用纳米碳
处理不同程度增加了烤烟根系和叶片氮素含量,而
对茎器官氮素含量无显著影响。 由于干物质积累量
增加,纳米碳处理 T2、T3和 T4成熟期各器官氮素积
累量均有所增加,尤以 T3 和 T4 处理效果显著。 氮
素积累在各器官中的分配比例处理间无显著差异。
可见,施用纳米碳能够不同程度促进烤烟植株氮素
吸收,提高根系和叶片氮素含量和积累量,但并未影
响植株氮素在不同器官中的分配。
表 2摇 成熟期烤烟植株不同器官氮素积累与分配
Table 2摇 Effect of different treatments on nitrogen accumulation and distribution among different organs of tobacco plant at maturity stage
处理
Treatment
含量
Content / %
根 Root 茎 Stem 叶 Leaf
积累量
Accumulation amount / (mg /株)
根 Root 茎 Stem 叶 Leaf
比例
Ratio / %
根 Root 茎 Stem 叶 Leaf
T1 2.02b 1.16a 2.91b 321.18b 648.81c 2053.30b 10.62c 21.46a 67.92a
T2 2.02b 1.15a 3.01ab 323.60b 689.20b 2185.26b 10.12bc 21.55a 68.33a
T3 2.26a 1.13a 3.10ab 383.45a 753.12a 2360.63a 10.96ab 21.53a 67.50a
T4 2.30a 1.17a 3.20a 399.05a 735.84a 2345.17a 11.47a 21.14a 67.39a
2.4摇 烤烟植株对不同来源氮素的吸收
15N示踪试验结果(表 3)表明,在旺长期和成熟
期,植株积累的氮素 25.29%—34.62%来自于肥料,
65.38%—74.01%来自于土壤。 与旺长期相比,成熟
期 T1和 T3 处理烤烟植株对土壤氮的吸收比例增
加,而肥料氮比例减少。 说明随生育期推后,肥料氮
在植株氮素积累中的贡献降低。 处理间比较,在成
熟期,来自肥料氮所占的比例,T1 和 T3 无显著差
异;来自土壤氮所占比例,处理间亦无明显差异。
表 3摇 施用纳米碳对烤烟吸收不同来源氮素的影响
Table 3摇 Effects of nanocarbon application on tobacco nitrogen uptake from different sources
生育期
Growth stage
处理
Treatment
总吸氮量
TNUA
/ (mg /株)
来自肥料的氮 NDFF
来自基肥的氮 NDFBF
吸收量
NUA
/ (mg /株)
吸收比例
NUR
/ %
来自追肥的氮 NDFTF
吸收量
NUA
/ (mg /株)
吸收比例
NUR
/ %
合计 Total
吸收量
NUA
/ (mg /株)
吸收比例
NUR
/ %
来自土
壤的氮 NDFS
吸收量
NUA
/ (mg /株)
吸收比例
NUR
/ %
旺长期 Vigorous T1 1404.23b 291.23a 20.74a 194.90a 13.88a 486.13a 34.62a 918.10b 65.38b
growth stage T3 1602.42a 297.07a 18.54a 173.63b 10.84b 470.70a 29.37b 1131.72a 70.63a
成熟期 T1 3022.55b 499.36b 16.52a 285.01b 9.43a 784.37b 25.95a 2238.18b 74.05a
Maturity stage T3 3494.92a 571.54a 16.35a 312.44a 8.94a 883.98a 25.29a 2610.94a 74.71a
摇 摇 TNUA: total nitrogen uptake amount; NUA: nitrogen uptake amount; NUR: nitrogen uptake ratio; NDFF: nitrogen derived from fertilizer; NDFBF: nitrogen derived from
basal fertilizer; NDFTF: nitrogen derived from topdressing fertilizer; NDFS: nitrogen derived from soil
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摇 摇 就烤烟对氮素的吸收量而言,在旺长期,施用纳
米碳后植株积累氮素来自土壤的氮和植株总吸氮量
均显著增加。 在成熟期,来自肥料的氮、来自土壤的
氮和植株总吸氮量均表现为 T3>T1。 施用纳米碳处
理不仅增加了植株对肥料氮的吸收量,还增加了对
土壤氮的吸收量,这与其促进了烤烟根系生长发育、
提高了根系的吸收能力有密切关系。
2.5摇 氮肥利用率
利用15N 示踪技术可计算出不同处理的氮肥利
用率(表 4)。 可以看出,T1和 T3处理烤烟对氮肥的
利用率,基肥为 35.67%和 40.82%,追肥为 47.50%和
52.07%,两个处理追肥利用率均明显高于基肥。 与
T1相比,T3处理基施氮肥利用率提高 14.44%;追施
氮肥利用率提高 9.62%。 从器官来看,与 T1 相比,
T3处理茎和叶片肥料利用率基肥和追肥均显著提
高,而根系肥料利用率无显著差异。 初步分析认为,
施用纳米碳处理的氮肥利用率提高,可能与纳米碳
颗粒的高表面能提高了肥料中氮素的有效性有关。
表 4摇 施用纳米碳对氮肥利用率的影响
Table 4摇 Effects of nanocarbon application on nitrogen utilization rate
施肥期
Fertilization time
处理
Treatment
吸收 Uptake / %
根 Root 茎 Stem 叶 Leaf 合计 Total
土壤残留率
Residual ratio / %
损失率
Loss ratio / %
基肥 BF T1 4.12a 7.11b 24.44b 35.67b 21.78a 42.55a
T3 3.80a 8.96a 28.06a 40.82a 20.05a 39.13b
追肥 TF T1 4.84a 9.89b 32.77b 47.50b 10.00a 42.50a
T3 4.84a 11.53a 35.70a 52.07a 9.03b 38.89b
摇 摇 由表 4 还可以看出,两个处理氮肥土壤残留率
追肥均显著低于基肥;而氮肥的损失率基肥和追肥
之间无明显差异。 处理之间比较,施用纳米碳处理
T3无论是基肥还是追肥,土壤残留率和损失率均有
不同程度降低,这可能与该处理根系发育好、氮肥利
用率较高有关。
3摇 结论与讨论
3.1摇 纳米碳对烤烟生长发育的影响
纳米碳作为一种具有高表面能的小尺度纳米材
料,在影响生物代谢、促进作物生长发育方面的良好
效果已在多种作物上显现[18鄄19]。 本试验结果表明,
在普通肥料中加入纳米碳能不同程度地促进烤烟植
株生长发育,增加烟株干物质积累量,这与刘键[16]、
武美燕[20]等人在水稻、小麦上的研究结果相似。 同
时研究发现,纳米碳促进烤烟植株生长发育的效果
在烤烟生育前期更为显著,说明纳米碳能够促进烤
烟植株早发、快长,从而有利于提高烟叶产量。 施用
纳米碳明显增加烤烟根系生物量、提高根系活力,是
其促进植株生长发育的重要原因。
3.2摇 纳米碳对烤烟氮素吸收和氮肥利用率的影响
研究表明,纳米材料能够促进植物对氮磷钾等
养分的吸收[21鄄23]。 本试验条件下,施用纳米碳处理
不仅增加了植株对肥料氮的吸收量,还增加了对土
壤氮的吸收量,这与其促进了烤烟根系生长发育、提
高了根系的吸收能力有密切关系。 施用纳米碳能够
不同程度促进烤烟植株氮素吸收,提高根系叶片氮
素含量和积累量,但并未影响植株氮素在各器官的
分配。
施入土壤中的肥料氮一般有 3 个去向:作物吸
收、土壤残留和损失。 有报道指出,肥料施入土壤
后,约有 39%—53%被烟株吸收利用[24]。 本试验条
件下,施入土壤的氮素 35.67%—52.07%被植株吸收
利用。 纳米碳无论做基肥还是做追肥,均显著提高
了氮肥利用率,使氮素土壤残留率和损失率均有不
同程度降低。 这可能是因为纳米碳作为一种小尺
度、高表面能活性的纳米颗粒,能够与土壤中的养分
离子形成聚合物,提高了营养元素的有效性,促进了
植株对养分的吸收和利用。 然而,仅从纳米碳的吸
附性能角度无法完全解释其促进作物生长和养分吸
收的机理。 张夫道等[22]利用纳米胶结包膜材料制
作缓释肥料,通过溶解或溶胀作用使胶粘剂分子与
肥料分子相互扩散形成胶结接头,在提高肥料利用
率方面取得良好效果。 然而,本研究中纳米碳提高
烤烟肥料利用率的作用机理可能与之有所不同。 研
究表明,纳米碳具有较高的比表面能和电催化性能,
遇水后能够变成导体,可以提高土壤电动电位。 植
物根系对养分的吸收,涉及了复杂的电化学过程,纳
3341摇 6期 摇 摇 摇 梁太波摇 等:施用纳米碳对烤烟氮素吸收和利用的影响 摇
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米碳可能参与并影响了这一过程。 同时,在烤烟生
长发育过程中,纳米碳作为肥料的载体可充分吸附
结合在根系表面,促进了根系对养分的吸收和根系
生物量的增加。 也有研究认为,纳米材料可以改变
水的结构,提高其活性,在水不断被植物吸收的过程
中可以携带大量营养元素进入植物体内,达到营养
植物的目的[25]。 研究已证实,某些形态的纳米材料
如碳纳米管能够被植物吸收,然而由于缺乏有效的
检测手段,纳米材料在土壤中的行为和迁移规律尚
不清楚[26]。 因此,关于纳米材料促进作物养分吸收
的机理和在土壤环境中的行为规律,有待于进一步
研究。
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叶生态学报曳圆园员源年征订启事
叶生态学报曳是由中国科学技术协会主管袁中国生态学学会尧中国科学院生态环境研究中心主办的生态学
高级专业学术期刊袁创刊于 员怨愿员年袁报道生态学领域前沿理论和原始创新性研究成果遥 坚持野百花齐放袁百家
争鸣冶的方针袁依靠和团结广大生态学科研工作者袁探索生态学奥秘袁为生态学基础理论研究搭建交流平台袁
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叶生态学报曳主要报道生态学及各分支学科的重要基础理论和应用研究的原始创新性科研成果遥 特别欢
迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章曰研究简报曰生态学新理论尧新方法尧新技术介绍曰新书评价和
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本期责任副主编摇 薛建辉摇 摇 摇 编辑部主任摇 孔红梅摇 摇 摇 执行编辑摇 刘天星摇 段摇 靖
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