添加有機肥與生物炭對烤煙生長發育及其產質量的影響

呂大樹　李子紳　郭澤　張亞恒　夏陽　楊雨波　許洪慶　歐陽毅　王英鋒　張力元　婁元非　曾榮　代曉燕

摘要：采用田間小區試驗法，以中煙100為材料，依據有機無機肥配比和添加生物炭設置5種處理方式進行試驗。結果表明：與單施化肥對照相比，有機無機肥配比處理可以改善煙株的植物學性狀和農藝性狀指標，降低煙株的發病率，改善烤后煙葉物理性狀，促進內在化學成分更加協調，提高烤后煙葉中性致香物質含量和經濟效益;在有機無機肥配比基礎上添加生物炭處理更有利于促進煙株生長發育和提高烤后煙葉產質量。與對照相比，40%化肥+60%有機肥+生物炭處理的烤后煙鉀含量增加20.16%，中性致香物質含量增加10.61%，產量和產值分別顯著提高37.56%和68.61%。本試驗條件下，40%化肥+60%有機肥+生物炭為最佳配比處理。

關鍵詞：有機肥;生物炭;烤煙;生長發育;產質量

中圖分類號：S572.062文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2019）11-0103-06

Effects of Adding Organic Manure and Biochar on

Growth， Yield and Quality of Flue-Cured Tobacco

Lü Dashu1， Li Zishen2， Guo Ze2， Zhang Yaheng1， Xia Yang3， Yang Yubo1，Xu Hongqing1，

Ouyang Yi1， Wang Yingfeng2， Zhang Liyuan1， Lou Yuanfei1，

Zeng Rong1， Dai Xiaoyan2

（1. Guizhou Province China Tobacco Co.， Ltd.， Guiyang 550003， China;

2. Tobacco Institute， Henan Agricultural University/Key Laboratory of Tobacco

Cultivation in Tobacco Industry， Zhengzhou 450002， China;

3. Pingdingshan Tobacco Company of Henan Province， Pingdingshan 467000， China）

Abstract In this study， Zhongyan 100 was as the research material， and five treatments were designed according to the proportion of organic and inorganic fertilizers and the addition of biochar. The results showed that compared with the control treatment， the organic fertilizer combined with chemical fertilizer could improve the botanical and agronomic characters of tobacco plants， reduce the incidence， improve the physical properties of cured tobacco leaves， promote the coordination of intrinsic chemical components， and increase neutral aroma content and economic benefit. The addition of biochar on the basis of organic and inorganic fertilizer could promote the growth and development of tobacco plants and improve the yield and quality of flue-cured tobacco leaves. Compared with the control， the potassium content increased by 20.16%， the neutral aroma content increased by 10.61%， and the yield and output value significantly increased by 37.56% and 68.61% respectively under 40% fertilizer+60% organic fertilizer+biochar treatment. Under the conditions of this experiment， 40% fertilizer+60% organic fertilizer + biochar was the best treatment.

Keywords Organic fertilizer; Biochar; Flue-cured tobacco;Growth and development; Yield and quality

目前，我國農業生產中大量使用化肥、農藥，不僅殺死了土壤中的有益微生物，對農作物品質亦產生不良影響，破壞了原有的生態平衡，這種掠奪性的農業增長方式，已成為污染環境、破壞生態、耗竭資源的重要源頭[1]。優質土壤是煙草良好生長的基礎，也是保證煙草質量和產量的關鍵。長期使用化肥影響土壤肥力和物理結構，且煙株利用化肥有效率較低，造成資源浪費和污染，并且加重了生產成本。目前研究表明，有機肥因其自身特點，含有大量有益微生物的營養元素，在解決土壤退化、土地污染等問題上表現優異[2]。同時也對有效調高土壤中的微生物養分，改善土壤孔隙度，提高土壤通透性等具有明顯的效果[3]。

生物炭是生物質在限氧條件下經過熱裂解炭化后形成的富含碳元素、具有多孔的產物，有良好的孔隙結構和較大的比表面積[4-6]。研究表明，施用生物炭能夠有效地促進烤煙根系的生長發育，優化根系生理指標[7]，對改善土壤化學性質有一定作用，可以提高土壤養分含量;連續多年施用生物炭可以提高土壤總有機碳、游離態顆粒有機碳以及閉蓄態顆粒有機碳含量等[8，9]。近年來，關于有機無機肥配比和施用生物炭的試驗對改善土壤結構、土壤肥力和煙株生長發育的單方面研究已經有較多報道[10，11]，但關于河南葉縣煙區不同有機肥配合和添加生物炭處理的施肥方式對烤煙生長發育及其產質量的研究鮮有報道。本試驗在前人有機無機肥配比研究基礎上，繼續深入研究添加生物炭后對烤煙生長發育及其產質量的影響，以期為進一步篩選出適合河南葉縣煙區烤煙生產的施肥方式提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況及供試材料

試驗于2018年在河南省平頂山市葉縣夏李鄉曹王村進行。試驗地土壤類型為潮土，質地為砂壤，耕層土壤基礎肥力為有機質10.4 g/kg，全氮0.6 g/kg，速效磷24.4 mg/kg，速效鉀113.4 mg/kg，pH值4.8。前茬作物為烤煙。

供試烤煙品種為中煙100。供試復合肥配比為N∶P∶K=8∶12∶20，鉀肥為硫酸鉀（含K2O 50%）。商品有機肥為腐熟芝麻餅肥，全氮含量57.08 g/kg、全磷（P2O5）26.15 g/kg、全鉀（K2O）14.29 g/kg。生物質炭（以花生殼為原料，在500℃高溫厭氧條件下熱解4 h）為河南三利新能源公司生產，有機碳含量647.16 g/kg，C/N為42.52，pH值8.2。

1.2 試驗方法

試驗共設5個處理： 100%化肥（CK）;60%化肥+40%有機肥（T1）;60%化肥+40%有機肥+生物質炭（T2）;40%化肥+60%有機肥（T3）;40%化肥+60%有機肥+生物質炭（T4）。隨機區組排列，重復3次，小區面積為66.7 m2。各處理有機無機肥比例是芝麻餅肥氮含量和無機化肥氮含量比例，總用氮量為60 kg/hm2，生物炭施用量600 kg/hm2，煙苗起壟種植，行距 1.0 m，株距 0.5 m。田間管理按照優質煙生產標準進行。所有處理均在冬前起壟時撒施農家肥。4月中下旬將按氧化鉀計算出的硫酸鉀用量和100%磷肥、復合肥以及發酵后的餅肥作基肥于移栽前穴施。氮肥施用比例為基肥與追肥比例為5∶3。

1.3 樣品的采集與測定

（1）主要植物學性狀調查：于移栽后50 d對各處理煙株的株型、葉形、葉面、葉色、莖葉角度、主脈粗細、田間整齊度和大田長勢，按照吳興富等[12]的方法進行調查。

（2）按照（YC/T 39—1996）對各處理的氣候斑、普通花葉病、根黑腐病、馬鈴薯Y病毒和赤星病進行調查，計算發病率[13]。

（3）農藝性狀：參照YC/T142—2010《煙草農藝性狀調查測量方法》，在團棵期和現蕾期調查各小區烤煙農藝性狀。每小區固定取15株煙進行測量，主要測量株高，有效葉片數、最大葉長和葉寬等指標[14]。

（4）煙葉物理特性測定：選取具有代表性C3F煙葉，根據文獻[15]的方法測定煙葉開片度、含梗率、單葉重、平衡含水率等指標。煙葉開片度（%）=（葉片寬度/葉片長度）×100。

（5）煙葉化學成分的測定：烤后煙葉中常規化學成分采用 AAⅢ型連續流動化學分析儀（德國 BRAN+LUEBBE公司生產）測定[16]。

（6）中性致香成分測定：在500 mL圓底燒瓶中加入10.000 g煙樣（45℃烘干后磨碎，過 100 目篩），1.0 g 檸檬酸，500 μL 內標（0.37 g/L硝基苯），再加入350 mL蒸餾水。安裝蒸餾萃取裝置，從冷凝管上方加入40 mL 二氯甲烷于 250 mL燒瓶中，待開始沸騰時進行蒸餾萃取，出現分層開始計時。2.5 h后，收集250 mL燒瓶中的有機相，加入10 g無水硫酸鈉搖勻至溶液澄清，放置過夜，轉移有機相到雞心瓶，水浴濃縮有機相至1 mL左右，轉入色譜瓶中，用GC/MS鑒定結果和NIST庫檢索定性，待進樣分析。采用美國陶潤公司生產的HP5890II-5972氣質聯用儀對烤后煙葉樣品進行中性致香成分定性分析。

（7）產量及分級：分區掛牌烘烤，烤后將中上部葉按照烤煙分級標準[17]進行分級，并統計每小區煙葉產量、均價、中上等煙和下等煙比例。

1.4 數據處理

采用SPSS 20.0以及Microsoft Excel 2016軟件對數據進行分析。

2 結果與分析

2.1 不同處理對煙株生長發育的影響

2.1.1 不同處理對煙株植物學性狀的影響 由表1看出，各處理的株型均為筒形，株型較好;CK和T3處理的葉面較皺，而其余處理的葉面均較平;從莖葉角度來看，T3處理的莖葉角度明顯大于其它處理，表現為T3>T4>T2>CK>T1;T3和T4處理的葉形、葉色、主脈粗細和田間整齊度均區別于其它處理，且葉色為深綠，主脈較粗，田間整齊度更為整齊，說明40%化肥+60%有機肥處理及其添加生物炭的處理可以改善煙株的植物學性狀，促進煙株的生長發育。

2.1.2 不同處理對煙株發病率的影響 由表2看出，各處理的氣候斑發病率均在6%以上，其中T3和T4處理的發病率相對較低，表現為T1>CK>T2>T3>T4;T4處理的花葉病和馬鈴薯Y病毒的發病率相對較低，說明40%化肥+60%有機肥+生物炭處理可以降低煙株發病率。T1、T2、T3和T4處理的綜合發病率較CK處理分別降低3.89%、10.36%、24.18%和33.16%，可見通過有機無機肥配比和添加生物炭處理可以有效降低煙株發病率，提高其抗病性。

2.1.3 不同處理對煙株農藝性狀的影響 由表3看出，各處理煙株的農藝性狀指標隨著生育期的延長呈上升趨勢，增幅因處理不同而異。團棵期：T4處理株高與CK相比增加59.80%，差異達顯著水平;T1、T2和T3處理株高無明顯變化;T1、T2和T4處理葉面積顯著高于CK，可見團棵期40%化肥+60%有機肥+生物質炭處理可以顯著提高煙株的株高和葉面積。現蕾期：T4處理株高、莖圍和葉面積顯著高于CK，其中CK、T1和T2處理株高和莖圍并無顯著差異，可見在總氮量不變的情況下，施用40%有機肥對煙株的株高和莖圍并無顯著影響;而T4處理在整個生育階段的農藝性狀指標均優于其它處理，可見有機肥在土壤中被分解，可連續不斷提供養分。

2.2 不同處理對烤后煙葉產質量的影響

2.2.1 不同處理對烤后煙葉物理性狀的影響 由表4可知，不同處理烤煙物理性狀差異較大，T2和T4處理的開片度和平衡含水率顯著高于CK，而含梗率分別較CK降低2.81%和10.44%，且差異顯著，可見在有機無機肥配比情況下，添加生物炭處理可以明顯改善烤后煙葉物理性狀。就單葉重而言，T2處理顯著高于T1處理，T4處理顯著高于T3處理，說明生物炭對烤后煙葉的單葉重起到明顯作用。從整體可以看出，T4處理的開片度、單葉重、葉質重和平衡含水率明顯高于其它處理，含梗率卻低于其它處理，表明40%化肥+60%有機肥+生物炭處理可以更有效地改善烤后煙葉物理性狀指標。

2.2.2 不同處理對烤后煙葉常規化學成分的影響 根據中國煙草種植區劃研究報告和上海煙草集團有限責任公司煙葉原料評級體系[18]中烤后煙葉主要化學成分適宜范圍的評價標準（煙堿2.0%～2.8%，總氮1.9%～2.5%，還原糖18.0%～24.0%，糖堿比8.0～10.0，鉀氯比>4，氮堿比0.95～1.05），分析了試驗烤后中上部葉的主要內在化學成分（表5）。從總糖、還原糖成分分析，T3和T4處理的還原糖成分符合標準，且顯著高于CK，可見40%化肥+60%有機肥處理可以明顯提高烤后煙葉還原糖含量;各處理煙堿含量均處在標準范圍之內，CK、T1、T2處理的煙堿含量顯著高于T3、T4處理，表現為T2>CK>T1>T3>T4;烤后煙葉中鉀含量4個處理均顯著高于CK，可見通過有機肥配施處理的烤后煙葉鉀含量得到明顯提升;T4處理鉀含量分別比CK及T2提高20.16%、8.76%，且差異顯著。可見40%化肥+60%有機肥更能提高煙葉中的鉀含量。從鉀氯比看，T1、T3和T4的鉀氯比大于4，提高了煙葉的燃燒性。

2.2.3 不同處理對烤后煙葉中性致香物質含量的影響 如表6所示，不同有機無機肥配比處理也明顯影響到烤后煙葉的中性致香物質含量，且不同處理表現規律各有不同。有機無機肥配比處理的棕色化降解產物中糠醛含量明顯高于CK，表現為T4>T3>T2>T1>CK，新植二烯含量也有相同的規律表現，可見有機無機肥配比處理能夠有效提高烤后煙葉中棕色化降解產物和新植二烯含量。從香氣成分看，T1—T4處理的香氣含量分別較CK增加1.50%、4.38%、5.66%、10.61%，T3和T4處理香氣含量相對較高。可見40%化肥+60%有機肥處理能較好地提高烤后煙中性致香物質含量，添加生物炭處理更有利提高中性致香物質含量。

2.2.4 不同處理對烤后煙葉產質量的影響 由表7可知，不同有機無機肥配比處理的煙葉產量、產值、均價和中上等煙比例均顯著高于CK，總體表現為T4>T3>T2>T1>CK。其中，T4處理的煙葉產量和產值與CK相比分別增加37.56%和68.61%，顯著高于其它處理;T3、T4處理的煙葉均價和中上等煙比例無顯著差異但均顯著高于CK。可見40%化肥+60%有機肥及其添加生物炭處理可以顯著提高烤后煙葉的經濟產量，增加煙農收益。

3 討論

土壤養分含量直接關系作物的生長發育，其中氮素在作物整個生育期中起著重要的作用，是所有礦質元素的核心，被稱為生命元素[19]。在施氮量相同的情況下，施用無機氮肥將會導致土壤中氮素后期供應不足，煙株生長發育停滯，不利于烤后煙葉的品質和產量。羅建新等[20]研究表明，有機肥對烤煙的最大葉面積有不同程度的促進作用，可以增加煙株的有效葉數。胡征[21，22]研究表明，有機無機配合施用可以增加煙株的株高，增大莖圍及葉面積，增多有效葉數，促進煙株的生長。本試驗結果表明，有機肥與無機肥配合施用，可以改善煙株的植物學性狀和農藝性狀，降低煙株發病率，這與前人的研究結果一致。這是由于有機肥具有提高土壤保水保熵的作用，有利于煙株根系更好地從土壤中吸收水分和養分，從而促進煙株的生長。有機肥能夠改善土壤結構，提高有機質含量。相同氮素含量前提下，施用有機肥的土壤中微生物活性以及種群優勢得到極大地提高[23]。這是因為有機肥可以為微生物提供必需的營養和適宜生存繁殖的環境，與此同時微生物分泌大量活性物質，如IAA、GA、CTK等[24，25]。生物炭的施用可以更有效地吸附土壤中作物所需營養元素，防止肥料的淋溶損失，而達到緩慢釋放的效果。

已有研究表明，有機肥可以促進烤煙生長發育，增強生理代謝，增加煙葉香氣以及鉀含量，從而提高煙葉產量和上等煙比例，其效果顯著優于施純化肥的處理[26]。煙葉實際生產中施用有機肥可以有效改善煙葉品質，有機肥能夠協調煙葉化學成分，使得內在品質得以提高，尤其是對鉀含量的提高效果明顯[27]。本試驗結果表明，有機無機肥配合施用提高中部葉鉀素含量及鉀氯比，增加其燃燒性;中性致香物質含量明顯升高，煙葉經濟效益明顯增加，這與前人研究結果一致。40%無機肥+60%有機肥+生物炭處理更好地發揮餅肥和生物炭的特性，使煙葉的品質得到提升。

4 結論

40%化肥+60%有機肥處理可以明顯改善煙株的農藝性狀和植物學性狀，降低煙株的發病率，改善煙葉的內在品質，提高中性致香物質含量和經濟效益，且植煙土壤添加生物炭的處理效果最為明顯。

參 考 文 獻：

[1]劉蒙蒙，吳鋼，徐維華，等. 有機肥對烤煙生長及其品質的影響研究進展[J]. 河南農業科學，2013，42（11）：7-10，13.

[2]陳紅麗. 腐熟麥秸對植煙土壤的營養效應及其機理研究[D]. 鄭州：河南農業大學，2013.

[3]馮國勝，祝照宇，楊立均，等. 微生物有機肥對豫南烤煙大田生長發育的影響[J]. 安徽農業科學，2009，37（6）：2611-2612.

[4]Bian R J，Chen D，Liu X Y，et al. Biochar soil amendment as a solution to prevent Cd-tainted rice from China： results from across-site field experiment[J]. Ecological Engineering，2013，58（13）：378-383.

[5]Lehmann J， Da Sliva Jr P A，Steiner C，et al. Nutrient availability and leaching in an archaeological Anthrosol and a Ferralsol of the Central Amazon basin： fertilizer，manure and charcoal amendments[J]. Plant and Soil，2003， 249（2）：343-357.

[6]李力， 劉婭， 陸宇超，等. 煙稈炭的環境效應及其應用的研究進展[J]. 環境化學，2011，30（8）：1411-1421.

[7]王歡歡，任天寶，張志浩，等. 生物質炭對烤煙旺長期根系發育及光合特性的影響[J]. 水土保持學報，2017，31（2）：287-292.

[8]陳心想，何緒生，耿增超，等. 生物炭對不同土壤化學性質、小麥和糜子產量的影響[J]. 生態學報，2013，33（20）：6534-6542.

[9]高夢雨，江彤，韓曉日，等. 施用炭基肥及生物炭對棕壤有機碳組分的影響[J]. 中國農業科學，2018，51（11）：2126-2135.

[10]高銘. 有機肥對植煙土壤改良及煙葉產量、質量的影響[D]. 南寧：廣西大學，2018.

[11]李艷平. 有機物料對植煙土壤特性及烤煙產質量的影響[D]. 鄭州：河南農業大學，2016.

[12]吳興富，曾建敏，梁云高，等. 云南煙區12個烤煙品種適應性研究[J]. 江西農業大學學報，2014，36（5）：1016-1022.

[13]國家煙草專賣局. 中華人民共和國煙草行業標準煙草病蟲害分級及調查方法：YC/T 39—1996[S]. 北京：中國標準出版社，1996.

[14]國家煙草專賣局. 煙草農藝性狀調查測量方法：YC/T 142—2010[S]. 北京：中國標準出版社，2010.

[15]田茂成，鄧小華，陸中山，等. 基于灰色效果測度和主成分分析的湘西州煙葉物理特性綜合評價[J]. 核農學報，2017，31（1）：187-193.

[16]王瑞新. 煙草化學[M]. 北京：中國農業出版社，2003.

[17]國家煙草專賣局. 中華人民共和國國家標準—烤煙：GB 2635—1992[S]. 北京： 中國標準出版社， 1992.

[18]王彥亭. 中國煙草種植區劃[M]. 北京：科學出版社，2010.

[19]Shrestha G，Traina S J，Swanston C W. Black carbons properties and role in the environment：a comprehensive review[J]. Sustainability，2010（2）： 294-320.

[20]羅建新，周萬春，肖漢乾，等. 煙草活性有機無機專用肥的施用效果 Ⅲ.對土壤養分供應狀況和煙株根系生長發育的影響[J]. 湖南農業大學學報（自然科學版），2004，30（6）：558-561.

[21]胡征.煙草專用生物有機復合肥的制造及效果[J]. 耕作與栽培，2004（4）：29-65.

[22]胡征.生物有機復合肥改良煙草品質的效果[J]. 中國農學通報，2004，20（3）：157-158.

[23]王林虹. 不同比例有機肥對烤煙生長發育及品質的影響[D]. 鄭州：河南農業大學，2014.

[24]李春儉，張福鎖. 土壤微生物產生的生長調節物質[J]. 植物學通報，1995，129（專輯）：56-61.

[25]張福鎖，曹一平.根際動態過程與植物營養[J]. 土壤學報，1992，29（3）：239-250.

[26]郭超超. 混合有機肥施用量對烤煙生長及煙葉品質的影響[D]. 鄭州：河南農業大學，2014.

[27]劉添毅，李春英，熊德中，等. 烤煙有機肥與化肥配合施用效應的探討[J]. 中國煙草科學，2000（4）：27-30.

收稿日期：2019-07-12

基金項目：貴州省中煙有限責任公司科技項目（No.GZZY/KJ/JS/2015DY020-1）

作者簡介：呂大樹（1982—），男，河南駐馬店人，碩士，助理農藝師，主要從事煙草栽培和質量評價研究。

通訊作者：代曉燕（1979—），女，博士，副教授，研究方向為煙草栽培生理與營養。E-mail：daixiaoy@163.com