不同煙稈生物質炭施用量對烤煙生長及病害發生的影響

賈 孟，王 鐸，李 杰，楊青松，張 云，周 恒， 喻 曦，饒清林，張濟益，陳 燕，白羽祥，王 戈*

(1.云南農業大學 煙草學院，云南 昆明 650201；2.云南省煙草公司 昆明市公司，云南 昆明 650051；3.云南民族大學 民族藥資源化學國家民委-教育部重點實驗室，云南 昆明 650500)

近年來，隨著煙糧矛盾的日益凸顯、烤煙連作年限的逐步延長、大量化肥的不合理施用，致使烤煙生長受限，病蟲害頻發，植煙土壤趨于惡化[1-3]。另一方面，據已有數據顯示，我國每年約產生2.16×106t煙稈廢棄物[4]，大量煙稈的不合理利用嚴重制約著煙草行業的可持續發展。因此，煙葉廢棄物的科學利用和植煙土壤的保育問題亟待解決。

生物質炭(biochar)是由動植物殘體或農林廢棄物等生物質在無氧或厭氧的條件下，經過高溫熱裂解形成的一種多孔的、穩定的黑色物質[5-6]。目前，生物質炭因其巨大的比表面積和強吸附性而備受關注，并作為優質的土壤改良劑被廣泛應用于土壤和農業生產領域[7-8]。生物質炭因其本身的特性，可調節土壤環境、抑制土傳病害的發生，進而發揮其調控烤煙產質量的功能[9-10]。研究表明，施用生物質炭可增強植煙土壤微生物活性，并提高其功能多樣性[11]，以此達到修復土壤，降低土壤中青枯病病原菌數量的作用[12-13]。另有研究發現，生物質炭可顯著提高土壤pH值，并有效抑制了黑脛病菌菌絲的生長，盆栽防治效果達4.35%～46.55%[14]。有研究表明，施用煙稈生物質炭可有效增加烤煙葉長、葉寬和莖圍，而對于有效葉片數和株高均無顯著的促進作用[15]。王歡歡等[16]研究發現，2400 kg/hm2的生物質炭施用量較對照可提高葉面積73.29%、葉綠素相對值(SPAD)57.68%、凈光合速率77.32%、葉面積系數23.48%。

目前，生物質炭在多種作物上已經得到了廣泛的應用[17-19]，不同種類[20]和質量[21]的生物質炭通常成為影響作物生長的主要制約因素，其中又以不同生物質炭施用量影響最大。因此，本研究基于煙稈廢物利用及其生物質炭應用的巨大潛力，采用課題組前期優化的煙稈生物質制備條件，有針對性地開展了不同煙稈生物質炭施用量對烤煙生長及病害發生的影響研究，篩選出了高海拔煙區的最佳煙稈生物質炭施用量，為今后進一步開展煙稈生物質炭的相關研究和科學利用提供了必要的理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

試驗于2019年4月25日～2019年9月1日在云南省宜良縣九鄉彝族回族鄉(N 25°5′21″，E 103°22′9″，海拔2020 m)進行。該地屬南溫帶溫涼層高原型季風氣候。供試土壤為紅壤，土地平坦，排水良好。土壤基礎理化性質：pH值6.64、有機質18.00 g/kg、水解性氮69.43 mg/kg、有效磷10.92 mg/kg、速效鉀142.10 mg/kg。

1.2 試驗材料

烤煙品種為K326，于2019年4月25日移栽。生物質炭由昆明市祿勸生物質炭廠采用鮮煙稈經600 ℃炭化6 h制得?？緹熡谄饓徘皸l施煙草專用復合肥(N∶P2O5∶K2O=12∶14∶24)595 kg/hm2為基肥，并于移栽后25 d內分3次兌水澆施煙草專用追肥(N∶P2O5∶K2O=15∶0∶30)360 kg/hm2。

1.3 試驗設計

以生物質炭施用量為因素，設置4個處理，分別為：A1(0 g/株)、A2(80 g/株)、A3(160 g/株)、A4(240 g/株)。每個處理3次重復，共計12個小區，小區隨機區組排列。每小區不少于50株，行株距120 cm×50 cm，試驗田四周設保護行。

1.4 測定項目及方法

1.4.1 生育期觀察記載 按烤煙生育期調查標準準確記錄移栽期、團棵期、現蕾期、中心花開放期、腳葉成熟期、頂葉成熟期的時間。

1.4.2 農藝性狀調查 分別于移栽后30、60、90 d，按照YC/T 142—2010 煙草農藝性狀調查測量方法進行農藝性狀調查。每個小區隨機定株調查5株，調查內容包括株高、莖圍、有效葉片數、最大葉長、最大葉寬。

1.4.3 SPAD值測定 分別于移栽后30、60、90 d，用SPAD-502型葉綠素測定儀測定各處理中部葉的葉綠素含量。

1.4.4 病害調查 分別于移栽后30、60、90 d，按中華人民共和國行業標準GB/T 23222—2008 煙草病蟲害分級及調查方法進行病害調查。調查內容包括普通花葉病、黑脛病、青枯病的田間自然發病情況，其中：

發病率=(發病株數/調查總株數)×100%；

病情指數=[∑(各級病株×該病級值)/(調查總株數×最高級值)]×100%。

1.5 數據處理與分析

采用Excel 2013軟件對數據進行處理和作圖，用SPSS 23.0軟件進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 不同煙稈生物質炭施用量對烤煙生育期的影響

由表1可看出，各處理移栽期均相同，且隨著生物質炭施用量的逐漸增加，各生育期均呈不同程度的延長趨勢，其中以A3、A4處理較為明顯。

表1 不同煙稈生物質炭施用量對烤煙生育期的影響

2.2 不同煙稈生物質炭施用量對烤煙農藝性狀的影響

2.2.1 對烤煙株高的影響 由圖1可看出，在移栽后30 d，處理株高隨著生物質炭施用量的增加而呈先升高后降低的趨勢，其中以A3處理顯著高于其他處理，A2處理顯著高于A1、A4處理，A4處理因過量的生物質炭施入與A1處理沒有差異；在移栽后60 d，隨著生物質炭施用量的增加，處理株高依然表現為先升后降，但此時以A2處理的表現最優，A3處理次之，A1、A4處理間仍無顯著差異；在移栽后60 d，各處理間差異均不顯著，說明適量的生物質炭施入(80 g/株、160 g/株)可有效地促進煙株前中期的生長，而在后期效果不顯著，且過量的生物質炭施用則不利于煙株生長。

2.2.2 對烤煙莖圍的影響 由圖2可看出，在烤煙移栽后30 d，隨著生物質炭施用量的增加，處理莖圍呈先增后降的趨勢，表現為A3處理最高，A2、A1處理次之，A4處理顯著低于其他處理；在移栽后60 d，A2處理莖圍顯著高于其他處理，A1、A3、A4處理間無顯著差異；而到移栽后90 d，各處理間莖圍均趨于一致，說明適量的生物質炭(160 g/株)有助于前期莖稈細胞分裂增殖，而過量的生物質炭則不利于莖稈生長，在煙株生長中后期A1～A4處理莖圍逐漸趨于一致。

2.2.3 對烤煙最大葉長的影響 由圖3可看出，各時期烤煙最大葉長均隨生物質炭施用量的增加而呈先升高后降低的趨勢，具體表現為：在烤煙移栽后30 d和90 d，A3處理的最大葉長顯著高于其他處理，且A1、A2、A4處理間差異不顯著；而在移栽后60 d，生物質炭對各處理的葉片伸長均無顯著的促進作用。說明160 g/株的生物質炭施用對烤煙葉片生長整體增益效果較為顯著，而過量施用生物質炭則持續抑制葉片生長。

2.2.4 對烤煙最大葉寬的影響 由圖4可知，各時期烤煙最大葉寬均隨生物質炭施用量的增加而呈先升高后降低的趨勢，具體表現為：在烤煙移栽后30 d，A3處理的最大葉寬顯著高于其他處理，A2、A4處理次之，A1處理表現最差；而到移栽后60 d和90 d，仍以A3處理的增益效果最好，A1、A2、A4處理間差異均不顯著。以上結果說明適量的生物質炭施用(160 g/株)對烤煙葉片生長的促進作用較明顯。

2.2.5 對烤煙有效葉片數的影響 由圖5可知，在烤煙移栽后30 d，有效葉片數隨生物質炭施用的增加而呈先升高后降低的趨勢，且以A3處理最高，A2處理次之，A1、A4處理間無顯著差異；而到移栽后60 d和90 d，A2處理均有最多的有效葉片數，其他處理間則無顯著差異。以上結果說明適量的生物質炭(160 g/株)能明顯促進烤煙前期開片，而施用80 g/株的生物質炭則有利于烤煙中后期有效葉片數的累積。

2.3 對烤煙SPAD值的影響

由圖6可知，在烤煙移栽后30 d，A3、A2處理SPAD值顯著高于A1、A4處理；在移栽后60 d，A3處理優勢逐漸凸顯，并顯著高于其他處理，A2、A4處理次之，A1處理表現最差；而到移栽后90 d，各處理間的SPAD值均趨于一致。以上結果說明160 g/株的生物質炭施用對烤煙生長前期葉綠素含量起積極作用，而在烤煙生長后期的作用不顯著。

2.4 不同煙稈生物質炭施用量對烤煙病害發生的影響

2.4.1 對烤煙普通花葉病發病率和病情指數的影響 由圖7和表2可看出，在移栽后30 d和60 d，各處理間普通花葉病發病率及病情指數均無顯著差異，而到移栽后90 d，A3處理的發病率和病情指數顯著低于其他處理。以上結果說明，煙稈生物質炭的施用并不會降低前中期烤煙普通花葉病發病率，而160 g/株的生物質炭施用可顯著地提高烤煙生長后期的普通花葉病抗性。

表2 不同煙稈生物質炭施用量對烤煙普通花葉病病情指數的影響

2.4.2 對烤煙黑脛病發病率和病情指數的影響 由圖8和表3可看出，在移栽后30 d，施用生物質炭的3個處理黑脛病發病率及病情指數均顯著低于A1處理；在移栽后60 d，以A2處理表現最優，其發病率及病情指數顯著低于A1、A3、A4處理；而在移栽后90 d，A3處理則顯著提高了烤煙黑脛病的抗性，A1、A3處理次之，A1處理發病率及病情指數最高。以上結果說明，煙稈生物質炭的施用可對黑脛病有不同程度的防效，80 g/株的生物質炭在烤煙生長中期效果較好，而160 g/株的生物質炭可顯著降低烤煙生長后期黑脛病的發生。

表3 不同煙稈生物質炭施用量對烤煙黑脛病病情指數的影響

2.4.3 對烤煙青枯病發病率和病情指數的影響 由圖9和表4可看出，在移栽后30 d，各處理間青枯病發病率均無顯著差異，而A3處理的病情指數顯著低于其他處理；在移栽后60 d和90 d，A3處理的發病率及病情指數均顯著低于其他處理，A2、A4處理次之，A1處理最高。以上結果表明，生物質炭施用在烤煙生長前期對青枯病的防效尚不明顯，而到烤煙生長中后期，160 g/株的煙稈生物質炭施用可顯著提高烤煙青枯病抗性。

表4 不同煙稈生物質炭施用量對烤煙青枯病病情指數的影響

3 討論與結論

適量的生物質炭施用對烤煙生長起到關鍵性作用[22]。隨著生物質炭施用量的增加，土壤容重逐漸降低，土壤透氣性和結構得到顯著改善，總根尖數、根系活力、根系總表面積也得到不同程度的增加，進而為烤煙的優質適產奠定了基礎[23]。有研究表明，3000 kg/hm2的生物質炭施用抑制了煙株伸長，而施用量為3750 kg/hm2與4500 kg/hm2處理的各農藝性狀指標均優于對照，但在烤煙生長后期生物質炭的增益效果并不顯著[24]。牛玉德等[25]研究發現，在常規施肥的基礎上增施2250 kg/hm2的花生殼炭對烤煙各項農藝性狀指標有最佳的促進作用。這與本試驗研究結果略有不同，即隨著煙稈生物質炭施用量的增加，烤煙各生育期均有不同程度的延長；在烤煙生長前中期，分別以160 g/株和80 g/株的生物質炭最有利于煙株伸長和莖稈增粗，而到后期生物質炭對煙株株高及莖圍方面無顯著促進作用；在最大葉長及最大葉寬方面，均以160 g/株的生物質炭增益效果最強；而對于有效葉片數，80 g/株的生物質炭可有效促進烤煙開片。原因可能為在煙株生長前期，生物質炭明顯改善了土壤環境，間接地促進了煙株的伸長和增粗，而到后期因煙株養分積累完全，致其促進作用逐漸減弱；而對最大葉長、最大葉寬和有效葉片數的作用貫穿始末，原因或為生物質炭持續地促進葉片養分的吸收。但過量的生物質炭可能因為破壞了土壤環境的平衡，導致土壤理化性質大幅度趨向性變化，致使烤煙生長受限。

生物質炭可在不同程度上抑制煙草病害的發生。有研究表明，15000 kg/hm2的稻殼生物炭可顯著降低煙草青枯病發病率，但同時也降低了煙葉產量[26]。沈建平等[27]研究發現，1500 kg/hm2的污泥生物炭降低了27.6%的青枯病發病率。20%比例的煙稈生物質炭施用則可達到46.55%的煙草黑脛病防控效果[14]。而王歡歡[28]研究發現，生物質炭并不能顯著降低煙草普通花葉病的發病率，這與本試驗研究結果相似。即生物質炭在烤煙生長前期和中期對普通花葉病發病率及病情指數并無明顯作用，而在煙株生長后期，僅160 g/株的生物質炭可提高烤煙普通花葉病抗性。但生物質炭施用可顯著降低煙草黑脛病和青枯病的發病率及病情指數，且整體均以160 g/株處理表現最優。究其原因可能是生物質炭具備特殊的物理性質，有利于降低土壤容重，并改變土壤三相比[29]，且可顯著提高土壤pH值、改善酸化土壤[30]、調節土壤微生物區系，進而降低土壤中病原菌含量，抑制了土傳病害的發生[12]，而對于地上部葉片類病害的抗逆效果作用甚微。

綜上所述，施用煙稈生物質炭可促進高海拔煙區烤煙煙株生長和土傳病害的防控，其中整體以160 g/株處理表現最優，而生物質炭施用對于煙草普通花葉病來講并無顯著作用。