根區穴施生物炭對烤煙生長及養分吸收的影響

王衛民　張保全　程昌合

摘要：為了探索生物炭在煙草生產中的應用效果，通過設置田間試驗，選擇水稻秸稈生物炭，采取穴施的方式，研究了其對烤煙生長及養分吸收的影響。結果表明，根區穴施生物炭后煙株株高、葉片面積等農藝指標表現較好，能夠增加煙株的生物量，但隨著生物炭施用量的增加，煙株生長發育受到了一定程度的抑制，其中在0.2 kg/株的生物炭用量下，烤煙整個生育期生長發育表現最好；根區穴施生物炭后，土壤pH以及陽離子交換量（CEC）具有升高趨勢，并能夠增加有機質、速效磷以及速效鉀等養分含量，但隨著穴施生物炭量的增加，土壤堿解氮含量呈下降趨勢；根區穴施生物炭能夠較好地促進煙株對鉀元素的吸收，3個不同用量處理的煙株根、莖和葉3個部位的鉀含量均有上升趨勢，但在較高的生物炭施用量下（0.3 kg/株），煙株葉片氮的含量呈現出了一定的下降趨勢。根區穴施生物炭也能夠促進煙株根、莖和葉對磷的吸收，0.2 kg/株的施用量表現最好。因此，通過根區穴施生物炭能夠促進烤煙生長以及對養分的吸收，綜合考慮以0.2 kg/株的穴施生物炭用量較為適宜。

關鍵詞：生物炭；穴施；烤煙；生長；養分吸收

中圖分類號：S572 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2018）03-0032-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.03.008

Abstract： In order to explore the effects of biochar on tobacco production，the effects of rice straw biochar with hole application on growth and nutrient uptake of flue-cured tobacco was studied through the field experiment. Results showed that biochar could improve the growth of flue-cured tobacco and increase the biomass of tobacco plant. However，the growth of flue-cured tobacco was inhibited with a higher application amount of biochar. In the conditions of this experiment，the growth of flue-cured tobacco was best with the hole application amount of 0.2 kg per plant. The soil pH，cation exchange capacity（CEC），organic matter，available phosphorus and available potassium increased with hole application of biochar. The content of soil available nitrogen showed a decreased trend with the increasing of the amount of biochar. The biochar with hole application could promote the absorption of potassium，and the content of potassium in root，stem and leaf of flue-cured tobacco all increased. The content of nitrogen in leaf showed a decreased trend with the higher application amount of 0.3 kg per plant. In conclusion，the biochar with hole application could promote the growth and nutrient uptake of flue-cured tobacco，and the application amount of 0.2 kg per plant was suitable.

Key words： biochar； hole application； flue-cured tobacco； growth； nutrient uptake

生物炭是指農林廢棄物等生物質材料在完全或部分缺氧的條件下，經高溫熱解炭化產生的一類高度芳香化難熔性固態物質[1]。生物炭含碳量豐富，具有較大的比表面積和發達的孔隙結構，吸附能力強，在自然條件下較穩定，通常呈堿性[2]。生物炭所具有的優良結構和特性能夠對土壤的理化性質產生重要影響[3-5]。生物炭施入土壤后能夠改善土壤的通氣性和保水能力，并能夠增加土壤養分的吸持能力，進而提高土壤養分的有效性，便于作物吸收利用[6，7]。因此將生物炭作為土壤改良劑或肥料增效載體使用，能夠促進作物的增產，降低肥料損失，提高肥料的利用效率，同時可以減少土壤肥料養分損失給環境帶來的危害[8，9]。煙草是中國重要的經濟作物之一，多數煙區煙草種植采取長期連作方式，同時在煙葉生產中普遍存在大量施用化學肥料的現象[10]，近年來，大部分煙葉產區植煙土壤生態逐漸遭到破壞，植煙土壤環境受到嚴重威脅，導致煙葉產量和質量下降，成為制約煙草農業可持續發展的關鍵問題[11，12]。生物炭由于其良好的特性已經受到國內外研究學者的廣泛關注，目前，生物炭在煙草農業生產中的研究應用尚處于起步階段。本試驗利用水稻秸稈生物炭，采取穴施的方法，研究了其對烤煙生長及養分吸收的影響，以期能夠為生物炭在煙草上的進一步應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試烤煙品種為云煙87。于2015年4-9月在湖北省恩施市白果鄉茅壩槽村進行大田試驗。土壤類型為黃棕壤，耕層土壤pH 6.7，有機質含量20.7 g/kg， 堿解氮含量69.8 mg/kg，速效磷含量57.4 mg/kg， 速效鉀含量194.7 mg/kg。供試生物炭由水稻秸稈炭化而得，其pH 9.2，總碳為630.0 g/kg，總氮為13.5 g/kg，全磷為4.5 g/kg，全鉀為21.5 g/kg。

1.2 試驗方法

根據穴施生物炭用量共設計4個處理，分別為不施用生物炭（CK）、根區穴施生物炭0.1 kg/株（T1）、根區穴施生物炭0.2 kg/株（T2）、根區穴施生物炭0.3 kg/株（T3）。每個處理3次重復，試驗田共12個小區，隨機區組排列，小區面積為100 m2，栽煙150株。

生物炭施用方法：煙苗移栽后15 d左右，在圍兜封口時分別將不同用量的生物炭與營養土混合后在煙苗四周施用，使生物炭與煙苗根莖部自然貼合，隨后用田間本土進行覆蓋。

試驗田按照當地常規施肥方式統一進行施肥，各處理所用肥料用量保持一致，純氮用量為120 kg/hm2，氮、磷、鉀施用量比例為m（N）∶m（P2O5）∶ m（K2O）=1∶1.5∶3，70%的氮肥和鉀肥及100%磷肥用作底肥，30%氮肥和鉀肥于移栽后30 d左右結合培土進行追施。各處理煙苗采用井窖式移栽方式統一進行移栽，其他田間管理措施均按照當地優質煙葉生產技術標準進行。

1.3 樣品采集

1.3.1 煙株樣品 分別在烤煙生長團棵期和平頂期，在每個處理小區內選擇代表性煙株1株，用鐵鍬將其連根挖出，分開根、莖、葉（平頂期時分上、中、下3個部位）在105 ℃殺青15 min，在60 ℃下烘干，烘干后進行稱重。

1.3.2 土壤樣品 在煙株生長平頂期，分別在每個小區兩株煙之間的籠體土壤上采集0～20 cm土壤樣品，采用多點取樣法，每一個樣品取10鉆進行混合，統一帶回室內自然風干，用于測定土壤養分等基本理化性狀。

1.4 樣品檢測

煙株根、莖、葉樣品測定全量氮、磷、鉀含量，全氮用凱氏定氮法測定，全鉀用硫酸-雙氧水消煮-火焰光度法測定，全磷用硫酸-雙氧水消煮-釩鉬黃比色法測定。具體方法參考文獻[13]。

土壤樣品測定pH、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀、有機質、陽離子交換量（CEC）等指標，其中pH用水浸提法（水與土質量比為2.5∶1）；CEC用EDTA-銨鹽快速法；有機質用重鉻酸鉀外加熱法；全氮用半微量開氏法；全磷用H2SO4-HClO4消煮鉬銻抗比色法；全鉀用H2SO4-HClO4火焰光度法；堿解氮用堿解擴散法；速效磷用碳酸氫鈉浸提比色法；速效鉀用醋酸銨浸提火焰光度法。具體方法參考文獻[13]。

1.5 數據分析

采用Microsoft Excel 2010軟件和DPS7.05數據處理系統對數據進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 農藝性狀分析

在烤煙生長團棵期和平頂期，根區穴施生物炭處理煙株株高、葉片面積等農藝性狀數值與對照相比均有一定的優勢，但是隨著生物炭施用量的增加煙株生長發育也受到了一定程度的抑制，相對而言以每株煙穴施0.2 kg生物炭效果表現最好，對烤煙田間長勢具有較好的促進作用（表1、表2）。

2.2 煙株生物量分析

根區穴施生物炭增加了煙株的生物量，在烤煙生長團棵期，處理T2和處理T3煙株根、莖和葉的干重表現較好，均優于對照（圖1）；在平頂期，3個施用生物炭處理煙株根、莖、中部和下部葉片的干重均表現較好（圖2）。與煙株田間農藝性狀表現相似，每株煙穴施0.2 kg生物炭能夠在烤煙生長前期和后期均能夠取得較好的生物量，并且在平頂期隨著生物炭用量的增加煙株根、莖以及中部葉干重均呈現上升趨勢。

2.3 煙株養分分析

由表3可知，根區穴施生物炭能夠較好地促進煙株對鉀元素的吸收，根、莖和葉3個部位鉀含量均高于對照，隨著生物炭用量的增加煙株根中鉀含量具有一定的下降趨勢；施用生物炭后促進了煙株根、莖和葉中磷的吸收累積，以處理T2表現最好；施用生物炭T1和T2兩個處理促進了煙株葉片對氮的吸收累積，但較高的生物炭施用量（T3）煙株葉片氮含量呈現出了一定的下降趨勢，低生物炭用量（T1）煙株根和莖的氮含量處于相對較高水平。

2.4 煙田土壤養分分析

由表4可知，穴施生物炭后，煙株根區土壤pH以及CEC具有升高趨勢并且煙田土壤有機質含量增加；施用生物炭3個處理煙田土壤全氮和全鉀含量均高于對照，全磷含量呈下降趨勢。在烤煙生長平頂期，穴施生物炭提高了煙田土壤的速效磷和速效鉀等養分的含量，但隨著穴施生物炭量的增加，土壤速效氮含量呈現下降趨勢。

3 討論

生物炭具有良好的孔隙結構，同時自身含有的灰分元素較為豐富，生物炭施入土壤可以直接帶入營養元素同時還能夠促進土壤中養分的持留[14]。因此施用生物炭能在一定程度上改善土壤營養環境，有利于促進作物生長發育。近年來，有關利用生物炭提高作物產量和增加作物生產力的研究越來越多，劉世杰等[15]研究發現，生物炭能夠促進玉米苗期的生長，株高和莖粗分別比對照增加了4.31～13.13 cm和0.04～0.18 cm。張偉明等[16]研究指出生物炭延緩了水稻后期葉片的衰老，對水稻莖、葉干物質積累具有比較明顯的促進作用，尤其較低的生物炭施用量對莖稈干物質積累作用相對明顯。本研究通過利用根區穴施生物炭的方式促進了煙株的生長發育，增加了煙株根、莖和葉等器官的生物量，但在較高的生物炭施用量下煙株的田間長勢受到一定的抑制作用，這與劉卉等[17]的研究結果一致，生物炭施用量并非越多越好，當施用量達4 500 kg/hm2時，烤煙的生長發育速度低于常規不施用生物炭處理，因此，生物炭施用量過高能夠對烤煙的生長產生一定的抑制作用。

生物炭本身的理化性質使其可以作為土壤改良劑，生物炭施入土壤后能夠改善土壤的理化性質，調節植物對N、P、K化學肥料的反應[18]。已有研究結果表明，生物炭可以提高酸性土壤的pH、增加土壤的陽離子交換量、提高土壤有機質的含量，同時能夠貯存土壤養分、提高土壤肥力[4，5]。本研究得到了相似的結果，穴施生物炭后，煙株根區土壤pH以及CEC具有升高趨勢并且煙田土壤有機質含量增加，施用生物炭提高了煙田土壤的速效磷和速效鉀等養分含量，但隨著穴施生物炭量的增加，土壤堿解氮含量呈現了下降趨勢。有研究表明，盡管生物炭能夠降低土壤氨氮和硝氮的淋出，但是同時也降低土壤中可交換氮的含量[19]，其原因可能是生物炭含有的高揮發性物質刺激了微生物活動，出現了氮固定[20]。施用生物炭有利于促進作物組織器官中氮、磷、鉀等養分的吸收[21，22]，在本試驗條件下根區穴施生物炭后煙株根、莖和葉中氮、磷、鉀含量具有上升趨勢，但較高的生物炭施用量（T3）煙株葉片氮含量呈現出一定的下降趨勢。已有研究表明，生物炭對土壤性質、作物生長等方面有積極的影響，但過量施用會出現負面效應[23]。生物炭在作物對養分吸收方面的影響與生物炭的種類、施用方式以及土壤中養分含量密切相關[24]。因此，在生物炭的實際應用中，需要結合不同的環境條件，針對生物炭的施用技術以及影響機理系統開展相關研究工作，進而為生物炭的合理利用奠定基礎。

4 結論

根區穴施生物炭促進了煙株的生長發育，能夠增加煙株的生物量，但在生物炭用量較高的條件下，煙株生長發育受到了一定程度的抑制，以每株煙穴施0.2 kg生物炭較為適宜。

根區穴施生物炭后土壤pH以及CEC具有升高趨勢，增加了土壤中有機質、速效磷以及速效鉀等養分含量，但隨著穴施生物炭量的增加，土壤堿解氮含量呈現出了下降趨勢。根區穴施生物炭能夠促進煙株對氮、磷、鉀養分的吸收，煙株根、莖和葉中氮、磷、鉀含量具有上升趨勢，在本試驗條件下，較高的生物炭施用量（0.3 kg/株）煙株葉片氮含量呈現下降趨勢。

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