水改性生物炭及其浸提液對烤煙生長發育的影響

摘要 為探究水改性生物炭及其浸提液對烤煙生長發育與品質的影響，采取室外盆栽方式，設6個處理，新鮮生物炭（X0）、水改性生物炭（WZ）、水改性生物炭浸提液原液（W0）、水改性生物炭浸提液稀釋50倍（W50）、水改性生物炭浸提液稀釋100倍（W100）、常規施肥（CK）。結果表明：施用水改性生物炭和不同倍數的浸提液能夠促進烤煙農藝性狀、干物質積累量、煙株氮磷鉀積累量等指標提升。在烤煙團棵期，WZ處理的株高和最大葉長，較CK分別增加了75.85%和20.58%，其根和葉積累量較CK分別增加89.05%和61.27%；在烤煙旺長期，WZ處理烤煙根、莖、葉生物量積累量較CK分別增長了33.89%、41.15%、46.50%；在煙株現蕾期，根體積以X0處理最優，較CK增長了69.91%；WZ處理煙株主根長達到最大值54.13 cm，較CK增長16.84%，且達到顯著差異；除W0處理外，其余處理煙株根系活力均顯著高于CK；W100處理的葉片氮積累量較X0處理提高了26.72%，磷積累量較CK提高118.18%；WZ處理根、葉及整株煙的鉀積累量最高，與CK相比均達到顯著差異，其中根和葉的鉀積累量較對照組分別提升37.50%和86.09%，而浸提液不同稀釋處理間葉片鉀積累量差異不顯著。直接施用水改性生物炭固體和浸提液可促進烤煙生長，提高產量和質量。

關鍵詞 水改性生物炭；浸提液；煙葉品質

中圖分類號 S 572 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2024）20-0127-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.20.032

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Effects of Water-modified Biochar and Its Extract on the Growth and Development of Flue-cured Tobacco

LI Guo-wei LI Yi-ke LIU Gang3 et al

（1.College of Tobacco，Yunnan Agricultural University，Kunming，Yunnan 650201；2.Qingzhen Branch Company of Guiyang Tobacco Company，Qingzhen，Guizhou 551400； 3.Luzhou Branc_{e75d0a507fe92652f30d45e4cb4a7c49}h of Sichuan Provincial Tobacco Company，Luzhou，Sichuan 646600）

Abstract In order to explore the effects of water-modified biochar and its extract on the growth and quality of flue-cured tobacco，six treatments were set up in this study，fresh biochar （ X0 ），water-modified biochar （ WZ ），water-modified biochar extract stock solution （ W0 ），water-modified biochar extract diluted 50 times （ W50 ），water-modified biochar extract diluted 100 times （ W100 ），conventional fertilization （ CK ）.The results showed that the application of water-modified biochar and different multiple extracts could promote the improvement of agronomic traits，dry matter accumulation，nitrogen，phosphorus and potassium accumulation of flue-cured tobacco.In the rosette stage of flue-cured tobacco，the plant height and maximum leaf length of WZ treatment increased by 75.85% and 20.58% respectively compared with CK treatment，and the accumulation of root and leaf increased by 89.05% and 61.27% respectively compared with CK treatment.In the vigorous growth period of flue-cured tobacco，the biomass accumulation of root，stem and leaf of flue-cured tobacco in WZ treatment increased by 33.89%，41.15% and 46.50% respectively compared with CK treatment.At the squaring stage of tobacco plants，the root volume of X0 treatment was the best，which increased by 69.91% compared with the control treatment.The main root length of tobacco plants treated with WZ reached the maximum value of 54.13 cm，which was 16.84% higher than that of CK treatment，and reached a significant difference.Except for W0 treatment，the root activity of tobacco plants in other treatments was significantly higher than that in CK treatment.The leaf nitrogen accumulation of W100 treatment was 26.72% higher than that of X0 treatment，and the phosphorus accumulation was 118.18% higher than that of CK treatment.The potassium accumulation in root，leaf and whole plant of WZ treatment was the highest，which was significantly different from that of CK.The potassium accumulation in root and leaf increased by 37.50% and 86.09%，respectively，compared with the control group.There was no significant difference in potassium accumulation in leaves among different dilutions of extract.The direct application of water modified biochar solid and extract could promote the growth of flue-cured tobacco and improve the yield and quality.

Key words Water-modified biochar;Leaching solution;Tobacco quality

生物炭（Biochar）是一種在氧氣有限的環境中從生物質熱化學轉化中產生的多功能固體碳質材料，具有密度低，比表面積高、穩定性強等特點［1］。目前，其主要用作農業、畜牧業、園藝和環境領域的土壤改良劑［2-3］。但為了獲得理想的有效反應，往往需要投入相對大量的生物炭，這不僅增加了作物改良受益者的成本，還會限制其更廣泛的應用［4-5］。因此，為了實現生物質炭的有效利用，獲得多種效益，以生物質炭為原料制作的產品類型及數量也在與日俱增［6-7］。其中新崛起的主要生物質炭產品有改性生物炭及其浸提液［8-9］。

生物炭的改性是指通過物理、化學或者生物途徑來改良生物炭的物理化學性質，使原生物炭的孔隙度和表面積增大，表面負載容量提升的一種技術手段，一般包括表面結構改性和表面化學改性［10-11］。目前，改性生物炭在環境污染物、重金屬離子的吸附性能及機理方面的研究較多［12-13］，但在農業生產的應用上研究卻較少，因此，除了作為性能優秀的土壤改良劑，改性生物炭在農業上的利用途徑還有待開發［1 14］。基于此，該試驗以稻殼生物炭為原料，通過去離子水對其改性，制備出改性生物炭和浸提液做盆栽試驗，分析增施改性生物炭與罐施浸提液對烤煙生長的影響，進而初步評估改性生物炭與浸提液應用到煙草的整個生產過程中的可行性，以期為優質煙葉的生產及改性生物炭的有效利用提供理論依據和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗時間及地點

試驗于2022年3—8月在云南省昆明市盤龍區云南農業大學盆栽試驗場進行。該地經緯度為102°75′E，25°13′N，海拔1 943 m。盆栽試驗土壤pH 5.27、有機質含量68.15 g/kg、堿解氮277.34 mg/kg、速效磷76.80 mg/kg、速效鉀363.82 mg/kg。

1.2 供試材料

試驗新鮮生物炭為稻殼生物炭（400 ℃厭氧制得），購自河南立澤環保科技有限公司；供試烤煙品種為K326，由玉溪中煙種子有限責任公司供種。供試肥料：施復合肥（N∶P2O5∶K2O=16∶5∶28）。

1.3 試驗設計與方法

1.3.1 水改性生物炭與浸提液的制備。

將新鮮生物炭粉碎，過60目篩網，按照生物炭鮮重與浸提劑1∶25的體積比例（即1 g生物炭配25 mL去離子水）混合，在（25±2）℃、100 r/min的旋轉搖床上振蕩24 h，過濾分離后上層清液用0.22 μm有機系尼龍微孔濾膜經循環水式真空泵抽濾，濾液則轉移至聚乙烯塑料瓶中后置入4 ℃冰箱冷藏保存以待后續試驗。固體殘渣則置于室內自然風干，置入密封袋備用。

1.3.2 盆栽試驗設計。

盆栽試驗于云南農業大學后山試驗場進行，試驗處理如表1所示，每個處理重復15株，每個重復為1盆，總計90盆，按照施純氮105 kg/hm2計，生物炭施用量為136.36 g/株，在移栽前需將復合肥、生物炭與土壤充分混合。浸提液各處理組以灌根的形式施入，以7 d 1次、連續49 d，每株每次200 mL的頻率，其余處理則灌等量清水。

1.3.3 測定指標。

1.3.3.1

農藝性狀調查。

按照煙草行業標準YC/T 142—2010《煙草農藝性狀調查測量方法》進行農藝性狀調查。在移栽后的30、60和90 d時，每個處理隨機測量6株，測定的內容包括株高、莖圍、有效葉片數、節距、最大葉長、最大葉寬及最大葉面積。

1.3.3.2 生物量測定。

將所選煙株以莖基為中心把周圍 20 cm 根系帶土取出，將根系清水沖洗干凈后，將地上部分與煙株根系分開，再用吸水紙吸干根系表面的水分，分成根、莖、葉，于 105 ℃殺青 30 min，隨后在 75 ℃烘干至恒重，稱量各器官干重，計算單株重。

1.3.3.3 根系測定。

煙株生長至現蕾期時，每個處理隨機測量6株長勢一致的烤煙，測定其根系體積、主根長及活力。以莖基為中心將周圍30 cm根系帶土取出，沖洗干凈后用吸水紙吸去根表面的水分，用排水法測定根系體積，根系活力測定方法采用紅四氮唑（TTC）比色法。

1.3.3.4 氮、磷、鉀含量測定。

于烤煙現蕾期，分別采集煙株葉、莖和根。葉片一次性采集；采集煙根時，先將煙株地上部分切除，后將煙根及周圍土壤一同挖起，盡量保證根系的完整，小心抖落松散泥土后置于尼龍網袋中，室內靜水清洗后晾干。煙株葉、莖和煙根分開后分別置入烘箱中105 ℃殺青30 min，然后在80 ℃下烘干至恒重，分別獲取煙株根、莖、葉生物量，并檢測根、莖、葉中的氮、磷、鉀含量，檢測方法按照NY/T 2017—2011《植物中氮、磷、鉀的測定》執行。煙株氮（磷、鉀）積累量計算公式：

根（莖、葉）的氮 （磷、鉀）累積量=氮 （磷、鉀） 含量×積累量

1.3.4 數據處理。

采用Excel 2019軟件對數據進行統計處理，SPSS 25.0軟件進行差異顯著性分析，Origin 2021軟件制圖。

2 結果與分析

2.1 水改性生物炭及其浸提液對烤煙農藝性狀的影響

如表2所示，在團棵期，水改性生物炭與浸提液對烤煙農藝性狀各指標均有促進作用，WZ處理的株高和最大葉長顯著高于CK，較其分別增加了75.85%和20.58%；煙株有效葉片數以W0處理最優，相比CK與X0分別增加了25.71%與7.32%；W100處理的最大葉面積最大，較對照增大69.89%，且顯著高于CK、W0和W50處理。在移栽旺長期，WZ、W0、W100處理的最大葉長顯著高于CK;水改性生物炭與浸提液各處理最大葉面積均顯著高于對照，以W100處理葉面積最大，較CK增長了28.20%。

2.2 水改性生物炭及其浸提液對烤煙生物量的影響

由表3可知，移栽團棵期，與CK相比，X0處理烤煙的根、莖、葉與總干質量分別增加了88.57%、110.73%、60.09%和69.10%；WZ處理煙株的根、莖、葉與總干質量分別增加了89.05%、113.56%、61.27%和70.36%；改性生物炭浸提液不同處理烤煙各部分干物質積累量均高于對照，其中稀釋50倍W50處理效果較好，較CK分別提高了64.76%、43.50%、41.32%和44.52%。移栽旺長期在烤煙各部分干物質積累量上，各處理顯著優于對照，以WZ處理最佳，烤煙根、莖、葉與總干質量較CK分別增長了33.89%、41.15%、46.50%和41.80%，較X0處理根、葉、總干質量增長了3.22%、3.91%、2.34%，莖干重部分降低了1.65%；而較W50處理根、莖、葉與總干質量分別增加1.23%、1.16%、1.08%和1.14%。從整株煙株干物質積累量來看，促進從大到小依次是水改性生物炭>新生物炭>水改性生物炭浸提液。

2.3 水改性生物炭對煙株葉片SPAD值的影響

由圖1可知，水改性生物炭與浸提液處理葉片SPAD值均高于新生物炭，且顯著高于對照組，水改性浸提液隨著稀釋倍數的增加葉片SPAD值整體呈上升趨勢，W50處理時SPAD值達到最大值，且顯著高于X0與CK處理，同比分別增加27.65%和46.38%。說明經水改性生物炭后，固液產物均對烤煙葉片SPAD值產生促進影響。

2.4 水改性生物炭及其浸提液對烤煙根系的影響

2.4.1 不同處理對煙株根體積及根長的影響。

由圖2可知，煙株達到現蕾期時，施加生物炭與水改性生物炭不同處理煙株根體積均顯著高于對照組，以X0處理最優，其次是W50處理，相比CK處理，煙株根體積分別增長69.91%和45.96%。WZ處理時煙株主根長達到最大值54.13 cm，較CK處理增長16.84%；W100處理煙株主根長略低于CK處理，同比降低了7.80%。

2.4.2 不同處理對烤煙根系活力的影響。

由圖3可知，除W0處理外，其余處理煙株根系活力均顯著高于CK處理，X0處理煙株根系活力最高，其次是W50處理，較對照分別增加30.48%和28.03%，其中水改性生物炭浸提原液根系活力略低于對照組，但差異不顯著，相比對照降低了5.86%，說明水改性浸提液原液噴施對烤煙根系活力并無促進作用，需經稀釋一定倍數后促進效果才明顯加強，增施新生物炭與水改性生物炭均具有促進煙株根系活力的作用。

2.4.3 不同處理對烤煙氮磷鉀積累量的影響。

如圖4a所示，水改性生物炭及浸提液各處理的烤煙整株氮積累量均顯著高于對照處理，其中WZ處理根的氮積累量最高，較CK、X0處理分別提高了91.11%和45.76%，且均達到顯著差異，

隨著浸提液稀釋倍數的增加根氮積累量也增加，但處理間差異不顯著；烤煙莖氮積累量在W50處理時達到最大值，較CK處理增加129.63%；W100處理的葉片氮積累量最高，顯著高于其他處理，較X0處理提高26.72%，隨著浸提液稀釋倍數的增加葉片氮積累量也顯著增加。如圖4b所示，水改性生物炭浸提液不同處理整株煙磷積累量均高于WZ處理，且隨著稀釋倍數的增加磷積累量增加。以W100處理的煙株葉片磷積累量最高，較WZ和CK處理分別提高了33.33%

和118.18%，且達到顯著差異。如圖4c所示，WZ處

理根、葉及整株煙的鉀積累量最高，與CK相比均達到顯著差異，其根和葉的鉀積累量較對照組分別提升37.50%和86.09%，浸提液不同處理間葉片鉀積累量差異不顯著。說明水改性生物炭與浸提液整體上均可促進煙株各部分對氮磷鉀積累量的吸收，且改性生物炭比新生物炭對煙株氮和鉀的積累促進效果更好。

3 討論

煙葉的農藝性狀與干物質積累量是衡量煙株生長產質量狀況的重要指標。研究表明，增施改性生物炭或者噴施一定稀釋倍數的改性浸提液后，可有效提高農作物的產量和質量［15-16］，筆者試驗研究結果與上述研究結果總體一致，在整個烤煙生育期中，水改性生物炭與浸提液對烤煙農藝性狀、葉綠素含量、干物質積累量等各指標均存在促進作用。但總體上，在各處理中，改性生物炭固體處理對烤煙生長正向效應優于浸提液處理，而經稀釋50、100倍數的浸提液處理要優于浸提液0倍處理。這可能是因為生物質在控氧環境下制成生物炭過程中產生的生物油具有一定的生物毒性，從而抑制煙株的生長，而這些有毒物質具有一定的水溶性，隨稀釋倍數的增加其毒性降低，且浸提液中正效應因子（如丁烯酸內酯）的作用掩蓋掉了負效應因子［17-18］。但也有研究表示，生物炭可溶性有機分子對會對植物生長產生負面影響，包括生物量、葉面積和植物高度的減少等［19-20］，這與筆者試驗結果不一致。這可能是因為來自不同原料的生物炭中含有的毒性物質種類、性質和含量以及正向效應因子等均存在較大差異所導致［21］。另外，筆者試驗研究結果顯示，施加改性生物炭與浸提液不同處理（W0除外）均促進煙株根系的生長，其根系活力明顯提高，根體積也顯著優于對照組，但主根長與對照相比差異不明顯（W100除外），且浸提液各稀釋處理主根長整體表現＜CK，這說明改性生物炭與浸提液主要促進烤煙根系橫向側根的生長，從而增加其根系體積以及干物質含量，進而提升烤煙整體的外觀與內在質量。該試驗結果還發現，增施水改性生物炭及其浸提液可提高烤煙各部位氮磷鉀積累量，與前人研究一致［22-23］。

4 結論

增施水改性生物炭和灌施浸提液可有效提升煙株地上部農藝性狀、地下部根系活力、根體積以及煙株干物質積累量等關鍵指標，進一步提高烤煙整體的生產質量。該試驗結果僅適用于盆栽試驗，對于水改性生物炭（及其浸提液）農業應用途徑的開發以及對煙田土壤根際微生物真菌、細菌群落的影響，還有待進一步研究試驗加以闡述和補全。

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