不同碳肥水平對土壤肥力及烤煙養分吸收和產質量的影響

毛家偉，張　翔，司賢宗，李國平，王悶靈，孔德輝

（1.河南省農業科學院植物營養與資源環境研究所，鄭州 450002；2.洛陽市煙草公司，河南洛陽 471000）

不同碳肥水平對土壤肥力及烤煙養分吸收和產質量的影響

毛家偉1，張翔1，司賢宗1，李國平1，王悶靈2，孔德輝2

（1.河南省農業科學院植物營養與資源環境研究所，鄭州 450002；2.洛陽市煙草公司，河南洛陽 471000）

摘要：通過田間小區試驗，研究了不同碳肥水平對土壤肥力及烤煙養分吸收、產質量的影響。結果表明，施用碳肥能提高前期土壤中堿解氮和速效鉀含量，促進土壤中磷的釋放。中部葉養分分析表明，施用碳肥能提高前期煙株中部葉全氮和全磷含量，并能顯著提高煙葉中鉀的含量。從產量和產值上看，施用碳肥處理與常規施肥相比，產量增加170.5～506.5 kg/hm2，產值增加1146～7739元/hm2，且隨著碳肥用量的增加，煙葉產量和產值也有增加的趨勢。化學成分分析表明，施用碳肥可以降低上部葉煙堿含量，提高烤后煙葉鉀含量，化學成分更加協調。綜合分析，在豫西煙葉生產上施用碳肥可以進行推廣應用，碳肥適宜的用量為1350～1800 kg/hm2。

關鍵詞：碳肥；土壤；養分；經濟性狀；化學品質

近年來，煙草種植由于長期連作和連續施用化肥，使得土壤板結、土壤C/N減小、營養元素利用率減小，導致煙株生長發育不良，煙田病蟲害加劇，煙葉質量下降［1］。因此，提高土壤碳氮比，改良植煙土壤，是煙葉生產過程中急需解決的難題。碳是構成有機物骨架的基礎，在植物元素組成百分比中名列第一，且遠遠超過N、P、K的總和［2］，但由于碳主要來源于二氧化碳，一般在化肥工業中不予考慮［3］。然而近幾年，生物質炭作為含碳量豐富的多孔性物質，其容重小，比表面積大，吸附能力強［4］，添加到土壤中可以增加土壤有機碳的含量，提高土壤有效性營養元素的含量［5］；土壤持水容量和養分吸持容量［6］；陽離子交換量（CEC）低的和酸性土壤的CEC及土壤微生物量及活性［7］。因此，應用生物質炭改良土壤受到越來越多研究者的關注［8-10］。

豫西煙區是河南省最適宜的優質煙葉生產基地之一［11］，然而生產中水資源貧乏，降雨量少，土壤瘠薄，保水保肥性能差成為制約豫西煙區煙葉生產的重要因子，而且常年的煙葉生產也造成了煙區土壤結構和土壤微生物生態環境惡化，致使煙葉產量低而不穩［12-13］。因此，本研究利用生物質炭作為碳肥，分析了不同用量的碳肥對烤煙生育期土壤和煙葉氮磷鉀養分含量及煙葉產質量的影響，為促進煙葉生長，提高煙葉產量和品質，指導煙葉生產提供理論依據。

1　材料與方法

1.1試驗地概況與供試材料

試驗于2013年在洛陽市洛寧縣小界鄉王村試驗基地進行。供試土壤基本理化性狀：褐土，肥力中等，pH7.74，有機質10.2 g/kg，速效氮62.8 mg/kg，速效磷13.5 mg/kg，速效鉀84.5 mg/kg。試驗地灌排方便，在該煙區代表性較強。試驗前茬為煙草。供試烤煙品種為中煙100。供試肥料種類有餅肥（N 5%）、硝酸銨（N 34%）、重過磷酸鈣（P2O545%）、硫酸鉀（K2O 50%），生物炭以花生殼為原料，在400℃厭氧條件下制備，含碳量60%。

1.2試驗設計

試驗設6個處理，分別為：T1：不施肥；T2：常規施肥；T3：常規施肥+碳肥（純碳450kg/hm2）；T4：常規施肥+碳肥（純碳900kg/hm2）；T5：常規施肥+碳肥（純碳1350kg/hm2）；T6：常規施肥+碳肥（純碳1800kg/hm2）。每個處理重復3次，小區面積72m2，隨機區組設計。各處理常規施氮素60kg/ hm2，m（N）：m（P2O5）：m（K2O）=1：1.5：3。每個處理總純氮用量由餅肥（提供總純N比例為25%）和硝酸銨（提供總純N比例為75%）提供，磷（P2O5）由重過磷酸鈣提供，鉀（K2O）由硫酸鉀提供，以此計算各處理對應肥料施用量。試驗于5月6日移栽，基肥采取起壟前條施和移栽時穴施相結合，餅肥和重過磷酸鈣全部條施，生物碳肥50%條施，50%穴施，硝酸銨40%條施，35%穴施，25%追施，硫酸鉀30%穴施、70%追施，追施在移栽后35d在煙株根部兩側隨水一次性施入，10月8日采烤結束。其他各項田間生產管理措施統一按當地規范化措施進行。

1.3測定項目與數據分析

1.3.1土壤養分分別在烤煙生長團棵期、旺長期、圓頂期和成熟期取各處理耕層土壤樣品，經風干、磨細、過篩、混勻后測定堿解氮、有效磷、速效鉀含量，測定方法按文獻［14］分析。

1.3.2煙葉養分分別在烤煙生長團棵期、旺長期、圓頂期和成熟期取各處理煙株中部葉，在105℃下殺青30min，然后在70℃下烘干至恒重，粉碎過40目篩后測定全氮、全磷和全鉀，方法按文獻［14］分析。

1.3.3經濟性狀各小區單獨計產，并根據烤煙國標對烤后煙葉分級，確定烤煙的產值、均價、上等煙比例及中上等煙比例。

1.3.4化學成分烘烤后各處理取下部葉（X2F）、中部葉（C3F）和上部葉（B2F）用于測定總糖、還原糖、總氮、煙堿、鉀和氯等化學成分。化學成分測定參照文獻［15-17］的方法。

1.3.5數據分析采用DPS軟件對試驗數據進行統計分析，并進行Duncan新復極差法多重比較。

2　結果

2.1施碳水平對各生育期土壤氮磷鉀的影響

土壤堿解性氮能大致反映出近期內土壤氮素的供應情況［18］。由圖1-A可知，所有處理堿解氮在團棵期至旺長期下降，之后上升，圓頂期至成熟期又下降。不同處理之間相比，在團棵期，施用碳肥處理堿解氮含量均明顯高于常規和對照處理；在成熟期，各處理堿解氮均降低，從下降幅度（與圓頂期相比），由高到低的順序為：T4＞T3＞T6＞T5＞T1＞T2，從各處理堿解氮含量看，除處理T4外，其他施用碳肥處理堿解氮均低于常規對照T2，說明施用碳肥有利于煙葉成熟期落黃。

圖1　不同碳水平對各生育期耕層土壤氮磷鉀養分的影響Fig.1　Effects of carbon fertilizer on the NPK content of soil during the growth stage

不同處理有效磷動態變化情況見圖1-B。從圖中可以看出，各處理在團棵期有效磷含量最高。各處理間比較，在團棵期，與常規處理T2相比，施用碳肥處理有效磷含量均有所增加，增幅為1.3～11.5 mg/kg，以處理T5增加最明顯；從旺長期至成熟期，常規處理T2土壤有效磷含量持續降低，而施用碳肥處理雖有一定波動，但與旺長期相比，土壤有效磷含量在成熟期均有一定程度增加，增幅為2.3～4.1mg/kg，說明施用碳肥能促進土壤中磷的釋放。

由圖1-C可知，不同處理間相比，在團棵期和旺長期，施用碳肥處理土壤速效鉀均高于對照處理T2；在成熟期，除處理T3外，其他施用碳肥處理土壤速效鉀均低于常規處理T2。

2.2施碳水平對中部葉氮磷鉀含量的影響

不同處理中部葉氮含量見圖2-A。由圖可知，除對照處理T1外，其他處理在整個生育期中部葉氮含量呈現持續降低的趨勢。不同處理之間相比，在團棵期，施用碳肥處理中部葉氮含量均顯著高于常規處理T2，以處理T4氮含量最高，達3.76%；在旺長期，處理T3、T4中部葉氮含量顯著高于處理T5、T6；在成熟期，除處理T6外，其他處理間中部葉氮含量差異不顯著。

圖2-B為不同處理中部葉全磷含量動態變化圖。在團棵期，施用碳肥處理中部葉全磷含量均高于常規處理T2，以處理T5最高，達0.29%，在旺長期，以處理T6中部葉全磷含量最高，達0.22%，施用碳肥處理與常規處理T2相比，全磷含量增加0.03～0.06個百分點；在圓頂期，處理T1、T2中部葉全磷含量高于施用碳肥處理T3、T6；在成熟期，各處理間煙葉全磷含量差異較小。

不同處理中部葉鉀含量見圖2-C。在團棵期，隨著碳肥用量的增加，中部葉鉀含量也增加；在圓頂期，各處理中部葉鉀含量由高到低的順序為：T6＞T5＞T4＞T3＞T2＞T1，處理T6顯著高于其他處理，中部葉鉀含量達2.49%；在成熟期，以處理T5中部葉鉀含量最高，達1.89%，處理T5和處理T6之間差異不顯著，但T5、T6處理中部葉鉀含量均顯著高于其他處理。

2.3施碳水平對烤煙經濟性狀的影響

各處理經濟性狀結果見表1。從產量上看，由高到低的順序表現為：T6＞T5＞T4＞T3＞T2＞T1，施肥處理與T1（不施肥）相比，產量增加354～860.5 kg/hm2，施用碳肥處理與T2（常規施肥）相比，產量增加170.5～506.5 kg/hm2，方差分析結果表明，施用碳肥處理的產量均顯著高于處理T1和T2。施用碳肥處理之間相比，處理T6和處理T5之間差異不顯著，但產量均顯著高于處理T3和處理T4，線性回歸分析表明，產量（Y）與碳肥（X）之間的回歸方程為：Y=0.2838X＋2343.2（F=160.83**，R2=0.925）。從產值上看，以處理6產值最高，達48655元/hm2，處理T6和處理T5之間產值差異不顯著，但均顯著高于其他處理，隨著碳肥用量的增加，產值也有增加的趨勢。線性回歸分析表明，產值（Y）與碳肥用量（X）之間的回歸方程為：Y=4.7845X＋40810（F=123.34**，R2=0.905）。各處理均價以T4最高，上等煙比例以T5最高，達26.2%。

圖2　不同碳水平對各生育期中部葉氮磷鉀含量的影響Fig.2　Effects of carbon fertilizer on the NPK content of middle leaves during the growth stage

表1　各處理經濟性狀比較Table1　Effect of different treatments on economic characteristics

2.4施碳水平對煙葉化學成分的影響

煙葉化學成分是煙葉質量和香型風格特征的重要物質基礎［19］。一般認為，優質烤煙化學成分的適宜含量范圍為：總糖18%～22%，還原糖16%～18%，總氮1.5%～3.5%，煙堿1.5%～3.5%，鉀離子≥2.0%，氯離子0.3%～0.8%［20］。由表2看出，總糖：上部葉各處理比較，施用碳肥處理與對照處理T2相比，總糖含量均有所提高，且碳肥施用量大于處理T4時，總糖含量隨碳肥用量增加而降低。還原糖：下部葉各處理比較，還原糖有隨碳肥用量增加而降低的趨勢；與對照處理T2相比，施用碳肥可提高上部葉還原糖含量，碳肥施用量大于處理T4時，還原糖含量隨碳肥用量增加而降低。總氮：所有處理總氮含量均在適宜范圍，與處理T2相比，施用碳肥能提高上部葉總氮含量；3個部位各施碳處理比較，當碳肥施用量大于處理T4時，各部位總氮含量有隨碳肥用量增加而降低的趨勢。煙堿：下部葉各處理比較，施用碳肥與處理T2相比提高了煙堿含量，隨著碳肥用量的增加，下部葉煙堿含量先升高后降低，處理T5最高，達2.18%；中部葉施碳處理間相比，煙堿含量有隨碳肥用量的增加而降低的趨勢；上部葉中當碳肥施用量大于處理T4時，煙堿含量逐步降低。鉀：煙葉含鉀量的高低與煙葉品質密切相關，是衡量烤煙品質優劣的一個重要指標［21］。不同部位煙葉比較來看，均以不施肥處理T1鉀含量最低，施用碳肥處理與對照處理T2相比，煙葉鉀含量均有所提高，下部葉提高幅度為0.08～0.18個百分點，中部葉提高0.04～0.37個百分點，上部葉提高0.07～0.37個百分點。氯：施肥處理的氯離子含量均在適宜范圍，從中部葉和上部葉看，隨著碳肥用量的增加，煙葉中氯離子含量有下降的趨勢。

表2　不同碳水平對煙葉化學成分的影響 %Table2　Effect of carbon fertilizer on chemical components

3　討論

碳肥具有較大的比表面積，施入土壤后可以吸附多種離子，從而提高土壤的保肥性能［7］。周桂玉等［22］研究表明，向土壤中添加秸稈生物質炭和松枝生物質炭培養45 d后，土壤有機碳含量、胡敏酸和富里酸含量、有效養分含量都有不同程度的增加。趙殿峰等［23］研究指出，土壤速效氮、速效磷含量隨著生物炭的施用呈先升高后降低的趨勢。萬海濤等［24］研究結果表明，施用生物炭能降低土壤堿解氮的含量，限制土壤的氮素利用度，對土壤速效磷沒有顯著影響，能顯著提高土壤速效鉀的含量。本研究結果表明，在團棵期和旺長期，與對照處理T2相比，施用碳肥處理能夠提高土壤中堿解氮含量，而到了煙株成熟期，施用碳肥處理土壤堿解氮含量下降幅度較大，有利于煙株成熟落黃。原因可能是前期碳肥吸附了土壤中的銨態氮和硝態氮，減少了氮的淋溶損失，而后期土壤堿解氮的降低可能是由于氮的生物固定導致［25］。從土壤有效磷含量來看，旺長期至成熟期，對照處理T2土壤有效磷含量持續降低，而施用碳肥處理土壤有效磷含量均有一定程度增加，增幅為2.3～4.1mg/kg，說明施用碳肥能促進土壤中磷的釋放。從土壤速效鉀含量比較，在團棵期和旺長期，施用碳肥處理土壤速效鉀均高于不施肥處理和對照處理，而在成熟期，除處理T3外，其他施用碳肥處理土壤速效鉀均低于對照處理T2，原因可能是由于碳肥促進了植株對鉀素的吸收，從而導致土壤中速效鉀含量下降。

本試驗研究結果表明，在團棵期和旺長期，施用碳肥處理中部葉氮含量均顯著高于不施肥和對照處理，在成熟期，除處理T6外，其他處理間中部葉氮含量差異則不顯著。施用碳肥處理中部葉全磷含量在團棵期和旺長期均高于不施肥和對照處理，在成熟期，各處理間煙葉全磷含量差異較小。施用碳肥能提高煙株各生育時期中部葉鉀含量，在成熟期，T5、T6處理中部葉鉀含量均顯著高于其他處理。張晗芝等［26］在生物炭對玉米生長影響的研究表明，生物炭在一定程度上抑制了玉米初期的生長。劉新源等［27］的研究表明，生物炭對豫中許昌地區煙葉生長的影響表現為前期抑制、旺長期后促進的作用；隨生物炭施用量的增加，烤后煙葉的產量和產值逐漸提高。本次試驗對經濟性狀分析表明，施用碳肥能提高煙葉產量、產值、均價和上等煙比例，與常規施肥相比，產量提高170.5～506.5kg/hm2，產值提高1146～7739元/hm2，T5和T6處理在產量和產值上顯著高于其他處理，但二者之間差異不顯著。

土壤是影響烤煙品質的重要環境因素，土壤理化性質與煙葉化學成分之間存在著十分緊密的關系［28］。碳肥施入土壤后，對土壤養分和煙株養分含量產生了一定影響，進而影響了煙葉化學成分。本試驗結果表明，所有處理煙葉總糖、還原糖普遍較高，從上部葉看，施用碳肥與對照相比，增加了煙葉中總糖和還原糖含量，但隨著碳肥用量的增加，總糖和還原糖含量呈下降趨勢。碳肥處理使得土壤C/N升高，可能是促使兩糖含量高于對照的原因。從煙堿含量來看，中部葉煙堿含量隨碳肥用量增加而降低，施用碳肥處理煙堿含量均低于對照，上部葉施碳在T5和T6水平也能降低煙葉煙堿含量。施用碳肥處理均能明顯提高煙葉鉀含量，各部位平均提高0.19個百分點。綜合比較，以處理T5和處理T6化學成分協調性最佳。

4　結論

施用碳肥能提高煙株生長前期土壤堿解氮和速效鉀含量，促進土壤中磷的釋放；提高前期煙株中部葉全氮和全磷含量，并能顯著提高煙葉中鉀的含量；能提高煙葉產量、產值、均價和上等煙比例；降低上部葉煙堿含量，提高烤后煙葉鉀含量，化學成分更加協調。綜合比較，在煙葉生產上施用碳肥可以進行推廣應用。根據本次試驗結果，豫西煙區適宜的碳肥用量為1350～1800kg/hm2。

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中圖分類號：S572.03

文章編號：1007-5119（2015）02-0043-06

DOI：10.13496/j.issn.1007-5119.2015.02.008

基金項目：河南省煙草專賣局重點科技項目（HYKJ201002、HYKJ201303）；河南省產學研合作項目（142107000034）

作者簡介：毛家偉，男，助理研究員，碩士，主要從事植物營養與施肥技術研究。E-mail：maojw1981@126.com

收稿日期：2014-10-20 修回日期：2015-02-06

Effects of Different Carbon Fertilizer Levels on Soil Fertility and Nutrient Absorption, Yield and Quality of Flue-cured Tobacco

MAO Jiawei1， ZHANG Xiang1， Si Xianzong1， LI Guoping1， WANG Menling2， KONG Dehui2
（1. Institute of Plant Nutrition Agricultural Resources and Environmental Science， Henan Academy of Agricultural Sciences，Zhengzhou 450002， China； 2.Tobacco Company of Luoyang， Luoyang， Henan 471000， China）

Abstract:Field experiment was carried out to study the effects of different carbon fertilizer levels on soil fertility and nutrient absorption， yield and quality of flue-cured tobacco. The results showed that carbon fertilizer application could increase available N and K contents during early stage and promote phosphorus release from soil. The nutrient test of middle leaves showed that carbon fertilizer application could increase the total nitrogen and phosphorus content of tobacco plant during early stage and the potassium content in tobacco leaves. Application of carbon fertilizer increased tobacco yield 170.5-506.5kg/ha and the output value 1146-7739yuan/ha. The yield and output value increased with the increase of carbon fertilizer rate. Carbon fertilizer application could decrease nicotine content of top leaves， increase the potassium content in cured tobacco leaves and improve the chemical component harmonization. In summary， carbon fertilizer application can be applied to tobacco production and the optimum rate of carbon fertilizer was 1350-1800kg/ha in western Henan.

Keywords:carbon fertilizer； soil； nutrient； economic characters； chemical quality