不同生物质炭施用量对烤烟相关性状的影响研究

周孚美++周龙翔++黄新国

摘要 针对衡阳市烟区长期连作及不合理施肥造成的土壤质量持续下降等因素，通过施用稻壳生物炭等技术措施，开展其对烟田土壤修复效果研究。结果表明：烟苗移栽前穴施稻壳生物炭12 000 kg/hm2，可使采收后烟田土壤中碱解氮、速效钾、最大田间持水量分别增加17.55%、36.29%、6.51%，土壤容重降低0.033 g/cm3，明显提升上等烟叶比例；对烟株生长发育、农艺性状、烟叶产值、经济效益等具有一定的改善与提升，而且未发现其对烟株生长产生任何不利影响。

关键词 烤烟；生物质炭；连作障碍；土壤；质量

中图分类号 S572 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2015）17-0015-04

Research on Effects of Different Biochar Dosage on Correlated Traits of Flue-cured Tobacco

ZHOU Fu-mei 1 ZHOU Long-xiang 2 HUANG Xin-guo 1

（1 Leiyang Branch of Hengyang Tobacco Monopoly Company in Hunan Tobacco Company，Leiyang Hunan 421800； 2 Changning Branch of Hengyang Tobacco Monopoly Company in Hunan Tobacco Company）

Abstract Aim to soil quality deterioration caused by continuous cropping obstacle and absurd fertilizing in Hengyang tobacco area，the study investigated the repairing effects of biochar on deteriorated tobacco soil. The main results showed that alkaline hydrolysis N，available K，maximum water capacity had increased by 17.55%，36.29% and 6.51% before transplanting under 12 000 kg/hm2 biochar was applied，respectively，and the soil bulk density reduced 0.033 g/cm3，moreover，the ratio of first-class and middle-class leaves significant increased as well. In addition，biochar application had improved the growth，agronomic traits，leaf-profit on different degree in flue-cured tobacco production instead of any adverse impacts.

Key words flue-cured tobacco；biochar；continuous cropping obstacle；soil；quality

生物质炭（Biochar）是指植物或动物生物质在缺氧的条件下进行高温处理，其中的油和气燃烧掉后剩余的物质，其具有特殊的团聚结构、养分丰富、碱性和高稳定性等特点[1-3]。生物炭作为土壤改良剂，由于其具有稳定特性且难于分解，可有效提升土壤肥力，服务于农田生态系统，不但能够提供养分，而且可增强土壤中有益微生物种类及活性，对于提升土壤持续生产力具有积极作用效果[4-8]。为探索衡阳烟区生物炭合理利用新途径，本项目以生物质炭为主要研究材料，拟通过大田试验研究植烟土壤施用不同用量生物质炭后，对土壤理化性质、烟株生长、养分吸收及产量、品质等方面的影响，旨在为快速有效提升衡阳烟区土壤质量提供理论依据，指导衡阳市烟区优质烟叶的可持续生产。

1 材料与方法

1.1 试验概况

试验于2013年12月至2014年8月在耒阳市洲陂乡石洞江村烟田进行；供试烤烟品种为K326，生物质炭为谷壳炭。

1.2 试验设计

试验共设5个处理，即常规施肥（CK）；常规施肥+生物质炭3 000 kg/hm2（T1）；常规施肥+生物质炭6 000 kg/hm2（T2）；常规施肥+生物质炭9 000 kg/hm2（T3）；常规施肥+生物质炭12 000 kg/hm2（T4）。每个处理3次重复，随机区组排列，共计15个小区，每个小区面积81 m2，移栽密度0.45 m×1.20 m，移栽烟苗150株。各处理其他栽培与管理措施一致。生物质炭于移栽前7 d穴施并与穴土充分混匀后，植入烟苗。各小区单收、单烤、单分级、单计重。

1.3 测定项目与方法

一是土壤农化性状指标分析。试验前与试验后采用五点取样法取土样，测定土壤pH值、有机质、碱解氮、速效磷、钾、缓效钾等指标。二是烤烟农艺性状观察记载。观察生育期、株高、有效叶片数、最大叶长/宽、最大叶面积、单叶重。叶面积=叶长×叶宽×0.634 5（0.634 5为叶面积系数）。三是烟叶经济学性状。烟叶产量、上中等烟比例、产值。四是大田农艺性状。每小区定点10株对不同生长时期农艺性状进行观察记载。数据采用Microsoft Excel 2003软件处理、SPSS 11.0 软件进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 生物炭材料物理性质endprint

2.1.1 形貌结构。由图1可知，稻壳生物炭结构解体，产生多种无定形物质。细的晶体表面分布较多的微观孔隙结构，微观孔隙结构是生物炭具有较高吸附能力的原因之一，也是生物炭吸附养分、水分及微生物栖息的微空间结构。

2.1.2 能谱分析。能谱分析（图2）表明，稻壳生物炭含炭量83%以上，还含有丰富的Si元素，含量在11.7%以上。此外，经检测稻壳炭pH值为9.6，其碱性与高硅含量等特征对酸性土壤改良与治理重金属污染等均有积极作用。由图3可知，稻壳生物炭的主要吸收峰的位置出现在3 425、1 561、1 096和462 cm-1附近。上述谱峰的归属一般认为是3 425 cm-1附近的吸收峰为-OH伸缩振动峰，表面基团可能为羧基或羰基；1 561 cm-1为COO-反对称伸缩振动峰（其余几个峰值暂未查出）；由稻壳生物炭IR图可推测出，稻壳生物炭中的碳大多以芳香环存在，其结构很稳定。生物炭表面有较多羟基、羧基和羰基等官能团，这些官能团的存在使得生物炭具有较强的吸附性能和CEC量。

2.1.3 比表面积。稻壳生物炭的比表面积分别为184.42 m2/g，比传统竹炭的表面积还要大，这反映稻壳生物炭微孔结构多且复杂，稻壳生物炭可能具有较多的吸附性官能团或者吸附点位。生物炭比表面积是生物炭具有较高吸附性能的基础和原因之一。

2.2 施用生物炭对植烟土壤pH值的影响

土壤的酸碱度是土壤的重要属性之一，影响着土壤养分的有效化及土壤性状，对作物的生长发育也有较大的影响，适宜烟株生长的pH值为5.5～7.5，由图4可知，耒阳市使用稻壳生物炭植烟土壤的pH值有上升的趋势，这说明施用稻壳生物炭对烟田酸性土壤具有一定的改良效果。随着用量的加大，pH值整体也呈上升的趋势，烟叶收获后，施用稻壳生物炭12 000 kg/hm2的植烟土壤pH值显著高于对照。

2.3 施用生物炭对植烟土壤有机碳的影响

土壤有机质含量是评价植烟土壤肥力的重要参考指标，有机质也是烟株生长所需营养主要来源之一，适宜的有机质含量水平可起到改善土壤团聚体结构、土壤通透性，促进土壤微生物活动等作用，可以提高植烟土壤保水保肥，促进烟株生长发育。国内外已有研究表明，生物炭为比较稳定的芳香环结构的碳，其分子化学结构虽然与有机质或腐殖质不同，施入植烟土壤后也可提高土壤有机碳含量，达到提高植烟土壤质量的目的。由图5可知，生物炭的添加使得各处理的土壤有机碳含量均显著高于未添加生物炭的土壤，这表明施用稻壳生物炭，可提高土壤有机碳水平，而有机碳水平的提高有助于提高土壤吸持养分和水分的容量，并有改善土壤其他肥力指标的潜力。耒阳试验点随生物质炭用量的加大，土壤有机碳含量缓慢增加，增加幅度呈非线性上升，随着用量的加大，增加的幅度减小。

2.4 施用生物炭对植烟土壤养分与结构的影响

由表1可知，施入生物炭后个处理土壤全氮含量有一定的增加，但增加效果不明显，生物炭处理碱解氮均显著高于CK，而且有随炭量增加而提高的趋势。处理T1、T2、T3、T4分别比CK提高了18.37%、14.70%、22.04%、17.55%，平均提高了18.17%。可见，生物炭处理对植烟土壤碱解氮水平有一定促进作用，对烟株生长具有积极意义。总体上看，较高施炭量为植烟土壤碱解氮的提高起到了重要促进作用。土壤碱解氮的提高，可为作物生长提供更多的可利用氮源，有利于促进作物生长发育，对产量提高起到有力的促进作用。按照生物炭的理化性状，本身其含氮量比较低，但植烟土壤中体现出得这种状况，可能与生物炭独特的物理性状有关，稻壳生物炭的多孔结构，为微生物的生长与发挥作用提供了比较好的环境，微生物活性增加，活化养分的能力增强。生物炭处理对土壤全磷、速效磷影响不明显；此外，生物炭处理对土壤全钾有一定增加作用，随着生物炭用量增加，植烟土壤全钾不同程度升高，处理T2、T3、T4土壤中速效钾含量分别比CK提高了8.87%、26.61%、36.29%，这可能与生物炭特性有关，生物炭磷、硅含量丰富，钾含量也高达1.8%，随着生物炭用量的增加，也增加了土壤中钾的含量，而烟草为喜钾作物，生物炭的这种特性，无疑对优质烤烟生产有积极作用。另外，与CK相比，施入生物炭，可不同程度降低土壤容重，提高土壤最大田间持水量，从而增强土壤的持水能力。各处理土壤容重降低量介于0.004～0.033 g/cm3之间，其中处理T4土壤容重降低最为明显，处理T3次之。各处理的土壤最大田间持水量较CK增加0.48%～6.51%，同样以处理T4为最高。可见，施用生物炭可在一定程度上降低土壤容重，增强土壤的持水性能，提高土壤的保水保肥能力，且处理T4效果最佳。

2.5 施用生物质炭对大田烤烟发育进程的影响

从表2生物质炭不同施用量对大田发育进程记载可以看出，施用生物质炭对大田烤烟发育进程有一定影响，生物质炭不同施用量对旺长期烤烟生长影响不大，主要是各处理施用基肥和化肥的用量一样，从5月7日后，施用生物质炭对株高、总叶片数均有影响，以处理T4株高105.70 cm、叶片数25.1片为最高，处理T1～T4株高和总叶片数有随生物质炭施用量增大有增加的趋势，这种相关性可能与生物质炭的吸附氮、磷及矿物离子的性能有关，烤烟进入中后期生长，养分得到释放。

2.6 施用生物质炭对大田烤烟农艺性状的影响

各处理烤烟在5月28日打顶后，各小区定点10株进行考察生物质炭不同施用量对大田烤烟农艺性状影响（表3）。结果表明，生物质炭不同施用量对大田烤烟农艺性状有一定影响。有效叶片数（打完脚叶后）以处理T3、T4最多，分别达到18.0、17.9片，以CK最少（17.1片），说明施用生物质炭对烤烟有效叶有促进作用，但方差分析发现，处理T1～T4无显著差异，但随着生物质炭施用量增加有增加的趋势，处理T3与CK存在极显著差异，处理T1、T2、T4与CK无显著差异。上部烟最大叶叶面积，以处理T2最高（758.65 cm2），以CK最少（683.29 cm2），经方差分析，处理T2与CK存在极显著差异，处理T1、T3、T4之间无差异，处理T4与CK存在显著差异，处理T1、T3、CK之间无差异，但施用生物质炭各处理上部烟面积均比对照多，说明施用生物质炭对烤烟增大上部烟有促进效果。中部烟最大叶叶面积，以处理T4最大（1 245.17 cm2），CK最小（1 153.71 cm2），经方差分析处理T4与CK差异显著，其他处理间无差异。下部烟叶最大叶叶面积，以处理T4最大（1 319.44 cm2），各处理间无显著差异。叶节距以处理CK最长（5.51 cm），处理T3最短（5.25 cm），说明施用生物质炭有促进烤烟茎杆粗壮、缩短叶节距有一定作用。endprint

2.7 施用生物质炭对大田烤烟生育期的影响

从表4可以看出，施用生物质炭各处理大田生育期117～118 d，均比CK大田生育期长1～2 d，表明施用生物质炭对养分的吸附特性，对烤烟后期生长吸收养分有促进作用，致使顶部烟延迟成熟，而对前期生长影响不大。

2.8 施用生物质炭对烟叶经济性状的影响

从表5可以看出，施用生物质炭各处理烘烤经济有效叶片数均比CK多0.1～0.4片，单株干重以处理T2最重（137.74 g），各处理间无差异；下部烟单叶重以处理T4最重（6.90 g），各处理间存在显著差异。中部烟单叶重以处理T4最重（8.54 g），上部烟单叶重以处理T2最重（11.00 g），但经方差分析，中、上部烟单叶重各处理间无差异，说明施用生物质炭对烤烟中、上部烟单叶重影响不大。

2.9 施用生物质炭对烟叶产量、质量和效益的影响

各处理烟叶产量、质量、效益比较分析见表6。结果表明：各处理实际产量以处理T4最高（2 100.00 kg/hm2），比CK增产35.80 kg/hm2，各处理间无差异；各处理实际产值以处理T4最高（47 987.10元/hm2），比CK增收1 044.75元/hm2，各处理间无差异；施用生物质炭各处理中、上等烟比例为96.95%～97.06%，比CK（96.30%）提高0.67%～0.79%，说明施用生物质炭对烤烟提高品质有一定作用。从各处理烟叶等级结构看，各处理上等烟比例中以处理T3的比例占49.34%最高，比CK提高0.49个百分点，与处理T1、CK存在显著差异，上等烟各处理间产量、产值无差异；各处理中等烟比例中以处理T1最高（48.17%），与处理CK存在极显著差异，处理T2与CK无差异，各处理间产量、产值无差异。

3 结论与讨论

长期以来，化学肥料大量施用与多茬连作，使植烟土壤酸化板结、耕地质量持续下降[1-3]，已成为制约烟叶生产可持续发展的关键问题。本项目针对湖南省植烟土壤连作障碍，植烟土壤可持续能力下降等日趋严重的现状，将谷壳生物炭应用于烤烟栽培领域，具有探索性的意义。

本研究采用植烟土壤改良材料稻壳生物炭，稻壳炭材料其微观形貌为分散蜂窝状微孔结构，稻壳的外观形态基本不可见，呈分散小团粒结构，主要由C、O、H、Si组成，C、Si含量较高，pH值为9.6，呈碱性。稻壳生物炭具有微孔状孔隙结构、高比表面积及羟基、羰基等官能团、高碳量等理化性质，是其负载肥料养分并提高土壤有机碳含量物理、化学结构基础与物质基础。使用稻壳生物炭能有效地提高土壤pH值、有机碳含量，还能有效增加土壤中碱解氮、速效钾的含量，对土壤主要理化性状都有较好的改良作用。使用稻壳生物炭12 000 kg/hm2，土壤碱解氮、速效钾、最大田间持水量分别增加17.55%、36.29%、6.51%，土壤容重降低0.033 g/cm3，施用方法已全田撒施效果最好。稻壳生物炭优化了土壤水、肥、气、热条件，施用不同用量的生物炭与采取不同的施用方法，均没有对烟株生长发育及品质发生不利的影响，还在一定程度上刺激烟株生长，提高上等烟比例，提高了烟叶质量。

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