生物炭施用量對土壤特性和煙葉產質量的影響

邱嶺軍 張翔 李亮

摘要 [目的]探究生物炭施用量和施用方式對連作植煙土壤的改良效果。[方法]通過田間試驗研究生物炭不同施用量（0、1 500、3 000、4 500、6 000 kg/hm2）對煙株農藝性狀、土壤理化性質及煙葉產質量的影響。[結果]不同生物炭用量可明顯改善連作植煙土壤品質，調節植煙土壤pH至適宜水平，土壤全氮、堿解氮、速效鉀和有效磷含量隨著生物炭用量的增加而表現出先增加后降低的趨勢;與對照比較，T3處理的土壤全氮、堿解氮、速效鉀和有效磷含量分別提高了9.72%、2.41%、6.55%和4.65%;施用生物炭還能提高煙株的抗病性，降低根腐病、黑脛病的發病率和病情指數;以常規施肥+生物炭3 000 kg/hm2處理煙葉品質最佳且經濟性狀好，較對照產量提高26.14%，產值增加12.69%，中上等煙比例均提高21.08%。[結論]施用生物炭量處理能有效改善煙田土壤特性，促進植株生長，顯著提高煙葉產質量。

關鍵詞 烤煙;連作障礙;生物炭;土壤理化性質

中圖分類號 S156.2 ?文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2020）18-0153-04

Abstract [Objective]To explore the effect of biochar application rate and method on the improvement of continuous cropping tobacco soil.[Method]Effect of different application rates of biochar （0，1 500，3 000，4 500，6 000 kg/hm2） on tobacco agronomic characteristics，soil physical and chemical properties and tobacco yield and quality was studied by field experiment.[Result]The amount of biochar could significantly improved the quality of continuous cropping tobacco soil，adjusted the pH of the tobaccogrowing soil to an appropriate level，and the contents of total nitrogen，alkaline nitrogen，available potassium and available phosphorus showed an increase first with the increase of the amount of biochar.Compared with the control，the contents of total nitrogen，alkaline nitrogen，available potassium，and available phosphorus in T3 treated soil increased by 9.72%，2.41%，6.55%，and 4.65%，respectively;the application of biochar could also increase tobacco planting disease resistance，reduce the incidence and disease index of root rot and black shank disease;conventional fertilization+biochar 3 000 kg/hm2 had the best tobacco leaf quality and good economic characteristics，which increased 26.14% and increased output value compared with the control treatment.The output value increased by 12.69% and medium grade tobacco increased by 21.08%.[Conclusion]The application of biochar treatment can effectively improve the soil characteristics of tobacco fields，promote plant growth，and significantly improve the yield and quality of tobacco leaves.

Key words Tobacco;Continuous cropping obstacles;Biochar;Soil physical and chemical properties

土壤作為烤煙種植的直接載體，其理化性質、肥力水平及微生物活性水平與植物生長代謝關系緊密[1]，隨著我國人-地矛盾的日益突出，烤煙長期連作和過量施用化肥等嚴重破壞土壤結構，C/N比例失調，最終造成煙田土壤養分不平衡、根際土壤微生態結構惡化、土傳病害加重、煙葉化學成分不協調、煙葉產量和品質逐年下降[2-3]。在此情況下，實現煙草行業的可持續經營引起大多數學者的關注。生物炭作為近年來新興的改良土壤措施，是繼有機與無機肥配施、綠肥翻壓及科學輪作之后又一種土壤改良方式，是生物質（如秸稈、廢棄物、樹枝等）在缺氧條件下經過熱裂解而形成的炭化物，生物炭可改良煙田土壤，降低烤煙土壤改良劑上部葉片煙堿含量，提高煙葉鉀、總糖和還原糖含量，協調煙葉化學成分，成為改良土壤、提高作物產量、增加土壤固碳的多贏措施[4]。何緒生等[5]研究表明，制備生物炭的副產品（木醋液）能協調烤后煙的化學成分、降低煙葉的總氮和煙堿含量以及提高煙株抗病性能。由于生物質材料及炭化條件不同，導致生物炭的養分、性質及其施用方法也必然存在差異，不同植煙區域和土壤類型在選擇生物炭和肥料施用方式和用量也會對其施用效果產生不同影響。筆者探討條施生物炭及不同用量對烤煙生長、土壤理化性狀及經濟性狀的影響，明確條施生物炭對烤煙品質的改良效果及最佳用量，為不同模式下利用生物炭改良煙草連作障礙和提升煙葉品質提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2019年5—10月在河南郟縣安良鎮酸莊村開展，供試烤煙品種為中煙100，試驗基礎土壤理化性質：pH 5.12，有機質14.9 g/kg，全氮0.75 g/kg，全磷0.91 g/kg，全鉀1.92 g/kg，堿解氮98.3 mg/kg，有效磷13.1 mg/kg，速效鉀165 mg/kg，陽離子交換量12.7 cmol （+）/kg。試驗前茬為煙草，烤煙品種為中煙100。供試肥料種類：煙草專用復合肥料（N 10%、P2O5 10%、K2O 20%），腐熟芝麻餅肥（N3%），硫酸鉀（K2O 50%），試驗地肥力均勻一致，地勢平坦，排灌方便。

1.2 試驗設計 采用隨機區組設計，設6個處理。T1：常規施肥（NPK，不施生物炭）;T2：NPK+生物炭1 500 kg/hm2;T3：NPK+生物炭3 000 kg/hm2;T4：NPK+生物炭4 500 kg/hm2;T5：NPK+生物炭6 000 kg/hm2。生物炭在移栽前整地時條施。純氮（N）量為 75 kg/hm2，磷肥為 112.5 kg/hm2，鉀肥為262.5 kg/hm2，N∶P2O5∶K2O為1∶1.5∶3.5，試驗各處理氮、磷、鉀用量保持一致，氮肥70%條施、30%穴施，磷肥全部條施，鉀肥50%條施、20%穴施、30%追施。

每個小區面積72 m2 （4 m×15 m），每小區種植4行，行距120 cm，株距55 cm。每個處理3次重復。選取長勢均勻一致的煙苗進行移栽，其他栽培及田間管理措施按當地優質煙葉生產規范進行。

1.3 樣品采集與分析

于烤煙生長的3個生育期（團棵期，移栽后30 d;旺長期，移栽60 d;成熟期，移栽后90 d），在煙壟上采集2株煙正中位置0 ～ 20 cm土層3個重復的土樣，采用5點法混合均勻后取1/4低溫冷藏帶回室內，鮮樣去雜后測定土壤理化性質及物理性狀，另外部分土樣風干后研磨測養分含量。土壤微生物區系用稀釋平板分離測數法測定;按照文獻[6]的方法測定土壤pH：采用電位法（ZD型酸度計）;堿解氮：堿解擴散法;有效磷：碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法;速效鉀：醋酸銨浸提-火焰光度計法。

1.4 煙株病蟲害調查

煙株病害調查：分別在團棵期、旺長期和圓頂期調查病毒類病害（TMV、PVY）、根莖類病害（黑脛病、根黑腐病）。

1.5 數據處理

采用Microsoft Excel 2003和SPSS 17.0進行數據處理，用Duncans新復極差法進行多重比較不同處理間差異顯著性（P=0.05）。

2 結果與分析

2.1 不同處理對煙株農藝性狀的影響 由表1可知，生物炭不同用量處理顯著促進了煙株生長發育。在團棵期，與對照相比，不同生物炭處理株高的提高幅度為2.1～5.4 cm，葉長分別提高了9.82%、16.49%、13.68%、10.18%，莖圍方面以T3處理最大，為5.8 cm，T4處理表現次之，為5.7 cm，不同生物炭用量處理中以T3處理農藝性狀最佳。在旺長期，株高和莖圍均以T3處理最大，分別達98.4和8.9 cm，與對照相比，株高、葉長和葉寬分別提高了9.70%、10.0%、19.54%，葉寬表現為T3>T4>T5>T2>T1。在圓頂期，株高和莖圍均以T3處理表現最高，為145.9、12.8 cm，與對照相比，株高、莖圍和葉長分別提高了4.44%、13.27%、7.68%，而葉片數在整個生育期不同處理之間均差異不顯著。綜上，T3處理對烤煙株高、葉片數、莖圍及葉面積均有促進作用，能有效促進烤煙生長發育。

2.2 不同處理對煙株發病率的影響 由表2可知，在團棵期，各個處理均有不同程度的根腐病害發生，其中對照發病率最高，為1.5%，T3處理發病率最低。在旺長期，根腐病發病率表現為T1>T2>T4>T5>T3。隨著煙株生育期的不斷推進，到了圓頂期根腐病已十分嚴重，對照根腐病發病率最高，達8%，T2、T3、T4、T5處理根腐病發病率與對照相比分別降低了31.25%、62.5%、43.75%、40.0%，同時，黑脛病開始出現，且發病率也以對照表現最高，為5%，T2處理表現次之。不同生物炭用量處理中根腐病和黑脛病發病率均為T3處理最低，根腐病發病率為3%，黑脛病發病率為2%，表明施用生物炭對根腐病和黑脛病有明顯的防治效果，以NPK+生物炭3 000 kg/hm2的T3處理效果最佳，能降低根腐病和黑脛病的發病率和病情指數。

2.3 不同處理對煙田土壤物理性質的影響 從表3可以看出，土壤含水率隨生育期表現為先增大后減小的趨勢，于旺長期出現峰值，土壤鹽度、土壤電導率、介電常數隨生育期表現為先減小后增大的趨勢，土壤溫度隨生育期表現為不斷減少的趨勢。團棵期，隨生物炭施用量的增加，土壤鹽度、土壤電導率、介電常數呈先增加后降低的趨勢，土壤固相率逐漸下降。T2、T3、T4、T5處理的土壤含水率與對照相比分別提高了8.68%、26.87%、20.43%、13.34%，旺長期，土壤鹽度、土壤電導率、土壤介電常數以T3處理表現最高，為22.33 mg/L、68.2 us/cm、4.62，不同生物炭處理的土壤含水率分別為對照處理的1.05、1.14、1.03和1.05倍。T3處理的總溶解固體含量與對照相比提高了11.87%。圓頂期，施用生物炭處理的土壤含水率與對照處理相比降低了5.35%、5.28%、7.53%、3.24%，隨生物炭施用量的增加，土壤電導率、土壤介電常數先增加后降低，在生物炭3 000 kg/hm2時達到最大值，而土壤溫度和總溶解固體含量呈遞減趨勢。表明施用適量生物炭可以改善土壤水分環境，疏松土壤，優化土壤耕作性能，改善土壤通氣狀況。

2.4 不同處理對煙田土壤養分和pH的影響

由表4可知，生物炭不同用量處理的土壤pH相對于背景值（5.12）存在顯著升高趨勢，高于不施生物炭的對照，其中以T3處理改良效果最好，pH升幅最大，提高了19.73%。土壤有機質含量隨生物炭施用量的增加呈先增加后降低的趨勢，以T3處理土壤有機質含量最高;土壤全氮、堿解氮、速效鉀和有效磷含量隨著生物炭施用量增加而表現出先增加后降低的趨勢。T3處理的土壤全氮、堿解氮、速效鉀和有效磷含量與對照相比分別提高了9.72%、2.41%、6.55%和4.65%，而生物炭的施用對土壤陽離子交換量影響不大。表明施用生物炭對土壤物理特性有明顯的改良效果，可增加土壤對鉀的吸持作用，提升土壤鉀素供應水平。

2.5 不同處理對煙葉經濟效益的影響

由表5可知，生物炭不同用量處理對烤煙產量、產值、均價等經濟性狀指標的影響顯著，施用生物炭處理的產量、產值、均價和中上等煙比例與對照相比均有不同程度提高，其中T3處理煙葉品質最佳且經濟性狀好，較對照產量提升26.14%，產值增加12.69%，中上等煙比例均提升21.08%，T3處理產量、產值、均價和中上等煙比例顯著優于T2、T4、T5處理，表明NPK+生物炭3 000 kg/hm2的T3處理可提高上等煙比例、均價和煙葉產量，提高烤煙產值，對烤煙的經濟效益有積極的促進作用。

3 結論與討論

生物炭是增強農業系統生產力、調控土壤根際生境、減緩煙草連作障礙、促進煙草碳氮代謝及提升煙葉品質的一項重要技術途徑[7-8]。生物炭是具有高度芳香化、熱穩定性和抗分解特性的富含碳元素產物，能有效改良土壤性狀、提高土壤養分有效性、改善土壤微生物多樣性和酶活性以及促進烤煙生長發育[9-10]。不同生物炭用量處理不僅改善了植株的生長狀況，煙株的株高、莖圍及葉面積均有不同程度提高。土壤全氮、堿解氮、速效鉀和有效磷含量隨著生物炭用量的增加而表現出先增加后降低的趨勢，而對土壤陽離子交換量影響不大。與對照比較，T3處理的土壤全氮、堿解氮、速效鉀和有效磷含量分別提高了8.57%、1.68%、2.38%和4.65%。表明施用生物炭可以促進煙株生長發育，為烤煙快速生長提供充足的養分。

施用生物炭能夠明顯改善煙田土壤物理特性，促進煙株對養分和水分的吸收，進而改良連作煙田[11-13]。土壤鹽度、土壤電導率、介電常數隨生育期表現為先減小后增大的趨勢。旺長期，施用生物炭處理的土壤含水率分別為對照的1.05、1.14、1.03和1.05倍。T3處理的總溶解固體含量與對照相比提高了11.87%。圓頂期，施用生物炭處理的土壤含水率與對照處理相比降低了5.35%、5.28%、7.53%、3.24%。可能原因是生物炭的施用改變了土壤的結構，協調了土壤養分，使土壤的透氣性、透水性以及根系的生長環境發生變化。凌天孝等[14]研究表明生物炭與化肥配施對烤煙品質和經濟性狀有顯著影響，不同生物炭用量對烤煙產量、產值、均價等經濟性狀影響顯著，其中生物炭3 000 kg/hm2處理的煙葉品質最佳且經濟性狀好，較對照產量提升26.14%，產值增加12.69%，中上等煙比例均提升21.08%。結果表明，烤煙產量產值并不與條施生物炭用量呈正相關關系，只有科學合理地施用適量的生物炭，才能節約成本，提高煙農收益。因此，在該試驗條件下NPK+生物炭3 000 kg/hm2能夠很好地改善土壤物理性質，提高烤煙的產量和品質，從而提高煙農的收益。

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