麥飯石與生物炭配施對洛南植煙土壤養分和烤煙生長的影響

摘要：探究麥飯石和生物炭配施對洛南植煙土壤養分和烤煙生長情況的影響，為商洛煙區篩選麥飯石與生物炭配施的適宜施用量。以烤煙品種云煙99為供試材料，采用隨機區組試驗，設置6個處理：常規施肥（CK）、常規施肥+生物炭150 kg/hm₂（T1）處理、常規施肥+麥飯石75 kg/hm₂（T2）處理、常規施肥+生物炭150 kg/hm₂+麥飯石75 kg/hm₂（T3）處理、常規施肥+生物炭150 kg/hm₂+麥飯石150 kg/hm₂（T4）處理、常規施肥+生物炭150 kg/hm₂+麥飯石 300 kg/hm₂（T5）處理，研究麥飯石與生物炭配施對土壤速效養分、煙株農藝性狀、烤煙常規化學成分和經濟性狀的影響。結果表明，麥飯石與生物炭配施可以顯著提高土壤pH值、堿解氮含量（移栽后30 d的T4處理除外）和速效磷含量（Plt;0.05）。麥飯石與生物炭配施的T5處理能夠顯著促進煙草生長，烤后煙總糖、還原糖和煙堿含量明顯提高，麥飯石與生物炭配施可以提高烤煙的產量、產值和上等煙比例，且產量、產值和上等煙比例隨麥飯石用量的增加而增加。因此，麥飯石與生物炭配施可以提高土壤pH值、土壤堿解氮和速效鉀等速效養分的含量，促進煙株的生長發育，改善烤煙化學成分，提高烤煙經濟性狀。以常規施肥+生物炭150 kg/hm₂+麥飯石300 kg/hm₂（T5）處理最佳。其中，產量提高了6.65%，產值提高了9.09%，上等煙比例增加4.96百分點。

關鍵詞：麥飯石；生物炭；植煙土壤；烤煙

中圖分類號：S572.04" 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）19-0259-07

收稿日期：2024-05-08

基金項目：中國煙草總公司陜西省公司科技項目（編號：2021611000270042）。

作者簡介：牛晨羽（2000—），男，安徽淮北人，碩士研究生，主要從事煙草生理生化研究。E-mail：15956712619@163.com。

通信作者：張松濤，博士，教授，主要從事煙草生理生化研究。E-mail：zhangsongzi@163.com。

麥飯石是一種富含多種微量元素的天然復合礦物，對生物無毒無害，具有一定的生物活性、較好的雜質吸附功能和礦物質溶解性能^［1］。麥飯石主要化學成分為SiO₂和Al₂O₃，還含有Fe₂O₃、MgO、CaO、K₂O、Na₂O、TiO₂、P₂O、MnO等物質，因其良好的溶出性，可以為植物提供多種有益的礦質元素，可滿足植物生長的多重需要。麥飯石礦物肥的施用對作物產量和養分積累有明顯的促進作用，對后茬作物生長也有促進作用^［2］。施用麥飯石可以有效改善土壤pH值，減輕土壤酸化問題。同時，麥飯石還可以為作物生長提供必要的微量元素，減少土壤重金屬污染^［3-5］。麥飯石作為一種土壤改良劑已經在多種作物生產上發揮作用，在煙葉生產上，麥飯石的作用也越來越受到重視。增施麥飯石礦物肥，能夠提高煙株生物量積累和產量，麥飯石的溶出物大多能直接或間接地參與光合作用，從而提高煙株田間農藝性狀表現和生物量積累^［6］。同時，麥飯石礦物肥的施用能夠有效改善煙葉物理特性，提高其化學成分協調性和感官評吸質量^［7］。

生物炭是生物質在高溫低氧條件下熱轉化形成的一種多孔的固態物質，具有一定的生物活性、較大的比表面積和較高的吸附性能，其對重金屬的吸附能力與生物炭的孔徑大小有關^［8-9］。生物炭能夠明顯改善土壤的理化性狀，減輕土壤重金屬污染狀況。生物炭可以調節土壤的pH值和吸附陽離子能力^［10］。在施肥中配施一定量的生物炭可以改善植煙土壤理化性狀，提高煙草產質量^［11-13］。在煙草生產中，生物炭在改善土壤環境和提高煙葉產質量方面發揮著重要作用^{［12，14-15］}。

麥飯石能夠促進作物生長，生物炭能夠改善土壤理化性狀。麥飯石與生物炭配施可以提高土壤pH值和陽離子交換量，影響土壤重金屬含量，從而改善土壤重金屬污染^［16-17］。然而，麥飯石與生物炭配施對植煙土壤速效養分和烤煙農藝性狀的影響尚不清楚。本研究通過探究麥飯石與生物炭配施對商洛植煙土壤養分和煙株生長的影響，為麥飯石和生物炭在商洛煙區的應用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2022年3—10月在河南省商洛市洛南縣進行。土壤類型為黏壤土，選擇平坦、整齊、肥力均勻的中等土壤肥力水平的地塊進行試驗。試驗小區隨機排列，除施肥外，各小區其他田間管理措施相同。

1.2 試驗材料

供試烤煙品種為云煙99，由陜西省煙草公司商洛市公司提供，該品種是當地主要種植品種。

供試生物炭的C、H、O、N元素含量分別為 50%～60%、3.0%～4.0%、17.0%～21.0%、1.3%～1.7%，氯離子含量為0.4%～0.6%，水分為10%～20%，比表面積為2.00～5.57 m₂/g，孔徑為1.543 nm。

供試麥飯石所含主要礦質元素鐵、鎂、鉀、鈣、鈉、銅、鋅、錳、鋁、硅含量分別為5.27%、1.05%、1.65%、1.5%、2.59%、0.025%、0.054%、0.043%、7.95%、33.2%。

1.3 試驗設計

試驗設置6個處理，以常規施肥為對照（CK），還包括T1（常規施肥+生物炭150 kg/hm₂）處理、T2（常規施肥+麥飯石75 kg/hm₂）處理、T3（常規施肥+生物炭150 kg/hm₂+麥飯石75 kg/hm₂）處理、T4（常規施肥+生物炭150 kg/hm₂+麥飯石150 kg/hm₂）處理、T5（常規施肥+生物炭150 kg/hm₂+麥飯石 300 kg/hm₂）處理。每個處理3次重復，株距 0.5 m，行距1.2 m，小區面積66.7 m₂（約100株），小區間留1行煙株為保護行。

1.4 樣品采集和測定方法

1.4.1 農藝性狀的測定

每個處理選取長勢一致的煙株10株，按照YC/T 142—2010《煙草農藝性狀調查測量方法》的標準，從移栽后30 d開始，每隔 30 d 測定煙株的最大葉長、最大葉寬、株高、莖圍和有效葉片數^［18］。

1.4.2 土壤樣品采集和測定

每小區采用5點取樣法進行隨機取樣，移栽后30、60、90 d分別取2株煙正中間土層深度為5～20 cm的土樣，去除石塊、植物殘體等雜質，自然風干，過60目篩，放入自封袋保存備用。

采用電位法測定土壤pH值，通過堿解擴散法測定土壤堿解氮含量；采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗顯色分光光度法測定速效磷含量；采用火焰光度法測定土壤速效鉀含量。采用CNS元素分析儀（VarioMACRO cube）測定土壤總碳、總氮和總硫的含量。

1.4.3 烤后煙樣品采集和化學成分測定

分小區對煙葉進行采烤，調制后的煙葉由專業分級人員按照GB 2635—1992《烤煙》進行分級，計算出產量、產值、上等煙比率等經濟性狀。各處理采集烤后煙葉B2F和C3F等級各1 kg，40 ℃烘干后進行研磨，過60目篩，樣品在避光條件下干燥儲存，用于后續分析測定。參照煙草行業標準YC/T 159—2002《煙草及煙草制品 水溶性糖的測定 連續流動法》、YC/T 161—2002《煙草及煙草制品 總氮的測定 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》、YC/T 162—2011《煙草及煙草制品 氯的測定 連續流動法》，采用連續流動分析儀（Auto Analyzer 3 High Resolution）測定烤后煙葉總糖、還原糖、總氮、煙堿、鉀和氯的含量^［19-22］。

1.5 數據處理

使用WPS進行數據分析。使用SPSS 27.0軟件進行方差分析，采用最小顯著差數法（Duncan’s法）進行數據間差異顯著性檢驗（α=0.05），使用Origin 2021軟件進行相關性分析和圖片繪制。

2 結果與分析

2.1 麥飯石與生物炭配施對土壤理化性質的影響

2.1.1 麥飯石與生物炭配施對土壤pH值的影響

不同處理對土壤pH值的影響如表1所示。可以看出，移栽后30、60、90 d，單獨增施生物炭的T1處理、單獨增施麥飯石的T2處理以及二者配施的T3、T4、T5處理均能顯著（Plt;0.05）提高土壤pH值（移栽后30 d的T1處理除外）。其中，T5處理對土壤pH值的增幅總體較大（只有移栽后30 d的pH值略低于T4處理），移栽后30、60、90 d，T5處理的土壤pH值較CK分別提高5.65%、9.65%、6.01%。移栽后30 d，各處理土壤pH值表現為T4gt;T5gt;T3gt;T2gt;T1gt;CK；移栽后60 d，土壤pH值均表現出隨麥飯石用量增加而增加的規律，具體表現為T5gt;T4gt;T3gt;T2gt;T1gt;CK。因此，麥飯石與生物炭配施可以顯著提高土壤pH值，其效果優于生物炭和麥飯石單獨施用。

2.1.2 麥飯石與生物炭配施對土壤堿解氮含量的影響

不同處理對土壤堿解氮含量的影響如表2所示。結果發現，移栽后30 d，增施生物炭的T1處理顯著提高了土壤堿解氮含量；而在移栽后60 d和 90 d，T1處理對土壤堿解氮含量無顯著影響。移栽后30 d和60 d，增施麥飯石的T2處理顯著提高了土壤堿解氮含量；而在移栽后90 d，T2處理對土壤堿解氮含量無顯著影響。移栽后30 d，除T4處理外，麥飯石與生物炭配施各處理均顯著提高了土壤堿解氮含量，其中T5處理的土壤堿解氮含量最高，較CK提高了14.10%；移栽后60 d和90 d，各處理土壤堿解氮含量表現為T5gt;T4gt;T3gt;T2gt;T1gt;CK。結果表明，麥飯石與生物炭配施可以提高土壤堿解氮含量，隨著麥飯石用量的增加，土壤堿解氮含量整體增加。

2.1.3 麥飯石與生物炭配施對土壤速效磷含量的影響

不同處理對土壤速效磷含量的影響如表3所示。結果表明，增施生物炭的T1處理在移栽后30、60、90 d均能顯著提高土壤速效磷含量。增施麥飯石的T2處理對土壤速效磷含量沒有顯著影響。麥飯石與生物炭配施的T3、T4、T5處理在移栽后各時期均能顯著提高土壤速效磷含量。移栽后30 d，T5處理土壤速效磷含量最高，較CK顯著提高35.62%；移栽后60 d，各處理土壤速效磷含量表現為T3gt;T4gt;T5gt;T1gt;CKgt;T2；移栽后90 d，各處理土壤速效磷含量表現為T4gt;T3gt;T1gt;T5gt;CKgt;T2。結果表明，增施生物炭可以提高土壤速效磷含量，而增施麥飯石對土壤速效磷含量無顯著影響。麥飯石與生物炭配施可以顯著提高土壤的速效磷含量。

2.1.4 麥飯石與生物炭配施對土壤速效鉀含量的影響

不同處理對土壤速效鉀含量的影響如表4所示。結果發現，增施生物炭的T1處理和增施麥飯石的T2處理對土壤速效鉀含量無顯著影響。麥飯石與生物炭配施在移栽后60 d（T4處理除外）和移栽后90 d（T3處理除外）能顯著提高土壤的速效鉀含量。移栽后30 d，各處理對土壤的速效鉀含量無顯著影響；移栽后60 d，各處理土壤速效鉀含量表現為T3gt;T5gt;T4gt;T2gt;CKgt;T1；移栽后90 d，T5處理的土壤速效鉀含量最高，較CK提高12.58%。以上結果表明，單獨增施生物炭或麥飯石對土壤速效鉀含量無顯著影響，麥飯石與生物炭配施的T5處理在移栽后60 d和90 d能顯著提高土壤速效鉀含量。

2.1.5 麥飯石與生物炭配施對土壤有機質含量的影響

不同處理對土壤有機質含量的影響如表5所示。結果發現，增施生物炭的T1處理在移栽后各時期對土壤有機質含量無顯著影響。增施麥飯石的T2處理在移栽后90 d顯著提高了土壤有機質含量，而對移栽后30 d和60 d的土壤有機質含量無顯著影響。麥飯石與生物炭配施各處理在移栽后30 d和90 d均能顯著提高土壤有機質含量。移栽后 30 d，各處理土壤有機質含量表現為T3gt;T5gt;T4gt;T2gt;CKgt;T1；移栽后60 d，各處理對土壤有機質含量無顯著影響；移栽后90 d，各處理土壤有機質含量表現為T5gt;T4gt;T3gt;T2gt;CKgt;T1，T5處理土壤有機質含量最高，較CK提高了48.59%。結果表明，單獨增施生物炭或麥飯石對土壤有機質含量無顯著影響，而麥飯石與生物炭配施在移栽后30 d和 90 d 能顯著提高土壤有機質含量。

2.1.6 麥飯石與生物炭配施對土壤總碳含量的影響

不同處理對土壤總碳含量的影響如表6所示。結果發現，增施生物炭的T1處理和增施麥飯石的T2處理對土壤總碳含量無顯著影響。移栽后60 d，麥飯石與生物炭配施的T4和T5處理顯著提高了土壤總碳含量，分別較CK提高了4.10%和4.75%。而在移栽后30 d和90 d，各麥飯石與生物炭配施處理對土壤總碳含量均無顯著影響。

2.1.7 麥飯石與生物炭配施對土壤總氮含量的影響

不同處理對土壤總氮含量的影響如表7所示?？梢钥闯?，移栽后30 d和60 d，增施生物炭的T1處理顯著提高了土壤總氮含量，而增施麥飯石的T2處理對土壤總氮含量無顯著影響。移栽后30 d和60 d，麥飯石與生物炭配施的T3、T4、T5處理顯著提高了土壤總氮含量，T5處理的土壤總氮含量最高。結果表明，移栽后30 d和60 d，增施生物炭及其與麥飯石配施顯著提高了土壤總氮含量。

2.1.8 麥飯石與生物炭配施對土壤總硫含量的影響

不同處理對土壤總硫含量的影響如表8所示。結果發現，增施生物炭的T1處理和增施麥飯石的T2處理對土壤總硫含量整體無顯著影響，移栽后 30 d，生物炭與麥飯石配施的T4處理可以顯著提高土壤的總硫含量。結果表明，增施生物炭和麥飯石對土壤總磷含量無顯著影響，只有移栽后30 d，麥飯石與生物炭配施的T4處理顯著提高了土壤總硫含量。

2.2 麥飯石與生物炭配施對煙草農藝性狀的影響

不同處理對煙草農藝性狀的影響如表9所示?？梢钥闯?，移栽后30 d，增施生物炭的T1處理和增施麥飯石的T2處理顯著提高了煙株的株高，而對煙株其他農藝性狀指標無顯著影響。麥飯石與生物炭配施（T3、T4、T5）處理顯著提高了煙草的株高和莖圍。T5處理還顯著提高了煙株的最大葉長。移栽后60 d，麥飯石與生物炭配施的T5處理顯著提高了煙株的最大葉長和株高。移栽后90 d，麥飯石與生物炭配施的T5處理顯著提高了煙株的最大葉長、莖圍和有效葉片數。

2.3 土壤理化性質與煙株農藝性狀之間的相關關系分析

土壤理化性質與煙株農藝性狀的相關關系分析結果如圖1所示。結果表明，土壤pH值與土壤堿解氮含量、速效鉀含量、煙株的株高和莖圍呈顯著正相關關系，土壤堿解氮含量與土壤速效鉀含量、有機質含量和煙株的莖圍呈顯著正相關關系，土壤速效鉀含量與有機質含量、煙株莖圍呈顯著正相關關系。

2.4 麥飯石與生物炭配施對烤煙化學成分的影響

不同處理對烤后煙化學成分的影響如表10所示。結果表明，增施生物炭的T1處理提高了中部葉烤后煙總糖、煙堿和還原糖含量；增施麥飯石的T2處理提高了中部葉烤后煙總糖和還原糖的含量；各麥飯石與生物炭配施處理明顯提高了中部葉烤后煙總糖、還原糖和煙堿的含量。其中，T4處理的總糖含量最高，T2處理的還原糖含量最高，T5處理的煙堿含量最高。在協調性方面，各處理與CK相比，烤后煙鉀氯比、兩糖比和糖堿比均有所提高。其中，麥飯石與生物炭配施的T3處理兩糖比最高，T4處理糖堿比最高，T5處理烤后中部煙葉的鉀氯比最高。

各處理對上部葉化學成分的影響結果表明，增施生物炭的T1處理提高了上部葉烤后煙總糖、還原糖和煙堿含量；增施麥飯石的T2處理提高了上部葉烤后煙總糖和還原糖含量；各麥飯石與生物炭配施處理提高了上部葉烤后總糖、還原糖和煙堿的含量。與增施生物炭的T1處理相比，各麥飯石與生物炭配施處理提高了烤后煙煙堿的含量。在協調性方面，與CK相比，各處理的烤后煙鉀氯比、兩糖比和糖堿比均有所提高。其中，增施生物炭的T1處理提高了烤后煙上部葉的鉀氯比，增施麥飯石的T2處理提高了上部煙葉的糖堿比，麥飯石與生物炭配施的T5處理提高了上部葉的兩糖比。

2.5 麥飯石與生物炭配施對烤煙經濟性狀的影響

不同處理對烤煙經濟性狀的影響如表11所示。結果發現，增施生物炭的T1處理對烤煙經濟性狀的影響較小，而各麥飯石和生物炭配施處理均提高了烤煙的經濟性狀，且表現出隨麥飯石用量增加而增加的規律。其中，增施麥飯石的T2處理均價最高，較CK提高了2.34%；生物炭與麥飯石配施的T5處理的產量、產值和上等煙比例最高。與CK相比，T5處理產量增加了133.87 kg/hm₂（增幅6.65%），產值增加了5 016.98元/hm₂（增幅9.09%），上等煙比例增加4.96百分點。

3 討論與結論

麥飯石具有調節土壤pH值的功能，能夠將弱酸性和弱堿性調節至中性^［23］。生物炭呈堿性，且具有較高的陽離子交換量，能夠提高酸性土壤的pH值^［24］。本研究發現，單獨增施麥飯石和生物炭均可以提高土壤的pH值，這與孫薊鋒等的研究結果^［4，25］一致。此外，麥飯石與生物炭配施對土壤pH值的改善效果優于單獨施用，這為土壤pH值調節提供了新的措施。增施生物炭提高了土壤速效磷含量，而增施麥飯石提高了土壤堿解氮含量，麥飯石與生物炭配施提高了土壤堿解氮、速效磷、速效鉀和有機質的含量。生物炭具有較大的孔隙度，麥飯石具有較好的吸附性，能夠有效地吸持各種鹽基陽離子，從而提高土壤速效養分的轉化，進而提高堿解氮和速效磷含量^［26］。有研究發現，增施生物炭能提高土壤速效磷含量^［27］，該結論與本研究結果一致。本研究發現，麥飯石與生物炭配施對土壤總碳和總氮含量有一定的提高，但效果并不顯著，其可能的原因是，麥飯石主要成分為硅酸鹽礦物，本身含有的碳、氮元素極少，而生物炭本身結構極其穩定，在土壤中分解速度極其緩慢，因此無法起到補充總碳、總氮的作用^［28］。

本研究發現，單獨增施生物炭和麥飯石對煙株生長影響不明顯，麥飯石與生物炭配施能夠促進煙株的生長發育（表9）。研究發現，麥飯石作為一種礦物質肥料，能夠有效促進煙株根系生長發育，但過量施用礦物質肥料會導致肥料營養元素溶出過多，作物根系受到毒害效應，從而不利于作物的生長發育^［29-30］。適量麥飯石（450 kg/hm₂）能夠提升雪茄煙煙葉的農藝性狀指標，而過量施用則會產生抑制效果^［6］。麥飯石與生物炭配施能夠提高作物的根系活力，從而達到促進作物生長發育的效果^［16］。本試驗中，將麥飯石與生物炭進行配施，可以促進煙株的生長發育，同時沒有因為過量的施用而對煙株生長發育起抑制作用?？緹熁瘜W成分及其協調程度是衡量煙草品質的重要因素。其中，總糖和還原糖含量對煙草的感官質量有重要影響，總氮、煙堿含量對煙草的刺激性及香氣有顯著作用，鉀和氯含量則對煙草的可燃性產生直接的影響^［31-33］。有研究發現，土壤有機質含量會影響煙草體內碳、氮代謝的協調性關系，進而調節煙葉中的總糖含量。本研究中，麥飯石和生物炭配施能有效促進烤后煙總糖、還原糖和煙堿的含量，其原因可能是麥飯石和生物炭配施提高了土壤有機質含量，進而促進煙草對總糖的積累^［34］。有研究發現，增施麥飯石礦物肥可促進煙株對煙堿、鉀和氯的吸收，但鉀氯比有所下降^［6］。本研究結果發現，麥飯石與生物炭配施后，會提高烤煙鉀氯比，因此筆者推測，在施用麥飯石的基礎上配施一定比例的生物炭，能夠促進煙株化學成分的協調性。本研究發現，增施麥飯石和生物炭能夠提高烤煙經濟性狀，麥飯石與生物炭配施對烤煙經濟性狀的提升效果更好，且隨著麥飯石施用量的增加，烤煙的產量、產值、均價和上等煙比例隨之提高，可能是因為麥飯石與生物炭配施可以提高土壤速效養分，促進煙株生長發育，從而提高了烤煙品質；另一方面，生物炭與麥飯石配施提高了烤后煙總糖、還原糖和煙堿等化學成分的含量，從而提高烤后煙品質。相關關系分析結果表明，麥飯石與生物炭配施可能通過提高土壤pH值、土壤堿解氮和速效鉀等速效養分的含量來促進煙株的生長發育。

增施150 kg/hm₂生物炭和300 kg/hm₂麥飯石能夠顯著提高商洛植煙土壤pH值，增加土壤速效養分的積累，同時促進煙株生長，進而提高烤后煙總糖、還原糖和煙堿的含量，改善烤后煙鉀氯比、兩糖比和糖堿比，且烤煙產量、產值和上等煙比例等經濟性狀表現最佳。

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