高碳基有機肥對烤煙生長發育、病害、化學成分及經濟性狀的影響

張紀利，魏茳越，王 景，劉國順，王新發，黃崇峻，殷全玉，韋建玉

(1.廣西中煙工業有限責任公司，廣西南寧 530001；2.河南農業大學煙草學院/煙草行業煙草栽培重點實驗室/河南省生物炭工程技術研究中心，河南鄭州 450002；3.武漢科技大學理學院，湖北武漢 430081)

煙草是我國重要的經濟作物，近年來，煙葉提質增效及綠色清潔生產已成為煙草行業關注的焦點[1]。然而，在烤煙生產中，長期施用化肥和連作導致煙田土壤環境惡化，肥料利用率低，煙株生長發育不良，病蟲害加重，煙葉的產量和質量下降[2]。生物炭是由生物有機物料在高溫、缺氧條件下裂解形成的一種含碳量極高的產物，具有復雜的孔隙結構和較強的吸附性能，對土壤理化性質、微生物特性、土壤肥力和土壤固碳有一定影響，是一種良好的土壤改良劑[3-6]。

高碳基有機肥是以生物炭為主要原料的有機肥，在植煙土壤改良中應用廣泛[7]。煙草專用高碳基有機肥利用生物質炭改善土壤微生物棲息環境，使微生物菌劑更易在煙草根系周圍定殖[8]，同時富含煙草生長發育所需的各種營養元素和有機質，既具有無污染、無公害、肥效持久、壯苗抗病、改良土壤、提高產量、改善品質等諸多優點，又能克服大量使用化肥、農藥帶來的環境污染、生態破壞和土壤地力下降等弊端[9]。許多研究表明，高碳基有機肥能調節植煙土壤理化性質、改善微生物群落結構和提高植煙土壤微生物的碳源利用能力，同時還有促進烤煙生長、改善烤后煙葉品質的作用[10-11]。

賀州市位于廣西東北部，該地區氣候溫和、雨量充沛，煙草種植歷史悠久，是廣西主要的煙區之一。近年來，隨著長期種植煙草，土壤環境惡化，微生物群落減少，病害發生較為嚴重，導致煙葉的產量和品質下降。為了改善植煙土壤環境，推廣新型肥料是一種重要的改良措施。高碳基有機肥兼具挖掘土壤本身肥力和提高氮肥利用率的雙重效果[12]，因此，本試驗設置在賀州市富川縣研究穴施不同用量的高碳基有機肥對當地煙草生長狀況和經濟產量的影響，以確定該地區高碳基有機肥最佳用量并進行推廣應用。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

烤煙品種為云煙87。試驗所用的高碳基有機肥來自河南惠農土質保育研發有限公司，高碳基有機肥的主要成分及含量為：總養分(N+P2O5+K2O)≥5.00%，有機質(干基)≥45.00%，生物炭≥20.00%，粗脂肪≥1.00%，水分≤20.00%。

1.2 試驗基本情況

田間試驗于2019年在廣西自治區賀州市富川縣木朗村(111.16°E、24.53°N)進行，海拔高度為167 m。試驗地前茬作物為水稻，土壤類型為黃壤土，土壤肥力中等，灌排方便。土壤的基礎肥力狀況為有效磷含量56.44 mg/kg、速效鉀含量 117.11 mg/kg、銨態氮含量18.70 mg/kg、硝態氮含量29.78 mg/kg、pH值7.82、總氮含量0.22%、總碳含量3.49%。

1.3 試驗設計

對照CK為常規施肥，施用煙草專用有機肥(含純N、P2O5、K2O分別為12%、9%、24%)，總施肥量為1 125 kg/hm2，基肥 ∶追肥=3 ∶1，總施氮量為135 kg/hm2，N ∶P2O5∶K2O=1 ∶2 ∶3。在追肥用量和總施氮量一樣的情況下，采用穴施的方式，設置3個高碳基有機肥基肥用量處理，處理1(T1)為 165 kg/hm2，處理2(T2)為330 kg/hm2，處理3(T3)為495 kg/hm2。試驗地采用隨機區組設計，每個處理重復3 次，隨機排列，每個小區0.02～0.03 hm2。種植密度和管理措施跟當地煙草栽培條件一致。

1.4 測定項目與方法

1.4.1 農藝性狀測量 打頂后10 d，對照及每個處理隨機選取10株煙，調查株高、莖圍、葉片數、最大葉長、葉寬和葉面積等農藝性狀。在本試驗中，最大中部葉是指從頂端數12～14張葉，最大上部葉是指從頂端數第8～9張葉。株高是莖基部至莖頂部的高度，莖圍是自下而上第5～6葉位之間莖的周長，葉片數是打頂后莖稈著生的葉片個數，葉長是葉片正面自莖葉連接處至葉尖的直線長度，葉寬是葉面最寬處與主脈的垂直長度。葉面積計算公式：葉面積=葉長×葉寬×0.634 5。

1.4.2 殺青樣采集 打頂后10 d，對照及每個處理隨機選取9株煙，將根上的土用水沖洗干凈。將根、莖、葉分開，在105 ℃下殺青20 min，60 ℃烘至恒質量，分別稱量根、莖、葉的干質量。

1.4.3 根系發育測量 打頂后10 d，每個處理隨機選取3株煙，將根上的土用水沖洗干凈。用根系掃描儀(LA2400 Scanner，Expression 12000XL，Epson)對洗凈的煙根進行根系掃描，分析根系發育情況。

1.4.4 病害統計 依據YC/T 39—1996《煙草病害分級及調查方法》[13]統計成熟期富川煙草主要病害(靶斑病、氣候斑和黑脛病)的發病率及病情指數，發病率=(發病率/調查總株數)×100%，病情指數=[∑(各級病株或葉數×該病級值)/(調查總株數或葉數×最高級指)]×100。

1.4.5 烤后煙葉化學成分及產量、產值測定 統計各處理產量產值，記錄上、中、下3個部位煙葉的分級等級，稱量每個等級的質量，計算各小區的產量和經濟產值。采烤結束后，每個處理取C3F和B2F 2個等級的煙葉樣品，每個等級取50張完整葉片，45 ℃烘干，碾碎過60 目篩子，分析煙葉的化學成分。常規化學成分分析執行煙草行業標準YC/T 161—2002《總氮的測定 連續流動法》、YC/T 159—2019《煙草及煙草制品 水溶性糖的測定 連續流動法》、YC/T 468—2013《煙草及煙草制品 總植物堿的測定 連續流動(硫氰酸鉀)法》、YC/T 162—2011《煙草及煙草制品 氯的測定 連續流動法》)、YC/T 217—2007《煙草及煙草制品 鉀的測定 連續流動法》)，使用連續流動分析儀(PULSE3000，SEAL Analytical)測定。

煙葉分級標準見GB 2635—1992《烤煙》。對于上、中、下3個葉位的煙葉，每個部位所有級別煙葉的質量之和為該部位煙葉的產量，即部位產量=∑部位各級別產量；每個部位所有級別煙葉的質量乘以該級別煙葉的單價之和就是該部位煙葉的產值，即部位產值=∑(部位各級別產量×級別單價)。部位上(中)等煙比例=[部位上(中)等煙產量/部位產量]×100%。

1.5 數據分析

用Excel 2016進行數據初步整理，計算發病率、病情指數、產量、產值，用SPSS 21.0軟件對試驗數據進行方差分析，用數據分析中的比較均值功能，選擇單因素ANOVA功能，進行單因素方差分析。

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，3個高碳基有機肥處理的有效葉數和株高均低于對照CK，有效葉數為CK>T1>T2>T3，CK與T3處理差異顯著；株高為CK>T1>T3>T2，CK與3個高碳基有機肥處理差異顯著。在莖圍上，T3>CK>T2>T1，T3處理與T1差異顯著。對于最大腰葉，CK的葉面積大于3個高碳基施肥處理，尤其是葉長，CK與3個高碳基有機肥處理差異顯著；葉寬為T3>CK>T1>T2，但差異不顯著；腰葉面積為CK>T3>T2>T1，CK與與T1、T2處理差異顯著。對于最大上部葉，葉長為T3>T2>CK>T1，T3處理顯著大于CK和T1，T2與T1處理差異顯著；葉寬為T2>T3>T1>CK，T2和T3處理與CK差異顯著，葉寬增加2 cm及以上；葉面積為T2>T3>CK>T1，T2、T3處理與CK差異顯著。綜合各農藝性狀指標，高碳基有機肥對煙株農藝性狀的影響主要在上部葉上，能促進上部葉開片，T2和T3效果最明顯，對上部葉葉寬有一定促進作用，促進上部葉開片。

表1 不同處理打頂后10 d煙株農藝性狀

2.2 不同處理對煙株根系發育的影響

由表2可知，3個高碳基有機肥處理的根系生長指標均大于CK。T1處理的綜合效果最好，除平均直徑與CK接近外，其他7個指標均顯著高于CK，根長、投影面積、表面積、根體積和分枝數高于T2處理，但差異不顯著，平均直徑顯著低于T2，根尖數和交叉數顯著高于T2。T2處理的綜合效果次之，各項指標均顯著高于CK，平均直徑最高，在根長、表面積、根體積和分枝數4個方面也有較好的效果。T3處理與CK比較接近，8個指標均大于CK，平均直徑、根體積、根尖數和交叉數與CK差異顯著，其它4個指標差異不顯著。綜合以上結果，高碳基有機肥有促進根系發育的作用，尤其是T1處理，綜合效果最好。

表2 不同處理打頂后10 d煙株根系掃描結果

2.3 不同處理對煙株干物質積累的影響

從表3可以看出，3個高碳基有機肥處理的葉干質量顯著低于CK，T1和T2處理均為63.33 g，T3處理稍高。在莖干質量上，3個高碳基有機肥處理顯著高于CK，T2處理最大，達到 37.23 g，T1和T3處理相當。在莖葉干質量上，CK最大，達到107.42 g，T3和T2處理次之，T1處理最小，CK與3個高碳基施肥處理差異顯著。在根干質量上，3個高碳基有機肥處理顯著高于CK，均在41.00 g以上，CK僅為32.52 g。在總干質量上，T2處理最大，T1和T3處理次之，CK較低，T2處理與T3、T1、CK差異顯著。在根冠比上，3個高碳基有機肥處理顯著高于CK。綜合干質量的各個指標，T2處理的效果較好，具有較強壯的根系和莖稈，T1和T3處理整體較小，但根干質量、莖干質量和根冠比均大于對照CK。

表3 不同處理打頂后10 d干物質積累情況

2.4 不同處理對煙株主要病害的影響

在煙葉成熟期，煙區葉斑病發病嚴重，對試驗田進行葉斑病統計，結果如表4所示。從表4可以看出，在發病率方面，靶斑病的發病率較高，發病率均在45.00%以上，與CK相比，3個高碳基有機肥處理的發病率更高，T1和T3處理高于52.00%，T2處理稍低，為49.33%。氣候斑的發病率稍低，CK的發病率最低，為11.33%，3個高碳基有機肥處理的發病率相對較高，達到20.00%左右。分析兩病共患的情況，CK在10.00%以下，T1處理最高，達到19.67%，T2和T3處理稍低，在16.00%左右。因葉斑病發病率較高，完全正常的煙株相對較少，CK的無病率最高，為52.67%，3個高碳基有機肥處理的正常煙株比CK少，T2處理為47.67%，T3和T1更低，分別為43.67%和39.67%。在病情指數方面，3個高碳基有機肥處理的靶斑病、氣候斑和兩病共患的病情指數均顯著高于CK，與發病率的規律相似。綜合以上結果，初步認為高碳基有機肥對葉斑病沒有改善作用。

表4 不同處理葉斑病發生情況

在煙葉成熟期，煙區黑脛病發病嚴重，對試驗田各處理進行黑脛病調查，結果如表5所示。CK煙田的黑脛病發病率較高，達到44.40%，而3個高碳基有機肥處理發病率較低，在5.20%～7.80%之間，T1和T3處理的發病率稍高，分別為7.80%和6.70%，T2處理最低，為5.20%，CK與3個處理差異顯著。在病情指數方面，CK最高，達到32.15，3個高碳基有機肥處理較低，不足10.00，CK與3個處理差異顯著。這些結果表明，高碳基有機肥對預防黑脛病效果顯著。

2.5 不同處理烤后煙葉化學成分分析

一般認為，優質烤煙化學成分的適宜值范圍為總糖含量18%～24%，還原糖含量16%～22%，總氮含量1.5%～3.0%，煙堿含量1.5%～3.5%，鉀含量在2%以上，氯含量0.3%～0.8%，兩糖比 ≥0.9，糖堿比8～12，氮堿比0.8～1.1，鉀氯比≥4。由表6可知，CK與3個高碳基有機肥處理的化學成分中，除氯含量較低外，其他化學成分指標多在優質煙葉適宜指標之內，煙葉質量整體較好。

表5 不同處理黑脛病發生情況

B2F的分析表明，與CK相比，3個高碳基有機肥處理的總糖和還原糖含量高于CK，T2和T3的總糖含量較高，超過23.50%，與CK差異顯著；3個高碳基有機肥處理的還原糖含量均在21.50%以上，與CK差異顯著。3個高碳基有機肥處理的總氮含量顯著高于CK，T1處理最高，與T2、T3處理差異顯著。CK的煙堿含量最高，為2.57%，顯著高于3個高碳基有機肥處理。鉀含量普遍較高，均在2.30%以上，CK最低，而3個高碳基有機肥處理的含量在2.50%以上。氯含量普遍較低，除T3處理的含量稍高，為0.31%，CK與另外2個高碳基有機肥處理的含量均較低，為0.22%～0.24%。在化學成分協調性方面，CK與3個高碳基有機肥處理的兩糖比均在0.94左右，基本沒有差別；糖堿比大小為T3>T2>T1>CK，T3和T2處理的糖堿比在10.00以上，CK僅為8.24；在氮堿比方面，3個高碳基有機肥處理較高，在0.9以上，CK最低，為0.82；CK及3個處理的鉀氯比普遍較高，均在8.00以上。C3F分析結果的變化規律與B2F相似。綜合以上結果，化學成分整體較好，協調性表現為T2>T1>T3>CK(表6)。

表6 烤后煙葉化學成分分析

2.6 不同處理烤后煙葉產量和產值分析

對上、中、下3個部位的烤后煙葉進行分級和稱質量，根據2019年廣西煙葉收購價格計算產值，各個級別的產量、產值及中、上等煙比例情況如表7所示。對于上部葉，在產量組成上，CK以B3F和B4F為主，這2個級別占CK產量的64.63%，3個高碳基有機肥處理的B2F比例最大，B1F和B3F也有較大的比例。在上等煙比例上，3個高碳基有機肥處理均在50.00%以上，顯著高于CK的25.51%，大小為T3>T2>T1>CK。3個處理的中等煙比例在30.00%以下，顯著低于CK的64.63%。在產量上，3個處理顯著高于CK，增加比例分別為19.73%、32.65%和22.79%，T2的產量最高，顯著高于T3和T1。在產值上，CK最低，僅為12 484.50元/hm2，3個處理均在20 000.00元/hm2左右，比CK分別增加了58.31%、95.30%和81.05%。綜合上部葉的結果，高碳基有機肥在一定程度上能增加上部葉的產量，能提高上部葉的產值55.00%以上，上等煙的比例較高，達到50.00%以上，綜合效果為T2>T3>T1>CK。

對于中部葉，在產量組成上，CK以檔次較低的C4F為主，占31.87%，C3F和雜色煙也占有較大比例；3個高碳基有機肥處理均以檔次較高的C3F為主，占38.00%～52.00%，C2F和C4F也有較大的比例，雜色煙比例較低。3個高碳基有機肥處理的上等煙比例均在55.0%以上，顯著高于CK的43.22%，大小為T2>T3>T1>CK。中等煙比例呈相反的趨勢。在產量上，CK與3個高碳基有機肥處理差異不顯著，均在682.00～692.00 kg/hm2之間。在產值上，CK最低，為15 209.00元/hm2，3個高碳基有機肥處理比CK分別增加了13.81%、25.52%和17.69%。綜合中部葉的結果，高碳基有機肥對中部葉的產量有一定的促進作用，能提高中部葉的上等煙比例和產值，各處理綜合表現為T2>T3>T1>CK。

對于下部葉，在產量組成上，CK及3個高碳基有機肥處理均沒有上等煙，中等煙(X3F)的比例也較低，均在10.00%左右，差異不顯著，雜色煙葉較多，均在90.00%左右。產量和產值整體較低，產量在245.00～278.00 kg/hm2之間，差異不顯著；產值小于330.00元/hm2。綜合下部葉的結果，高碳基有機肥對下部葉的產量、產值和中等煙比例有一定的促進作用，但下部葉產量和產值整體較低。

表7 不同處理烤后煙葉產量和產值分析

綜合各部位煙葉的結果，在總上等煙比例上，CK最低，僅為28.79%，3個高碳基有機肥處理較高，均在45.00%以上，顯著高于CK。在總中等煙比例上，CK最高，為41.33%，顯著高于3個高碳基有機肥處理，3個高碳基有機肥處理在25.00%～31.00%之間。與CK相比，3個高碳基有機肥處理的總產量也呈增加的趨勢，增幅在9.80%～14.01%之間，顯著高于CK，總產量的大小為T2>T3>T1>CK。在總產值上，3個高碳基有機肥處理顯著大于CK，增幅在33.63%～56.48%之間，大小為T2>T3>T1>CK。綜合總產量和總產值的結果，T2處理的結果最好，表現為T2>T3>T1>CK。

3 討論與結論

3.1 高碳基有機肥對煙草生長發育的影響

生物炭基肥有促進作物生長的作用，這在大豆[14]、花生[14-15]、番茄[16]、水稻和青椒[17]、玉米[18]、甘蔗[19]等多種作物上得到驗證。近年來，高碳基有機肥在煙草生產上的應用取得了較好的效果，煙草的生長發育狀況是煙葉優質適產的基礎，許多研究認為，高碳基有機肥有促進煙草生長發育的作用，能促進烤煙株高、莖圍、葉長、葉寬和最大葉面積[9，20]；能夠促進烤煙干物質積累[9-10，21-22]。然而，路丹等的研究表明，高碳基有機肥不影響烤煙的株高和單葉質量，但可顯著提高烤煙的莖粗、有效葉片數和最大葉面積[23]。本試驗中，高碳基有機肥對煙株有效葉數、株高、莖圍、最大腰葉面積沒有正向作用，主要影響上部葉，促進上部葉開片，可能的原因是高碳基有機肥前期肥效稍慢，后期雨水較大時，淋溶相對較少，保持肥效充足，從而使上部葉開片較好。高碳基有機肥有促進根系發育的作用，尤其對根長、表面積、根尖數和分枝數4個方面有較大的促進作用；有促進干物質積累的作用，主要促進莖稈和根系的干質量，為培育強壯的煙株提供物質基礎。究其原因，可能是因為高碳基有機肥由生物炭和有機肥混制而成，可充分發揮生物炭具有良好吸附特性和有機肥養分齊全的優點，進而有效調節作物生育期的養分供應狀況，使作物各個生育期的養分供需更加合理，從而促進作物的生長發育。

3.2 高碳基有機肥對煙草病害的影響

煙草是一種易發生病害的作物，常年連作導致煙草發病率逐漸升高，嚴重影響到煙葉的產量和品質。一些研究報道了高碳基有機肥對煙草病害的影響。方明等研究表明，與對照常規施肥相比，高碳基有機肥能提高煙株對青枯病和氣候斑點病的抗性[24]；姚文藝等研究表明，高碳基有機肥能明顯促進烤煙生長，降低烤煙黑脛病、普通花葉病等主要病害的發病率和病情指數[25]；汪坤等研究表明，高碳基有機肥能降低煙草普通花葉病、黑脛病和青枯病的發病率[26]。本研究中，3個高碳基有機肥處理的葉斑病(靶斑病和氣候斑)發病率和病情指數普遍比正常施肥的對照高一些，這可能與2019年6月中旬廣西連續暴雨，導致葉斑病暴發有關，而3個高碳基有機肥處理的煙株發育稍快，煙葉接近成熟，更容易感染葉斑病，這可能是3個高碳基有機肥處理葉斑病發病率稍高的原因。另外，統計發病株時，有輕微癥狀的煙株均按發病株統計，這可能是本試驗中葉斑病發病率較高的一個主要原因。然而，對于黑脛病，3個高碳基有機肥處理的發病率和病情指數極低，而對照組卻大規模發病，這可能與處理組根系發育較好、莖稈較粗壯，抗病性強有關。

3.3 高碳基有機肥對煙葉化學成分的影響

烤后煙葉的化學成分是煙葉質量的重要評價標準之一，多數研究認為，適宜的高碳基有機肥用量能夠改善烤后煙葉化學品質，顯著提高總糖、還原糖和鉀含量[9-10，27-30]；降低煙堿、總氮和氯含量[27，29-31]；有提鉀降氯的作用，使鉀氯比更協調[27，32]；使糖堿比更適宜[27，30]，改善中、上部煙葉化學成分的協調性[21，33]。然而，也有一些研究表明，施用高碳基有機肥能夠有效提高上部葉氯含量、降低煙堿含量[10]，顯著提高中部葉總氮、粗蛋白及煙堿含量，糖氮比、糖堿比及施木克值更接近優質煙葉的適宜值[23]。在本研究中，上部葉(B2F)和中部葉(C3F)的化學成分變化基本一致，高碳基有機肥處理有提高總糖、還原糖和鉀含量的作用，對總氮含量有一定的提高作用，在一定程度上降低煙堿含量，提高糖堿比和氮堿比，這與前人的研究結果[9-10，27-30]基本一致，這可能是因為高碳基有機肥在一定程度上促進了碳水化合物的代謝。對于提高煙葉的協調性，這可能因為高碳基有機肥有較強的生物穩定性，可以改善土壤微生物環境，使土壤養分供應更加協調，進而提升煙葉質量[26]。

3.4 高碳基有機肥對煙草經濟性狀的影響

煙草是一種重要的經濟作物，經濟性狀是衡量試驗效果的重要標準之一，經濟性狀主要包括產量、產值、上等煙比例、中等煙比例等指標。在高碳基有機肥對煙草影響的研究中，通常認為，施用高碳基有機肥可有效提高煙葉產量、產值及中上等煙比例[10，23，25，27，34]，產量可以提高5.15%～26.06%[23]，甚至24.46%[10]，產值提高4.97%～28.41%[23，34]，上等煙比例高出48.84%～61.36%[27]。在本研究中，高碳基有機肥在一定程度上能提高中、上部煙葉的產量，顯著提高產值和上等煙比例，對下部葉的影響較小。然而，在本試驗中，3個處理的中部葉產量與對照CK差別不大，可能的原因是受2019年6月中下旬的大暴雨和颶風的影響，煙田煙葉吹掉情況十分嚴重，尤其中部葉掉落情況特別嚴重。而3個高碳基處理煙葉的落黃稍早，對照CK落黃稍晚，所以高碳基有機肥處理中部葉掉落相對較多。這也可能是導致本試驗產量和產值總體偏低的主要原因。在中部葉產量受到一定影響的情況下，3個高碳基有機肥處理最終獲得較高的產量和產值。對于下部葉，由于陰雨天影響，相比較于往年，采收時間過早，煙葉變黃程度不夠充分，導致青黃煙出現的比例占很大一部分。同時，下部葉靶斑病較為嚴重，嚴重影響烤后煙葉的質量及等級。這些因素嚴重影響下部葉的烤后煙質量，導致X4F的煙葉含量較大，基本沒有出現X2F的煙葉，僅有少量的X3F煙葉。這些因素最終導致對照及3個高碳基有機肥處理下部葉的總體產值較低。

高碳基有機肥能促進上部葉開片，促進根系發育，促進干物質向莖稈和根系積累；對葉斑病沒有改善作用，對預防黑脛病有非常好的效果；能提高煙葉的糖含量和鉀含量，協調煙葉的化學成分；對提高經濟性狀有較好的效果。穴施高碳基有機肥時，330 kg/hm2的用量效果最好，因此，在廣西賀州地區，適宜推廣這種肥料用量。