不同生物質炭施用量對烤煙相關性狀的影響研究

周孚美++周龍翔++黃新國

摘要 針對衡陽市煙區長期連作及不合理施肥造成的土壤質量持續下降等因素，通過施用稻殼生物炭等技術措施，開展其對煙田土壤修復效果研究。結果表明：煙苗移栽前穴施稻殼生物炭12 000 kg/hm2，可使采收后煙田土壤中堿解氮、速效鉀、最大田間持水量分別增加17.55%、36.29%、6.51%，土壤容重降低0.033 g/cm3，明顯提升上等煙葉比例；對煙株生長發育、農藝性狀、煙葉產值、經濟效益等具有一定的改善與提升，而且未發現其對煙株生長產生任何不利影響。

關鍵詞 烤煙；生物質炭；連作障礙；土壤；質量

中圖分類號 S572 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2015）17-0015-04

Research on Effects of Different Biochar Dosage on Correlated Traits of Flue-cured Tobacco

ZHOU Fu-mei 1 ZHOU Long-xiang 2 HUANG Xin-guo 1

（1 Leiyang Branch of Hengyang Tobacco Monopoly Company in Hunan Tobacco Company，Leiyang Hunan 421800； 2 Changning Branch of Hengyang Tobacco Monopoly Company in Hunan Tobacco Company）

Abstract Aim to soil quality deterioration caused by continuous cropping obstacle and absurd fertilizing in Hengyang tobacco area，the study investigated the repairing effects of biochar on deteriorated tobacco soil. The main results showed that alkaline hydrolysis N，available K，maximum water capacity had increased by 17.55%，36.29% and 6.51% before transplanting under 12 000 kg/hm2 biochar was applied，respectively，and the soil bulk density reduced 0.033 g/cm3，moreover，the ratio of first-class and middle-class leaves significant increased as well. In addition，biochar application had improved the growth，agronomic traits，leaf-profit on different degree in flue-cured tobacco production instead of any adverse impacts.

Key words flue-cured tobacco；biochar；continuous cropping obstacle；soil；quality

生物質炭（Biochar）是指植物或動物生物質在缺氧的條件下進行高溫處理，其中的油和氣燃燒掉后剩余的物質，其具有特殊的團聚結構、養分豐富、堿性和高穩定性等特點[1-3]。生物炭作為土壤改良劑，由于其具有穩定特性且難于分解，可有效提升土壤肥力，服務于農田生態系統，不但能夠提供養分，而且可增強土壤中有益微生物種類及活性，對于提升土壤持續生產力具有積極作用效果[4-8]。為探索衡陽煙區生物炭合理利用新途徑，本項目以生物質炭為主要研究材料，擬通過大田試驗研究植煙土壤施用不同用量生物質炭后，對土壤理化性質、煙株生長、養分吸收及產量、品質等方面的影響，旨在為快速有效提升衡陽煙區土壤質量提供理論依據，指導衡陽市煙區優質煙葉的可持續生產。

1 材料與方法

1.1 試驗概況

試驗于2013年12月至2014年8月在耒陽市洲陂鄉石洞江村煙田進行；供試烤煙品種為K326，生物質炭為谷殼炭。

1.2 試驗設計

試驗共設5個處理，即常規施肥（CK）；常規施肥+生物質炭3 000 kg/hm2（T1）；常規施肥+生物質炭6 000 kg/hm2（T2）；常規施肥+生物質炭9 000 kg/hm2（T3）；常規施肥+生物質炭12 000 kg/hm2（T4）。每個處理3次重復，隨機區組排列，共計15個小區，每個小區面積81 m2，移栽密度0.45 m×1.20 m，移栽煙苗150株。各處理其他栽培與管理措施一致。生物質炭于移栽前7 d穴施并與穴土充分混勻后，植入煙苗。各小區單收、單烤、單分級、單計重。

1.3 測定項目與方法

一是土壤農化性狀指標分析。試驗前與試驗后采用五點取樣法取土樣，測定土壤pH值、有機質、堿解氮、速效磷、鉀、緩效鉀等指標。二是烤煙農藝性狀觀察記載。觀察生育期、株高、有效葉片數、最大葉長/寬、最大葉面積、單葉重。葉面積=葉長×葉寬×0.634 5（0.634 5為葉面積系數）。三是煙葉經濟學性狀。煙葉產量、上中等煙比例、產值。四是大田農藝性狀。每小區定點10株對不同生長時期農藝性狀進行觀察記載。數據采用Microsoft Excel 2003軟件處理、SPSS 11.0 軟件進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 生物炭材料物理性質endprint

2.1.1 形貌結構。由圖1可知，稻殼生物炭結構解體，產生多種無定形物質。細的晶體表面分布較多的微觀孔隙結構，微觀孔隙結構是生物炭具有較高吸附能力的原因之一，也是生物炭吸附養分、水分及微生物棲息的微空間結構。

2.1.2 能譜分析。能譜分析（圖2）表明，稻殼生物炭含炭量83%以上，還含有豐富的Si元素，含量在11.7%以上。此外，經檢測稻殼炭pH值為9.6，其堿性與高硅含量等特征對酸性土壤改良與治理重金屬污染等均有積極作用。由圖3可知，稻殼生物炭的主要吸收峰的位置出現在3 425、1 561、1 096和462 cm-1附近。上述譜峰的歸屬一般認為是3 425 cm-1附近的吸收峰為-OH伸縮振動峰，表面基團可能為羧基或羰基；1 561 cm-1為COO-反對稱伸縮振動峰（其余幾個峰值暫未查出）；由稻殼生物炭IR圖可推測出，稻殼生物炭中的碳大多以芳香環存在，其結構很穩定。生物炭表面有較多羥基、羧基和羰基等官能團，這些官能團的存在使得生物炭具有較強的吸附性能和CEC量。

2.1.3 比表面積。稻殼生物炭的比表面積分別為184.42 m2/g，比傳統竹炭的表面積還要大，這反映稻殼生物炭微孔結構多且復雜，稻殼生物炭可能具有較多的吸附性官能團或者吸附點位。生物炭比表面積是生物炭具有較高吸附性能的基礎和原因之一。

2.2 施用生物炭對植煙土壤pH值的影響

土壤的酸堿度是土壤的重要屬性之一，影響著土壤養分的有效化及土壤性狀，對作物的生長發育也有較大的影響，適宜煙株生長的pH值為5.5～7.5，由圖4可知，耒陽市使用稻殼生物炭植煙土壤的pH值有上升的趨勢，這說明施用稻殼生物炭對煙田酸性土壤具有一定的改良效果。隨著用量的加大，pH值整體也呈上升的趨勢，煙葉收獲后，施用稻殼生物炭12 000 kg/hm2的植煙土壤pH值顯著高于對照。

2.3 施用生物炭對植煙土壤有機碳的影響

土壤有機質含量是評價植煙土壤肥力的重要參考指標，有機質也是煙株生長所需營養主要來源之一，適宜的有機質含量水平可起到改善土壤團聚體結構、土壤通透性，促進土壤微生物活動等作用，可以提高植煙土壤保水保肥，促進煙株生長發育。國內外已有研究表明，生物炭為比較穩定的芳香環結構的碳，其分子化學結構雖然與有機質或腐殖質不同，施入植煙土壤后也可提高土壤有機碳含量，達到提高植煙土壤質量的目的。由圖5可知，生物炭的添加使得各處理的土壤有機碳含量均顯著高于未添加生物炭的土壤，這表明施用稻殼生物炭，可提高土壤有機碳水平，而有機碳水平的提高有助于提高土壤吸持養分和水分的容量，并有改善土壤其他肥力指標的潛力。耒陽試驗點隨生物質炭用量的加大，土壤有機碳含量緩慢增加，增加幅度呈非線性上升，隨著用量的加大，增加的幅度減小。

2.4 施用生物炭對植煙土壤養分與結構的影響

由表1可知，施入生物炭后個處理土壤全氮含量有一定的增加，但增加效果不明顯，生物炭處理堿解氮均顯著高于CK，而且有隨炭量增加而提高的趨勢。處理T1、T2、T3、T4分別比CK提高了18.37%、14.70%、22.04%、17.55%，平均提高了18.17%?？梢姡锾刻幚韺χ矡熗寥缐A解氮水平有一定促進作用，對煙株生長具有積極意義?？傮w上看，較高施炭量為植煙土壤堿解氮的提高起到了重要促進作用。土壤堿解氮的提高，可為作物生長提供更多的可利用氮源，有利于促進作物生長發育，對產量提高起到有力的促進作用。按照生物炭的理化性狀，本身其含氮量比較低，但植煙土壤中體現出得這種狀況，可能與生物炭獨特的物理性狀有關，稻殼生物炭的多孔結構，為微生物的生長與發揮作用提供了比較好的環境，微生物活性增加，活化養分的能力增強。生物炭處理對土壤全磷、速效磷影響不明顯；此外，生物炭處理對土壤全鉀有一定增加作用，隨著生物炭用量增加，植煙土壤全鉀不同程度升高，處理T2、T3、T4土壤中速效鉀含量分別比CK提高了8.87%、26.61%、36.29%，這可能與生物炭特性有關，生物炭磷、硅含量豐富，鉀含量也高達1.8%，隨著生物炭用量的增加，也增加了土壤中鉀的含量，而煙草為喜鉀作物，生物炭的這種特性，無疑對優質烤煙生產有積極作用。另外，與CK相比，施入生物炭，可不同程度降低土壤容重，提高土壤最大田間持水量，從而增強土壤的持水能力。各處理土壤容重降低量介于0.004～0.033 g/cm3之間，其中處理T4土壤容重降低最為明顯，處理T3次之。各處理的土壤最大田間持水量較CK增加0.48%～6.51%，同樣以處理T4為最高?？梢?，施用生物炭可在一定程度上降低土壤容重，增強土壤的持水性能，提高土壤的保水保肥能力，且處理T4效果最佳。

2.5 施用生物質炭對大田烤煙發育進程的影響

從表2生物質炭不同施用量對大田發育進程記載可以看出，施用生物質炭對大田烤煙發育進程有一定影響，生物質炭不同施用量對旺長期烤煙生長影響不大，主要是各處理施用基肥和化肥的用量一樣，從5月7日后，施用生物質炭對株高、總葉片數均有影響，以處理T4株高105.70 cm、葉片數25.1片為最高，處理T1～T4株高和總葉片數有隨生物質炭施用量增大有增加的趨勢，這種相關性可能與生物質炭的吸附氮、磷及礦物離子的性能有關，烤煙進入中后期生長，養分得到釋放。

2.6 施用生物質炭對大田烤煙農藝性狀的影響

各處理烤煙在5月28日打頂后，各小區定點10株進行考察生物質炭不同施用量對大田烤煙農藝性狀影響（表3）。結果表明，生物質炭不同施用量對大田烤煙農藝性狀有一定影響。有效葉片數（打完腳葉后）以處理T3、T4最多，分別達到18.0、17.9片，以CK最少（17.1片），說明施用生物質炭對烤煙有效葉有促進作用，但方差分析發現，處理T1～T4無顯著差異，但隨著生物質炭施用量增加有增加的趨勢，處理T3與CK存在極顯著差異，處理T1、T2、T4與CK無顯著差異。上部煙最大葉葉面積，以處理T2最高（758.65 cm2），以CK最少（683.29 cm2），經方差分析，處理T2與CK存在極顯著差異，處理T1、T3、T4之間無差異，處理T4與CK存在顯著差異，處理T1、T3、CK之間無差異，但施用生物質炭各處理上部煙面積均比對照多，說明施用生物質炭對烤煙增大上部煙有促進效果。中部煙最大葉葉面積，以處理T4最大（1 245.17 cm2），CK最小（1 153.71 cm2），經方差分析處理T4與CK差異顯著，其他處理間無差異。下部煙葉最大葉葉面積，以處理T4最大（1 319.44 cm2），各處理間無顯著差異。葉節距以處理CK最長（5.51 cm），處理T3最短（5.25 cm），說明施用生物質炭有促進烤煙莖桿粗壯、縮短葉節距有一定作用。endprint

2.7 施用生物質炭對大田烤煙生育期的影響

從表4可以看出，施用生物質炭各處理大田生育期117～118 d，均比CK大田生育期長1～2 d，表明施用生物質炭對養分的吸附特性，對烤煙后期生長吸收養分有促進作用，致使頂部煙延遲成熟，而對前期生長影響不大。

2.8 施用生物質炭對煙葉經濟性狀的影響

從表5可以看出，施用生物質炭各處理烘烤經濟有效葉片數均比CK多0.1～0.4片，單株干重以處理T2最重（137.74 g），各處理間無差異；下部煙單葉重以處理T4最重（6.90 g），各處理間存在顯著差異。中部煙單葉重以處理T4最重（8.54 g），上部煙單葉重以處理T2最重（11.00 g），但經方差分析，中、上部煙單葉重各處理間無差異，說明施用生物質炭對烤煙中、上部煙單葉重影響不大。

2.9 施用生物質炭對煙葉產量、質量和效益的影響

各處理煙葉產量、質量、效益比較分析見表6。結果表明：各處理實際產量以處理T4最高（2 100.00 kg/hm2），比CK增產35.80 kg/hm2，各處理間無差異；各處理實際產值以處理T4最高（47 987.10元/hm2），比CK增收1 044.75元/hm2，各處理間無差異；施用生物質炭各處理中、上等煙比例為96.95%～97.06%，比CK（96.30%）提高0.67%～0.79%，說明施用生物質炭對烤煙提高品質有一定作用。從各處理煙葉等級結構看，各處理上等煙比例中以處理T3的比例占49.34%最高，比CK提高0.49個百分點，與處理T1、CK存在顯著差異，上等煙各處理間產量、產值無差異；各處理中等煙比例中以處理T1最高（48.17%），與處理CK存在極顯著差異，處理T2與CK無差異，各處理間產量、產值無差異。

3 結論與討論

長期以來，化學肥料大量施用與多茬連作，使植煙土壤酸化板結、耕地質量持續下降[1-3]，已成為制約煙葉生產可持續發展的關鍵問題。本項目針對湖南省植煙土壤連作障礙，植煙土壤可持續能力下降等日趨嚴重的現狀，將谷殼生物炭應用于烤煙栽培領域，具有探索性的意義。

本研究采用植煙土壤改良材料稻殼生物炭，稻殼炭材料其微觀形貌為分散蜂窩狀微孔結構，稻殼的外觀形態基本不可見，呈分散小團粒結構，主要由C、O、H、Si組成，C、Si含量較高，pH值為9.6，呈堿性。稻殼生物炭具有微孔狀孔隙結構、高比表面積及羥基、羰基等官能團、高碳量等理化性質，是其負載肥料養分并提高土壤有機碳含量物理、化學結構基礎與物質基礎。使用稻殼生物炭能有效地提高土壤pH值、有機碳含量，還能有效增加土壤中堿解氮、速效鉀的含量，對土壤主要理化性狀都有較好的改良作用。使用稻殼生物炭12 000 kg/hm2，土壤堿解氮、速效鉀、最大田間持水量分別增加17.55%、36.29%、6.51%，土壤容重降低0.033 g/cm3，施用方法已全田撒施效果最好。稻殼生物炭優化了土壤水、肥、氣、熱條件，施用不同用量的生物炭與采取不同的施用方法，均沒有對煙株生長發育及品質發生不利的影響，還在一定程度上刺激煙株生長，提高上等煙比例，提高了煙葉質量。

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