煙稈生物質炭基肥對連作烤煙生長及質量的影響

陳燕，王鐸，李杰，王戈，王娜，周鵬，杜宇，王興松，方遠鵬，陳貴云，白羽祥

(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)

煙草連作會形成制約其可持續發展的障礙，表現為煙株生長緩慢、病害頻發、產質量低下，土壤質量下降、土壤環境惡化等[1－4]。 而連作障礙的產生涉及因素較多，產生的機理較為復雜[5]，有研究證實，土壤理化性狀和生態環境惡化是主要的障礙因子[6]。 因此，消減連作障礙可從提高土壤質量方面入手。 有研究表明，秸稈生物質炭因獨特的多孔結構，具有豐富的表面官能團及龐大的比表面積，有很強的吸附性，能改善土壤理化性狀，增加土壤有機碳含量，在緩解連作障礙、促進作物生長方面具有顯著效果[7－9]。 而生物質炭基肥是以生物質炭為養分緩釋載體，將化肥與養分載體有機結合而制成的肥料，不僅能發揮生物質炭對土壤物理、化學和生物特征等方面改良的優點，又可持續不斷地向植株供應養分，具有緩釋和固碳的雙重功能[10]，在提高土壤肥力和生產力方面發揮著至關重要的作用，有利于促進可持續農業發展[11，12]。 前人研究表明，不同類型生物質炭基肥的施用可提高番茄[13]、青椒[14]、小白菜[15]等蔬菜的產質量；劉煒[16]研究發現，施用紫云英炭基肥可顯著提高水稻產質量；李正東等[17]的研究表明，花生殼炭基肥對小麥產量的提升效果優于小麥秸稈炭基肥。

目前生物質炭在農業土壤環境改良方面的應用效果已然成為國內外研究熱點，但關于煙稈生物質炭基肥對烤煙生長發育的影響研究甚少。 因此本試驗通過對比不同用量煙稈生物質炭基肥處理下的連作烤煙農藝性狀、產質量及化學成分等指標，初步探討在連作植煙土壤中施用煙稈生物質炭基肥對烤煙生長發育及產質量的影響，明確提高連作烤煙產質量的最適用量，為今后利用炭基肥緩解烤煙連作障礙、實現煙葉可持續生產提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2020 年4—9 月在云南省宜良縣竹山鎮進行(24°37′58″N、103°7′51″E，海拔1 650 m)。試驗地為已連作7 年的紅壤土，地勢平坦，排水良好。 耕層土壤基本理化性狀:有機質含量31.27 g/kg、全氮1.45 g/kg、堿解氮125.26 mg/kg、全磷0.82 g/kg、有效磷21.52 mg/kg、全鉀17.85 g/kg、速效鉀275.7 mg/kg，pH 值6.36。

1.2 試驗材料

試驗用生物質炭由昆明市祿勸生物質炭廠生產(鮮煙稈經600℃炭化6 h 制得)。 生物質炭基肥是利用混合造粒法[18]將氮磷鉀復合肥(N ∶P ∶K ＝16 ∶6 ∶24)和煙稈生物質炭粉碎后加入改性玉米淀粉黏結劑[19]，制成3.00～8.00 mm 顆粒，復合肥和煙稈生物質炭比例為5%∶95%。 煙稈生物質炭基肥于移栽前施入，對照按當地常規施肥，不施用生物質炭基肥。 烤煙品種為紅花大金元，于2020年4 月22 日采用膜下小苗移栽。 移栽后施用煙草專用肥(N ∶P2O5∶K2O ＝15 ∶0 ∶30)300 kg/hm2，分3 次追施。

1.3 試驗設計

采用隨機區組設計，以不施煙稈生物質炭基肥為CK，設置3 個不同用量生物質炭基肥處理，分別為300 g/株(T1)、500 g/株(T2)、600 g/株(T3)。 每處理重復3 次，共計12 個小區。 每小區種植烤煙不少于100 株，行株距120 cm× 50 cm。 試驗地四周設保護行。 栽培管理措施均按照當地優質烤煙生產技術規范進行。

1.4 測定項目及方法

1.4.1 生育期觀測 按生育期調查標準準確記錄烤煙移栽期、團棵期、現蕾期、中心花開放期、腳葉成熟期、頂葉成熟期的日期。

1.4.2 農藝性狀 于烤煙移栽后30、60、90 d，按照YC/T 142—2010 的方法分別進行農藝性狀調查，每處理隨機選取10 株，調查煙株株高、莖圍、有效葉片數、最大葉長葉寬。

1.4.3 病害調查 于烤煙移栽后30、60、90 d，按GB/T 23222—2008 中的煙草病蟲害分級及調查方法對各處理煙株進行病害調查。 調查烤煙普通花葉病和黑脛病發病率。

1.4.4 烤后煙葉外觀質量評測 烘烤結束后，每處理隨機選取C2F 等級煙葉各1 kg，依據GB 2635—92 的方法進行外觀質量鑒定，主要包括顏色、成熟度、結構、身份、油分、色度，并依據煙葉外觀質量評分標準[20]對各處理煙葉評分。

1.4.5 烤后煙葉化學成分測定 烘烤結束后，每處理采集C2F 等級煙葉各1 kg 進行化學成分分析。 參照YC/T 159—2002 的方法測定總糖和還原糖含量，YC/T 161—2002 的方法測定總氮含量，YC/T 160—2002 的方法測定煙堿含量，YC/T 217—2007 的方法測定鉀含量，YC/T 162—2002的方法測定氯含量。 計算糖堿比、氮堿比及鉀氯比。

1.5 數據處理與分析

采用Microsoft Excel 2017 對試驗數據進行整理、作圖，采用SPSS 27.0 進行統計分析及差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 不同用量煙稈生物質炭基肥對連作烤煙生育期的影響

由表1 看出，施用煙稈生物質炭基肥可延長烤煙生育期，且隨炭基肥用量的增加，各生育期均有不同程度的延長，其中以T2、T3 處理較為明顯。

表1 不同用量煙稈生物質炭基肥對連作烤煙生育期的影響(月/日)

2.2 不同用量煙稈生物質炭基肥對連作烤煙農藝性狀的影響

2.2.1 對連作烤煙株高、莖圍的影響 由圖1A看出，施用煙稈生物質炭基肥可顯著促進中后期煙株生長，且隨炭基肥用量的增加，各處理株高呈先升后降趨勢。 在烤煙生長前期，各處理無顯著差異，而在生長中后期，T2 處理株高顯著高于其他處理，說明中等用量炭基肥對株高促進作用最強。

圖1 不同處理煙株各時期株高和莖圍

由圖1B 可以看出，施用煙稈生物質炭基肥的3 個處理莖圍均高于CK。 移栽后30、90 d，T2 處理表現最佳；移栽后60 d，隨著炭基肥施用量的增加，各處理莖圍呈逐漸增大趨勢，但T1、T2、T3 處理間差異不顯著。 移栽后90 d，T2 處理莖圍最粗，T3 處理次之，T1 與CK 處理間無顯著差異。 說明500 g/株的炭基肥施用量更有利于煙株莖稈增粗。

2.2.2 對連作烤煙最大葉長、最大葉寬的影響由圖2A 可知，施用煙稈生物質炭基肥促進煙株葉片伸長。 具體來看，在烤煙生長前期，最大葉長隨炭基肥施用量的增加整體呈上升趨勢，其中以T3 處理表現最優，顯著大于CK；在烤煙生長中期，3 個炭基肥處理最大葉長均顯著高于CK，而處理間差異不顯著；在烤煙生長后期，以T2 處理表現最優，與CK 差異顯著。 整體來看，施用500 g/株炭基肥可有效促進烤煙葉片伸長。

圖2 不同處理煙株各時期最大葉長、最大葉寬

由圖2B 可知，施用煙稈生物質炭基肥對烤煙葉寬具有明顯的促進作用。 在烤煙生長前期，T2 處理的促進作用最明顯，CK、T1、T3 處理間無顯著差異；在烤煙生長中后期，隨炭基肥施用量的增加，最大葉寬呈先增大后減小趨勢，與CK 相比，炭基肥處理T2 對葉寬的促進效果達顯著水平。 以上結果說明500 g/株炭基肥施用量更利于烤煙葉片生長。

2.2.3 對連作烤煙有效葉片數的影響 由圖3可以看出，烤煙移栽后30、60 d，各處理間有效葉片數無顯著差異；移栽后90 d，T3 處理的有效葉片數高于其他處理，且僅與T1 處理差異顯著。 整體來看，施用煙稈生物質炭基肥對煙株有效葉片數影響不大。

圖3 不同處理煙株各時期有效葉片數

2.3 不同用量煙稈生物質炭基肥對烤煙主要病害發生的影響

由圖4A 可知，施用炭基肥對煙草普通花葉病具有明顯的抑制作用，隨炭基肥施用量的增加，普通花葉病發病率先降低后增加，在烤煙生長前中期對煙草普通花葉病的抑制作用最為明顯。 整體來看，T2 處理煙株在整個生育期發病率最低。

圖4 不同處理煙株各時期普通花葉病、黑脛病發病率

由圖4B 可知，施用煙稈生物質炭基肥降低煙草黑脛病發病率。 具體來看，在烤煙移栽后30、60 d，抑制效果最為明顯，3 個炭基肥處理煙株發病率均顯著低于CK，其中生長60 d 時T1、T2處理較低，且兩個處理間無顯著差異；移栽后90 d，煙草黑脛病發病率隨炭基肥施用量的增加呈先下降后上升趨勢，T2 處理發病率最低，顯著低于CK，T1、T3 處理次之，但處理間無顯著差異，CK發病率最高。 以上結果表明炭基肥施用量500 g/株能有效抑制黑脛病的發生，但施用過量則抑制效果減弱。

2.4 不同用量煙稈生物質炭基肥對連作烤煙產質量的影響

2.4.1 對連作烤煙經濟性狀的影響 由表2 可知，施用生物質炭基肥顯著提高煙葉產質量，其中產量、均價、產值和中上等煙比例隨炭基肥施用量的增加均呈先升后降趨勢，均以T2 處理表現最優，其中產量、產值和均價方面，T2 、T3 處理較高，且處理間無顯著差異。 相較于CK，T2 處理產值增長34.77%，T3 增長27.11%；從中上等煙比例來看，T2 處理顯著高于其他處理，其他處理間無顯著差異。 以上說明施用煙稈生物質炭基肥對提高煙葉產質量具有積極作用，但超過一定范圍后促進效果降低。

表2 不同用量煙稈生物質炭基肥對烤煙經濟性狀的影響

2.4.2 對連作烤煙外觀質量的影響 由表3 可知，在成熟度方面，各處理均達到成熟，以T2 處理分值最高，但與T3 無顯著差異，而顯著高于CK及T1 處理，后兩者間無顯著差異；在顏色方面，各處理表現一致，但施用炭基肥處理的分值均顯著高于對照，且處理間無顯著差異；對于葉片組織結構、身份和油分而言，均以T2 處理表現最優，且分值高于其他處理，與CK 差異顯著，CK 身份稍薄，油分欠佳。 綜合來看，T2 處理總分最高，T3 處理次之，CK 最低。 以上結果說明，煙稈生物質炭基肥可有效提升煙葉外觀質量，且隨施用量的增加，外觀質量評分呈先升高后降低趨勢，其中以T2 處理提升效果最為顯著。

表3 不同處理烤后煙葉主要外觀質量分析

2.5 不同用量煙稈生物質炭基肥對烤煙化學成分的影響

王彥亭等[21]提出的優質煙葉標準為: 煙堿2.20%～2.80%、總氮2.00%～2.50%、還原糖18.00%～22.00%、鉀≥2.50%、淀粉≤3.50%、糖堿比8.50～9.50、氮堿比0.95～1.05、鉀氯比≥8.00。 由表4 可知，3 個炭基肥處理各項指標(T1 糖堿比除外)均在優質煙葉標準范圍內，其中總糖、還原糖、鉀含量和糖堿比、鉀氯比均隨炭基肥施用量的增加而呈先升后降趨勢。 與CK 相比，施用炭基肥可降低煙堿含量，提高氮堿比，但各處理間差異不顯著；還原糖和糖堿比方面，T1、T2、T3 處理顯著高于CK；鉀含量方面，以T2 處理最高，T3、T1 處理次之，CK最低；氯含量方面，各處理間無顯著差異，且鉀氯比也無顯著差異。 綜合來看，施用煙稈生物質炭基肥的T2 處理最利于連作烤煙化學成分的協調穩定。

表4 不同處理烤后煙葉化學成分分析

3 討論與結論

煙稈生物質炭基肥既實現了煙稈廢棄物的利用[22]，又能根據煙株需肥特點持續供應養分[23]，在改良土壤理化性質的同時，也促進煙株對養分的吸收利用，大幅提升連作植煙土壤質量，提高持續生產能力。 陳重軍等[24]研究表明，添加煙稈生物炭可降低土壤總氮、總磷的流失。 解秋等[25]對玉米施用復配炭基肥的研究發現，40%木醋液炭基肥可提高氮素利用率23.49%，顯著提高苗期玉米的農藝性狀。 孫櫻萁等[26]對黑麥草的研究發現，炭基肥中生物炭含量達61.6%，可有效促進其生長。 呂澤先[27]在玉米和水稻試驗中發現，與只施用生物質炭處理相比，施用生物質炭基肥能獲得更好的經濟收益。 本研究結果顯示，煙稈生物質炭基肥可在一定程度上延長烤煙生育期，有利于煙葉中總糖、還原糖、鉀等營養成分的積累，尤其在團棵期和現蕾期表現較為明顯。 同時炭基肥對烤煙株高、莖圍、最大葉長葉寬均有一定的促進作用，且整體以500 g/株施用量效果最佳，但對有效葉片數的影響不大。 究其原因可能是煙稈生物質炭基肥可消除生物質炭養分低的缺點，同時化肥可借助生物質炭緩慢釋放[23]，從而促進移栽后煙株早生快發，在生長中期對煙株促進作用最為明顯。

連作導致煙株病害發生嚴重。 本研究通過對該地塊發病嚴重的煙草花葉病和黑脛病進行調查發現，煙稈生物質炭基肥對這兩種病害具有很好的抑制作用，尤其是在烤煙生長前中期防治效果明顯。 這可能是因為生物質炭基肥改善了根際土壤微環境，促進煙株根系生成，加強煙株對礦質營養的吸收，提高了抗病性。

烤煙連作障礙的表現之一是土壤養分含量失調，連年施用化肥且施用過量不僅會造成肥料損失、效益低下，同時也會導致土壤退化，降低產質量[28]。 通過利用兼具緩釋性能[29]和土壤改良功效的生物質炭基肥可有效緩解連作障礙。 王曉強等[30]研究表明，在減施氮肥的基礎上配施生物炭基肥，可顯著提高烤后煙葉的兩糖含量， 降低煙堿和總氮含量， 使糖堿比和鉀氯比增高。 本研究中，施用煙稈生物質炭基肥的烤后煙葉總氮含量增加，而煙堿含量下降，處理間無顯著差異。 這可能是煙株吸收的氮肥用于合成煙堿較少，而更多的用于促進煙株莖稈加粗，葉片伸長等方面。 同時肖和友等[31]的研究也有類似結論:隨著添加生物質炭試驗年限的延長，煙葉總糖、還原糖、總氮含量和氮堿比、糖堿比升高，而煙堿、氯含量和糖氮比降低。 臧清波等[32]發現生物質炭基肥對玉米品種先玉335 的增產效果最佳，增幅高達24.32%。本研究結果與其類似，中等施用量的煙稈生物質炭基肥對紅花大金元烤煙產值增幅可達34.77%。

綜上，在本試驗條件下，煙稈生物質炭基肥可促進連作煙株生長，降低煙草花葉病和黑脛病發病率，提高烤后煙葉外觀質量、產量及化學成分協調性，且整體以500 g/株用量效果最佳。