施用生物炭对烤烟根系生长和经济性状的影响

邢光辉，典瑞丽，陈光辉，赵献章

(1 湖南农业大学，长沙 410128； 2 河南中烟工业有限公司，郑州 450002；3 中国烟草总公司职工进修学校，河南郑州 450011； 4 河南农业大学，郑州 450002)



施用生物炭对烤烟根系生长和经济性状的影响

邢光辉1，2，典瑞丽3，陈光辉1*，赵献章4*

(1 湖南农业大学，长沙 410128； 2 河南中烟工业有限公司，郑州 450002；3 中国烟草总公司职工进修学校，河南郑州 450011； 4 河南农业大学，郑州 450002)

为探讨不同生物炭用量对烤烟根系发育和经济性状的影响，于2015年在汝阳县采用穴施的方法，设10、20、30和40 g/穴4个生物炭用量处理，以不施用生物炭为对照，研究生物炭对豫西烟叶‘秦烟96’的影响。结果表明，烟株生长发育前期根系体积、根干重和鲜重差异不显著，移栽90 d后差异显著；生物炭用量每穴10～30 g，烟叶化学成分较协调，产量、产值和上等烟比例高于对照及40 g/穴的处理。

烤烟；生物炭；根系；经济性状

近年来，随着节能减排成为全球热点，人们对生物炭的研究越来越重视。生物炭(biochar)属于黑炭的一种，是生物质在完全或部分缺氧情况下经热解炭化产生的一类高度芳香化的难熔性固态物质，具有高度热稳定性和较强吸附特性[1]。国内外研究表明，生物炭含有少量植物生长所需的营养元素，可以促进植物的生长[2]；生物炭具有巨大的比表面积和阳离子交换量，可以吸附肥料，提高肥料利用率[3]；生物炭的多孔性可以提高土壤的孔隙度，降低土壤容重，起到保水保肥的效果，而且还可以为微生物提供栖息的场所，同时它所吸附的肥料养分也可以为微生物提供食物，促进微生物种类和数量的增多[4]；生物炭一般呈碱性，可以用来改良酸性土壤，降低土壤pH值和重金属元素铝等对植物的毒害[5]；生物炭对农药等有机物污染的土壤也有一定的修复功能。生物炭中含有的碳，主要是由单环和多环芳香族化合物组成，化学性质十分稳定。生物炭施入土壤增加了土壤的含碳量[6]。国外在生物炭的性质和特征及其对土壤物理、化学性质、微生物的作用，作物肥效及土壤固碳等方面开展了较为广泛的研究，并取得许多进展[7～10]。而国内对生物炭的研究才刚刚起步。鉴于生物炭对土壤、作物、环境等的诸多益处，对生物炭的深入研究应该引起高度重视。

烤烟是我国重要的经济作物之一，生物炭在烤烟生产中的生态效应及其对烟叶产量品质影响的研究尚未见报道。因此，探索生物炭在烤烟生产中的环境效应和作物效应，对于加快农业废弃物的综合利用，实现节能减排，提高植烟土壤保水保肥性能和增产增收，保障烟区及烤烟可持续发展具有重要的现实意义。

本试验拟通过研究生物炭施用对豫西旱区烤烟根系发育和经济性状的影响，旨在恢复和改良植烟土壤的生态环境，提高植烟土壤有机质含量，协调烟株营养，减少化肥施用量，最终达到提高豫西烟区烤烟质量和烟区可持续发展能力。

1 材料与方法

1.1 试验设计

依据烤烟质量风格特色、土壤类型、质地、肥力状况等因素，于2015年在豫西汝阳县三屯乡选择典型植烟地块两块，取样调查分析土壤pH值、碱解氮、速效钾和有效磷含量。两块地土壤基本情况和基础肥力如表1和表2所示。

表1 供试土壤基本情况Table 1 The basic conditions of the experiment soil

表2 供试土壤主要理化性质Table 2 Main physicochemical properties of the experiment soil

试验所用的生物炭是由小麦秸秆于400～500℃条件下，低氧、连续炭化12 h制得，粉碎后过2 mm筛备用。其基本理化性质为：比表面积16.69 m2/g，容重0.28 g/cm3，pH值9.15，全碳524.06 g/kg、全氮2.28 g/kg、全磷6.44 g/kg、全钾9.87 g/kg。

试验设5个处理：CK.不施用生物炭；T1.生物炭10 g/穴；T2.生物炭20 g/穴；T3.生物炭30 g/穴；T4.生物炭40 g/穴。

供试烤烟品种：秦烟96。小区面积135 m2，植烟200穴。3次重复，随机区组排列。除生物炭用量不同外，其它均按《优质烟栽培技术方案》进行栽培管理。在移栽后30、60、90、120 d分别取样进行相关指标的测定；烟叶成熟采烤后，挑选具有代表性的中部叶带回实验室进行常规化学成分的检测，并分小区调查经济性状。

1.2 生理指标测定方法

植株根系体积测定：在植株不同生长阶段选用不同型号的量筒进行测量。

根系鲜重、干重测定：重量法，采用精度为0.01 g的电子天平进行测量。

烤烟化学成分测定：使用流动分析仪进行测量。

1.3 数据处理软件

试验数据计算、作图与统计分析采用Excel2003和SPSS19.0数据分析软件。

2 结果与分析

2.1 不同生物炭用量对烤烟根系发育的影响

2.1.1 不同生物炭用量对烤烟根系体积的影响

不同生物炭用量对上河村和新建村烟株根系体积影响较大；随着移栽天数的增加，烟株根系体积逐渐增大(表3)。在移栽后30 d，上河村和新建村两地不同生物炭用量各处理之间差异较小。移栽后60 d，上河村各处理之间差异逐渐增大，T2、T3与对照之间差异显著，T1、T4与对照之间差异不显著；新建村各处理与对照之间差异不显著。移栽后90 d，上河村各处理均与对照之间差异显著，不同处理之间，除了T2和T3处理外，其他处理之间差异显著；新建村，处理T1、T2和T3之间差异不显著，T4根系体积最大。移栽后120 d，烟株根系体积达到最大值，除了新建村T1和T2处理以外，其他各处理之间差异均达到显著水平。

表3 不同生物炭用量处理的烤烟根系体积(cm3)Table 3 Effects of different biochar dosage on flue-tobacco root volume

2.1.2 不同生物炭用量对烤烟根系鲜重影响

不同生物炭用量对烟株根系鲜重有显著影响。移栽后30 d，上河村和新建村不同处理之间差异不显著。移栽后60 d，在上河村，T2显著低于CK，其他处理和对照之间差异不显著；在新建村，T1和T4烟株根系鲜重显著高于对照，T2、T3与对照之间差异不显著。移栽后120 d，除了上河村T3和T4、新建村T1和T2处理差异不显著以外，其他各处理之间差异显著(表4)。

表4 不同生物炭用量处理的烤烟根系鲜重(g)Table 4 Effects of different biochar dosage on flue-tobacco fresh root weight

2.1.3 不同生物炭用量对烤烟根系干重的影响

生物炭用量对烟株根系干重的影响在不同的地点表现不同(表5)。移栽后30 d，上河村和新建村各处理之间差异均不显著；移栽后60 d，上河村各处理之间差异不显著，而在新建村，T1和T2处理显著高于对照；移栽后90 d，在上河村T1和T3处理显著高于对照，T4和对照之间差异不显著，T2显著低于对照，在新建村，T1、T2和T4处理烟株根系干重显著高于对照，T3处理和对照之间差异不显著；移栽后120 d，在上河村，T3显著高于对照，T2和对照之间差异不显著，T1和T4显著低于对照，在新建村，T1和T2处理与对照差异不显著，T3和T4之间差异不显著，但明显高于对照。

表5 不同生物炭用量处理的烤烟根系干重(g)Table 5 Effects of different biochar dosage on flue-tobacco root dry weight

2.2 不同生物炭用量对烟叶化学成分含量的影响

2.2.1 不同生物炭用量对烟叶常规化学成分的影响

常规化学成分是描述烤烟品质的重要因素。不同生物炭用量处理能够显著提高烤烟烟叶化学成分的协调性(表6)。上河村烟叶含碳化合物(总糖、还原糖)和钾含量高于新建村，而含氮化合物(烟碱、总氮和蛋白质)含量低于新建村。上河村和新建村两个地方施用生物炭处理的总糖和还原糖含量高于对照，而烟碱、总氮和蛋白质含量则低于对照。烟叶钾含量高低与生物炭用量关系不明显。

表6 不同生物炭用量处理的烤烟烟叶化学成分(%)Table 6 Effects of different biochar dosage on flue-tobacco leaf chemical components

2.2.2 不同生物炭用量对烤烟化学成分比值的影响

不同生物炭用量对烤烟烟叶化学成分比值的影响较大(表7)。上河村和新建村，不同处理之间氮碱比和双糖比差异不明显。在上河村，糖氮比和糖碱比以T1处理最高，各个处理均比对照高。新建村T1处理的糖碱比低于对照，其他处理均比对照高，且T3处理糖氮比最高，达到10.05，T2处理糖碱比最高，达到6.91。钾氯比，上河村和新建村均以T2处理最高。

表7 不同生物炭用量处理的烟叶化学成分比值Table 7 Effects of biochar dosage on the chemical components ratio of flue-tobacco leaves

2.3 不同生物炭用量对烤烟经济性状的影响

由表8可知，施用生物炭可以提高上河村烟叶上等烟比例、上中等烟比例以及均价。生物炭处理对烤烟产量影响较大，除T3处理外，其它施用生物炭处理的产量和产值均明显低于对照。T3处理的产量、产值和上等烟比例均最高，因此每穴施用30 g生物炭可以提高烤烟产值、产量和上等烟比例。

表8 不同生物炭用量处理的烤烟经济性状Table 8 Effects of biochar dosage on flue-tobacco leaf economic traits

对于新建村而言，施用生物炭处理的产量和产值明显高于对照，其中T1产量最高，较对照处理高1542 kg/hm2。在产值方面，T1处理最高，其次是T3处理。上等烟和上中等烟比例以T3最高，中等烟比例以T1表现最好(表8)。总体来说，每穴施用生物炭10～30 g，烟叶产量、产值和上等烟比例均高于对照及40 g/穴的处理。因此，适量施用生物炭有利于提高烟叶的产量和经济产值。

3 结论与讨论

生物炭的多孔结构和强吸附性决定了生物炭可以作为一种非常好的肥料增效载体[11]，对改良土壤理化性质、协调土壤碳氮平衡、促进土壤的可持续发展具有重要意义。勾芒芒等[12]采用盆栽试验，研究了不同含量生物炭对番茄各根系参数的影响，结果表明施加生物炭促进了番茄根系的发育和产量的提高。张伟明等[13]认为，土壤中施入生物炭能增加水稻生育前期根系的主根长、根体积和根鲜重，在水稻生育后期，生物炭在一定程度上延缓了根系衰老。本研究结果表明，移栽后30和60 d，生物炭对烤烟根系体积、根鲜重和根干重的促进作用不明显，90 d以后，烟株的根系差异显著，生物炭的改良作用表现明显。这可能是因为前期生物炭的多孔结构和吸附作用导致根系周围的肥料被吸附，前期烟株差异不大，后期肥料释放，生物炭促进肥料吸收，改良根系微环境，促进了根系的发育。

陈敏等[14]研究表明，增施生物炭后增加了烤后烟叶的总产量以及上、中等烟叶的产出率；这和生物炭在新建村的表现一致，而在上河村仅处理30 g/穴略优于对照处理，这可能是因为生物炭的作用还和土壤质地和肥力等状况有关。赵殿峰等[15]研究表明，生物炭能显著提高烤烟内在化学成分的协调性，改善烤烟品质；刘新源等[16]认为，施用生物炭可以促进烤烟生长和产量的提高，并且随着生物炭施用量的增加，烟株干物质量和产量总体表现为增加，但当生物炭施用量达到一定量时，烟叶的品质开始下降。

本研究结果表明，生物炭能提高烟叶中含碳化合物含量，降低含氮化合物含量，适当施用生物炭也能提高烟叶对钾离子的吸收，提高钾氯比；生物炭施用量以30 g/穴处理最优，生物炭施用量过多的处理(40 g/穴)反而经济效益降低，这和前人的研究结果一致。因此在烤烟生产过程中，生物炭的用量要结合当地的土壤肥力等因素综合分析，不宜过多或者过少，适量施用生物炭有利于烤烟的生长及品质的提高。

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The Effects of Biochar Application on Root Growth and Economic Characters of Tobacco

XING Guanghui1，2，DIAN Ruili3，CHEN Guanghui1*，ZHAO Xianzhang4*

(1 Hunan Agriculture University，Changsha，Hunan 410128，China；2 China Tobacco Henan Industrial Co.，LTD，Zhengzhou，Henan 4500002，China；3 China National Tobacco Corporation Staff Training School，Zhengzhou，Henan 450011，China；4 Henan Agriculture University，Zhengzhou，Henan 450002，China)

To investigate the effects of biochar application on flue-cured tobacco root growth and the economic characters，and to study the effect of biochar application on the variety ‘Qinyan 96’.Field experiments were done in Ruyang with four biochar application amounts of 0，10，20，30，40 g/hole.The result showed that no significantly different on root volume，root dry weight and fresh weight in the early growth stage.But there were significant differences among the above three indexes after 90 d.When the biochar application amount were between 10 and 30 g/hole，the tobacco chemical components showed coordination，The yield，output value and proportion of upper grade cured-leaves were higher.

flue-tobacco；biochar；root；economic traits

2016-05-24

邢光辉(1970-)，男，硕士研究生，主要从事烟草栽培生理生化研究，Email：754684356@qq.com。*通信作者：陈光辉，教授，主要从事作物栽培与耕作科学研究，Email：cgh68@163.com；赵献章，副教授，主要从事烟叶分级研究，Emal：xzhzhao01@126.com。

河南省烟草公司科技项目(HYKJZD201401)。

S572.062

A

1001-5280(2016)05-0549-06

10.16848/j.cnki.issn.1001-5280.2016.05.16